投影仪及其控制方法
【专利摘要】投影仪包括：图像采集部件，其采集包括在其上图像正被投影的目标的区域的图像；距离测量部件，其根据由所述图像采集部件获得的所采集图像数据计算关于所述目标和所述图像采集部件之间的距离的距离数据；平面估计部件，其根据所述距离数据估计与所述目标对应的平面；以及对焦调整部件，其基于关于所述平面的信息调整要投影的所述图像的对焦。
【专利说明】投影仪及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种投影仪及其控制方法。
【背景技术】
[0002]投影仪是用于将图像投影到诸如屏幕之类的目标上的装置。存在一种投影仪，当投影图像时，其测量到目标的距离，并且调整要投影的图像的对焦。此外，存在一种投影仪，其采集投影的图像，并且基于所采集图像调整所述图像的对焦。
[0003]专利参考N0.1 (稍后提及)公开一种技术，其使用有源(active)传感器，将红外线投影到目标上，根据所反射的光的光接收强度测量到目标的距离，以及基于所述距离调整对焦。
[0004]专利参考N0.2 (稍后提及)公开一种技术，其采集一投影对焦图案的图像，根据相邻像素检测所采集图像数据的全部像素的亮度(brightness)差，计算亮度差的绝对值的总和，并移动对焦透镜于具有总和的最大值的位置，并且因此进行自动对焦调整。
[0005]专利参考N0.3 (稍后提及)公开一种技术(登山自动对焦技术)，其通过光接收传感器接收投影的图像的反射光，提取从所述光接收传感器输出的电信号输出的高频分量，计算根据高频分量的积分等获得的图像信号(图像数据)的对比度，以及获得具有最大对比度的位置作为焦点。
[0006]当在投影仪和目标之间存在障碍物(演示台或桌子等)时，或当墙等靠近目标的与在其上投影图像的侧相对的侧时，根据由专利参考N0.1公开的技术，存在其中在使用光接收元件的信号输入电平的检测而进行到目标的距离的测量中包括误差的情况。因此，可能不能实现对焦调整。此外，根据由专利参考N0.2公开的技术，存在其中关于障碍物的亮度或对比度具有最大值，并且因此，使用亮度或对比度可能不能实现对焦调整的情况。
【发明内容】
[0007]根据本发明的一方面，提供一种投影仪，其具有:图像采集部件，其采集包括在其上图像正被投影的目标的区域的图像；距离测量部件，其计算关于所述目标和所述图像采集部件之间的距离的距离数据；平面估计部件，其根据所述距离数据估计与所述目标对应的平面；以及对焦调整部件，其基于关于所述平面的信息调整投影的所述图像的对焦。
[0008]当结合附图阅读下列详细描述时将使本发明的其他目的、特征和优点变得更清
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【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1示出投影仪的一个示例的一般配置；
[0010]图2是示出投影仪的功能的一个示例的功能框图；
[0011]图3图示作为各个像素的输出的像素输出信号的照度(luminance)分量；
[0012]图4A、4B和4C图示预定图案的示例；[0013]图5是图示立体相机的部分的一个示例的放大视图；
[0014]图6是示出估计平面的操作的一个示例的流程图；
[0015]图7是示出根据第一实施例的投影仪的操作的一个示例的流程图；
[0016]图8图示投影的操作的一个示例；
[0017]图9是示出根据第一实施例的第一变型的投影仪的操作的一个示例的流程图；
[0018]图10是根据第一实施例的第二变型的投影仪的操作的一个示例的流程图；
[0019]图11A、11B和IlC图示根据所述第一实施例的第二变型的预定图案的示例；以及
[0020]图12示出根据第二实施例的投影仪系统的一个示例的一般配置。
【具体实施方式】
[0021]在此讨论的实施例的目的是提供一种即使当在投影仪和目标之间存在障碍物时或当墙等靠近目标背面时也可以进行正被投射的图像的对焦调整的投影仪。
[0022]将详细描述根据实施例的投影仪，所述投影仪中的每一个通过平面近似(approximate)正在其上图像正被投影的目标，并且进行正被投影的所述图像的对焦调整。
[0023](投影仪的配置)
[0024]图1示出根据实施例的投影仪的一个示例的一般配置。
[0025]图1中，投影仪100包括控制部件110、投影部件120、图像采集部件130、距离测量部件140、平面估计部件150、对焦调整部件160、图像形状改变量计算部件170和接口(I/F)部件180。
[0026]投影仪100使用图像采集部件130和距离测量部件140采集在其上图像正被投影的目标(在下文中，称为“投影目标”)的图像并计算距离数据。投影仪100使用平面估计部件150根据距离数据估计与投影目标对应的平面。投影仪100使用对焦调整部件160基于关于所估计的平面的信息等移动投影透镜121，并且调整正被投影的图像的对焦(焦点)。
[0027]只要可以在其表面上投影图像，就可以使用任何事物作为投影目标，诸如屏幕、墙和白板等。
[0028]控制部件110进行整个投影仪的控制。控制部件110控制投影部件120等。控制部件110使用投影光控制部件111控制投影光改变部件122的操作，并且当投影图像时控制光强度。
[0029]投影部件120将图像投影在投影目标上。投影部件120包括投影透镜121、投影光改变部件122、光源123、投影图像生成部件124、投影图像存储部件125、投影图像形状改变部件126和校准图案存储部件127。投影部件120使用投影透镜121和光源123等将存储在投影图像存储部件125中的图像投影到投影目标上。
[0030]图像采集部件130在图像拾取装置(图像传感器)上形成包括投影目标的区域的图像，并且获得图像传感器的像素输出信号作为所采集图像数据。图像采集部件130包括图像采集部件A (131A)、图像采集部件B (131B)和所采集图像存储部件132。图像采集部件A (131A)和图像采集部件B (131B)用作立体相机。
[0031]“立体相机”(使用图5稍后描述)在图像采集部件A (131A)和图像采集部件B(131B)中分别包括两个图像采集透镜(132a和132b)以及两个图像传感器(133a和133b)，并且同时利用两个图像采集透镜拍摄投影目标。图像采集透镜使得投影目标的图像分别入射在图像传感器上。图像传感器具有在其上像网格一样排列多个光接收元件(像素)的光接收表面，并且形成包括分别通过图像采集透镜入射在光接收表面上的投影目标的区域的图像。可以将固态图像传感器或有机图像传感器等用作图像传感器。
[0032]距离测量部件140测量从投影仪100到投影目标的距离。距离测量部件140包括距离计算部件141和距离信息存储部件142。距离测量部件140根据三角原理计算到投影目标的距离。稍后将在(测量距离的操作)中描述细节。
[0033]平面估计部件150估计与投影目标对应的平面。平面估计部件150通过对应的平面递归地近似投影目标。通过平面近似的具体方法可以是在基于多个位置近似估计平面之后，排除远离所估计的平面预定距离的位置，并且再次估计平面的方法(回归分析方法)。稍后将在(估计平面的操作)中描述细节。
[0034]对焦调整部件160在投影目标上将投影透镜121对焦。对焦调整部件160包括焦距计算部件161和透镜驱动部件162。稍后将在(对焦调整的操作)中描述细节。
[0035]图像形状改变量计算部件170计算关于要投影的图像的校正(诸如放大、大小减少和/或梯形失真校正的图像处理简单地称为“校正”)的信息。图像形状改变量计算部件170基于由距离测量部件140计算的距离数据计算关于校正的信息和/或计算关于由平面估计部件150估计的平面的信息。稍后将在(要投影校正图像的操作)中描述细节。
[0036]I/F部件180进行从投影仪100的外部输入信息/向投影仪100的外部输出信息。I/F部件180包括操作面板181和投影数据获得部件182。操作面板181是用户操作的用户接口。投影数据获得部件182从外部个人计算机(PC)等输入关于要投影的图像的数据。
[0037](投影仪的功能)
[0038]将使用图2描述投影仪100的功能的一个示例。
[0039]图2是投影仪100的功能框图。
[0040]图2中，控制部件110响应于经由I/F部件180 (操作面板181等)给出的用于操作的指令，输出用于向投影部件120给出开始投影图像的指令的信号用于开始投影图像。此外，控制部件110输出用于向图像采集部件130给出开始采集图像的指令的信号。
[0041]投影部件120经由投影透镜121将存储在校准图案存储部件127中的校准图案或存储在投影图像存储部件125中的图像投影到投影目标上。此外，投影部件120使用投影图像形状改变部件126基于由图像形状改变量计算部件170计算的关于校正的信息校正要投影的图像(改变要投影的图像的形状)，并且投影校正后的图像。
[0042]图像采集部件130使用立体相机(图像采集部件A和B (131A和131B))采集包括投影目标的区域的图像，并且获得两组所采集图像数据。此外，图像采集部件130向距离测量部件140和图像形状改变量计算部件170输出所获得的所采集图像数据。“所采集图像数据”意指从由光接收元件接收的光的亮度等获得的、转换为电信号(像素输出信号)的数据。
[0043]距离测量部件140基于两组所采集图像数据计算与投影目标的表面上的多个位置(在下文中，称为“对应点”)对应的距离数据。此外，距离测量部件140向平面估计部件150和图像形状改变量计算部件170输出距离数据。“距离数据”意指关于从投影仪(图像采集部件130)到投影目标(对应点)的距离的数据。
[0044]平面估计部件150基于由距离测量部件140计算的距离数据计算关于与投影目标对应的平面的回归平面数据。此外，平面估计部件150向图像形状改变量计算部件170和对焦调整部件160输出回归平面数据。“回归平面数据”意指与包括根据回归分析方法计算的三维空间中的多个位置的平面有关的数据。
[0045]对焦调整部件160基于关于由平面估计部件150等估计的平面的信息来移动投影透镜121，并且调整正被投影的图像的对焦。此外，对焦调整部件160向控制部件110输出关于对焦调整的结果的信息。
[0046]图像形状改变量计算部件170使用由图像采集部件130获得的所采集图像数据生成关于包括投影目标的区域的图像数据。此外，图像形状改变量计算部件170基于由平面估计部件150估计的回归平面数据和由距离测量部件130计算的距离数据计算校正数据，并且向投影部件120 (投影图像形状改变部件126)输出校正数据。“图像数据”意指关于从对由一个或多个图像传感器输出的像素数据信号进行数字处理而获得的图像的数据。此外，“校正数据”意指关于要由投影部件120投影的图像的校正的数据。
[0047](提取对应点的操作)
[0048]将使用图3、4A、4B和4C描述距离测量部件140基于由图像采集部件130的立体相机获得的两组所采集图像数据提取对应点的操作。
[0049]图3图示基于从由图像采集部件130的立体相机采集的投影目标的图像获得的所采集图像数据的、作为相应像素的输出的像素输出信号的照度分量。图3中，X-方向是像网格一样排列的像素(光接收元件)的行或列的方向。Z-方向是与X-方向垂直的、像网格一样排列的像素(光接收元件)的行或列的方向。
[0050]图3中，距离测量部件140首先从由立体相机获得的两组所采集图像数据中的一组(在下文中，称为“所采集图像数据A”)中选择任意像素(图3中的BI)作为选择点。
[0051]然后，距离测量部件140将所选择点的照度分量与所采集图像数据A中的周围8个像素(图3中，B8)的照度分量相比较。此时，在所选择点的照度分量大于八个周围像素中的每一个的照度分量或小于八个周围像素中的每一个的照度分量的情况下，作为特征点(xA, zA)提取所选择点。此外，如图3中所示，距离测量部件140提取具有四条边的区域作为模板块A，其中各条边具有15个像素，中心是特征点。
[0052]注意到，因为由距离测量部件140这样比较照度分量，所以在图像采集部件130输出像素输出信号作为RGB信号(具有对应于三原色的红色、绿色和蓝色分量的信号)时，只有指示照度的绿色分量的信号可以以近似方式使用。此外，照度分量的比较可以将所选择点的像素与周围16个像素(图3中的B16)在照度分量上相比较。
[0053]然后，距离测量部件140从由立体相机采集的两组所采集图像数据中的另一组(在下文中，称为“所采集图像数据B”)中选择任意像素作为选择点(xB，zB)。此外，距离测量部件140选择具有四条边的区域作为模板块B，其中各条边具有15个像素，中心是特征点。距离测量部件140计算相应模板块A和B的照度(或亮度)的总和，并且比较这样获得的相应总和。可以引用稍后描述的绝对距离的和以及稍后描述的差的平方和作为比较方法的具体示例。
[0054]然后，从模板块B中选择在模板块A和B之间的比较中在该点处照度(或亮度)的相应总和之间的差最小的所选择点(xb，zb)。然后，当照度(亮度)的相应总和之间的该差等于或小于预定值时，所采集图像数据A的特征点(xA，zA)和所采集图像数据B的所选择点(XB, ZB)关联在一起，并且提取特征点(XA, Za)(选择点(XB, Zb))作为对应点(Xab, ZabX “预定值”可以是与投影目标和投影仪之间的距离对应的值或与景深(depth of field)对应的值。此外，预定值还可以是根据数值计算和/或实验等确定的值。
[0055]在对应点的提取中，距离测量部件140将从所采集图像数据A中提取的特征点中的任何一个与所采集图像数据B的所选择点相比较。此时，距离测量部件140提取多个对应点(在下文中，称为“三维点群”)。
[0056]注意到，“SAD”是对于上述总和的比较获得绝对值的差的总和的方法。假设由相对坐标(x，z)表示像素，则Ia (x，z)表示所采集图像数据A的像素(x，z)的比较值(照度分量等)，并且IB(x，z)表示所采集图像数据B的像素(x，z)的比较值(照度分量等)，AD (差的总和)从下列公式(I)中获得:
【权利要求】
1.一种投影仪包括: 图像采集部件，其采集包括在其上图像正被投影的目标的区域的图像； 距离测量部件，其根据由所述图像采集部件获得的所采集图像数据，计算关于所述目标和所述图像采集部件之间的距离的距离数据； 平面估计部件，其根据所述距离数据，估计与所述目标对应的平面；以及 对焦调整部件，其基于关于所述平面的信息调整正被投影的所述图像的对焦。
2.如权利要求1所述的投影仪，其中， 所述距离测量部件根据所采集图像数据，计算关于与所述目标对应的多个位置的多组距离数据，以及 所述平面估计部件移除关于多个位置的离所述平面预定距离的位置的距离数据，并且递归地近似所述平面。
3.如权利要求2所述的投影仪，其中， 所述平面估计部件计算在离所述区域的中心预定范围内存在的所述位置的、与所述递归地估计的平面对应的距离数据的多组距离数据的数目，计算所计算的数目与所述多组距离数据的数目的比值，并且在所计算的比值小于或等于预定比值的情况下，基于所移除的距离数据递归地近似所述平面。
4.如权利要求1所述的投影仪，其中， 所述平面估计部件和所述对焦调整部件递归地进行估计与所述目标对应的平面的操作和调整与所述目标对应的对焦的操作。
5.如权利要求1所述的投`影仪，还包括， 投影预定图案的投影部件。
6.如权利要求5所述的投影仪，其中， 所述投影部件根据由所述平面估计部件和所述对焦调整部件递归地进行的估计所述平面的操作和调整对焦的操作来选择所述预定图案。
7.如权利要求1所述的投影仪，其中， 所述平面估计部件基于关于颜色、亮度和边缘强度的所采集图像数据的多项信息中的至少一项估计所述平面。
8.如权利要求1所述的投影仪，还包括， 校正要被投影的所述图像的投影图像形状改变部件。
9.一种投影仪的控制方法包括: 采集包括在其上图像正被投影的目标的区域的图像，并获得所采集图像数据； 根据所采集图像数据，计算关于所述目标和已采集所述图像的位置之间的距离的距离数据； 根据所述距离数据，估计与所述目标对应的平面；以及 基于关于所述平面的信息调整正被投影的所述图像的对焦。
10.如权利要求9所述的控制方法，其中， 计算所述距离数据，根据所采集图像数据，计算关于与所述目标对应的多个位置的多组距离数据，以及 估计所述平面，移除关于多个位置的离所述平面预定距离的位置的距离数据，并且递归地近似所述平面。
11.如权利要求10所述的控制方法，其中， 估计所述平面，计算在离所述区域的中心预定范围内存在的所述位置的、与所述递归地估计的平面对应的距离数据的多组距离数据的数目，计算所计算的数目与所述多组距离数据的数目的比值，并且在所计算的比值小于或等于预定比值的情况下，基于所移除的距离数据递归地近似所述平面。
12.如权利要求9所述的控制方法，其中， 递归地进行估计所述平面和调整对焦。
13.如权利要求9所述的控制方法，还包括， 投影预定图案。
14.如权利要求13所述的控制方法，其中， 投影所述预定图案，根据递归地进行的估计所述平面和调整对焦选择所述预定图案。
15.如权利要求9所述的控制方法，其中， 估计所述平面，基于关于颜色、亮度和边缘强度的所采集图像数据的多项信息中的至少一项估计所述平面。
【文档编号】G03B21/14GK103782232SQ201280039839
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2011年8月18日
【发明者】长谷川史裕, 住吉信一 申请人:株式会社理光