专利名称：投影系统与其影像处理方法
技术领域：
本发明涉及一种显示系统，且特别是涉及一种投影系统及其影像处理方法。
背景技术：
一般而言，进行电子简报时，简报者利用电脑连接投影机将预先制作好的简报内容储存至电脑中，利用投影机将简报内容投影至屏幕上。在简报的进行中，简报者通常会利用简报笔或是鼠标控制简报的流程及内容，若是在讲解的段落需要指示位置的情况，简报者通常会利用激光笔或是鼠标的游标作为指示之用。
然而，当简报者要在一边讲解一边在简报上注记内容时，就必须使用电子简报软件的内置功能，例如微软公司(Microsoft Corp.)的Powerpoint软件中，使用鼠标游标配合鼠标左键点按的功能。但在简报过程中使用鼠标及鼠标左键并不便利，例如，简报者身旁需要有平坦的桌面或是得一直待在电脑附近等不便。即使是利用简报笔控制鼠标游标的情况，使用操作起来仍然没有办法像利用激光笔直接指示来的方便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种投影系统及其影像处理方法，其可利用摄影模块拍摄得到投影的影像并辨识投影的影像中特征点与指示点的位置。为达上述目的，本发明提出一种投影系统，其包括投影模块、摄影模块及处理模块。投影模块投射第一影像至物体表面，其中第一影像包括多个特征点。摄影模块拍摄物体表面以撷取含有第一影像与指示点的第二影像，其中指示点是由外部装置投射光线至该物体表面而形成。处理模块分析第二影像以获得指示点于第二影像的坐标，进行直线逼近方法以获得特征点于第二影像的坐标，以及使用双维坐标转换公式将指示点于第二影像的坐标转换为指示点于该第一影像的坐标。本发明提出一种投影系统的影像处理方法，所述方法的步骤包括投射一第一影像至一物体表面，其中第一影像包括多数个特征点。拍摄物体表面，以撷取含有第一影像与一指示点的一第二影像，其中指示点是由一外部装置投射光线至物体表面而形成。分析第二影像以获得指示点于第二影像的坐标。进行一直线逼近方法以获得特征点于第二影像的坐标。使用一双维坐标转换公式将指示点于第二影像的坐标转换为指示点于该第一影像的坐标。基于上述，本发明提供了一种投影系统及其适用的影像处理方法，可使得投影的影像可通过摄影模块拍摄撷取得到在影像中的特征点及指示点的位置，并通过坐标转换得到指示点在投影的影像上的对应位置。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
图I为本发明一示范实施例的投影系统的装置方块图；图2为本发明一示范实施例中，第一影像及第二影像的示意图；图3A、图3B及图3C为本发明一示范实施例中,直线逼近方法的示意图；图4为本发明一示范实施例中，图像坐标转换的示意图；图5为本发明一示范实施例中，二分逼近法的示意图；图6为本发明一示范实施例中，投影系统的影像处理方法的方法流程图；图7为本发明的一示范实施例中，投影系统的一种实施方式。主要元件符号说明 10:投影系统101 :投影模块102:摄影模块103 :处理模块104 :物体表面201 :第一影像210 :第二影像201’ 投影后的第一影像212,712 :指示点310 :第三影像311 :亮灰阶值区域312 :暗灰阶值区域301 304 :直线方程式320、321、322 :点700 :屏幕701 :投影机702 :摄影机703 :个人电脑704 :颜色滤镜POl P04、P01， Ρ04，特征点Pl Ρ3、ΡΓ Ρ3’ 计算点S601 S6O5 :步骤
具体实施例方式图I为本发明一实施例的投影系统的装置方块图。请参照图1，在此实施例中，投影系统10包括投影模块101、摄影模块102及处理模块103。投影模块101与处理模块103连接，用以投射第一影像201于一物体表面104上，其中，所述的物体104可为屏幕、白墙等能使第一影像201清楚显现的物体，但并不限于上述。摄影模块102与处理模块103连接，用以拍摄物体表面104得到第二影像210，其中第二影像210中包括第一影像201及一指示点，指示点由外部装置投射光线至物体表面104所形成，而所述的外部装置可以为激光笔或简报笔或是其他光束投射器，但本发明并不限于上述。
图2绘示为本发明一示范实施例中，第一影像及第二影像的示意图。请参照图I及图2，在本实施例中，当投影模块101将第一影像201投影至物体表面104后，摄影模块102再拍摄物体表面104而得到第二影像210，其中第二影像210包括投影后的第一影像201’及由外部装置(例如激光笔)投射光线至物体表面104而形成的指示点212。第一影像201包括多个特征点POl P04。特征点POl P04经摄影模块102拍摄后获得投影后的特征点Ρ0Γ P04’，如图2所示。由于投影模块101的投射方向与所述物体表面104的法线方向二者夹角、摄影模块102的拍摄角度、及/或其他因素，投射后的第一影像201’与原始的第一影像201相比较之下可能会有形变及大小上的差别。因此，欲求得指示点212在原始的第一影像201中的位置必须先求得投射后的第一影像201’与原始的第一影像201之间的转换关系才行，也就是必须先求得第二影像210与第一影像201之间的转换关系。处理模块103从摄影模块102接收到第二影像210，并通过分析第二影像210得到 指示点212于第二影像210的坐标。特征点POl P04在此用以求得在第二影像中的第一影像201’与原始的第一影像201之间的一转换关系。在此实施例中，特征点POl P04设定为第一影像201的四个顶点。接着，处理模块103使用直线逼近方法以获得特征点POl P04在第二影像210中的坐标。所述的直线逼近方法包括以下动作处理模块103将第二影像210进行阈值(threshold) 二值化，以获得一第三影像；以及处理模块103使用一或多个直线方程式于第三影像中移动，以找出特征点POl P04于第二影像210的坐标。以下将佐以图式详细说明上述的步骤。直线逼近方法中，将第二影像210进行阈值二值化的步骤还包括由处理模块103定义第一阈值；处理模块103将第二影像210中大于第一阈值的多个像素数据修改为一亮灰阶值(例如最大灰阶值或白色灰阶值)；以及处理模块103将第二影像210中小于第一阈值的多个像素数据修改为暗灰阶值(例如最小灰阶值或黑色灰阶值)，并在完成上述步骤后，获得第三影像。处理模块103对第二影像210进行阈值二值化的动作的功用在于，在第二影像210中区分出投影后的第一影像201’的区域以及无投影的区域。图3A绘示为本发明一示范实施例中，对第二影像210进行完阈值二值化后所得的第三影像310的示意图。请参照图2及图3A，其中，由亮灰阶值像素所形成的亮灰阶值区域311可以对应至第二影像210中投影后的第一影像201’的区域，而暗灰阶值区域312则对应至第二影像210中无投影影像的区域。图3B所绘示为本发明一示范实施例中，直线逼近方法中，使用一或多个直线方程式于第三影像中移动，以找出特征点于第二影像的坐标的动作的示意图。请参照图3B，在本实施例中，所要找寻的特征点Ρ0Γ P04’为二值化后的第一影像311的四个顶点，于是使用四个直线方程式301、302、303及304在第三影像310移动。在本实施例中，四个直线方程式301、302、303及304的方程式分别为直线方程式3Ol y = -x+c直线方程式302 y = x-sizex+c直线方程式303 y = x+sizey-c直线方程式304 y = -x+sizex+sizey-c其中，参数sizex为第三影像310的宽度，即第三影像310于X轴(横轴)方向的大小。参数sizey为第三影像310的高度，即第三影像310于Y轴(纵轴)方向的大小。参数c为直线方程式301、302、303或304在第三影像310上移动时所改变的截距参数，如图3B所示。请继续参照图2及图3B，当参数c为0，则直线方程式301、302、303及304各自通过第三影像310的四个角落。随着增加参数C，直线方程式301、302、303及304各自从第三影像310的四个角落起始而往第三影像310的中央方向移动。在移动的过程中，检查在直线方程式301、302、303及304上多个坐标位置的灰阶亮度。分别在直线方程式301、302、303及304的多个坐标位置中第一次发现灰阶亮度大于第二阈值的坐标位置视为特征点的坐标。由于第二影像210及第三影像310的大小相同并有对应的内容，由上述步骤找出的四个特征点在第三影像310的坐标也等于此四个特征点于第二影像的坐标。图3C绘示为本发明一示范实施例，直线逼近方法中决定特征点P04’于第三影像310上的坐标时，第三影像310的局部放大示意图。图3C仅以直线方程式303为说明例。其他直线方程式301、302、304可以参照直线方程式303的相关说明。请参照图3C，每使参 数c增加一个步阶，直线方程式303便会朝向第三影像310的中央移动一个步阶。每次第三影像310完成一个步阶的移动后，处理模块103便会检查在直线方程式303上多个坐标位置的灰阶亮度。由于第三影像310已经被二值化，因此在直线方程式303接触到二值化后的第一影像311之前，直线方程式303上每一个像素的灰阶值均为「暗灰阶值」。在直线方程式303朝中央移动时，若在直线方程式303上的多个像素中第一次出现亮灰阶值区段，表示直线方程式303已经接触到特征点P04’。例如，当直线方程式303移动至图3C所示位置时，若处理模块103检查到在直线方程式303上像素320、321和322的灰阶值分别为暗灰阶值、亮灰阶值和暗灰阶值，则亮灰阶值像素321可以视为特征点P04’。因此，像素321的坐标位置可以视为特征点P04’于第二影像210的坐标。需要特别一提的是，在此的高灰阶值点及低灰阶值点的判断皆是与第二阈值比较后判断所得的结果。上述虽以连续三个像素的灰阶值为暗灰阶值、亮灰阶值和暗灰阶值的情况作为实施范例，然而实际的情况不限于此。在其他实施例中，在直线方程式303朝中央移动而第一次接触到二值化后的第一影像311时，在直线方程式303上的亮灰阶值区段可能有多个像素。基于直线方程式303每一个步阶的移动量(例如每次移动五个像素的距离)，当直线方程式303上的多个像素中第一次出现亮灰阶值区段时，直线方程式303可能不会刚好通过特征点P04’。因此，处理模块103可以检查在直线方程式303上首次出现亮灰阶值区段中的像素数量是否小于一预设值。若亮灰阶值区段中像素的数量小于预设值，表示直线方程式303与特征点P04’的距离还在可容忍的误差范围内，因此处理模块103可以用亮灰阶值区段中央像素的坐标位置视为特征点P04’于第二影像210的坐标。若亮灰阶值区段中像素的数量大于预设值，则直线方程式303以较小的步阶移动量(例如每次移动一个像素的距离)后退(朝第三影像310中央的反方向移动)，直到亮灰阶值区段中像素的数量小于预设值。请继续参照图I及图2，在得知特征点于第二影像210上的坐标后，处理模块103便接着定位指示点212在第二影像210上的坐标。在本发明的一实施例中，一颜色滤镜被配置于摄影模块102的摄影光路中，例如，若指示点由特定颜色(例如红色)的光线投射而成，则配置红色的颜色滤镜于摄影模块102的摄影光路中，以凸显出指示点212于第二影像210的对比。在其他实施例中，投影模块101可以在投影第一影像201时，在每一个特征点的位置配置一个高亮度红色点。如此一来，在经过红色滤镜后拍摄的第二影像210中，特征点Ρ0Γ P04’也被凸显。相似于这个利用颜色滤镜凸显指示点及特征点的方法，上述滤去其他颜色以凸显指示点及特征点的动作也可利用处理模块103中的软件函式达成，但本发明并不限定于上述。请继续参照图I及图2，在本发明的另一实施例中，处理模块103将第二影像210的多个像素数据转换为多个亮度数据，例如从红绿蓝(Red Green Blue，RGB)组成的色彩空间转换到由明亮度、色度及浓度(Luminance Chrominance Chroma, YUV)组成的色彩空间，并撷取其中明亮度的色彩分量成为亮度数据。由于指示点212的亮度应大于第二影像210中任一像素的亮度，所以处理模块103可以设定一第三阈值，以及比较第三阈值与第二影像210的所有亮度数据。处理模块103将第二影像210中亮度数据中大于第三阈值的坐标位置视为指示点212于第二影像210的坐标，但本发明中定位指示点212的实现方式并不限定于上述。
图4绘示为本发明一示范实施例中，图像坐标转换的示意图。请参照图I及图4,特征点P01、P02、P03及P04于第一影像201中的坐标分别为(X1, Y1)、(x2, y2)、(x3, y3)与(x4，y4)。特征点P01、P02、P03及P04对应于第二影像210中特征点ΡΟΓ、P02’、P03’及P04’，而特征点P01’、P02’、P03’及P04’于第二影像210中的坐标分别为(χ, 1； γ' ι)、W 2，！' 2)、(χ/ 3 y' 3)与(χ/ 4 y' 4)。在此定义第一影像201的宽度(x轴方向的大小)为SX，而第一影像201的高度(Y轴方向的大小)为sy。若特征点POl于第一影像201中的坐标(X1, Y1)为(0，O)，则第一影像201中的特征点P01、P02、P03及P04的坐标分别为POl (x1； Y1) = (0,0)P02 (x2, y2) = (sx, 0)P03 (x3, y3) = (sx, sy)P04 (x4, y4) = (0, sy)处理模块103得到指示点212及特征点P01’、P02’、P03’及P04’于第二影像210
中的坐标后，可利用一双维坐标转换公式(I)与(2)在第一影像201及第二影像210之间进行转换
权利要求
1.一种投影系统，包括 投影模块，投射一第一影像至一物体表面，其中该第一影像包括多数个特征点； 摄影模块，拍摄该物体表面以撷取含有该第一影像与一指示点的一第二影像，其中该指示点是由一外部装置投射光线至该物体表面而形成；以及 处理模块，分析该第二影像以获得该指示点于该第二影像的坐标，进行一直线逼近方法以获得该些特征点于该第二影像的坐标，使用一双维坐标转换公式将该指示点于该第二影像的坐标转换为该指示点于该第一影像的坐标。
2.如权利要求I所述的投影系统，其中该直线逼近方法包括将该第二影像进行阈值二值化，以获得一第三影像；以及使用至少一直线方程式于该第三影像中移动，以找出该些特征点于该第二影像的坐标。
3.如权利要求2所述的投影系统，其中所述将该第二影像进行阈值二值化的步骤包括定义一第一阈值；将该第二影像中大于该第一阈值的多个像素数据修改为一亮灰阶值；以及将该第二影像中小于该第一阈值的多个像素数据修改为一暗灰阶值。
4.如权利要求2所述的投影系统，其中所述至少一直线方程式从该第三影像的一个角落起始而往该第三影像的中央方向移动；在所述移动过程中，检查在所述至少一直线方程式上多个坐标位置的灰阶亮度；以及在所述移动过程中，将第一次发现在所述至少一直线方程式的多个坐标位置中灰阶亮度大于一第二阈值的坐标位置，视为该些特征点中的一个特征点于该第二影像的坐标。
5.如权利要求2所述的投影系统，其中该直线逼近方法还包括使该投影模块提高该些特征点的亮度。
6.如权利要求I所述的投影系统，其中该摄影模块于摄影光路中配置一颜色滤镜，以突显该指示点与该些特征点。
7.如权利要求I所述的投影系统，其中该处理模块将该第二影像的多个像素数据转换为多个亮度数据，以及将该些亮度数据中大于一第三阈值的坐标位置视为该指示点于该第二影像的坐标。
m m
8.如权利要求I所述的投影系统，其中该双维坐标转换公式为Y=ΣΣα#χ;/以及;=0 k=0 m my'= ΣΣδ#χ;/，其中X与y表示于该第一影像中的坐标，X’与y’表示于该第二影像中的 ;=0 k=0坐标，系数ajk、bJk为实数，系数m为整数。
9.如权利要求I所述的投影系统，其中该双维坐标转换公式为X’=a X x+b X y+c XxX y+d 以及 y’ = e X x+f X y+g XxX y+h,其中 x 与 y 表不于该第一影像中的坐标，X’与y ’表示于该第二影像中的坐标，d = X1 ’，h = Y1 ’，a=(x2，-d) + sx, e = (y2，_h)+sy,b = (x3，-a X sx_b X sy-d) + (sxXsy), g =(y3’ -eXsx-f Xsy-h) + (sxXsy), x/与y/为该些特征点中的一第一特征点于该第二影像中的坐标，χ2’与y2’为该些特征点中的一第二特征点于该第二影像中的坐标，χ3’与y3’为该些特征点中的一第三特征点于该第二影像中的坐标，SX为于该第一影像中该第一特征点至该第二特征点的距离，而sy为于该第一影像中该第二特征点至该第三特征点的距离。
10.如权利要求9所述的投影系统，其中该处理模块使用该双维坐标转换公式将一计算点在该第一影像中的坐标转换为该计算点在该第二影像中的坐标，比较该计算点于该第二影像中的坐标与该指示点于该第二影像中的坐标，以二分逼近法移动该计算点以使该计算点逼近该指示点，并且以该计算点于该第一影像中的坐标作为该指示点于该第一影像中的坐标。
11.如权利要求I所述的投影系统，其中该处理模块持续侦测该指示点于该第一影像的坐标以获得多个轨迹点，以及将该些轨迹点依据时间顺序相互连线。
12.如权利要求11所述的投影系统，其中该处理模块计数在时间顺序上相邻的两个轨迹点的一间隔时间，若该间隔时间大于一时间阈值，则所述相邻的两个轨迹点不相互连线。
13.如权利要求I所述的投影系统，其中当该处理模块判断该指示点位于该第一影像的一预设区域内时，该处理模块触发该预设区域所对应的一预设功能。·
14.如权利要求I所述的投影系统，其中该处理模块持续侦测该指示点于该第一影像的移动轨迹，将该移动轨迹绘示于一透明层，以及将该透明层经由该投影模块投射至该物体表面，其中该透明层叠置于该第一影像上。
15.如权利要求14所述的投影系统,其中该处理模块依据一第一简报档案将该第一影像经由该投影模块投射至该物体表面，以及该处理模块将含有该移动轨迹的该透明层储存于一第二简报档案。
16.一种投影系统的影像处理方法，包括 投射一第一影像至一物体表面，其中该第一影像包括多数个特征点； 拍摄该物体表面，以撷取含有该第一影像与一指示点的一第二影像，其中该指示点是由一外部装置投射光线至该物体表面而形成； 分析该第二影像以获得该指示点于该第二影像的坐标； 进行一直线逼近方法以获得该些特征点于该第二影像的坐标；以及 使用一双维坐标转换公式将该指示点于该第二影像的坐标转换为该指示点于该第一影像的坐标。
17.如权利要求16所述投影系统的影像处理方法，其中该直线逼近方法包括 将该第二影像进行阈值二值化，以获得一第三影像；以及 使用至少一直线方程式于该第三影像中移动，以找出该些特征点于该第二影像的坐标。
18.如权利要求17所述投影系统的影像处理方法，其中所述将该第二影像进行阈值二值化的步骤包括 定义一第一阈值； 将该第二影像中大于该第一阈值的多个像素数据修改为一亮灰阶值；以及 将该第二影像中小于该第一阈值的多个像素数据修改为一暗灰阶值。
19.如权利要求17所述投影系统的影像处理方法，其中所述找出该些特征点于该第二影像的坐标的步骤包括 将所述至少一直线方程式从该第三影像的一个角落起始而往该第三影像的中央方向移动； 在所述移动过程中，检查在所述至少一直线方程式上多个坐标位置的灰阶亮度；以及 在所述移动过程中，将第一次发现在所述至少一直线方程式的多个坐标位置中灰阶亮度大于一第二阈值的坐标位置，视为该些特征点中的一个特征点于该第二影像的坐标。
20.如权利要求17所述投影系统的影像处理方法，其中该直线逼近方法还包括 使该投影模块提高该些特征点的亮度。
21.如权利要求16所述投影系统的影像处理方法，还包括 配置一颜色滤镜于该摄影模块的摄影光路中，以突显该指示点与该些特征点。
22.如权利要求16所述投影系统的影像处理方法，还包括 将该第二影像的多个像素数据转换为多个亮度数据；以及 将该些亮度数据中大于一第三阈值的坐标位置视为该指示点于该第二影像的坐标。
23.如权利要求16所述投影系统的影像处理方法，其中该双维坐标转换公式为
24.如权利要求16所述投影系统的影像处理方法，其中该双维坐标转换公式为 X’ = aXx+bXy+cXxXy+d 以及 y’ = eXx+f Xy+gXxXy+h,其中 x 与 y 表不于该第一影像中的坐标，x’与y’表示于该第二影像中的坐标，d = x/, h = y/,a = (x2，-d) +sx，e = (y2，_h) +sy，b = (x3，_aX sx_bX sy-d) + (sxX sy)，g =(y3’ -eXsx-f Xsy-h) + (sxXsy), x/与y/为该些特征点中的一第一特征点于该第二影像中的坐标，x2’与y2’为该些特征点中的一第二特征点于该第二影像中的坐标，x3’与y3’为该些特征点中的一第三特征点于该第二影像中的坐标，sx为于该第一影像中该第一特征点至该第二特征点的距离，而sy为于该第一影像中该第二特征点至该第三特征点的距离。
25.如权利要求24所述投影系统的影像处理方法，其中所述使用一双维坐标转换公式的步骤包括 使用该双维坐标转换公式将一计算点于该第一影像中的坐标转换为该计算点于该第二影像中的坐标； 比较该计算点于该第二影像中的坐标与该指示点于该第二影像中的坐标； 以二分逼近法移动该计算点，以使该计算点逼近该指示点；以及 以该计算点于该第一影像中的坐标作为该指示点于该第一影像中的坐标。
26.如权利要求16所述投影系统的影像处理方法，还包括 持续侦测该指示点于该第一影像的坐标，以获得多个轨迹点；以及 将该些轨迹点依据时间顺序相互连线。
27.如权利要求26所述投影系统的影像处理方法，还包括 计数在时间顺序上相邻的两个轨迹点的一间隔时间；以及 若该间隔时间大于一时间阈值，则所述相邻的两个轨迹点不相互连线。
28.如权利要求16所述投影系统的影像处理方法，还包括 当该指示点位于该第一影像的一预设区域内时，触发该预设区域所对应的一预设功能。
29.如权利要求16所述投影系统的影像处理方法，还包括 持续侦测该指示点于该第一影像的移动轨迹； 将该移动轨迹绘示于一透明层；以及将该透明层投射至该物体表面，其中该透明层叠置于该第一影像上。
30.如权利要求29所述投影系统的影像处理方法，其中该第一影像为一第一简报档案的内容，以及所述影像处理方法还包括 将含有该移动轨迹的该透明层储存于一第二简报档案。
全文摘要
本发明公开一种投影系统与其影像处理方法，该投影系统包括投影模块、摄影模块及处理模块。投影模块投射第一影像至物体表面。摄影模块拍摄物体表面以撷取含有第一影像与指示点的第二影像，其中指示点是由外部装置投射光线至物体表面而形成。处理模块分析第二影像以获得指示点于第二影像的坐标，进行直线逼近方法以获得特征点于第二影像的坐标，使用双维坐标转换公式将指示点于第二影像的坐标转换为指示点于第一影像的坐标。
文档编号G06F3/042GK102929434SQ201110230838
公开日2013年2月13日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者洪永庆, 廖孟秋 申请人:群丰科技股份有限公司