一种用于曲面幕布的短焦投影图像修正方法及其系统与流程

本发明涉及投影图像处理技术领域，尤其涉及一种用于曲面幕布的短焦投影图像修正方法及其系统。

背景技术：

近年来，在投影显示领域中，短焦投影机逐渐成为了发展的热点，在发展过程中迅速获得了广大用户的喜爱。短焦投影机是投影领域的一大进步，其具有很短的透射比（即投影机到屏幕之间的距离与屏幕尺寸之比）。投影仪从离屏幕表面几英寸开外之处即可将画面投射到大屏幕（70 英寸或以上）上。在投影机前走动而挡住屏幕上画面的情况将不复存在。借助超短焦投影仪，可在任何房间，教室和会议室内观看明亮且色彩丰富的大屏幕影像。

另外，随着技术的不断发展，近年来曲面电视也越来越普及。曲面电视相对于普通平面电视，具有如下几个明显优势：1.人眼视觉体验更舒适；2.带来更逼真的画面临场感；3.观看视角更广；4.曲面结构能在有限空间内获得更大显示面积。

因此，若将投影仪幕布设置为曲面，也将获得相对于传统平面幕布而言同样的优势。但是由于几何空间的变化，如图1和图2所示，投影仪的投影图像会扭曲，在曲面幕布上出现变形失真等的问题。由此，在投影领域尚无法广泛的应用。

因此，现有技术还有待发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于曲面幕布的短焦投影图像修正方法及其系统，旨在解决现有技术中曲面幕布的投影图像存在图像变形失真的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种用于曲面幕布的短焦投影图像修正方法，其中，所述短焦投影图像修正方法包括：

A、获取曲面幕布的大小和曲面幕布的曲率；

B、基于投影仪与曲面幕布之间的几何位置关系，获取曲面幕布的上沿的投影像素的第一下降高度，以及所述曲面幕布的下沿的投影像素的第二下降高度；

C、依据所述第一下降高度和第二下降高度，通过线性插值计算获得所述原始投影图像中的投影像素的目标下降高度；

D、依据所述目标下降高度，调整投影像素的位置从而获得修正投影图像。

所述的短焦投影图像修正方法，其中，所述投影仪设置于水平平面上，与所述曲面幕布的中轴线相对。

所述的短焦投影图像修正方法，其中，在步骤B中，所述第一下降高度依据如下算式计算：

其中，y为第一下降高度，x为投影像素距离曲面幕布中轴的距离，H为曲面幕布的上沿高度，为曲面幕布的圆弧的弧度，L为投影仪与曲面幕布中轴线之间的距离，R为曲面幕布的圆弧的半径。

所述的用于曲面幕布的短焦投影图像修正方法，其中，在步骤B中，所述第二下降高度依据如下算式计算：

其中，y₁为第二下降高度，x为投影像素距离曲面幕布中轴的距离，H`为曲面幕布的上沿高度，为曲面幕布的圆弧的弧度，L为投影仪与曲面幕布中轴线之间的距离，R为曲面幕布的圆弧的半径。

所述的用于曲面幕布的短焦投影图像修正方法，其中，所述步骤D具体包括：

D1、以原始投影图像的左上角为坐标原点，建立正交坐标轴；

D2、获取投影机播放的原始投影图像的宽度和高度并据此确定原始投影图像的投影像素坐标；

D3、根据所述目标下降高度与原始投影图像的高度的比例，计算获得修正的投影像素坐标，形成修正投影图像。

一种用于曲面幕布的短焦投影图像修正系统，其中，所述系统包括：

输入模块，用于获取曲面幕布的大小和曲面幕布的曲率信息；

几何计算模块，用于基于投影仪与曲面幕布之间的几何位置关系，计算曲面幕布的上沿的投影像素的第一下降高度，以及所述曲面幕布的下沿的投影像素的第二下降高度；

修正计算模块，用于依据所述第一下降高度和第二下降高度，通过线性插值计算获得所述原始投影图像中的投影像素的目标下降高度；

图像调整模块，用于依据所述目标下降高度，调整投影像素的位置从而获得修正投影图像。

所述的用于曲面幕布的短焦投影图像修正系统，其中，所述投影仪设置于水平平面上，与所述曲面幕布的中轴线相对。

所述的用于曲面幕布的短焦投影图像修正系统，其中，在所述几何计算模块中依据如下算式计算所述第一下降高度：

其中，y为第一下降高度，x为投影像素距离曲面幕布中轴的距离，H为曲面幕布的上沿高度，为曲面幕布的圆弧的弧度，L为投影仪与曲面幕布中轴线之间的距离，R为曲面幕布的圆弧的半径。

所述的用于曲面幕布的短焦投影图像修正系统，其中，在所述几何计算模块中依据如下算式计算所述第二下降高度：

其中，y₁为第二下降高度，x为投影像素距离曲面幕布中轴的距离，H`为曲面幕布的上沿高度，为曲面幕布的圆弧的弧度，L为投影仪与曲面幕布中轴线之间的距离，R为曲面幕布的圆弧的半径。

所述的短焦投影图像修正系统，其中，所述图像调整模块具体包括：

原图像信息获取单元，用于以原始投影图像的左上角为坐标原点，建立正交坐标轴；

定位单元，用于获取投影机播放的原始投影图像的宽度和高度并据此确定原始投影图像的投影像素坐标；

图像修正单元，用于根据所述目标下降高度与原始投影图像的高度的比例，计算获得修正的投影像素坐标，形成修正投影图像。

有益效果：本发明提供的一种用于曲面幕布的短焦投影图像修正方法及其系统，通过几何位置关系的计算，对投影仪的投射图像进行几何修正，能够在曲面（曲面）幕布投影，避免图像出现变形失真的问题，使得短焦投影机能够应用于曲面显示中，具有更好的显示效果。整个修正方法简单可靠，运算量较小，易于实现，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为投影仪的投影图像在平面上的成像区域示意图。

图2为现有投影仪的投影图像在曲面上的成像区域示意图。

图3为本发明具体实施例的短焦投影图像修正方法的方法流程图。

图4为本发明具体实施例的投影仪及曲面幕布的俯视图。

图5为本发明具体实施例的投影仪及曲面幕布的侧视图。

图6为本发明具体实施例的短焦投影图像修正系统的结构框图。

具体实施方式

本发明提供一种短焦投影图像修正方法及其系统。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为投影仪的投影图像在平面上的显示示意图，其成像区域为一个正立矩形。而当投影在具有一定弧度的曲面幕布上时，将变形为如图2所示的形状。

依据图1和图2的变化，可知应当对于图像在竖直方向上的高度进行一定的调整。

如图3所示，为本发明具体实施例的一种短焦投影图像修正方法。所述短焦投影图像修正方法包括：

步骤S100、获取曲面幕布的大小和曲面幕布的曲率。

步骤S200、基于投影仪与曲面幕布之间的几何位置关系，计算曲面幕布的上沿的投影像素的第一下降高度，以及曲面幕布的下沿的投影像素的第二下降高度。

在获取曲面幕布的大小和曲率后，由于投影仪与幕布之间的相对位置应当是固定的（具有最佳的投影效果的位置唯一），可以通过相似三角形，圆弧计算等几何计算方式计算获得投影像素应当修正的高度。

所述上沿和下沿可以采用相同的方法计算对应的第一下降高度和第二下降高度，仅需将上沿的高度改变为下沿的高度。

步骤S300、依据所述第一下降高度和第二下降高度，通过线性插值计算获得所述原始投影图像中的投影像素的目标下降高度。

由于其函数形式为直线，因此，可以方便的使用线性插值的方法，依据前述步骤S200中获得的两个端点，计算获得图像中各个投影像素的目标下降高度。

步骤S400、依据所述目标下降高度，调整投影像素的位置从而获得修正投影图像。投影机根据计算的结果，对投影像素的位置进行相应的调整即可完成对于投影图像的修正。

以下对几何修正的过程进行详细陈述。在本实施例中，所述投影仪设置于水平平面上，与所述曲面幕布的中轴线相对。如图4所示，为投影仪与曲面幕布的俯视图。如图5所示，为投影仪与曲面幕布的俯视图。

其中，AB分别为曲面幕布10的两端，曲面幕布10所在圆弧的圆心位于点O`，投影仪的镜头位于点O，H为幕布10的高度。

如图4所示，存在如下几何关系：

显然的，R为圆的半径，为曲面幕布10所在圆弧的圆心角，L为投影机与AB所在平面（即幕布的基准平面）的距离。

如图5所示，存在如下几何关系：

J`和I`分别为过J点和I点的垂直线与地面的交点。

令O`为坐标原点，K为幕布基准平面上的任意一点，其横坐标为x（即横移量），为满足投影幕布上沿的变形要求，点K处需要降低的高度为B`K（即上述的第一下降高度y）。

如图5所示，根据三角形相似原理，有

（1）

如图4所示，则有：

（2）

由于直线OK与圆O`相交于点Q，则有：

（3）

联立算式（1）、（2）、（3），可以求得：

（4）

其中，y为第一下降高度，x为投影像素距离曲面幕布中轴的距离，H为曲面幕布的上沿高度，为曲面幕布的圆弧的弧度，L为投影仪与曲面幕布中轴线之间的距离，R为曲面幕布的圆弧的半径。

通过算式（4）即可计算获得在预定横移量x的情况下，对应的投影像素需要下降的高度。

由上述推导可知，所述第二下降高度（即下沿）的计算与第一下降高度的计算方法相同，区别在于将曲面幕布的上沿高度调整为曲面幕布的下沿高度。因此，所述第二下降高度y₁可以依据如下算式计算：

（5）

其中，y₁为第二下降高度，x为投影像素距离曲面幕布中轴的距离，H`为曲面幕布的上沿高度，为曲面幕布的圆弧的弧度，L为投影仪与曲面幕布中轴线之间的距离，R为曲面幕布的圆弧的半径。

具体的，对于投影机播放的原始图像而言，所述步骤S400具体包括：

步骤S401、以原始投影图像的左上角为坐标原点，建立正交坐标轴；

步骤S402、获取投影机播放的原始投影图像的宽度和高度并据此确定原始投影图像的投影像素坐标；

步骤S403、根据所述目标下降高度与原始投影图像的高度的比例，计算获得修正的投影像素坐标，形成修正投影图像。

即首先、获取投影机播放的原始投影图像的宽度WID和高度HEI。然后、以原始投影图像的左上角为坐标原点（0,0），建立直角坐标系，确定原始投影图像的投影像素坐标(X，Y)。

在建立直角坐标系后：依据所述目标下降高度、原始投影图像的宽度和高度，计算获得修正的投影像素坐标（X`，Y`），形成修正投影图像。

根据上述推导过程，可知在以原始投影图像的左上角为坐标原点（0,0）的时候，投影像素坐标（X，Y）与x的关系为：

（6）

因此，x通过如下算式计算：

（7）

由此，修正后的投影像素坐标（X`，Y`）为：

（8）

（9）

（10）

（11）

（12）

根据算式（8）到算式（12），即可计算获得原始投影图像每个投影像素的修正后结果，从而获得最终的修正投影图像。

基于上述短焦投影图像修正方法，本发明还提供一种短焦投影图像修正系统。如图6所示，所述短焦投影图像修正系统包括：

输入模块100，用于获取曲面幕布的大小和曲面幕布的曲率；

几何计算模块200，用于基于投影仪与曲面幕布之间的几何位置关系，计算投影仪在曲面幕布上的原始投影图像的上沿中的投影像素的第一下降高度；以及计算所述原始投影图像的下沿中的投影像素的第二下降高度；

修正计算模块300，用于依据所述第一下降高度和第二下降高度，通过线性插值计算获得所述原始投影图像中的投影像素的目标下降高度；

图像调整模块400，用于依据所述目标下降高度，调整投影像素的位置从而获得修正投影图像。具体如上所述。

具体的，所述投影仪设置于水平平面上，与所述曲面幕布的中轴线相对。具体如上所述。

更具体的，在所述几何计算模块200中依据如下算式计算所述第一下降高度：

其中，y为第一下降高度，x为投影像素距离曲面幕布中轴的距离，H为曲面幕布的上沿高度，为曲面幕布的圆弧的弧度，L为投影仪与曲面幕布中轴线之间的距离，R为曲面幕布的圆弧的半径。具体如上所述

更具体的，在所述几何计算模块200中依据如下算式计算所述第二下降高度：

其中，y₁为第二下降高度，x为投影像素距离曲面幕布中轴的距离，H`为曲面幕布的上沿高度，为曲面幕布的圆弧的弧度，L为投影仪与曲面幕布中轴线之间的距离，R为曲面幕布的圆弧的半径。

在本发明的具体实施例中，所述图像调整模块400具体包括：

原图像信息获取单元，用于以原始投影图像的左上角为坐标原点，建立正交坐标轴；

定位单元，用于获取投影机播放的原始投影图像的宽度和高度并据此确定原始投影图像的投影像素坐标；

图像修正单元，用于根据所述目标下降高度与原始投影图像的高度的比例，计算获得修正的投影像素坐标，形成修正投影图像。

综上所述，本发明提供了一种短焦投影图像修正方法及其系统，方法包括：A、获取曲面幕布的大小和曲面幕布的曲率；B、基于投影仪与曲面幕布之间的几何位置关系，计算曲面幕布的上沿的投影像素的第一下降高度以及所述曲面幕布的下沿的投影像素的第二下降高度；C、依据所述第一下降高度和第二下降高度，通过线性插值计算获得所述原始投影图像中的投影像素的目标下降高度；D、依据所述目标下降高度，调整投影像素的位置从而获得修正投影图像。通过几何位置关系的计算，对投影仪的投射图像进行几何修正，能够在曲面（曲面）幕布投影，避免图像出现变形失真的问题。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。