投影图像校正方法、校正装置及机器人与流程

技术特征：

1.一种投影图像校正方法，其特征在于，包括：

获取投影光轴长度以及投影点与投影图像边缘点的距离；所述投影图像边缘点为：穿过投影光轴的光轴点的垂线与投影图像边缘的交点；

根据视场角、所述投影光轴长度和所述投影点与投影图像边缘点的距离，计算投影图像在投影面上像素点的变形比例；

根据所述变形比例，调整投影图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述投影点与投影图像边缘点的距离包括：投影点与水平穿过光轴点的直线形成的投影图像边缘点之间的第一横向距离和第二横向距离，投影点与垂直穿过光轴点的直线形成的投影图像边缘点之间的第一纵向距离和第二纵向距离。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述视场角包括：水平方向的宽度角和垂直方向的高度角；

所述投影面与水平面垂直，所述投影光轴与水平面平行，

所述计算投影图像在投影面上像素点的变形比例具体包括：根据宽度角、所述投影光轴长度、第一横向距离和第二横向距离，计算投影图像在投影面上像素点的横向变形比例；

根据所述高度角和横向变形比例，计算投影图像在投影面上像素点的纵向变形比例。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述投影图像的横向方向具有m个像素点，纵向方向具有n个像素点，通过如下算式计算所述横向方向上的m个像素点对应的纵向变形比例：

b₁＝n×a₁

b₂＝n×a₁+a₁×tanγ

b₃＝n×a₁+(a₁+a₂)×tanγ

……

b_m＝n×a₁+(a₁+a₂+…+a_m-1)×tanγ

其中，a₁,a₂,…,a_m为所述横向方向上的m个像素点对应的横向变形比例，γ为所述高度角，b₁,b₂,b₃,…,b_m为所述横向方向上的m个像素点对应的纵向变形比例。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述视场角包括：水平方向的宽度角和垂直方向的高度角；所述计算投影图像在投影面上像素点的变形比例具体包括：根据高度角、所述投影光轴长度、第一纵向距离和第二纵向距离，计算投影图像在投影面上像素点的纵向变形比例；

根据所述宽度角和所述纵向变形比例，计算投影图像在投影面上像素点的横向变形比例。

6.根据权利要求3或5所述的方法，其特征在于，所述根据所述变形比例，调整投影图像，具体包括：

根据所述横向变形比例，将投影图像的每一行压缩或者拉伸为正常显示宽度；

根据所述纵向变形比例，将投影图像的每一列压缩或者拉伸为正常显示高度。

7.根据权利要求3或5所述的方法，其特征在于，所述计算投影图像在投影面上像素点的横向变形比例，具体包括：

根据宽度角，计算像素点的光路角；

根据宽度角，投影光轴长度和投影图像边缘与投影点之间的距离，计算投影光轴与投影面之间的第一夹角；

根据所述光路角和第一夹角，计算获得像素点的横向变形比例。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述横向变形比例的光路角具体通过如下方法计算：

通过如下算式，计算像素点的标准宽度：

其中，为所述宽度角的一半；a为像素点的标准宽度，n为投影图像中每行包括的像素点数量，L为投影光轴长度；

通过如下算式，依次计算各个像素点相对应的光路角：

$tan({\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2+\mathrm{...}+{\mathrm{\α}}_{\frac{n}{2}})=\frac{\frac{n}{2}\×a}{L}$

α_n为第n个像素点对应的光路角。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述横向变形比例的第一夹角具体通过如下方法计算：

通过如下算式，计算投影光轴的光轴点与投影图像边缘点之间的距离：

${\mathrm{DC}}^2=L^2+{L_1}^2-2\×L\×L_1\×cos\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)$

其中，DC为投影光轴在投影面上的光轴点与投影图像边缘点之间的的距离，L为投影光轴长度，L₁为投影点与投影图像边缘点之间的距离，为所述宽度角的一半；

根据光轴点与投影图像边缘点之间的距离，通过如下算式，计算所述第一夹角：

$\frac{DC}{\sin \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}=\frac{L_1}{\sin \mathrm{\β}}$

其中，β为所述第一夹角。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述横向变形比例通过如下算式计算：

$\frac{y}{z}=\frac{{\mathrm{sin\α}}_{n-1}\×sin(180-\mathrm{\β}-{\mathrm{\α}}_1-{\mathrm{\α}}_2-\mathrm{...}-{\mathrm{\α}}_n)}{{\mathrm{sin\α}}_n\×sin(\mathrm{\β}+{\mathrm{\α}}_1+\mathrm{...}+{\mathrm{\α}}_{n-2})};$

其中，y为第n-1个像素点的宽度；z为第n个像素点的宽度；为所述横向变形比例，α_n为第n个像素点的光路角。

11.根据权利要求1-10任一所述的方法，其特征在于，所述根据所述变形比例，调整投影图像，具体包括：

根据所述变形比例，生成对应的校正曲线；

使用所述校正曲线，对应调整所述投影图像的形状尺寸；

将调整后的投影图像投影至所述投影面上。

12.一种投影图像校正装置，其特征在于，包括：

测距模块，用于获取投影光轴长度以及投影点与投影图像边缘点的距离；所述投影图像边缘点为：穿过投影光轴的光轴点的垂线与投影图像边缘的交点；

计算模块，用于根据视场角、所述投影光轴长度和投影点与投影图像边缘点的距离，计算投影图像在投影面上像素点的变形比例；

调整模块，用于根据所述变形比例，调整投影图像。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述投影点与投影图像边缘点的距离包括：投影点与水平穿过光轴点的直线形成的投影图像边缘点之间的第一横向距离和第二横向距离，投影点与垂直穿过光轴点的直线形成的投影图像边缘点之间的第一纵向距离和第二纵向距离。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述视场角包括：水平方向的宽度角和垂直方向的高度角；

所述投影面与水平面垂直，所述投影光轴与水平面平行，

所述计算模块具体用于：根据宽度角、所述投影光轴长度、第一横向距离和第二横向距离，计算投影图像在投影面上像素点的横向变形比例。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述投影图像的横向方向具有m个像素点，纵向方向具有n个像素点，通过如下算式计算所述横向方向上的m个像素点对应的纵向变形比例；

所述计算模块具体用于，通过如下算式计算所述横向方向上的m个像素点对应的纵向变形比例：

b₁＝n×a₁

b₂＝n×a₁+a₁×tanγ

b₃＝n×a₁+(a₁+a₂)×tanγ

……

b_m＝n×a₁+(a₁+a₂+…+a_m-1)×tanγ

其中，a₁,a₂,…,a_m为所述横向方向上的m个像素点对应的横向变形比例，γ为所述高度角，b₁,b₂,b₃,…,b_m为所述横向方向上的m个像素点对应的纵向变形比例。

16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述视场角包括：水平方向的宽度角和垂直方向的高度角；

所述计算模块具体用于：根据高度角、所述投影光轴长度、第一纵向距离和第二纵向距离，计算投影图像在投影面上像素点的纵向变形比例；

根据所述宽度角和所述纵向变形比例，计算投影图像在投影面上像素点的横向变形比例。

17.根据权利要求14或16所述的装置，其特征在于，所述调整模块具体用于：

根据所述横向变形比例，将投影图像的每一行压缩或者拉伸为正常显示宽度；

根据所述纵向变形比例，将投影图像的每一列压缩或者拉伸为正常显示高度。

18.根据权利要求14或16所述的装置，其特征在于，所述计算模块具体用于：

根据宽度角，计算像素点的光路角；

根据宽度角，投影光轴长度和投影图像边缘与投影点之间的距离，计算投影光轴与投影面之间的第一夹角；

根据所述光路角和第一夹角，计算获得像素点的横向变形比例。

19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述计算模块具体用于：

通过如下算式，计算像素点的标准宽度：

其中，为所述宽度角的一半；a为像素点的标准宽度，n为投影图像中每行包括的像素点数量，L为投影光轴长度；

通过如下算式，依次计算各个像素点相对应的光路角：

$tan({\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2+\mathrm{...}+{\mathrm{\α}}_n)=\frac{n\×a}{L}$

α_n为第n个像素点对应的光路角。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述计算模块具体用于：

所述横向变形比例的第一夹角具体通过如下方法计算：

通过如下算式，计算投影光轴的光轴点与投影图像边缘点之间的距离：

${\mathrm{DC}}^2=L^2+{L_1}^2-2\×L\×L_1\×cos\left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)$

其中，DC为投影光轴在投影面上的光轴点与投影图像边缘点之间的的距离，L为投影光轴长度，L₁为投影点与投影图像边缘点之间的距离，为所述宽度角的一半；

根据光轴点与投影图像边缘点之间的距离，通过如下算式，计算所述第一夹角：

$\frac{DC}{\sin \left(\frac{\mathrm{\α}}{2}\right)}=\frac{L_1}{\sin \mathrm{\β}}$

其中，β为所述第一夹角。

21.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述计算模块具体用于：通过如下算式计算所述变形比例：

$\frac{y}{z}=\frac{{\mathrm{sin\α}}_{n-1}\×sin(180-\mathrm{\β}-{\mathrm{\α}}_1-{\mathrm{\α}}_2-\mathrm{...}-{\mathrm{\α}}_n)}{{\mathrm{sin\α}}_n\×sin(\mathrm{\β}+{\mathrm{\α}}_1+\mathrm{...}+{\mathrm{\α}}_{n-2})};$

其中，y为第n-1个像素点的宽度；z为第n个像素点的宽度；为所述横向变形比例，α_n为第n个像素点的光路角。

22.根据权利要求12-121任一所述的装置，其特征在于，所述调整模块还用于：根据所述变形比例，生成对应的校正曲线；使用所述校正曲线，对应调整所述投影图像的形状尺寸；将调整后的投影图像投影至所述投影面上。

23.一种机器人，其特征在于，包括至少一个投影装置、处理器以及测距单元；

所述测距单元用于获取投影光轴长度以及投影点与投影图像边缘点的距离；所述投影图像边缘点为：穿过投影光轴的光轴点的垂线与投影图像边缘的交点；

所述处理器用于根据所述测距单元获取的投影光轴长度、投影点与投影图像边缘点的距离以及投影装置的视场角，计算投影图像在投影面上像素点的变形比例，以及根据所述变形比例，调整投影图像；

所述投影装置用于将调整后的投影图像投影至投影面上。

24.根据权利要求23所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括动力装置；

所述动力装置驱动所述机器人在投影装置的投影过程中移动；所述测距模块实时获取投影光轴长度以及投影点与投影图像边缘点的距离；

所述处理器还用于根据所述投影光轴长度以及投影点与投影图像边缘点的距离的变化，相应的调整投影图像；

所述投影装置用于将调整后的投影图像投影至投影面上。

25.一种包括软件代码部分的计算机程序产品，其特征在于，所述软件代码部分被配置用于当在计算机的存储器中运行时执行根据权利要求1-11中任一项所述的方法步骤。