本发明涉及数字投影显示技术领域，更具体地，涉及一种基于增强现实(ar)技术的3d动向投影系统以及用于该系统的投影方法。
背景技术：
随着科学技术的发展和人民生活水平的不断提高，人们对视觉感官方面的要求越来越高：一方面，人们对人机界面的显示器件的要求越来越向着微型、大屏以及高分辨率方向发展；另一方面，在显示效果上，人们又倾向于追求3d动感、增强现实、身临其境的视觉享受。增强现实技术是在虚拟现实(vr)的基础上发展起来的技术，其是一种通过利用计算机系统提供的信息来增强用户对现实世界感知的技术。具体地，其是将虚拟的信息应用于真实世界，即将计算机生成的虚拟物体、场景或者系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的增强。
另外，由于它们使用场景的不同，各种投影设备所需要具备的功能也会有所不同。例如，在家庭或者大型舞台中，当需要根据用户的意向投影方向进行多方向的投影显示时，需要投影设备识别跟踪用户的意向投影位置方向，进而改变投影镜头的投影方向，并进行高质量的智能投影。从而，一种可追踪用户的意向投影方向，并根据用户的意向实时地改变投影镜头的方向和进行投影画面校正处理，以实现兼具3d动感和增强现实效果的投影显示的智能投影系统及其方法成为今后投影领域的研究重点之一。
应当懂得，公开于该背景技术部分的信息仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于增强现实技术的3d动向投影系统及其方法，其可追踪用户的意向投影方向，并根据用户的意向实时地改变投影镜头的方向和进行投影画面校正处理，以实现兼具3d动感和增强现实效果的投影显示。该系统及其方法可应用在多种场合，给予用户不同的视觉享受和娱乐效果。
根据本公开的一个方面，提供了一种基于增强现实的3d动向投影系统，该系统包括：3d眼镜装置，其包括：无线通信模块一；以及定位模块，其用于采集定位用户的指向性信息，定位用户的位置和最佳视线方向；动向智能投影装置，其包括：投影显示单元，其用于向投影空间投影显示3d投影内容；方向控制单元，其通过进行平面移动和角度转动来改变所述投影显示单元的投影方向，从而使用户的最佳视线方向与投影镜头方向一致，并使得所述3d眼镜装置和所述投影显示单元信号同步，满足3d显示条件；环境识别单元，其用于识别环境变化信息、所述投影显示单元的投影画面图像以及用户操控指令；无线通信模块二；以及中央处理单元，其与所述投影显示单元、所述方向控制单元、所述环境识别单元以及所述无线通信模块二相耦合，其包括：目标方向处理单元，其用于根据来自所述3d眼镜装置的所述定位模块的所述用户的指向性信息计算所述方向控制单元的移动位移和转动角度；图像校正单元，其用于对所述环境识别单元所获取的环境变化信息、投影画面图像、和/或用户操控指令进行分析比对，进行实时的投影图像校正，所述3d眼镜装置与所述动向智能投影装置之间通过所述无线通信模块一与所述无线通信模块二进行通信。
优选地，所述定位模块包括图像采集装置、角度位移传感器以及重力传感器中的至少一种。
优选地，所述方向控制单元包括多维运动云台和机器人中的至少一种，其通过平面移动和角度转动改变所述动向智能投影装置的位置以及设置在动向智能投影装置上的所述投影显示单元的投影镜头方向。
优选地，所述投影图像校正包括投影自动对焦、投影图像/方向校正、投影背景颜色、亮度和表面凹凸程度的校正，而所述投影图像/方向校正进一步包括投影图像畸形校正以及方向校正。
优选地，所述环境识别单元包括红外三维测试仪和摄像机中的至少一种，且所述3d眼镜装置向所述动向智能投影装置无线传输来自所述定位模块的指向性信息。
优选地，所述动向智能投影装置还包括与中央处理单元相连接的存储单元，所述3d投影内容来自所述存储单元或者是来自所述无线通信模块二的实时投影信息，以及所述3d眼镜装置和动向智能投影装置还分别包括充电电池与无线充电模块，且在所述3d眼镜装置与所述动向智能投影装置中所述无线充电模块均连接到所述充电电池。
优选地，所述动向智能投影装置还包括：特效镜片，其设置在所述投影显示单元的投影镜头出光方向，用于对来自投影镜头的影像光束进行多重散射或反射或衍射；以及转动单元，其耦合至所述中央处理单元，用于控制所述特效镜片的转动。
优选地，所述环境识别单元能够识别的用户操控指令包括语音指令和肢体动作，所述肢体动作进一步包括手势动作和头的方向性摆动。
根据本公开的另一个方面，提供了一种用于前述的3d动向投影系统的投影方法，该方法包括：(t1)根据用户的指向性信息计算所述方向控制单元的平面位移和转动角度，并控制所述方向控制单元根据计算结果进行相应的运动；以及(t2)对所述环境识别单元所获取的环境变化信息、投影画面图像和/或用户操控指令进行分析比对，进行实时的投影图像校正。
优选地，该步骤(t1)进一步包括：(t11)所述定位模块采集用户的指向性信息，定位用户的位置和最佳视线方向；(t12)所述无线通信模块一向所述无线通信模块二传输所述用户的指向性信息；(t13)所述目标方向处理单元根据用户的指向性信息计算所述方向控制单元的移动位移和转动角度；以及(t14)所述方向控制单元根据所述计算的结果进行相应的运动。
优选地，所述投影图像校正包括投影自动对焦、投影图像/方向校正、投影背景颜色、亮度和表面凹凸程度的校正，而所述投影图像/方向校正进一步包括投影图像畸形校正以及方向校正。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅描述本发明的一部分实施方式。这些附图对于本发明来说并不是限制性的，而是起示例性的作用。
图1为根据本发明的一个实施方式的基于增强现实的3d动向投影系统的系统框图；
图2为根据本发明的另一个实施方式的基于增强现实的3d动向投影系统的系统框图；
图3为根据本发明的又一个实施方式的基于增强现实的3d动向投影方法的流程图。
图4为示出图3所示的方法中一个步骤的流程图。
具体实施方式
以下，将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。应当理解，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式，且本发明的保护范围并不受这些具体实施方式的限制。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施形式，都属于本发明保护的范围。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1为根据本发明的一个具体实施方式的基于增强现实的3d动向投影系统的系统框图。如图1中所示，该基于增强现实的3d动向投影系统包括3d眼镜装置10和动向智能投影装置20两部分，且3d眼镜装置10和动向智能投影装置20借助其各自具有的无线通信模块(例如采用wifi、蓝牙等的无线通信模块)相互进行信息传输。
其中，具体地，如图1中所示，该3d眼镜装置10包括：定位模块11，其用于采集定位用户的指向性信息，定位用户的位置和最佳视线方向，以及无线通信模块一12。该动向智能投影装置20包括：投影显示单元21，其用于向投影空间投影显示3d投影内容；方向控制单元22，其通过发生需要的位移和/或转动来改变投影显示单元21的投影方向；环境识别单元23，其用于识别环境的变化、投影显示单元21完整的投影画面、以及用户操控指令；无线通信模块二24；中央处理单元25，其与所述投影显示单元21、方向控制单元22、环境识别单元23以及无线通信模块二24相耦合，并包括：目标方向处理单元251，其用于根据由3d眼镜装置10的定位模块11所采集的用户的指向性信息来计算出所需的方向控制单元22的位移和/或转角；以及图像校正单元252，其用于对环境识别单元23所获取的环境变化信息、投影画面图像、以及用户操控指令进行分析比对(对于图像，例如进行前后帧比对)，以进行实时的投影图像校正。
在本实施方式中，该定位模块11可以为图像采集装置或者为传感器。该传感器可以为一个或者多个角度位移传感器和/或重力传感器。所述方向控制单元22可以为多维运动云台或者机器人，其通过其自身的位移和/或转动改变动向智能投影装置20的空间姿态，从而改变设置在动向智能投影装置20上的投影显示单元21的投影镜头方向，同时，其使得用户最佳视线方向与投影镜头方向一致，并使3d眼镜装置10和投影显示单元21进行信号同步，从而用户能即时地观看到3d影像的效果，满足3d显示条件。
在本实施方式中，该图像校正单元252所进行的投影图像校正包括：投影自动对焦、投影图像/方向校正(投影图像/方向校正包括投影图像畸形校正以及方向校正)以及投影背景颜色、亮度和表面凹凸程度的校正。例如，该图像校正单元252能够采用的一种投影自动对焦的方法包括：首先，通过光学测距或红外测距测量出投影装置与投影面之间的距离；然后，基于投影装置内置的预定的投影距离与镜头位置之间的关系表，利用查表法确定该投影距离对应的镜头位置；最后，利用步进电机带动镜头转动至该位置，即完成自动对焦。而对于投影图像的畸形，该图像校正单元252可以采用例如空间坐标变换和灰度级插值(包括最近邻插值、双线性插值、立方卷积插值等)等方法来予以校正。此外，在一般情况下，投影装置的位置应尽量与投影屏幕成直角才能保证投影效果。当因无法保证两者之间的直角关系，该图像校正单元252需要进行诸如梯形校正(例如垂直梯形校正和水平梯形校正)的方向校正来实现标准的矩形投影图像。再者，当用户意向投影方向的投影面背景颜色和所需投影显示的内容对比度不高，不能清晰显示时，图像校正单元252能根据环境识别单元23所采集的投影画面图像进行校正处理，改变所投影信息的背景颜色、亮度或者字体颜色等等，实现智能清晰化投影。又或者，当投影面凹凸不平，使得所投影的投影画面不连续时，图像校正单元252能根据所采集的投影画面图像进行相应的校正处理，实现智能清晰化投影。
在本实施方式中，该3d眼镜装置10向动向智能投影装置20无线传输来自定位模块11的指向性信息；该环境识别单元为三维扫描仪或者摄像机，可识别的用户操控指令包括：语音指令和肢体动作；该肢体动作包括：手势动作和头的方向性摆动。这里的三维扫描仪是一种科学仪器，用来侦测并分析现实世界中物体或环境的形状(几何构造)与外观数据(如颜色、表面反照率等性质)。搜集到的数据常被用来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。此外，当环境识别单元为摄像机时，可以通过例如前后帧图像对比对环境变化信息、投影画面和用户操控指令进行识别。
图2为根据本发明的另一个具体实施方式的基于增强现实的3d动向投影系统的系统框图。如图2所示，除包括图1中所示的定位模块与无线通信模块一以外，所述3d眼镜装置30还包括充电电池一31和无线充电模块一32，且该无线充电模块一32与充电电池一31相连接。而且，除包括图1中所示的投影显示单元、中央处理单元(包括目标方向处理单元和图像校正单元)、方向控制单元、无线通信模块二、环境识别单元以外，该动向智能投影装置40还包括与中央处理单元相连接的充电电池二45和无线充电模块二46，所述无线充电模块二46与充电电池二45相连接。此外，该动向智能投影装置40还包括中央处理单元43相连接的存储单元42；3d投影内容来自存储单元42或者是来自无线通信模块二的实时投影信息。
在本实施方式中，该动向智能投影装置40还包括特效镜片44以及用于控制其转动的转动单元43，该转动单元43与中央处理单元43相耦合。该特效镜片47设置在投影显示单元45的投影镜头出光方向，其能够对来自投影镜头的影像光束进行多重散射或反射或衍射，以产生类似哈哈镜或万花筒等图像变异特效，大大增强了娱乐效果。
图3示出了根据本发明的一个实施方式的用于上述3d动向投影系统的投影方法。如图3所示，该投影方法包括以下步骤：
(st1)用户佩戴3d眼镜装置，并启动3d眼镜装置和动向智能投影装置进行初始化工作；
(st2)根据用户的指向性信息计算出方向控制单元的所需的位移和/或转角，方向控制单元根据计算结果进行相应的运动；
(st3)对环境识别单元所获取的环境变化信息、投影画面图像以及用户操控指令进行分析比对，进行实时的投影图像校正；
(st4)投影显示单元进行校正后清晰投影。
如图4所示，在本实施例中，所述步骤(st2)还包括以下步骤：
(st21)定位模块采集定位用户的指向性信息，定位用户的位置和最佳视线方向；
(st22)无线通信模块一向无线通信模块二传输用户的指向性信息；
(st23)目标方向处理单元根据用户的指向性信息来计算出方向控制单元的所需的位移和/或转角；
(st24)方向控制单元根据计算结果进行相应的运动(移动计算出的位移和/或转动计算出的转角)。
在本实施例中，步骤(s3)所述的投影图像校正包括：投影自动对焦、投影图像/方向校正以及投影背景颜色、亮度以及表面凹凸程度的校正。该投影图像/方向校正包括：投影图像畸形校正以及方向校正。
值得注意的是，在本公开中，用户可以为人或者机器人或者其他动物，且根据本发明的基于增强现实的3d动向投影系统及其方法可以应用于多种场合。例如，在大型表演中，用户借助所佩戴的3d眼镜装置的定位模块来实时采集定位用户的指向性信息，定位用户的位置和最佳视线方向，而与3d眼镜装置无线连接的动向智能投影装置接收该用户的指向性信息，并根据该指向性信息计算其方向控制单元的需要的位移和/或转角，进而该方向控制单元根据该计算结果进行相应的位移和/或转动，以调控投影镜头的投影方向，并根据舞台表演的需要在舞台背景的不同位置或者不同物体上投影显示相关内容和对投影显示的内容进行投影校正处理，从而实现增强现实的炫丽舞台效果。该用户可以是在舞台上的表演者或者幕后的舞台效果操控工作人员。或者，在家庭中，主人或者宠物可以在不同时间和不同位置进行智能投影，以实现交互式娱乐的享受体验。再者，在大型餐厅中，可以由店家或者机器人服务员根据不同客户需求，投影菜品视频或者其他娱乐内容等等，而这丰富了顾客的用餐体验。
综上所述，根据本发明的基于增强现实的3d动向投影系统以及用于该系统的投影方法能够追踪用户的意向投影方向，并根据用户的意向实时地改变投影镜头的方向和进行投影画面校正处理，以实现兼具3d动感和增强现实效果的投影显示。该3d动向投影系统以及用于该系统的投影方法可应用在多种场合，以给予用户不同的视觉享受和娱乐效果。
对所公开的实施方式的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。应当理解，以上实施方式中所公开的特征，除了有特别说明的情形外，都可以单独地或者相结合地使用。对这些实施方式的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施方式中实现。因此，本文所公开的本发明并不局限于所公开的具体实施方式，而是意在涵盖如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围之内的修改。