用于投影仪校准的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本文所描述的技术一般涉及用于校准一个或多个投影仪的方法和系统。
【背景技术】
[0002]图像投影仪可以用于将图像投影到诸如屏幕或其它表面之类的投影表面上。在一些应用中，视频投影仪可以用于增强、补充(compliment)或以其它方式扩增表面上的物体以创建动态且令人愉悦的用户体验，诸如像游乐园魅力。例如，可以在表面上投影与表面上的真实物体虚拟“交互”的角色或物体。
[0003]常规视频投影仪具有数个限制。特别地，常规视频投影仪具有有限的色域和亮度。由于这些限制，仅使用常规视频投影仪的呈现可能看起来枯燥和单调。另外，在其中存在环境照明的情形中，结果得到的图像可能看起来被冲掉并且不真实。相反，诸如激光扫描投影仪之类的激光投影仪具有相比于常规视频投影仪的增加的亮度和色域。特别地，激光投影仪可以投影纯饱和的、即单色的红色、绿色和蓝色色调，这允许比常规视频投影仪明显更宽的色域。
[0004]然而，用于激光投影仪的已知校准技术要求大量用户交互、是时间密集的，并且通常并不非常精确。这样，存在对于可以用于更精确且自动地校准激光投影仪的技术的需要。
[0005]在说明书的该【背景技术】章节中包括的信息(包括本文引述的任何参考文献及其任何描述或讨论)仅仅为了技术参考的目的而被包括并且不被视为如权利要求中所限定的本发明的范围通过其定界的主题。
【发明内容】
[0006]本公开的一个示例涉及一种校准具有非均匀失真特性的投影仪的方法。该方法包括通过处理元件接收投影到投影表面上的校准图案的第一校准图像，由处理元件通过分析第一校准图像和校准图案生成透视投影矩阵，以及由处理元件通过分析第一校准图像确定非线性映射函数。
[0007]本公开的另一示例包括一种用于校准诸如激光投影仪或具有非均匀失真特性的其它投影仪之类的投影仪的系统。该系统包括将第一校准图案投影到投影表面上的投影仪、捕获投影到投影表面上的第一校准图案的第一校准图像的相机以及与相机通信的计算设备。计算设备基于第一校准图像生成透视投影矩阵并且通过分析第一校准图像和第一校准图案确定用于投影仪的失真映射，失真映射确定存在于投影仪内的非线性失真，其未通过透视投影矩阵精确近似。
[0008]本公开的又一示例包括具有通过使用非线性映射技术校准的激光投影仪和视频投影仪的投影系统。通过使用该系统，视频投影仪将第一图像投影到投影表面上并且激光投影仪将第二图像投影到投影表面上。第二图像在投影表面上叠覆第一图像并且提供用于第一图像的至少一个部分的扩增和/或强调(accent)。
[0009]提供本
【发明内容】
来以简化的形式引入以下在【具体实施方式】中进一步描述的概念的选择。本
【发明内容】
不意图标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意图用于限制所要求保护的主题的范围。在本发明的各种实施例的以下书面描述中提供如权利要求中所限定的本发明的特征、细节、实用性和优点的较为广泛的呈现并且将其图示在附图中。
【附图说明】
[0010]本专利或申请文件包含以颜色绘制的至少一幅图。在请求和支付必要费用后将由官方提供具有(多个)彩色图的本专利或专利申请公开的副本。
[0011]图1是本公开的投影校准系统的等距视图。
[0012]图2是图1的校准系统的框图。
[0013]图3是图1中的系统的激光投影仪110的框图。
[0014]图4A-4I图示了用于使用在校准图1的投影系统中的校准图案的各种示例。
[0015]图5是图示了校准激光投影仪的方法的流程图。
[0016]图6是如投影到投影表面上的校准图案的示例校准图像。
[0017]图7是图示了用于创建用于校准激光投影仪的失真映射的方法的流程图。
[0018]图8A是使用图7中的方法创建的失真映射的示例。
[0019]图SB是在图1的投影仪的校准之前和之后的校准测试图案元素的示例。
[0020]图9是使用经校准的激光投影仪的示例性投影系统的等距视图。
[0021]图10是图示了使用图9的系统投影图像的方法的流程图。
[0022]图1lA是在强调投影到场景图像上的图像之前的背景或场景图像的放大图像。
[0023]图1lB是具有叠覆在其顶部之上的强调图像的图1lA的场景图像的放大图像。
[0024]说明书
SM
本公开一般涉及校准展现出非均匀失真特性的投影仪，诸如激光投影仪、具有鱼眼透镜、椭球体或其它变化形状透镜的投影仪。方法还涉及单独或与一个或多个激光器或其它类型的投影仪组合地在一个或多个呈现中使用经校准的投影仪(在一个示例中为激光投影仪)。本文所公开的实施例一般适用于任何类型的投影仪，包括具有传统透镜投影系统的那些。然而，如以下所详述的，校准方法在与具有带有非典型、非均匀或非预期失真性质的光学组件的投影仪或投影仪系统一起使用时可以特别有用。如本文所使用的术语“激光投影仪”意指基本上任何类型的相干光投影部件，诸如但不限于验电器激光扫描投影仪。术语“具有非均匀失真特性的投影仪”可以是指具有带有极端和/或非均匀失真的投影光学器件的投影仪，诸如具有劣质透镜光学器件的投影仪、激光投影仪、具有光路中的镜子的投影系统或者使用鱼眼或其它广视场投影透镜的投影仪(例如图像最大化(IMAX)投影仪)。要指出的是，当如本文所描述的校准技术与常规基于透镜的投影仪一起使用时，一些步骤可能不是必要的以便精确地校准投影仪或投影系统。如本文所使用的术语“视频投影仪”意指基本上任何类型的基于透镜的二维光栅投影部件，诸如数字光处理投影仪、液晶显示投影仪等等。
[0025]校准方法包括创建校准图案，将一个或多个校准图案投影到投影表面上，利用一个或多个相机捕获(多个)校准图案的至少一个校准图像，以及使用所捕获的校准图像以创建将输入图像转换成输出图像的失真映射。在一些实施例中，可以投影两个或更多校准图案并且可以捕获两个或更多校准图像。
[0026]用于校准方法的校准或测试图案可以是包括诸如点、线、线段、形状、色调变化或其它类型的图案之类的元素阵列的基本上任何类型的结构化光图案，其可以是随机的或有序的、重复的或非重复的。在一些示例中，校准图案可以表示二进制编码序列，其中图案内的每一个元素(例如点、线等)可以唯一可标识。在一些实施例中，可以按序列单独投影多个校准图案，其提供从每一个图案检测的附加数据点。如以下将讨论的，这允许校准图案的每一个元素用于确定投影表面上的校准图案的相应元素的物理位置。
[0027]—旦已经创建或选择了校准图案，向投影仪提供投影到投影表面上的校准图案。投影表面可以是屏幕、物体和/或基本上任何类型的表面。当投影校准图案时，两个或更多相机或单个三维相机捕获投影表面上的校准图案的校准图像。在一些实施例中，激光投影仪将校准图案投影在激光投影仪的虚拟图像平面上的特定或已知二维(2D)位置处。例如，已知2D位置可以是用于投影来自激光投影仪的光的原始输入坐标。此外，如以上所描述的，两个或更多校准图案可以以预确定的序列投影并且每一个校准图案的图像在其被投影时可以被捕获。
[0028]通过使用处理器或其它计算元件，所捕获的校准图像和已知2D位置可以用于确定用于激光投影仪的测试图案元素的2D坐标。然而，处理器分析用于校准图案的测试图案元素的标识符以确定每一个元素在投影表面上的三维(3D)投影位置。例如，处理器可以基于所投影的校准图像内的元素位置以及已知相机位置和取向三角测量用于每一个元素的3D投影位置。然而，可以使用确定测试图案元素的3D位置的其它方法，诸如使用3D立体相机或能够进行深度测量的其它成像设备，在这些实例中可能仅要求单个相机，而三角测量投影位置可能要求两个相机。
[0029]一旦已经确定图案元件的实际3D位置，可以创建透视投影矩阵。例如，处理器可以通过假定激光投影仪的投影特性由用于针孔设备的针孔近似表示来创建透视投影矩阵。也就是说，处理器可以假定激光投影仪具有与具有光学透镜系统的常规投影仪类似的投影特性。以此方式创建的透视投影矩阵典型地不如所期望的那样精确，因为激光扫描投影仪由于镜组件而不是透镜组件的使用而不表现为针孔设备并且因此不类似于完美的针孔设备。因此，透视投影矩阵不精确地表示图案元素的位置。
[0030]为了改进精度，可以在应用所估计的透视投影矩阵之后执行附加的非线性2D映射以更加精确地匹配每一个图案元素的3D位置的变换。在一个实施例中，内插方法用于创建用于每一个所检测的图案元素之间的点的密集查找表。因此，激光投影仪在其虚拟图像平面上的点处展现出的失真可以被顾及到并且量化，这允许激光投影仪的校准。也就是说，可以使用与附加非线性2D映射组合的矩阵变换来转换或修改输入图像以提供输出图像，其中输出图像将投影成使得每一个像素被投影到投影表面上的期望位置上。
[0031]由于激光投影仪可以被精确地校准从而允许输入图像投影在期望的位置处，因此激光投影仪可以用于要求高度精确的投影的呈现。例如，激光投影仪可以用于在视频投影仪的图像的顶部上或者在与其相同的位置上投影强调图像。在该示例中，激光投影仪可以被校准使得所投影的输入图像的特定元素将匹配由视频投影仪投影的对应或补充图像内容。作为另一示例，激光投影仪可以用于将图像投影到3D物体或表面上并且图像的每一个点可以显示在期望的位置上。
[0032]在一个实施例中，包括经校准的激光投影仪和一个或多个视频投影仪的系统可以一起用于提供呈现、输出、娱乐特征、游乐园魅力等等