CN100521755C

CN100521755C - 投影仪和投射图像的方法

Info

Publication number: CN100521755C
Application number: CNB2004800220699A
Authority: CN
Inventors: 井上秀昭
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2024-07-27
Also published as: EP1654870A1; KR20060041288A; KR100823393B1; JP2005051577A; JP3969363B2; WO2005013610A1; TW200511847A; CN1830207A; TWI244335B; US7303285B2; US20050024598A1

Abstract

本发明公开了一种包含在投影仪(1)中的梯形校正单元(12)，其利用倾斜角v和h将校正之后的四边形p’q’r’s’放置在校正之前的四边形pqrs之内。在这种情况下，该梯形校正单元(12)按照以下方式进行校正，即四边形p’q’r’s’建立了相对于包括光轴与屏幕(31)的交点的光轴点k的垂直线的对称性，并且四边形p’q’r’s’的一部分底边或者全部底边与四边形pqrs的一部分底边或者全部底边相接触，或者被放置为接近于校正之前的投影图像的至少一部分底边。该梯形校正单元(12)按照以下方式设定四边形p’q’r’s’的尺寸，即该四边形p’q’r s’的面积变为最大。该梯形校正单元(12)将输入图像信号表示的校正之前的四边形pqrs瞬时连续地投影变换为校正之后的四边形p’q’r’s’。

Description

投影仪和投射图像的方法

技术领域

本发明涉及一种投影仪和投射投影图像的方法。

背景技术

投影仪是一种在屏幕上显示图像的装置。如果投影仪的光轴相对于屏幕表面发生倾斜，则在屏幕表面上显示的图像发生畸变。为了即使光轴相对于屏幕表面发生倾斜，也能够使无畸变图像显示在屏幕表面上，投影仪具有用于根据光轴相对于屏幕表面的倾斜角度校正图像畸变的梯形校正单元。例如，在未审查日本专利申请KOKAI公报No.2001-339671的第3页和图1中公开了这种投影仪。

常规投影仪的梯形校正单元将梯形校正之后的四边形设定在梯形校正之前作为投影框的四边形内。该梯形校正单元通过将由输入图像信号表示的校正之前的四边形瞬时地连续投影变换为校正之后的四边形，校正输入图像信号。

然而，除非校正之后的四边形位置相对于通过光轴点的垂直线是合适的，否则在按照使该投影仪发出的投影光照射的位置到达正确位置的方式手动校正投影图像的投影位置时，必须改变该投影仪在垂直方向和水平方向两者上的倾斜角。而且，因为如果倾斜角变化，则校正之后的四边形尺寸变化，所以必须调整倾斜角度，同时还要调整校正之后的四边形尺寸。同样，常规投影仪的问题在于校正投影图像的投影位置时的可操作性差。

上述公报的内容在本文中一并引入。

发明内容

考虑到上述常规的问题，提出了本发明，本发明的一个目的是提供一种投影仪和投射投影图像的方法，从而使得能够在改变投影仪的倾斜角时通过简单的操作来校正图像畸变。

本发明的一个优选实施例是一种用于在屏幕表面(31)上投射投影光的投影仪，其包括：

投影单元(13)，其将投影图像转换为投影光，并且将投影光投射到屏幕表面(31)上；和

校正单元(12)，其通过使用投影光光轴相对于屏幕表面(31)的倾斜角来校正屏幕表面(31)上显示的投影图像的畸变，并且将已校正的投影图像提供给投影单元(13)，

其中：

该投影图像是四边形的；并且

该校正单元(12)通过使用该倾斜角度，按照使经历校正之后的投影图像位于校正前的投影图像内的方式来对经历校正之前的投影图像进行校正，校正之后的定位的投影图像建立了相对于经过投影光光轴与屏幕表面(31)的交点并且垂直于地平面的垂直线的对称性，并且校正之后的投影图像的至少一部分底边与校正之前的投影图像的至少一部分底边相接触，或者被定位为接近校正之前的投影图像的至少一部分底边。

本发明的另一个优选实施例是一种用于将投影光投射到屏幕表面(31)上的投影仪，其包括：

定标器(11)，将图像信号输入该定标器；

投影单元(13)，其将投影图像转换为投影光，并且将投影光投射到屏幕表面(31)上；

屏幕角度测量单元(16)，其获得投影光的光轴相对于屏幕表面(31)的倾斜角度；和

校正单元(12)，其利用该屏幕角度测量单元(16)获得的倾斜角度校正由图像信号表示的投影图像的畸变，并且将校正之后的投影图像提供给投影单元(13)，

其中：

该投影图像是四边形的；并且

本发明的另一个优选实施例是一种投射投影图像的方法，包括：

获得从投影仪(1)投射的投影光的光轴相对于屏幕表面(31)的倾斜角的步骤；

通过使用该倾斜角，按照以下方式对校正之前的投影图像进行校正的步骤，即校正之后并且作为位于校正之前的四边形投影图像之内的四边形的投影图像建立了相对于经过投影光的光轴与屏幕表面(31)的交点并且垂直于地平面的垂直线的对称性，并且校正之后的投影图像的至少一部分底边与校正之前的投影图像的至少一部分底边相接触，或者被定位为接近校正之前的投影图像的至少一部分底边；以及

通过将校正之后的投影图像转换为投影光并且将该投影光投射到屏幕(31)上，而在屏幕表面(31)上显示校正之后的投影图像的步骤。

根据本发明，可以实现在校正从投影仪投射的投影光的光轴相对于屏幕表面的倾斜角时的高可操作性。

附图说明

当阅读以下详细说明和附图时，本发明的这些和其它目的以及优点将会更加明显，在附图中：

图1是示出根据本发明实施例的投影仪结构的结构图；

图2是说明图1的梯形校正单元进行的梯形校正的示图；

图3是说明在图1的梯形校正单元进行梯形校正的情况下，倾斜角、校正之前的四边形和校正之后的四边形之间的关系的示图；

图4是表示图1的梯形校正单元进行的梯形校正的修改实例，特别说明在光轴点没有位于校正之前的四边形底边上的情况下，倾斜角、校正之前的四边形和校正之后的四边形之间的关系的示图；

图5是表示图1的梯形校正单元进行的梯形校正的修改实例，特别说明在进行用于使校正之后的四边形中心与校正之前的四边形中心重合的梯形校正情况下，倾斜角、校正之前的四边形和校正之后的四边形之间的关系的示图；

图6是表示图1的梯形校正单元进行的梯形校正的修改实例，特别说明在进行用于将校正之后的四边形定位于校正之前的四边形一侧的梯形校正情况下，倾斜角、校正之前的四边形和校正之后的四边形之间的关系的示图，其中该侧具有较高的像素密度；和

图7是表示图1的梯形校正单元进行的梯形校正的修改实例，特别说明在进行用于将校正之后的四边形定位于校正之前的四边形一侧的梯形校正情况下，倾斜角、校正之前的四边形和校正之后的四边形之间的关系的图表，其中该侧具有较低的像素密度。

发明详述

参照附图说明根据本发明实施例的投影仪。

图1表示了根据本实施例的投影仪结构。

根据本实施例的投影仪具有定标器11、梯形校正单元12、投影光转换单元13、投影透镜14、光学机构15和屏幕角度传感器16。

该定标器11调整图像信号的分辨率。

该梯形校正单元12对其分辨率已经由定标器11进行调整的图像信号实施梯形校正。

该梯形校正单元12根据从屏幕角度传感器16提供的投影仪1的倾斜角度v和h来从投射到屏幕31上的投影图像中删除校正之后的投影图像。然后，该梯形校正单元12通过瞬时地连续投影变换图像信号来进行梯形校正。

如图2所示，投影仪1的倾斜角度“v”是在垂直方向上投影仪1相对于地平面的倾斜角度。该倾斜角度“h”是在水平方向上投影仪1相对于屏幕表面的倾斜角度(方向)。

假设屏幕31垂直于地平面。因为该屏幕31垂直于地平面，所以倾斜角度v和h等于光轴相对于屏幕31表面的倾斜角度。投影光光轴的角度在该光轴与屏幕31垂直相交的情况下用作基准角，并且将倾斜角v和h表示为在该光轴相对于屏幕31倾斜的情况下相对于该基准角的变化角度。

在图2中，四边形pqrs是投影到屏幕31上的投影图像的框，其表示校正之前的四边形。四边形p’q’r’s’表示校正之后的四边形。

该梯形校正单元12将梯形校正之后的四边形p’q’r’s’设定在梯形校正之前的四边形pqrs之内。该梯形校正单元12通过将输入图像信号表示的校正之前的四边形pqrs瞬时地连续投影变换为校正之后的四边形p’q’r’s’来进行梯形校正。

点“o”是在v＝h＝0的情况下投影仪1的光轴与屏幕31的交点。在这种情况下，该光轴等于屏幕31的法线。点t是在投影仪1倾斜的倾斜角为h(h≠0)，而倾斜角v＝0的情况下，投影仪1的光轴与屏幕31的交点。

点k是在投影仪1进一步倾斜倾斜角v(v≠0)的情况下投影仪1的光轴与屏幕31的交点。该点k位于屏幕31上的点t的正上方。校正之前的四边形pqrs的对角线的交点x位于点k的正上方。也就是说，点k与点x位于屏幕31上经过点t的垂直线Lv上。

该梯形校正单元12具有用于按照以下方式进行校正的装置，即四边形p’q’r’s’建立了相对于包括点k的垂直线Lv的对称性，并且该四边形p’q’r’s’的一部分底边或全部底边与四边形pqrs的一部分底边或全部底边相接触。

该梯形校正单元12按照以下方式进行校正，即四边形p’q’r’s’的面积在四边形pqrs内变为最大，而四边形p’q’r’s’满足以上条件。

图3表示了在梯形校正单元12按照上述方式进行梯形校正的情况下，倾斜角v和h、校正之前的四边形pqrs和校正之后的四边形p’q’r’s’之间的关系。

在图3中，基于将使投影光的光轴与屏幕31表面垂直相交的角度用作基准角的假设来表示倾斜角v和h。在倾斜角v＝0且h≠0的情况下，以及倾斜角h＝0且v≠0的情况下，点k与四边形p’q’r’s’的底边中心重合。

图3是在以下条件下绘制的。独立绘制了25对校正之前的四边形pqrs和校正之后的四边形p’q’r’s’。小圆圈表示了投影仪1的光轴与屏幕31的交点k(光轴点)。按照光轴点k与投影仪1之间的距离恒定的方式绘制出所有这些四边形对。倾斜角v和h的单位是度。设定该光学系统，使得图像信号的高宽比为4：3，光轴的位置与由图像信号表示的校正之前的四边形底边中心重合，并且横向总视角为40度。

四边形pqrs的形状取决于倾斜角v和h。根据该条件还确定了四边形p’q’r’s’的形状。因此，该梯形校正单元12能够利用表示倾斜角v和h、校正之前的四边形pqrs和校正之后的四边形p’q’r’s’之间关系的转化表来进行这种校正。在这种情况下，该梯形校正单元12具有用于存储该转化表的存储器。

然而，可以将该梯形校正单元12配置为，在不使用该转化表的情况下，根据倾斜角v和h来获得校正之前的四边形pqrs和校正之后的四边形p’q’r’s’。此外，该投影仪1可以具有用于检测实际投射到屏幕31上的四边形pqrs的传感器。

该投影仪1具有操作单元(未示出)，使用者利用该单元手动调整投影仪1相对于屏幕31的倾斜角度。该操作单元具有操作键，例如向上、向下键，从而使得能够手动调整倾斜角v和h。当使用者操纵该操作键来校正倾斜角时，该操作单元响应于使用者的操作将操作信息提供给梯形校正单元12。根据该操作信息，该梯形校正单元12根据使用者输入的倾斜角v和h进行校正。

该投影光转换单元13将梯形校正单元12输出的校正后图像信号转换为投影光。

该投影透镜14用于将投影光转换单元13通过对校正后图像信号进行转换而得到的投影光照射到屏幕31的表面上。

该光学机构15控制投影透镜14的聚焦等。

该屏幕角度传感器16检测屏幕31的表面相对于从投影仪1投射的光的光轴的倾斜角v和h。该屏幕角度传感器16包括距离传感器21、控制单元22和角度计算单元23。

该距离传感器21测量投影仪1与屏幕31上多个测量点之间的距离，并且输出表示测量结果的距离数据。对于距离传感器21而言，仅需要测量投影仪1与至少三个测量点之间的距离。该距离传感器21可以是主动型或者被动型。

该控制单元22控制距离传感器21来测量投影仪1与屏幕31上的多个点之间的距离。在该距离传感器21为主动型时，控制单元22在测量时控制该距离传感器21将红外光点投射到屏幕31上。在该距离传感器21为被动型时，控制单元22在测量时控制距离传感器21将预定的图像图案投射到屏幕31上。

该角度计算单元23利用由距离传感器21测得的表示投影仪1与屏幕31上多个测量点之间距离的距离数据来计算屏幕31的倾斜角v和h。该角度计算单元23由例如DSP(数字信号处理器)或者计算机构成。

现在将说明根据本实施例的投影仪1的操作。

该定标器11调整输入图像信号的分辨率，并且将已调整的图像信号提供给梯形校正单元12。

该屏幕角度传感器16的距离传感器21在控制单元22的控制下测量投影仪1与屏幕31上的多个测量点之间的距离。该距离传感器21将表示测量结果的距离数据提供给角度计算单元23。

该角度计算单元23利用由距离传感器21测得的表示距离的距离数据来计算投影仪1的倾斜角v和h。该角度计算单元23将计算出的倾斜角v和h提供给梯形校正单元12。

该梯形校正单元12根据所提供的倾斜角v和h，对从定标器11提供的图像信号实施梯形校正。

这时，该梯形校正单元12按照以下方式进行梯形校正，即如图3所示，校正之后的四边形p’q’r’s’建立了相对于包括光轴点k的垂直线Lv的线对称性，并且四边形p’q’r’s’的一部分底边或者全部底边与校正之前的四边形pqrs的一部分底边或者全部底边相接触。该梯形校正单元12按照以下方式设定四边形p’q’r’s’的位置，即其面积变为最大同时该四边形p’q’r’s’满足这些条件。

然后，该梯形校正单元12将由输入图像信号表示的校正之前的四边形pqrs投影变换为校正之后的四边形p’q’r’s’。

该投影光转换单元13将从梯形校正单元12输出的图像信号转换为投影光。

该投影仪1通过投影透镜14将投影光投射到屏幕31上，光学机构15对该透镜进行调整以使其聚焦。因此，校正之后的四边形p’q’r’s’被投影到屏幕31上。

通过该梯形校正单元12按照上述方式进行梯形校正，将校正之后的四边形p’q’r’s’显示在与投影仪1的水平角h对应的位置处。也就是说，不管倾斜角v和h如何，校正之后的四边形p’q’r’s’相对于经过光轴点k的垂直线Lv对称。在垂直方向倾斜角v＝0并且水平方向倾斜角h≠0的情况下，以及在水平方向倾斜角h＝0并且垂直方向倾斜角v≠0的情况下，光轴点k与校正之后的四边形p’q’r’s’的底边中心重合。而且，在垂直方向倾斜角v＝0并且水平方向倾斜角h≠0的情况下，校正之后的四边形p’q’r’s’的尺寸能够尽可能地大。

使用者可以手动校正投影图像的投影位置。在这种情况下，使用者通过操作提供给投影仪1的未示出的操作单元的操作键，来输入倾斜角v和h。响应于使用者的操作，该操作单元向梯形校正单元12提供输入倾斜角v和h。该梯形校正单元12根据使用者输入的倾斜角v和h进行梯形校正，而不管测得的距离如何。按照这种方式，利用少量操作就校正了投影仪1的投影图像。

如上所述，根据本实施例，该梯形校正单元12通过按照以下方式进行梯形校正来设定校正之后的四边形，即校正之后的四边形建立了相对于包括光轴点k的垂直线Lv的对称性，并且校正之后的四边形的一部分底边或者全部底边与校正之前的四边形的一部分底边或者全部底边相接触。而且，该梯形校正单元12按照以下方式将校正之后的四边形位置设定在校正之前的四边形内，即校正之后的四边形面积变为最大，同时校正之后的四边形满足这些条件。

因此，因为校正之后的四边形建立了相对于垂直线Lv的对称性，所以能够尽可能大地设定校正之后的四边形。而且，使用者通过手动输入投影仪1相对于屏幕31的倾斜角，利用少量操作就能够校正投影图像。也就是说，能够实现高可操作性。

为了实现本发明，不仅可以考虑上述实施例，还可以考虑各种其他实施例。

该光轴点k不必位于由图像信号表示的校正之前的四边形底边上。如图4所示，可能存在以下情况，即光轴点k位于校正之前的四边形底边的上方，或者位于其底边的下方。同样在这种情况下，按照以下方式设定校正之后的四边形，即其建立了相对于包括光轴点k的垂直线Lv的对称性，并且校正之后的四边形的一部分底边或者全部底边与校正之前的四边形的一部分底边或者全部底边相接触，这与上述情况相似。然而，在v＝0、h≠0的情况下，光轴点k与校正之后的四边形底边的中心不重合。

通常，将前投射型(front type)投影仪1的光学系统设计成在向左和向右的方向上对称，而在向上和向下的方向上不对称。在这种情况下，光轴接近由图像信号表示的校正之前的四边形底边的中心经过。通过使校正之后的四边形更接近校正之前的四边形的底边，可以使光轴点的位置与显示器位置(校正之后的四边形位置)之间的间隙最小化。而且在这种情况下，校正的操作是简单的。

而且，可以将校正之后的四边形的底边定位为接近校正之前的四边形(投影图像)的底边，而无需使校正之后的四边形底边与校正之前的底边相接触。在这种情况下，将校正之后的四边形的底边、尤其是底部中心，与校正之前的底边之间的距离设定为尽可能的小。

该梯形校正单元12可以配置为具有用于按照除上述梯形校正方式之外的相互不同的方式校正经历校正之前的投影图像的多个装置，并且通过从多种校正方式中选择上述实施例中说明的校正方式来进行投影图像校正。

作为不同于上述实施例中说明的校正方式的校正方式，存在多种方式，根据这些方式，实现了如图5到图7所示的校正之前的四边形与校正之后的四边形之间的位置关系。

根据图5所示的校正方式，校正之前的四边形中心与校正之后的四边形中心重合。注意，四边形(图像)的中心是对角线的交点。

根据图6所示的校正方式，将校正之后的四边形拉到校正之前的四边形中具有较高像素密度的一侧。

相反，根据图7所示的校正方式，将校正之后的四边形拉到校正之前的四边形中具有较低像素密度的一侧。然而，在任何情况下，选择校正之后的四边形，使得显示面积，即校正之后的四边形面积尽可能地大。

图5到图7所示的校正方式具有许多优点，同时也具有缺点。例如，根据图5所示的方式，四边形的中心总重合。根据图6所示的方式，像素的利用效率最高。根据图7所示的方式，投影面积最大。该梯形校正单元12将用于根据倾斜角v和h，按照图5—7所示的方式进行校正的转化表存储在存储器中。该梯形校正单元12通过正常地选择上述实施例中所述的方式，并且根据情况选择图5到图7所示的校正方式之一，以及根据情况使用该转化表，来进行梯形校正。如果按照这种方式配置该梯形校正单元12，可以进一步提高可操作性，并且进行合适的梯形校正。

在不背离本发明的广泛精神和范围的情况下，可以制造本发明的各种实施例并对本发明进行各种修改。上述实施例旨在说明本发明，而不是限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求书表示，而非实施例。在本发明权利要求和权利要求的涵义及等价物之内进行的各种修改视为在本发明的范围之内。

Claims

1、一种用于在屏幕表面上投射投影光的投影仪，其包括：

投影单元，其将投影图像转变为投影光，并且将该投影光投射到所述屏幕表面上；

校正单元，其利用所述投影光的光轴相对于所述屏幕表面的倾斜角来校正所述屏幕表面上成像的投影图像的畸变，并且将已校正的所述投影图像提供给所述投影单元，

其中：所述校正单元具有校正装置，

该校正装置利用所述倾斜角度按照以下方式对校正之前的投影图像进行校正，即，使所述投影图像呈四边形；将经过校正之后的投影图像配置于校正前的投影图像内，所配置的校正之后的所述投影图像必然相对于经过所述投影光的光轴与所述屏幕表面的交点并且垂直于地平面的垂直线具有线对称性，并且校正之后的所述投影图像的至少一部分底边必然与校正之前的所述投影图像的至少一部分底边相接触或者接近。

2、根据权利要求1所述的投影仪，其中

所述校正单元被配置为将所述投影光的光轴与所述屏幕表面垂直相交的情况下的角度作为基准角，从而将所述光轴相对于所述屏幕表面的倾斜角表示为相对于该基准角的变化角度，并且利用该变化角度对校正之前的所述投影图像进行校正。

3、根据权利要求1所述的投影仪，其中

所述校正单元被配置为按照使校正之后的所述投影图像面积变为最大的方式将校正之后的所述投影图像定位在校正之前的所述投影图像内。

4、根据权利要求1所述的投影仪，其中

所述校正单元包括用于预先存储表示所述倾斜角度、校正之前的所述投影图像与校正之后的所述投影图像之间的关系的关系信息的存储器，并且通过利用存储在该存储器中的该关系信息和所述倾斜角度来对校正之前的所述投影图像进行校正而将校正之前的所述投影图像变换为校正之后的所述投影图像。

5、根据权利要求1所述的投影仪，其中

所述校正单元被配置为包括用于按照相互不同的方式对校正之前的所述投影图像进行校正的多种校正装置，包括按照以下方式利用所述倾斜角度来对校正之前的所述投影图像进行校正的第一校正装置，该方式即校正之后的所述投影图像建立了相对于经过所述投影光的光轴与所述屏幕表面的交点并且垂直于地平面的垂直线的对称性，并且校正之后的所述投影图像的至少一部分底边与校正之前的所述投影图像的至少一部分底边相接触，或者被定位为接近于校正之前的所述投影图像的至少一部分底边，从而在实施校正时从多种校正装置中选择第一校正装置，并且利用所述选择的第一校正装置校正所述投影图像。

6、一种用于将投影光投射到屏幕表面上的投影仪，其包括：

定标器，将图像信号输入该定标器；

屏幕角度测量单元，其计算出所述投影光的光轴相对于所述屏幕表面的倾斜角度；和

校正单元，其利用所述投影光的光轴相对于所述屏幕表面的倾斜角度校正在所述屏幕表面上成像的投影图像的畸变，并且将校正之后的所述投影图像提供给所述投影单元，

其中：所述校正单元具有校正装置，

该校正装置利用所述倾斜角度按照以下方式对校正之前的投影图像进行校正，即，使所述投影图像呈四边形；将经过校正之后的所述投影图像配置于校正前的所述投影图像内，所配置的校正之后的所述投影图像必然相对于经过所述投影光的光轴与所述屏幕表面的交点并且垂直于地平面的垂直线具有线对称性，并且校正之后的所述投影图像的至少一部分底边必然与校正之前的所述投影图像的至少一部分底边相接触或者接近。

7、根据权利要求6所述的投影仪，

其中所述屏幕角度测量单元包括：

距离传感器，其测量所述投影仪与所述屏幕表面上的多个点之间的距离；以及

角度计算单元，其利用所述距离传感器测得的距离计算所述倾斜角度。

8、一种投射投影图像的方法，包括：

获得从投影仪投射的投影光的光轴相对于屏幕表面的倾斜角；

利用该倾斜角，按照以下方式对校正之前的投影图像进行校正，即配置于校正之前的四边形的投影图像之内的校正之后的四边形的投影图像必然相对于经过所述投影光的光轴与屏幕表面的交点并且垂直于地平面的垂直线具有线对称性，并且校正之后的所述投影图像的至少一部分底边必然与校正之前的所述投影图像的至少一部分底边相接触或者接近；以及

通过将校正之后的所述投影图像转变为投影光并且将该投影光投射到所述屏幕上，而在所述屏幕表面上成像校正之后的所述投影图像。