CN102354079A - 投影设备和自动对焦方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种投影设备和自动对焦方法，属于投影显示技术领域，为解决现有技术中，需要用户手动对投影镜头组的焦距进行调整的问题而设计。一种投影设备，包括处理单元、投影单元、投影镜头组和投影镜头驱动单元；所述处理单元分别与所述投影单元和投影镜头驱动单元连接；所述投影设备，还包括图像采集单元，该图像采集单元与所述处理单元连接；在该图像采集单元周围设置有至少三个激光发射器。
Description
技术领域
本发明涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种自动对焦的投影设备和自动对焦方法。
背景技术
在学校进行授课、在大会上进行演讲、在公司中进行资料展示以及在家中观看高质量的影片时，都会用到投影设备，使投影设备的使用范围逐渐拓宽。在使用投影设备时，为使投影设备投影与幕布上显示清晰的影像，则需要对投影设备的焦距进行调节。
现有技术中，对投影设备的焦距进行调节时，多使用手动方式进行，即将所需要播放的影像投影到幕布上后，通过人眼对幕布上的影像的清晰度进行判断，并根据判断调节投影设备的焦距，并以此调节幕布上影像的清晰度。
在上述过程中，需要用户手动逐步调节投影设备的焦距，以使幕布上所投影的影像最适合的清晰度，操作繁琐。
发明内容
本发明的实施例提供一种可实现自动对焦的投影设备和自动对焦方法。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种投影设备，包括处理单元、投影单元、投影镜头组和投影镜头驱动单元；所述处理单元分别与所述投影单元和投影镜头驱动单元连接；所述投影设备，还包括图像采集单元，该图像采集单元与所述处理单元连接；在该图像采集单元周围设置有至少三个激光发射器；
所述激光发射器，用于发射光束，该光束在投影面上形成光点；
所述图像采集单元，用于采集所述投影面上的图像；
所述处理单元，用于根据所述图像，计算出所述光点所围成的图形边长的算术平均值，并根据该图形边长的算术平均值确定所述投影镜头组的最佳焦距；
所述投影镜头驱动单元，用于根据所述投影镜头组的最佳焦距，对所述投影镜头组的焦距进行调整。
一种自动对焦方法，包括：
发射光束，该光束在投影面上形成光点；
采集投影面上的图像；
根据所述图像，计算出所述光点所围成的图形边长的算术平均值，并根据该图形边长的算术平均值确定所述投影镜头组的最佳焦距；
根据所述投影镜头组的最佳焦距，对所述投影镜头组的焦距进行调整。
本发明实施例提供的一种投影设备和自动对焦方法，通过图像采集单元采集激光发射器发射的光束在投影面上形成的光点围成的图形，并根据所采集图像通过处理单元确定最佳焦距对投影镜头组的焦距进行自动的调节，以实现调节投影设备在投影面上所投影的影像的清晰度，避免需要手动对焦距进行调整，从而简化了对于投影设备焦距进行调整的过程。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的投影设备的结构示意图；
图2为本发明实施例1所述的投影设备中各参数的示意图；
图3为本发明实施例1所述的自动对焦方法的流程图；
图4为本发明实施例1所述的自动对焦方法计算最佳焦距的流程图；
图5为本发明实施例1所述的自动对焦方法图像采集单元所拍摄的投影面的第一图像；
图6为本发明实施例1所述的自动对焦方法图像采集单元所拍摄的需要对焦时的投影面的第二图像；
图7为本发明实施例2所述的投影设备的结构示意图；
图8为本发明实施例2所述的自动对焦方法确定最佳焦距的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例一种投影设备和自动对焦方法进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种投影设备，如图1所示，包括处理单元、投影单元、投影镜头组和投影镜头驱动单元；所述处理单元分别与所述投影单元和投影镜头驱动单元连接；所述投影设备，还包括图像采集单元，该图像采集单元与所述处理单元连接；在该图像采集单元周围设置有至少三个激光发射器；
所述激光发射器，用于发射光束，该光束在投影面上形成光点；
所述图像采集单元，用于采集所述投影面上的图像；
所述处理单元，用于根据所述图像，计算出所述光点所围成的图形边长的算术平均值，并根据该图形边长的算术平均值确定所述投影镜头组的最佳焦距；
所述投影镜头驱动单元，用于根据所述投影镜头组的最佳焦距，对所述投影镜头组的焦距进行调整。
所述图像采集单元，可为摄像头。
所述投影单元，用于承载所需要形成投影的物体，该物体可以为投影的图片或可形成影像的成像元件；该成像元件所成的像来源于外部输入投影设备的影像。
所述激光发射器，可发射高能量光束，该光束可为可见光或不可见光，该光束在投影面上所形成的光点可通过图像采集单元进行采集。
所述投影镜头驱动单元，包括驱动电机；该电机为步进电机，即可确定步进电机每调整一步的投影镜头组焦距的变化值。
所述图形边长，包括：作为比较标准的标准边长和用于对所述投影镜头组焦距进行调整的调焦边长。
所述图像采集单元，包括镜头，该镜头与所述投影镜头组处于同一平面。
所述至少三个激光发射器在图像采集单元周围呈正多边形设置，且该激光发射器发光部的方向与图像采集单元的光轴方向一致。
所述处理单元，还包括比值确定模块、像距确定模块和焦距确定模块：
所述比值确定模块，根据所述图像，获取所述标准边长和所述调焦边长的算术平均值，并确定所述调焦边长和所述标准边长的比值；
所述像距确定模块，用于根据所述标准边长与所述图像采集单元焦距的关系以及所述调焦边长和所述标准边长的比值，计算出所述图像采集单元到所述投影面的物距，所述图像采集单元的物距与所述投影镜头组的像距相同；
所述焦距确定模块，用于根据所述投影镜头组的焦距和物距的倒数和等于像距的倒数，确定所述投影镜头组所需要的最佳焦距。
所述的投影设备，还包括存储器，该存储器与所述处理单元连接；
所述存储器，用于存储所述图形边长的算术平均值与所述图像采集单元物距的关系表。
所述处理单元，包括边长计算模块、表格查询模块和焦距确定模块；
所述边长计算模块，用于计算所述调焦边长的算术平均值；
所述表格查询模块，用于根据所述调焦边长的算术平均值，查询所述关系表，确定图像采集单元物距，所述图像采集单元物距与投影镜头组的像距相同；
所述焦距确定模块，用于根据所述投影镜头组的焦距和物距的倒数和等于像距的倒数，确定该投影镜头组所需要的最佳焦距。
所述投影镜头组由至少两个镜片组成；该镜片可为凸透镜和凹透镜之一或组合；该投影镜头组与投影单元相对应，对投影单元所承载的图像进行放大。
所述投影镜头驱动单元通过步进电机调整镜片间的距离以对投影镜头组的焦距进行调整。
所述图像采集单元的参数关系，如图2所示，所述参数，包含图像采集单元焦距fS，图像采集单元焦物距x和图像采集单元物距L；所述图像采集单元焦距与图像采集单元镜头的特性相关，故在选定一特定的图像采集单元后，该图像采集单元的焦距就已确定；该图像采集单元焦物距和图像采集单元物距与投影设备到投影面的距离相关；且该三个参数存在函数关系：L＝fS+x，以及对于理想光学***存在放大倍数β＝fS/x。
所述投影镜头组的参数，包含投影镜头组像距z，投影镜头组物距y和投影镜头组焦距ft；该投影镜头组物距为投影单元中的投影的图片或成像元件到投影镜头组的距离该三个参数存在关系：
故通过图像采集单元拍摄投影面的图像，并根据图像计算出图像采集单元到投影面的图像采集单元物距；该图像采集单元物距为投影镜头组像距，便可以求出投影镜头组的所需要的最佳焦距。
与上述一种投影设备相对应，本发明还提供了一种自动对焦方法，如图3所示，包括：
步骤300、发射光束，该光束在投影面上形成光点
将投影设备放置于投影面前，启动该投影设备。激光发射器向投影面发射光束，且投影单元将所需要的像投影到投影面上，例如在图像采集单元周围设置四个激光发射器，在投影面上所形成的图像，在投影面上存在四个由激光发射器所形成的光点。
步骤301、采集投影面上的图像
通过图像采集单元采集投影面上的图像，该图像上包含激光发射器在投影面上所形成的光点，该光点在投影面上形成四边形。
步骤302、根据所述图像，计算出所述光点所围成的图形边长的算术平均值，并根据该图形边长的算术平均值确定所述投影镜头组的最佳焦距
在对投影面上的图像进行采集时，需要至少采集两次投影面上光点所形成的图形边长，所述图形边长，包括：作为比较标准的标准边长和用于对所述投影镜头组焦距进行调整的调焦边长。
对于已确定的图像采集单元，存在三个参数，即图像采集单元焦距fS，图像采集单元焦物距x和图像采集单元物距L；所述图像采集单元焦距与图像采集单元镜头的特性相关，故在选定一特定的图像采集单元后，该图像采集单元的焦距就已确定；该图像采集单元焦物距和图像采集单元物距与投影设备到投影面的距离相关；该三个参数存在函数关系：L＝fS+x以及对于理想光学***存在放大倍数β＝fS/x。
图像采集单元将所采集的图像发送给处理单元进行处理，并根据该图像中光点所围成的图形边长确定投影镜头组的最佳焦距，如图4所示，还包括：
步骤400、根据所述图像，获取所述标准边长和所述调焦边长的算术平均值，并确定所述调焦边长和所述标准边长的比值
先将投影设备放置于第一位置，在该第一位置上可人为确定，该位置上的图像采集单元的焦物距为定值，例如以设置图像采集单元焦物距10倍图像采集单元焦距为例进行描述。图像采集单元对投影面的图像进行采集，所采集的图像称为第一图像。如图5所示，将图像左上角设置为坐标原点(0，0)，则相对应的可确定激光发射器在投影面上所形成的光点的坐标，分别为(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)；根据所述四个光点的坐标可以确定该四个光点所围成的图形边长，该图形边长为作为比较标准的标准边长，根据该标准边长可确定标准边长的算术平均值a0，并可以确定此时放大倍数β0＝fS/x＝0.1。
再将投影设备放置于第二位置，该第二位置为所需要在正常工作时投影设备所处的位置；在第二位置上，图像采集单元所采集的投影面第二图像，如图6所示，其中激光发射器在投影面上所形成的光点相对于图像原点位置的坐标为(x’1，y’1)，(x’2，y’2)，(x’3，y’3)，(x’4，y’4)；根据所述四个光点的坐标可以确定该四个光点所围成的图形边长，该图形边长为用于对所述投影镜头组焦距进行调整的调焦边长，根据该调焦边长可确定调焦边长的算术平均值a1。
确定所述标准边长和所述调焦边长的比值a0/a1。
步骤401、根据所述图像采集单元焦距以及所述调焦边长和所述标准边长的比值，计算出所述图像采集单元到所述投影面的物距，所述图像采集单元的物距与所述投影镜头组的像距相同
所述标准边长和所述调焦边长的比值a0/a1，所述标准边长所对应的放大倍数β0＝0.1。并根据函数关系L＝fS+x和β＝fS/x，可求出所述图像采集单元物距与放大倍数的函数关系L＝(1+β)fS/β。
对于理想光学***存在β0/β1＝a0/a1，因a0、a1已根据图像采集单元进行采集，故可求出β1；进而可求出L1。所述图像采集单元的物距与所述投影镜头组的像距z相同。
步骤402、根据所述投影镜头组的焦距和物距的倒数和等于像距的倒数，确定所述投影镜头组所需要的最佳焦距
对于投影镜头组存在函数关系其中z为投影镜头组像距，y为投影镜头组的物距，ft为投影镜头组的焦距；因投影镜头组像距与图像采集单元的物距相同，且在一确定的投影设备内，投影镜头组的物距已确定，便可求出所需要的投影镜头组焦距ft，该投影镜头组焦距ft为所需的最佳焦距。
步骤304、根据所述投影镜头组的最佳焦距，对所述投影镜头组的焦距进行调整
根据所求出的最佳焦距，通过处理单元控制投影镜头驱动单元中的步进电机调整投影镜头组中镜片间的距离，以此将焦距调整到最佳焦距，完成对于投影设备的聚焦。
实施例2
根据实施例1所述的一种投影设备和自动对焦方法，在进行自动对焦时，因对图像采集以及计算出最佳焦距的运算量较大，会降低投影设备自动对焦的速度。
为解决上述问题，具体的，所述投影设备，如图7所示，还包括存储器，该存储器与处理单元连接；
所述存储器，用于存储所述图形边长的算术平均值与所述图像采集单元物距的关系表。
所述处理单元，包括边长计算模块、表格查询模块和焦距确定模块；
所述边长计算模块，用于计算所述调焦边长的算术平均值；
所述表格查询模块，用于根据所述调焦边长的算术平均值，查询所述关系表，确定图像采集单元物距，所述图像采集单元物距与投影镜头组的像距相同；
所述焦距确定模块，用于根据所述投影镜头组的焦距和物距的倒数和等于像距的倒数，确定该投影镜头组所需要的最佳焦距。
与上述一种投影设备相对应，本发明还提供了一种自动对焦方法，在所述发射光束，该光束在投影面上形成光点之前，还包括：存储所述图形边长的算术平均值与所述图像采集单元物距的关系表。
在所述投影设备出厂前，可多次设置投影设备的位置，并求解出图像边长与图像采集单元物距的关系，例如设置投影设备的位置，使图像采集单元焦物距分别为1倍焦距、2倍焦距、3倍焦距......100倍焦距，并分别计算出图像采集单元所拍摄的图像中光点所围成的图形边长的算术平均值与所对应的图像采集单元物距；形成投影设备在不同位置时，图形边长的算术平均值与图像采集单元物距的关系表。将所述关系表存储至投影设备的存储单元中。
用户使用投影设备时，所述根据所述图像，计算出所述光点所围成的图形边长的算术平均值，并根据该图形边长的算术平均值确定所述投影镜头组的最佳焦距，如图8所示，还包括：
步骤800、计算所述调焦边长的算术平均值
根据图像采集单元所采集的图像，计算出该图形边长的算术平均值。
步骤801、根据所述调焦边长的算术平均值，查询所述关系表，确定图像采集单元物距，所述图像采集单元物距与投影镜头组的像距相同
根据所述光点所围成的图形调焦边长的算术平均值，处理单元将计算得到的图形调焦边长的算术平均值与存储器中所存储的图形边长的算术平均值进行匹配，确定最相近的值，并获取所对应的图像采集单元物距，该物距与投影镜头组的像距相同。
步骤802、根据所述投影镜头组的焦距和物距的倒数和等于像距的倒数，确定该投影镜头组所需要的最佳焦距
根据投影镜头组的像距，根据所述函数关系
确定投影图像采集单元组的最佳焦距。
所述投影镜头驱动单元根据该最佳焦距对投影镜头组的焦距进行调整，完成投影设备的自动对焦。
进一步的，为使投影设备的自动对焦更加精确，所述光点所围成的图形调焦边长的算术平均值与图像采集单元物距的关系表中，对应每一个投影设备的位置，对图像采集单元光轴左右正负30度中，不同角度所对应的图像采集单元焦物距进行记录，并确定在该角度时，所述图形边长的算术平均值与图像采集单元物距的值，例如在正负30度间，每5度记录一次；将所述图形边长的算术平均值与图像采集单元物距的关系表存储至存储器中，该关系表称为角度查询表。
此时，当在一位置使用投影设备时，处理单元计算出投影面上所述光点所形成的图形调焦边长的算术平均值；根据该图形调焦边长的算术平均值进行查询，如该算术平均值处于表中两值之间，则可进一步的根据该角度查询表进行匹配，以确定一投影镜头组的焦距。
本发明实施例提供的一种投影设备和自动对焦方法，通过图像采集单元采集激光发射器发射的光束在投影面上形成的光点围成的图形，并根据所采集图像通过处理单元确定最佳焦距对投影镜头组的焦距进行自动的调节，以实现调节投影设备在投影面上所投影的影像的清晰度，避免需要手动对焦距进行调整，从而简化了对于投影设备焦距进行调整的过程。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种投影设备，包括处理单元、投影单元、投影镜头组和投影镜头驱动单元；所述处理单元分别与所述投影单元和投影镜头驱动单元连接，其特征在于，还包括图像采集单元，该图像采集单元与所述处理单元连接；在该图像采集单元周围设置有至少三个激光发射器；
所述激光发射器，用于发射光束，该光束在投影面上形成光点；
所述图像采集单元，用于采集所述投影面上的图像；
所述处理单元，用于根据所述图像，计算出所述光点所围成的图形边长的算术平均值，并根据该图形边长的算术平均值确定所述投影镜头组的最佳焦距；
所述投影镜头驱动单元，用于根据所述投影镜头组的最佳焦距，对所述投影镜头组的焦距进行调整。
2.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述图形边长，包括：作为比较标准的标准边长和用于对所述投影镜头组焦距进行调整的调焦边长。
3.根据权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述处理单元，还包括比值确定模块、像距确定模块和焦距确定模块：
所述比值确定模块，根据所述图像，获取所述标准边长和所述调焦边长的算术平均值，并确定所述调焦边长和所述标准边长的比值；
所述像距确定模块，用于根据所述图像采集单元焦距以及所述调焦边长和所述标准边长的比值，计算出所述图像采集单元到所述投影面的物距，所述图像采集单元的物距与所述投影镜头组的像距相同；
所述焦距确定模块，用于根据所述投影镜头组的焦距和物距的倒数和等于像距的倒数，确定所述投影镜头组所需要的最佳焦距。
4.根据权利要求2所述的投影设备，其特征在于，还包括存储器，该存储器与所述处理单元连接；
所述存储器，用于存储所述图形边长的算术平均值与所述图像采集单元物距的关系表。
5.根据权利要求4所述的投影设备，其特征在于，所述处理单元，包括边长计算模块、表格查询模块和焦距确定模块；
所述边长计算模块，用于计算所述调焦边长的算术平均值；
所述表格查询模块，用于根据所述调焦边长的算术平均值，查询所述关系表，确定图像采集单元物距，所述图像采集单元物距与投影镜头组的像距相同；
所述焦距确定模块，用于根据所述投影镜头组的焦距和物距的倒数和等于像距的倒数，确定该投影镜头组所需要的最佳焦距。
6.根据权利要求1-5所述的投影设备，其特征在于，所述图像采集单元，包括镜头，该镜头与所述投影镜头组处于同一平面。
7.一种自动对焦方法，其特征在于，包括：
发射光束，该光束在投影面上形成光点；
采集投影面上的图像；
根据所述图像，计算出所述光点所围成的图形边长的算术平均值，并根据该图形边长的算术平均值确定所述投影镜头组的最佳焦距；
根据所述投影镜头组的最佳焦距，对所述投影镜头组的焦距进行调整。
8.根据权利要求7所述的自动对焦方法，其特征在于，所述图形边长，包括：作为比较标准的标准边长和用于对所述投影镜头组焦距进行调整的调焦边长。
9.根据权利要求8所述的自动对焦方法，其特征在于，所述根据所述图像，计算出所述光点所围成的图形边长的算术平均值，并根据该图形边长的算术平均值确定所述投影镜头组的最佳焦距，还包括：
根据所述图像，获取所述标准边长和所述调焦边长的算术平均值，并确定所述调焦边长和所述标准边长的比值；
根据所述图像采集单元焦距以及所述调焦边长和所述标准边长的比值，计算出所述图像采集单元到所述投影面的物距，所述图像采集单元的物距与所述投影镜头组的像距相同；
根据所述投影镜头组的焦距和物距的倒数和等于像距的倒数，确定所述投影镜头组所需要的最佳焦距。
10.根据权利要求8所述的自动对焦方法，其特征在于，在所述发射光束，该光束在投影面上形成光点之前，还包括：
存储所述图形边长的算术平均值与所述图像采集单元物距的关系表；
所述根据所述图像，计算出所述光点所围成的图形边长的算术平均值，并根据该图形边长的算术平均值确定所述投影镜头组的最佳焦距，还包括：
计算所述调焦边长的算术平均值；
根据所述调焦边长的算术平均值，查询所述关系表，确定图像采集单元物距，所述图像采集单元物距与投影镜头组的像距相同；
根据所述投影镜头组的焦距和物距的倒数和等于像距的倒数，确定该投影镜头组所需要的最佳焦距。
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