CN103179363A - 投影装置及其影像校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种投影装置包括一影像产生模块、一撷取模块、一控制单元及一校准模块。控制单元与撷取模块电性连接，校准模块电性与控制单元电性连接，校准模块与影像产生模块相连接。影像产生模块投射出一投影影像，投影影像与影像产生模块之间具有一投影距离。撷取模块撷取投影影像，并转换成一图像讯号。控制单元接收图像讯号，依据投影距离计算出一投影比例，控制单元以投影比例与图像讯号进行比对，以对应产生一校准讯号。校准模块接收校准讯号，根据校准讯号调整影像产生模块的投影设定，以达到投影装置自动校准的功效。

Description

投影装置及其影像校准方法

【技术领域】

本发明涉及一种投影装置，特别是一种具自动校准功能的数字投影装置及其影像校准方法。

【背景技术】

数字投影装置为时下常用的影像产生设备，因其可与计算机连接并可将计算机的画面直接投射出来，同时具有方便携带的便利性，因此广泛被公司、学校等团体所采用。

一般而言，数字投影装置在投射影像时都会内建有最理想的预设投射距离及预设投影角度，当影像被投射在此预设的投影距离，且符合预设的投影角度时，投影影像是清晰且没有变形的。然而，因为受限于室内空间大小及数字投影装置的摆设位置不同，无法使影像被投射在预设的投影距离及投影角度，导致投影影像变得模糊或是形成梯型失真，此时必须调整数字投影装置的投影焦距及投射角度，以达到最佳投影效果。

目前市面上的数字投影装置仍仰赖人为设定的方式去调整焦距及校准梯型失真，极为不便。同时，人为的设定方式仍不够精确，时常必须经过许多次的设定才能调整到符合需求的投影效果。或者是，使用数字投影装置的空间不够时，则无法调整数字投影装置的摆放位置，以达到最佳的投影效果。

此外，数字投影装置的投影影像因镜头或装置本身的上下倾斜角度过大所形成的梯形失真，以目前习用针对梯型失真的校准技术皆采用数字校正的方式，在校准过程中必须牺牲画面质量，无法兼顾维持投影效果。

【发明内容】

鉴于以上的问题，本发明提供一种数字投影机及其影像校准方法，从而解决习用必须仰赖人为设定的方式去调整数字投影装置的焦距及校准梯型失真的问题。

本发明涉及一种投影装置，包括一影像产生模块、一撷取模块、一控制单元及一校准模块。控制单元与撷取模块电性连接，校准模块与控制单元电性连接，校准模块与影像产生模块相连接。影像产生模块投射出一投影影像，投影影像与影像产生模块之间具有一投影距离。撷取模块撷取投影影像，并转换成一图像讯号。控制单元接收图像讯号，依据投影距离计算出一投影比例，控制单元以投影比例与图像讯号进行比对，以对应产生一校准讯号。校准模块接收校准讯号，根据校准讯号调整影像产生模块的投影设定。

上述的投影装置，影像产生模块与投影影像的距离相等于撷取模块与投影影像的距离。

上述的投影装置，校准模块根据设定讯号调整影像产生模块的投影设定包含投影焦距及投影角度。

上述的投影装置，其中校准模块为一伺服马达或是一伺服驱动器，校准模块啮合于影像产生模块，校准模块根据设定讯号作动，并连动影像产生模块，以调整影像产生模块的投影焦距及投影角度。

本发明同时涉及一种投影装置的影像校准方法，包括以下步骤：以一影像产生模块投射一投影影像，以一撷取模块撷取投影影像，并转换为一图像讯号，撷取模块传送图像讯号到一控制单元。控制单元依据投影影像与影像产生模块间的一投影距离计算出一投影比例，比对投影比例与图像讯号是否符合，若投影比例与图项讯号不符合，控制单元执行计算影像校准，并对应产生一校准讯号传送到一校准模块。校准模块依据校准讯号调整影像产生模块的投影设定。

上述的投影装置的影像校准方法，控制单元计算影像校准还包括以下步骤：控制单元依据图像讯号判断投影影像为一矩形，且投影影像的尺寸大于投影比例的尺寸；控制单元分别计算投影影像对角线长度倒数与投影比例对角线长度倒数的一差值；以及控制单元以差值乘以投影距离与影像产生模块镜头尺寸的乘积为影像产生模块的一焦距值，并对应产生一设定讯号。

上述的投影装置的影像校准方法，控制单元计算影像校准还包括以下步骤：控制单元依据图像讯号判断投影影像为一矩形，且投影影像的尺寸皆小于投影比例的尺寸；控制单元分别计算投影影像对角线长度倒数与投影比例对角线长度倒数的一差值；以及控制单元以差值乘以投影距离与影像产生模块镜头尺寸的乘积为影像产生模块的一焦距值，并对应产生一设定讯号。

上述的投影装置的影像校准方法，控制单元计算影像校准还包括以下步骤：控制单元依据图像讯号判断投影影像为一梯形，梯形的一上底长大于投影比例边长的值且梯形的一下底长小于投影比例边长的值；控制单元分别计算梯形的上底长及下底长与投影比例边长的差值；以及控制单元以梯形的上底长及下底长与投影比例边长差值的乘积为参数计算一投影角度降低值。

上述的投影装置的影像校准方法，控制单元计算影像校准还包括以下步骤：控制单元依据图像讯号判断投影影像为一梯形，梯形的一上底长小于投影比例的边长值且梯形的一下底长大于投影比例边长值；控制单元分别计算梯形的上底长及下底长与投影比例边长的差值；以及控制单元以梯形的上底长及下底长与投影比例边长差值的乘积为参数计算一投影角度升高值。

本发明的功效在于，数字投影装置可通过撷取模块截取影像产生模块投射的投影影像，并转换为图像讯号，控制单元接受图像讯号，与依据投影影像与影像产生模块间的投影距离计算出的投影比例比对，并对应产生校准讯号，校准模块依照校准讯号调整影像产生模块的投影焦距及投影角度，不用透过人为设定的方式，数字投影装置即可自动进行校准工作，达到最佳投影效果，减少人为校准的误差及麻烦，亦可减少调整数字投影装置的时间，进一步提升数字投影装置使用上的便利性。此外，本发明所涉及梯形失真的校准方式则是通过调整影像产生模块投射角度的方式，不会造成损失投影画面质量。

有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作最佳实施例详细说明如下。

【附图说明】

图1为本发明一实施例的数字投影装置的示意图。

图2为本发明一实施例的数字投影装置影像校准方法的步骤流程图。

图3A为本发明一实施例的计算影像校准方法的调整原理示意图。

图3B为本发明一实施例的计算影像校准方法的调整原理示意图。

图4A为本发明一实施例所涉及计算影像校准方法的另一调整原理示意图。

图4B为本发明一实施例所涉及计算影像校准方法的另一调整原理示意图。

主要组件符号说明：

10     投影装置    100    影像产生模块

200    撷取模块    300    控制单元

400    校准模块

【具体实施方式】

请参照图1所示的本发明一实施例所涉及的数字投影装置的示意图，本实施例的数字投影装置10包含一影像产生模块100、一撷取模块200、一控制单元300及一校准模块400。其中，控制单元300分别与撷取模块200及校准模块400电性连接，校准模块400与影像产生模块100相连接。

值得注意的是，本实施例所述的校准模块400包括但不限于服务器马达或伺服驱动器等机构，且校准模块400与影像产生模块100的连接方式亦包括但不限于电性连接、结构性连接等方式，凡可使校准模块400通过此连接方式操控影像产生模块100的投影焦距及投影角度的连接方式皆可，熟悉此项技术者，可根据实际需要而采用不同机构及方式。

图2为本发明一实施例涉及的数字投影装置影像校准方法的步骤流程图，并请同时参阅图2本发明一实施例所涉及的数字投影装置的示意图。

首先，以影像产生模块100投射一投影影像，并以撷取模块200撷取投影影像，撷取模块200所撷取的影像等同于投影影像的大小。撷取模块200截取投影影像的步骤包含测量投影影像与撷取模块200的一距离值，由于影像产生模块100与投影影像的距离相等于撷取模块200与投影影像的距离，因此撷取模块200测量的距离值可视为影像产生模块100与投影影像的一投影距离。接着，撷取模块200将截取的投影影像转换为一图像讯号，并传送图像讯号及投影距离值到控制单元300。

控制单元300接收图像讯号，依据投影影像与影像产生模块100间的投影距离值计算出一投影比例，本实施例所述的投影比例为在此投影距离时能达到最佳投影效果的投影影像。控制单元100比对投影比例与图像讯号是否符合，若投影比例与图像讯号符合，表示目前投影影像为最佳投影效果，则控制单元300不进行任何动作；若投影比例与图像讯号不符合，则控制单元进行计算影像校准的步骤。

如前所述的计算影像校准的步骤，控制单元300首先依据图像讯号判断投影影像为一矩形或一梯形。若投影影像为矩形，表示影像产生模块100的投影角度为水平，但影像产生模块100的焦距需要调整。

请参考图3A及图3B，其调整原理为当投影的距离F1小于投影比例的距离F2时，以F1为焦距所投射的投影影像尺寸H1必大于投影比例H2；相反地，当投影的距离F3大于投影比例的距离F2时，以F3所投射的投影影像尺寸F3必小于投影比例H2，因此若要调整投影影像尺寸H1符合投影比例H2，则必须增加焦距，依照投影机成像公式，投影尺寸＝投影距离*镜头尺寸÷焦距，也就是说，计算欲增加的焦距值F2-F1，首先分别以投影影像尺寸H1的长度L1及宽度W1计算其对角线长度D1以及投影比例H2的长度L2及宽度W2计算其对角线长度D2，其次计算投影比例H2对角线长度D2倒数与投影影像尺寸H1对角线长度D1倒数的差值，最后以差值乘以投影距离F2及影像产生模块镜头尺寸C的乘积即为欲增加的焦距值，意即：

$F2-F1=(\frac{1}{\sqrt{{L2}^2+{W2}^2}}-\frac{1}{\sqrt{{L1}^2+{W1}^2}}-)\×F2\×C$

相对地，若要调整投影影像尺寸H3符合投影比例H2，则必须缩小焦距，依照投影机成像公式，投影尺寸＝投影距离*镜头尺寸÷焦距，也就是说，计算欲缩小的焦距值F3-F2，首先分别以投影影像尺寸H3的长度L3及宽度W3计算其对角线长度D3以及投影比例H2的长度L2及宽度W2计算其对角线长度D2，其次计算投影影像尺寸H3对角线长度D3倒数与投影比例H2对角线长度D2倒数的差值，最后以差值乘以投影距离F2与影像产生模块镜头尺寸C的乘积即为欲增加的焦距值，意即：

$F3-F2=(\frac{1}{\sqrt{{L3}^2+{W3}^2}}-\frac{1}{\sqrt{{L2}^2+{W2}^2}}-)\×F2\×C$

利用此调整原理，当控制单元300依据图像讯号判断投影影像为矩形且投影影像尺寸大于投影比例，控制单元300分别计算投影影像对角线长倒数与投影比例对角线长倒数的一差值，并以差值乘以投影距离与影像产生模块镜头尺寸的比值为影像产生模块100的一焦距值。

当控制单元300判断投影影像为矩形且投影影像尺寸小于投影比例，控制单元300分别计算投影影像对角线长倒数与投影比例对角线长倒数的一差值，并以差值乘以投影距离与影像产生模块镜头尺寸的比值为影像产生模块100的一焦距值。

若投影影像为梯形，表示影像产生模块100的投影角度需要调整。请参考图4A及图4B，其调整原理为依据当投影影像的投影角度上倾X时，投影影像的上底B1会大于投影比例的边长A，且下底C1会小于投影比例的边长A；相对地，当投影影像的投影角度下倾S时，投影影像的上底B3会小于投影比例的边长A，且下底C3会大于投影比例的边长A，因此若要调整上底大于下底梯形失真的投影影像符合投影比例，则必须减少投影影像的投影上倾角度，其减少的投影上倾角度等于上底B1与投影比例边长A的差值，乘以投影比例边长A与下底C1的差值，意即X＝(B1-A)*(A-C1)。

相对地，若要调整上底B3小于下底C3梯形失真的投影影像符合投影比例，则必须减少投影影像的投影下倾角度，其减少的投影下倾角度等于投影比例边长A与上底B3的差值，乘以下底C3与投影比例边长A的差值，意即S＝(A-B1)*(C3-A)。利用此调整原理，当控制单元300依据图像讯号判断投影影像为梯形，同时梯形的一上底长B1大于投影比例边长A的值且梯形的一下底长C1小于投影比例边长A的值，则控制单元300分别计算梯形的上底长B1及下底长C1与投影比例边长A的差值，并以梯形的上底长B1及下底长C1与投影比例边长A差值的乘积为参数计算一投影角度降低值。

当控制单元300依据图像讯号判断投影影像为梯形，同时梯形的上底长B3小于投影比例的边长C3且梯形的下底长C3大于投影比例边长A时，控制单元300分别计算梯形的上底长B3及下底长C3与投影比例边长A的差值，并以梯形的上底长B3及下底长C3与投影比例边长A差值的乘积为参数计算一投影角度升高值。

控制单元300依照上述计算影像校准的结果，对应产生一校准讯号传送到校准模块400。校准模块400接受校准讯号，并依据校准讯号作动，并连动影像产生模块100，以调整影像产生模块100的投影焦距及投影角度等投影设定，使影像产生模块100投射的投影影像符合投影比例。

依照上述的步骤，本实施例的数字投影装置即可自动进行影像校准工作，以达到最佳投影效果，不用经由人为设定，减少调整数字投影装置的时间及误差，并且不会在影像校准过程中损失画面质量，以符合使用者的需求。

虽然本发明的实施例揭露如上所述，然并非用以限定本发明，任何熟习相关技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，举凡依本发明申请范围所述的形状、构造、特征及数量当可做些许的变更，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (9)

1.一种投影装置，其特征在于，所述投影装置包括：

一影像产生模块，投射出一投影影像，所述投影影像与所述影像产生模块之间具有一投影距离；

一撷取模块，所述撷取模块撷取所述投影影像，并转换成一图像讯号；

一控制单元，所述控制单元与所述撷取模块电性连接，所述控制单元接收所述图像讯号，所述控制单元依据所述投影距离计算出一投影比例，所述控制单元以所述投影比例与所述图像讯号进行比对，以对应产生一校准讯号；以及

一校准模块，电性连接所述控制单元，且所述校准模块接收所述校准讯号，所述校准模块与所述影像产生模块相连接，所述校准机构根据所述校准讯号调整所述影像产生模块的投影设定。

2.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述影像产生模块与所述投影影像的距离相等于所述撷取模块与所述投影影像的距离。

3.如权利要求1所述的投影装置，其特征在于，所述校准模块根据所述设定讯号调整所述影像产生模块的投影设定包含投影焦距及投影角度。

4.如权利要求3所述的投影装置，其特征在于，所述校准模块为一伺服马达或是一伺服驱动器，所述校准模块啮合于所述影像产生模块，所述校准模块根据所述设定讯号作动，并连动所述影像产生模块，以调整所述影像产生模块的投影焦距及投影角度。

5.一种投影装置的影像校准方法，其特征在于，所述影像校准方法包括以下步骤：

以一影像产生模块投射一投影影像；

以一撷取模块撷取所述投影影像，并转换为一图像讯号，所述撷取模块传送所述图像讯号到一控制单元；

所述控制单元依据所述投影影像与所述影像产生模块间的一投影距离计算出一投影比例，比对所述投影比例与所述图像讯号是否符合，若所述投影比例与所述图像讯号不符合，所述控制单元执行计算影像校准，并对应产生一校准讯号传送到一校准模块；以及

所述校准模块依据所述校准讯号调整所述影像产生模块的投影焦距及投影角度。

6.如权利要求5所述的投影装置的影像校准方法，其特征在于，所述控制单元计算影像校准还包括以下步骤：

所述控制单元依据所述图像讯号判断所述投影影像为一矩形，且所述投影影像的尺寸大于所述投影比例的尺寸；

所述控制单元分别计算所述投影影像对角线长度倒数与所述投影比例对角线长度倒数的一差值；以及

所述控制单元以所述差值乘以所述投影距离与所述影像产生模块镜头尺寸的乘积为所述影像产生模块的一焦距值，并对应产生一设定讯号。

7.如权利要求5所述的投影装置的影像校准方法，其特征在于，所述控制单元计算影像校准还包括以下步骤：

所述控制单元依据所述图像讯号判断所述投影影像为一矩形，且所述投影影像的尺寸皆小于所述投影比例的尺寸；

所述控制单元分别计算所述投影影像对角线长度倒数与所述投影比例对角线长度倒数的一差值；以及

所述控制单元以所述差值乘以所述投影距离与所述影像产生模块镜头尺寸的乘积为所述影像产生模块的一焦距值，并对应产生一设定讯号。

8.如权利要求5所述的投影装置的影像校准方法，其特征在于，所述控制单元计算影像校准还包括以下步骤：

所述控制单元依据所述图像讯号判断所述投影影像为一梯形，所述梯形的一上底长大于所述投影比例边长的值且所述梯形的一下底长小于所述投影比例边长的值；

所述控制单元分别计算所述梯形的上底长及下底长与所述投影比例边长的差值；以及

所述控制单元以所述梯形的上底长及下底长与所述投影比例边长差值的乘积为参数计算一投影角度降低值。

9.如权利要求5所述的投影装置的影像校准方法，其特征在于，所述控制单元计算影像校准还包括以下步骤：

所述控制单元依据所述图像讯号判断所述投影影像为一梯形，所述梯形的一上底长小于所述投影比例的边长值且所述梯形的一下底长大于所述投影比例边长值；

所述控制单元分别计算所述梯形的上底长及下底长与所述投影比例边长的差值；以及

所述控制单元以所述梯形的上底长及下底长与所述投影比例边长差值的乘积为参数计算一投影角度升高值。

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