CN110084860A - 一种投影仪镜头畸变矫正***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种投影仪镜头畸变矫正***及方法，包括棋盘格标定板、高清相机、投影仪、幕布和计算机，高清相机固定在投影仪上方，且高清相机和投影仪的镜头与幕布垂直且位于同一纵向平面，高清相机用于拍摄棋盘格图片，棋盘格图片通过投影仪投影到幕布上，且幕布上的投影的棋盘格图片位于高清相机的视场内，高清相机和投影仪与用于计算投影仪镜头内参和畸变参数的计算机连接。本发明运用是在常规镜头上的改造加上软件的结合，有四大优势特点：投影位置及分辨率的精度更高、生产成本更低、体积更小，投影比更有优势，更适应市场经济对技术精度更高，体积更小，成本更低，投影更近的需求。
Description
技术领域
本发明涉及投影仪镜头畸变矫正技术领域，特别是一种投影仪镜头畸变矫正***及方法。
背景技术
目前市场上现有的起超短焦镜头即是自由曲面镜+多镜头反射镜组合而成，多是运用多组镜头反射或折射达到同等功能更好的技术结构成本效果，但其结构复杂，结构要求精度较高，镜片组需要放置位置不同。会造成投影上的位置误差比较大。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术中超短焦镜头投影仪无法投影平面图像问题，提供一种投影仪镜头畸变矫正***及方法，通过引入高清相机来弥补投影仪无法成像的缺点，从而完成投影仪的标定，具有设备简单，成本低，操作简单，精度高的特点。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种投影仪镜头畸变矫正***，包括棋盘格标定板、高清相机、投影仪、幕布和计算机，所述高清相机固定在投影仪上方，且高清相机和投影仪的镜头与幕布垂直且位于同一纵向平面，高清相机用于拍摄棋盘格图片，所述棋盘格图片通过投影仪投影到幕布上，且幕布上的投影的棋盘格图片位于高清相机的视场内，所述高清相机和投影仪与用于计算投影仪镜头内参和畸变参数的计算机连接。
另外，本发明还提供了一种投影仪镜头畸变矫正方法，利用上述投影仪镜头畸变矫正***，具体步骤如下：
S1、先用高清相机拍摄棋盘格图片，获取高清相机参数P1；
S2、然后再使用投影仪将棋盘格图片用投影仪投影至幕布并使用高清相机捕获幕布棋盘格图片，将高清相机捕获的图片进行标定，获取参数P2，P2即为相机和投影仪镜头的内参和畸变参数；最后经过计算机计算获取投影仪镜头内参和畸变参数P3。
进一步，所述S1中高清相机参数P1的标定法主要根据相机小孔成像的原理设计，其中世界坐标系转换为像素坐标公式如下：
其中s为比例，为像素坐标，M1为高清相机内部参数矩阵，M2为高清相机外部参数矩阵，Xw为世界坐标，在标定过程中根据已知的世界坐标和像素坐标，求解出高清相机的内参矩阵M1和外参矩阵M2。
更进一步，所述S2中获取参数P2具体步骤为：将所述物体世界坐标替换为投影仪的投影图片，则建立其高清相机+投影仪的新标定***，当使用投影仪投影图片时，利于新标定***标定出新的相机和投影仪镜头的内参和畸变参数P2，相机和投影仪镜头的内参和畸变参数P2包含了高清相机参数P1和投影仪镜头内参和畸变参数P3，最后通过计算机运算剔除高清相机参数P1从而获取投影仪镜头内参和畸变参数P3。
与现有技术相比，本发明运用是在常规镜头上的改造加上软件的结合，有四大优势特点：投影位置及分辨率的精度更高、生产成本更低、体积更小，投影比更有优势，更适应市场经济对技术精度更高，体积更小，成本更低，投影更近的需求：
1.投影位置精度与高分辨率：本发明直接由常规镜头改造而成，少了由于结构误差造成的投影位置精度问题，比现有市场上的反射式超短焦有更高的投影位置精度，由于是直接由镜片组组成，与常规摄像头的几百万像素镜头原理上是一样的，所以能达到很高的分辨率精度，生产成本更低。而目前市场上运用的是反射式的原理，无法达到很高的分辨率精度。目前市场上多镜头反射式超短焦由于生产成本过高，一直无法推广。由于反射式超短焦是运用了多组镜片反射来达到在较短距离内投放出更大的影像出来。但由于运用的是多组镜片反射，反射即不是在同一条水平线上的镜片组，反射的镜片组的倾斜角显得非常重要，稍有一点误差，反射后投影的位置就会有较大的偏差。
2.生产成本更低：由于本发明运用的是常规镜常改造而成的，所以在生产与制造工艺上会有成熟的生产工艺与生产成本。而目前市场上反射式超短焦，虽然也有一定的生产工艺，但由于结构复杂，生产精度要求更高，生产材料成本更多更高。所以。本发明的成本会比目前市场上的反射超短焦镜头更具有很大的成本优势，是目前市场上反射镜头的几分之一成本。
3.体积小：因为本发明运用的是常规镜头设计原理，而反射式超短焦镜头是在结构上反射的原理，所以反射式的体积做不到很小。所以本发明在体积上会比目前市场上反射式超短焦更具有体积小的优势。同样的投比会体积小很多倍。
4.投射比更有优势：这是目前市场上各种超短焦的投射比，而本发明最新的投射比可以达到0.25-0.28.比下面市场上列出来的更具优势。
附图说明
图1为本发明的投影仪镜头畸变矫正***结构示意图。
图2为本发明的投影仪镜头畸变矫正方法的流程图。
图3为本发明的高清相机成像模型。
图4为本发明的高清相机+投影仪***成像模型。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
如图1所示，本实施例提供了一种投影仪镜头畸变矫正***，包括棋盘格标定板(图中未画出)、高清相机1、投影仪2、幕布3和计算机(图中未画出)，所述高清相机1固定在投影仪2上方，且高清相机1和投影仪2的镜头与幕布3垂直且位于同一纵向平面，高清相机1用于拍摄棋盘格图片，所述棋盘格图片通过投影仪2投影到幕布3上的投影区域4，且幕布3上的投影的棋盘格图片位于高清相机1的视场内，所述高清相机1和投影仪2与用于计算投影仪镜头内参和畸变参数的计算机连接。
如图2所示，利用上述投影仪镜头畸变矫正***即可进行投影仪镜头畸变矫正，具体步骤如下：
S1、先用高清相机拍摄棋盘格图片，获取高清相机参数P1，具体是：
如图3所示，高清相机参数P1的标定法主要根据相机小孔成像的原理设计，其中世界坐标系转换为像素坐标公式如下：
其中s为比例，为像素坐标，M1为高清相机内部参数矩阵，M2为高清相机外部参数矩阵，Xw为世界坐标，在标定过程中根据已知的世界坐标和像素坐标，求解出高清相机的内参矩阵M1和外参矩阵M2。
S2、然后再使用投影仪将棋盘格图片用投影仪投影至幕布并使用高清相机捕获幕布棋盘格图片，将高清相机捕获的图片进行标定，获取参数P2，P2即为相机和投影仪镜头的内参和畸变参数；最后经过计算机计算获取投影仪镜头内参和畸变参数P3，具体是：
如图4所示，将所述物体世界坐标替换为投影仪的投影图片，则建立其高清相机1+投影仪2的新标定***，当使用投影仪2投影图片时，利于新标定***标定出新的相机和投影仪镜头的内参和畸变参数P2，相机和投影仪镜头的内参和畸变参数P2包含了高清相机参数P1和投影仪镜头内参和畸变参数P3，最后通过计算机运算剔除高清相机参数P1从而获取投影仪镜头内参和畸变参数P3。
投影前，将平面图片与投影仪的内参数P3进行运算，获取具有桶型畸变的图像I，将图像I经过超短焦镜头投影仪投射即可在幕布3上呈现无畸变的平面图像。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种投影仪镜头畸变矫正***，其特征在于，包括棋盘格标定板、高清相机、投影仪、幕布和计算机，所述高清相机固定在投影仪上方，且高清相机和投影仪的镜头与幕布垂直且位于同一纵向平面，高清相机用于拍摄棋盘格图片，所述棋盘格图片通过投影仪投影到幕布上，且幕布上的投影的棋盘格图片位于高清相机的视场内，所述高清相机和投影仪与用于计算投影仪镜头内参和畸变参数的计算机连接。
2.一种投影仪镜头畸变矫正方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的投影仪镜头畸变矫正***，具体步骤如下：
S1、先用高清相机拍摄棋盘格图片，获取高清相机参数P1；
S2、然后再使用投影仪将棋盘格图片用投影仪投影至幕布并使用高清相机捕获幕布棋盘格图片，将高清相机捕获的图片进行标定，获取参数P2，P2即为相机和投影仪镜头的内参和畸变参数；最后经过计算机计算获取投影仪镜头内参和畸变参数P3。
3.根据权利要求2所述的投影仪镜头畸变矫正方法，其特征在于：所述S1中高清相机参数P1的标定法主要根据相机小孔成像的原理设计，其中世界坐标系转换为像素坐标公式如下：
其中s为比例，为像素坐标，M1为高清相机内部参数矩阵，M2为高清相机外部参数矩阵，Xw为世界坐标，在标定过程中根据已知的世界坐标和像素坐标，求解出高清相机的内参矩阵M1和外参矩阵M2。
4.根据权利要求3所述的投影仪镜头畸变矫正方法，其特征在于：所述S2中获取参数P2具体步骤为：将所述物体世界坐标替换为投影仪的投影图片，则建立其高清相机+投影仪的新标定***，当使用投影仪投影图片时，利于新标定***标定出新的相机和投影仪镜头的内参和畸变参数P2，相机和投影仪镜头的内参和畸变参数P2包含了高清相机参数P1和投影仪镜头内参和畸变参数P3，最后通过计算机运算剔除高清相机参数P1从而获取投影仪镜头内参和畸变参数P3。
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