CN112565725B - 一种投影画面防抖方法、装置、投影设备及存储介质 - Google Patents
一种投影画面防抖方法、装置、投影设备及存储介质 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种投影画面防抖方法、装置、投影设备及存储介质,涉及投影显示技术领域。投影画面防抖方法包括:采集陀螺仪数据;根据所述陀螺仪数据,计算旋转角度;将所述旋转角度转换成第一四元数q;计算所述第一四元数q与第二四元数Q的差异值Δq,所述第二四元数Q用于反映目标三维姿态;根据所述差异值Δq,对每个像素重映射得到稳定后的图像。本申请采用陀螺仪四元数的方法来解决投影仪应用场景下的画面投影抖动问题,响应快,成本低。此外,本申请将陀螺仪安装在投影仪光机位置,而不仅仅是机器内部,这样可以更加准确地估计光机的姿态变换。
Description
技术领域
本申请涉及投影显示技术领域,尤其涉及一种投影画面防抖方法、装置、投影设备及存储介质。
背景技术
当投影仪不稳定时,往往会由于自身的抖动或摇晃而产生颤动的画面。在投影仪的众多使用场景中,当放置平面如:投影仪的桌面或吊装的天花板发生震动时,都会造成投影仪的摇晃,从而导致投影画面的不稳定。而投影画面的不稳定往往会给观影者造成观影上的不适体验。
发明内容
目前主流的投影仪大多没有防抖措施,即使有防抖措施大多数也是基于机械上的防抖,这种办法对结构设计有较高的要求,同时也提高了相应的成本。有鉴于此,本申请提出了一种软件上电子数码防抖方法,该方法利用投影仪内部的陀螺仪的旋转角度数据计算每帧时刻投影仪的真实三维姿态,同时设定一个稳定的三维姿态,计算真实三维姿态到稳定三维姿态的补偿差量,根据补偿差量对投影仪光机的每帧投影画面进行补偿,从而达到画面稳定的效果。该方法可以快速有效地稳定投影画面,并且相对于机械防抖更加节省成本。
第一方面,本申请提供一种投影画面防抖方法,包括:
采集陀螺仪数据;
根据所述陀螺仪数据,计算旋转角度;
将所述旋转角度转换成第一四元数q;
计算所述第一四元数q与第二四元数Q的差异值Δq,所述第二四元数Q用于反映目标三维姿态;
根据所述差异值Δq,对每个像素重映射得到稳定后的图像。
在一种可能的实现方式中,所述采集陀螺仪数据包括:
根据采集间隔Δt采集陀螺仪在x,y和z三个方向的角速度wx,wy和wz。
在一种可能的实现方式中,所述采集陀螺仪数据还包括:
记录采集陀螺仪数据时对应的***时间。
在一种可能的实现方式中,根据投影画面的帧率p确定所述采集间隔Δt,且Δt=1/p。
在一种可能的实现方式中,所述根据所述陀螺仪数据,计算旋转角度包括:
其中,θ,和ψ分别为x,y和z三个方向的旋转角度,wx1,wy1和wz1分别为相邻两次采集中前一次采集的陀螺仪在x,y和z三个方向的角速度,wx2,wy2和 wz2分别为相邻两次采集中后一次采集的陀螺仪在x,y和z三个方向的角速度。
在一种可能的实现方式中,所述根据所述陀螺仪数据,计算旋转角度包括:
其中,θ,和ψ分别为x,y和z三个方向的旋转角度,wx1,wy1和wz1分别为相邻两次采集中前一次采集的陀螺仪在x,y和z三个方向的角速度,wx2,wy2和 wz2分别为相邻两次采集中后一次采集的陀螺仪在x,y和z三个方向的角速度, t2和t1分别为相邻两次采集中后一次采集和前一次采集对应的***时间。
在一种可能的实现方式中,所述将所述旋转角度转换成第一四元数q包括根据下式计算第一四元数q:
在一种可能的实现方式中,所述根据所述差异值Δq,对每个像素重映射得到稳定后的图像包括:
对每个像素进行如下变换:X’=Δq-1XΔq,
其中,X为原始图像的像素坐标,X’为稳定后的图像的像素坐标。
在一种可能的实现方式中,所述根据所述差异值Δq,对每个像素重映射得到稳定后的图像包括:
将所述差异值Δq转换成旋转矩阵R;
对每个像素进行如下变换:X’=RX,
其中,X为原始图像的像素坐标,X’为稳定后的图像的像素坐标。
在一种可能的实现方式中,所述目标三维姿态为投影仪稳定状态下的三维姿态,所述第二四元数Q在所述投影仪放置好后计算得到。
在一种可能的实现方式中,在所述根据所述补偿量,对每个像素重映射得到稳定后的图像之后,还包括:
对投影画面进行裁剪,并对裁剪后的投影画面缩放至目标显示尺寸。
在一种可能的实现方式中,所述陀螺仪安装在与光机机体的结构连接处。
第二方面,本申请提供一种投影画面防抖装置,包括:
陀螺仪数据采集模块,用于采集陀螺仪数据;
旋转角度计算模块,用于根据所述陀螺仪数据,计算旋转角度;
第一四元数转换模块,用于将所述旋转角度转换成第一四元数q;
差异值计算模块,用于计算所述第一四元数q与第二四元数Q的差异值Δq,所述第二四元数Q用于反映目标三维姿态;
稳定图像变换模块,用于根据所述差异值Δq,对每个像素重映射得到稳定后的图像。
在一种可能的实现方式中,还包括:
第二四元数设定模块,用于计算第二四元数Q。
在一种可能的实现方式中,还包括:
画面调整模块,用于对投影画面进行裁剪,并对裁剪后的投影画面缩放至目标显示尺寸。
第三方面,本申请提供一种投影设备,所述投影设备包括处理器和存储器,所述存储器中存储有至少一条程序代码,所述至少一条程序代码由所述处理器加载并执行,以实现如第一方面或第一方面的可能的实现方式中所述的投影画面防抖方法。
第四方面,本申请提供一种存储介质,所述存储介质中存储有至少一条程序代码,所述至少一条程序代码由处理器加载并执行,以实现如第一方面或第一方面的可能的实现方式中所述的投影画面防抖方法。
需要说明的是,本申请中第二方面所述的投影画面防抖装置、第三方面所述的投影设备以及第四方面所述的存储介质,用于实现上述第一方面所提供的方法,因此可以达到与第一方面所述的方法相同的有益效果,本申请实施例不再一一赘述。
本申请采用陀螺仪四元数的方法来解决投影仪应用场景下的画面投影抖动问题,响应快,成本低。此外,本申请将陀螺仪安装在投影仪光机位置,而不仅仅是机器内部,这样可以更加准确地估计光机的姿态变换。
附图说明
本申请将通过实施例并参照附图的方式说明,其中:
图1为本申请实施例提供的投影画面防抖方法流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例,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,都应当属于本申请保护的范围。此外,虽然本申请中公开内容按照示范性一个或几个实例来介绍,但应理解,可以就这些公开内容的各个方面也可以单独构成一个完整技术方案。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请实施例中,“示例地”、“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言,使用示例的一词旨在以具体方式呈现概念。
除非另外定义,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而是仅用于区分描述,且对应术语的含义可以相同也可以不同。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同,而不排除其他元件或者物件。
下面将结合附图,对本申请中的技术方案进行描述。
本申请实施例主要根据陀螺仪数据作为输入,利用陀螺仪数据计算每时刻的投影仪的运动状态。设定一个稳定的状态,并将每帧的运动状态对齐至该稳定状态,即计算两者状态的差值,该差值即为补偿量。根据该补偿量对每帧投影画面进行矫正显示,从而达到防抖的效果。如图1所示,本申请实施例提供的投影画面防抖方法包括以下步骤:
S101.采集陀螺仪数据。
在采集陀螺仪数据时,采集间隔Δt可根据实际情况进行选择。示例地,可根据经验人为地设定一采集间隔,也可根据投影画面的帧率p确定采集间隔Δt,且Δt=1/p。如,影片播放帧率为30fps,也就是每33ms播放一帧画面,那么每 33ms采集一帧陀螺仪数据,陀螺仪数据可以为陀螺仪在x,y和z三个方向的角速度wx,Wy和wz。由于相邻两次采集的时间间隔可能会在采集间隔附近波动,因此,在采集陀螺仪数据时,还可以记录此时陀螺仪数据对应的***时间t,提高时间间隔的准确性。
在一些实施例中,所述陀螺仪安装在与光机机体的结构连接处,这样可以保证在光机发送抖动时,陀螺仪可以实时准确地记录除光机的运动状态。
S102.根据所述陀螺仪数据,计算旋转角度。
在步骤S101得到每帧投影画面对应的陀螺仪数据后,可根据如下公式计算相邻两次采集投影仪转过的角度:
若步骤S101中记录了采集陀螺仪数据时对应的***时间,则根据如下公式计算相邻两次采集投影仪转过的角度:
其中,其中,θ,和ψ分别为x,y和z三个方向的旋转角度,wx1,wy1和wz1分别为相邻两次采集中前一次采集的陀螺仪在x,y和z三个方向的角速度,wx2,wy2和 wz2分别为相邻两次采集中后一次采集的陀螺仪在x,y和z三个方向的角速度, t2和t1分别为相邻两次采集中后一次采集和前一次采集对应的***时间。
S103.将所述旋转角度转换成第一四元数q。
S104.计算所述第一四元数q与第二四元数Q的差异值Δq。
设定一个固定的第二四元数Q=(a’,b’,c’,d’),该第二四元数Q用于反映目标三维姿态,即一个稳定的三维姿态。可以设定为投影仪稳定状态下的三维姿态,在投影仪放置好后,即可进行计算,若投影仪的摆放位置不变,则该四元数Q 不变,若投影仪的摆放位置发生变化,则需重新计算该四元数Q。
步骤S103可以得到每一采集时刻的第一四元数q,如每隔33ms的投影仪在三维空间的位姿。这组四元数反映了投影仪在每个采集时刻实际的抖动情况。为了达到防抖效果,希望投影仪在每个采集时刻的位姿都从q变为Q,这样投影仪在每个采集时刻,投影仪的实际位姿都会为同一值,从而由抖动变为稳定。
第一四元数q与第二四元数Q的差异值Δq代表在每个采集时刻,如果要把投影仪从实际的旋转姿态q变为理想稳定的旋转姿态Q需要的补偿量,其计算公式为:
S105.根据所述差异值Δq,对每个像素重映射得到稳定后的图像。
利用步骤S104计算得到的四元数补偿量Δq对投影画面进行补偿,从而达到画面稳定的效果。示例地,可以采用如下两种做法对每个像素进行变换:
方法一:x’=Δq-1XΔq,
其中,X=(u,r,1,1),u,r为原始图像的像素坐标,如,图像左上点坐标为(0,0),右下角坐标为(1920,1080),u,r取值范围分别在0-1920和0-1080之间。对 X进行上述公式变换后得到新的坐标X’,即最终图像X’位置的像素对应原始图像 X的位置像素。得到的最终图像即为补偿后的画面,从而达到投影画面防抖的效果。
方法二:先将所述差异值Δq转换成对应的旋转矩阵R,转换公式如下:
其中,Δa,Δb,Δc和Δd为差异值Δq的四个分量。
然后利用旋转矩阵R对投影画面进行校正:X’=RX,此时,X=(u,r,1)。
当图像经过步骤S105的变换后,会对画面进行调整,调整后边界会出现画面以外的非可见区域。这是用户所不能接受的,所以需要裁剪掉边界显示出的非可见区域,只保留中间的画面。具体方法是:在步骤S105后,对投影画面进行裁剪,并对裁剪后的投影画面缩放至目标显示尺寸。示例地,提取出距离画面中心(w/2,h/2)长宽各80%(该值视需求情况而定)的画面,并对提取后的画面缩放至投影仪显示尺寸。
本申请实施例还提供一种投影画面防抖装置,该装置用于实现上述实施例涉及的投影画面防抖方法,可以通过硬件实现,也可以通过硬件执行相应的软件实现。硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的模块,例如,用于采集陀螺仪数据的陀螺仪数据采集模块;用于根据所述陀螺仪数据,计算旋转角度的旋转角度计算模块;用于将所述旋转角度转换成第一四元数q的第一四元数转换模块;用于计算所述第一四元数q与第二四元数Q的差异值Δq的差异值计算模块,所述第二四元数Q用于反映目标三维姿态;用于根据所述差异值Δq,对每个像素重映射得到稳定后的图像的稳定图像变换模块。
在一些实施例中,投影画面防抖装置还可以包括用于计算第二四元数Q的第二四元数设定模块,也还可以包括用于对投影画面进行裁剪,并对裁剪后的投影画面缩放至目标显示尺寸的画面调整模块。
本申请实施例还提供一种投影设备,所述投影设备包括处理器和存储器,所述存储器中存储有至少一条程序代码,所述至少一条程序代码由所述处理器加载并执行,以实现上述实施例涉及的投影画面防抖方法。
本申请实施例还提供一种存储介质,所述存储介质中存储有至少一条程序代码,所述至少一条程序代码由处理器加载并执行,以实现上述实施例涉及的投影画面防抖方法。
应理解,在本申请的各种实施例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,部分或全部步骤可以并行执行或先后执行,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的装置和模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述模块的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个***,或一些特征可以忽略,或不执行。例如,附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上,流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分,所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意,在有些作为替换的实现方式中,方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如,两个连续的方框实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以按相反的顺序执行,这依所涉及的功能而定。也要注意的是,框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合,可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现,或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的,作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个模块单独物理存在,也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,网络设备或者终端设备等) 执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U 盘、移动硬盘、ROM、RAM)磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境,如在此所使用的词语“如果”或“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地,取决于语境,短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请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申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (15)
1.一种投影画面防抖方法,其特征在于,包括:
采集陀螺仪数据,所述陀螺仪安装在与光机机体的结构连接处;
根据所述陀螺仪数据,计算旋转角度;
将所述旋转角度转换成第一四元数q;
根据所述差异值Δq,对每个像素重映射得到稳定后的图像;
所述根据所述差异值Δq,对每个像素重映射得到稳定后的图像包括:
对每个像素进行如下变换:X′=Δq-1XΔq;
或者,所述根据所述差异值Δq,对每个像素重映射得到稳定后的图像包括:
将所述差异值Δq转换成旋转矩阵R,并对每个像素进行如下变换:X'=RX;
其中,X为原始图像的像素坐标,X’为稳定后的图像的像素坐标。
2.根据权利要求1所述的一种投影画面防抖方法,其特征在于,所述采集陀螺仪数据包括:
根据采集间隔Δt采集陀螺仪在x,y和z三个方向的角速度wx,wy和wz。
3.根据权利要求2所述的一种投影画面防抖方法,其特征在于,所述采集陀螺仪数据还包括:
记录采集陀螺仪数据时对应的***时间。
4.根据权利要求2所述的一种投影画面防抖方法,其特征在于,根据投影画面的帧率p确定所述采集间隔Δt,且Δt=1/p。
9.根据权利要求1所述的一种投影画面防抖方法,其特征在于,所述目标三维姿态为投影仪稳定状态下的三维姿态,所述第二四元数Q在所述投影仪放置好后计算得到。
10.根据权利要求1所述的一种投影画面防抖方法,其特征在于,在所述根据所述差异值Δq,对每个像素重映射得到稳定后的图像之后,还包括:
对投影画面进行裁剪,并对裁剪后的投影画面缩放至目标显示尺寸。
11.一种投影画面防抖装置,其特征在于,包括:
陀螺仪数据采集模块,用于采集陀螺仪数据,所述陀螺仪安装在与光机机体的结构连接处;
旋转角度计算模块,用于根据所述陀螺仪数据,计算旋转角度;
第一四元数转换模块,用于将所述旋转角度转换成第一四元数q;
稳定图像变换模块,用于根据所述差异值Δq,对每个像素重映射得到稳定后的图像;
所述根据所述差异值Δq,对每个像素重映射得到稳定后的图像包括:
对每个像素进行如下变换:X′=Δq-1XΔq;
或者,所述根据所述差异值Δq,对每个像素重映射得到稳定后的图像包括:
将所述差异值Δq转换成旋转矩阵R,并对每个像素进行如下变换:X'=RX;
其中,X为原始图像的像素坐标,X’为稳定后的图像的像素坐标。
12.根据权利要求11所述的一种投影画面防抖装置,其特征在于,还包括:
第二四元数设定模块,用于计算第二四元数Q。
13.根据权利要求11所述的一种投影画面防抖装置,其特征在于,还包括:
画面调整模块,用于对投影画面进行裁剪,并对裁剪后的投影画面缩放至目标显示尺寸。
14.一种投影设备,其特征在于,所述投影设备包括处理器和存储器,所述存储器中存储有至少一条程序代码,所述至少一条程序代码由所述处理器加载并执行,以实现如权利要求1-10中任一项所述的投影画面防抖方法。
15.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质中存储有至少一条程序代码,所述至少一条程序代码由处理器加载并执行,以实现如权利要求1-10中任一项所述的投影画面防抖方法。
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