CN113168266A - 具有检测功能的图像处理设备和显示设备 - Google Patents

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Abstract

根据本公开内容的图像处理设备包括：位置检测照明单元；图像识别照明单元；照明控制单元；成像单元；和图像处理单元。位置检测照明单元输出位置检测照明光。位置检测照明光用于对位置检测对象进行位置检测。图像识别照明单元输出图像识别照明光。图像识别照明光用于对图像识别对象进行图像识别。照明控制单元控制位置检测照明单元和图像识别照明单元，以使位置检测照明光和图像识别照明光以彼此不同的时序输出。位置检测照明光和图像识别照明光以彼此不同的时序入射至成像单元。图像处理单元基于由成像单元拍摄的拍摄图像的亮度信息来确定位置检测照明光和图像识别照明光之间的切换。图像处理单元基于在切换至位置检测照明光的情况下成像单元的成像结果，对位置检测对象进行位置检测，并且基于在切换至图像识别照明光的情况下成像单元的成像结果，对图像识别对象进行图像识别。

Description

具有检测功能的图像处理设备和显示设备
技术领域
本公开内容涉及具有检测功能的图像处理设备和显示设备，其各自执行位置检测和图像识别。
背景技术
提出了一种具有检测功能的显示设备，其为用作显示设备的投影仪(参见专利文献1)。该投影仪具有检测手指等在图像的投影面上的位置的触摸检测(位置检测)功能以及对投影面上的卡片、介质等进行图像识别的图像识别功能。具有检测功能的该显示设备基于例如通过在位置检测照明光和图像识别照明光之间进行适当的切换以进行成像而获得的成像结果来执行位置检测和图像识别。
引用列表
专利文献
专利文献1：国际公开第WO 2018/051886号
发明内容
***延迟等有时可能导致上述具有检测功能的显示设备无法准确地确定在位置检测照明光和图像识别照明光之间实际切换的时序。这增加了无用的等待时间，并降低了位置检测和图像识别的实时性。
期望提供一种具有检测功能的图像处理设备和显示设备，其各自能够增加位置检测和图像识别的实时性。
根据本公开内容的实施方式的图像处理设备包括：位置检测照明单元；图像识别照明单元；照明控制单元；成像单元；和图像处理单元。位置检测照明单元输出位置检测照明光。位置检测照明光用于对位置检测对象进行位置检测。图像识别照明单元输出图像识别照明光。图像识别照明光用于对图像识别对象进行图像识别。照明控制单元控制位置检测照明单元和图像识别照明单元，以使位置检测照明光和图像识别照明光以彼此不同的时序输出。位置检测照明光和图像识别照明光以彼此不同的时序入射至成像单元。图像处理单元基于由成像单元拍摄的拍摄图像的亮度信息来确定位置检测照明光和图像识别照明光之间的切换。图像处理单元基于在切换至位置检测照明光的情况下成像单元的成像结果，对位置检测对象进行位置检测，并且基于在切换至图像识别照明光的情况下成像单元的成像结果，对图像识别对象进行图像识别。
根据本公开内容的实施方式的具有检测功能的显示设备包括：图像投影照明单元；光阀；位置检测照明单元；图像识别照明单元；照明控制单元；成像单元；和图像处理单元。图像投影照明单元输出图像投影照明光。光阀基于图像数据来调制图像投影照明光并产生图像光。位置检测照明单元输出位置检测照明光。位置检测照明光用于对位置检测对象进行位置检测。图像识别照明单元输出图像识别照明光。图像识别照明光用于对图像识别对象进行图像识别。照明控制单元控制位置检测照明单元和图像识别照明单元，以使位置检测照明光和图像识别照明光以彼此不同的时序输出。位置检测照明光和图像识别照明光以彼此不同的时序入射至成像单元。图像处理单元基于由成像单元拍摄的拍摄图像的亮度信息来确定位置检测照明光和图像识别照明光之间的切换。图像处理单元基于在切换至位置检测照明光的情况下成像单元的成像结果，对位置检测对象进行位置检测，并且基于在切换至图像识别照明光的情况下成像单元的成像结果，对图像识别对象进行图像识别。
根据本公开内容的各个实施方式的具有检测功能的图像处理设备或显示设备各自基于由成像单元拍摄的拍摄图像的亮度信息来确定位置检测照明光和图像识别照明光之间的切换。图像处理单元基于由成像单元拍摄的拍摄图像的亮度信息来确定位置检测照明光和图像识别照明光之间的切换。图像处理单元基于在切换至位置检测照明光的情况下成像单元的成像结果，对位置检测对象进行位置检测，并且基于在切换至图像识别照明光的情况下成像单元的成像结果，对图像识别对象进行图像识别。
附图说明
[图1]图1是示意性地示出根据本公开内容的第一实施方式的具有检测功能的显示设备的示例的配置图。
[图2]图2是示意性地示出根据第一实施方式的具有检测功能的显示设备的功能配置示例的框图。
[图3]图3是示意性地示出从横向方向观察时根据第一实施方式的具有检测功能的显示设备的配置示例的配置图。
[图4]图4是示意性地示出根据第一实施方式的具有检测功能的显示设备中的成像单元的配置示例的配置图。
[图5]图5是示出根据第一实施方式的具有检测功能的显示设备中的照明光片段的光谱和成像单元的带通滤波器的透射特性的示例的说明图。
[图6]图6是示意性地示出图像识别对象的成像结果的示例的说明图。
[图7]图7是示意性地示出位置检测对象的成像结果的示例的说明图。
[图8]图8是示出具有卷帘快门方法的成像装置的曝光时序的示例的说明图。
[图9]图9是示意性地示出在以卷帘快门方法进行成像的情况下，在位置检测照明光和图像识别照明光之间切换时的拍摄图像的示例的说明图。
[图10]图10是示出在位置检测模式下的拍摄图像的亮度分布的直方图的示例的说明图。
[图11]图11是示出在图像识别模式下的拍摄图像的亮度分布的直方图的示例的说明图。
[图12]图12是示出位置检测照明光和图像识别照明光之间的切换时序的示例的时序图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本公开内容的实施方式。应注意，按以下顺序给出描述。
0.比较例
1.第一实施方式(图1至图12)
1.1配置
1.2操作
1.3效果
2.其他实施方式
<0.比较例>
(根据比较例的具有检测功能的显示设备的概述和问题)
作为比较例，描述了专利文献1(国际公开第WO 2018/051886号)中提出的具有检测功能的显示设备的概述和问题。根据该比较例的具有检测功能的显示设备例如基于通过在位置检测照明光和图像识别照明光之间进行适当的切换而进行成像所获得的成像结果，来执行位置检测和图像识别。***延迟等有时可能导致根据该比较例的具有检测功能的显示设备无法准确地确定在位置检测照明光和图像识别照明光之间实际切换的切换时序。例如，由此可能******的最长可能等待时间，并且会认为已完成照明光切换。然而，在这种情况下，无用的等待时间增加，并且位置检测和图像识别的实时性降低。
此外，专利文献1提出了一种方法，该方法通过针对用于位置检测的照明光和用于图像识别的照明光采用不同的波长并构造两个成像装置以分别对相应的波长进行成像，使得能够同时执行位置检测和图像识别。然而，该方法需要两个成像装置。这增加了设备的尺寸。与一个成像装置进行位置检测和图像识别的情况相比，失去了便携性的优点。此外，这也增加了成本。
此外，专利文献1提出了一种方法，该方法允许一个成像装置通过针对用于位置检测的照明光和用于图像识别的照明光采用不同的波长并分别提供用于位置检测的光接收区域和用于图像识别的光接收区域来同时执行位置检测和图像识别。然而，该方法在位置检测和图像识别之间对半地共享一个成像装置的像素。这将分辨率降低到1/2，并且使得难以获得足够的成像性能。
因此，期望开发一种技术，该技术实现增加位置检测和图像识别的实时性，而不会导致使用两个成像装置从而造成该设备复杂化或扩大，并且不会将拍摄图像的分辨率降低到1/2。
在下面的第一实施方式中，描述了将根据本技术的图像处理设备应用于用作具有检测功能的显示设备的投影仪的示例。
<1.第一实施方式>
[1.1配置]
图1示意性地示出了根据本公开内容的第一实施方式的具有检测功能的显示设备的配置示例。图2示意性地示出了具有检测功能的显示设备的功能配置示例。图3示意性地示出了从横向方向观察时具有检测功能的显示设备的配置示例。图4示意性地示出了具有检测功能的显示设备中的成像单元5的配置示例。图5示出了多个照明光片段的光谱和成像单元5的带通滤波器52的透射特性的示例。所述多个照明光片段和带通滤波器52用于所述具有检测功能的显示设备。
根据第一实施方式的具有检测功能的显示设备具有作为将图像投影到投影面30上的投影仪的功能、例如检测位置检测对象71(诸如人的手指)在投影面30上的位置或运动的触摸检测(位置检测)功能、以及对投影面30上的图像识别对象72(诸如卡片或介质)进行图像识别的功能。例如，用作图像识别对象72的卡片可以是诸如用于游戏的交易卡之类的卡片。用作图像识别对象72的介质可以是诸如CD(光盘)(注册商标)、DVD(数字多功能光盘)(注册商标)和BD(蓝光光盘)(注册商标)之类的包装介质。
应注意，投影面30可以是投影屏幕。此外，投影面30可以是桌面、地板表面等。此外，投影面30可以是墙面等。
如图1和图2所示，根据第一实施方式的具有检测功能的显示设备包括图像投影照明单元1、位置检测照明单元2、图像识别照明单元3、投影光学***4、成像单元5、检测图像处理单元6、照明控制单元7、和显示控制单元8。根据第一实施方式的具有检测功能的显示设备进一步包括光阀21和偏振分离装置23。
图像投影照明单元1输出图像投影照明光41。从图像投影照明单元1输出的图像投影照明光41经由偏振分离装置23照射光阀21。
如图4所示，图像投影照明单元1包括照明光学***10和光源部11。例如，如图5所示，光源部11包括输出具有红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)光谱的光片段的激光光源。光源部11例如包括发射B光的蓝色激光器11B、发射G光的绿色激光器11G、和发射R光的红色激光器11R。来自红色激光器11R、绿色激光器11G和蓝色激光器11B的每一者的光发射例如可以根据场序方法由未示出的发射控制单元来控制。
照明光学***10基于来自光源部11的光产生具有R、G和B光谱的图像投影照明光41的片段。照明光学***10可包括：会聚来自光源部11的各个颜色的光片段的聚光透镜、使各个颜色的光片段均衡的光均衡构件、合成各个颜色的光路的光路合成构件和类似者。
光阀21基于从显示控制单元8提供的图像数据调制图像投影照明光41，并产生图像光44。光阀21例如是诸如LCOS(硅上液晶)之类的反射型液晶装置。由光阀21产生的图像光44经由偏振分离装置23和投影光学***4投影到投影面30上。
位置检测照明单元2输出用于对投影面30上的位置检测对象71进行位置检测的位置检测照明光42。位置检测照明单元2例如设置在主体100的下部。位置检测照明单元2从预定高度输出位置检测照明光42，以利用位置检测照明光42至少覆盖图像光44在投影面30上的投影区域31。
图像识别照明单元3输出用于对投影面30上的图像识别对象72进行图像识别的图像识别照明光43。图像识别照明单元3利用图像识别照明光43至少照明包括图像光44在投影面30上的投影区域31在内的区域。
例如，如图5所示，位置检测照明光42和图像识别照明光43的波长带与图像投影照明光41的波长带不同。此外，位置检测照明光42的中心波长和图像识别照明光43的中心波长大致相同。
例如，如图5所示，图像投影照明光41的波长带落在可见范围内。位置检测照明光42和图像识别照明光43的波长带落在近红外范围内。位置检测照明单元2和图像识别照明单元3各自包括例如近红外光源。期望图像识别照明光43的波长带例如比位置检测照明光42的波长带更宽。
照明控制单元7控制位置检测照明单元2打开(输出)和关闭(不输出)位置检测照明灯42，并控制图像识别照明单元3打开(输出)和关闭(不输出)图像识别照明光43。
照明控制单元7控制位置检测照明单元2和图像识别照明单元3，从而以彼此不同的时序输出位置检测照明光42和图像识别照明光43。在检测图像处理单元6对位置检测对象71进行位置检测的位置检测模式下，照明控制单元7控制位置检测照明单元2和图像识别照明单元3，以仅输出位置检测照明光42和图像识别照明光43之中的位置检测照明光42。此外，在检测图像处理单元6对图像识别对象72执行图像识别的图像识别模式下，照明控制单元7控制位置检测照明单元2和图像识别照明单元3，以仅输出位置检测照明光42和图像识别照明光43之中的图像识别照明光43。
期望照明控制单元7控制位置检测照明单元2和图像识别照明单元3，以使位置检测照明光42的照明周期比图像识别照明光43的照明周期长。此外，优选的是，照明控制单元7控制位置检测照明单元2，以在至少三个帧的周期内输出位置检测照明光42。
检测图像处理单元6是基于成像单元5的成像结果对位置检测对象71进行位置检测并对图像识别对象72进行图像识别的图像处理单元。例如，检测图像处理单元6分析来自成像单元5的检测信号，并获取检测到的对象的位置数据(坐标数据)。检测图像处理单元6不仅可具有分析位置检测对象71的位置的功能，而且还具有分析位置检测对象71的运动(诸如手势运动)的功能。
检测图像处理单元6基于由成像单元5拍摄的拍摄图像的亮度信息来确定位置检测照明光42和图像识别照明光43之间的切换。检测图像处理单元6基于在切换至位置检测照明光42的情况下成像单元5的成像结果，对位置检测对象71进行位置检测。此外，检测图像处理单元6基于在切换至图像识别照明光43的情况下成像单元5的成像结果，对图像识别对象72进行图像识别。
检测图像处理单元6例如基于拍摄图像的亮度分布的直方图来确定位置检测照明光42和图像识别照明光43之间的切换。下面详细描述使检测图像处理单元6确定位置检测照明光42和图像识别照明光43之间的切换的技术。
从显示控制单元8提供的图像数据可包括包含有与由检测图像处理单元6识别的图像识别对象72的图像相关的信息的图像数据。
投影光学***4包括如图2所示的投影透镜24。投影透镜24可以是超短聚焦透镜。投影光学***4除了具有投影图像的功能之外，还具有作为用于位置检测和图像识别的图像形成光学***的功能。由光阀21产生的图像光44入射至投影光学***4。此外，投影光学***4从投影面30侧吸收由位置检测对象71引起的图像识别照明光43和位置检测照明光42的散射光La。
成像单元5包括成像装置22和成像光学***25。位置检测照明光42和图像识别照明光43以彼此不同的时序入射至成像单元5。
成像装置22包括诸如CMOS(互补金属氧化物半导体)或CCD(电荷耦合装置)之类的固态成像装置。成像装置22设置在与投影面30光学共轭的位置处。此外，成像装置22设置在与光阀21光学共轭的位置处。更具体地，在光阀21是反射型液晶装置的情况下，生成图像的显示表面(液晶表面)和成像装置22的成像表面设置在彼此光学共轭的位置处。位置检测照明光42的散射光La和图像识别照明光43经由投影光学***4和偏振分离装置23入射至成像装置22。成像装置22允许通过使用至少与投影面30上的投影区域31基本相同的区域作为成像区域来成像。
如图4所示，成像光学***25设置在光阀21的光学共轭平面50和成像装置22之间。例如，如图4所示，成像光学***25包括具有多个中继透镜53和带通滤波器52的缩小光学***51。
包括中继透镜53的缩小光学***51的设置使得可以将光阀21的光学共轭位置设置在比共轭平面50更远的位置。此外，缩小光学***51的设置使得可以在成像装置22设置在与光阀21光学共轭的位置处的同时，成像装置22的尺寸小于光阀21的尺寸。
带通滤波器52被设置为将图像投影照明光41与位置检测照明光42和图像识别照明光43分离。例如，如图5所示，带通滤波器52具有抑制图像投影照明光41并透射位置检测照明光42和图像识别照明光43的各个中心带的透射特性。
在成像装置22上形成图像的光微弱，因此重要的是***带通滤波器52，以防止在图像识别和位置检测的情况下信号饱和。如果带通滤波器52具有透射近红外区域并抑制除近红外光以外的可见光和红外光的特性，则既可以实现作为投影仪的功能，又可以实现位置检测和图像识别的功能。带通滤波器52抑制位置检测和图像识别所不需要的光。这使得可以将位置检测光(位置检测照明光42的散射光La)和图像识别光(图像识别照明光43)作为信号光片段引导到成像装置22上。这使得可以在成像装置22上以有利的S/N比获得清晰的图像信息。如上所述，在具有这种特性的条件下，期望位置检测照明光42和图像识别照明光43各自的中心波长具有实质上相同的波长带。
例如，如图4所示，偏振分离装置23是具有四个光学表面的偏振分束器。在此，通过将图4中在水平方向上彼此相对的两个表面称为第一光学表面和第三光学表面以及将在垂直方向上彼此相对的两个表面称为第二光学表面和第四光学表面来给出描述。如图4所示，来自图像投影照明单元1的图像投影照明光41入射至第一光学表面。光阀21设置在偏振分离装置23的第二光学表面侧上。成像单元5设置在偏振分离装置23的第三光学表面侧上。投影光学***4设置在偏振分离装置23的第四光学表面侧上。
偏振分离装置23将入射光分离为第一偏振分量(例如S偏振分量)和第二偏振分量(例如P偏振分量)，并沿彼此不同的方向输出各个偏振分量。偏振分离装置23选择性地反射特定的第一偏振分量并选择性地透射特定的第二偏振分量。偏振分离装置23将入射至第一光学表面的图像投影照明光41中所包括的第一偏振分量朝向光阀21反射。由光阀21调制为第二偏振分量的光从偏振分离装置23的第四光学表面输出，并作为图像光44入射至投影光学***4。
此外，位置检测照明光42的散射光La和图像识别照明光43经由投影光学***4入射至偏振分离装置23的第四光学表面。偏振分离装置23将位置检测照明光42的散射光La和图像识别照明光43中包括的各个第一偏振分量经由第三光学表面朝向成像单元5反射。
[1.2操作]
(关于图像识别)
图6示意性地示出了成像单元5对图像识别对象72的成像结果的示例。
图6所示的成像结果示意性地表示在投射图像光44的同时处于图像识别模式的情况下图像识别对象72的成像结果的示例。这里的图像识别模式是图像识别照明打开并且位置检测照明关闭的状态。
上述配置允许成像装置22能够将设置在投影区域31中的图像识别对象72的信息成像为通过如图6所示的图像识别照明光43照明而获得的亮度的信息，而不受投射到投影面30上的图像光44的图像信息的影响。检测图像处理单元6对来自成像装置22的检测信号进行图像处理，并对图像识别对象72进行单独识别。在图像识别对象72是卡、CD等的情况下，检测图像处理单元6通过识别在其表面上印刷的诸如图片之类的特征点，对图像识别对象72进行单独识别。检测图像处理单元6将识别出的图像识别对象72的信息反馈给显示控制单元8。显示控制单元8向光阀21提供包括识别出的图像识别对象72的信息的图像数据。这使得可以将识别出的图像识别对象72的信息投影为图像。
图6示意性地示出了由成像装置22拍摄的图像识别对象72的拍摄图像，但是由成像装置22拍摄的拍摄图像几乎没有梯形失真或位置间隙，如从图6中可以看到的。在由与具有检测功能的显示设备不同的实体提供的相机拍摄的拍摄图像的情况下，可能出现位置间隙。此外，投影样式(成像样式)与根据第一实施方式的具有检测功能的显示设备的投影样式不同。相机的视角或与对象的不匹配图像关系容易产生梯形失真。在根据第一实施方式的具有检测功能的显示设备的配置中，投影光学***4设置在从图像识别对象72到成像装置22的光路上，并且用于图像识别的光学***与用于图像投影的光学***部分地共享。这抑制了梯形失真或位置间隙的发生。为了抑制梯形失真或位置间隙的发生，期望将超短焦投影透镜24用于投影光学***4。
(关于位置检测)
图7示意性地示出了成像单元5对位置检测对象71的成像结果的示例。图7所示的成像结果示意性地表示在投射图像光44的同时在位置检测模式的情况下位置检测对象71的成像结果的示例。这里的位置检测模式是图像识别照明关闭而位置检测照明打开的状态。
根据第一实施方式的具有检测功能的显示设备不仅具有图像识别功能，而且还具有位置检测功能。可以根据在平板终端等上的直观操作来实现触摸交互功能。这允许用户执行更自然的操作并具有图像提供者所期望的图像体验。
如图1和图3所示，位置检测照明单元2从主体100的下部输出位置检测照明光42。位置检测照明光42以广角扩散，以从预定高度至少覆盖图像光44在投影面30上的投影区域31。这使得至少投影面30上的投影区域31被预定高度的位置检测照明光42的近红外光栅覆盖。被这种近红外光栅覆盖的投影区域31在没有通过使用诸如手指之类的位置检测对象71发出指令的情况下防止位置检测照明光42扩散。相反，在手指等指向投影区域31的情况下，阻挡了近红外光栅。这产生了通过位置检测照明光42撞击手指等而获得的位置检测照明光42的散射光La。与上述图像识别的情况一样，该位置检测照明光42的散射光La经由投影光学***4和偏振分离装置23入射至成像装置22。在此，成像装置22和投影面30设置在具有光学共轭关系的位置处。因此，在图像投影位置与手指等所指向的位置之间存在一对一的关系。因此，在检测图像处理单元6基于成像装置22的成像结果来分析检测信号的情况下，可以识别手指等在投影面30上所指向的位置(坐标)。检测图像处理单元6将识别出的位置信息反馈到显示控制单元8，以将位置信息反映在要投影的图像数据中。这允许用户通过使用手指等作为类似鼠标指针的角色来操作图像。
在检测图像处理单元6识别手指等所指向的位置的情况下，例如，可以通过提供适当的阈值和二值化检测信号来提取与噪声分量分离的位置信号。然而，在根据第一实施方式的具有检测功能的显示设备中，位置检测照明光42和图像识别照明光43的各自的中心波长实质上相同。如果用图像识别照明光43照射投影面30，则噪声电平变得非常高，并且难以提取位置信号。因此，在位置检测模式下，期望在适当的时刻关闭图像识别照明光43。
(位置检测照明光42的高度与图像识别对象72的高度之间的关系)
如上所述，位置检测照明单元2从预定高度向投影面30输出位置检测照明光42。在这种情况下，期望位置检测照明单元2从高于堆叠在另一个投影面30上的预定数量的图像识别对象72的高度的位置输出与投影面30实质上平行的光，作为位置检测照明光42。
如上所述，在根据本实施方式的具有检测功能的显示设备检测诸如手指之类的位置检测对象71的情况下，根据本实施方式的具有检测功能的显示设备检测在由位置检测照明光42形成的近红外光栅被手指等阻挡的情况下产生的散射光La。因此，在手指等未指向投影面30附近的情况下，期望设定为不产生散射光La的状态。因此，如果位置检测照明光42相对于投影面30的高度过低，则由设置在投影面30上的图像识别对象72产生散射光La。因此，期望从防止图像识别对象72产生散射光La的高度输出位置检测照明光42。
应注意，期望将上述预定数量设置为与假定图像识别对象72相对应的数量。例如，在将根据本实施方式的设备应用于纸牌游戏的情况下，图像识别对象72是纸牌。在这种情况下，可以以堆叠形式使用多个纸牌。在这种情况下，预定数量可以大于一个。此外，在图像识别对象72是诸如CD或DVD之类的包装介质的情况下，通常不必以堆叠形式使用介质。在这种情况下，预定数量可以是一个。
(关于图像识别照明光43的扩散角)
期望图像识别照明光43的输出扩散角θ2大于位置检测照明光42的输出扩散角θ1，如图3所示。此外，期望图像识别照明光43的输出扩散角θ2为位置检测照明光42的输出扩散角θ1的十倍或更大。应注意，这里所说的输出扩散角θ1和θ2是在垂直于投影面30的方向上的扩散角。
例如，位置检测照明光42的输出扩散角θ1可以为2°或以下。此外，尽管图像识别照明光43的输出扩散角θ2取决于投影区域31的大小，但是可以为30°或以上。
(各照明光片段的输出位置)
如图3所示，期望图像识别照明单元3中的图像识别照明光43的输出位置P3比位置检测照明单元2中的位置检测照明光42的输出位置P2离投影面30更远。
此外，如图3所示，期望投影光学***4中的图像光44的输出位置P1比位置检测照明单元2中的位置检测照明光42的输出位置P2离投影面30更远。此外，如图3所示，期望图像识别照明单元3中的图像识别照明光43的输出位置P3比投影光学***4中的图像光44的输出位置P1离投影面30更远。
(关于位置检测照明光42和图像识别照明光43之间的切换的确定)
图8示出了具有卷帘快门方法的成像装置22的曝光时序的示例。图9示意性地示出了在以卷帘快门方法进行成像的情况下，在位置检测照明光和图像识别照明光之间切换时的拍摄图像的示例。
根据第一实施方式的具有检测功能的显示设备以预定的时序例如在图像识别模式和位置检测模式之间切换，以时分方式交替地执行图像识别和位置检测。在这种情况下，高速模式切换允许根据第一实施方式的具有检测功能的显示设备以实质上相同的时序执行位置检测和图像识别。然而，特别是在成像装置22是在成像单元5中以卷帘快门方法执行成像的CMOS传感器等的情况下，照明光切换产生如图9所示的图像。
在图8中，VD表示垂直同步信号的时序。图8示出了成像装置22的每个水平像素线的曝光时序的示例。在卷帘快门方法中，每个水平像素线具有如图8所示的不同的曝光时序。对于每个水平像素线，对像素数据进行数据传输。因此，即使在任何时刻进行照明光切换，也会生成其中具有要切换的照明光的图像和具有切换后的照明光的图像混合的图像。
例如，在将图像识别照明光43切换为位置检测照明光42的情况下，理想地，在切换之前获得如图6所示的拍摄图像。理想地，在切换之后获得如图7所示的拍摄图像。然而，紧接在切换之后，实际上获得了如图9所示的拍摄图像，其中混合了具有切换之前的照明光的图像和具有切换之后的照明光的图像。因此，确定其中混合了这两个照明光片段的图像使得可以确定照明光切换的结束时刻。在将两个照明光片段的图像混合之后获得的图像是照明光切换完成的图像。
图10示出了在仅利用如图7所示的位置检测照明光42进行照明的位置检测模式下的拍摄图像的亮度分布的直方图的示例。图11示出了在仅利用如图6所示的图像识别照明光43进行照明的图像识别模式下的拍摄图像的亮度分布的直方图的示例。在图10和图11的每一者中，横轴表示亮度，纵轴表示像素数。
如图10所示，在位置检测模式下的拍摄图像的亮度分布的直方图表示亮度分布向暗侧倾斜。相反，如图11所示，在图像识别模式下的拍摄图像的亮度分布的直方图表示亮度分布向亮侧倾斜。这表示在所获取的图像的上部的亮度与下部的亮度之间存在相当大的差异的情况下，在照明光切换的中间获取如图9所示的图像。因此，很明显，接下来要获取的图像是照明光切换之后的图像。
如上所述，允许检测图像处理单元6基于拍摄图像的亮度分布的直方图来确定位置检测照明光42和图像识别照明光43之间的切换。
检测图像处理单元6被配置为例如至少基于拍摄图像中的上一行的像素的亮度信息和下一行的像素的亮度信息来确定位置检测照明光42和图像识别照明光43之间的切换。如上所述，其中混合了两个照明光片段的如图9所示的拍摄图像在图像的上部的亮度与下部的亮度之间存在相当大的差异。因此，可以例如基于最上一行的像素的亮度和最下一行的像素的亮度来确定照明光的切换。
此外，检测图像处理单元6可以例如基于拍摄图像的所有像素的亮度信息来确定位置检测照明光42和图像识别照明光43之间的切换。如图10和图11所示，位置检测模式下的拍摄图像的亮度分布与图像识别模式下的拍摄图像的亮度分布整体上不同。这使得可以基于所有像素的亮度信息来确定照明光切换。
此外，检测图像处理单元6可以例如基于拍摄图像中的上一行的像素的亮度信息和下一行的像素的亮度信息的任一者来确定位置检测照明光42和图像识别照明光43之间的切换。例如，如果预先知道作为成像装置22的规格是像素数据切换从上侧开始还是从下侧开始，则简单地检查像素数据切换结束时上一行或下一行的像素的亮度分布便能够确定照明光切换。
(关于位置检测照明光42和图像识别照明光43的各个照明周期)
如下所述，期望照明控制单元7控制位置检测照明单元2和图像识别照明单元3，以使位置检测照明光42的照明周期比图像识别照明光43的照明周期长。此外，期望照明控制单元7控制位置检测照明单元2，以在至少三帧的周期内输出位置检测照明光42。
图12是示出位置检测照明光42和图像识别照明光43之间的切换时序的示例的时序图。图12的上部示出了其中位置检测照明光42的照明周期比图像识别照明光43的照明周期长的示例。作为示例，图12的上部示出了其中位置检测照明光42的照明周期与图像识别照明光43的照明周期之间的比例按帧数为8:2的示例。在图12的上部的示例中，图12的下部示出了其中位置检测照明光42的照明周期与图像识别照明光43的照明周期相同的示例。图12的下部示出了其中位置检测照明光42的照明周期与图像识别照明光43的照明周期之间的比例按帧数为2:2的示例。
如上所述，在紧接在照明光切换之后的时刻获取其中混合了两个照明光片段的如图9所示的图像。该图像用作牺牲帧，该牺牲帧不能用作如图12所示的用于位置检测或图像识别的图像。在此，作为图像识别模式和位置检测模式的特征，图像识别模式具有即使不频繁识别图像也不会损失实时性的特征。相比之下，位置检测模式要求用于对移动的手指等进行位置检测的相当大的实时性。因此，优选的是，尽可能地减少不可以进行检测的周期。
这使得可以通过与每秒可获取的图像的帧数相比，在图像识别模式下分配更少的帧并且在位置检测模式下分配更多的帧，增加位置检测和图像识别两者的实时性。在这种情况下，如果在位置检测模式下的照明周期连续地占据三帧或更多帧，如在图12的上部的示例中那样，则可以减少在单位时间内执行照明切换的次数。由于卷帘快门特性，这使得可以减少切换前后的图像混合的次数。如在图12的下部的示例中，与以相同比例获取用于位置检测的图像和用于图像识别的图像的情况相比，增加了在单位时间内可获取的有效图像的帧数。
应注意，在位置检测照明光42的照明周期过长的情况下，图像识别的实时性降低。因此，优选位置检测照明光42的连续照明周期例如为0.5秒以下。在每秒的成像帧数为30帧的情况下，优选位置检测照明光42的连续照明周期例如为12帧以下。
[1.3效果]
如上所述，根据第一实施方式的具有检测功能的显示设备能够增加位置检测和图像识别的实时性，而不会导致使用两个成像装置从而使设备复杂化或扩大，并且不会将拍摄图像的分辨率降低到1/2。
应注意，本说明书中描述的效果仅仅是说明性的而非限制性的。此外，还可以具有其他效果。这同样适用于以下其他实施方式的效果。
<2.其他实施方式>
根据本公开内容的技术不限于上述实施方式的描述。可以以各种方式来修改和实施根据本公开内容的技术。
例如，在上述第一实施方式中，已经描述了将根据本技术的图像处理设备应用于用作具有检测功能的显示设备的投影仪的情况。根据本技术的图像处理设备还可以应用于除投影仪以外的显示设备。此外，根据本技术的图像处理设备还可以应用于不具有显示图像的功能的设备。
例如，本技术还可以具有如下配置。
具有如下配置的本技术使得可以增加位置检测和图像识别的实时性。
(1)
一种图像处理设备，包括：
位置检测照明单元，所述位置检测照明单元输出位置检测照明光，所述位置检测照明光用于对位置检测对象进行位置检测；
图像识别照明单元，所述图像识别照明单元输出图像识别照明光，所述图像识别照明光用于对图像识别对象进行图像识别；
照明控制单元，所述照明控制单元控制所述位置检测照明单元和所述图像识别照明单元，以使所述位置检测照明光和所述图像识别照明光以彼此不同的时序输出；
成像单元，所述位置检测照明光和所述图像识别照明光以彼此不同的时序入射至所述成像单元；和
图像处理单元，所述图像处理单元基于由所述成像单元所拍摄的拍摄图像的亮度信息来确定所述位置检测照明光和所述图像识别照明光之间的切换，所述图像处理单元基于在切换至所述位置检测照明光的情况下所述成像单元的成像结果，对所述位置检测对象进行位置检测，并且基于在切换至所述图像识别照明光的情况下所述成像单元的成像结果，对所述图像识别对象进行图像识别。
(2)
根据(1)所述的图像处理设备，其中所述图像处理单元基于拍摄图像的亮度分布的直方图来确定所述位置检测照明光与所述图像识别照明光之间的切换。
(3)
根据(1)或(2)所述的图像处理设备，其中所述图像处理单元至少基于拍摄图像中的上一行的像素的亮度信息和下一行的像素的亮度信息来确定所述位置检测照明光与所述图像识别照明光之间的切换。
(4)
根据(1)至(3)中任一项所述的图像处理设备，其中所述图像处理单元基于拍摄图像的所有像素的亮度信息来确定所述位置检测照明光与所述图像识别照明光之间的切换。
(5)
根据(1)或(2)所述的图像处理设备，其中所述图像处理单元基于拍摄图像中的上一行的像素的亮度信息和下一行的像素的亮度信息的任一者来确定所述位置检测照明光与所述图像识别照明光之间的切换。
(6)
根据(1)至(5)中任一项所述的图像处理设备，其中所述照明控制单元控制所述位置检测照明单元和所述图像识别照明单元，以使所述位置检测照明光的照明周期比所述图像识别照明光的照明周期长。
(7)
根据(6)所述的图像处理设备，其中所述照明控制单元控制所述位置检测照明单元，以在至少三帧的周期内输出所述位置检测照明光。
(8)
根据(1)至(7)中任一项所述的图像处理设备，其中所述成像单元以卷帘快门方式进行成像。
(9)
一种具有检测功能的显示设备，所述显示设备包括：
图像投影照明单元，所述图像投影照明单元输出图像投影照明光；
光阀，所述光阀基于图像数据来调制所述图像投影照明光并产生图像光；
位置检测照明单元，所述位置检测照明单元输出位置检测照明光，所述位置检测照明光用于对位置检测对象进行位置检测；
图像识别照明单元，所述图像识别照明单元输出图像识别照明光，所述图像识别照明光用于对图像识别对象进行图像识别；
照明控制单元，所述照明控制单元控制所述位置检测照明单元和所述图像识别照明单元，以使所述位置检测照明光和所述图像识别照明光以彼此不同的时序输出；
成像单元，所述位置检测照明光和所述图像识别照明光以彼此不同的时序入射至所述成像单元；和
图像处理单元，所述图像处理单元基于由所述成像单元所拍摄的拍摄图像的亮度信息来确定所述位置检测照明光和所述图像识别照明光之间的切换，所述图像处理单元基于在切换至所述位置检测照明光的情况下所述成像单元的成像结果，对所述位置检测对象进行位置检测，并且基于在切换至所述图像识别照明光的情况下所述成像单元的成像结果，对所述图像识别对象进行图像识别。
(10)
根据(9)所述的具有检测功能的显示设备，进一步包括将所述图像光投影到投影面上的投影光学***。
本申请要求基于2018年12月20日向日本专利局提交的日本专利申请第2018-237899号的优先权，通过引用将其全部内容结合在本申请中。
应当理解，本领域技术人员可以根据设计要求和其他因素进行各种修改、组合、子组合和变更，只要它们落在所附权利要求或其等同物的范围内即可。

Claims (10)

1.一种图像处理设备，包括：
位置检测照明单元，所述位置检测照明单元输出位置检测照明光，所述位置检测照明光用于对位置检测对象进行位置检测；
图像识别照明单元，所述图像识别照明单元输出图像识别照明光，所述图像识别照明光用于对图像识别对象进行图像识别；
照明控制单元，所述照明控制单元控制所述位置检测照明单元和所述图像识别照明单元，以使所述位置检测照明光和所述图像识别照明光以彼此不同的时序输出；
成像单元，所述位置检测照明光和所述图像识别照明光以彼此不同的时序入射至所述成像单元；和
图像处理单元，所述图像处理单元基于由所述成像单元拍摄的拍摄图像的亮度信息来确定所述位置检测照明光和所述图像识别照明光之间的切换，并且所述图像处理单元基于在切换至所述位置检测照明光的情况下所述成像单元的成像结果，对所述位置检测对象进行位置检测，并且基于在切换至所述图像识别照明光的情况下所述成像单元的成像结果，对所述图像识别对象进行图像识别。
2.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中所述图像处理单元基于所述拍摄图像的亮度分布的直方图来确定所述位置检测照明光与所述图像识别照明光之间的切换。
3.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中所述图像处理单元至少基于所述拍摄图像中的上一行的像素的亮度信息和下一行的像素的亮度信息来确定所述位置检测照明光与所述图像识别照明光之间的切换。
4.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中所述图像处理单元基于所述拍摄图像的所有像素的亮度信息来确定所述位置检测照明光与所述图像识别照明光之间的切换。
5.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中所述图像处理单元基于所述拍摄图像中的上一行的像素的亮度信息和下一行的像素的亮度信息的任一者来确定所述位置检测照明光与所述图像识别照明光之间的切换。
6.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中所述照明控制单元控制所述位置检测照明单元和所述图像识别照明单元，以使所述位置检测照明光的照明周期比所述图像识别照明光的照明周期长。
7.根据权利要求6所述的图像处理设备，其中所述照明控制单元控制所述位置检测照明单元，以在至少三帧的周期内输出所述位置检测照明光。
8.根据权利要求1所述的图像处理设备，其中所述成像单元以卷帘快门方式进行成像。
9.一种具有检测功能的显示设备，所述显示设备包括：
图像投影照明单元，所述图像投影照明单元输出图像投影照明光；
光阀，所述光阀基于图像数据来调制所述图像投影照明光并产生图像光；
位置检测照明单元，所述位置检测照明单元输出位置检测照明光，所述位置检测照明光用于对位置检测对象进行位置检测；
图像识别照明单元，所述图像识别照明单元输出图像识别照明光，所述图像识别照明光用于对图像识别对象进行图像识别；
照明控制单元，所述照明控制单元控制所述位置检测照明单元和所述图像识别照明单元，以使所述位置检测照明光和所述图像识别照明光以彼此不同的时序输出；
成像单元，所述位置检测照明光和所述图像识别照明光以彼此不同的时序入射至所述成像单元；和
图像处理单元，所述图像处理单元基于由所述成像单元拍摄的拍摄图像的亮度信息来确定所述位置检测照明光和所述图像识别照明光之间的切换，并且所述图像处理单元基于在切换至所述位置检测照明光的情况下所述成像单元的成像结果，对所述位置检测对象进行位置检测，基于在切换至所述图像识别照明光的情况下所述成像单元的成像结果，对所述图像识别对象进行图像识别。
10.根据权利要求9所述的具有检测功能的显示设备，进一步包括将所述图像光投影到投影面上的投影光学***。
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