DE102004056760A1 - Trapezoidal strain in laser projection systems - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektronischen Trapezentzerrung für Laserprojektionssysteme, insbesondere für mobile Laserprojektionssysteme. Erfindungsgemäß wird eine auf optischem Weg entstandene Trapezverzeichnung kompensiert durch eine auf elektronischem Weg erzeugte entgegengesetzte Verzeichnung beziehungsweise Verzerrung des Bildinhaltes, wobei durch die Überlagerung der beiden Verzerrungen ein zumindest nahezu verzerrungsfreies Projektionsbild mit parallelen Kanten entsteht.The invention relates to a method for electronic trapezoidal strain correction for laser projection systems, in particular for mobile laser projection systems. According to the invention, a trapezoidal distortion produced by optical means is compensated for by an electronically generated opposite distortion or distortion of the image content, wherein an overlapping of the two distortions results in an at least almost distortion-free projection image with parallel edges.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method according to the preamble of the claim 1.

Mobile Laserprojektionssysteme werden in Zukunft beispielsweise bei Mobiltelefonen beziehungsweise Handys und bei PDAs (Personal Digital Assistant) eingesetzt.mobile In the future, laser projection systems will become mobile phones, for example or mobile phones and PDAs (Personal Digital Assistant) used.

In Folge der allgemeinen Miniaturisierung von mobilen Geräten einerseits und der ständig wachsenden darzustellenden Datenmenge andererseits wird es zukünftig immer schwieriger, diesen beiden Entwicklungen beispielsweise in einem Mobiltelefon gerecht zu werden. Die Miniaturisierung von Projektionsgeräten zu deren Verwendung im Zusammenspiel mit Mobiltelefonen kann einen Ausweg aus diesem Gegensatz bedeuten. Eine viel versprechende Ausführung von Mini-Projektoren ist die Projektion mit Hilfe eines über 2D-Mikrospiegel abgelenkten Laserstrahls. Dabei scannt der Laserstrahl die Projektionsfläche zeilenweise ab, ähnlich wie der Elektrodenstrahl in einer Kathodenstrahlröhre. Ein Bild entsteht, indem die Bilddaten auf den Laserstrahl moduliert werden.In Result of the general miniaturization of mobile devices on the one hand and the ever growing On the other hand, it will always be in the future more difficult, these two developments, for example, in one Mobile phone. The miniaturization of projection devices to their Use in interaction with mobile phones can be a way out mean from this contrast. A promising execution of Mini Projectors is the projection using an over 2D micromirror deflected laser beam. The laser beam scans the projection area line by line off, similar like the electron beam in a cathode ray tube. One Image is created by modulating the image data onto the laser beam become.

Ein Problem bei der Projektion mit mobilen Projektionssystemen ist, dass sich der Winkel zwischen der Projektionsrichtung, beziehungsweise zwischen dem Mittelstrahl des Projektionsbündels, und der Normalen der Projektionsfläche während der Projektion ändern kann. Wenn dieser Winkel nicht null ist treten Bildverzerrungen auf, die sogenannte Trapezverzeichnung beziehungsweise Trapezverzerrung.One Problem with the projection with mobile projection systems is, that the angle between the projection direction, respectively between the center beam of the projection beam, and the normal of the projection while change the projection can. If this angle is not zero, image distortions occur on, the so-called keystone distortion or keystone distortion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektronischen Entzerrung der Trapezverzeichnung anzugeben.Of the Invention is based on the object, a method for electronic Specify equalization of keystone distortion.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenem Merkmale gelöst.These The object is achieved by the solved in claim 1 given features.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Kompensation der Trapezverzerrung mit Hilfe einer Gegenverzerrung des Bildinhaltes.at the method according to the invention the compensation of the keystone distortion takes place with the help of a counter-distortion of the picture content.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Dabei zeigen:in the The invention will be described below with reference to a drawing embodiment described. Showing:

1 ein Grundkonzept des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 a basic concept of the method according to the invention,

2 eine Prinzipdarstellung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und 2 a schematic diagram for carrying out the method according to the invention, and

3 und 4 eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 3 and 4 an application of the method according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren kompensiert die Trapezverzeichnung, indem der Bildinhalt vor der Projektion auf elektronischen Wege sozusagen gegenverzerrt wird.The inventive method Compensates the keystone distortion by the image content before the Projection by electronic means is, so to speak, counter-distorted.

Wie in 1 schematisch dargestellt, wird die auf optischen Weg entstandene Trapezverzeichnung, beispielsweise bewirkt durch einen schrägen Einfallswinkel des Projektionsstrahles auf eine Projektionsfläche, kompensiert durch eine auf elektronischem Weg erzeugte entgegengesetzte Verzeichnung beziehungsweise Verzerrung. Durch die Überlagerung der beiden Verzerrungen entsteht wie erwünscht ein zumindest nahezu verzerrungsfreies Projektionsbild mit parallelen Kanten.As in 1 shown schematically, the resulting on optical path keystone distortion, for example, caused by an oblique angle of incidence of the projection beam on a projection surface, compensated by an electronically generated opposite distortion or distortion. The superimposition of the two distortions produces, as desired, an at least almost distortion-free projection image with parallel edges.

Die optische Trapezverzeichnung erzeugt hierbei am oberen Bildrand eine vergleichsweise breitere Bildzeile wie am unteren Rand. Bewirkt wird eine solche Verzeichnung beispielsweise durch einen schräg nach oben gerichteten Projektor auf einem Tisch.The Optical keystone distortion creates a picture at the top of the screen comparatively wider image line as at the bottom. causes such a distortion is for example by an obliquely upward directed projector on a table.

Zur Durchführung der Bildentzerrung ist die Orientierung zwischen Projektionsachse und Projektionsfläche zu ermitteln. Zu diesem Zweck gibt es bereits entwickelte Verfahren, beispielsweise über Neigungssensoren, oder Methoden, die auf Abstandsmessungen basieren. Diese Verfahren sind nicht Gegenstand der Erfindung und werden daher nicht näher ausgeführt.to execution The image equalization is the orientation between the projection axis and projection surface to investigate. For this purpose, there are already developed methods, for example about Tilt sensors, or methods based on distance measurements. These methods are not the subject of the invention and therefore are not closer executed.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Gegenverzerrung des Bildinhaltes durch eine Anpassung der Spiegelauslenkung.at an embodiment of the invention, the counter distortion of the Image content by adjusting the mirror deflection.

Wie in 2 dargestellt werden, beispielsweise durch einen Algorithmus, bei der Projektion einer Zeile die Pixel an der oberen Bildkante etwas gestaucht. Hierdurch entstehen am oberen Rand der Bildprojektion schmalere und am unteren Rand breitere Zeilen. Dies geschieht, wie schon bei der Prinzip-Beschreibung ausgeführt, im entgegengesetztem Verhältnis zur vorhandenen beziehungsweise auf optischen Weg entstandenen Trapezverzerrung.As in 2 represented, for example by an algorithm, in the projection of a line, the pixels at the upper edge of the image slightly compressed. This results in narrower lines at the top of the image projection and broader lines at the bottom. This is done, as already stated in the principle description, in opposite relationship to the existing or on the optical path resulting keystone distortion.

Erreicht wird dies durch Veränderung der Schwingungsamplitude des Projektionsspiegels (nicht explizit dargestellt). Die Schwingungsamplitude nimmt zu mit der Amplitude eines Anregungssignales. Durch eine Modulation der Amplitude des Ansteuersignales wird daher die horizontale Schwingungsamplitude beginnend vom oberen Bildrand zum entgegengesetzten unteren Bildrand entsprechend der gewünschten Gegenverzerrung verändert.This is achieved by changing the oscillation amplitude of the projection mirror (not explicitly shown). The oscillation amplitude increases with the amplitude of an excitation signal. By a modulation of the amplitude of the drive signal is therefore the horizontal Schwin From the upper edge of the image changed to the opposite lower edge of the image according to the desired counter-distortion.

Im dargestellten Fall nimmt die Schwingungsamplitude von oben nach unten beispielsweise linear mit der fortschreitenden Zeilennummer ab.in the case illustrated, the amplitude of vibration decreases from above below, for example, linearly with the progressive line number from.

Die maximale Zeilenlänge ist im dargestellten Beispiel die Länge der Zeile am unteren Bildrand. Diese Zeilenlänge entspricht der Maximalamplitude des Ansteuersignales.The maximum line length In the example shown, the length of the line is at the bottom of the screen. These line length corresponds to the maximum amplitude of the drive signal.

Bei einer in umgekehrter Richtung wirkenden Verzerrung wird die Schwingungsamplitude und damit auch die Zeilenlänge von unten nach oben abnehmen.at a distortion acting in the reverse direction becomes the oscillation amplitude and thus the line length Remove from bottom to top.

Die Anzahl der Pixel pro Zeile ist vorzugsweise im ganzen Bild konstant. Durch dieses Verfahren wird eine Stauchung der Pixeldarstellung in horizontaler Richtung erreicht, wobei die Stauchung in horizontaler Richtung von oben nach unten abnimmt.The Number of pixels per line is preferably constant throughout the image. This process upsets the pixel representation achieved in a horizontal direction, with the compression in horizontal Direction decreases from top to bottom.

Vorstehend wurde eine künstliche Trapezverzeichnung zur Kompensation einer Projektion beschrieben, wobei die Projektion durch eine Trapezverzerrung am oberen Rand verbreitert wurde. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auch in umgekehrter Richtung anwendbar, wenn die Projektion am unteren Rand durch Verzerrung verbreitert ist.above became an artificial one Keystone distortion to compensate for a projection described, the projection being a keystone distortion at the top was widened. Of course is the inventive method also applicable in the opposite direction, if the projection at the bottom Edge is widened by distortion.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in allen Laserprojektionsgeräten eingesetzt werden, in denen der Projektionsstrahl über Mikrospiegel abgelenkt wird. Einer der Vorteile ist, dass keine zusätzlichen mechanischen oder optischen Komponenten benötigt werden, sondern lediglich die Ansteuerung des Lasers erweitert wird. Das Verfahren kann beispielsweise als elektronische Schaltung, FPGA(ASIC) Modul oder als Software in einem Mikrocontroller oder DSP implementiert werden.The inventive method can be used in all laser projection devices in which the projection beam over Micromirror is deflected. One of the advantages is that no additional mechanical or optical components are needed, but only the control of the laser is extended. The method can, for example as electronic circuit, FPGA (ASIC) module or as software be implemented in a microcontroller or DSP.

An Hand von 3 wird das Verfahren am Beispiel eines in einen Stift eingebauten Projektionssystems verdeutlicht. Die Einzelheiten sind der Figur entnehmbar. Die Projektion ist in diesem Beispiel auf einen Winkel α von vorzugsweise 60 Grad zwischen Stiftachse und Projektionsfläche ausgelegt. Wird während der Benutzung des Stifts dieser Winkel durch die Handhaltung des Benutzers verändert, kann diese Veränderung beispielsweise über einen Neigungssensor erfasst und in Echtzeit über das erfindungsgemäße Verfahren korrigiert werden.Based on 3 The method is illustrated using the example of a built-in pen projection system. The details are the figure removed. The projection is designed in this example to an angle α of preferably 60 degrees between pin axis and projection surface. If, during use of the pen, this angle is changed by the hand position of the user, this change can be detected, for example, via an inclination sensor and corrected in real time using the method according to the invention.

Wie in 4 dargestellt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich nicht nur zum Ausgleich einer Trapezverzeichnung in einer Richtung, sondern kann auch Verzerrungen ausgleichen, die durch Neigung der Projektionseinheit in mehrere Richtungen oder durch Drehung entstehen.As in 4 shown, the inventive method is basically not only to compensate for a keystone distortion in one direction, but can also compensate for distortions caused by inclination of the projection unit in several directions or by rotation.

Claims (2)

Verfahren zur elektronischen Trapezentzerrung für Laserprojektionssysteme mit Schwingspiegel, insbesondere für mobile Laserprojektionssysteme, dadurch gekennzeichnet dass eine auf optischen Weg entstandene Trapezverzeichnung kompensiert wird durch eine auf elektronischem Weg erzeugte entgegengesetzte Verzeichnung beziehungsweise Verzerrung des Bildinhaltes, wobei durch die Überlagerung der beiden Verzerrungen ein zumindest nahezu verzerrungsfreies Projektionsbild mit parallelen Kanten entsteht.Method for electronic trapezoidal straightening for laser projection systems with oscillating mirror, in particular for mobile laser projection systems, characterized in that a generated on optical path keystone distortion is compensated by an electronically generated opposite distortion or distortion of the image content, wherein the superposition of the two distortions an at least almost distortion-free projection image arises with parallel edges. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Gegenverzerrung des Bildinhaltes durch eine Anpassung der Schwingungsamplitude für ein Spiegelansteuersignal erfolgt, wobei bei der Projektion einer Zeile die Pixel an einer entsprechenden Bildkante gestaucht werden.Method according to claim 1, characterized that the counter - distortion of the image content by an adaptation of the Oscillation amplitude for a Spiegelansteuersignal takes place, wherein the projection of a Line the pixels are compressed at a corresponding edge image.