DE102012010814A1 - Method for automatic image correction of a projector - Google Patents

Abstract

Verfahren zur automatischen Abbildungskorrektur eines Projektors (100) für digitalisierte Bilder, wobei der Projektor (100) eine Kamera (102) zur Aufnahme des projizierten Bildes aufweist und wobei das aufgenommene, projizierte Bild mit mindestens einem unter Normalbedingungen projiziertem Bild verglichen und in Abhängigkeit des Vergleiches die Projektionsoptik (101) des Projektors (100) solange verändert und/oder das projizierte Bild im Projektor (100) solange verzerrt wird, bis das aufgenommene, projizierte Bild mit dem mindestens einen unter Normalbedingungen aufgenommenen Bild im Bereich eines vorgewählten Toleranzintervalls identisch ist. Das erfindungsgemäße Verfahren und der dazu korrespondierende Projektor erlauben eine automatische Abbildungskorrektur.A method of automatic image correction of a projector (100) for digitized images, the projector (100) comprising a camera (102) for taking the projected image and wherein the captured projected image is compared to at least one image projected under normal conditions and depending on the comparison the projection optics (101) of the projector (100) are changed and / or the projected image in the projector (100) is distorted until the recorded, projected image is identical to the at least one image taken under normal conditions in the range of a preselected tolerance interval. The method according to the invention and the corresponding projector permit an automatic imaging correction.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Abbildungskorrektur eines Projektors für digitalisierte Bilder, wobei der Projektor eine Kamera zur Aufnahme des projizierten Bildes aufweist und wobei das aufgenommene, projizierte Bild mit mindestens einem unter Normalbedingungen projiziertem Bild verglichen und in Abhängigkeit des Vergleiches die Projektionsoptik des Projektors solange verändert und/oder das projizierte Bild im Projektor solange verzerrt wird, bis das aufgenommene, projizierte Bild mit dem mindestens einen unter Normalbedingungen aufgenommenen Bild im Bereich eines vorgewählten Toleranzintervalls identisch ist und einen dazu korrespondierenden Projektor zur Projektion von digitalisierten Bildern an eine Projektionswand.The invention relates to a method for automatic imaging correction of a projector for digitized images, wherein the projector has a camera for recording the projected image and wherein the recorded, projected image compared with at least one image projected under normal conditions and depending on the comparison, the projection optics of the projector as long changed and / or the projected image is distorted in the projector until the recorded, projected image with the at least one under normal conditions recorded image in the range of a preselected tolerance interval is identical and a corresponding projector for the projection of digitized images to a projection screen.

Projektoren zur Projektion von digitalisierten Bildern auf eine beliebige Projektionsfläche, in der Regel eine Leinwand, empfangen über eine dafür vorgesehene Schnittstelle ein Signal eines digitalisierten Bildes und projizieren das Bild über eine entsprechende Projektionsoptik auf die Projektionsfläche. Dabei ist es notwendig, dass die Geometrie der Projektionsfläche und die Projektionsoptik aufeinander abgestimmt sind, um ein scharfes und verzerrungsfreies Bild zu erhalten. Neben der Abstimmung der Entfernung von Projektionsoptik und Leinwand ist auch noch zu berücksichtigen, dass der Projektor häufig in Bezug auf die Projektionsfläche so positioniert werden muss, dass eine Zentralprojektion nicht möglich ist. Der Projektor projiziert aus Richtung des Projektors gesehen auf eine schiefe Leinwand oder anders herum, der Projektor ist in Bezug auf die Leinwand nicht mittig und nicht lotrecht ausgerichtet. Die Platzierungsproblematik geht einher mit der Notwendigkeit einer Abbildungskorrektur. Typische Abbildungsfehler sind bei nicht zureichend eingestellter Projektionsoptik die chromatische Aberration, die ursächlich ist für ein geringfügig unterschiedliches Bild für verschiedene Farben. Dieser Fehler ist auf die Dispersion des verwendeten Glases zurückzuführen und bei nicht optimal eingestellter Projektionsoptik macht sich dieser Fehler bemerkbar. Ein weiterer Fehler ist die sogenannte Verzeichnung, bei der ein Bild in Form eines horizontal liegenden Vierecks zu einer bauchigen, ausgewölbten Tonne oder – invers dazu – zu einem Kissen mit ausgezogenen Ecken verzerrt wird. Das zu projizierende zweidimensionale Bild erscheint für einen Betrachter dreidimensional eingefallen oder ausgeweitet zu sein. Durch die schräge Anordnung der Bildebene des Projektors und der Projektionsebene entstehen Trapezeffekte, bei dem ein projiziertes Viereck bei der Projektion auf die Projektionsebene zu einem Trapez verzerrt wird. Kommt schließlich noch eine gewölbte oder nicht ebene Projektionsebene zum Einsatz, so erfährt das projizierte Bild eine dazu korrespondierende Verzerrung.Projectors for the projection of digitized images on any projection surface, usually a screen, receive a signal of a digitized image via a dedicated interface and project the image onto the projection surface via a corresponding projection optics. It is necessary that the geometry of the projection surface and the projection optics are matched to each other in order to obtain a sharp and distortion-free image. In addition to the coordination of the distance of projection optics and screen is also to take into account that the projector often has to be positioned in relation to the projection surface so that a central projection is not possible. The projector projects from the direction of the projector on an oblique screen or the other way round, the projector is not centered and perpendicular in relation to the screen. The placement problem goes hand in hand with the need for an image correction. Typical aberrations, if the projection optics are not set correctly, are the chromatic aberration that causes a slightly different image for different colors. This error is due to the dispersion of the glass used and not optimally adjusted projection optics makes this error noticeable. Another mistake is the so-called distortion, in which a picture in the form of a horizontally lying quadrilateral is distorted to a bulbous, bulging ton or - inversely thereto - to a pillow with extended corners. The two-dimensional image to be projected appears to be three-dimensionally collapsed or expanded for a viewer. The slanted arrangement of the image plane of the projector and the projection plane creates trapeze effects in which a projected quadrilateral is distorted to a trapezoid when projected onto the projection plane. Finally, if a curved or non-planar projection plane is used, the projected image experiences a corresponding distortion.

Um einen Projektor optimal für seinen Einsatz einzustellen, ist – je nach Abhängigkeit der räumlichen Gegebenheiten – ein nicht unerheblicher Zeitaufwand notwendig, um den Projektor nutzen zu können. Gerade für mobile Einsätze von Projektoren, beispielsweise für schnelle aufbauten bei Verkaufspräsentationen oder bei plötzlichen Ereignissen, die projiziert werden sollen, ist der Zeitaufwand zum Einstellen nicht akzeptabel. Auch ist zur optimalen Einstellung eine gewisse Übung notwendig, die nicht jeder hat.In order to optimally adjust a projector for its use, a considerable amount of time is required to use the projector, depending on the spatial conditions. Especially for mobile use of projectors, for example, for quick setups in sales presentations or sudden events that are to be projected, the time required for setting is not acceptable. Also, for optimal setting a certain exercise is necessary that not everyone has.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Abbildungskorrektur zu automatisieren. Die Erfindung wird gelöst durch das Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5 und durch den Projektor nach den Ansprüchen 6 bis 10.The object of the invention is therefore to automate the imaging correction. The invention is solved by the method according to claims 1 to 5 and by the projector according to claims 6 to 10.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Projektor mit einer Kamera auszurüsten, die das projizierte Bild aufnimmt und eine Regelvorrichtung einzusetzen, die das aufgenommene, projizierte Bild intern mit einem Bild, das unter Normalbedingungen aufgenommen worden ist, vergleicht und die Projektionsoptik so lange verändert und/oder das digitale Bild selbst in Abhängigkeit des Vergleiches innerhalb des Projektors so lange verzerrt, bis das aufgenommene, projizierte Bild identisch ist mit einem Bild, das unter Normalbedingungen aufgenommen wurde, wobei ein vorbestimmtes Toleranzmaß in Kauf genommen wird.According to the invention, it is proposed to equip the projector with a camera that takes the projected image and to use a control device that internally compares the captured, projected image with an image taken under normal conditions and the projection optics changed so long and / or depending on the comparison within the projector until the captured, projected image is identical to an image taken under normal conditions, with a predetermined degree of tolerance accepted.

Um das Toleranzmaß zu bestimmen, innerhalb dessen das aufgenommene, projizierte Bild mit dem unter Normalbedingungen aufgenommenen Bild als identisch gelten soll, wird der RMS-Fehler einzelner ausgewählter Pixel bestimmt. Beträgt der RMS-Fehler der gemessenen Abweichung als Toleranzwert weniger als 5% der Bild-diagonale, bevorzugt weniger als 1% der Bilddiagonale, so gelten die Bilder als identisch und die Regelschleife kommt zum Stillstand.To determine the tolerance level within which the captured projected image should be considered identical to the image taken under normal conditions, the RMS error of individual selected pixels is determined. If the RMS error of the measured deviation as a tolerance value is less than 5% of the image diagonal, preferably less than 1% of the image diagonal, then the images are considered identical and the control loop comes to a standstill.

Der RMS-Fehler, nach englisch ”root-mean-square” oder deutsch das ”quadratische Mittel” wird bestimmt durch die mathematische Berechnung des quadratischen Mittels aller der Abstände von der Sollposition je eines ausgewählten Bildpunktes zur gemessenen Position dieses Bildpunktes, wobei der jeder einzeln bestimmte Abstand je als Bruchteil der Bilddiagonale in die Berechnung eingeht.The RMS error, after "root-mean-square" or German the "quadratic mean" is determined by the mathematical calculation of the root mean square of all the distances from the target position of each selected pixel to the measured position of this pixel, each of which individually certain distance is entered as a fraction of the image diagonal in the calculation.

Um die Bildkorrektur während der Projektion eines vom Nutzer erwünschten, zu projizierenden Bildes durchführen zu können, ist es bevorzugt, wenn der Projektor in das erwünschte zu projizierende Bild ein Testbild nur kurzzeitlich einblendet, wobei die zeitliche Dauer bevorzugt weniger als 1/18 s dauert. Diese Zeit wird vom menschlichen Auge gerade eben nicht mehr wahrgenommen, wenn das Testbild zeitlich von zwei identischen Bildern eingebunden ist, also wenn vor und nach dem Testbild ein identisches oder nahezu identisches Bild eingeblendet wird. Je nach Art des zu projizierenden Bildes ist aber eine andere Zeitdauer von Vorteil. Für bewegte digitalisierte Bilder eignet sich eine Einblendung eines Testbildes innerhalb zweier Einzelbilder, die in typischer Frequenz gezeigt werden, somit 1/24 s. Für bewegte Bilder nach Europäischem Standard eignet sich eine Zeitdauer von weniger als 1/25 s oder 1/50 s. Für Bilder nach US-amerikanischem Standard eignen sich Zeiten von weniger als 1/30 s oder 1/60 s. Die Bildkorrektur wird in diesem Fall ausschließlich durch diese kurzzeitig aufgenommenen, projizierten Testbilder durchgeführtIn order to be able to perform the image correction during the projection of an image desired by the user to be projected, it is preferred if the projector inserts a test image only briefly into the desired image to be projected, wherein the duration of time preferably lasts less than 1/18 s. This time is just no longer perceived by the human eye when the test image is temporally bound by two identical images, ie when an identical or nearly identical image is displayed before and after the test image. Depending on the type of image to be projected, however, another time period is advantageous. For moving digitized images, it is suitable to display a test image within two individual images, which are shown in typical frequency, ie 1/24 s. For moving pictures to European standards, a time of less than 1/25 s or 1/50 s is suitable. Times of less than 1/30 s or 1/60 s are suitable for US standard images. The image correction in this case is carried out exclusively by these briefly recorded, projected test images

Das Testbild ist so aufgebaut, dass Bildanalyse-Algorithmen besonders einfach und schnell ausgewählte Punkte identifizieren können, ob das aufgenommene, projizierte Bild verzerrt ist oder nicht. Dieses aufgenommene, projizierte Testbild wird sodann mit einem gleichen Testbild, das unter Normalbedingungen, also idealen Projektionsbedingungen mit optimal eingestellter Projektionsoptik, aufgenommen worden ist, verglichen und ein Regelalgorithmus bestimmt anhand des Vergleichsergebnisses die Regelstrategie nach vorbestimmten Regeln, das projizierte Bild zu entzerren. Um ausgewählte Bildpunkte mit einem einfachen Algorithmus identifizieren zu können, der für eine Regelung in realzeitfähig ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das aufgenommene, projizierte Bild maskiert wird, so dass nur wenige Bildpunkte, die vom Algorithmus identifiziert werden, im Bild vorhanden sind.The test image is designed so that image analysis algorithms can easily and quickly identify selected points, whether or not the captured, projected image is distorted. This recorded, projected test image is then compared with a same test image, which has been recorded under normal conditions, ie ideal projection conditions with optimally adjusted projection optics, and a control algorithm determined on the basis of the comparison result, the control strategy according to predetermined rules to equalize the projected image. In order to be able to identify selected pixels with a simple algorithm which is real-time-capable for a control, it has proved to be advantageous if the recorded, projected image is masked so that only a few pixels identified by the algorithm are present in the image are.

Als ideale Regelstrategie erweist sich, eine festgestellte chromatische Aberration durch Variation entsprechender Linsenabstände oder Linsenstellungen innerhalb der Projektionsoptik zu korrigieren. Auch können so Verzeichnungsfehler, wie Kissenfehler ausgeglichen werden. Trapezfehler werden durch eine Variation der Stellung der Bildebene innerhalb des Projektors korrigiert. Darüber hinaus gehende Verzerrungen, die unregelmäßig sind, beispielsweise aufgrund einer gewölbten oder nicht in einer Ebene liegenden Projektionsfläche, werden durch eine digitale, inverse Verzerrung des Bildes erreicht. Dabei hat es sich von Vorteil erwiesen, wenn der Projektor in jeder Bilddimension mindestens eine um Faktor 2 höhere Auflösung hat als das zu projizierende Bild. Zum Zeitpunkt dieser Anmeldung sind zwar hochauflösende Projektoren bekannt mit einer Bildpunktezahl von deutlich über 2.000 in der Horizontalen und von deutlich über 1.000 in der Vertikalen. Dennoch sind Bildauflösungen für bewegte Bilder und auch für einfache Präsentationen in der Größenordnung von 640 × 480 Bildpunkten noch durchaus üblich. Der hochauflösende Projektor hätte somit die Möglichkeit, ein verzerrtes Bild aufgrund der höheren Auflösung zu entzerren.The ideal control strategy is to correct a detected chromatic aberration by varying corresponding lens pitches or lens positions within the projection optics. Also, such distortion errors as pillow errors can be compensated. Keystone errors are corrected by varying the position of the image plane within the projector. In addition, distortions that are irregular, such as due to a curved or off-screen projection surface, are achieved by digital inverse distortion of the image. It has proven to be advantageous if the projector in each image dimension at least one higher resolution by a factor of 2 than the image to be projected. At the time of this application, although high-resolution projectors are known with a pixel count of well over 2,000 in the horizontal and well over 1,000 in the vertical. Nevertheless, image resolutions for moving pictures and also for simple presentations on the order of 640 × 480 pixels are still quite common. The high-resolution projector would thus have the opportunity to equalize a distorted image due to the higher resolution.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows:

1 Skizzierung einer tonnenförmigen Verzeichnung, 1 Sketch of a barrel-shaped distortion,

2 Skizzierung eines kissenförmigen Verzeichnung, 2 Sketching of a pillow-shaped distortion,

3 Skizzierung eines Trapezfehlers, 3 Sketching of a keystone,

4 Skizzierung einer chromatischen Aberration, 4 Sketching a chromatic aberration,

5a, 5b, 5c Skizzierung der Maskierung von Bildelementen, 5a . 5b . 5c Sketching the masking of picture elements,

6 Skizze eines alternativen Testbildmusters, 6 Sketch of an alternative test pattern,

7 Skizzierung einer unregelmäßigen Verzeichnung aufgrund einer nicht ebenen Projektionsfläche und 7 Sketching of an irregular distortion due to a non-planar projection surface and

8 einen erfindungsgemäßen Projektor. 8th a projector according to the invention.

In 1 ist das Ergebnis einer Verzerrung durch eine tonnenförmige Verzeichnung dargestellt. Ein zu projizierendes Rechteck 1, das bei idealer Projektion die gestrichelte Form einnimmt, wird durch eine nicht ordnungsgemäße Einstellung der Projektionsoptik zu einem tonnenförmig verzeichneten Rechteckes 2 gemäß der durchgezogenen Linie verzerrt, wobei die hier gewählte Skizze den Fehler zur besseren Visualisierung übertrieben darstellt. Projektionsoptiken sind wie eine Tele-objektiv dazu in der Lage, den Öffnungswinkel und die Schärfe unabhängig voneinander zu variieren. Bei einem zu großen oder zu kleinen Öffnungswinkel entsteht dieser Verzeichnungseffekt, so dass durch eine Variation des Öffnungswinkels der tonnenförmige Verzeichnungseffekt korrigiert werden kann. Bei der allmählichen Ausrichtung der Linsen innerhalb der Projektionsoptik verschieben sich die gekrümmten Linien des tonnenförmig verzeichneten Rechtecks gemäß den eingezeichneten Pfeilen nach innen, wobei die abgebildeten Ecken des ideal projizierten und des tonnenförmig verzeichneten Rechtecks aufeinander bleiben. Bei dieser Abbildungskorrektur muss der Öffnungswinkel, die Schärfe und die Vergrößerung des digitalen Bildes gleichzeitig eingestellt werden, so dass sich durch die Änderung es Öffnungswinkels nicht die Bildgröße ändert, so dass dann die Eckpunkte der beiden eingezeichneten Figuren, ideal projiziertes Rechteck 1 und tonnenförmig verzeichnetes Rechteck 2 nahezu unverändert bleiben.In 1 is the result of a distortion represented by a barrel distortion. A rectangle to be projected 1 , which assumes the dashed form with ideal projection, becomes a barrel-shaped rectangle due to improper adjustment of the projection optics 2 distorted according to the solid line, the sketch selected here exaggerating the error for better visualization. Projection optics, like a telephoto lens, are capable of independently varying the aperture angle and sharpness. If the opening angle is too large or too small, this distortion effect is produced so that the barrel-shaped distortion effect can be corrected by varying the opening angle. As the lenses within the projection optics gradually align, the curved lines of the barrel-shaped rectangle move inward according to the arrows drawn, leaving the imaged corners of the ideally projected and barrel-shaped rectangles contiguous. In this image correction, the aperture angle, the sharpness and the magnification of the digital image must be adjusted simultaneously so that the change in the aperture angle does not change the image size, so that then the vertices of the two drawn figures, ideally projected rectangle 1 and barrel-shaped rectangle 2 stay virtually unchanged.

In 2 ist der zu dem Abbildungsfehler in 1 inverse Abbildungsfehler dargestellt, die kissenförmige Verzeichnung. Diese könnte als eine Überkorrektur der tonnenförmigen Verzeichnung oder umgekehrt aufgefasst werden. Bei dieser Verzeichnung wird ein ideal projiziertes Rechteck 1 zu einem kissenförmig verzeichneten Rechteck 3 verzerrt. Auch bei diesem hier übertrieben dargestellten Verzeichnungsfehler wird durch eine Variation des Öffnungswinkels der kissenförmige Verzeichnungseffekt korrigiert. Bei der allmählichen Ausrichtung der Linsen innerhalb der Projektionsoptik verschieben sich die gekrümmten Linien des tonnenförmig verzeichneten Rechtecks gemäß den eingezeichneten Pfeilen nach außen, wobei die abgebildeten Ecken des ideal projizierten und des kissenförmig verzeichneten Rechtecks aufeinander bleiben. Bei dieser Abbildungskorrektur muss der Öffnungswinkel, die Schärfe und die Vergrößerung des digitalen Bildes gleichzeitig eingestellt werden, so dass sich durch die Änderung es Öffnungswinkels nicht die Bildgröße ändert, so dass dann die Eckpunkte der beiden eingezeichneten Figuren, ideal projiziertes Rechteck 1 und kissenförmig verzeichnetes Rechteck 3 nahezu unverändert bleiben. In 2 is the one to the aberration in 1 shown inverse aberrations, the pincushion distortion. This could be understood as an over-correction of barrel distortion or vice versa. This distortion becomes an ideally projected rectangle 1 to a pillow-shaped rectangle 3 distorted. Even with this distortion error exaggerated here, the pincushion distortion effect is corrected by a variation of the opening angle. As the lenses within the projection optics gradually align, the curved lines of the barrel-shaped rectangle shift outward according to the arrows drawn, leaving the imaged corners of the ideally projected and pincushion-shaped rectangles contiguous. In this image correction, the aperture angle, the sharpness and the magnification of the digital image must be adjusted simultaneously so that the change in the aperture angle does not change the image size, so that then the vertices of the two drawn figures, ideally projected rectangle 1 and pillow-shaped rectangle 3 stay virtually unchanged.

Die trapezförmige Verzeichnung ist ein Abbildungsfehler, der auf einer relativen Schrägstellung von Bildebene und Projektionsebene zurückzuführen ist. Dieser Trapezfehler ist in 3 skizziert. Dabei wird ein bei idealer Projektion projiziertes Rechteck 1 zu einem trapezförmig verzeichneten Rechteck 4 verzerrt. Durch die Schiefstellung von Bildebene und Projektionsebene wird durch die Zentralprojektion ein weiter entfernt von der Projektionsoptik entfernter Punkt vergrößert oder weiter von der Projektionsmitte dargestellt. Dieser Projektionsfehler kann durch eine Schrägstellung der Bildebene innerhalb des Projektors ausgeglichen werden, wobei im Idealzustand die Bildebene parallel zur Projektionsebene ausgerichtet ist.The trapezoidal distortion is an aberration due to relative skew of the image plane and the projection plane. This keystone is in 3 outlined. This will produce a rectangle projected at ideal projection 1 to a trapezoidal rectangle 4 distorted. Due to the misalignment of the image plane and the projection plane, the central projection enlarges a point further away from the projection optics or displays it further from the center of the projection. This projection error can be compensated by an inclination of the image plane within the projector, in the ideal state, the image plane is aligned parallel to the projection plane.

4 zeigt schließlich eine Skizze des Fehlers einer chromatischen Aberration. Dabei wird ein weißes, ideal projiziertes Rechteck 1 – hier bei einem Trapezfehler – durch die chromatische Aberration zu verschiednen Figuren aufgeweitet oder eingeengt, was durch die verschiedenen Trapeze, Trapez 5, Trapez 6 und Trapez 7 dargestellt ist. Bei der Verwendung eines Kontinuumsspektrums, also bei einer Glühbirne als Projektionslampe verschmelzen die drei Trapeze 5, 6 und 7 zu einem Regenbogenspektrum. Wird hingegen mit verschiedenen monochromatischen Lichtquellen wie bspw. Lasern als Projektionslicht gearbeitet, so trennen sich die drei Farben der Trapeze 5, 6 und 7 in unterschiedliche Trapeze auf. Je nach Projektionsoptik ist auch dieser Fehler durch eine relative Verschiebung verschiedener Linsengruppen innerhalb der Projektionsoptik im vorgegebenen Maß korrigierbar. Eine ideale Projektionsoptik zeigt diese Fehler nicht, aber aufgrund der nicht vermeidbaren Dispersion, die unterschiedlich starken Brechungsindizes der Linsengläser, ist dieser Fehler fast immanent, aber – je nach Linsentyp – immer noch in gewissen Grenzen einstellbar. 4 finally shows a sketch of the error of a chromatic aberration. This will produce a white, ideally projected rectangle 1 - here at a keystone - expanded or narrowed by the chromatic aberration to different figures, what through the different trapeze, trapezium 5 , Trapeze 6 and harness 7 is shown. When using a continuum spectrum, ie a light bulb as a projection lamp, the three trapezoids merge 5 . 6 and 7 to a rainbow spectrum. If, on the other hand, different monochromatic light sources, such as lasers, are used as the projection light, then the three colors of the trapezoids separate 5 . 6 and 7 in different trapezoids. Depending on the projection optics, this error can also be corrected to a predetermined extent by a relative displacement of different lens groups within the projection optics. An ideal projection optics does not show these errors, but due to the unavoidable dispersion, the different refractive indices of the lens lenses, this error is almost immanent, but - depending on the type of lens - still within certain limits adjustable.

In 5a, 5b und 5c ist eine Maskierung eines abgebildeten Projektionsfehlers dargestellt, anhand dessen das automatisch Verfahren zur automatischen Abbildungskorrektur erläutert wird. Bei der Projektion eines Rechteckes 1, das bei idealer Projektion auf der Projektionsfläche die gestrichelte Kontur des Rechteckes 1 einnehmen würde, wird durch eine tonnenförmige Verzeichnung zum liniert dargestellten, tonnenförmig verzerrten Rechteck 2 verzerrt. Eine unmittelbar neben dem Projektor vorhandene Kamera, vorzugsweise mit sehr kleinen Linsendimensionen, nimmt das projizierte Bild des Projektors auf. Dadurch, dass die Kamera sehr kleine Dimensionen gegenüber der Projektionsoptik aufweist, kann die Fokussierung auf ”unendlich” schon bei 2 m Abstand bis zu einer weit entfernten Projektionswand scharfe Bilder liefern. Die Kamera wird durch ihre kleinen Dimensionen auch einen nur sehr geringen Parallaxenfehler aufweisen, der durch die außermittige Position in Bezug auf die Zentralprojektion zustande kommt. Diese Kamera liefert das Bild des tonnenförmig verzerrten Rechtecks auf, wobei das Rechteck als einfaches Testbild innerhalb einer Recheneinheit, innerhalb der Kamera oder auch schon bei der Projektion maskiert wird. Durch die Maskierung mit einer kreuzförmigen Maske 10, die über das aufgenommene Bild des tonnenförmig verzerrten Rechtecks 2 gemäß 5b gelegt wird, entsteht das Bild gemäß der durchgezogenen Linien in 5c. Die Positionen der vier Ausschnitte des tonnenförmig verzerrten Rechtecks 2 werden innerhalb der Regelvorrichtung durch eine Recheneinheit mit einem gespeicherten Abbild eines ideal projizierten Rechtecks, gemäß den nach Maskierung verbleibenden gepunkteten Linien verglichen. Ein Algorithmus zur Bilderkennung kann diese sehr wenigen Bildinhalte schnell erfassen, den Schwerpunkt der identifizierten Bildinhalte bestimmen und den Abstand zum idealen Schwerpunkt, der im Bereich der gepunkteten Linien liegt, bestimmen. Durch diese Maskierung ergeben sich Abstandsvektoren Abstandsvektor 20, Abstandsvektor 21, Abstandsvektor 22 und Abstandsvektor 23, die jeweils eine Richtung und eine Länge, beispielsweise als Bruchteil einer Bilddiagonale, aufweisen. Durch Vergleich der Abstandsvektoren mit einer Tabelle kann die ideale Regelstrategie zur Korrektur der tonnenförmigen Verzeichnung, der kissenförmigen Verzeichnung und der trapezförmigen Verzeichnung abgelesen werden. Im vorliegenden Fall hat diese Tabelle mindestens 3 Zustände für jeden Vektor, nämlich ”hoch”, ”runter”, ”richtig” für die beiden oben und unten liegenden Bildinhalte und ”rechts”, ”links” und ”richtig” für die beiden an den Seiten liegenden Bildinhalte. Dadurch ergeben sich 3 hoch 4, also 81 Möglichkeiten der festgestellten Abweichungskombinationen. Durch eine Überlagerung verschiedener Verzeichnungsfehler, beispielsweise zweier verschiedener trapezförmiger Verzeichnungen, die durch eine entsprechende, durch zwei Achsen verstellte, Projektionsebene entstehen, und durch eine tonnenförmige oder kissenförmige Verzeichnung können so sehr unterschiedliche Vektormuster entstehen, die durch entsprechende Variation der Stellungsparameter der Projektionsoptik und der Bildebene korrigiert werden können. Diese Art der Korrektur, nämlich das Zuordnen von Vektorparametern zu einer Tabelle, aus der einzelne Regelstrategien abgerufen werden, ist aber nur ein einfaches Beispiel für eine Regelstrategie.In 5a . 5b and 5c a masking of a mapped projection error is shown, on the basis of which the automatic method for automatic image correction is explained. When projecting a rectangle 1 , that with ideal projection on the projection surface the dashed contour of the rectangle 1 would assume by a barrel-shaped distortion to the lined, barrel-distorted rectangle 2 distorted. A camera immediately adjacent to the projector, preferably with very small lens dimensions, records the projected image of the projector. Because the camera has very small dimensions compared to the projection optics, the focus on "infinite" at a distance of 2 m to a distant projection screen can deliver sharp images. The camera, due to its small dimensions, will also have very little parallax error due to the off-center position with respect to the central projection. This camera delivers the image of the barrel-shaped distorted rectangle, whereby the rectangle is masked as a simple test image within a computing unit, within the camera or already during the projection. By masking with a cross-shaped mask 10 passing over the captured image of the barrel-shaped distorted rectangle 2 according to 5b is placed, the image is formed according to the solid lines in 5c , The positions of the four sections of the barrel-shaped distorted rectangle 2 are compared within the control device by a computing unit with a stored image of an ideally projected rectangle, according to the dotted lines remaining after masking. An image recognition algorithm can quickly capture these very few image contents, determine the focus of the identified image content, and determine the distance to the ideal center of gravity that lies within the area of the dotted lines. This mask results in distance vectors distance vector 20 , Distance vector 21 , Distance vector 22 and distance vector 23 , each having a direction and a length, for example as a fraction of a picture diagonal, have. By comparing the distance vectors with a table, the ideal control strategy for correcting barrel distortion, pincushion distortion and trapezoidal distortion can be read. In the present case, this table has at least 3 states for each vector, namely "up", "down", "right" for the two top and bottom image contents and "right", "left" and "right" for the two at the Pages lying image content. This results in 3 high 4, ie 81 Possibilities of ascertained variance combinations. By a superimposition of different distortion errors, for example, two different trapezoidal distortions that arise through a corresponding, distorted by two axes, projection plane, and by a barrel-shaped or pincushion distortion so very different vector patterns can be created by appropriate variation of the position parameters of the projection optics and the image plane can be corrected. However, this type of correction, namely the assignment of vector parameters to a table from which individual control strategies are retrieved, is only a simple example of a control strategy.

Eine ganz andere Art der Regelstrategie ist beispielsweise bei der Bildentzerrung für das Auslesen von zweidimensionalen Matrixcodes bekannt. Dabei werden, wie in 6 gezeigt, in die Ecken eines Rechtecks ein leicht erkennbares Muster 8 eingeblendet, die von einem Bilderkennungsalgorithmus identifiziert werden. Bei der Identifikation der einzelnen Bildelemente lässt sich die Lage des fotografierten, Bildes in Bezug auf die Kameraposition genau feststellen und so die Regelstrategie abrufen.A completely different type of control strategy is known, for example, in the image equalization for the reading of two-dimensional matrix codes. In doing so, as in 6 shown in the corners of a rectangle an easily recognizable pattern 8th which are identified by an image recognition algorithm. When identifying the individual picture elements, the position of the photographed image with respect to the camera position can be precisely determined and thus the control strategy can be called up.

Ein besonderer Fall liegt vor, wenn eine nicht ebene Projektionsfläche vorliegt, was in 7 dargestellt ist. In diesem Fall muss die Abbildung eines jeden Bildpunktes oder auch die Abbildung einer Bildpunktegruppe, beispielsweise eines Vierecks aus 4, 9, 16 oder mehr Punkten mit der projizierten Position bestimmt werden. Es ergeben sich die wie in den 5a, 5b und 5c dargestellten Abstandsvektoren, von denen in 7 zwei Reihen, Vektorreihe 30 und Vektorreihe 31, eingezeichnet sind. Diese einmal festgestellte Vektormatrix wird sodann für eine nicht gleichmäßige Verzeichnungskorrektor des Bildes aufgrund einer nicht ebenen Projektionsfläche verwendet, wobei ein im Projektor befindlicher Bildprozessor den Bildinhalt künstlich zum festgestellten Abbildungsfehler invers verzerrt, sodass sich eine nahezu Abbildungsfehlerfreie Projektion ergibt. Um diesen Fehler zu bestimmen, ist es mithin notwendig, den Abbildungsfehler mit einer Vielzahl von Testbildern zu bestimmen, die auch als Einzelbilder in eine Sequenz von gewünschten projizierten Bildern eingeblendet werden kann.A special case is when there is a non-planar projection surface, which is in 7 is shown. In this case, the mapping of each pixel or the image of a group of pixels, for example, a quadrangle of 4, 9, 16 or more points with the projected position must be determined. It arise as in the 5a . 5b and 5c represented distance vectors, of which in 7 two rows, vector series 30 and vector series 31 , are drawn. This vector matrix, once detected, is then used for a nonuniform distortion corrector of the image due to a nonplanar projection surface, with an image processor in the projector artificially inversely skewing the image content to the detected aberration, resulting in near aberration free projection. In order to determine this error, it is therefore necessary to determine the aberration with a plurality of test images, which can also be displayed as individual images in a sequence of desired projected images.

In 8 ist schließlich ein erfindungsgemäßer Projektor 100 abgebildet, der eine Projektionsoptik 101, eine Kamera 102 zur Aufnahme des projizierten Bildes aufweist und auch eine Regeleinrichtung 103 als Recheneinheit, die dazu in der Lage ist, Bildinhalte zu analysieren und entsprechend die Projektionsoptik motorisiert einzustellen. Des Weiteren kann die Regeleinrichtung die Bildebene verstellen und auch einzelnen Linsengruppen gegeneinander verstellen, um durch die Variation von Bildebene und Linsenabständen ein Idealbild bei der Projektion zu erzielen. Die exakte Regelstrategie hängt von der gewählten Projektionsoptik ab, die je nach Bauart eine hohe Anzahl von Stellparametern aufweisen kann. Die Regelstrategie ist dann abhängig von einem in der Regeleinrichtung implementierten Linsenmodell.In 8th is finally a projector according to the invention 100 pictured, which has a projection optics 101 , a camera 102 for receiving the projected image and also a control device 103 as a computing unit that is capable of analyzing image content and correspondingly setting the projection optics motorized. Furthermore, the control device can adjust the image plane and also adjust individual lens groups to each other in order to achieve an ideal image during projection by the variation of the image plane and lens distances. The exact control strategy depends on the selected projection optics, which can have a large number of setting parameters depending on the design. The control strategy is then dependent on a lens model implemented in the control device.

Neben der Möglichkeit, Abbildungsfehler optisch zu korrigieren, kann die Regeleinrichtung auch einen Bildprozessor aufweisen, der das digitale Signal eines zu projizierenden Bildes so verändert, dass einzelne Bildpunkte oder einzelne Bildpunktgruppen innerhalb des Bildes verschoben, eindimensional oder zweidimensional komprimiert oder aufgeweitet, gegebenenfalls sogar verzerrt werden.In addition to the ability to visually correct aberrations, the control device may also include an image processor that changes the digital signal of an image to be projected so that individual pixels or groups of pixels within the image shifted, one-dimensional or two-dimensional compressed or expanded, possibly even distorted ,

Eine besondere Art der Bildkorrektur ist die Korrektur von festgestellten Helligkeitsgradienten und Farbgradienten. Die Helligkeit kann gemittelt eingestellt werden. Diese Art der Korrektur kann mit Hilfe der mittleren gemessenen Helligkeit des aufgenommenen projizierten Bildes eingestellt werden. Bei der Projektion auf relativ zum Projektor schräg stehenden Projektionsflächen ergeben sich unweigerlich Helligkeitsunterschiede, die durch eine dazu umgekehrte Einstellung der Helligkeitsverteilung der einzelnen Bildinhalte korrigiert werden kann. Auch kann der Farbgradient eines gleichmäßigen Weißbildes durch eine entsprechende Farbmaske korrigiert werden. Eine Verschattung ist nicht durch eine Einstellung der Projektorparameter korrigierbar. Wohl aber kann eine festgestellte Verschattung als Steuersignal verwendet werden, um beispielsweise die Wanderung einer Verschattung als ein Signal an den Projektor oder an den Projizierenden Computer zu geben nach Art eines Computer-Maus-Signals.A special type of image correction is the correction of detected brightness gradients and color gradients. The brightness can be adjusted averaged. This type of correction can be adjusted using the average measured brightness of the captured projected image. When projecting onto projection surfaces inclined relative to the projector, differences in brightness inevitably result, which can be corrected by reversing the brightness distribution of the individual image contents. Also, the color gradient of a uniform white image can be corrected by a corresponding color mask. Shading can not be corrected by adjusting the projector parameters. However, a detected shadowing can be used as a control signal to give, for example, the migration of shading as a signal to the projector or to the projecting computer in the manner of a computer mouse signal.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Rechteck, deal projiziertRectangle, deal projected

22

Rechteck, tonnenförmig verzeichnetRectangle, barrel-shaped

33

Rechteck, kissenförmig verzeichnetRectangle, pillow-shaped listed

44

Rechteck, trapezförmig verzeichnetRectangle, trapezoidal

55

Rechteck, trapezförmig verzeichnet, erste FarbeRectangle, trapezoidal, first color

66

Rechteck, trapezförmig verzeichnet, zweite FarbeRectangle, trapezoidal, second color

77

Rechteck, trapezförmig verzeichnet, dritte FarbeRectangle, trapezoidal, third color

88th

Mustertemplate

1010

Maskemask

2020

Abstandsvektordistance vector

2121

Abstandsvektordistance vector

2222

Abstandsvektordistance vector

2323

Abstandsvektordistance vector

3030

Vektorreihevector set

3131

Vektorreihevector set

100100

Projektorprojector

101101

Projektionsoptikprojection optics

102102

Kameracamera

103103

Regeleinrichtungcontrol device

Claims (9)

Verfahren zur automatischen Abbildungskorrektur eines Projektors (100) für digitalisierte Bilder, – wobei der Projektor (100) eine Kamera (102) zur Aufnahme des projizierten Bildes aufweist und – wobei das aufgenommene, projizierte Bild mit mindestens einem unter Normalbedingungen projiziertem Bild verglichen und – in Abhängigkeit des Vergleiches die Projektionsoptik (101) des Projektors (100) solange verändert und/oder das projizierte Bild im Projektor (100) solange verzerrt wird, bis das aufgenommene, projizierte Bild mit dem mindestens einen unter Normalbedingungen aufgenommenen Bild im Bereich eines vorgewählten Toleranzintervalls identisch ist.Method for automatic image correction of a projector ( 100 ) for digitized images, - where the projector ( 100 ) a camera ( 102 ) for recording the projected image, and - wherein the recorded, projected image is compared with at least one image projected under normal conditions and - depending on the comparison, the projection optics ( 101 ) of the projector ( 100 ) and / or the projected image in the projector ( 100 ) is distorted until the recorded, projected image is identical to the at least one image taken under normal conditions in the range of a preselected tolerance interval. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Identität des aufgenommenen, projizierten Bildes mit dem unter Normalbedingungen aufgenommenen Bildes über den RMS-Fehler einzelner ausgewählter Bildpunkte (Pixel) bestimmt wird und wobei der RMS-Fehler der gemessenen Abweichung als Toleranzwert geringer ist als 5% der Bilddiagonale.The method of claim 1, wherein the identity of the captured projected image with the image taken under normal conditions is determined via the RMS error of individual selected pixels and wherein the RMS error of the measured deviation as a tolerance value is less than 5% of the image diagonal , Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei in das zu projizierende Bild zeitlich mindestens ein Testbild eingeblendet und der Abbildungsfehler anhand des eingebildeten Testbildes korrigiert wird, wobei die Zeitdauer der Einblendung weniger als 1/18 s, bevorzugt weniger als 1/24, noch bevorzugter weniger als 1/25 s, besonders bevorzugt weniger als 1/30 s, ganz besonders bevorzugt etwa 1/50 s oder 1/60 s beträgt und wobei die Abbildungskorrektur ausschließlich aufgrund des Vergleiches des aufgenommenen, projizierten Testbildes mit dem mindestens einen unter Normalbedingungen aufgenommenen Testbild übereinstimmt.Method according to one of claims 1 or 2, wherein in the image to be projected temporally at least one test image superimposed and the aberration is corrected on the basis of the imaginary test image, the duration of the insertion less than 1/18 s, preferably less than 1/24, still more preferably less than 1/25 s, more preferably less than 1/30 s, most preferably about 1/50 s or 1/60 s, and wherein the imaging correction is based solely on the comparison of the recorded, projected test image with the at least one under normal conditions recorded test image matches. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das aufgenommene, projizierte Bild vor dem Vergleich mit einer Maske (10) maskiert wird.Method according to one of claims 1 to 3, wherein the recorded, projected image before comparison with a mask ( 10 ) is masked. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, – wobei die chromatische Aberration und der Verzeichnungsfehler durch Variation der Linsenstellung in der Projektionsoptik (101) korrigiert wird und – wobei andere Abbildungsverzerrungen durch eine korrespondierende inverse digitale Verzerrung des zu projizierenden Bildes vorgenommen werden.Method according to one of claims 1 to 4, - wherein the chromatic aberration and the distortion error by varying the lens position in the projection optics ( 101 ) and wherein other image distortions are made by a corresponding inverse digital distortion of the image to be projected. Projektor (100) zur Projektion von digitalisierten Bildern an eine Projektionswand aufweisend eine Kamera (102) zur Aufnahme des projizierten Bildes und eine Regelvorrichtung (103), welche das projizierte Bild anhand des Vergleiches des aufgenommenen projizierten Bildes mit einem unter Normalbedingungen projizierten Bildes solange variiert, bis das aufgenommene projizierte Bild mit dem unter Normalbedingungen projizierten Bild im Bereich eines vorgewählten Toleranzintervalls identisch ist.Projector ( 100 ) for projecting digitized images onto a projection screen comprising a camera ( 102 ) for taking the projected image and a control device ( 103 ) which varies the projected image based on the comparison of the captured projected image with an image projected under normal conditions until the captured projected image is identical to the image projected under normal conditions in the range of a preselected tolerance interval. Projektor nach Anspruch 6, aufweisend einen digitalen Signalprozessor, der das zu projizierende Bild über eine durch die Regelvorrichtung (103) variierbare Abbildungsfunktion verzerrt, in dem einzelne Bildpunkte (Pixel) im digitalen Bild örtlich verschoben werden.A projector according to claim 6, comprising a digital signal processor which transmits the image to be projected through a control device (10). 103 ) variable imaging function in which individual pixels (pixels) in the digital image are moved locally. Projektor nach Anspruch 6, aufweisend eine elektrisch verstellbare Projektionsoptik (101) zur Korrektur des Verzeichnungsfehlers, der Abbildungsschärfe und der chromatischen Aberration.A projector according to claim 6, comprising electrically adjustable projection optics ( 101 ) for correcting the distortion error, the image sharpness and the chromatic aberration. Projektor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine mindestens um Faktor 2 höhere Auflösung als es dem zu projizierenden Bild entspricht.Projector according to one of Claims 6 to 8, characterized by a resolution which is higher by at least a factor of 2 than corresponds to the image to be projected.

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