投影系统、投影装置以及其显示影像的校正方法
技术领域
本发明是有关于一种投影系统、投影装置以及其显示影像的校正方法，且特别是有关于一种可自动校正成像影像的投影系统、投影装置以及其显示影像的校正方法。
背景技术
在已知的投影系统中，投影装置投射投影光束在投影布幕上以形成影像，然而，未经校正的投影装置所投射出来的成像影像未必能完整的被显示在投影布幕上，也未必能呈现为正确的形状(矩形)。因此，使用者须透过手动的方式来进行投影装置的至少四种方向的调整动作方能达成成像影像的校正动作。
另一方面，在已知技术中，可利用检测投影布幕所具有的特殊结构的影像来作为主动校正机制的依据。然而，在投影系统的使用环境中，常发生无法设置投影布幕的情况，或者针对投影布幕所产生的撷取影像中，投影布幕的边界难以识别。在这些情况发生时，影像的主动校正机制的精准度将会大幅的降低。
本“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中的技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中的技术人员所知晓或认知。
发明内容
本发明提供一种投影装置、投影系统以及其显示影像的校正方法，可针对所产生的成像影像进行校正。
为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明提供一种显示影像的校正方法，适用于投影系统。其中投影系统包括投影装置、摄像装置以及运算器。校正方法包括：借由投影装置，将校正影像投射成成像影像，其中校正影像具有至少四个识别图案；借由摄像装置，提供多轴角度资讯，并撷取包含成像影像的撷取影像；借由运算器，依据多轴角度资讯，在撷取影像中计算出一参考区域范围，并依据校正影像的识别图案以及撷取影像中的多个识别图案计算出坐标转换资讯；借由运算器，依据参考区域范围的多个参考坐标值以及坐标转换资讯，计算出边界校正资讯；以及，借由投影装置，依据边界校正资讯以及坐标转换资讯，调整成像影像的尺寸。
为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的投影系统包括投影装置、摄像装置以及运算器。投影装置将校正影像投射成一成像影像，并依据边界校正资讯以及坐标转换资讯，对成像影像的尺寸进行调整，其中校正影像具有至少四个识别图案。摄像装置提供多轴角度资讯，并撷取包含成像影像的撷取影像。运算器耦接至投影装置以及摄像装置，依据多轴角度资讯，在撷取影像中计算出参考区域范围，并依据参考区域范围的多个参考坐标值以及坐标转换资讯，计算出边界校正资讯。其中运算器依据多轴角度资讯，计算出参考区域范围。运算器另依据校正影像的识别图案以及撷取影像中的识别图案，计算出坐标转换资讯。
为达到上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的投影装置包括摄像装置以及运算器。摄像装置提供多轴角度资讯，并撷取包含成像影像的撷取影像。运算器耦接至摄像装置，控制投影镜头将校正影像投射为成像影像，并依据边界校正资讯以及坐标转换资讯，对成像影像的尺寸进行调整。其中，校正影像具有至少四个识别图案，运算器依据参考区域范围的多个参考坐标值以及坐标转换资讯，计算出边界校正资讯，运算器依据多轴角度资讯，计算出参考区域范围，以及，运算器依据校正影像的多个识别图案以及撷取影像中的多个识别图案，计算出坐标转换资讯。
基于上述，本发明实施例透过摄像装置撷取投影装置依据校正影像所产生的成像影像，并获得撷取影像。运算器依据校正影像的识别图案以及撷取影像中的识别图案，计算出坐标转换资讯。运算器并依据摄像装置的多轴角度资讯以产生参考区域范围。运算器还依据参考区域范围的多个参考坐标值以及坐标转换资讯来计算出边界校正资讯。如此一来，投影装置可依据边界校正资讯以及坐标转换资讯，对成像影像的尺寸进行调整，以调正成像影像。本发明实施例不需利用投影布幕来作为调整基准，可提升投影系统使用上的便利性，并提升成像影像的调整的精确度。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1绘示本发明实施例的投影系统的示意图。
图2绘示本发明一实施例的显示影像的校正方法的流程图。
图3绘示本发明实施例的校正影像的示意图。
图4绘示本发明实施例的摄像装置所撷取的撷取影像的示意图。
图5绘示本发明实施例的成像影像的尺寸调整动作示意图。
图6绘示本发明实施例的投影系统的示意图。
图7绘示本发明实施例的投影系统的一实施方式的示意图。
图8A以及图8B绘示本发明实施例的参考区域范围的显示方式的示意图。
图9绘示本发明一实施例的投影装置的示意图。
具体实施方式
有关本发明之前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图之一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
以下请参照图1，图1绘示本发明实施例的投影系统的示意图。投影系统500包括投影装置510、摄像装置520以及运算器530。投影装置510将校正影像投射于投影目标上而成为成像影像PIMG。摄像装置520用以撷取成像影像PIMG以获得撷取影像CIMG。摄像装置520并具有多轴角度检测器，以依据摄像装置520的静态重力状态以产生多轴角度资讯AF。多轴角度检测器可以例如为重力感测器(Gravity sensor)、地磁感测器(Magnetic sensor)或任一本领域的技术人员所熟知可感测装置的水平倾角的感测器，本发明没有特定的限制。投影装置510例如是投影机(projector)，摄像装置520例如是相机(camera)等，投影目标例如是投影屏幕(screen)或者是墙壁等。
在本实施例中，运算器530耦接(电连接)至投影装置510以及摄像装置520。摄像装置520传送多轴角度资讯AF以及撷取影像CIMG的相关资讯至运算器530。运算器530依据多轴角度资讯AF，计算出在撷取影像CIMG中的参考区域范围。运算器530依据校正影像的识别图案以及撷取影像CIMG中的识别图案计算出坐标转换资讯，并依据参考区域范围的多个参考坐标值以及坐标转换资讯，来计算出边界校正资讯CCF。运算器530并传送边界校正资讯CCF至投影装置510，以使投影装置510依据边界校正资讯CCF来调整所要投射的成像影像PIMG的尺寸与形状。
请参照图2，图2绘示本发明一实施例的显示影像的校正方法的流程图。图2的显示影像的校正方法适用于投影系统500。在图2中，步骤S110中借由投影装置510将校正影像投射于投影目标上而形成成像影像PIMG，其中校正影像具有至少四个识别图案。在此请同步参照图2以及图3，其中图3绘示本发明实施例的校正影像210的示意图。校正影像210可预先被设置(储存)，并储存在投影装置510的储存装置中，储存装置例如是存储器装置(MemoryDevice)等。校正影像210中可包括至少四个识别图案211～214，识别图案211～214分别具有多个几何中心C11、C12、C21以及C22。投影装置510将校正影像210投射出来以产生成像影像PIMG，因此成像影像PIMG也包括至少四个识别图案211～214，但可能因投影装置510与投射目标的相对位置而产生影像的歪斜。举例而言，校正影像210可为预设的矩形，且校正影像中的识别图案211～214配置于矩形的四个角落，即识别图案211～214分别设置在校正影像的四个角落，而经过投影装置510投射于投射目标上后，成像影像PIMG的四个角落也包含识别图案211’～214’，但成像影像PIMG可能为歪斜的梯形。在一实施例中，校正影像可为预设的矩形，并具有纹路，例如是棋盘纹路或是不规则散布的点状纹路，识别图案可为纹路中的特定位置的影像特征。在一实施例中，几何中心C11、C12、C21以及C22可以不为几何中心，而可以是校正影像中任一形式的影像特征，例如四边形形状的顶点等。
在另一方面，相对于识别图案211～214，校正影像210可另具有背景图案，且识别图案211～214相对于背景图案具有相对高的对比度，例如黑白图案。
接着，步骤S 120中借由摄像装置520以提供多轴角度资讯AF，并撷取包含被投影装置510投射出的校正影像210所产生的成像影像PIMG的撷取影像CIMG。在此请同步参照图2以及图4，图4绘示本发明实施例的摄像装置520所撷取的撷取影像CIMG的示意图。摄像装置520例如为但不限于手持式电子装置(例如为智慧型行动电话)，并用以对成像影像PIMG进行影像撷取动作，以获得撷取影像CIMG。其中，撷取影像CIMG中包含成像影像PIMG，且成像影像PIMG具有多个识别图案211’～214’，识别图案211’～214’并分别具有多个几何中心C11’、C12’、C21’以及C22’。在一实施例中，C11’、C12’、C21’以及C22’可以不为几何中心，而可以是与校正影像中任一形式的影像特征相对应的影像特征。此外，摄像装置310中并可具有多轴角度检测器，用以依据摄像装置520的静态重力状态下，产生多轴角度资讯AF。
请参考图1以及图4，步骤S130中借由运算器530，依据多轴角度资讯AF，计算出在撷取影像中的参考区域范围REFR，运算器530并依据校正影像的识别图案以及撷取影像CIMG中的识别图案211’～214’计算出坐标转换资讯，其中参考区域范围REFR的最大范围及最小范围相关于投影装置510的硬件规格例如是投影范围，举例而言，区域范围REFR的最大范围不会大于投影装置510的最大投影面积。
步骤S140中借由运算器530，依据参考区域范围REFR上的多个参考坐标值以及坐标转换资讯，计算出边界校正资讯CCF。在此，参考区域范围REFR上的多个参考坐标值可以依据参考区域范围REFR的多个角落来产生。以参考区域范围REFR为矩形为例，参考区域范围REFR的多个参考坐标值可以为参考区域范围REFR的四个顶点AP11、AP12、AP21以及AP22的坐标值。
细节上，运算器530可依据由投影装置510提供的校正影像的识别图案211～214建立第一坐标资讯，依据撷取影像CIMG中的识别图案211’～214’建立第二坐标资讯，并依据第一坐标资讯以及第二坐标资讯计算出坐标转换资讯。在本发明另一实施例中，运算器530可依据校正影像210的识别图案211～214的几何中心C11、C12、C21以及C22的坐标值来建立第一坐标资讯，并依据撷取影像CIMG的识别图案211’～214’的几何中心C11’、C12’、C21’以及C22’的坐标值来建立第二坐标资讯。
值得一提的，校正影像的识别图案211～214以及撷取影像CIMG中的识别图案211’～214’的形状可以不必要是圆形的。在本发明其他实施例中，识别图案211～214以及识别图案211’～214’也可以是其他形状。而运算器530也不必要依据识别图案211～214以及识别图案211’～214’的几何中心来分别建立第一坐标资讯以及第二坐标资讯。在本发明其他实施例中，运算器530可针对各识别图案211～214以及各识别图案211’～214’中的任一位置设定参考点，并依据参考点的坐标值来建立第一坐标资讯以及第二坐标资讯。
如此一来，依据校正影像的识别图案211～214在第一坐标系统中的第一坐标资讯以及撷取影像CIMG中的识别图案211’～214’的第二坐标资讯，运算器530可计算出第一坐标系统与第二坐标系统间的坐标转换资讯。
进一步使用具体数值来说明上述步骤S 130以及S 140的实施方式，以下数值及其计算方式仅用于解释但不限制本发明。
假设识别图案211～214在第一坐标系统中的几何中心C11、C12、C21以及C22的坐标值分别为(538,786)、(2600,709)、(530,1779)、(2687,1683)，撷取影像CIMG中的识别图案211’～214’在第二坐标系统中的几何中心C11’、C12’、C21’以及C22’的坐标值分别为(260,203)、(1674,203)、(260,890)、(1674,890)，计算出第一坐标系统与第二坐标系统间的坐标转换资讯，例如矩阵，如下所示：
关于边界校正资讯CCF的计算，在动作细节上，运算器530依据摄像装置520提供的多轴角度资讯AF产生参考区域范围REFR，并计算出参考区域范围REFR的四个顶点AP11、AP12、AP21以及AP22在第二坐标系统中的坐标值。运算器520并使参考区域范围REFR的四个顶点AP11、AP12、AP21以及AP22在第二坐标系统中的坐标值代入上述的坐标转换资讯以进行运算，便可获得在第一坐标系统中参考区域范围REFR的四个顶点AP11、AP12、AP21以及AP22的边界资讯，在本实施例中可得知参考区域范围REFR在第一坐标系统中四个边角的坐标值。在一实施例中，多轴角度资讯可用来校正第二坐标，特别是关于摄像装置520与地面的倾角所造成撷取影像CIMG的歪斜。
举例来说明，当参考区域范围REFR的四个边角AP11、AP12、AP21、AP22的坐标值分别为(300,561)、(2794,466)、(346,1979)、(2862,1852)时，透过使边角AP11、AP12、AP21以及AP22的坐标值分别与坐标转换资讯进行运算(例如乘法运算)，可计算出在第一坐标系统中参考区域范围REFR的四个边角的坐标值，可分别为(96,32)、(1826,27)、(143,1016)、(1779,1008)。
在获知在第一坐标系统中参考区域范围REFR的边界校正资讯CCF后，投影装置520可依据边界校正资讯CCF针对后续所要投射的成像影像进行预先的影像处理的动作，并借由影像处理的方式调整投射影像的尺寸(re-scale)，来产生调整后的影像资料，并产生调整后的成像影像。上述的影像处理为本领域的技术人员可透过相关软体或处理影像电路可达到识别或判断在影像中物件的坐标资讯的处理方式以及调整影像显示的尺寸。
值得一提的，运算器520在产生参考区域范围REFR时，除依据摄像装置的多轴角度资讯外，另可依据撷取影像CIMG中的识别图案211’～214’的位置来调整参考区域范围REFR的位置以及尺寸的至少其中之一。其中，运算器可使参考区域范围REFR中的四个顶点AP11、AP12、AP21以及AP22与分别对应识别图案211’～214’的距离在一合适的距离范围中，可提升边界校正资讯CCF的准确度。
以下请参照图5，其中图5绘示本发明实施例的成像影像的尺寸调整动作示意图。在图5中，当投影装置所产生的成像影像420(即未校正的成像影像PIMG)的形状不是预设的矩形(为非理想的不规则四边形)，且成像影像420的尺寸也非预设的尺寸时。在此，借由执行步骤S150，可针对成像影像420的影像资料的原始尺寸进行调整/补偿(局部放大以及局部缩小)，以获得一调整后成像影像410(即校正后的成像影像PIMG)，使调整后的成像影像410的形状为预设的矩形，并使调整后的成像影像410的尺寸为预设的尺寸。在本实施例中，调整后成像影像410的形状以及尺寸为依据参考区域范围REFR所产生。
当然，关于成像影像420的尺寸调整动作，也可以针对成像影像420的原始尺寸进行全面放大或全面缩小来完成。且上述的影像尺寸调整动作，并非必要针对成像影像420的每一个边都进行等比例的缩放调整，而是对应参考区域范围REFR的四个边(四个边角)来进行尺寸调整动作。
如图1所示，关于投影装置510、摄像装置520以及运算器530的动作细节，在前述的实施例以及实施方式中已有详尽的说明，在此恕不多赘述。
请再参照图1，在投影系统500的硬件架构方面，投影装置510可以为任意形式投影机，例如是DLP投影机、液晶投影机等，摄像装置520则可以为具有摄像功能的任意形式的电子装置，例如是相机或摄像机等。运算器530可以为具运算能力的处理器。或者，运算器530可以是透过硬件描述语言(Hardware Description Language,HDL)或是其他任意本领域的技术人员所熟知的数字电路的设计方式来进行设计，并透过现场可编程逻辑门阵列(FieldProgrammable Gate Array,FPGA)、复杂可编程逻辑装置(Complex Programmable LogicDevice,CPLD)或是特殊应用集成电路(Application-specific Integrated Circuit,ASIC)的方式来实现的硬件电路。
以下请参照图6，图6绘示本发明实施例的投影系统600的示意图。投影系统600包括投影装置610、摄像装置620、运算器630以及显示屏幕640。在本实施例中，摄像装置620包括多轴角度检测器621以及信号传输界面622。摄像装置620可透过多轴角度检测器621来获得多轴角度资讯AF，多轴角度资讯AF可包含水平倾角等资讯，多轴角度检测器621例如是重力感测器、地磁感测器等装置。摄像装置620可透过信号传输界面622来与运算器630间进行信号传输动作。在本发明实施例中，摄像装置620也可透过信号传输界面622来与投影装置610进行信号传输动作，信号传输界面622可以为无线的信号传输界面，例如但不限定为采用蓝牙(Bluetooth)、无线保真(Wi-Fi)、紫蜂(Zigbee)或其它无线传输界面进行传输，或也可以为有线的信号传输界面，例如是高画质多媒体界面(High Definition MultimediaInterface，HDMI)、行动高画质连结技术(Mobile High-Definition Link，MHL)或其它有线传输界面进行传输，本发明不局限于此。
值得一提的，在本实施例中，运算器630可传输撷取影像CIMG以及参考区域范围REFR的相关资讯至显示屏幕640。显示屏幕640可用以显示撷取影像CIMG以及参考区域范围REFR。其中，透过显示屏幕640所显示的参考区域范围REFR，使用者可针对成像影像PIMG，依据较佳的位置及角度来进行影像撷取动作，并获得较佳的撷取影像CIMG。
在此请注意，本发明实施例中，摄像装置620、运算器630以及显示屏幕640可整合在相同的电子装置中，上述的电子装置可以为手持式的电子装置。或者，摄像装置620、运算器630以及显示屏幕640也可分别设置在不同的电子装置中。显示屏幕640例如为显示器。
以下请参照图7，图7绘示本发明实施例的投影系统的一实施方式的示意图。在图7中，摄像装置740、运算器720以及显示屏幕750共同被设置在手持式电子装置700中。手持式电子装置700另包含多轴角度检测器710以及信号传输界面730。
运算器720耦接至多轴角度检测器710、信号传输界面730、摄像装置740以及显示屏幕750。多轴角度检测器710用以检测手持式电子装置700的静态重力状态以产生多轴角度资讯。摄像装置740用以撷取成像影像PIMG以产生撷取影像CIMG。信号传输界面730则透过无线或有线的方式，来与投影装置执行信号传输动作。显示屏幕750可用以显示撷取影像CIMG，在本发明实施例中，显示屏幕750也可用以显示依据多轴角度资讯所产生的参考区域范围。
附带一提的，在本发明部分实施例中，参考区域范围可以不必要显示于显示屏幕750上。
请参照图8A以及图8B，图8A以及图8B绘示本发明实施例的参考区域范围的显示方式的示意图。在图8A中，手持式电子装置800透过显示屏幕810以显示参考区域范围REFR。其中，显示屏幕810透过虚线的方框来显示参考区域范围REFR，以供使用者作为撷取成像影像PIMG以获得撷取影像CIMG的参考依据。在图8B中，手持式电子装置800透过显示屏幕810，透过显示四个边角来呈现参考区域范围REFR，并不需要显示出参考区域范围REFR完整的范围。
当然，图8A及图8B的参考区域范围REFR的显示方式仅只是一个范例。本领域的技术人员可透过其他的方式来进行参考区域范围REFR的显示动作，没有固定的限制。
请参照图9，图9绘示本发明一实施例的投影装置的示意图。投影装置900包括摄像装置910、投影镜头920、运算器930以及储存装置940。摄像装置910耦接至运算器930。运算器930控制储存装置940汇出校正影像，再借由投影镜头920投射出校正影像以产生成像影像PIMG。摄像装置910用以撷取成像影像PIMG以获得撷取影像CIMG。摄像装置910中并可具有多轴角度检测器，并用以检测摄像装置910的多轴角度资讯。运算器930则可依据多轴角度资讯来产生参考区域范围。另外，透过校正影像中的识别图案以及撷取影像CIMG中的识别图案，运算器930可计算出坐标转换资讯，再透过坐标转换资讯以针对参考区域范围的多个参考坐标值进行计算，运算器930可计算出边界校正资讯CCF。
如此一来，投影装置900可依据边界校正资讯CCF，透过投影镜头920以针对成像影像PIMG的尺寸进行调整。
在实施例中，摄像装置910、投影镜头920以及运算器930整合在相同的投影装置900中，而关于多轴角度资讯、坐标转换资讯以及边界校正资讯CCF的产生细节，则与前述实施例的实施方式相类似，此处不多赘述。
附带一提的，在本发明实施例中，投影装置900以及摄像装置910可应用单一的运算器930来执行相关的运算动作。或者，运算器930也可透过两个运算晶片的实施，并分别对应投影装置900以及摄像装置910。
综上所述，本发明借由摄像装置撷取投影装置依据校正影像投射出的成像影像。借由撷取影像中的识别图案以及校正影像中的识别图案来计算出坐标转换资讯。本发明另依据摄像装置的多轴角度资讯以产生参考区域范围，并依据参考区域范围以及坐标转换资讯计算出边界校正资讯。本发明的投影装置依据边界校正资讯来调整成像影像的尺寸，以完成成像影像的校正动作。如此一来，投影系统不需要借由投影布幕作为参考依据，也可有效完成成像影像的校正动作，提升投影系统的使用效能。
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即所有依本发明权利要求书及发明内容所作之简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明之权利范围。此外，权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
附图标记说明：
S110～S150：显示影像的校正方法的步骤
210：校正影像
211～214、211’～214’：识别图案
520、620、740、910：摄像装置
410：调整后成像影像
420、PIMG：成像影像
500、600：投影系统
510、610、900：投影装置
530、630、720、930：运算器
621：多轴角度检测器
622：信号传输界面
640、750、810：显示屏幕
700、800：手持式电子装置
920：投影镜头
940：储存装置
AF：多轴角度资讯
AP11～AP22：顶点
C11～C14、C11’～C14’：几何中心
CCF：边界校正资讯
CIMG：撷取影像
REFR：参考区域范围。
