投影装置及其投影方法
技术领域
本发明是有关于一种投影技术，且特别是有关于一种具有自我校正能力的投影装置及其投影方法。
背景技术
一般来说，投影机的位置、数量会随着显示上的需求而有所变动。每当投影机的位置、数量改变时，使用者必须手动地重新调整投影机的投影相关参数，才能使投影的效果符合预期。
举例来说，当投影机的位置或投影的区域改变时，使用者必须重新手动地调整投影镜头的焦距或进行梯形校正等等，才能够投影出正常长宽比、无形变的清晰影像。举另一例来说，利用多台投影机共同投影一张大型影像时，使用者必须针对每台投影机的显示内容进行调整，才能够使每台投影机的投影内容拼接成较为自然且无失真的大型影像。然而，这样的过程费时又费力，且人为误差导致调较时常不够精准。
“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本领域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本领域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及其投影方法，可自动校正镜头参数或调整影像内容，提升投影品质以及使用者体验。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种投影装置，包括投影镜头、影像产生光路模块、影像撷取装置以及控制器。影像产生光路模块用以根据控制信号产生可见光影像以及不可见光影像，并且将可见光影像以及不可见光影像透过投影镜头朝向投影区域进行投影。影像撷取装置用以拍摄投影区域以得到不可见光参考影像。控制器耦接于投影镜头、影像产生光路模块以及影像撷取装置，用以根据不可见光参考影像以及不可见光影像，校正投影镜头以及控制信号的至少其中之一。
为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种投影方法，适用于投影装置。所述投影方法包括以下步骤：根据控制信号产生可见光影像以及不可见光影像；透过投影装置的投影镜头将可见光影像以及不可见光影像朝向投影区域进行投影；拍摄投影区域以得到不可见光参考影像；以及根据不可见光参考影像以及不可见光影像，校正投影镜头以及控制信号的至少其中之一。
基于上述，本发明实施例的投影装置与投影方法将可见光影像与不可见光影像透过同一个投影镜头投影到相同的投影区域中，再拍摄投影区域以得到不可见光参考影像，便能够根据所投影的不可见光影像以及拍摄到的不可见光参考影像来对投影镜头或所投影的可见光影像的影像内容进行校正。据此，在不影响正常投影之下，可自动地校正镜头参数或调整影像内容，提升投影品质以及使用者体验。
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绘示本发明一实施例的投影装置的方块图。
图2A绘示本发明一实施例的投影装置的方块图。
图2B绘示本发明一实施例的滤镜轮的示意图。
图3A绘示本发明一实施例的投影装置的方块图。
图3B绘示本发明一实施例的滤镜轮的示意图。
图4绘示本发明一实施例的预设图样的示意图。
图5绘示本发明一实施例的投影方法的流程图。
附图标记说明
100：投影装置
110：控制器
120：影像产生光路模块
121：可见光源
122：不可见光源
123a、123b：滤镜轮
124：影像产生元件
130：投影镜头
140：影像撷取装置
BLKr、BLKg、BLKb、BLKy：可见光区块
BLKx：不可见光区块
CS：控制信号
CS1：第一控制信号
CS2：第二控制信号
Iinv：不可见光影像
Ivis：可见光影像
Linv、Linv’：不可见光
Lvis、Lvis’：可见光
PTN：预设图样
Rinv：不可见光参考影像
S510、S530、S550、S570：投影方法的步骤。
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的一优选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。此外，本发明使用的连接、耦接等用语，是说明两装置之间的信号的传递，并非仅限于装置之间直接接触的关系。
图1绘示本发明一实施例的投影装置的方块图。
请参照图1，投影装置100包括控制器110、影像产生光路模块120、投影镜头130以及影像撷取装置140，其中控制器110耦接于影像产生光路模块120、投影镜头130以及影像撷取装置140。
在本实施例中，控制器110是控制晶片(例如，TI晶片)与现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)的组合。然而，本发明并不在此设限。在其他实施例中，控制器110也可以是由中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可编程的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、可编程控制器、特殊应用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuits，ASIC)、可编程逻辑装置(Programmable Logic Device，PLD)或其他类似装置或这些装置的组合来实施。
在本实施例中，控制器110会接收来自投影装置100外部的影像信号，据以产生控制信号CS并将其发送至影像产生光路模块120。影像产生光路模块120会根据所接收到的控制信号CS来产生可见光影像Ivis以及不可见光影像Iinv，并且让可见光影像Ivis以及不可见光影像Iinv通过同一个投影镜头130来投影至投影区域(未绘示)。特别是，投影于投影区域的可见光影像Ivis是让使用者观赏的影像，例如影像信号所输入的照片或影片等；而投影于投影区域的不可见光影像Iinv是用来进行后续校正的影像。
在本实施例中，影像撷取装置140是摄影机与可见光滤光元件(例如，可见光滤光镜)的组合，用以在拍摄投影区域时过滤掉可见光，以取得不可见光参考影像Rinv并将其传回控制器110。值得一提的是，只要能够拍摄投影区域并取得不可见光参考影像Rinv，本发明并不在此限制影像撷取装置140的具体实施方式。特别是，基于投影镜头130的投影参数(例如，焦距等)或投影区域的表面平整度等因素，影像产生光路模块120所产生的不可见光影像Iinv与影像撷取装置140所取得的不可见光参考影像Rinv可能相同或不同。
值得一提的是，在本实施例中，影像产生光路模块120会使可见光影像Ivis与不可见光影像Iinv在投影区域中重叠。据此，控制器110能够从投影区域中的不可见光影像Iinv的实际显示状况(例如，不可见光参考影像Rinv)得知可见光影像Ivis在投影区域中的实际显示状况。
在本实施例中，控制器110会根据不可见光影像Iinv以及不可见光参考影像Rinv来计算投影装置100需要校正的项目并且加以校正。
在一些实施例中，投影装置100具有自动对焦与自动调整投影位置等能力。具体来说，根据已知的不可见光影像Iinv与不可见光参考影像Rinv，控制器110能够校正投影镜头130，以调整不可见光参考影像Rinv的焦距、长宽比、形状与位置等特性。由于不可见光影像Iinv与可见光影像Ivis是透过同一个投影镜头130进行投影，因此根据不可见光参考影像Rinv所校正的投影镜头130也能使可见光影像Ivis在投影到投影区域后具有适当的焦距、长宽比、形状与位置等特性。
在一些实施例中，投影装置100具有自动变形与自动拼接调整等能力。具体来说，控制器110还会根据已知的不可见光影像Iinv与不可见光参考影像Rinv来判断可见光影像Ivis的影像内容是否需要调整，并且借由调整控制信号来调整需要调整的影像内容。举例来说，若控制器110判断不可见光参考影像Rinv出现变形(warp)，表示可见光影像Ivis投影到投影区域后也会出现变形。因此，控制器110可以将可见光影像Ivis进行前变形(pre-warp)再据以产生控制信号CS，以让前变形后的可见光影像Ivis在投影到投影区域后可以不变形。举另一例来说，当需要将投影装置100的可见光影像Ivis与其他投影装置的投影影像进行拼接时，控制器110可以根据不可见光影像Iinv与不可见光参考影像Rinv来判断拼接时的相对位置，并且将可见光影像Ivis进行对应的边缘虚化(例如，透过距离转换(distance transform)等方式)后再据以产生控制信号CS，以使其能够更自然的进行拼接。
值得一提的是，控制器110在将可见光影像Ivis的影像内容进行调整(例如，前变形或边缘虚化等)时也会将不可见光影像Iinv的影像内容进行相同的调整，如此能够将影像内容的调整状态透过不可见光参考影像Rinv回馈给控制器110，进而提升调整的准确度。此外，本发明并不在此限制控制器110根据不可见光影像Iinv以及不可见光参考影像Rinv来进行校正的细节与具体项目，本领域技术人员当可依实际的需求来实施。
以下将举两种实施例来说明投影装置100的实施方式，在以下两实施例中影像产生光路模块120具有不同的设计。
图2A绘示本发明一实施例的投影装置的方块图；图2B绘示本发明一实施例的滤镜轮的示意图。
请先参照图2A，影像产生光路模块120包括可见光源121、不可见光源122、滤镜轮(filter wheel)123a以及影像产生元件124。在本实施例中，滤镜轮123a设置于可见光源121与影像产生元件124之间，可见光源121所发出的可见光Lvis通过滤镜轮123a而到达影像产生元件124，而不可见光源122所发出的不可见光Linv不通过滤镜轮123a而到达影像产生元件124。
在本实施例中，可见光源121用以发出包括多种不同颜色的可见光Lvis，例如是由激光二极管(laser diode)或发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)搭配诸如荧光轮(phosphor wheel)等波长转换元件来实施，但本发明并不在此设限。在本实施例中，可见光源121可以发出红色、绿色、蓝色以及黄色的可见光Lvis。
请参照图2B，在本实施例中，滤镜轮123a包括多个可见光区块BLKr、BLKg、BLKb、BLKy，分别用以让红色、绿色、蓝色以及黄色的可见光Lvis通过以成为红色、绿色、蓝色以及黄色的可见光Lvis’并到达影像产生元件124。
在本实施例中，控制信号CS包括第一控制信号CS1以及第二控制信号CS2。控制器110可以透过第一控制信号CS1来控制滤镜轮123a旋转以及控制滤镜轮123a的转速，而红色、绿色、蓝色以及黄色的可见光Lvis’到达影像产生元件124的时序与滤镜轮123a的转速相关。
在本实施例中，不可见光源122用以发出诸如红外光等的不可见光Linv。
在本实施例中，控制器110可以透过第二控制信号CS2来控制影像产生元件124。影像产生元件124会根据第二控制信号CS2将来自滤镜轮123a的各种颜色的可见光Lvis’转换成可见光影像Ivis中对应颜色的影像内容，以形成可见光影像Ivis。具体来说，根据第二控制信号CS2，影像产生元件124会将来自滤镜轮123a的红色的可见光Lvis’转换成可见光影像Ivis中对应红色的影像内容，将来自滤镜轮123a的绿色的可见光Lvis’转换成可见光影像Ivis中对应绿色的影像内容，将来自滤镜轮123a的蓝色的可见光Lvis’转换成可见光影像Ivis中对应蓝色的影像内容，并且将来自滤镜轮123a的黄色的可见光Lvis’转换成可见光影像Ivis中对应黄色的影像内容。可见光影像Ivis会被传递到投影镜头130以由投影镜头130来向投影区域进行投影。另一方面，影像产生元件124还会根据第二控制信号CS2将来自不可见光源122的不可见光Linv转换成不可见光影像Iinv，并且将此不可见光影像Iinv传递到投影镜头130以由投影镜头130来向投影区域进行投影。在本实施例中，影像产生元件124是数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device，DMD)，于其他实施例中，影像产生元件124也可以是液晶覆硅板(Liquid Crystal On Silicon panel，LCoS panel)等反射式光调变器。于一些实施例中，影像产生元件124也可以是透光液晶面板(TransparentLiquid Crystal Panel)、电光调变器(Electro-Optical Modulator)、磁光调变器(Maganeto-Optic modulator)、声光调变器(Acousto-Optic Modulator，AOM)等穿透式光调变器，但本发明并不在此设限。
图3A绘示本发明另一实施例的投影装置的方块图；图3B绘示本发明另一实施例的滤镜轮的示意图。
请先参照图3A，影像产生光路模块120包括可见光源121、不可见光源122、滤镜轮123b以及影像产生元件124。在本实施例中，滤镜轮123b设置于可见光源121与影像产生元件124之间，也同时设置于不可见光源122与影像产生元件124之间，可见光源121所发出的可见光Lvis以及不可见光源122所发出的不可见光Linv皆通过滤镜轮123b才到达影像产生元件124。
在本实施例中，可见光源121、不可见光源122以及影像产生元件124与图2A实施例中的可见光源121、不可见光源122以及影像产生元件124相同，故在此不重复说明。
请参照图3B，在本实施例中，滤镜轮123b包括多个可见光区块BLKr、BLKg、BLKb、BLKy，分别用以让红色、绿色、蓝色以及黄色的可见光Lvis通过以依序成为红色、绿色、蓝色以及黄色的可见光Lvis’并到达影像产生元件124。此外，滤镜轮123b还包括不可见光区块BLKx，用以让不可见光Linv通过以成为不可见光Linv’并到达影像产生元件124。特别是，由于滤镜轮123b包括不可见光区块BLKx，可见光区块BLKr、BLKg、BLKb、BLKy所占的面积比例会被压缩，因此可见光影像Iinv的整体亮度也会随之下降。为了维持可见光影像Ivis的投影品质，不可见光区块BLKx在滤镜轮123b中所占的面积比例必须进行适当的控制，例如小于预设的比例阀值等等。
在本实施例中，控制信号CS包括第一控制信号CS1以及第二控制信号CS2。控制器110会透过第一控制信号CS1来控制滤镜轮123b旋转以及控制滤镜轮123b的转速，并且根据滤镜轮123b的转速以及不可见光区块BLKx在滤镜轮123b所占的面积比例，透过第二控制信号CS2来控制影像产生元件124在转换多个颜色的可见光影像Ivis以及不可见光影像Iinv的转换时序。举例来说，控制器110借由第一控制信号CS1控制每一种颜色的可见光Lvis’形成与到达影像产生元件124的时间，并且借由第二控制信号CS2控制影像产生元件124在红色的可见光Lvis’到达的时间内将其转换为可见光影像Ivis中对应红色的影像内容，在绿色的可见光Lvis’到达的时间内将其转换为可见光影像Ivis中对应绿色的影像内容，在蓝色的可见光Lvis’到达的时间内将其转换为可见光影像Ivis中对应蓝色的影像内容，在黄色的可见光Lvis’到达的时间内将其转换为可见光影像Ivis中对应黄色的影像内容，并且在不可见光Linv’到达的时间内将其转换为不可见光影像Iinv。可见光影像Ivis与不可见光影像Iinv会被传递到投影镜头130以由投影镜头130来向投影区域进行投影。
如此一来，投影装置100便能够透过同一个投影镜头130来将可见光影像Ivis与不可见光影像Iinv投影于投影区域中，并且拍摄对应不可见光影像Iinv的不可见光参考影像Rinv来据以校正投影镜头130与控制信号的至少其中之一。
图4绘示本发明一实施例的预设图样的示意图。
请参照图4，不可见光影像Iinv例如是具有预设图样PTN的影像。预设图样PTN例如是具有高对比度的网格。如此一来，在影像撷取装置140拍摄到不可见光参考影像Rinv后，控制器110可以根据此预设图样PTN与不可见光参考影像Rinv来进行校正。举例来说，在进行自动对焦时，控制器110可以使用对比检测法来检验不可见光参考影像Rinv中的对比，以校正投影镜头130的焦距。举另一例来说，在进行自动变形时，控制器110可以根据不可见光参考影像Rinv中的格子是否发生扭曲来对可见光影像Ivis与不可见光影像Iinv进行对应的前变形，直到不可见光参考影像Rinv中的格子不扭曲为止。然而，本发明并不限于此，本领域技术人员当可依其需求来设定不可见光影像Iinv的影像内容以及根据不可见光参考影像Rinv来进行校正的具体方式。
在一些实施例中，不可见光影像Iinv的影像内容也可以是相同于可见光影像Ivis的影像内容，本发明并不在此设限。
图5绘示本发明一实施例的投影方法的流程图。
图5实施例适用于前述实施例中的投影装置100，故以下将搭配投影装置100中的各项元件来进行说明。值得一提的是，本实施例的每个步骤的细节可参考前述实施例的说明，在此不重复赘述。
请参照图5，首先控制器110会产生控制信号CS，并且影像产生光路模块120会根据控制信号CS来产生可见光影像Ivis以及不可见光影像Iinv(步骤S510)。
影像产生光路模块120会将所产生的可见光影像Ivis以及不可见光影像Iinv传递到投影镜头130，以透过投影镜头130将可见光影像Ivis以及不可见光影像Iinv朝向投影区域进行投影(步骤S530)。
影像撷取装置140会拍摄投影区域，以得到对应不可见光影像Iinv的不可见光参考影像Rinv(步骤S550)，并且将不可见光参考影像Rinv传回控制器110。
接着，控制器110会根据不可见光参考影像Rinv以及不可见光影像Iinv，校正投影镜头130以及控制信号的至少其中之一(步骤S570)。
综上所述，本发明实施例的投影装置与投影方法将可见光影像与不可见光影像透过同一个投影镜头投影到相同的投影区域中，再拍摄投影区域以得到不可见光参考影像，便能够根据所投影的不可见光影像以及拍摄到的不可见光参考影像来对投影镜头或所投影的可见光影像的影像内容进行校正。据此，在不影响正常投影之下，可自动地校正镜头参数或调整影像内容，提升投影品质以及使用者体验。
以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即所有依本发明权利要求书及发明说明内容所作的简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利覆盖的范围内。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的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分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的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用于命名元件(element)的名称，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
