CN108600716A - 投影设备和系统、投影方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种投影设备和系统、投影方法。一种投影设备包括：区域选择模组、图像标定模组和投影模组；所述图像标定模组分别与所述区域选择模组和所述投影模组连接；所述区域选择模组，用于选择投影区域，并将所述投影区域发送给所述图像标定模组；所述图像标定模组，用于获取投影区域和投影模组的相对位置关系，并根据所述相对位置关系标定待显示图像；所述投影模组，用于将所述标定后的待显示图像投射到所述投影区域。本实施例中投影设备采用投射方式，可以根据安装位置自动调整投影区域的位置，保证有较大视窗，提升观看效果。另外，投影设备无需增大反射镜的口径，不会增加投影设备的体积，受到安装位置的限制较小。

Description

投影设备和系统、投影方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种投影设备和系统、投影方法。

背景技术

为方便驾驶员观看行驶数据，车辆的驾驶台上会设置抬头显示装置。抬头显示装置将2D显示图像投影到驾驶员前方的挡风玻璃上，当驾驶员的视线汇聚到2D显示图像的成像面后，可以观看到该2D显示图像。

为使驾驶员有较好的观看体验，2D显示图像中的车辆状态信息(车速，机油温度，水温)的成像面与驾驶员眼睛之间距离大约为2米；2D显示图像中的增强现实信息(如外界物体的指示信息，导航知识信息等)的成像面与成像面与驾驶员眼睛之间距离为5～8米。

然而，为保证驾驶员在一定的活动空间(视窗)内看到车辆状态信息和增强现实信息，抬头显示装置中反射镜的口径需要设置的比较大，从而使抬头显示装置的体积较大，降低车辆内部有限空间的利用率。另外，相关技术中制造较大口径的反射镜也比较困难，容易增加生产成本。

发明内容

本发明提供一种投影设备和系统、投影方法，以解决相关技术中抬头显示装置体积过大而占用车辆内部有限空间的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种投影设备，区域选择模组、图像标定模组和投影模组；所述图像标定模组分别与所述区域选择模组和所述投影模组连接；

所述区域选择模组，用于选择投影区域，并将所述投影区域发送给所述图像标定模组；

所述图像标定模组，用于获取投影区域和投影模组的相对位置关系，并根据所述相对位置关系标定待显示图像；

所述投影模组，用于将所述标定后的待显示图像投射到所述投影区域。

可选地，所述区域选择模组用于获取所述图像标定模组发送的待显示图像，并根据所述待显示图像的尺寸从预先存储的投影区域中筛选出投影区域，并将所述投影区域反馈给所述图像标定模组。

可选地，所述投影设备还包括图像获取模组；所述图像获取模组与所述区域选择模组连接，用于获取取景范围内的深度图像，并将所述深度图像发送给所述区域选择模组；所述深度图像中各像素点的数据中包含深度信息；

所述区域选择模组还用于根据深度信息分割所述深度图像且从分割后的图像中筛选出投影区域，并将所述投影区域发送给所述图像标定模组。

可选地，所述图像获取模组为双目相机、飞行时间TOF相机、结构光相机中的一种或者多种。

可选地，在所述图像获取模组包括飞行时间TOF相机或者结构光相机时，所述图像获取模组包括至少一组红外发射器件和红外接收器件；所述红外发射器件向取景范围发射红外光；所述红外接收器件接收返回的红外光，得到深度图像。

可选地，所述投影设备还包括投影区域校正模组；所述投影区域校正模组与所述图像获取模组连接，用于根据校正操作触发所述图像获取模组。

可选地，所述投影区域覆盖投影膜层。

可选地，所述投影模组为激光扫描投影组件或者包含调焦器件的投影组件。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种投影系统。所述投影系统包括第一方面所述的投影设备。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种投影方法，应用于投影设备。一种投影方法包括：

获取投影区域；

获取投影区域和投影模组的相对位置关系；

基于所述相对位置关系标定待显示图像；

将所述标定后的待显示图像投射到所述投影区域。

可选地，获取投影区域和投影模组的相对位置关系包括：

获取投影模组的位置和图像获取模组的位置；所述图像获取模组用于获取深度图像；

计算所述投影模组和所述图像获取模组的位置关系；所述位置关系是指以所述图像获取模组为参考对象的第一坐标系和以所述投影模组为参考对象的第二坐标系之间的映射关系；

根据所述投影模组和所述图像获取模组的位置关系，将所述投影区域从所述第一坐标系标定到所述第二坐标系，得到所述投影模组和所述投影区域的相对位置关系。

可见，本实施例中通过获取投影区域和投影模组的相对位置关系，并根据相对位置关系标定待显示图像，然后将标定后的待显示图像投射到投影区域。本实施例中投影设备采用投射方式，因此可以根据安装位置自动调整投影区域的位置，保证有较大视窗，提升观看效果。另外，投影设备无需增大反射镜的口径，不会增加投影设备的体积，受到安装位置的限制较小。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例示出的一种投影设备的框图；

图2是本发明实施例示出的另一种投影设备的框图；

图3～图5是本发明实施例示出的投影设备应用车辆场景的示意图；

图6是图3～图5所示场景下投影设备的工作流程示意图；

图7是本发明实施例提供的一种投影设备的外观示意图；

图8～图9是本发明实施例提供的一种投影方法的流程示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

目前，车辆的驾驶台上会设置抬头显示装置，由抬头显示装置将车辆状态信息和增强现实信息投影到挡风玻璃上，以方便驾驶员观看行驶数据。然而，受到驾驶台有限空间以及驾驶员位置的限制，抬头显示装置中反射镜需要口径较大，才能满足驾驶员在视窗内各位置看到行驶数据的要求，否则需要驾驶员保持位置不变，导致驾驶员疲劳且降低使用体验。并且，反射镜口径较大会增大抬头显示装置的体积，降低车辆内部有限空间的利用率。另外，相关技术中制造较大口径的反射镜也比较困难，容易增加生产成本。

为解决相关技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种投影设备，图1是本发明实施例示出的一种投影设备的框图。参见图1，一种投影设备包括区域选择模组101、图像标定模组102和投影模组103，图像标定模组102分别与区域选择模组101和投影模组103连接。其中：

区域选择模组101，用于选择投影区域，并将所述投影区域发送给所述图像标定模组102。

图像标定模组102，用于根据投影区域和投影模组的相对位置关系标定待显示图像，并将标定后的待显示图像发送给投影模组103。

投影模组103，用于将标定后的待显示图像投射到投影区域。

在一实施例中，区域选择模组101可以采用中央处理器等硬件电路实现，例如单片机、数字处理器DSP、ARM芯片或者FPGA等；还可以采用分割算法等软件实现，实现过程可以参考后续实施例的内容，在此先不作说明。技术人员可以根据具体场景选择区域选择模组101的实现方式以及结构组成，在此不作限定。

在一实施例中，投影区域表面覆盖投影膜层。在待显示图像投射到投影膜层上之后，能够使用户有更好的观看效果。该投影膜层的材料可以采用相关技术中的材料实现，并且投影膜层的工作原理可以参考相关技术中的方案，在此不作限定。

在一实施例中，区域选择模组101选择投影区域的方式可以包括：

方式一，尺寸比较。区域选择模组101接收图像标定模组发送的待显示图像，根据待显示图像的尺寸从预先存储的投影区域中筛选出尺寸大于待显示图像的投影区域，并将筛选出的投影区域反馈给图像标定模组102。

方式二，实时获取。此方式下，投影设备100还包括图像获取模组104，参见图2，该图像获取模组104与区域选择模组101连接。图像获取模组104可以获取取景范围内的深度图像，并将深度图像发送给区域选择模组101。其中深度图像中各像素点的数据中包含深度信息；深度信息是指取景范围内不同物体上与各像素点相对应的位置和图像获取模组104之间的距离。

区域选择模组101可以根据深度图像中的深度信息分割深度图像，然后从分割后的图像中筛选出投影区域，并将投影区域发送给图像标定模组102。

需要说明的是，在投影设备100每次启动后，区域选择模组101可以执行一次，也可以执行多次，而图像标定模组103和投影模组103则保持执行状态直到图像显示完成。当然，在投影设备包括图像获取模组104时，该图像获取模组104的执行次数可以执行一次，也可以执行多次。技术人员可以根据场景，调整各个模组的工作顺序，从而可以使区域选择模组101、图像标定模组102、投影模组103和图像获取模组104组成具有不同连接方式的投影设备以及对应的投影方法，相应的方案同样落入本申请的保护范围。

在一实施例中，图像标定模组102可以采用中央处理器等硬件电路实现，例如单片机、数字处理器DSP、ARM芯片或者FPGA等；还可以采用标定算法等软件实现，实现过程可以参考后续内容，在此先不作说明。技术人员可以根据具体场景选择图像标定模组102的实现方式以及结构组成，在此不作限定。

在一实施例中，图像标定模组102获取投影区域和投影模组103的相对位置关系的方式可以包括：

方式一，图像标定模组102自动计算得到相对位置关系。在投影设备各个模组的结构确定后且固定在设定位置后，图像获取模组104的位置和投影模组103的位置可以直接检测得到。这样，图像标定模组102可以根据图像获取模组104的位置和投影模组103的位置计算出投影模组103和图像获取模组104的位置关系。其中，位置关系，是指以图像获取模组104为参考对象的第一坐标系和以投影模组103为参考对象的第二坐标系之间的映射关系，即第一坐标系中的各点可以根据位置关系分别映射到第二坐标系中。

由于投影区域是由图像获取模组104获取即投影区域是处于第一坐标系中，因此，图像标定模组102基于位置关系可以将投影区域从第一坐标系标定到第二坐标系中，从而得到投影区域与投影模组103的相对位置关系。

方式二，图像标定模组102读取预先存储的相对位置关系。在投影设备100的各个模组的结构确定后且固定在设定位置后，图像获取模组104的位置和投影模组103的位置可以直接检测得到。然后，用户将图像获取模组104获取的深度图像人为分割为多个分割图像，并将每个分割图像标定到第二坐标系中。在区域选择模组101获取到投影区域后，图像标定模组102可以直接读取到投影区域和投影模组103的相对位置关系，关于待显示图像标定的内容可以参考之前的内容，在此不再赘述。

方式三，方式一+方式二组合。在初次使用投影设备时，图像标定模组102采用方式一得到相对位置关系，并存储相对位置关系。在后续使用投影设备时，图像标定模组102可以根据投影区域直接从存储位置读取相对位置关系即可，同样可以实现本申请的方案。

关于如何判断是否为初次使用投影设备100：图像标定模组102可以在被触发时，检测存储位置是否存储有相对位置关系。若没有存储，则说明为初次使用投影设备100，需要根据方式一获取相对位置关系。若有存储则说明不是初始使用投影设备100，根据方式二获取相对位置关系。

可理解的是，本发明实施例介绍了图像标定模组102获取相对位置关系的三种方式，技术人员可以根据具体场景选择合适的方式，在此不作限定。

在一实施例中，投影模组103可以采用激光扫描投影组件或者包含调焦器件的投影组件实现。例如，投影模组103可以采用激光扫描投影组件，该激光扫描投影组件可以是基于微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)反射镜(该反射镜是一个微反射镜，体积非常小，无需增加口径)的激光扫描投影组件，从而实现在各个深度的投影平面上投影，且使投影图像保持清晰可见与不失焦。又如，投影模组103可以采用包含调焦器件的投影组件，此情况下投影组件可以根据投影平面的深度对投影图像进行动态调节，这样可以保证每个投影区域内的投影图像清晰可见。

在一实施例中，图像获取模组104可以为双目相机、飞行时间TOF相机、结构光相机中的一种或者多种。当然，图像获取模组104还可以采用其他器件组合而成，例如红外发射器件和红外接收器件，同样可以实现本申请的方案。技术人员可以根据具体场景选择图像获取模组的结构组成，在此不作限定。

在一实施例中，投影设备还可以包括投影区域校正模组；该投影区域校正模组与图像获取模组连接，可以根据用户的校正操作触发图像获取模组，从而达到重新确定投影区域的目的。实际应用中，投影区域校正模组可以是按键、还可以是麦克风、触摸屏、摄像头等，可以根据具体场景进行选择，在此不作限定。

可见，本实施例中通过获取投影区域和投影模组的相对位置关系，并根据相对位置关系标定待显示图像，然后将标定后的待显示图像投射到投影区域。本实施例中投影设备采用投射方式，因此可以根据安装位置自动调整投影区域的位置，保证有较大视窗，提升观看效果。另外，投影设备无需增大反射镜的口径，不会增加投影设备的体积，受到安装位置的限制较小。

本发明实施例提供了一种投影设备，应用于车辆投影场景。图3～图5是本发明实施例示出的一种场景应用的示意图。参见图3和图4，该投影设备中图像获取模组104可以采用一个红外发射器件1041和一个红外接收器件1042的飞行时间TOF相机或者结构光相机实现，区域选择模组101采用中央处理器CPU实现，图像标定模组102采用中央处理器CPU实现，投影模组103采用包含调焦器件的投影组件实现。并且，本实施例中，投影设备在外壳105上设置固定组件106，然后由固定组件106将投影设备固定在车辆内部的顶部，例如驾驶座位和副驾驶座位靠背之间的顶部区域(与挡风玻璃302的距离可以调整)，这样投影设备的投影区域可以包括后视镜301、挡风玻璃302或者驾驶台303(为清晰表示，仅示出副驾驶位置的驾驶台区域)。

参见图6，投影设备的工作过程如下：

在启动时，区域选择模组101从存储位置读取投影区域，在投影区域不存在时触发图像获取模组104。在投影区域存在时，图像标定模组102从存储位置读取投影区域和投影模组103的相对位置关系。在相对位置关系存在时，图像标定模组102根据投影区域和投影模组103的相对位置关系标定待显示图像。在相对位置关系不存在时，触发图像获取模组104。

在图像获取模组104被触发后，红外发射器件1041向车辆驾驶台方向发射红外结构光或者散点图案，红外光经过后视镜301、挡风玻璃302和驾驶台303的反射传输至红外接收器件1042。红外接收器件1042接收红外光后得到深度图像。深度为红外光的光程的一半，其中红外光光程为红外光发射时间与接收时间之差和红外光光速的乘积。

区域选择模组101根据深度图像中的深度信息分割深度图像。分割原则可以是相同深度的区域为一个投影区域(可理解为一个平面)，还可以是深度变化比较缓慢(可以与变化率阈值比较)且周围变化率没有突变的区域作为一个投影区域(可理解为一个曲面)。然后区域选择模组从分割后的图像中选择一个作为投影区域，将投影区域发送给图像标定模组102并存储到存储位置。

图像标定模组102在接收到投影区域后，获取投影模组103的位置和图像获取模组104的位置，然后计算投影模组103和图像获取模组101的位置关系；之后，根据投影模组103和图像获取模组104的位置关系，将投影区域从第一坐标系标定到第二坐标系，得到投影模组103和投影区域的相对位置关系，并存储到存储位置。

例如，投影区域内任意一点P在第一坐标系内的坐标为p＝(x，y，z)^T，在投影区域确定后，坐标p即可确定。在图像获取模组104和投影模组103的位置确定后，第一坐标系和第二坐标系的映射关系也是已知的，如下所示：

p′＝Rp+t

其中，R是一个3×3的正交矩阵且行列式值等于1，表示旋转变换，即：

其中旋转矩阵R的9个参数满足以下六个约束条件：

r₁₁r₂₁+r₁₂r₂₂+r₁₃r₂₃＝0；

r₂₁r₃₁+r₂₂r₃₂+r₂₃r₃₃＝0；

r₃₁r₁₁+r₃₂r₁₂+r₃₃r₁₃＝0。

并且，t＝(t_x，t_y，t_z)^T是表示一个平移变换的三维向量，表示第一坐标系的原点在第二坐标系下的坐标。

图像标定模组102基于相对位置关系，可以计算出P点在第二坐标系内的坐标，重复上述计算可以得到投影区域内所有点在第二坐标系内的坐标，可以得到投影区域和投影模组103的相对位置关系。

之后，图像标定模组102根据投影模组103和投影区域的相对位置关系，对每一帧待显示图像进行标定，并将标定扣的待显示图像发送给投影模组103。

投影模组103将标定后的待显示图像投射到投影区域，呈现给用户。

图像标定模组102还检测是否还有图像未显示完成，若有，则继续标定待显示图像；若没有，则结束显示。

需要说明的是，图6所示实施例仅示出投影设备向驾驶台方向投射图像的方案，当然，投影设备还可以在不同侧面(例如前面、侧面、后面或者底部)设置图像获取模组和投影模组，从而可以在多个方向上投射图像。参见图7，以固定器件106所在侧面为顶面，面向读者一面为前面，则该投影设备的前面、左侧面、右侧面、后面和底面分别设置了一组红外发射器件和红外接收器件(即设置了图像获取模组)以及投影模组103，达到在5个方向上投影图像的效果，这样投影模组可以在不同方向上显示天气信息、新闻信息、娱乐信息、游戏体验等多种交互信息，能够为用户提供更好的使用体验。

当然，本发明实施例提供的投影设备除了可以作为车载投影设备外，还可以作为智能家居投影设备，可以在家庭或者类似场景内投影图像，达到全方面信息显示的目的，更好的服务用户。

本发明实施例还提供了一种投影系统，包括图1～图7所示实施例的投影设备。由于投影设备的内容已经在上述各实施例中进行描述，在此不再赘述。

本发明实施例又提供了一种投影方法，可以应用于图1～7所示的投影设备，参见图8，包括：

801，获取投影区域；

802，获取投影区域和投影模组的相对位置关系；

803，基于所述相对位置关系标定待显示图像；

804，将所述标定后的待显示图像投射到所述投影区域。

在一实施例中，步骤802包括：

901，获取投影模组的位置和图像获取模组的位置；所述图像获取模组用于获取深度图像；

902，计算所述投影模组和所述图像获取模组的位置关系；所述位置关系是指以所述图像获取模组为参考对象的第一坐标系和以所述投影模组为参考对象的第二坐标系之间的映射关系；

903，根据所述投影模组和所述图像获取模组的位置关系，将所述投影区域从所述第一坐标系标定到所述第二坐标系，得到所述投影模组和所述投影区域的相对位置关系。

可理解的是，图8和图9所示投影方法的内容在图1～图7所示投影设备的实施例的工作过程中已经详细描述，相关部分可以参考投影设备实施例的内容，在此不再赘述。

在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (11)

1.一种投影设备，其特征在于，所述投影设备包括区域选择模组、图像标定模组和投影模组；所述图像标定模组分别与所述区域选择模组和所述投影模组连接；

所述区域选择模组，用于选择投影区域，并将所述投影区域发送给所述图像标定模组；

所述图像标定模组，用于获取投影区域和所述投影模组的相对位置关系，并根据所述相对位置关系标定待显示图像；

所述投影模组，用于将所述标定后的待显示图像投射到所述投影区域。

2.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述区域选择模组用于获取所述图像标定模组发送的待显示图像，并根据所述待显示图像的尺寸从预先存储的投影区域中筛选出投影区域，并将所述投影区域反馈给所述图像标定模组。

3.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述投影设备还包括图像获取模组；所述图像获取模组与所述区域选择模组连接，用于获取取景范围内的深度图像，并将所述深度图像发送给所述区域选择模组；所述深度图像中各像素点的数据中包含深度信息；

所述区域选择模组还用于根据深度信息分割所述深度图像且从分割后的图像中筛选出投影区域，并将所述投影区域发送给所述图像标定模组。

4.根据权利要求3所述的投影设备，其特征在于，所述图像获取模组为双目相机、飞行时间TOF相机、结构光相机中的一种或者多种。

5.根据权利要求4所述的投影设备，其特征在于，在所述图像获取模组包括飞行时间TOF相机或者结构光相机时，所述图像获取模组包括至少一组红外发射器件和红外接收器件；所述红外发射器件向取景范围发射红外光；所述红外接收器件接收返回的红外光，得到深度图像。

6.根据权利要求3所述的投影设备，其特征在于，所述投影设备还包括投影区域校正模组；所述投影区域校正模组与所述图像获取模组连接，用于根据校正操作触发所述图像获取模组。

7.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述投影区域覆盖投影膜层。

8.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述投影模组为激光扫描投影组件或者包含调焦器件的投影组件。

9.一种投影系统，其特征在于，所述投影系统包括权利要求1～8任一项所述的投影设备。

10.一种投影方法，其特征在于，应用于投影设备，所述方法包括：

获取投影区域；

获取投影区域和投影模组的相对位置关系；

基于所述相对位置关系标定待显示图像；

将所述标定后的待显示图像投射到所述投影区域。

11.根据权利要求10所述的投影方法，其特征在于，获取投影区域和投影模组的相对位置关系包括：

获取投影模组的位置和图像获取模组的位置；所述图像获取模组用于获取深度图像；

计算所述投影模组和所述图像获取模组的位置关系；所述位置关系是指以所述图像获取模组为参考对象的第一坐标系和以所述投影模组为参考对象的第二坐标系之间的映射关系；

根据所述投影模组和所述图像获取模组的位置关系，将所述投影区域从所述第一坐标系标定到所述第二坐标系，得到所述投影模组和所述投影区域的相对位置关系。