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CN111131801A - 投影仪校正系统、方法及投影仪 - Google Patents

投影仪校正系统、方法及投影仪 Download PDF

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CN111131801A
CN111131801A CN201811295846.7A CN201811295846A CN111131801A CN 111131801 A CN111131801 A CN 111131801A CN 201811295846 A CN201811295846 A CN 201811295846A CN 111131801 A CN111131801 A CN 111131801A
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CN
China
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image acquisition
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projection
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pattern
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周凌
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Huaqin Telecom Technology Co Ltd
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Huaqin Telecom Technology Co Ltd
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
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Abstract

本发明公开了一种投影仪校正系统、方法及投影仪，其中投影仪校正系统包括第一图像采集装置、第二图像采集装置、控制模块、设置模块。本发明通过利用第一图像采集装置和第二图像采集装置采集投影图案，并分别得到标记图案的二维坐标，并根据标记图案的二维坐标、旋转矩阵和位移矩阵得到标记图案的三维坐标，最后根据标记图案的三维坐标和预设条件得到投影画面的校正画面，从而实现投影仪水平梯形的投影形状调整，相比于通过二维坐标确定校正画面的方式，提高了校正结果的准确性。

Description

投影仪校正系统、方法及投影仪
技术领域
本发明涉及图像设备领域，尤其涉及一种投影仪校正系统、方法及投影仪。
背景技术
在使用投影仪的过程中，如果投影的方向和投影平面无法保证垂直关系时，此时投影出来的像会变成一个梯形。梯形校正技术就是将原本歪斜的梯形影像重新还原成原始比例的矩形影像。
一般而言，梯形校正的方法可以分为两类。第一类，主要通过传感器测量出投影仪相对与墙面的角度，从而进行校正。第二类方法，则通过人眼或者摄像头观测成像的形状位置对其进行自动或者半自动的校正。
对于第一类方法，一般的工程实现主要采用IMU(惯性传感器)得到重力方向(竖直方向)与传感器所在平面的夹角，从而计算出投影镜头的仰角(在专利CN201611047366.X,CN201621262482.9中就采用了上述的方法进行优化)。然而IMU只能获得镜头的仰角，并不能获得投影在水平方向相对于投影平面的角度，因此基于IMU的校正方案只能做垂直校正，但无法校正水平方向。
对于第二类方法，常用的方式是通过摄像头拍摄投影出来的固定图像。通过2D(二维)图形算法分析摄像头拍摄出来的2D影像形状来进行校正。专利CN201420742819.0，CN201510830311.5，CN201220131532.5均使用了此类方法。但是该类方法需要识别摄像头画面中投影的成像2D形状，但由于摄像头拍摄的位置与人眼位置很难保证一致，因此即便摄像头拍摄的图像中投影画面为矩形，也很难保证校正结果的准确性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中梯形水平校正方法中通过二维影像形状校正的方法准确性不高的缺陷，提供一种投影仪校正系统、方法及投影仪。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种投影仪校正系统，所述投影仪校正系统包括第一图像采集装置、第二图像采集装置、控制模块、设置模块；
投影仪的投影镜头用于投影图像至投影平面形成投影画面，所述设置模块用于在所述投影画面的四个角上分别设置标记图案，所述控制模块用于分别通过所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置采集所述投影图案，并分别得到采集的所述投影图案中的所述标记图案的二维坐标；
所述控制模块还用于获取所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置之间的旋转矩阵和位移矩阵；
所述控制模块还用于根据所述标记图案的二维坐标、所述旋转矩阵和所述位移矩阵得到所述标记图案的三维坐标；
所述控制模块还用于根据所述标记图案的三维坐标和预设条件得到所述投影画面的校正画面，并通过所述投影镜头投影所述校正画面，所述校正画面为对所述投影画面梯形校正后形成的画面。
可选地，所述标记图案为黑白棋盘格；
和/或，所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置用于分别设置于所述投影镜头的两边；
和/或，所述控制模块用于根据三维视觉成像原理并利用所述标记图案的二维坐标、所述旋转矩阵和所述位移矩阵得到所述标记图案的三维坐标，所述三维视觉成像原理包括：根据公式
Figure BDA0001851166560000021
和
Figure BDA0001851166560000022
计算并得到所述第一图像采集装置采集的第i个标记图案的三维坐标
Figure BDA0001851166560000031
和所述第二图像采集装置采集的第i个标记图案的三维坐标
Figure BDA0001851166560000032
其中i为1-4，
Figure BDA0001851166560000033
为所述第一图像采集装置采集的所述投影图案中第i个标记图案的二维坐标，
Figure BDA0001851166560000034
为所述第二图像采集装置采集的所述投影图案中第i个标记图案的二维坐标，所述K1为所述第一图像采集装置的内参，所述K2为所述第二图像采集装置的内参，所述R为所述旋转矩阵，所述T为所述位移矩阵。
可选地，所述预设条件包括：所述第一图像采集装置或者所述第二图像采集装置采集的所述投影图案中的所述标记图案的三维坐标位于同一平面；
所述控制模块用于在所述平面上获取一矩形画面；
所述校正画面为所述矩形画面。
可选地，所述预设条件还包括：所述矩形画面的一垂直边为所述投影图案的一竖边。
可选地，所述竖边为所述投影图案中的一较短竖边；
和/或，所述矩形画面的另一垂直边位于所述投影图案的另一竖边相对于所述投影图案的一竖边的位置的同侧；
和/或，所述矩形画面的水平边与所述垂直边的图像的分辨率相同。
一种投影仪校正方法，所述投影仪校正方法包括：
投影仪的投影镜头投影图像至投影平面形成投影画面；
在所述投影画面的四个角上分别设置标记图案；
分别通过所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置采集所述投影图案，并分别得到采集的所述投影图案中的所述标记图案的二维坐标；
获取所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置之间的旋转矩阵和位移矩阵；
根据所述标记图案的二维坐标、所述旋转矩阵和所述位移矩阵得到所述标记图案的三维坐标；
根据所述标记图案的三维坐标和预设条件得到所述投影画面的校正画面，并通过所述投影镜头投影所述校正画面，所述校正画面为对所述投影画面梯形校正后形成的画面。
可选地，所述标记图案为黑白棋盘格；
和/或，所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置分别设置于所述投影镜头的两边；
和/或，根据三维视觉成像原理并利用所述标记图案的二维坐标、所述旋转矩阵和所述位移矩阵得到所述标记图案的三维坐标，所述三维视觉成像原理包括：根据公式
Figure BDA0001851166560000041
和
Figure BDA0001851166560000042
计算并得到所述第一图像采集装置采集的第i个标记图案的三维坐标
Figure BDA0001851166560000043
和所述第二图像采集装置采集的第i个标记图案的三维坐标
Figure BDA0001851166560000044
其中i为1-4，
Figure BDA0001851166560000045
为所述第一图像采集装置采集的所述投影图案中第i个标记图案的二维坐标，
Figure BDA0001851166560000046
为所述第二图像采集装置采集的所述投影图案中第i个标记图案的二维坐标，所述K1为所述第一图像采集装置的内参，所述K2为所述第二图像采集装置的内参，所述R为所述旋转矩阵，所述T为所述位移矩阵。
可选地，所述预设条件包括：所述第一图像采集装置或者所述第二图像采集装置采集的所述投影图案中的所述标记图案的三维坐标位于同一平面；
在所述平面上获取一矩形画面；
所述校正画面为所述矩形画面。
可选地，所述预设条件还包括：所述矩形画面的一垂直边为所述投影图案的一竖边。
可选地，所述竖边为所述投影图案中的一较短竖边；
和/或，所述矩形画面的另一垂直边位于所述投影图案的另一竖边相对于所述投影图案的一竖边的位置的同侧；
和/或，所述矩形画面的水平边与所述垂直边的图像的分辨率相同。
一种投影仪，所述投影仪包括如上所述的投影仪校正系统。
本发明的积极进步效果在于：本发明通过利用第一图像采集装置和第二图像采集装置采集投影图案，并分别得到标记图案的二维坐标，并根据标记图案的二维坐标、旋转矩阵和位移矩阵得到标记图案的三维坐标，最后根据标记图案的三维坐标和预设条件得到投影画面的校正画面，从而实现投影仪水平梯形的投影形状调整，相比于通过二维坐标确定校正画面的方式，提高了校正结果的准确性。
附图说明
图1为本发明的实施例1的投影仪校正系统的模块示意图。
图2为本发明的实施例1的投影仪校正系统的使用原理示意图。
图3为本发明的实施例1的投影仪校正系统的投影画面及标记图案示意图。
图4为本发明的实施例2的投影仪校正系统的三维视觉成像原理的示意图。
图5为本发明的实施例2的投影仪校正系统的校正画面的示意图。
图6为本发明的实施例3的投影仪校正方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种投影仪校正系统，如图1所示，投影仪校正系统包括第一图像采集装置1、第二图像采集装置2、控制模块3、设置模块4。
如图2所示，投影仪5的投影镜头51用于投影图像至投影平面6形成投影画面7，如图3所示，设置模块4用于在投影画面7的四个角上分别设置标记图案8，控制模块3用于分别通过第一图像采集装置1和第二图像采集装置2采集投影图案，并分别得到采集的投影图案中的标记图案的二维坐标。
控制模块3还用于获取第一图像采集装置1和第二图像采集装置2之间的旋转矩阵和位移矩阵；
控制模块3还用于根据标记图案8的二维坐标、旋转矩阵和位移矩阵得到标记图案的三维坐标；
控制模块3还用于根据标记图案8的三维坐标和预设条件得到投影画面7的校正画面，并通过投影镜头51投影校正画面，校正画面为对投影画面7梯形校正后形成的画面。
本实施例通过利用第一图像采集装置和第二图像采集装置采集投影图案，并分别得到标记图案的二维坐标，并根据标记图案的二维坐标、旋转矩阵和位移矩阵得到标记图案的三维坐标，最后根据标记图案的三维坐标和预设条件得到投影画面的校正画面，从而实现投影仪水平梯形的投影形状调整，相比于通过二维坐标确定校正画面的方式，可提高校正结果的准确性。
实施例2
本实施例提供一种投影仪校正系统，本实施例与实施例1相比，其区别在于，如图4所示，本实施例中，标记图案8选择为黑白棋盘格，在其他实施方式中，标记图案可以为其他的常用的易识别的标记图案，在此不作具体限定。第一图像采集装置1和第二图像采集装置2用于分别设置于投影镜头51的两边，易于采集完整的投影画面7。
控制模块3用于根据三维视觉成像原理并利用标记图案的二维坐标、旋转矩阵和位移矩阵得到标记图案的三维坐标，三维视觉成像原理包括：根据公式
方程1：
Figure BDA0001851166560000071
方程2：
Figure BDA0001851166560000072
和方程3：
Figure BDA0001851166560000073
计算并得到第一图像采集装置1采集的第i个标记图案的三维坐标
Figure BDA0001851166560000074
和第二图像采集装置2采集的第i个标记图案的三维坐标
Figure BDA0001851166560000075
其中i为1-4，
Figure BDA0001851166560000076
为第一图像采集装置1采集的投影图案中第i个标记图案的二维坐标，
Figure BDA0001851166560000077
为第二图像采集装置2采集的投影图案中第i个标记图案的二维坐标，K1为第一图像采集装置1的内参，K2为第二图像采集装置2的内参，R为旋转矩阵，T为位移矩阵。
如图4所示，假设投影画面7中设置的四个标记图案分别为P1-P4，第一图像采集装置1采集到图片11，第二图像采集装置2采集到图片21，选用P1举例，控制模块3根据预设的像素值得到P1在图片11中的二维坐标(x11,y11)，也可得到在图片21中的二维坐标(x21,y21)，K1为第一图像采集装置的内参，K2为第二图像采集装置的内参，R为旋转矩阵，T为位移矩阵，(x11,y11)、(x21,y21)、K1、K2、R、T均为可获知的已知量，通过上述方程1-3，可分别求得P1-P4这4个标记图案的三维坐标(为了统一坐标系，我们将测量的结果都转换成第一图像采集装置1的坐标)。
得到P1-P4的三维坐标分别为P1：(X1,Y1,Z1),P2：(X2,Y2,Z2),P3：(X3,Y3,Z3)，P4：(X4,Y4,Z4)。
接下来，控制模块3可根据标记图案P1-P4的三维坐标和预设条件得到投影画面的校正画面。
更具体的，预设条件设置为：第一图像采集装置1或者第二图像采集装置采集2的投影图案中的标记图案8的三维坐标位于同一平面。
本实施例中，根据P1-P4四个点的三维坐标通过最小二乘法确定平面的方程，即
AX+BY+CZ+D＝0
其中A，B，C，D为方程的四个待定参数。
控制模块3用于在此平面上获取一矩形画面，此矩形画面即为校正画面。取得校正画面的预设条件包括：矩形画面的一垂直边为投影图案的一竖边。为保证显示效果，提高画面的清晰度，选择校正画面的竖边为投影图案中的一较短竖边，矩形画面的另一垂直边位于投影图案的另一竖边相对于投影图案的一竖边的位置的同侧，矩形画面的水平边与垂直边的图像的分辨率相同。本实施例中，选择的是投影画面竖直方向的最短边，如图5所示，即图中的P1P3，校正画面为图中的矩形P1P2’P4’P3，满足的条件包括：
1、P2’点在P1P2P3P4所在的平面上；
2、P2’P1垂直与P1P3；
3、P2’P1与P1P3与原来的投影画面的分辨率一致；
4、P2’在P1P3的右侧(同P2P4相对于P1P3的位置)。
实施例3
本实施例提供一种投影仪校正方法，如图6所示，投影仪校正方法包括：
步骤301：投影仪的投影镜头投影图像至投影平面形成投影画面；
步骤302：在投影画面的四个角上分别设置标记图案；
步骤303：分别通过第一图像采集装置和第二图像采集装置采集投影图案，并分别得到采集的投影图案中的标记图案的二维坐标；
步骤304：获取第一图像采集装置和第二图像采集装置之间的旋转矩阵和位移矩阵；
步骤305：根据标记图案的二维坐标、旋转矩阵和位移矩阵得到标记图案的三维坐标；
步骤306：根据标记图案的三维坐标和预设条件得到投影画面的校正画面，并通过投影镜头投影校正画面，校正画面为对投影画面梯形校正后形成的画面。
本实施例通过利用第一图像采集装置和第二图像采集装置采集投影图案，并分别得到标记图案的二维坐标，并根据标记图案的二维坐标、旋转矩阵和位移矩阵得到标记图案的三维坐标，最后根据标记图案的三维坐标和预设条件得到投影画面的校正画面，从而实现投影仪水平梯形的投影形状调整，相比于通过二维坐标确定校正画面的方式，可提高校正结果的准确性。
实施例4
本实施例提供一种投影仪校正方法，与实施例3相比，其区别在于，更具体地，如图4所示，本实施例中，标记图案选择为黑白棋盘格，在其他实施方式中，标记图案可以为其他的常用的易识别的标记图案，在此不作具体限定。
根据三维视觉成像原理并利用标记图案的二维坐标、旋转矩阵和位移矩阵得到标记图案的三维坐标，三维视觉成像原理包括：根据公式
方程1：
Figure BDA0001851166560000091
方程2：
Figure BDA0001851166560000092
和方程3：
Figure BDA0001851166560000101
计算并得到第一图像采集装置采集的第i个标记图案的三维坐标
Figure BDA0001851166560000102
和第二图像采集装置采集的第i个标记图案的三维坐标
Figure BDA0001851166560000103
其中i为1-4，
Figure BDA0001851166560000104
为第一图像采集装置采集的投影图案中第i个标记图案的二维坐标，
Figure BDA0001851166560000105
为第二图像采集装置采集的投影图案中第i个标记图案的二维坐标，K1为第一图像采集装置的内参，K2为第二图像采集装置的内参，R为旋转矩阵，T为位移矩阵。
如图4所示，假设投影画面中设置的四个标记图案分别为P1-P4，第一图像采集装置采集到相应的图片11，第二图像采集装置采集到相应的图片21，选用P1举例，根据预设的像素值得到P1在图片11中的二维坐标(x11,y11)，也可得到在图片21中的二维坐标(x21,y21)，K1为第一图像采集装置的内参，K2为第二图像采集装置的内参，R为旋转矩阵，T为位移矩阵，(x11,y11)、(x21,y21)、K1、K2、R、T均为可获知的已知量，通过上述方程1-3，可分别求得P1-P4这4个标记图案的三维坐标(为了统一坐标系，我们将测量的结果都转换成第一图像采集装置1的坐标)。
得到P1-P4的三维坐标分别为P1：(X1,Y1,Z1),P2：(X2,Y2,Z2),P3：(X3,Y3,Z3)，P4：(X4,Y4,Z4)。
接下来，可根据标记图案P1-P4的三维坐标和预设条件得到投影画面的校正画面。
更具体的，预设条件设置为：第一图像采集装置或者第二图像采集装置采集的投影图案中的标记图案的三维坐标位于同一平面。
本实施例中，根据P1-P4四个点的三维坐标通过最小二乘法确定平面的方程，即
AX+BY+CZ+D＝0
其中A，B，C，D为方程的四个待定参数。
在此平面上获取一矩形画面，此矩形画面即为校正画面。取得校正画面的预设条件包括：矩形画面的一垂直边为投影图案的一竖边。为保证显示效果，提高画面的清晰度，选择校正画面的竖边为投影图案中的一较短竖边，矩形画面的另一垂直边位于投影图案的另一竖边相对于投影图案的一竖边的位置的同侧，矩形画面的水平边与垂直边的图像的分辨率相同。本实施例中，选择的是投影画面竖直方向的最短边，如图5所示，即图中的P1P3，校正画面为图中的矩形P1P2’P4’P3，满足的条件包括：
1、P2’点在P1P2P3P4所在的平面上；
2、P2’P1垂直与P1P3；
3、P2’P1与P1P3与原来的投影画面的分辨率一致；
4、P2’在P1P3的右侧(同P2P4相对于P1P3的位置)。
实施例5
本实施例提供一种投影仪，投影仪包括如上的投影仪校正系统。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种投影仪校正系统，其特征在于，所述投影仪校正系统包括第一图像采集装置、第二图像采集装置、控制模块、设置模块；
投影仪的投影镜头用于投影图像至投影平面形成投影画面，所述设置模块用于在所述投影画面的四个角上分别设置标记图案，所述控制模块用于分别通过所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置采集所述投影图案，并分别得到采集的所述投影图案中的所述标记图案的二维坐标；
所述控制模块还用于获取所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置之间的旋转矩阵和位移矩阵；
所述控制模块还用于根据所述标记图案的二维坐标、所述旋转矩阵和所述位移矩阵得到所述标记图案的三维坐标；
所述控制模块还用于根据所述标记图案的三维坐标和预设条件得到所述投影画面的校正画面，并通过所述投影镜头投影所述校正画面，所述校正画面为对所述投影画面梯形校正后形成的画面。
2.如权利要求1所述的投影仪校正系统，其特征在于，所述标记图案为黑白棋盘格；
和/或，所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置用于分别设置于所述投影镜头的两边；
和/或，所述控制模块用于根据三维视觉成像原理并利用所述标记图案的二维坐标、所述旋转矩阵和所述位移矩阵得到所述标记图案的三维坐标，所述三维视觉成像原理包括：根据公式
Figure FDA0001851166550000011
和
Figure FDA0001851166550000012
计算并得到所述第一图像采集装置采集的第i个标记图案的三维坐标
Figure FDA0001851166550000013
和所述第二图像采集装置采集的第i个标记图案的三维坐标
Figure FDA0001851166550000014
其中i为1-4，
Figure FDA0001851166550000021
为所述第一图像采集装置采集的所述投影图案中第i个标记图案的二维坐标，
Figure FDA0001851166550000022
为所述第二图像采集装置采集的所述投影图案中第i个标记图案的二维坐标，所述K1为所述第一图像采集装置的内参，所述K2为所述第二图像采集装置的内参，所述R为所述旋转矩阵，所述T为所述位移矩阵。
3.如权利要求1所述的投影仪校正系统，其特征在于，所述预设条件包括：所述第一图像采集装置或者所述第二图像采集装置采集的所述投影图案中的所述标记图案的三维坐标位于同一平面；
所述控制模块用于在所述平面上获取一矩形画面；
所述校正画面为所述矩形画面。
4.如权利要求3所述的投影仪校正系统，其特征在于，所述预设条件还包括：所述矩形画面的一垂直边为所述投影图案的一竖边。
5.如权利要求4所述的投影仪校正系统，其特征在于，所述竖边为所述投影图案中的一较短竖边；
和/或，所述矩形画面的另一垂直边位于所述投影图案的另一竖边相对于所述投影图案的一竖边的位置的同侧；
和/或，所述矩形画面的水平边与所述垂直边的图像的分辨率相同。
6.一种投影仪校正方法，其特征在于，所述投影仪校正方法包括：
投影仪的投影镜头投影图像至投影平面形成投影画面；
在所述投影画面的四个角上分别设置标记图案；
分别通过所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置采集所述投影图案，并分别得到采集的所述投影图案中的所述标记图案的二维坐标；
获取所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置之间的旋转矩阵和位移矩阵；
根据所述标记图案的二维坐标、所述旋转矩阵和所述位移矩阵得到所述标记图案的三维坐标；
根据所述标记图案的三维坐标和预设条件得到所述投影画面的校正画面，并通过所述投影镜头投影所述校正画面，所述校正画面为对所述投影画面梯形校正后形成的画面。
7.如权利要求6所述的投影仪校正方法，其特征在于，所述标记图案为黑白棋盘格；
和/或，所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置分别设置于所述投影镜头的两边；
和/或，根据三维视觉成像原理并利用所述标记图案的二维坐标、所述旋转矩阵和所述位移矩阵得到所述标记图案的三维坐标，所述三维视觉成像原理包括：根据公式
Figure FDA0001851166550000031
和
Figure FDA0001851166550000032
计算并得到所述第一图像采集装置采集的第i个标记图案的三维坐标
Figure FDA0001851166550000033
和所述第二图像采集装置采集的第i个标记图案的三维坐标
Figure FDA0001851166550000034
其中i为1-4，
Figure FDA0001851166550000035
为所述第一图像采集装置采集的所述投影图案中第i个标记图案的二维坐标，
Figure FDA0001851166550000036
为所述第二图像采集装置采集的所述投影图案中第i个标记图案的二维坐标，所述K1为所述第一图像采集装置的内参，所述K2为所述第二图像采集装置的内参，所述R为所述旋转矩阵，所述T为所述位移矩阵。
8.如权利要求6所述的投影仪校正方法，其特征在于，所述预设条件包括：所述第一图像采集装置或者所述第二图像采集装置采集的所述投影图案中的所述标记图案的三维坐标位于同一平面；
在所述平面上获取一矩形画面；
所述校正画面为所述矩形画面。
9.如权利要求8所述的投影仪校正方法，其特征在于，所述预设条件还包括：所述矩形画面的一垂直边为所述投影图案的一竖边。
10.如权利要求9所述的投影仪校正方法，其特征在于，所述竖边为所述投影图案中的一较短竖边；
和/或，所述矩形画面的另一垂直边位于所述投影图案的另一竖边相对于所述投影图案的一竖边的位置的同侧；
和/或，所述矩形画面的水平边与所述垂直边的图像的分辨率相同。
11.一种投影仪，其特征在于，所述投影仪包括如权利要求1-5中所述的投影仪校正系统。
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