互動投影系統(tǒng)及其深度傳感器和投影儀的校準方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種互動投影系統(tǒng)及其深度傳感器和投影儀的校準方法。其中的互動投影系統(tǒng)，包括深度傳感器和投影儀，還包括成像屏；深度傳感器用于采集成像載體的深度信息；投影儀基于深度信息進行影像的投射；成像屏放置于投影儀的投射范圍內(nèi)，用于對投影儀投射出的參考物的影像進行成像，并根據(jù)其上的成像對深度傳感器或投影儀進行空間位置校準。采用本發(fā)明的互動投影系統(tǒng)及其深度傳感器和投影儀的校準方法，校準方便、快捷、準確。
【專利說明】互動投影系統(tǒng)及其深度傳感器和投影儀的校準方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種互動投影技術(shù)，特別是一種互動投影系統(tǒng)及其深度傳感器和投影儀的校準方法。
【背景技術(shù)】
[0002]互動投影儀由一臺投影儀和深度傳感器(內(nèi)置彩色傳感器，例如kinect)組成，可以投影在非平面的物體上，投影的影像可以根據(jù)物體的形狀進行變化。例如在沙子上投影，當沙子堆成不同高度時，該投影儀可以檢測到沙堆位置和高度的變化，并改變投影的影像，比如在沙堆上投射火山噴發(fā)的影像，實現(xiàn)準確的虛擬與現(xiàn)實的結(jié)合。如此，用戶就可以通過改變沙堆位置和形狀來與投影的虛擬影像進行互動。
[0003]這樣的互動投影儀首先需要對深度傳感器和投影儀進行空間位置的校準，以確保投影的影像能夠準確的反映出被投影物體的空間位置和形狀。該校準過程就是要在虛擬空間中確定深度傳感器和投影儀的位置和姿態(tài)。
[0004]參見圖1所示，為現(xiàn)有的互動投影儀校準時的示意圖?；油队皟x包括深度傳感器10和投影儀20，還包括投影區(qū)域30內(nèi)的四個校準標識40。在對深度傳感器10進行校準時，需要使用三個回復反射標識40對校準用光線進行回復反射，而在對投影儀20進行校準時，需要使用四個回復反射標識40，并且這四個回復反射標識40需要放置在不同的高度以對校準用光線進行回復反射。
[0005]然而，現(xiàn)有的校準方法中，需要單獨制作校準標識，且校準過程需要人工操作較多，不夠方便快捷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。
[0007]本發(fā)明的一個主要目的在于提供一種互動投影系統(tǒng)及其深度傳感器和投影儀的校準方法，校準方便、快捷、準確。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一方面，
[0009]一種互動投影系統(tǒng)，包括深度傳感器和投影儀，還包括成像屏；
[0010]所述深度傳感器用于采集成像載體的深度信息；
[0011]所述投影儀基于所述深度信息進行影像的投射；
[0012]所述成像屏放置于投影儀的投射范圍內(nèi)，用于對所述投影儀投射出的參考物的影像進行成像，并根據(jù)其上的所述成像對所述深度傳感器或所述投影儀進行空間位置校準。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，
[0014]一種互動投影系統(tǒng)中的深度傳感器的空間校準方法，包括:[0015]將成像屏放置于互動投影系統(tǒng)中投影儀的投射范圍內(nèi)；
[0016]深度傳感器中的色彩傳感器根據(jù)投影儀投射出的參考物的影像在所述成像屏上的成像計算所述深度傳感器的空間位置和姿態(tài)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，
[0018]一種互動投影系統(tǒng)中的投影儀的校準方法，包括:
[0019]將成像屏放置于互動投影系統(tǒng)中投影儀的投射范圍內(nèi)；
[0020]深度傳感器中的色彩傳感器根據(jù)所述成像屏上的成像計算所述投影儀的空間位置和姿態(tài)。
[0021]采用本發(fā)明的互動投影系統(tǒng)及其深度傳感器和投影儀的校準方法，校準方便、快捷、準確。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]參照下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的說明，會更加容易地理解本發(fā)明的以上和其它目的、特點和優(yōu)點。附圖中的部件只是為了示出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術(shù)特征或部件將采用相同或類似的附圖標記來表示。
[0023]圖1為現(xiàn)有的互動投影儀的校準時的示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的互動投影系統(tǒng)的一種實施方式的結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖3為本發(fā)明的互動投影系統(tǒng)中的深度傳感器的空間校準方法的一種實施方式的流程圖；
[0026]圖4為圖3中步驟S20的具體流程圖；
[0027]圖5為本發(fā)明的互動投影系統(tǒng)中的投影儀的空間校準方法的一種實施方式的流程圖；
[0028]圖6為圖5中步驟P20的具體流程圖；
[0029]圖7為圖6中步驟P22的具體流程圖。
【具體實施方式】
[0030]下面參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。
[0031]圖2為本發(fā)明的互動投影系統(tǒng)的一種實時方式的結(jié)構(gòu)圖。
[0032]在本實施方式中，互動投影系統(tǒng)包括深度傳感器11和投影儀21，還包括一個成像屏41。深度傳感器11用于采集成像載體的深度信息；投影儀21基于深度信息進行影像的投射。例如，在一個沙堆上投射一火山噴發(fā)的圖像。深度傳感器11需采集沙堆的深度信息，投影儀21基于該深度信息來將火山噴發(fā)的圖像投射到該沙堆上。
[0033]成像屏41放置于投影儀的投射范圍31內(nèi)，用于述投影儀投射出的參考物的影像進行成像，并根據(jù)其上的成像對深度傳感器11或投影儀21進行空間位置校準。成像屏41例如可以是一塊白板。
[0034]例如，投影儀21投射出的參考物的影像為一矩形，則可在成像屏41 (如白板)上呈現(xiàn)該矩形的成像。
[0035]在一種實施方式中，深度傳感器11可以包括色彩傳感器(圖中未示出)。色彩傳感器用于根據(jù)參考物的影像在成像屏41上的成像計算深度傳感器11和投影儀21的空間位置和姿態(tài)。
[0036]在一種實施方式中，色彩傳感器可以通過計算成像的多個頂點的空間位置來計算深度傳感器11和投影儀21的空間位置和姿態(tài)。
[0037]例如，投影儀21投射出一矩形影像，并在成像屏41上形成成像。
[0038]深度傳感器11上的彩色傳感器采集該矩形成像，并識別該矩形成像在深度傳感器 11 的坐標空間的位置(PositionMarkerOnSensor)和姿態(tài)(RotationMarkerOnSensor),根據(jù)公式I和公式2，反算即可得到深度傳感器11在以矩形成像(Markerl)為坐標原點的世界坐標(即空間位置)和旋轉(zhuǎn)參數(shù)(即姿態(tài))，從而實現(xiàn)了深度傳感器的空間校準。
[0039]公式1:
[0040]RotationSensorOnMarker=Inverse(RotationMarkerOnSensor)
[0041]公式2:
[0042]PositionSensorOnMarker=-(RotationSensorOnMarker*PositionMarkerOnSensor)
[0043]其中，Inverse(.)運算為求旋轉(zhuǎn)參數(shù)的反向旋轉(zhuǎn)參數(shù)，即如果Rl代表向量A旋轉(zhuǎn)到向量B，那么R2=Inverse (Rl)，R2代表向量B旋轉(zhuǎn)到向量A。
[0044]在對投影儀21進行校準時，先將成像屏41放置于第一位置，并獲得多個頂點的第一空間位置和成像的第一大小。
[0045]然后，將成像屏放置于不同于第一位置的第二位置，并獲得多個頂點的第二空間位置和成像的第二大?。?br> [0046]根據(jù)第一空間位置、第二空間位置、第一大小和第二大小計算投影儀的空間位置和姿態(tài)。
[0047]由于已經(jīng)得到了矩形成像(Markerl),則其成像的大小(MarkerlSize)也為已知。將成像屏41朝著投影儀21的方向移動一定距離，成像變小一些，得到的成像稱之為Marker2,用同樣方法可以算出Marker2在平板上的尺寸(Marker2Size),和Marker2在世界坐標系中的位置Marker2Position。
[0048]在一種實施方式中,可通過公式3計算出投影儀21的世界坐標PositionProjectorCrtferker:
[0049]公式3:
[0050]PositionPro jector0nMarker=Marker2Position*Marker2Size/ (Marker2Size_MarkerlSize)。
[0051]此外，因為投影儀的姿態(tài)為從Marker2朝向Markerl，所以其在世界坐標系中的旋轉(zhuǎn)參數(shù)，可由公式4算出:
[0052]公式4:
[0053]RotationProjectorOnMarker=RotateF;romTo(MarkerINormal, VectorMarker2ToMarkerl)
[0054]其中，
[0055]MarkerlNormal為Markerl的法向向量，即與Markerl平面垂直的向量。[0056]V e c torMarker2ToMarkerI=MarkerIPositi on-Marker2Po s i t i on
[0057]其中RotateFromTo (.，.)運算為從第一自變量向第二自變量旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)參數(shù)。
[0058]由于投影儀的空間位置(即世界坐標)和姿態(tài)(即旋轉(zhuǎn)參數(shù))均計算得到，因而，完成了對投影儀的校準。
[0059]參見圖3所示，為本發(fā)明的互動投影系統(tǒng)中的深度傳感器的空間校準方法的一種實施方式的流程圖。
[0060]在本實施方式中，互動投影系統(tǒng)中的深度傳感器11的空間校準方法包括:
[0061]SlO:將成像屏41放置于互動投影系統(tǒng)中投影儀21的投射范圍內(nèi)；
[0062]S20:深度傳感器11中的色彩傳感器根據(jù)投影儀投射出的參考物的影像在成像屏41上的成像計算深度傳感器11的空間位置和姿態(tài)。
[0063]參見圖4所示，在一種實施方式中，步驟S20可以具體包括:
[0064]S21:深度傳感器11中的色彩傳感器計算成像的多個頂點的空間位置；
[0065]S22:深度傳感器11中的色彩傳感器根據(jù)多個頂點的空間位置計算深度傳感器11的空間位置和姿態(tài)。
[0066]參見圖5所示，為本發(fā)明的互動投影系統(tǒng)中的投影儀21的空間校準方法的一種實施方式的流程圖。
[0067]在本實施方式中，互動投影系統(tǒng)中的投影儀21的校準方法包括:
[0068]PlO:將成像屏放置于互動投影系統(tǒng)中投影儀21的投射范圍內(nèi)；
[0069]P20:深度傳感器中的色彩傳感器根據(jù)投影儀投射出的參考物的影像在成像屏41上的成像計算投影儀的空間位置和姿態(tài)。
[0070]參見圖6所示，在一種實施方式中，步驟P20可以具體包括:
[0071]P21:深度傳感器中的色彩傳感器計算成像的多個頂點的空間位置；
[0072]P22:深度傳感器中的色彩傳感器根據(jù)多個頂點的空間位置計算投影儀的空間位置和姿態(tài)。
[0073]參見圖7所示，在一種實施方式中，步驟P22還可以具體包括:
[0074]P221:將成像屏41放置于第一位置，并獲得多個頂點的第一空間位置和成像的第一大小；
[0075]P222:將成像屏放置于不同于第一位置的第二位置，并獲得多個頂點的第二空間位置和成像的第二大??；
[0076]P223:根據(jù)第一空間位置、第二空間位置、第一大小和第二大小計算投影儀的空間位置和姿態(tài)。
[0077]采用本發(fā)明的互動投影系統(tǒng)及其深度傳感器和投影儀的校準方法，只需要投影儀投射一定形狀的圖形，并使該圖形在成像屏上成像，根據(jù)該成像的形狀和大小，即可對互動投影系統(tǒng)中的深度傳感器和投影儀進行校準，且校準方便、快捷、準確。
[0078]上面對本發(fā)明的一些實施方式進行了詳細的描述。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所能理解的，本發(fā)明的方法和裝置的全部或者任何步驟或者部件，可以在任何計算設(shè)備(包括處理器、存儲介質(zhì)等)或者計算設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)中，以硬件、固件、軟件或者它們的組合加以實現(xiàn)，這是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在了解本發(fā)明的內(nèi)容的情況下運用他們的基本編程技能就能實現(xiàn)的，因此不需在此具體說明。[0079]此外，顯而易見的是，在上面的說明中涉及到可能的外部操作的時候，無疑要使用與任何計算設(shè)備相連的任何顯示設(shè)備和任何輸入設(shè)備、相應(yīng)的接口和控制程序?？偠灾?，計算機、計算機系統(tǒng)或者計算機網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)硬件、軟件和實現(xiàn)本發(fā)明的前述方法中的各種操作的硬件、固件、軟件或者它們的組合，即構(gòu)成本發(fā)明的設(shè)備及其各組成部件。
[0080]因此，基于上述理解，本發(fā)明的目的還可以通過在任何信息處理設(shè)備上運行一個程序或者一組程序來實現(xiàn)。所述信息處理設(shè)備可以是公知的通用設(shè)備。因此，本發(fā)明的目的也可以僅僅通過提供包含實現(xiàn)所述方法或者設(shè)備的程序代碼的程序產(chǎn)品來實現(xiàn)。也就是說，這樣的程序產(chǎn)品也構(gòu)成本發(fā)明，并且存儲或者傳輸這樣的程序產(chǎn)品的介質(zhì)也構(gòu)成本發(fā)明。顯然，所述存儲或者傳輸介質(zhì)可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，或者將來所開發(fā)出來的任何類型的存儲或者傳輸介質(zhì)，因此也沒有必要在此對各種存儲或者傳輸介質(zhì)一一列舉。
[0081]在本發(fā)明的設(shè)備和方法中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/或分解后重新組合的。這些分解和/或重新組合應(yīng)視為本發(fā)明的等效方案。還需要指出的是，執(zhí)行上述系列處理的步驟可以自然地按照說明的順序按時間順序執(zhí)行，但是并不需要一定按照時間順序執(zhí)行。某些步驟可以并行或彼此獨立地執(zhí)行。同時，在上面對本發(fā)明具體實施例的描述中，針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。
[0082]應(yīng)該強調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時指特征、要素、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。
[0083]雖然已經(jīng)詳細說明了本發(fā)明及其優(yōu)點，但是應(yīng)當理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本發(fā)明的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本發(fā)明的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用執(zhí)行與在此所述的相應(yīng)實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來要被開發(fā)的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。
【權(quán)利要求】
1.一種互動投影系統(tǒng)，包括深度傳感器和投影儀，其特征在于:還包括成像屏； 所述深度傳感器用于采集成像載體的深度信息； 所述投影儀基于所述深度信息進行影像的投射； 所述成像屏放置于投影儀的投射范圍內(nèi)，用于對所述投影儀投射出的參考物的影像進行成像，并根據(jù)其上的所述成像對所述深度傳感器或所述投影儀進行空間位置校準。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的互動投影系統(tǒng)，其特征在于: 所述深度傳感器包括色彩傳感器； 所述色彩傳感器用于根據(jù)所述參考物的影像在所述成像屏上的成像計算所述深度傳感器和所述投影儀的空間位置和姿態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的互動投影系統(tǒng)，其特征在于: 所述色彩傳感器計算所述成像的多個頂點的空間位置并根據(jù)所述多個頂點的空間位置計算所述深度傳感器的空間位置和姿態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的互動投影系統(tǒng)，其特征在于: 所述色彩傳感器計算所述成像的多個頂點的空間位置并根據(jù)所述多個頂點的空間位置計算所述投影儀的空間位置和姿態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的互動投影系統(tǒng)，其特征在于，所述色彩傳感器具體用于: 在所述成像屏放置于第一位置時，獲得所述多個頂點的第一空間位置和所述成像的第一大??； 在所述成像屏放置于不同于所述第一位置的第二位置時，獲得所述多個頂點的第二空間位置和所述成像的第二大?。? 根據(jù)所述第一空間位置、第二空間位置、第一大小和第二大小計算投影儀的空間位置和姿態(tài)。
6.一種互動投影系統(tǒng)中的深度傳感器的空間校準方法，其特征在于，包括: 將成像屏放置于互動投影系統(tǒng)中投影儀的投射范圍內(nèi)； 深度傳感器中的色彩傳感器根據(jù)投影儀投射出的參考物的影像在所述成像屏上的成像計算所述深度傳感器的空間位置和姿態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的互動投影系統(tǒng)中的深度傳感器的空間校準方法，其特征在于，所述“深度傳感器中的色彩傳感器根據(jù)投影儀投射出的參考物的影像在所述成像屏上的成像計算所述深度傳感器的空間位置和姿態(tài)”具體包括: 深度傳感器中的色彩傳感器計算所述參考物的成像的多個頂點的空間位置； 深度傳感器中的色彩傳感器根據(jù)所述多個頂點的空間位置計算深度傳感器的空間位置和姿態(tài)。
8.—種互動投影系統(tǒng)中的投影儀的校準方法，其特征在于，包括: 將成像屏放置于互動投影系統(tǒng)中投影儀的投射范圍內(nèi)； 深度傳感器中的色彩傳感器根據(jù)所述成像屏上的成像計算所述投影儀的空間位置和姿態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的投影儀的校準方法，其特征在于: 所述“深度傳感器中的色彩傳感器根據(jù)所述成像屏上的成像計算所述投影儀的空間位置和姿態(tài)”具體包括:深度傳感器中的色彩傳感器計算所述成像的多個頂點的空間位置； 深度傳感器中的色彩傳感器根據(jù)所述多個頂點的空間位置計算投影儀的空間位置和姿態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的投影儀的校準方法，其特征在于，所述“深度傳感器中的色彩傳感器根據(jù)所述多個頂點的空間位置計算投影儀的空間位置和姿態(tài)”具體包括: 將成像屏放置于第一位置，并獲得所述多個頂點的第一空間位置和所述成像的第一大小; 將成像屏放置于不同于所述第一位置的第二位置，并獲得所述多個頂點的第二空間位置和所述成像的第二大小； 根據(jù)所述第一空間位 置、第二空間位置、第一大小和第二大小計算投影儀的空間位置和姿態(tài)。
【文檔編號】G03B29/00GK103455141SQ201310358530
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】張亮 申請人:無錫觸角科技有限公司