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TWI768177B - 影像投影系統與方法 - Google Patents

影像投影系統與方法 Download PDF

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TWI768177B
TWI768177B TW108102155A TW108102155A TWI768177B TW I768177 B TWI768177 B TW I768177B TW 108102155 A TW108102155 A TW 108102155A TW 108102155 A TW108102155 A TW 108102155A TW I768177 B TWI768177 B TW I768177B
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Abstract

影像投影系統與方法,所述方法包括:藉由處理器獲得投影影像;藉由處理器獲得對應於投影標的物的第一矩陣;藉由處理器根據第一矩陣,將投影影像轉換為用於投影至投影標的物的輸出投影影像;以及藉由投影機將輸出投影影像投影至投影標的物。

Description

影像投影系統與方法
本發明是有關於一種影像投影系統與影像投影方法。
現有電腦燈效大多利用LED產生,但因LED發光特性易產生亮點,需要導光載體或擴散片去平均光源。此外,LED燈效變化有限,其僅能在開/關與顏色變化上做排列組合之設計,不易讓消費者有新鮮感。特別是,為了講求視覺效果,如何將投影影像投影至一具有高度的投影標的物,亦是本領域技術人員所欲解決的問題之一。
本發明提供一種本發明的影像投影系統與影像投影方法可以透過矩陣的運算將投影影像轉換為適合投影在投影標的物上的輸出投影影像。
本發明提出一種影像投影系統,包括:處理器以及投影機。投影機電性連接至處理器。所述處理器獲得一投影影像。所述處理器獲得對應於一投影標的物的一第一矩陣。所述處理器根據所述第一矩陣,將所述投影影像轉換為用於投影至所述投影標的物的一輸出投影影像。所述投影機將所述輸出投影影像投影至所述投影標的物。
在本發明的一實施例中,其中在獲得對應於所述投影標的物的所述第一矩陣的運作之前,所述處理器預先儲存分別對應於多個預設主機板的多個預設矩陣於一儲存裝置中。
在本發明的一實施例中,其中所述投影標的物位於所述多個預設主機板中的一第一主機板上,其中在獲得對應於所述投影標的物的所述第一矩陣的運作中,所述處理器獲得所述第一主機板的型號。所述處理器根據所述第一主機板的型號,從所述多個預設矩陣中選擇對應於所述第一主機板的所述第一矩陣。
在本發明的一實施例中,上述的其中在將所述輸出投影影像投影至所述投影標的物的運作中,所述投影機將所述輸出投影影像投影至一反射鏡以透過所述反射鏡的反射將所述輸出投影影像投影至所述投影標的物。
在本發明的一實施例中,上述的所述投影標的物為二維的平面或三維的物件。
本發明提出一種影像投影方法,用於一影像投影系統,其中所述影像投影系統包括一處理器以及一投影機,所述方法包括:藉由所述處理器獲得一投影影像;藉由所述處理器獲得對應於一投影標的物的一第一矩陣;藉由所述處理器根據所述第一矩陣,將所述投影影像轉換為用於投影至所述投影標的物的一輸出投影影像;以及藉由所述投影機將所述輸出投影影像投影至所述投影標的物。
在本發明的一實施例中,其中在獲得對應於所述投影標的物的所述第一矩陣的步驟之前,所述方法還包括:藉由所述處理器預先儲存分別對應於多個預設主機板的多個預設矩陣於一儲存裝置中。
在本發明的一實施例中,所述投影標的物位於所述多個預設主機板中的一第一主機板上,其中獲得對應於所述投影標的物的所述第一矩陣的步驟包括:藉由所述處理器獲得所述第一主機板的型號;以及藉由所述處理器根據所述第一主機板的型號,從所述多個預設矩陣中選擇對應於所述第一主機板的所述第一矩陣。
在本發明的一實施例中,其中將所述輸出投影影像投影至所述投影標的物的步驟包括:藉由所述投影機將所述輸出投影影像投影至一反射鏡以透過所述反射鏡的反射將所述輸出投影影像投影至所述投影標的物。
在本發明的一實施例中,所述投影標的物為二維的平面或三維的物件。
基於上述,本發明的影像投影系統與影像投影方法可以透過矩陣的運算將投影影像轉換為適合投影在投影標的物上的輸出投影影像。藉此提升應用於電腦的光效投影,並避免在傳統的投影中受限於投影標的物的高度而產生的限制。此外,透過使用反射鏡可大幅縮短投影機的使用距離,並可讓投影機被配置在不易發現之處。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
現將詳細參考本發明之示範性實施例,在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外,凡可能之處,在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。
圖1A與圖1B是依照本發明的一實施例所繪示的影像投影系統的示意圖。
請參照圖1A,影像投影系統1000包括處理器100以及投影機120。投影機120可以透過有線或無線的方式耦接至處理器100。
處理器100可以是中央處理器(Central Processing Unit,CPU),或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位信號處理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)或其他類似元件或上述元件的組合。
投影機120可以是一般常見將影像以光的形式輸出並成像在一平面或物體上的投影裝置。
此外,影像投影系統1000還包括儲存裝置(未繪示)。儲存裝置可以是任何型態的固定或可移動隨機存取記憶體(random access memory,RAM)、唯讀記憶體(read-only memory,ROM)、快閃記憶體(flash memory)、硬碟(Hard Disk Drive,HDD)、固態磁碟(Solid-State Drive,SSD)或類似元件或上述元件的組合。
在本範例實施例中,影像投影系統1000的儲存裝置中儲存有多個程式碼片段,在上述程式碼片段被安裝後,會由處理器100來執行。例如,影像投影系統1000的儲存裝置中包括多個軟體模組,藉由這些軟體模組來分別執行影像投影系統1000的各個運作,其中各軟體模組是由一或多個程式碼片段所組成。然而本發明不限於此,上述的各個運作也可以是使用其他硬體或韌體形式的方式來實現。
特別是,請參照圖1B,在本範例實施例中,影像投影系統1000例如是被配置在一台桌上型電腦的主機的機殼210的內部。例如,處理器100可以位於主機板200上且主機板200可以包括散熱片21與水冷器22。投影機120被配置在機殼210內部的第一平面(例如,機殼210內部的頂部的平面),而主機板200被配置在機殼210內部的第二平面(例如,機殼210內部與前述第一平面垂直的另一平面)。
在本範例實施例中,處理器100會預先儲存分別對應於多個預設主機板的多個預設矩陣於影像投影系統1000的儲存裝置中。處理器100會識別主機板200(亦稱為,第一主機板)以獲得主機板200的型號。處理器100會根據主機板200的型號,從前述得多個預設矩陣中,選擇對應於主機板200的矩陣(亦稱為,第一矩陣)。處理器100會根據此第一矩陣,將欲投影的投影影像從第一座標系統轉換為位於一第二座標系統的輸出投影影像。其中,輸出投影影像用於投影至主機板200(亦稱為,投影標的物)。最後,投影機120會將輸出投影影像投影至一反射鏡130以透過反射鏡的反射將前述的輸出投影影像投影至主機板200上。
在此需說明的是,前述的範例是透過反射鏡130的反射將前述的輸出投影影像投影至主機板200上。然而在其他實施例中,投影機120也可以不透過反射鏡,而直接將輸出投影影像投影至主機板200上。此外,雖然前述範例中是以「主機板200」作為投影標的物。然而在他實施例中,投影標的物也可以不是主機板。投影標的物可以是其他二維的平面或三維的物件。
以下說明對應於多個預設主機板的多個預設矩陣的產生生方式。在此以前述的第一矩陣進行說明,而其他預設矩陣也可以參考下述內容來產生。
更詳細來說,圖2是依照本發明的一實施例所繪示的根據第一矩陣將投影影像轉換為輸出投影影像的示意圖。
請參照圖2,延續圖1B的範例,假設投影機120用於投影的鏡頭的中心點是位於向量X、向量Y與向量Z所構成的第一座標系統的原點。假設輸出投影影像是欲被投影在由向量u與向量v所構成的第二座標系統中。此外,假設從投影機120的鏡頭的中心點所發出的光在反射鏡130的反射點反射至主機板200,而此反射點是位在第一座標系統中的座標點P(x, y, z)的位置。依據三角形定理可以得到下述關係式(1):
Figure 02_image001
……………………………………………………..(1)
其中,關係式(1)中的「X」代表前述的第一座標系統中的向量X,「Y」代表前述的第一座標系統中的向量Y,「Z」代表前述的第一座標系統中的向量Z。關係式(1)中的「u」代表前述的第二座標系統中的向量u,「v」代表前述的第二座標系統中的向量v。關係式(1)中的「f」代表一常數。
根據前述的關係式(1),可以推導出下述的關係式(2)與關係式(3):
Figure 02_image003
………………………………………………………(2)
Figure 02_image005
….……………………………………………………(3)
為了方便說明,在此假設Z的値為「1」(即,代表第一座標系統為向量X與向量Y所構成的平面)。因此,可以將前述的關係式(2)與關係式(3)以齊次座標(Homogeneous Coordinate)的方式表示為下述關係式(4):
Figure 02_image007
………………………………….....……(4)
其中,關係式(4)中的「w」為第二座標系統中與第一座標系統的向量Z相對應的向量。
此外,由於用於被投影的主機板200(即,投影標的物)可能不僅限於平面,故需再對向量u與向量v分別座適當的位移tu 與tv ,因此可以將前述的關係式(2)與關係式(3)分別修改為關係式(5)與關係式(6):
Figure 02_image009
…………………………………….………(5)
Figure 02_image011
….…………………………………………(6)
因此,可以將前述的關係式(5)與關係式(6)以齊次座標的方式,將前述的關係式(4)修改為下述關係式(7):
Figure 02_image013
………………………………………(7)
特別是,向量u與向量v的長度單位通常以公釐(millimeter,mm)或英吋(inch)來表示。然而,在一般的投影成像系統中,通常是以「像素」來表示位置。因此,處理器100需要投影機120的解析度,進而得知每英吋會有幾個像素點(pixels per inch)。正常情況下,向量u與向量v方向的單位數量會不同(例如,HD 720p即為1080 x 720)。假設在向量u方向上每英吋有mu 個像素點,在向量v方向上每英吋有mv 個像素點。因此以像素點為單位來表示前述的關係式(5)與關係式(6),可以分別將關係式(5)與關係式(6)改寫為關係式(8)與關係式(9):
Figure 02_image015
…………………………….………(8)
Figure 02_image017
…..…………………………………(9)
此外,可以將上述的關係式(8)與關係式(9)以矩陣形式作表示如下述關係式(10):
Figure 02_image019
…………(10)
其中,ax 為焦距在向量u方向的像素數,ay 為焦距在向量v方向的像素數。u0 與v0 分別是原點在向量u與向量v方向上的位移的像素數。
特別是,前述關係式(10)中的矩陣K還需增設一歪斜參數(skew parameter)。此參數是在向量u與向量v未垂直的情況下,用以調整像素在成像座標平面中的位置。更詳細來說,圖3是依照本發明的一實施例所繪示的計算歪斜參數的示意圖。
請參照圖3,假設與向量u垂直的是向量s。向量u與向量v兩者夾腳為(90-a)°,而向量s與向量v兩者的夾腳為a°。歪斜參數可以以下述關係式(11)表示:
Figure 02_image021
…………………………………………………..(11)
其中,關係式(11)中的s為前述的歪斜參數,ay 為一像素在向量u的垂直方向上的距離,a為向量s與向量v兩者的夾腳。可以根據關係式(11)中的歪斜參數s,將關係式(10)中的矩陣修改為如下述的關係式(12):
Figure 02_image023
…………………………………………….(12)
請再次參照圖2,在將第一座標系統中的座標點P(x, y, z)的位置轉換至第二座標系統的座標點S(u, v, w)的過程中,除了使用前述關係式(12)中的矩陣K,還可以使用一旋轉矩陣以及一平移矩陣來對座標點P(x, y, z)進行旋轉與平移,其轉換過程如下述關係式(13)所示:
Figure 02_image025
…………….(13)
其中,
Figure 02_image027
為前述的第二座標系統的座標點S(u, v, w),R為前述的旋轉矩陣,此旋轉矩陣具有元素r11 ~r33 。t為前述的平移矩陣,此平移矩陣具有元素t1 ~t3 。旋轉矩陣與平移矩陣兩者可以合成為一3*4的外部參數矩陣(R|t)。Q為第一座標系統中的座標點P(x, y, z)所形成的世界座標。此外,矩陣K又可以稱作內部參數矩陣。
圖4是依照本發明的一實施例所繪示的影像投影方法的流程圖。
請參照圖4,在步驟S401中,處理器100獲得投影影像。在步驟S403中,處理器100獲得對應於投影標的物的第一矩陣。在步驟S405中,處理器100根據第一矩陣,將投影影像轉換為用於投影至投影標的物的輸出投影影像。最後在步驟S407中,投影機120將輸出投影影像投影至投影標的物。
綜上所述,本發明的影像投影系統與影像投影方法可以透過矩陣的運算將投影影像轉換為適合投影在投影標的物上的輸出投影影像。藉此提升應用於電腦的光效投影,並避免在傳統的投影中受限於投影標的物的高度而產生的限制。此外,透過使用反射鏡可大幅縮短投影機的使用距離,並可讓投影機被配置在不易發現之處。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:處理器 120:投影機 1000:影像投影系統 120:投影機 130:反射鏡 21:散熱片 22:水冷器 200:主機板 210:機殼 u、v、s:向量 ay:距離 S401:藉由處理器獲得投影影像的步驟 S403:藉由處理器獲得對應於投影標的物的第一矩陣的步驟 S405:藉由處理器根據第一矩陣,將投影影像轉換為用於投影至投影標的物的輸出投影影像的步驟 S407:藉由投影機將輸出投影影像投影至投影標的物的步驟
圖1A與圖1B是依照本發明的一實施例所繪示的影像投影系統的示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例所繪示的根據第一矩陣將投影影像轉換為輸出投影影像的示意圖。 圖3是依照本發明的一實施例所繪示的計算歪斜參數的示意圖。 圖4是依照本發明的一實施例所繪示的影像投影方法的流程圖。
S401:藉由處理器獲得投影影像的步驟
S403:藉由處理器獲得對應於投影標的物的第一矩陣的步驟
S405:藉由處理器根據第一矩陣,將投影影像轉換為用於投影至投影標的物的輸出投影影像的步驟
S407:藉由投影機將輸出投影影像投影至投影標的物的步驟

Claims (8)

  1. 一種影像投影系統,包括:一處理器;以及一投影機,電性連接至所述處理器,其中所述處理器獲得一投影影像,所述處理器獲得對應於一投影標的物的一第一矩陣,所述處理器根據所述第一矩陣,將所述投影影像轉換為用於投影至所述投影標的物的一輸出投影影像,以及所述投影機將所述輸出投影影像投影至所述投影標的物,其中所述投影標的物位於所述多個預設主機板中的一第一主機板上,在獲得對應於所述投影標的物的所述第一矩陣的運作中,所述處理器獲得所述第一主機板的型號,以及所述處理器根據所述第一主機板的型號,從多個預設矩陣中選擇對應於所述第一主機板的所述第一矩陣。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的影像投影系統,其中在獲得對應於所述投影標的物的所述第一矩陣的運作之前,所述處理器預先儲存分別對應於所述多個預設主機板的所述多個預設矩陣於一儲存裝置中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的影像投影系統,其中在將所述輸出投影影像投影至所述投影標的物的運作中,所述投影機將所述輸出投影影像投影至一反射鏡以透過所述反射鏡的反射將所述輸出投影影像投影至所述投影標的物。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的影像投影系統,其中所述投影標的物為二維的平面或三維的物件。
  5. 一種影像投影方法,用於一影像投影系統,其中所述影像投影系統包括一處理器以及一投影機,所述方法包括:藉由所述處理器獲得一投影影像;藉由所述處理器獲得對應於一投影標的物的一第一矩陣;藉由所述處理器根據所述第一矩陣,將所述投影影像轉換為用於投影至所述投影標的物的一輸出投影影像;以及藉由所述投影機將所述輸出投影影像投影至所述投影標的物,其中所述投影標的物位於多個預設主機板中的一第一主機板上,而在獲得對應於所述投影標的物的所述第一矩陣的步驟中,藉由所述處理器獲得所述第一主機板的型號,並且藉由所述處理器根據所述第一主機板的型號,從所述多個預設主機板分別對應的多個預設矩陣中選擇對應於所述第一主機板的所述第一矩陣。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的影像投影方法,其中在獲得對應於所述投影標的物的所述第一矩陣的步驟之前,所述方法還包括:藉由所述處理器預先儲存分別對應於所述多個預設主機板的所述多個預設矩陣於一儲存裝置中。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的影像投影方法,其中將所述輸出投影影像投影至所述投影標的物的步驟包括:藉由所述投影機將所述輸出投影影像投影至一反射鏡以透過 所述反射鏡的反射將所述輸出投影影像投影至所述投影標的物。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的影像投影方法,其中所述投影標的物為二維的平面或三維的物件。
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