專利名稱：智能屏幕系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種應用于無縫投影自動幾何校正的智能屏 幕系統，特別涉及一種應用于基于光傳感器自動幾何校正方法中的智能 屏幕系統。
技術背景
圖像拼接的一個技術難點就是經過投影幕的反射后，原本正常的圖 像的投影會發生幾何畸變。要想使觀眾看到的圖像和原始圖像保持一 致，就必須進行幾何校正。
有一種技術方案是基于光傳感器的自動幾何校正(例如，參見文獻
1:美國專利號7001023)，它首先在投影幕上的預定位置安裝一系列的 光傳感器，根據光傳感器所在的空間坐標來標定網格控制點的投影在投 影幕上預期的位置。當投影幕為非平面時，例如大型的柱面、球面和橢 球面等，則需要在投影幕上安裝大量密集的光傳感器，以提高控制網格 的精度。
光傳感器的空間坐標需要由控制計算機來計算。控制計算機分析光 傳感器每次接受光照所產生的信號歷史，以此來確定光傳感器的空間坐 標，并對按照此坐標對原始圖像進行幾何預變換，將變換后的圖像經投 影設備投射到投影幕上。
通常控制計算機與投影幕之間相距大約10米，光傳感器接受光照 所產生的信號為模擬信號，隨著傳輸線路的增加而衰減。因此，需要考 慮一種方案，使得光傳感器接受光照產生的信號有效地傳送至控制計算 機處理。由于數字信號的傳輸不會隨著線路衰減，因此先將光傳感器產 生的模擬信號通過一種數據采集設備轉化成數字信號，再由此數據采集 設備通過RS485接口發送出去，可以有效地解決光傳感器產生的信號長 距離傳輸至控制計算機的問題。
已有的光傳感器，安裝、拆卸更換不便，每個光傳感器直接與控制 計算機連接，每個投影幕需安裝很多光傳感器，布線復雜，布線工程實施困難。 實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種自帶光傳感器，且光傳感器布線容 易，安裝、拆卸、更換方便，產生的信號可長距離傳輸，傳輸速度快的 智能屏幕系統。
本實用新型是這樣實現的
本實用新型多路數據采集系統，控制計算機101分別與至少一個投
影設備102和至少一個數據采集盒107連接，投影幕106上有若干光傳 感器通過導線與至少一個數據采集盒107連接，數據采集盒107有模擬 多路復用器與光傳感器和單片機控制電路連接，單片機控制電路與數據 收發電路連接，數據收發電路與控制計算機連接。
單片機控制電路有5通道8位AD轉換單元和串口與模擬多路復用 器連接。
光傳感器由光導纖維203、感光器件204和印制電路板209組成， 光導纖維位于投影幕的穿孔202中且占滿其內部所用的空間，感光器件 緊貼穿孔202背面出口，其正、負引腳與印制電路板焊接，印制電路板 通過導線與數據采集盒連接，穿孔202的正面有透光薄膜108。
本實用新型智能屏幕系統，控制計算機101分別與至少一個投影設 備102和至少一個數據采集盒107連接，投影幕106上有若干光傳感器 通過導線與至少一個數據采集盒107連接，數據采集盒107由模擬多路 復用器與光傳感器和單片機控制電路連接，單片機控制電路與數據收發 電路連接，數據收發電路與控制計算機連接。
單片機控制電路有5通道8位AD轉換單元和串口與模擬多路復用 器連接。
光傳感器由光導纖維203、感光器件204和印制電路板209組成， 光導纖維位于投影幕的穿孔202中且占滿其內部所用的空間，感光器件 緊貼穿孔202背面出口，其正、負引腳與印制電路板焊接，印制電路板 通過導線與數據采集盒連接，穿孔202的正面有透光薄膜108。
從光傳感器接受光照產生模擬信號，到模擬信號經過數據采集盒轉 換成數字信號并發送至控制計算機，再由控制計算機分析光傳感器的空 間坐標，對輸出圖像進行幾何預變換輸出，這一復雜過程均在計算機控 制下自動完成，只需大概幾秒鐘的時間。相比于目前的投影幾何校正技術，此方案操作簡易，施工完成后無需專家級技術人員進行維護，極大 的縮短了工程施工時間及后期維護成本。 本實用新型有如下優點
1、 可使用各種光傳感器，光傳感器可直接粘貼或以鏍釘的形式固 定于投影幕背面，更換拆卸極為方便。.
2、 一個數據采集盒可同時進行32路光傳感器的模擬信號采集，使 用幾個數據采集設備并聯的形式就可完成一個工程的實施，降低了整個 工程布線的復雜度。
3、 光傳感器接受光照產生的模擬信號經數據采集盒轉換成數字信
號，并通過數據釆集盒的硬件驅動接口傳輸至控制計算機，所需時間很
短，極大地提高了投影自動幾何校正的速度。
圖1為本實用新型的結構圖。
圖2為數據采集盒的電路示意圖。 圖3為光傳感器結構圖。 圖4為投影幕與光傳感器的安裝結構圖。' 圖5為光傳感器、數據采集盒及多串口卡的連接圖。 圖6為多個數據采集盒供電示意圖。
具體實施方式
將光傳感器穿過投影幕布，并將其固定于投影幕布背面。幕布正面 鋪設一層光擴散薄膜。
數據釆集盒包括模擬多路復用器，單片機控制電路，RS485數據收 發電路。用于采集智能屏幕系統中光傳感器的模擬信號。
多串口卡，插在控制計算機的PCI插槽上。用于多個數據采集盒的 擴展。
當投影設備向智能屏幕投射光照信號時，置于智能屏幕中的光傳感 器接受光照信號，并產生模擬電信號，此信號通過信號傳輸線傳輸至數 據采集盒。再由數據采集盒將信號發送至控制計算機。由于智能屏幕系 統中需大量密集的光傳感器，因此需要多個數據采集盒才能完成對所有 光傳感器信號的采集。多個數據采集盒需要通過一種多串口卡與控制計 算機連接。
整個智能屏幕系統工作的技術原理是屏幕系統中的光傳感器通過
5傳輸線接入數據采集盒的模擬多路復用器，模擬多路復用器的輸出接到 單片機中的模擬/數字轉換單元，在單片機的控制下模擬/數字轉換單元 依次對每一個光傳感器的模擬電信號進行模/數轉換，并將轉換后的數據 暫存在單片機的片內存儲單元當中。當控制計算機發出讀數據指令時，
單片機將暫存在其內部存儲單元的數據取出，并由RS485數據收發電路 通過傳輸線送給控制計算機PCI插槽中多串口卡的相對應的串口 ，再由 控制計算機通過多串口卡的硬件驅動接口讀取表征每個光傳感器受光 照強度的數字信號。控制計算機根據采集到的光傳感器的信號歷史，計 算出它們在投影坐標系中的坐標，并將其作為幾何校正網格在投影幕上 的控制點的預期坐標。
光傳感器、數據采集盒及多串口卡的連接如圖5所示。 本實用新型的主要部件是數據采集盒，此設備包括模擬多路復用 器，模數采樣轉換器，單片機控制電路，RS485數據收發等電路。模擬 多路復用器采用ADI公司的ADG732，可支持到32路模擬信號輸入；單 片機控制電路采用Microchip公司的單片機，其器件型號PIC16F77，帶 5通道8位AD轉換單元，l個串口； RS485數據收發電路采用MAXIM公 司的接口芯片MAX3227，最高數據傳輸率1Mbps;采用JFVNY的X075系 列晶振；電源芯片采用TI公司的TPS系列。數據采集盒的電路示意圖 如圖2所示。
如圖1所示，整套投影系統由六大元素組成控制計算機101、投 影設備102、目標投影幕106、光擴散薄膜108、光傳感器如103、 104 和105等、以及數據采集盒107。在幾何校正過程中，他們按照順時針 方向依次發揮作用，組成了一個完整的閉環控制系統。在幾何校正結束 以后，控制計算機切換至投影模式，此時它對輸入的原始圖像112進行 幾何預變換，并將結果圖像輸出至投影設備102。
投影設備102和投影幕106均處于任意姿態，且投影設備102在投 影幕106上的投影圖像的一部分109完全覆蓋了四個相鄰的光傳感器， 意即在以它們為頂點的多邊形110范圍內不再有其他的光傳感器。這里， 術語姿態包括了位置和立體方向兩方面的含義。同理，其他每四個相鄰 的光傳感器也被投影圖像的其他部分完全覆蓋，所以投影幕106上所有 的傳感器都被投影圖像所覆蓋。注意，投影設備102可以代表一個或者 多個投影源，但是每四個相鄰的光傳感器僅對應一個投影源的投影圖像的一部分。
觀眾111和投影設備102在相對于投影幕106的同一邊(下文中簡 稱為正面)。這樣，圖像經過投影幕106的反射后就可以被觀眾111觀 看到。由于投影設備102和投影幕106的姿態可以是任意的，因此投影 圖像109就不會恰好覆蓋期望的投影區域110。所以，就需要由控制計 算機101對輸入的原始圖像100進行幾何預變換。經過了幾何預變換的 圖像再經過投影設備106的投影后，就能恰好的覆蓋住期望的投影區域 110。
如果期望的投影區域是整個投影幕106的話，就需要在投影幕106 上安裝更多的光傳感器，例如103、 104和105。所有光傳感器在投影幕 106上的安裝位置都是已知的且不依賴于原始圖像100，它們的具體位 置根據投影幕106的實際情況而定。
每個感光器件的接線柱208和207由導線300連接至數據采集盒107 的輸入端301，每一個輸入端對應一個光傳感器。數據采集盒107不斷 刷新每個光傳感器當前輸出的模擬信號。當控制計算機101需要讀取某 個光傳感器的光照信號時，數據采集盒107會通過控制計算機上的一張 多串口卡，將該光傳感器的模擬信號輸出給控制計算機101。這樣，控 制計算機101就可以讀取任意光傳感器在任意時刻的受光狀態。在這里， 數據采集盒107可以通過并聯的方式接入到控制計算機的多串口卡上。
如圖3所示，光傳感器由三部分組成光導纖維203、感光器件204、 印制板209。 一根光導纖維203恰好完全被放置于穿孔202中，且占滿 其內部所有的空間，將光線從穿孔202的正面(圖示的左方)傳導至背 面。感光器件204緊貼在穿孔202背面的出口處，受光面受到光導纖維 傳導來的光線的正投照射，并以所受電壓的模擬信號的形式，通過其正 負極引腳200和201分別焊接至印制板209上的焊孔205和206，并通 過接線柱208和207輸出表征穿孔202正面所受的光照強度的模擬信號， 接線柱208和207與數據采集盒之間通過導線相連接。
如圖4所示，光傳感器，例如104，安裝在投影幕106上的穿孔202 中。 一個光傳感器對應一個穿孔。這里需要注意的是，穿孔202呈圓柱 形，且圓口直徑應當盡可能小，通常在l毫米以下。這樣，穿孔一方面 在投影幕106的正面上很難被遠處的觀眾111發現，另一方面它在投影 設備102的投影坐標系中可以被看作是一個亞像素點，也就可以使光傳感器的坐標數值達到亞像素級的精度。
如圖5所示，數據采集盒107的對外的接口分為輸入和輸出兩種。 輸入端為多個(在成本不高的情況下可以考慮32路)，每一個端口對應 一個光傳感器405。在多路數據采集盒107的表面上有若干個發光器， 用于指示對應端口所連接的光傳感器405是否己經接通，如發光器401 對應輸入端400。發光代表已連通，不發光代表未連通。在數據采集盒 的另一端有一個輸出端，通過串口連接至控制計算機PCI插槽中的多串 口卡404。數據采集盒107通過串口 402完成所有與計算機的交互通信。 數據采集盒107需要外部電源供電，多個數據采集盒采用并聯方式供電， 總體積和占地面積小。
如圖6所示，多個數據采集盒分別接入電源適配器，電源適配器采 用220V的交流電源供電。
在圖1和圖3中，覆蓋在投影幕106的正表面的一層透光薄膜108 起到了光擴散的作用，它將投影幕106正面接受到的光線折射入藏于穿 孔中的光導纖維之中。這樣做有兩個方面的好處第一，它可以隱藏投 影幕106上用于安裝光傳感器的穿孔，使觀眾看到的投影幕是一整塊平 滑的曲面。第二，它還可以將小角度(小于l度)入射的光線也反射入 穿孔中，這樣即使在投影設備102與投影幕106正面的所成角度很小的 極端情況下，光傳感器也能正常的工作。
權利要求1、智能屏幕系統，其特征在于控制計算機(101)分別與至少一個投影設備(102)和至少一個數據采集盒(107)連接，投影幕(106)上有若干光傳感器通過導線與至少一個數據采集盒(107)連接，數據采集盒(107)有模擬多路復用器與光傳感器和單片機控制電路連接，單片機控制電路與數據收發電路連接，數據收發電路與控制計算機連接。
2、 根據權利要求1所述的系統，其特征在于單片機控制電路有5 通道8位AD轉換單元和串口與模擬多路復用器連接。
3、 根據權利要求1所述的系統，其特征在于光傳感器由光導纖維 (203)、感光器件(204)和印制電路板(209)組成，光導纖維位于投影幕的穿孔(202)中且占滿其內部所用的空間，感光器件緊貼穿孔(202) 背面出口，其正、負引腳與印制電路板焊接，印制電路板通過導線與數 據采集盒連接，穿孔(202)的正面有透光薄膜(108)。
專利摘要本實用新型為智能屏幕系統，解決光傳感器安裝維護不便，布線復雜，不能遠距離傳輸的問題。控制計算機(101)分別與投影設備(102)和數據采集盒(107)連接，投影幕(106)上有若干光傳感器通過導線與至少一個數據采集盒(107)連接，數據采集盒(107)有模擬多路復用器與光傳感器和單片機控制電路連接，單片機控制電路與數據收發電路連接，數據收發電路與控制計算機連接。
文檔編號H04N9/31GK201369800SQ20092007983
公開日2009年12月23日 申請日期2009年3月27日 優先權日2009年3月27日
發明者茂 葉, 琪 吳, 波 張, 平 趙 申請人:四川華控圖形科技有限公司