一種自適應的投影儀圖像校正方法及系統與流程
本發明涉及投影電視技術領域，尤其涉及一種自適應的投影儀圖像校正方法及系統。
背景技術：
隨著近年來人們對于大屏幕電視的追求和傳統大屏幕電視的高成本制約，作為大屏幕低成本替代方案的投影電視在市場上日漸普及。投影電視從原理上基本可以看作是配備了一個大顯示幕布的投影儀。
理想條件下，投影儀需要正對幕布，與地面垂直且需要進行精確平移的情況下才能完美地實現投影過程。但完全實現這些要求，需要使用者進行比較細致地姿態調整操作。在日常家庭應用場景中，投影幕布固定而投影儀本體會偶爾被移動，投影儀姿態不再滿足上述要求，會導致投影圖像縮放，變形，無法將圖像正好投影到幕布上，為用戶觀看投影圖像帶來了不便。
因此，現有技術還有待于改進和發展。
技術實現要素：
本發明目的在于提供一種自適應的投影儀圖像校正方法及系統。
本發明的技術方案如下：
一種自適應的投影儀圖像校正方法，其中，所述方法包括：
A、對投影儀上設置的攝像頭進行標定，根據標定結果對攝像頭獲取的第一投影圖像進行畸變校正后生成第二投影圖像；
B、對第二投影圖像進行直線檢測，對檢測出的直線進行聚類，根據直線聚類后的聚類中心獲取第二投影圖像中幕布邊框的第一直線參數；
C、投影儀向投影幕布投影一指定圖像，指定圖像投影后生成第三投影圖像，獲取攝像頭拍攝的第三投影圖像，獲取指定圖像中直線在第三投影圖像中對應的第二直線參數；
D、調節指定圖像中直線的第三直線參數，直到被投影的第二直線參數與幕布邊框的第一直線參數小于一預定閾值，根據調整后的第三直線參數投影儀生成原始圖像到有效投影區域的像素點坐標映射表；
E、根據生成的像素點坐標映射表，將原始圖像的像素點一一映射至有效投影區域，并進行圖像投影，生成校正后的第四投影圖像。
所述的自適應的投影儀圖像校正方法，其中，所述步驟A之前還包括：
步驟S、預先在投影儀上設置一個攝像頭，攝像頭方向與投影儀鏡頭方向保持一致。
所述的自適應的投影儀圖像校正方法，其中，所述步驟A具體包括：
A1、對投影儀上設置的攝像頭采用張正友標定法進行標定，獲取攝像頭的內部參數；
A2、根據攝像頭的內部參數對攝像頭獲取的第一投影圖像進行畸變校正后生成第二投影圖像。
所述的自適應的投影儀圖像校正方法，其中，所述步驟B具體包括：
B1、對第二投影圖像進行hough直線檢測，獲取檢測到的若干條線段；
B2、將檢測到的若干條線段采用聚類算法進行聚類，將聚類后的線段劃分到四個類中；
B3、獲取四個類的聚類中心，四個類的聚類中心分別表示第二投影圖像中幕布邊框四條邊的第一直線參數。
所述的自適應的投影儀圖像校正方法，其中，所述步驟C具體包括：
C1、投影儀生成一張僅包含一條直線的單色背景圖像，并投影至幕布上生成第三投影圖像；
C2、獲取攝像頭拍攝的第三投影圖像，根據畸變校正和直線檢測算法得到單色背景圖像中的直線被投影后形成的第三投影圖像在攝像頭拍攝的圖像中的第二直線參數。
一種自適應的投影儀圖像校正系統，其中，系統包括：
攝像頭標定與畸變校正模塊，用于對投影儀上設置的攝像頭進行標定，根據標定結果對攝像頭獲取的第一投影圖像進行畸變校正后生成第二投影圖像；
直線檢測與聚類模塊，用于對第二投影圖像進行直線檢測，對檢測出的直線進行聚類，根據直線聚類后的聚類中心獲取第二投影圖像中幕布邊框的第一直線參數；
投影模塊，用于投影儀向投影幕布投影一指定圖像，指定圖像投影后生成第三投影圖像，獲取攝像頭拍攝的第三投影圖像，獲取指定圖像中直線在第三投影圖像中對應的第二直線參數；
映射表生成模塊，用于調節指定圖像中直線的第三直線參數，直到被投影的第二直線參數與幕布邊框的第一直線參數小于一預定閾值，根據調整后的第三直線參數投影儀生成原始圖像到有效投影區域的像素點坐標映射表；
圖像校正模塊，用于根據生成的像素點坐標映射表，將原始圖像的像素點一一映射至有效投影區域，并進行圖像投影，生成校正后的第四投影圖像。
所述的自適應的投影儀圖像校正系統，其中，所述系統還包括：
預先設置模塊，用于預先在投影儀上設置一個攝像頭，攝像頭方向與投影儀鏡頭方向保持一致。
所述的自適應的投影儀圖像校正系統，其中，所述攝像頭標定與畸變校正模塊具體包括：
攝像頭標定單元，用于對投影儀上設置的攝像頭采用張正友標定法進行標定，獲取攝像頭的內部參數；
第一校正單元，用于根據攝像頭的內部參數對攝像頭獲取的第一投影圖像進行畸變校正后生成第二投影圖像。
所述的自適應的投影儀圖像校正系統，其中，所述直線檢測與聚類模塊具體包括：
直線檢測單元，用于對第二投影圖像進行hough直線檢測，獲取檢測到的若干條線段；
聚類單元，用于將檢測到的若干條線段采用聚類算法進行聚類，將聚類后的線段劃分到四個類中；
第一直線參數獲取單元，用于、獲取四個類的聚類中心，四個類的聚類中心分別表示第二投影圖像中幕布邊框四條邊的第一直線參數。
所述的自適應的投影儀圖像校正系統，其中，所述投影模塊具體包括：
投影單元，用于投影儀生成一張僅包含一條直線的單色背景圖像，并投影至幕布上生成第三投影圖像；
第二直線參數獲取單元，用于獲取攝像頭拍攝的第三投影圖像，根據畸變校正和直線檢測算法得到單色背景圖像中的直線被投影后形成的第三投影圖像在攝像頭拍攝的圖像中的第二直線參數。
本發明提供了一種自適應的投影儀圖像校正方法及系統，本發明利用機器視覺分析算法，自動將投影內容完美投影至幕布上，從而不再要求用戶手動調整投影儀姿態，使用方便程度大大提高。
附圖說明
圖1為本發明的一種自適應的投影儀圖像校正方法的較佳實施例的流程圖。
圖2為本發明的一種自適應的投影儀圖像校正方法的具體應用實施例的利用攝像頭標定對攝像頭獲取圖像進行畸變校正的效果示意圖。
圖3為本發明的一種自適應的投影儀圖像校正方法的具體應用實施例的迭代過程示意圖。
圖4為本發明的一種自適應的投影儀圖像校正方法的具體應用實施例的原始圖像投影后的校正示意圖。
圖5為本發明的一種自適應的投影儀圖像校正系統的較佳實施例的功能原理框圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
本發明提供了一種自適應的投影儀圖像校正方法的較佳實施例的流程圖，如圖1所示，其中，方法包括：
步驟S100、對投影儀上設置的攝像頭進行標定，根據標定結果對攝像頭獲取的第一投影圖像進行畸變校正后生成第二投影圖像；
步驟S200、對第二投影圖像進行直線檢測，對檢測出的直線進行聚類，根據直線聚類后的聚類中心獲取第二投影圖像中幕布邊框的第一直線參數；
步驟S300、投影儀向投影幕布投影一指定圖像，指定圖像投影后生成第三投影圖像，獲取攝像頭拍攝的第三投影圖像，獲取指定圖像中直線在第三投影圖像中對應的第二直線參數；
步驟S400、調節指定圖像中直線的第三直線參數，直到被投影的第二直線參數與幕布邊框的第一直線參數小于一預定閾值，根據調整后的第三直線參數投影儀生成原始圖像到有效投影區域的像素點坐標映射表；
步驟S500、根據生成的像素點坐標映射表，將原始圖像的像素點一一映射至有效投影區域，并進行圖像投影，生成校正后的第四投影圖像。
具體實施時，步驟S100中，如圖2所示，為第一投影圖像根據攝像頭的標定結果對攝像頭獲取圖像進行畸變校正后生成的第二投影圖像的效果示意圖。標定算法也很多種：傳統相機標定法、主動視覺相機標定方法、相機自標定法，可根據需要進行選擇。
步驟S200用于根據聚類算法獲取幕布邊框第一直線參數信息。其中聚類算法常采用K-means算法。
所述步驟S400中根據被投影直線的參數與幕布邊框直線參數，調整生成圖像中的直線參數。將此過程迭代循環，直至被投影的直線參數與幕布邊框直線參數小于一預定閾值，然后退出迭代。迭代過程示意圖如圖3所示。具體包括如下步驟：
步驟S1、投影儀生成被投影圖像；
步驟S2、將被投影圖像投影到幕布；
步驟S3、攝像頭獲取的投影后的圖像，投影后的第一直線參數的橫縱坐標分別記為(a'，b')，第二直線參數的橫縱坐標分別記為（A，B）；
步驟S4、判斷第二直線參數修改值是否小于一預定閾值，若是，則執行步驟S5，若為否，則執行步驟S1；第二直線參數修改值的橫坐標記為da, 第二直線參數修改值的縱坐標記為db，則da=k1(A-a')；db=k2(B-b')；
步驟S5、退出迭代；
經過上述步驟，可以得知被投影圖像中直線參數為什么數值時，投影出去的直線能夠逼近幕布邊框的四條邊。因此獲得被投影圖像中有效投影區域，該區域為一四邊形。在通常情況下，該區域為不規則四邊形。然后投影儀生成標準完整圖像到有效投影區域的像素點坐標映射表。
步驟S500具體為生成變形映射表后，預處理階段結束，進入正常工作階段。在該階段投影儀根據變形映射表，將標準完整圖像的像素點一一映射至有效投影區域（區域外像素亮度置為0），并進行圖像投影。映射過程示意圖如圖4所示。映射過程采用插值算法以提高畫面質量。常見插值算法有雙線性插值，三次樣條插值等。
本發明利用機器視覺分析算法，使得投影儀在擺放方式較為隨意地情況下，能自動將圖像內容完美投影至幕布上，從而簡化用戶擺放投影儀的操作，使用方便程度大大提高。
進一步地，步驟S100之前還包括：
步驟S10、預先在投影儀上設置一個攝像頭，攝像頭方向與投影儀鏡頭方向保持一致。
具體實施時，預先在投影儀上安裝一個攝像頭。攝像頭方向基本與投影儀投影鏡頭方向一致。需要采廣角鏡頭，使得攝像頭能夠拍攝到完整的幕布邊框。
進一步的實施例中，步驟S100具體包括：
步驟S101、對投影儀上設置的攝像頭采用張正友標定法進行標定，獲取攝像頭的內部參數；
步驟S102、根據攝像頭的內部參數對攝像頭獲取的第一投影圖像進行畸變校正后生成第二投影圖像。
具體實施時，對攝像頭進行標定，對攝像頭獲取的圖像進行畸變矯正。相機標定過程是計算機視覺中成熟流程，采用張正友標定方法。標定后獲得相機內參。采用內參對相機獲取圖像進行畸變校正。“張正友標定”又稱“張氏標定”，是指張正友教授于1998年提出的單平面棋盤格的攝像機標定方法。張氏標定法已經作為工具箱或封裝好的函數被廣泛應用。因此具體的標定方法不再詳細贅述。張氏標定法為相機標定提供了很大便利，并且具有很高的精度。
進一步實施時，步驟S200具體包括：
步驟S201、對第二投影圖像進行hough直線檢測，獲取檢測到的若干條線段；
步驟S202、將檢測到的若干條線段采用聚類算法進行聚類，將聚類后的線段劃分到四個類中；
步驟S203、獲取四個類的聚類中心，四個類的聚類中心分別表示第二投影圖像中幕布邊框四條邊的第一直線參數。
具體實施時，對畸變校正后的圖像進行hough直線檢測。該操作會檢測到若干條線段。霍夫變換(Hough Transform)是圖像處理中的一種特征提取技術，它通過一種投票算法檢測具有特定形狀的物體。該過程在一個參數空間中通過計算累計結果的局部最大值得到一個符合該特定形狀的集合作為霍夫變換結果。對hough直線檢測后檢測出來的線段進行聚類。對于檢測到的若干條線段，將其轉換為y=ax+b的參數形式f(a,b)。使用k-means聚類算法對這些直線樣本進行聚類，將其劃分到四個類中。這四個類的聚類中心，分別表示圖像中幕布邊框四條邊的第一直線參數。
進一步實施時，步驟S300具體包括：
步驟S301、投影儀生成一張僅包含一條直線的單色背景圖像，并投影至幕布上生成第三投影圖像；
步驟S302、獲取攝像頭拍攝的第三投影圖像，根據畸變校正和直線檢測算法得到單色背景圖像中的直線被投影后形成的第三投影圖像在攝像頭拍攝的圖像中的第二直線參數。
具體實施時，投影并分析特殊圖像。其中特殊圖像為僅包含一條直線的單色背景圖像。該背景可根據需要進行設置。具體地，投影儀生成一張僅包含一條直線的單色背景圖像，并投影至至幕布上。攝像頭拍攝圖像后，使用畸變校正和直線檢測算法得到該生成圖像中的直線被投影后形成圖案在攝像頭拍攝圖像中的第二直線參數。
本發明還提供了一種自適應的投影儀圖像校正系統的較佳實施例，如圖5所示，其中，系統包括：
攝像頭標定與畸變校正模塊100，用于對投影儀上設置的攝像頭進行標定，根據標定結果對攝像頭獲取的第一投影圖像進行畸變校正后生成第二投影圖像；具體如方法實施例所述。
直線檢測與聚類模塊200，用于對第二投影圖像進行直線檢測，對檢測出的直線進行聚類，根據直線聚類后的聚類中心獲取第二投影圖像中幕布邊框的第一直線參數；具體如方法實施例所述。
投影模塊300，用于投影儀向投影幕布投影一指定圖像，指定圖像投影后生成第三投影圖像，獲取攝像頭拍攝的第三投影圖像，獲取指定圖像中直線在第三投影圖像中對應的第二直線參數；具體如方法實施例所述。
映射表生成模塊400，用于調節指定圖像中直線的第三直線參數，直到被投影的第二直線參數與幕布邊框的第一直線參數小于一預定閾值，根據調整后的第三直線參數投影儀生成原始圖像到有效投影區域的像素點坐標映射表；具體如方法實施例所述。
圖像校正模塊500，用于根據生成的像素點坐標映射表，將原始圖像的像素點一一映射至有效投影區域，并進行圖像投影，生成校正后的第四投影圖像；具體如方法實施例所述。
所述的自適應的投影儀圖像校正系統，其中，所述系統還包括：
預先設置模塊，用于預先在投影儀上設置一個攝像頭，攝像頭方向與投影儀鏡頭方向保持一致；具體如方法實施例所述。
所述的自適應的投影儀圖像校正系統，其中，所述攝像頭標定與畸變校正模塊具體包括：
攝像頭標定單元，用于對投影儀上設置的攝像頭采用張正友標定法進行標定，獲取攝像頭的內部參數；具體如方法實施例所述。
第一校正單元，用于根據攝像頭的內部參數對攝像頭獲取的第一投影圖像進行畸變校正后生成第二投影圖像；具體如方法實施例所述。
所述的自適應的投影儀圖像校正系統，其中，所述直線檢測與聚類模塊具體包括：
直線檢測單元，用于對第二投影圖像進行hough直線檢測，獲取檢測到的若干條線段；具體如方法實施例所述。
聚類單元，用于將檢測到的若干條線段采用聚類算法進行聚類，將聚類后的線段劃分到四個類中；具體如方法實施例所述。
第一直線參數獲取單元，用于獲取四個類的聚類中心，四個類的聚類中心分別表示第二投影圖像中幕布邊框四條邊的第一直線參數；具體如方法實施例所述。
所述的自適應的投影儀圖像校正系統，其中，所述投影模塊具體包括：
投影單元，用于投影儀生成一張僅包含一條直線的單色背景圖像，并投影至幕布上生成第三投影圖像；具體如方法實施例所述。
第二直線參數獲取單元，用于獲取攝像頭拍攝的第三投影圖像，根據畸變校正和直線檢測算法得到單色背景圖像中的直線被投影后形成的第三投影圖像在攝像頭拍攝的圖像中的第二直線參數；具體如方法實施例所述。
綜上所述，本發明提供了一種自適應的投影儀圖像校正方法及系統，方法包括：標定投影儀上攝像頭，根據標定結果對攝像頭獲取的第一投影圖像進行畸變校正后生成第二投影圖像；對第二投影圖像進行直線檢測并進行聚類，獲取幕布邊框的第一直線參數；投影儀投影一指定圖像生成第三投影圖像，獲取指定圖像中直線在第三投影圖像中的第二直線參數；調節指定圖像中直線的第三直線參數，直到第二直線參數與第一直線參數小于一預定閾值，生成原始圖像到有效投影區域的映射表；根據映射表，將原始圖像進行投影，生成校正后的第四投影圖像。本發明利用機器視覺分析算法，自動將投影內容完美投影至幕布上，從而不再要求用戶手動調整投影儀姿態，使用方便程度大大提高。
應當理解的是，本發明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
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