基本信息
- 項目名稱：
- 光傳感投影自動適應系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 隨著多媒體技術的發(fā)展投影系統(tǒng)在現(xiàn)代生活中的使用逐漸增加，但傳統(tǒng)的投影儀應用有兩大局限：投影系統(tǒng)使用前需要人工進行調節(jié)使其與投影幕相吻合，無法在形狀不規(guī)則的投影面上投影。本文所述項目針對以上問題提出新的解決方案，創(chuàng)新地應用光傳感技術和格雷編碼圖像思想使投影儀自身成為調節(jié)設備而實現(xiàn)投影系統(tǒng)的自動適應調節(jié)，并實現(xiàn)了在非規(guī)則投影面上正常投影。同一技術還可應用到裝潢設計、電子沙盤等領域。
- 詳細介紹：
- 現(xiàn)代多媒體技術中投影系統(tǒng)的使用相當廣泛，由于其工作原理的特點可以在較低的成本下獲得比較大的顯示面積。尤其近年來出現(xiàn)的DLP投影技術將投影系統(tǒng)的亮度、對比度大幅度提高之后其應用變得更加普遍。 但是投影系統(tǒng)在具有諸多優(yōu)勢的同時也有一定的劣勢，即投影系統(tǒng)的安裝架設中必須進行反復而仔細的調節(jié)才能保證投影系統(tǒng)能正常地在預期的投影面上投射圖像。對于固定安裝的投影系統(tǒng)這是可以忍受的，但是實際應用中投影系統(tǒng)很多時候是需要頻繁拆卸安裝的便攜式投影，在便攜式投影系統(tǒng)中如果還應用了屏幕拼接技術對調節(jié)的精度要求將大幅度提高，立體顯示技術等需要多個投影儀畫面精確配合的應用中對投影調節(jié)精度要求也相當高。尤其近年來出現(xiàn)的新興傳媒手段——墻體投影在帶來強烈視覺沖擊效果的同時也對投影系統(tǒng)的安裝和調節(jié)提出了更為苛刻的要求：不僅僅是要求能與投影幕很好地吻合在一起，而且投影系統(tǒng)將不能在傳統(tǒng)的與投影幕垂直角度安裝。 因此，一種資源占用更少，更加有效的調節(jié)手段是非常有必要的。 為此，本項目提出一種光傳感投影自動適應調節(jié)技術，利用投影儀投射編碼圖像序列并以安裝在投影幕上的光傳感器接收該編碼圖像序列中的光信號，通過計算逆推傳感器的所在位置并以此為基準對投影儀投射的圖像進行自動適應調節(jié)，保證其精確地在指定的投影區(qū)投射預期的圖像。同時，將同樣的技術進行擴展應用本項目達到了在形狀具有一定復雜度的投影面上無畸變投影的目的，從而突破了投影儀的傳統(tǒng)應用限制擴展出一系列非常有實用價值的應用，如素模著色、投影幕動態(tài)追蹤、大角度側面投影等。 經(jīng)過仔細而謹慎的評估，該技術也可以應用到裝潢設計、電子沙盤、配色方案設計、大型投影系統(tǒng)的快速搭建等領域，并極大地改變其現(xiàn)狀。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 投影系統(tǒng)的安裝架設中必須進行反復而仔細的調節(jié)才能保證投影系統(tǒng)能正常地在預期的投影面上投射圖像?；诖?，一種有效的快速投影系統(tǒng)調節(jié)手段成為應用投影系統(tǒng)的多媒體技術中一個迫切的需求。 本項目提出的定位技術是直接將位置信息編碼成用明暗表示的二進制編碼，借助投影儀投射到其投影面上，當傳感器接受到相應的二進制編碼時進行相應的信息處理即可獲得當前傳感器在投影面基準坐標系下的坐標，從而確定其在投影面上的位置。 在這項投影儀應用技術中投影儀既作為傳統(tǒng)意義上的投影儀，也作為定位裝置的核心部分，這是一種全新的理念和對設備潛在價值的挖掘。自適應調節(jié)方面采用的也是不同以往的思路，以往的調節(jié)主要是基于光路的調節(jié)，而我們提出了一種在不改變投影儀光路特征的情況下對投影圖像進行扭曲變換，從而達到調節(jié)圖像顯示效果的目的。 本項目的技術關鍵在于格雷編碼圖像的理論推導。格雷編碼中每個像素點至多只出現(xiàn)在黑白邊界上一次，同時格雷碼與自然二進制碼等長，不會影響到運行效率。通過簡單的位運算即可完成格雷碼和自然二進制碼得相互轉換，故不會構成很大的計算負擔。同時，由于格雷碼自身的特性（相鄰的數(shù)之間只有一位編碼不同）其良好地滿足了該系統(tǒng)對于編碼容錯性的要求。 因此，在不考慮傳感器自身誤差的前提下，本技術的定位精度可達到1像素。
科學性、先進性
- 在這項投影儀應用技術中投影儀既作為傳統(tǒng)意義上的投影儀，也作為定位裝置的核心部分，這是一種全新的理念和對設備潛在價值的挖掘。同時，使用同一設備進行定位和功能實現(xiàn)有效地解決了設備之間兼容性的問題。 另一方面，在自適應調節(jié)方面我們采用的也是不同以往的思路，以往的調節(jié)主要是基于光路的調節(jié)，而我們提出了一種在不改變投影儀光路特征的情況下對投影圖像進行扭曲變換，從而達到調節(jié)圖像顯示效果的目的。簡單地說，就是對投影圖像進行變形，使之收縮到預定投影幕的范圍內而非改變光路使整體的投影面收縮到投影幕內，是一種更為便利的自動調節(jié)方案。 傳統(tǒng)投影儀應用只能在一個平面上進行投影，而利用我們的新型應用方式可以利用一個投影儀在多個面甚至自由曲面上進行位置精確的投影，從而將實際空間中存在的物體覆蓋上虛擬的圖案，使之融為一體達到虛擬現(xiàn)實的效果，這樣的功能在裝修方案的輔助設計等方面將有很好的應用。
獲獎情況及鑒定結果
- 2011年4月，北京航空航天大學馮如杯學生學術科技作品競賽，一等獎，院審第一名，信息類作品第一名
作品所處階段
- 已完成，尚有改進空間
技術轉讓方式
- 專利 實物
作品可展示的形式
- 實物 現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明：連接計算機及投影儀，啟動PC端控制軟件，接通傳感器電源，并將其放置在目標位置，點擊PC端“掃描”按鈕即可。 技術特點及優(yōu)勢：本作品相對傳統(tǒng)技術有著速度快、精度高、簡單易用、適應性強的特點。 適應范圍及前景：本作品可廣泛用于民用投影自動適應調節(jié)、工程投影定位調節(jié)、多屏幕拼接融合等領域。由于本作品結構簡單，既可以將軟件部分集成至投影儀系統(tǒng)內部，作為新型功能，增大附加價值，也可以將整套系統(tǒng)商品化銷售，適應性強，市場廣闊。
同類課題研究水平概述
- 此類課題目前國際上研究的主流實現(xiàn)方法為攝像頭調節(jié)。利用與投影儀平行安裝的攝像頭采集圖像后進行圖像處理，通過機器視覺獲得投影屏所在位置。直接進行模式識別將有一定的困難所以根據(jù)抽象后的模型僅僅嘗試獲得其頂點的位置。在投影屏頂點上安裝850nm紅外LED作為特征標志物，并用進行過濾光特性改造的攝像頭采集圖像后進行處理可以獲得標志物在攝像頭視野中的投影位置。將這個投影位置進行二次變換可以獲得其在投影儀視野中的位置，從而達成定位目的。 此方案在技術上有很多已有資料可供參考，而且MIT多媒體實驗室曾經(jīng)在此方面進行過相當深入的嘗試與探索。但同時也有一些難以解決的局限性：投影儀與攝像頭的相對位置關系必須為已知的，這需要在投影儀的制造過程中就進行高精度的加工和標定，并且投影儀與相應的攝像頭需要配套使用。尤其在一部分具有變焦功能的投影儀上將不可能通過提高制造精度的手段解決此問題，必須在使用中對攝像頭進行重新標定。按照目前比較成熟的張氏棋盤標定法進行攝像頭標定的話每次重新標定需要大概25張以上的標定畫面才可能獲得可以接受的標定精度，期間的運算量相當大。同時，通常使用的紅外LED如果想保持在2m以外的可捕獲亮度需要使用至少直徑為3mm的高亮度管（假定不使用高品質的工業(yè)攝像頭），其尺寸過大將嚴重影響調節(jié)的精度，并且進行大量運算以獲得紅外二極管的位置對系統(tǒng)資源占用比較高。不過同時需要指出，攝像頭定位方案在目標物會動態(tài)移動而又對定位精度要求不高的情況下有較大的優(yōu)勢。
