基本信息
- 项目名称：
- 光传感投影自动适应系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 随着多媒体技术的发展投影系统在现代生活中的使用逐渐增加，但传统的投影仪应用有两大局限：投影系统使用前需要人工进行调节使其与投影幕相吻合，无法在形状不规则的投影面上投影。本文所述项目针对以上问题提出新的解决方案，创新地应用光传感技术和格雷编码图像思想使投影仪自身成为调节设备而实现投影系统的自动适应调节，并实现了在非规则投影面上正常投影。同一技术还可应用到装潢设计、电子沙盘等领域。
- 详细介绍：
- 现代多媒体技术中投影系统的使用相当广泛，由于其工作原理的特点可以在较低的成本下获得比较大的显示面积。尤其近年来出现的DLP投影技术将投影系统的亮度、对比度大幅度提高之后其应用变得更加普遍。 但是投影系统在具有诸多优势的同时也有一定的劣势，即投影系统的安装架设中必须进行反复而仔细的调节才能保证投影系统能正常地在预期的投影面上投射图像。对于固定安装的投影系统这是可以忍受的，但是实际应用中投影系统很多时候是需要频繁拆卸安装的便携式投影，在便携式投影系统中如果还应用了屏幕拼接技术对调节的精度要求将大幅度提高，立体显示技术等需要多个投影仪画面精确配合的应用中对投影调节精度要求也相当高。尤其近年来出现的新兴传媒手段——墙体投影在带来强烈视觉冲击效果的同时也对投影系统的安装和调节提出了更为苛刻的要求：不仅仅是要求能与投影幕很好地吻合在一起，而且投影系统将不能在传统的与投影幕垂直角度安装。 因此，一种资源占用更少，更加有效的调节手段是非常有必要的。 为此，本项目提出一种光传感投影自动适应调节技术，利用投影仪投射编码图像序列并以安装在投影幕上的光传感器接收该编码图像序列中的光信号，通过计算逆推传感器的所在位置并以此为基准对投影仪投射的图像进行自动适应调节，保证其精确地在指定的投影区投射预期的图像。同时，将同样的技术进行扩展应用本项目达到了在形状具有一定复杂度的投影面上无畸变投影的目的，从而突破了投影仪的传统应用限制扩展出一系列非常有实用价值的应用，如素模着色、投影幕动态追踪、大角度侧面投影等。 经过仔细而谨慎的评估，该技术也可以应用到装潢设计、电子沙盘、配色方案设计、大型投影系统的快速搭建等领域，并极大地改变其现状。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 投影系统的安装架设中必须进行反复而仔细的调节才能保证投影系统能正常地在预期的投影面上投射图像。基于此，一种有效的快速投影系统调节手段成为应用投影系统的多媒体技术中一个迫切的需求。 本项目提出的定位技术是直接将位置信息编码成用明暗表示的二进制编码，借助投影仪投射到其投影面上，当传感器接受到相应的二进制编码时进行相应的信息处理即可获得当前传感器在投影面基准坐标系下的坐标，从而确定其在投影面上的位置。 在这项投影仪应用技术中投影仪既作为传统意义上的投影仪，也作为定位装置的核心部分，这是一种全新的理念和对设备潜在价值的挖掘。自适应调节方面采用的也是不同以往的思路，以往的调节主要是基于光路的调节，而我们提出了一种在不改变投影仪光路特征的情况下对投影图像进行扭曲变换，从而达到调节图像显示效果的目的。 本项目的技术关键在于格雷编码图像的理论推导。格雷编码中每个像素点至多只出现在黑白边界上一次，同时格雷码与自然二进制码等长，不会影响到运行效率。通过简单的位运算即可完成格雷码和自然二进制码得相互转换，故不会构成很大的计算负担。同时，由于格雷码自身的特性（相邻的数之间只有一位编码不同）其良好地满足了该系统对于编码容错性的要求。 因此，在不考虑传感器自身误差的前提下，本技术的定位精度可达到1像素。
科学性、先进性
- 在这项投影仪应用技术中投影仪既作为传统意义上的投影仪，也作为定位装置的核心部分，这是一种全新的理念和对设备潜在价值的挖掘。同时，使用同一设备进行定位和功能实现有效地解决了设备之间兼容性的问题。 另一方面，在自适应调节方面我们采用的也是不同以往的思路，以往的调节主要是基于光路的调节，而我们提出了一种在不改变投影仪光路特征的情况下对投影图像进行扭曲变换，从而达到调节图像显示效果的目的。简单地说，就是对投影图像进行变形，使之收缩到预定投影幕的范围内而非改变光路使整体的投影面收缩到投影幕内，是一种更为便利的自动调节方案。 传统投影仪应用只能在一个平面上进行投影，而利用我们的新型应用方式可以利用一个投影仪在多个面甚至自由曲面上进行位置精确的投影，从而将实际空间中存在的物体覆盖上虚拟的图案，使之融为一体达到虚拟现实的效果，这样的功能在装修方案的辅助设计等方面将有很好的应用。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年4月，北京航空航天大学冯如杯学生学术科技作品竞赛，一等奖，院审第一名，信息类作品第一名
作品所处阶段
- 已完成，尚有改进空间
技术转让方式
- 专利 实物
作品可展示的形式
- 实物 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：连接计算机及投影仪，启动PC端控制软件，接通传感器电源，并将其放置在目标位置，点击PC端“扫描”按钮即可。 技术特点及优势：本作品相对传统技术有着速度快、精度高、简单易用、适应性强的特点。 适应范围及前景：本作品可广泛用于民用投影自动适应调节、工程投影定位调节、多屏幕拼接融合等领域。由于本作品结构简单，既可以将软件部分集成至投影仪系统内部，作为新型功能，增大附加价值，也可以将整套系统商品化销售，适应性强，市场广阔。
同类课题研究水平概述
- 此类课题目前国际上研究的主流实现方法为摄像头调节。利用与投影仪平行安装的摄像头采集图像后进行图像处理，通过机器视觉获得投影屏所在位置。直接进行模式识别将有一定的困难所以根据抽象后的模型仅仅尝试获得其顶点的位置。在投影屏顶点上安装850nm红外LED作为特征标志物，并用进行过滤光特性改造的摄像头采集图像后进行处理可以获得标志物在摄像头视野中的投影位置。将这个投影位置进行二次变换可以获得其在投影仪视野中的位置，从而达成定位目的。 此方案在技术上有很多已有资料可供参考，而且MIT多媒体实验室曾经在此方面进行过相当深入的尝试与探索。但同时也有一些难以解决的局限性：投影仪与摄像头的相对位置关系必须为已知的，这需要在投影仪的制造过程中就进行高精度的加工和标定，并且投影仪与相应的摄像头需要配套使用。尤其在一部分具有变焦功能的投影仪上将不可能通过提高制造精度的手段解决此问题，必须在使用中对摄像头进行重新标定。按照目前比较成熟的张氏棋盘标定法进行摄像头标定的话每次重新标定需要大概25张以上的标定画面才可能获得可以接受的标定精度，期间的运算量相当大。同时，通常使用的红外LED如果想保持在2m以外的可捕获亮度需要使用至少直径为3mm的高亮度管（假定不使用高品质的工业摄像头），其尺寸过大将严重影响调节的精度，并且进行大量运算以获得红外二极管的位置对系统资源占用比较高。不过同时需要指出，摄像头定位方案在目标物会动态移动而又对定位精度要求不高的情况下有较大的优势。
