MÉTODO Y APARATO PARA AJUSTAR AUTOMÁTICAMENTE LA ALINEACIÓN DE UN PROYECTOR CON RESPECTO A UNA PANTALLA DE PROYECCIÓN.

Método implementado por ordenador para ajustar la posición de un proyector (110) con respecto a una superficie (120) de visualización,

que comprende las etapas de: visualizar, con el proyector (110), una imagen (170) de salida sobre la superficie (120) de visualización, teniendo la superficie (120) de visualización características (121, 122) detectables en posiciones conocidas, e incluyendo la imagen (170) de salida un patrón distintivo; captar (310) una imagen (180) de entrada de la superficie (120) de visualización y de la imagen de salida con una cámara (140); detectar, a partir de la imagen (180) de entrada, las características (121, 122) de la superficie de visualización y las ubicaciones (171-174) en el patrón de la imagen (170) de salida; determinar (320) una homografía HC, D (321) entre la cuadrícula de los sensores ópticos de la cámara (140) y la superficie (120) de visualización y una homografía HC, P (322) entre la cuadrícula de los sensores ópticos de la cámara (140) y las coordenadas (x, y) del proyector a partir de las características (121, 122) detectadas y las ubicaciones (171-174); usar las homografías HC, D (321) y HC, P (322) determinadas para determinar una homografía HD, P que relaciona las coordenadas (u, v) de la superficie (120) de visualización con las coordenadas (x, y) del proyector y descomponer la homografía HD, P en parámetros de rotación y traslación que expresan (330) una posición MP (331) del proyector; en el que las coordenadas de la superficie de visualización se relacionan con las coordenadas del proyector según [wx wy w] T = HD, P [u v 1] T = HC, D (HC, P) -1 [u v 1] T donde w es un coeficiente homogéneo de las coordenadas proyectivas, donde T indica una transposición y donde una matriz PP de proyección de perspectiva proyecta puntos en 3D sobre un plano de imagen en 2D según PP = AP [R | t] = AP [r1 r2 r3 | t] = APMP, donde AP es una matriz de 3x3 que incluye parámetros internos del proyector (110) y un punto principal y donde R y t son parámetros externos del proyector (110), siendo R una matriz de rotación de 3x3 que tiene columnas r1, r2 y r3 como los parámetros de rotación y siendo t el parámetro de traslación; determinar una posición M0 ideal del proyector (110) correspondiente a una homografía HO ideal y determinar (340) un ajuste MA (341) de la posición para transformar la posición MP del proyector a la posición M0 ideal según MA = M0MP -1 , donde M0 = (AP) -1 H0 = MAMP; descomponer el ajuste MA de la posición en parámetros de ajuste de rotación y traslación; y ajustar mecánicamente (350) el proyector a la posición M0 ideal según los parámetros de ajuste de rotación y traslación

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2006/305184.

Solicitante: MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 7-3, MARUNOUCHI 2-CHOME CHIYODA-KU TOKYO 100-8310 JAPON.

Inventor/es: RASKAR,Ramesh, VAN,BAAR,Jeroen.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 9 de Marzo de 2006.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G03B21/14 FISICA.G03 FOTOGRAFIA; CINEMATOGRAFIA; TECNICAS ANALOGAS QUE UTILIZAN ONDAS DISTINTAS DE LAS ONDAS OPTICAS; ELECTROGRAFIA; HOLOGRAFIA.G03B APARATOS O DISPOSITIVOS PARA HACER FOTOGRAFIAS, PARA PROYECTARLAS O VERLAS; APARATOS O DISPOSITIVOS QUE UTILIZAN TECNICAS ANALOGAS UTILIZANDO ONDAS DIFERENTES DE LAS ONDAS OPTICAS; SUS ACCESORIOS (partes ópticas de estos aparatos G02B; materiales fotosensibles para la fotografía o procedimientos fotográficos G03C; aparellaje para el tratamiento de materiales fotosensibles después de la exposición G03D). › G03B 21/00 Proyectores o visores del tipo por proyección; Sus accesorios (dispositivos de cambio de imagen G03B 23/00). › Detalles.
  • H04N5/74 ELECTRICIDAD.H04 TECNICA DE LAS COMUNICACIONES ELECTRICAS.H04N TRANSMISION DE IMAGENES, p. ej. TELEVISION. › H04N 5/00 Detalles de los sistemas de televisión (Detalles de los dispositivos de análisis o sus combinaciones con la producción de la tensión de alimentación H04N 3/00). › Dispositivos de proyección para reproducción de imágenes, p. ej. utilizando eidóforo.

Clasificación PCT:

  • G03B21/14 G03B 21/00 […] › Detalles.
  • H04N5/74 H04N 5/00 […] › Dispositivos de proyección para reproducción de imágenes, p. ej. utilizando eidóforo.
  • H04N7/00 H04N […] › Sistemas de televisión (detalles H04N 3/00, H04N 5/00; métodos y arreglos, para la codificación, decodificación, compresión o descompresión de señales de vídeo digital H04N 19/00; distribución selectiva de contenido H04N 21/00).
  • H04N9/31 H04N […] › H04N 9/00 Detalles de los sistemas de televisión en color. › Dispositivos de proyección para la presentación de imágenes en color.

Países PCT: Alemania, España, Reino Unido.

PDF original: ES-2370512_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Método y aparato para ajustar automáticamente la alineación de un proyector con respecto a una pantalla de proyección. Campo técnico Esta invención se refiere en general a proyectores de imágenes, y más particularmente, a la corrección de problemas de distorsión trapezoidal en imágenes visualizadas. Antecedentes de la técnica Los proyectores de imágenes son comunes. Estos proyectores se apuntan hacia una superficie de visualización vertical para mostrar una presentación de diapositivas o un vídeo. Muchos de estos proyectores usan LCD de transmisión, y normalmente tienen una única lente. Los proyectores pueden visualizar las imágenes de una en una o como una secuencia de imágenes. Estos proyectores se diseñan normalmente de modo que se visualizan imágenes sin distorsión sobre la superficie de visualización solamente cuando un eje óptico del proyector está alineado perpendicularmente a un centro de la superficie de visualización. Si la suposición anterior se infringe, entonces la imagen de salida resultante puede no ser rectangular, y será, en el mejor de los casos, un trapezoide y en el peor de los casos, un cuadrilátero arbitrario. Este problema se denomina distorsión trapezoidal. Con los proyectores de la técnica anterior, la única manera de corregir la distorsión trapezoidal es ajustar tediosamente la posición física del proyector cambiándolo de lugar mediante traslación y rotación del proyector hasta que se visualice una imagen rectangular. La patente estadounidense n.º 5.548.357, Keystoning and focus correction for an overhead projector, concedida a Appel et al. el 18 de agosto de 1998, describe un sistema en el que se visualiza una diapositiva de prueba. Un usuario identifica los pares de líneas más paralelos entre sí. La identificación del par de líneas activa un programa de corrección de la distorsión que usa el ángulo oblicuo entre el plano horizontal a través del proyector y la pantalla de visionado. La patente estadounidense n.º 5.795.046, Method for pre-compensating an asymmetrical picture in a projection system for displaying a picture, concedida a Woo en agosto de 1998, describe un sistema en el que se compensa el ángulo de proyección, y el error trapezoidal, mediante la introducción por parte del usuario de información de posición en el sistema mediante un teclado. La patente estadounidense 6.520.647, Automatic keystone correction for proyectors with arbitrary orientation, concedida a Raskar, el 18 de febrero de 2003, describe un método que corrige la distorsión trapezoidal en un proyector orientado arbitrariamente con respecto a una superficie de visualización. Se miden un ángulo de elevación, un ángulo de alabeo y un ángulo azimutal de un eje óptico del proyector con respecto a la superficie de visualización. Se determina una matriz de transformación proyectiva plana a partir de los ángulos de elevación, alabeo y azimutal. Se deforma una imagen fuente que va a proyectarse mediante el proyector según la transformación proyectiva plana, y entonces se proyecta sobre la superficie de visualización. Sin embargo, deformar digitalmente una imagen da como resultado una degradación de la calidad de la imagen, porque los píxeles tienen que volver a muestrearse, y se desechan algunos píxeles. El documento US 2004/085256 A1 describe la alineación de sistemas de visualización de múltiples proyectores. Se usa una cámara para capturar imágenes de visualización de mosaico basándose en patrones de prueba y se calculan datos de corrección correspondientes. Se usan mapas cámara-mural así como mapas mosaico-cámara. Se extraen parámetros de posición para cada proyector a partir de una correlación de mosaico-coordenadas globales y se usan posicionadores motorizados para variar la alineación, la orientación y el zoom de los proyectores correspondientes. El documento US 6.527395 B1 describe que pueden usarse dos homografías para correcciones de posición. La corrección se basa en una eliminación de la deformación de las imágenes correspondientes. Smarter Presentations: Exploiting Homography in Camera-Projector Systems de R. Sukthankar et al. en: Proceedings of International Conference on Computer Vision, 2001, describe una homografía cámara-proyector y una homografía proyector-pantalla. Se usa una deformación previa para una corrección de la distorsión trapezoidal de la imagen proyectada. Descripción de invención La invención ajusta una posición de un proyector con respecto a una superficie de visualización según las reivindicaciones 1 a 9 o la reivindicación 10, respectivamente. Se determina una homografía HD, P entre una 2 E06715675 26-10-2011   superficie de visualización y un proyector. La homografía HD, P se descompone en parámetros de rotación y traslación que expresan una posición MP del proyector. Se determina una posición M0 ideal del proyector correspondiente a una homografía H0 ideal. Se determina un ajuste MA de la posición según MA = M0 (MP) -1 . El ajuste MA de la posición se descompone en parámetros de ajuste de rotación y traslación. Entonces, el proyector se ajusta mecánicamente a la posición M0 ideal según los parámetros de ajuste de rotación y traslación. Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de proyector según la invención; la figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema de múltiples proyectores con imágenes contiguas según la invención; la figura 3 es un diagrama de flujo de un método para ajustar una posición de un proyector según la invención; y la figura 4 es un diagrama de bloques de un sistema de múltiples proyectores con imágenes solapadas según la invención. Mejor modo de llevar a cabo la invención Como se muestra en la figura 1, un sistema 100 de visualización de proyector según la presente invención incluye un proyector 110 que tiene una posición MP arbitraria en las coordenadas (x, y, z) del mundo real, y una superficie 120 de visualización con sistemas de coordenadas (u, v). Los sistemas de coordenadas pueden tener valores normalizados en el intervalo [0,..., 1], o mediciones físicas reales. Las relaciones de aspecto del proyector y la superficie de visualización coinciden sustancialmente. Por posición, nos referimos específicamente a la rotación y traslación alrededor de los tres ejes. La posición del proyector, con respecto a la superficie de visualización, es arbitraria y desconocida. Por tanto, existe un problema potencial de distorsión trapezoidal, que la invención soluciona mecánicamente. El sistema también puede incluir sensores ópticos, por ejemplo, los sensores ópticos están montados en una cámara 140 como una cuadrícula CCD. El proyector y la cámara se conectan a un procesador 150 para realizar un método 300 según la invención. Se conocen los parámetros internos y las distorsiones radiales del (de los) proyector(es) y la cámara. Alternativamente, la pantalla de visualización puede incluir fotosensores 160 montados en posiciones conocidas sobre la superficie de visualización. Los fotosensores se conectan al procesador 150 o bien por cable, por cable de fibra óptica, o bien por un enlace inalámbrico. La superficie de visualización puede mirarse desde una parte delantera o trasera. La superficie de visualización incluye características distinguibles en posiciones conocidas, tales como esquinas 121 y bordes 122. El proyector puede visualizar una imagen 170 de salida o una secuencia de imágenes, es decir, un vídeo. El proyector está montado sobre una plataforma 130 que permite seis grados externos de libertad que dan como resultado una posición arbitraria del proyector con respecto a la superficie 120. Las articulaciones 131 pueden cambiar la posición MP del proyector. Las articulaciones 131 pueden accionarse con motores. Como se expuso anteriormente, la imagen 170 de salida puede ser un cuadrilátero distorsionado arbitrario, no necesariamente alineado con la superficie de visualización. Se desea para corregir esta distorsión de modo que la imagen visualizada sea rectangular y esté alineada con los bordes de la superficie de visualización, sin deformar digitalmente la imagen visualizada. El proyector 110 visualiza la imagen de salida en un sistema de coordenadas de imagen. El proyector tiene cuatro grados internos de libertad para realizar desplazamiento horizontal, desplazamiento vertical, zoom e inclinación. Los desplazamientos de la imagen se realizan habitualmente desplazando la lente, el zoom se alcanza desplazando la lente hacia dentro y hacia fuera, y la inclinación mediante desplazamiento horizontal y vertical al mismo tiempo. Como se muestra en la figura 2, la invención también puede usarse con un sistema 200 de múltiples proyectores. Las imágenes visualizadas por los múltiples proyectores 110-113 pueden o bien ser contiguas como en la figura 2... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método implementado por ordenador para ajustar la posición de un proyector (110) con respecto a una superficie (120) de visualización, que comprende las etapas de: visualizar, con el proyector (110), una imagen (170) de salida sobre la superficie (120) de visualización, teniendo la superficie (120) de visualización características (121, 122) detectables en posiciones conocidas, e incluyendo la imagen (170) de salida un patrón distintivo; captar (310) una imagen (180) de entrada de la superficie (120) de visualización y de la imagen de salida con una cámara (140); detectar, a partir de la imagen (180) de entrada, las características (121, 122) de la superficie de visualización y las ubicaciones (171-174) en el patrón de la imagen (170) de salida; determinar (320) una homografía HC, D (321) entre la cuadrícula de los sensores ópticos de la cámara (140) y la superficie (120) de visualización y una homografía HC, P (322) entre la cuadrícula de los sensores ópticos de la cámara (140) y las coordenadas (x, y) del proyector a partir de las características (121, 122) detectadas y las ubicaciones (171-174); usar las homografías HC, D (321) y HC, P (322) determinadas para determinar una homografía HD, P que relaciona las coordenadas (u, v) de la superficie (120) de visualización con las coordenadas (x, y) del proyector y descomponer la homografía HD, P en parámetros de rotación y traslación que expresan (330) una posición MP (331) del proyector; en el que las coordenadas de la superficie de visualización se relacionan con las coordenadas del proyector según [wx wy w] T = HD, P [u v 1] T = HC, D (HC, P) -1 [u v 1] T donde w es un coeficiente homogéneo de las coordenadas proyectivas, donde T indica una transposición y donde una matriz PP de proyección de perspectiva proyecta puntos en 3D sobre un plano de imagen en 2D según PP = AP [R | t] = AP [r1 r2 r3 | t] = APMP, donde AP es una matriz de 3x3 que incluye parámetros internos del proyector (110) y un punto principal y donde R y t son parámetros externos del proyector (110), siendo R una matriz de rotación de 3x3 que tiene columnas r1, r2 y r3 como los parámetros de rotación y siendo t el parámetro de traslación; determinar una posición M0 ideal del proyector (110) correspondiente a una homografía HO ideal y determinar (340) un ajuste MA (341) de la posición para transformar la posición MP del proyector a la posición M0 ideal según MA = M0MP -1 , donde M0 = (AP) -1 H0 = MAMP; descomponer el ajuste MA de la posición en parámetros de ajuste de rotación y traslación; y ajustar mecánicamente (350) el proyector a la posición M0 ideal según los parámetros de ajuste de rotación y traslación. 2. Método según la reivindicación 1, que comprende además: repetir (355) las etapas de captar (310) una imagen de entrada, detectar las características (121, 122) y las ubicaciones (171-174), determinar las homografías HC, D, HC, P y HD, P y descomponer HD, P, determinar el ajuste MA de la posición, descomponer el ajuste MA de la posición y ajustar mecánicamente el proyector a la posición M0 ideal según los parámetros de ajuste de rotación y traslación hasta que el ajuste mecánico alcance (361) una precisión predeterminada. 3. Método según la reivindicación 1 , en el que el proyector (110) está montado sobre una plataforma (130) con seis grados de libertad, que incluye articulaciones (131) motorizadas, y que comprende además: proporcionar los parámetros de ajuste de rotación y traslación a las articulaciones motorizadas para ajustar el proyector a la posición M0 ideal. 4. Método según la reivindicación 1, en el que la superficie (120) de visualización se mira desde una parte delantera. 5. Método según la reivindicación 1, en el que la superficie (120) de visualización se mira desde una parte trasera. 6. Método según la reivindicación 1, en el que hay una pluralidad de proyectores (110-113) que visualizan imágenes contiguas y cada proyector se ajusta de manera independiente. 7. Método según la reivindicación 1, en el que hay una pluralidad de proyectores (110-113) que visualizan imágenes solapadas, y que comprende además: 6 E06715675 26-10-2011   ajustar un aumento del brillo en la zona de solapamiento. 8. Método según la reivindicación 7, en el que el ajuste de la intensidad se realiza digitalmente en una memoria intermedia de trama del proyector (110). 9. Método según la reivindicación 7, en el que el ajuste de la intensidad se realiza de manera óptica con filtros de reducción de la intensidad. 10. Aparato para ajustar una posición de un proyector (110) con respecto a una superficie (120) de visualización, que comprende: una plataforma (130) con seis grados de libertad que incluye articulaciones (131) motorizadas; un proyector (110) montado sobre la plataforma (130) con seis grados de libertad; la superficie (120) de visualización; medios para visualizar, con el proyector (110), una imagen (170) de salida sobre la superficie (120) de visualización, teniendo la superficie (120) de visualización características (121, 122) detectables en posiciones conocidas e incluyendo la imagen (170) de salida un patrón distintivo; medios para captar (310) una imagen (180) de entrada de la superficie (120) de visualización y de la imagen de salida con una cámara (140); medios para detectar, a partir de la imagen (180) de entrada, las características (121, 122) de la superficie de visualización y las ubicaciones (171-174) en el patrón de la imagen (170) de salida; medios para determinar (320) una homografía HC, D (321) entre la cuadrícula de los sensores ópticos de la cámara (140) y la superficie (120) de visualización y una homografía HC, P (322) entre la cuadrícula de los sensores ópticos de la cámara (140) y las coordenadas (x, y) del proyector a partir de las características (121, 122) detectadas y las ubicaciones (171-174); medios para usar las homografías HC, D (321) y HC, P (322) determinadas para determinar una homografía HD, P que relaciona las coordenadas (u, v) de la superficie (120) de visualización con las coordenadas (x, y) del proyector y para descomponer la homografía HD, P en parámetros de rotación y traslación que expresan (330) una posición MP (331) del proyector; en el que las coordenadas de la superficie de visualización se relacionan con las coordenadas del proyector según [wx wy w] T = HD, P [u v 1] T = HC, D (HC, P) -1 [u v 1] T donde w es un coeficiente homogéneo de las coordenadas proyectivas, donde T indica una transposición y donde una matriz PP de proyección de perspectiva proyecta puntos en 3D sobre un plano de imagen en 2D según PP = AP [R | t] = AP [r1 r2 r3 | t] = APMP, donde AP es una matriz de 3x3 que incluye parámetros internos del proyector (110) y un punto principal y donde R y t son parámetros externos del proyector (110), siendo R una matriz de rotación de 3x3 que tiene columnas r1, r2 y r3 como los parámetros de rotación y siendo t el parámetro de traslación; medios para determinar una posición M0 ideal del proyector (110) correspondiente a una homografía HO ideal y para determinar (340) un ajuste MA (341) de la posición para transformar la posición MP del proyector a la posición M0 ideal según MA = M0MP -1 , donde M0 = (AP) -1 H0 = MAMP; medios para descomponer el ajuste MA de la posición en parámetros de ajuste de rotación y traslación; y medios para ajustar mecánicamente (350) el proyector a la posición M0 ideal según los parámetros de ajuste de rotación y traslación. 7 E06715675 26-10-2011   8 E06715675 26-10-2011   9 E06715675 26-10-2011   E06715675 26-10-2011   11 E06715675 26-10-2011

 

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