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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 光傳感投影自動(dòng)適應(yīng)系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 隨著多媒體技術(shù)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(yīng)用有兩大局限：投影系統(tǒng)使用前需要人工進(jìn)行調(diào)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(xiàng)目針對(duì)以上問題提出新的解決方案，創(chuàng)新地應(yīng)用光傳感技術(shù)和格雷編碼圖像思想使投影儀自身成為調(diào)節(jié)設(shè)備而實(shí)現(xiàn)投影系統(tǒng)的自動(dòng)適應(yīng)調(diào)節(jié)，并實(shí)現(xiàn)了在非規(guī)則投影面上正常投影。同一技術(shù)還可應(yīng)用到裝潢設(shè)計(jì)、電子沙盤等領(lǐng)域。
- 詳細(xì)介紹：
- 現(xiàn)代多媒體技術(shù)中投影系統(tǒng)的使用相當(dāng)廣泛，由于其工作原理的特點(diǎn)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(shù)將投影系統(tǒng)的亮度、對(duì)比度大幅度提高之后其應(yīng)用變得更加普遍。 但是投影系統(tǒng)在具有諸多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也有一定的劣勢(shì)，即投影系統(tǒng)的安裝架設(shè)中必須進(jìn)行反復(fù)而仔細(xì)的調(diào)節(jié)才能保證投影系統(tǒng)能正常地在預(yù)期的投影面上投射圖像。對(duì)于固定安裝的投影系統(tǒng)這是可以忍受的，但是實(shí)際應(yīng)用中投影系統(tǒng)很多時(shí)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(yīng)用了屏幕拼接技術(shù)對(duì)調(diào)節(jié)的精度要求將大幅度提高，立體顯示技術(shù)等需要多個(gè)投影儀畫面精確配合的應(yīng)用中對(duì)投影調(diào)節(jié)精度要求也相當(dāng)高。尤其近年來出現(xiàn)的新興傳媒手段——墻體投影在帶來強(qiáng)烈視覺沖擊效果的同時(shí)也對(duì)投影系統(tǒng)的安裝和調(diào)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(diào)節(jié)手段是非常有必要的。 為此，本項(xiàng)目提出一種光傳感投影自動(dòng)適應(yīng)調(diào)節(jié)技術(shù)，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(hào)，通過計(jì)算逆推傳感器的所在位置并以此為基準(zhǔn)對(duì)投影儀投射的圖像進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)調(diào)節(jié)，保證其精確地在指定的投影區(qū)投射預(yù)期的圖像。同時(shí)，將同樣的技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)用本項(xiàng)目達(dá)到了在形狀具有一定復(fù)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(yīng)用限制擴(kuò)展出一系列非常有實(shí)用價(jià)值的應(yīng)用，如素模著色、投影幕動(dòng)態(tài)追蹤、大角度側(cè)面投影等。 經(jīng)過仔細(xì)而謹(jǐn)慎的評(píng)估，該技術(shù)也可以應(yīng)用到裝潢設(shè)計(jì)、電子沙盤、配色方案設(shè)計(jì)、大型投影系統(tǒng)的快速搭建等領(lǐng)域，并極大地改變其現(xiàn)狀。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 投影系統(tǒng)的安裝架設(shè)中必須進(jìn)行反復(fù)而仔細(xì)的調(diào)節(jié)才能保證投影系統(tǒng)能正常地在預(yù)期的投影面上投射圖像?；诖?，一種有效的快速投影系統(tǒng)調(diào)節(jié)手段成為應(yīng)用投影系統(tǒng)的多媒體技術(shù)中一個(gè)迫切的需求。 本項(xiàng)目提出的定位技術(shù)是直接將位置信息編碼成用明暗表示的二進(jìn)制編碼，借助投影儀投射到其投影面上，當(dāng)傳感器接受到相應(yīng)的二進(jìn)制編碼時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的信息處理即可獲得當(dāng)前傳感器在投影面基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，從而確定其在投影面上的位置。 在這項(xiàng)投影儀應(yīng)用技術(shù)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(duì)設(shè)備潛在價(jià)值的挖掘。自適應(yīng)調(diào)節(jié)方面采用的也是不同以往的思路，以往的調(diào)節(jié)主要是基于光路的調(diào)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(duì)投影圖像進(jìn)行扭曲變換，從而達(dá)到調(diào)節(jié)圖像顯示效果的目的。 本項(xiàng)目的技術(shù)關(guān)鍵在于格雷編碼圖像的理論推導(dǎo)。格雷編碼中每個(gè)像素點(diǎn)至多只出現(xiàn)在黑白邊界上一次，同時(shí)格雷碼與自然二進(jìn)制碼等長(zhǎng)，不會(huì)影響到運(yùn)行效率。通過簡(jiǎn)單的位運(yùn)算即可完成格雷碼和自然二進(jìn)制碼得相互轉(zhuǎn)換，故不會(huì)構(gòu)成很大的計(jì)算負(fù)擔(dān)。同時(shí)，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(duì)于編碼容錯(cuò)性的要求。 因此，在不考慮傳感器自身誤差的前提下，本技術(shù)的定位精度可達(dá)到1像素。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 在這項(xiàng)投影儀應(yīng)用技術(shù)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(duì)設(shè)備潛在價(jià)值的挖掘。同時(shí)，使用同一設(shè)備進(jìn)行定位和功能實(shí)現(xiàn)有效地解決了設(shè)備之間兼容性的問題。 另一方面，在自適應(yīng)調(diào)節(jié)方面我們采用的也是不同以往的思路，以往的調(diào)節(jié)主要是基于光路的調(diào)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(duì)投影圖像進(jìn)行扭曲變換，從而達(dá)到調(diào)節(jié)圖像顯示效果的目的。簡(jiǎn)單地說，就是對(duì)投影圖像進(jìn)行變形，使之收縮到預(yù)定投影幕的范圍內(nèi)而非改變光路使整體的投影面收縮到投影幕內(nèi)，是一種更為便利的自動(dòng)調(diào)節(jié)方案。 傳統(tǒng)投影儀應(yīng)用只能在一個(gè)平面上進(jìn)行投影，而利用我們的新型應(yīng)用方式可以利用一個(gè)投影儀在多個(gè)面甚至自由曲面上進(jìn)行位置精確的投影，從而將實(shí)際空間中存在的物體覆蓋上虛擬的圖案，使之融為一體達(dá)到虛擬現(xiàn)實(shí)的效果，這樣的功能在裝修方案的輔助設(shè)計(jì)等方面將有很好的應(yīng)用。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年4月，北京航空航天大學(xué)馮如杯學(xué)生學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽，一等獎(jiǎng)，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(jìn)空間
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利 實(shí)物
作品可展示的形式
- 實(shí)物 現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說明：連接計(jì)算機(jī)及投影儀，啟動(dòng)PC端控制軟件，接通傳感器電源，并將其放置在目標(biāo)位置，點(diǎn)擊PC端“掃描”按鈕即可。 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)：本作品相對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)有著速度快、精度高、簡(jiǎn)單易用、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。 適應(yīng)范圍及前景：本作品可廣泛用于民用投影自動(dòng)適應(yīng)調(diào)節(jié)、工程投影定位調(diào)節(jié)、多屏幕拼接融合等領(lǐng)域。由于本作品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，既可以將軟件部分集成至投影儀系統(tǒng)內(nèi)部，作為新型功能，增大附加價(jià)值，也可以將整套系統(tǒng)商品化銷售，適應(yīng)性強(qiáng)，市場(chǎng)廣闊。
同類課題研究水平概述
- 此類課題目前國(guó)際上研究的主流實(shí)現(xiàn)方法為攝像頭調(diào)節(jié)。利用與投影儀平行安裝的攝像頭采集圖像后進(jìn)行圖像處理，通過機(jī)器視覺獲得投影屏所在位置。直接進(jìn)行模式識(shí)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(diǎn)的位置。在投影屏頂點(diǎn)上安裝850nm紅外LED作為特征標(biāo)志物，并用進(jìn)行過濾光特性改造的攝像頭采集圖像后進(jìn)行處理可以獲得標(biāo)志物在攝像頭視野中的投影位置。將這個(gè)投影位置進(jìn)行二次變換可以獲得其在投影儀視野中的位置，從而達(dá)成定位目的。 此方案在技術(shù)上有很多已有資料可供參考，而且MIT多媒體實(shí)驗(yàn)室曾經(jīng)在此方面進(jìn)行過相當(dāng)深入的嘗試與探索。但同時(shí)也有一些難以解決的局限性：投影儀與攝像頭的相對(duì)位置關(guān)系必須為已知的，這需要在投影儀的制造過程中就進(jìn)行高精度的加工和標(biāo)定，并且投影儀與相應(yīng)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(duì)攝像頭進(jìn)行重新標(biāo)定。按照目前比較成熟的張氏棋盤標(biāo)定法進(jìn)行攝像頭標(biāo)定的話每次重新標(biāo)定需要大概25張以上的標(biāo)定畫面才可能獲得可以接受的標(biāo)定精度，期間的運(yùn)算量相當(dāng)大。同時(shí)，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(zhì)的工業(yè)攝像頭），其尺寸過大將嚴(yán)重影響調(diào)節(jié)的精度，并且進(jìn)行大量運(yùn)算以獲得紅外二極管的位置對(duì)系統(tǒng)資源占用比較高。不過同時(shí)需要指出，攝像頭定位方案在目標(biāo)物會(huì)動(dòng)態(tài)移動(dòng)而又對(duì)定位精度要求不高的情況下有較大的優(yōu)勢(shì)。
