交叉布置多方向环幕全覆盖的投影方法、系统及投影仪与流程

本发明涉及影像处理技术领域，特别涉及一种交叉布置多方向环幕全覆盖的投影方法、系统及投影仪。

背景技术：

cave投影系统是一种大型的vr系统(比如vr-platformcave)，具有高度的沉浸感、良好的交互手段，可以融合视觉、触觉、声音等，并且可以跟踪头部的6个自由度的运动。cave沉浸式虚拟现实显示系统的原理比较复杂，它是以计算机图形学为基础，把高分辨率的立体投影显示技术、多通道视景同步技术、三维计算机图形技术、音响技术、传感器技术等完美地融合在一起，从而产生一个被三维立体投影画面包围的供多人使用的完全沉浸式的虚拟环境。目前，复杂场景的实时高分辨率多窗口内容渲染主要应用于cave系统。cave是一种大型的虚拟现实系统，具有高度的沉浸感、良好的交互手段，其中cave投影系统是由3个面以上(含3面)硬质背投影墙组成的高度沉浸的虚拟演示环境，围绕着观察者具有多个图像画面的虚拟现实系统，多个投影面组成一个虚拟空间。常见cave系统投影空间为标准立方体结构，这4个独立的投影通道最终形成空间连续的投影画面。

目前，常规多光机投影仪实现环绕式或者大范围投影的优势在于对填补工程投影仪对巨大物理空间的投影距离的需求，在技术上实现了家用尺度空间下(中小型空间)的大幅面环绕投影。缺陷在于，对于使用在更小的微小空间时，投影面与光机的距离过于近；而且不能满足投影面大小无需使用特殊短焦距的光机，使用通用普通焦距光机即可实现幅面覆盖小微空间。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种交叉布置多方向环幕全覆盖的投影方法、系统及投影仪，不仅实现光机布置的集成优化，突破单光机投影仪的光学元件的局限性，以交叉布局的方式解决在小型和微型空间中光机与环幕投影平面距离相对较近导致的画幅不够大的问题；同时满足投影面大小无需使用特殊短焦距的光机，使用通用普通焦距光机即可实现幅面覆盖小微空间的要求。

本发明提供了一种交叉布置多方向环幕全覆盖的投影方法，包括以下步骤：

对待投影视觉平台进行划分得到环幕投影平面，并将各个待布置光机投射至所述环幕投影平面，得到光路距离信息；

按照最大的光路距离信息对各个所述待布置光机进行布置，根据布置结果将各个待布置光机投射至对应的所述环幕投影平面，得到第一投影覆盖范围；

根据各个对应待布置光机的设置参数按预设投影面对所述第一投影覆盖范围进行调整，得到第二投影覆盖范围；

获取各个待布置光机的几何参数，并对所述几何参数和所述第二投影覆盖范围进行测算，得到待布置光机的空间位置和旋转角度范围。

作为一种可实施方式，所述对待投影视觉平台进行划分得到环幕投影平面包括以下步骤：

将待投影视觉平台的立方体的一个面视为设置面，并获取所述设置面的中心的预置位置信息；

根据所述预置位置信息对所述待投影视觉平台按照象限进行划分，得到环幕投影平面。

作为一种可实施方式，所述根据各个对应待布置光机的设置参数按预设投影面对所述第一投影覆盖范围进行调整，得到第二投影覆盖范围包括以下步骤：

获取各个对应待布置光机的设置参数，所述设置参数包括投射比、环幕投影平面比例、垂直比例以及梯形校正容限；

根据所述投射比、环幕投影平面比例、垂直比例以及梯形校正容限对所述第一投影覆盖范围进行调整，将调整结果与预设投影面进行比较；

若调整结果与所述预设投影面一致，则得到第二投影覆盖范围。

作为一种可实施方式，所述并对所述几何参数和所述第二投影覆盖范围进行测算，得到待布置光机的空间位置和旋转角度范围包括以下步骤：

根据所述第二投影覆盖范围，调整各个待布置光机的空间水平位置及旋转角度以计算各个待布置光机的光路覆盖范围是否容纳在所述环幕投影平面内；

取待布置光机的光路覆盖范围容纳在所述环幕投影平面内时，并参照待布置光机的几何参数，输出待布置光机的空间位置及旋转角度范围。

作为一种可实施方式，本发明提供的交叉布置多方向环幕全覆盖的投影方法还包括以下步骤：

在得到第一投影覆盖范围之后，对所述环幕投影平面进行扫描，得到平面水平参数和平面垂直参数；

根据所述设置参数、平面水平参数以及平面垂直参数对所述第一投影覆盖范围进行调整。

相应的，本发明还提供一种交叉布置多方向环幕全覆盖的投影仪，包括机体、设置于机体内的电路板以及设置于所述电路板上的电源，还包括上述投影方法布置的若干个光机；

所述光机，分别与所述电路板和所述电源连接，按最大的光路距离信息设置在所述电路板上。

作为一种可实施方式，所述光机呈环绕式设置。

作为一种可实施方式，所述光机，数量为4台，用于在投射时，被设置为四台光机同时投射至对应的环幕投影平面。

作为一种可实施方式，本发明提供的交叉布置多方向环幕全覆盖的投影仪还包括投影仪空间位置及旋转角度范围信息输出器；

所述投影仪空间位置及旋转角度范围信息输出器，设置于所述光机与所述电路板之间，用于在投影时所述环幕投影平面包括均等的若干子平面，每块子平面对应一光机被投影，光机投射至对应子平面屏幕画面之间具有融合带，所述融合带根据该投影仪空间位置及旋转角度范围信息控制在预定宽度内。

相应的，本发明还提供一种交叉布置多方向环幕全覆盖的投影系统，包括视觉平台，还包括投影仪。

与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：

本发明提供的交叉布置多方向环幕全覆盖的投影方法、系统及投影仪，其中，投影方法，通过对待投影视觉平台进行划分得到环幕投影平面，按照各个待布置光机投射至各个环幕投影平面的最大光路距离信息布置各个待布置光机，且得到第一投影覆盖范围，根据各个对应待布置光机的设置参数按预设投影面对第一投影覆盖范围进行调整，得到第二投影覆盖范围；并对各个待布置光机的几何参数和第二投影覆盖范围进行测算，得到待布置光机的空间位置和旋转角度范围。本发明实现光机布置的集成优化，突破单光机投影仪的光学元件的局限性，以交叉布局的方式解决在小型和微型空间中光机与环幕投影平面距离相对较近导致的画幅不够大的问题；同时满足投影面大小无需使用特殊短焦距的光机，使用通用普通焦距光机即可实现幅面覆盖小微空间的要求。

本发明提供的交叉布置多方向环幕全覆盖的投影投影仪，单台设备在体积与价位方面从工程级别进入家用级别，给任意空间中，尤其是家用尺度空间提供一个可以实现环绕一周的投影仪，并且以交叉布局的方式解决在小型和微型空间中光机与环幕投影平面距离相对较近导致的画幅不够大的问题；同时满足投影面大小无需使用特殊短焦距的光机，使用通用普通焦距光机即可实现幅面覆盖小微空间的要求。

本发明提供的交叉布置多方向环幕全覆盖的投影投影系统，包括视觉平台和投影仪，价格在保持家用级别，安装部署简易、大幅面全景、无缝投影。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的交叉布置多方向环幕全覆盖的投影方法的流程示意图；

图2为本发明实施例二提供的对待投影视觉平台进行划分示意图；

图3为本发明实施例二提供的待布置光机的空间位置和旋转角度范围的测算过程的立体示意图；

图4为本发明实施例二提供的待布置光机的空间位置和旋转角度范围的测算过程的平面示意图；

图5为本发明实施例二提供的交叉布置光机与非交叉布置光机的投射比的对比示意图；

图6为本发明实施例二提供的交叉布置光机与非交叉布置光机的投影几何区域的对比示意图；

图7为本发明实施例四提供的交叉布置多方向环幕全覆盖的投影仪的顶视图及底图示意图；

图8为图7中投影仪的侧视图及剖面图示意图。

图中：1、电路板；2、电源；3、光机；4、投影仪空间位置及旋转角度范围信息输出器；5、机体。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

请参阅图1，本发明实施例一提供的交叉布置多方向环幕全覆盖的投影方法，包括以下步骤：

s100、对待投影视觉平台进行划分得到环幕投影平面，并将各个待布置光机投射至环幕投影平面，得到光路距离信息；

s200、按照最大的光路距离信息对各个待布置光机进行布置，根据布置结果将各个待布置光机投射至对应的环幕投影平面，得到第一投影覆盖范围；

s300、根据各个对应待布置光机的设置参数按预设投影面对第一投影覆盖范围进行调整，得到第二投影覆盖范围；

s400、获取各个待布置光机的几何参数，并对几何参数和第二投影覆盖范围进行测算，得到待布置光机的空间位置和旋转角度范围。

需要说明的是，各个待布置光机与环幕投影平面为一一对应的关系，即一个光机对应投射至一个环幕投影平面上。而光路距离信息是光机投射至对应环幕投影平面上的垂直距离，将一个光机投射至每个环幕投影平面得到光路距离信息进行比较，选取最大的光路距离信息，并按照这个最大的光路距离信息布置对应的光机。将每个待布置光机按照上述步骤进行预先测算布置，得到第一投影覆盖范围；当然这里布置的光机的空间位置和旋转角度并不是最终的。比如左侧的光机投射覆盖右侧的环幕投影平面上，反之右侧光机投射左侧环幕投影平面，以增加光机与墙面之间距离。环幕投影平面的数量为至少3个。优选的，投影平面数量为4个即对应设置的待布置光机为4个。

第一投影覆盖范围可以是两种，第一种是一个光机投射至对应的环幕投影平面形成的投影面，在后续根据各个对应待布置光机的设置参数按预设投影面对第一投影覆盖范围进行调整时，需要按顺序来，逐个进行调整直至完成对所有第一投影覆盖范围的调整。比如：根据投射比、环幕投影平面比例、垂直比例、梯形校正容限等基本参数，在设定的环幕投影平面进行试算。试算过程按顺序逐一开展，选择其中一个环幕投影平面的垂面(幕布)，根据第一投影覆盖范围确定对应区域光机的空间位置；完成当前墙面的试算后逐一完成其他环幕投影平面的试算。第二种是全部光机投射至对应的环幕投影平面形成的投影面；同时对所有光机投射形成的第一投影覆盖范围进行调整，得到第二投影覆盖范围。而第二投影覆盖范围即光路三维空间的几何覆盖区域，实现投影幕布不限于完整环绕式的连续画面。在光路三维空间的几何覆盖区域，可以布置任意大小和任意位置的投影幕布。

各个待布置光机的几何参数包括待布置光机的尺寸参数、设置光机的电路板尺寸参数以及投影仪空间位置及旋转角度范围信息输出器的尺寸参数。根据待布置光机的尺寸参数、设置光机的电路板尺寸参数、投影仪空间位置及旋转角度范围信息输出器的尺寸参数以及第二投影覆盖范围对最终光机的布置位置和角度进行测算，生成空间位置和旋转角度范围。

本发明提供的交叉布置多方向环幕全覆盖的投影方法、系统及投影仪，其中，投影方法，通过对待投影视觉平台进行划分得到环幕投影平面，按照各个待布置光机投射至各个环幕投影平面的最大光路距离信息布置各个待布置光机，且得到第一投影覆盖范围，根据各个对应待布置光机的设置参数按预设投影面对第一投影覆盖范围进行调整，得到第二投影覆盖范围；并对各个待布置光机的几何参数和第二投影覆盖范围进行测算，得到待布置光机的空间位置和旋转角度范围。本发明实现光机布置的集成优化，突破单光机投影仪的光学元件的局限性。本发明实现光机布置的集成优化，突破单光机投影仪的光学元件的局限性，以交叉布局的方式解决在小型和微型空间中光机与环幕投影平面距离相对较近导致的画幅不够大的问题；同时满足投影面大小无需使用特殊短焦距的光机，使用通用普通焦距光机即可实现幅面覆盖小微空间的要求。

如图2所示，为对待投影视觉平台进行划分的示意图，包括以下步骤：

s110、将待投影视觉平台的立方体的一个面视为设置面，并获取设置面的中心的预置位置信息；

s120、根据预置位置信息对待投影视觉平台按照象限进行划分，得到环幕投影平面。

设置面的中心可以参考图2的原点(0，0)，上述步骤具体过程为,视原点为设置面的中心，即预置位置信息为(0，0)，按四个方向的象限(x,y),(x,-y),(-x,-y),(-x,y)逐一开展；也就是将待投影视觉平台逐一开展成4个环幕投影平面。

进一步的，对待布置光机的空间位置和旋转角度范围的测算过程进行详细说明，如图3和图4所示；

根据各个对应待布置光机的设置参数按预设投影面对第一投影覆盖范围进行调整，得到第二投影覆盖范围包括以下步骤：

s310、获取各个对应待布置光机的设置参数，设置参数包括投射比、环幕投影平面比例、垂直比例以及梯形校正容限；

s320、根据投射比、环幕投影平面比例、垂直比例以及梯形校正容限对第一投影覆盖范围进行调整，将调整结果与预设投影面进行比较；

s330、若调整结果与预设投影面一致，则得到第二投影覆盖范围。

需要说明的是，预设投影面就是实际使用时需要呈现的在幕布上的投影画面，通过设置参数对第一投影覆盖范围的调整使得呈现的投影画面完整，符合投影要求，提高呈现效果。并且在第二投影覆盖范围内可以设置任意多个投影幕，不限于环幕。

而对几何参数和第二投影覆盖范围进行测算，得到待布置光机的空间位置和旋转角度范围包括以下步骤：

s410、根据第二投影覆盖范围，调整各个待布置光机的空间水平位置及旋转角度以计算各个待布置光机的光路覆盖范围是否容纳在环幕投影平面内；

s420、取待布置光机的光路覆盖范围容纳在环幕投影平面内时，并参照待布置光机的几何参数，输出待布置光机的空间位置及旋转角度范围。

根据调整后的第二投影覆盖范围是根据三维空间建模计算得到的，在得到第二投影覆盖范围后，调整各个待布置光机的空间水平位置及旋转角度以计算各个待布置光机的光路覆盖范围保证容纳在环幕投影平面内，这样在实际布置幕布的过程中，只需改变调整角度就能将光机投射至布置于第二投影覆盖范围内的幕布中。而且结合各待布置光机的几何参数对最终待布置光机的空间位置和旋转角度范围进行测算，输出待布置光机的空间位置及旋转角度范围。本发明可以提高最终的光机的投射效果，使得幕布可以是任意尺寸，而且在第二投影覆盖范围内的任意位置布置。

如图5所示，为本发明实施例二提供的交叉布置光机与非交叉布置光机的对比示意图；在以投射面保持一致的情况下，光机以非交叉布局的方式布置所需要的透射比为d1/l小于光机交叉布局方案所需的透射比d2/l，镜头广角的角度为角β大于交叉布局方案中的角α。其中，d1为普通光机集成中的光机镜头与投射面的距离。d2为本发明交叉光机布置中光机镜头与投射面的距离。d2距离大于d1。l为投射面的长度，w为环幕投影平面的墙面的宽度。前后两种布置方案中的光机硬件物理参数完全一样，交叉布置后的投影幅面大大增加，大幅度超过非交叉布置方案。在保持投射面一样的情况下非交叉布局的方式对光机参数的要求高于交叉布局方案中的光机参数。非交叉布局的光机满足同样投射面要求的情况下需要光机具有更小的透射比也就是更短的焦距，同时需要光机镜头具有更广的广角能力。相反，投射面一样情况下对交叉布局方案中的光机的物理参数更倾向于普遍化，不需要特殊参数的硬件要求。本发明可缩减对光机参数的要求，相应的缩减成本。满足同样投影幅面的前提下，本发明对光机物理参数要求低，使用更普遍化、通用化的光机即可实现幅面覆盖。更能节省硬件成本。

如图6所示，为本发明实施例二提供的交叉布置光机与非交叉布置光机的投影几何区域的对比示意图；在光机参数保持一致的情况下，交叉布局的光机光路所覆盖的面积更大。非交叉布置的投影区域会有很多留白，留白意味着没有任何一台光机的光路经过和覆盖，在空白区域内不能布置任何投影幕布。而交叉布置光机的方案可以很明显的看到多光路叠加覆盖所有空白区域，使得投影幕布可以摆放在被覆盖区域的任何位置，也就是说投影幕布就有更大的自由度。如果非交叉布置光机方案中想要实现减少空白区域就需要布置更多的光机来进行空间覆盖。换句话说，实现同样光路覆盖式面积的多光机投影仪，交叉布置光机方案需要更少的光机就可以实现同样的效果。保持光机参数完全一致的情况下，在实现环幕全覆盖的情况时，拥有更大的几何空间覆盖面积。多光机投射光路之间没有空白区域可以将任意尺寸与任意位置的投影幕布布置于光路覆盖区域。

下面结合图2～图8，本发明技术方案在应用中，其基本流程包括光机空间位置测算、第二投影覆盖范围测算以及对几何参数和第二投影覆盖范围测算三部分。

光机空间位置测算包括：

视原点(0，0)为预置位置信息，按四个方向的象限(x,y),(x,-y),(-x,-y),(-x,y)逐一开展；也就是将待投影视觉平台逐一开展成4个环幕投影平面。选择其中一个象限内的一个垂面(幕布)，首先进行水平与垂直方向扫描，根据目标覆盖范围确定作为对应待布置光机选择的依据。其他象限的环幕投影平面的情况可以依次类推，得到第一投影覆盖范围。

第二投影覆盖范围测算包括：

根据各个对应待布置光机的设置参数按预设投影面对第一投影覆盖范围进行调整，得到第二投影覆盖范围；根据第一投影覆盖范围在幕布上的投影区域逆推，得到坐标光机的理想位置和水平面上旋转角度。再根据投射比、环幕投影平面比例、垂直比例以及梯形校正容限等基本参数，作为调整的依据。

同理根据投影区域得到光机与水平的旋转角度θ(参照图3)。

对几何参数和第二投影覆盖范围进行测算的结果可参考图7和图8。通过对光机空间位置测算、透射比变换，结合光机物理尺寸和投射光线通路的空间情况等约束条件，对设备进行整体布局、优化，选择符合尺寸设计要求的构造进行导出，最终导出所有4个光机的空间位置与空间旋转角度。

进一步的，本发明实施例三提供的交叉布置多方向环幕全覆盖的投影方法，与实施例一比还包括以下步骤：

在得到第一投影覆盖范围之后，对环幕投影平面进行扫描，得到平面水平参数和平面垂直参数；根据设置参数、平面水平参数以及平面垂直参数对第一投影覆盖范围进行调整。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种交叉布置多方向环幕全覆盖的投影仪，该投影仪的实施可参照上述方法的过程实现，重复之处不再冗述。

如图7和图8所示，为本发明实施例四提供的交叉布置多方向环幕全覆盖的投影仪的拆解示意图；包括包括机体5、设置于机体5内的电路板1、设置于所述电路板1上的电源2以及根据交叉布置多方向环幕全覆盖的投影方法布置的若干个光机3；光机3分别与电路板1和电源2连接，按最大的光路距离信息设置在电路板1上。机体5上设有投射口，投射口与光机3对应设置，用于投射的投影。

本发明提供的交叉布置多方向环幕全覆盖的投影投影仪，单台设备在体积与价位方面从工程级别进入家用级别，给任意空间中，尤其是家用尺度空间提供一个可以实现环绕一周的投影仪，并且以交叉布局的方式解决在小型和微型空间中光机与环幕投影平面距离相对较近导致的画幅不够大的问题；同时满足投影面大小无需使用特殊短焦距的光机，使用通用普通焦距光机即可实现幅面覆盖小微空间的要求。

进一步的，光机3呈环绕式设置。实现单一设备代替多台设备分散空间布置，减少布置空间，提高空间利用率，而且达到的投影效果好。

进一步的，光机3数量为4台，用于在投射时，被设置为四台光机3同时投射至对应的环幕投影平面。以4个且不限于4个，单位2k解析度的光机3，体积仅为现有解决方案1/4、功耗仅为1/2、单台设备在体积与价位方面从工程级别进入家用级别。安装部署简易、大幅面全景、无缝投影的单一设备。

进一步的，本发明实施例五还提供交叉布置多方向环幕全覆盖的投影仪还包括投影仪空间位置及旋转角度范围信息输出器4；

投影仪空间位置及旋转角度范围信息输出器4，设置于光机3与电路板1之间，用于在投影时环幕投影平面包括均等的若干子平面，每块子平面对应一光机3被投影，光机3投射至对应子平面屏幕画面之间具有融合带，融合带根据该投影仪空间位置及旋转角度范围信息控制在预定宽度内。

需要说明的是，投影仪空间位置及旋转角度范围信息输出器4，为光机空间角度支架，使处于支架上的光机3按空间位置和旋转角度范围布置。融合带并不一定存在，在两台光机3投射至对应子平面屏幕画面之间具有融合带时，融合带根据该投影仪空间位置及旋转角度范围信息控制在预定宽度内。实现投影幕布不限于完整环绕式的连续画面。在光路三维空间的几何覆盖区域，可以布置任意大小和任意位置的投影幕布。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种交叉布置多方向环幕全覆盖的投影系统，该系统的实施可参照上述方法的过程实现，重复之处不再冗述。

本实施例提供的一种交叉布置多方向环幕全覆盖的投影系统，包括视觉平台和投影仪，价格在保持家用级别，安装部署简易、大幅面全景、无缝投影。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。