專利名稱：智能屏幕系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種應(yīng)用于無縫投影自動幾何校正的智能屏 幕系統(tǒng)，特別涉及一種應(yīng)用于基于光傳感器自動幾何校正方法中的智能 屏幕系統(tǒng)。
技術(shù)背景
圖像拼接的一個技術(shù)難點(diǎn)就是經(jīng)過投影幕的反射后，原本正常的圖 像的投影會發(fā)生幾何畸變。要想使觀眾看到的圖像和原始圖像保持一 致，就必須進(jìn)行幾何校正。
有一種技術(shù)方案是基于光傳感器的自動幾何校正(例如，參見文獻(xiàn)
1:美國專利號7001023)，它首先在投影幕上的預(yù)定位置安裝一系列的 光傳感器，根據(jù)光傳感器所在的空間坐標(biāo)來標(biāo)定網(wǎng)格控制點(diǎn)的投影在投 影幕上預(yù)期的位置。當(dāng)投影幕為非平面時，例如大型的柱面、球面和橢 球面等，則需要在投影幕上安裝大量密集的光傳感器，以提高控制網(wǎng)格 的精度。
光傳感器的空間坐標(biāo)需要由控制計算機(jī)來計算?？刂朴嬎銠C(jī)分析光 傳感器每次接受光照所產(chǎn)生的信號歷史，以此來確定光傳感器的空間坐 標(biāo)，并對按照此坐標(biāo)對原始圖像進(jìn)行幾何預(yù)變換，將變換后的圖像經(jīng)投 影設(shè)備投射到投影幕上。
通?？刂朴嬎銠C(jī)與投影幕之間相距大約10米，光傳感器接受光照 所產(chǎn)生的信號為模擬信號，隨著傳輸線路的增加而衰減。因此，需要考 慮一種方案，使得光傳感器接受光照產(chǎn)生的信號有效地傳送至控制計算 機(jī)處理。由于數(shù)字信號的傳輸不會隨著線路衰減，因此先將光傳感器產(chǎn) 生的模擬信號通過一種數(shù)據(jù)采集設(shè)備轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，再由此數(shù)據(jù)采集 設(shè)備通過RS485接口發(fā)送出去，可以有效地解決光傳感器產(chǎn)生的信號長 距離傳輸至控制計算機(jī)的問題。
已有的光傳感器，安裝、拆卸更換不便，每個光傳感器直接與控制 計算機(jī)連接，每個投影幕需安裝很多光傳感器，布線復(fù)雜，布線工程實(shí)施困難。 實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種自帶光傳感器，且光傳感器布線容 易，安裝、拆卸、更換方便，產(chǎn)生的信號可長距離傳輸，傳輸速度快的 智能屏幕系統(tǒng)。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的
本實(shí)用新型多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，控制計算機(jī)101分別與至少一個投
影設(shè)備102和至少一個數(shù)據(jù)采集盒107連接，投影幕106上有若干光傳 感器通過導(dǎo)線與至少一個數(shù)據(jù)采集盒107連接，數(shù)據(jù)采集盒107有模擬 多路復(fù)用器與光傳感器和單片機(jī)控制電路連接，單片機(jī)控制電路與數(shù)據(jù) 收發(fā)電路連接，數(shù)據(jù)收發(fā)電路與控制計算機(jī)連接。
單片機(jī)控制電路有5通道8位AD轉(zhuǎn)換單元和串口與模擬多路復(fù)用 器連接。
光傳感器由光導(dǎo)纖維203、感光器件204和印制電路板209組成， 光導(dǎo)纖維位于投影幕的穿孔202中且占滿其內(nèi)部所用的空間，感光器件 緊貼穿孔202背面出口，其正、負(fù)引腳與印制電路板焊接，印制電路板 通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集盒連接，穿孔202的正面有透光薄膜108。
本實(shí)用新型智能屏幕系統(tǒng)，控制計算機(jī)101分別與至少一個投影設(shè) 備102和至少一個數(shù)據(jù)采集盒107連接，投影幕106上有若干光傳感器 通過導(dǎo)線與至少一個數(shù)據(jù)采集盒107連接，數(shù)據(jù)采集盒107由模擬多路 復(fù)用器與光傳感器和單片機(jī)控制電路連接，單片機(jī)控制電路與數(shù)據(jù)收發(fā) 電路連接，數(shù)據(jù)收發(fā)電路與控制計算機(jī)連接。
單片機(jī)控制電路有5通道8位AD轉(zhuǎn)換單元和串口與模擬多路復(fù)用 器連接。
光傳感器由光導(dǎo)纖維203、感光器件204和印制電路板209組成， 光導(dǎo)纖維位于投影幕的穿孔202中且占滿其內(nèi)部所用的空間，感光器件 緊貼穿孔202背面出口，其正、負(fù)引腳與印制電路板焊接，印制電路板 通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集盒連接，穿孔202的正面有透光薄膜108。
從光傳感器接受光照產(chǎn)生模擬信號，到模擬信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集盒轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號并發(fā)送至控制計算機(jī)，再由控制計算機(jī)分析光傳感器的空 間坐標(biāo)，對輸出圖像進(jìn)行幾何預(yù)變換輸出，這一復(fù)雜過程均在計算機(jī)控 制下自動完成，只需大概幾秒鐘的時間。相比于目前的投影幾何校正技術(shù)，此方案操作簡易，施工完成后無需專家級技術(shù)人員進(jìn)行維護(hù)，極大 的縮短了工程施工時間及后期維護(hù)成本。 本實(shí)用新型有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 可使用各種光傳感器，光傳感器可直接粘貼或以鏍釘?shù)男问焦?定于投影幕背面，更換拆卸極為方便。.
2、 一個數(shù)據(jù)采集盒可同時進(jìn)行32路光傳感器的模擬信號采集，使 用幾個數(shù)據(jù)采集設(shè)備并聯(lián)的形式就可完成一個工程的實(shí)施，降低了整個 工程布線的復(fù)雜度。
3、 光傳感器接受光照產(chǎn)生的模擬信號經(jīng)數(shù)據(jù)采集盒轉(zhuǎn)換成數(shù)字信
號，并通過數(shù)據(jù)釆集盒的硬件驅(qū)動接口傳輸至控制計算機(jī)，所需時間很
短，極大地提高了投影自動幾何校正的速度。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為數(shù)據(jù)采集盒的電路示意圖。 圖3為光傳感器結(jié)構(gòu)圖。 圖4為投影幕與光傳感器的安裝結(jié)構(gòu)圖。' 圖5為光傳感器、數(shù)據(jù)采集盒及多串口卡的連接圖。 圖6為多個數(shù)據(jù)采集盒供電示意圖。
具體實(shí)施方式

將光傳感器穿過投影幕布，并將其固定于投影幕布背面。幕布正面 鋪設(shè)一層光擴(kuò)散薄膜。
數(shù)據(jù)釆集盒包括模擬多路復(fù)用器，單片機(jī)控制電路，RS485數(shù)據(jù)收 發(fā)電路。用于采集智能屏幕系統(tǒng)中光傳感器的模擬信號。
多串口卡，插在控制計算機(jī)的PCI插槽上。用于多個數(shù)據(jù)采集盒的 擴(kuò)展。
當(dāng)投影設(shè)備向智能屏幕投射光照信號時，置于智能屏幕中的光傳感 器接受光照信號，并產(chǎn)生模擬電信號，此信號通過信號傳輸線傳輸至數(shù) 據(jù)采集盒。再由數(shù)據(jù)采集盒將信號發(fā)送至控制計算機(jī)。由于智能屏幕系 統(tǒng)中需大量密集的光傳感器，因此需要多個數(shù)據(jù)采集盒才能完成對所有 光傳感器信號的采集。多個數(shù)據(jù)采集盒需要通過一種多串口卡與控制計 算機(jī)連接。
整個智能屏幕系統(tǒng)工作的技術(shù)原理是屏幕系統(tǒng)中的光傳感器通過
5傳輸線接入數(shù)據(jù)采集盒的模擬多路復(fù)用器，模擬多路復(fù)用器的輸出接到 單片機(jī)中的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，在單片機(jī)的控制下模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元 依次對每一個光傳感器的模擬電信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù) 暫存在單片機(jī)的片內(nèi)存儲單元當(dāng)中。當(dāng)控制計算機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)指令時，
單片機(jī)將暫存在其內(nèi)部存儲單元的數(shù)據(jù)取出，并由RS485數(shù)據(jù)收發(fā)電路 通過傳輸線送給控制計算機(jī)PCI插槽中多串口卡的相對應(yīng)的串口 ，再由 控制計算機(jī)通過多串口卡的硬件驅(qū)動接口讀取表征每個光傳感器受光 照強(qiáng)度的數(shù)字信號?？刂朴嬎銠C(jī)根據(jù)采集到的光傳感器的信號歷史，計 算出它們在投影坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并將其作為幾何校正網(wǎng)格在投影幕上 的控制點(diǎn)的預(yù)期坐標(biāo)。
光傳感器、數(shù)據(jù)采集盒及多串口卡的連接如圖5所示。 本實(shí)用新型的主要部件是數(shù)據(jù)采集盒，此設(shè)備包括模擬多路復(fù)用 器，模數(shù)采樣轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)控制電路，RS485數(shù)據(jù)收發(fā)等電路。模擬 多路復(fù)用器采用ADI公司的ADG732，可支持到32路模擬信號輸入；單 片機(jī)控制電路采用Microchip公司的單片機(jī)，其器件型號PIC16F77，帶 5通道8位AD轉(zhuǎn)換單元，l個串口； RS485數(shù)據(jù)收發(fā)電路采用MAXIM公 司的接口芯片MAX3227，最高數(shù)據(jù)傳輸率1Mbps;采用JFVNY的X075系 列晶振；電源芯片采用TI公司的TPS系列。數(shù)據(jù)采集盒的電路示意圖 如圖2所示。
如圖1所示，整套投影系統(tǒng)由六大元素組成控制計算機(jī)101、投 影設(shè)備102、目標(biāo)投影幕106、光擴(kuò)散薄膜108、光傳感器如103、 104 和105等、以及數(shù)據(jù)采集盒107。在幾何校正過程中，他們按照順時針 方向依次發(fā)揮作用，組成了一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在幾何校正結(jié)束 以后，控制計算機(jī)切換至投影模式，此時它對輸入的原始圖像112進(jìn)行 幾何預(yù)變換，并將結(jié)果圖像輸出至投影設(shè)備102。
投影設(shè)備102和投影幕106均處于任意姿態(tài)，且投影設(shè)備102在投 影幕106上的投影圖像的一部分109完全覆蓋了四個相鄰的光傳感器， 意即在以它們?yōu)轫旤c(diǎn)的多邊形110范圍內(nèi)不再有其他的光傳感器。這里， 術(shù)語姿態(tài)包括了位置和立體方向兩方面的含義。同理，其他每四個相鄰 的光傳感器也被投影圖像的其他部分完全覆蓋，所以投影幕106上所有 的傳感器都被投影圖像所覆蓋。注意，投影設(shè)備102可以代表一個或者 多個投影源，但是每四個相鄰的光傳感器僅對應(yīng)一個投影源的投影圖像的一部分。
觀眾111和投影設(shè)備102在相對于投影幕106的同一邊(下文中簡 稱為正面)。這樣，圖像經(jīng)過投影幕106的反射后就可以被觀眾111觀 看到。由于投影設(shè)備102和投影幕106的姿態(tài)可以是任意的，因此投影 圖像109就不會恰好覆蓋期望的投影區(qū)域110。所以，就需要由控制計 算機(jī)101對輸入的原始圖像100進(jìn)行幾何預(yù)變換。經(jīng)過了幾何預(yù)變換的 圖像再經(jīng)過投影設(shè)備106的投影后，就能恰好的覆蓋住期望的投影區(qū)域 110。
如果期望的投影區(qū)域是整個投影幕106的話，就需要在投影幕106 上安裝更多的光傳感器，例如103、 104和105。所有光傳感器在投影幕 106上的安裝位置都是已知的且不依賴于原始圖像100，它們的具體位 置根據(jù)投影幕106的實(shí)際情況而定。
每個感光器件的接線柱208和207由導(dǎo)線300連接至數(shù)據(jù)采集盒107 的輸入端301，每一個輸入端對應(yīng)一個光傳感器。數(shù)據(jù)采集盒107不斷 刷新每個光傳感器當(dāng)前輸出的模擬信號。當(dāng)控制計算機(jī)101需要讀取某 個光傳感器的光照信號時，數(shù)據(jù)采集盒107會通過控制計算機(jī)上的一張 多串口卡，將該光傳感器的模擬信號輸出給控制計算機(jī)101。這樣，控 制計算機(jī)101就可以讀取任意光傳感器在任意時刻的受光狀態(tài)。在這里， 數(shù)據(jù)采集盒107可以通過并聯(lián)的方式接入到控制計算機(jī)的多串口卡上。
如圖3所示，光傳感器由三部分組成光導(dǎo)纖維203、感光器件204、 印制板209。 一根光導(dǎo)纖維203恰好完全被放置于穿孔202中，且占滿 其內(nèi)部所有的空間，將光線從穿孔202的正面(圖示的左方)傳導(dǎo)至背 面。感光器件204緊貼在穿孔202背面的出口處，受光面受到光導(dǎo)纖維 傳導(dǎo)來的光線的正投照射，并以所受電壓的模擬信號的形式，通過其正 負(fù)極引腳200和201分別焊接至印制板209上的焊孔205和206，并通 過接線柱208和207輸出表征穿孔202正面所受的光照強(qiáng)度的模擬信號， 接線柱208和207與數(shù)據(jù)采集盒之間通過導(dǎo)線相連接。
如圖4所示，光傳感器，例如104，安裝在投影幕106上的穿孔202 中。 一個光傳感器對應(yīng)一個穿孔。這里需要注意的是，穿孔202呈圓柱 形，且圓口直徑應(yīng)當(dāng)盡可能小，通常在l毫米以下。這樣，穿孔一方面 在投影幕106的正面上很難被遠(yuǎn)處的觀眾111發(fā)現(xiàn)，另一方面它在投影 設(shè)備102的投影坐標(biāo)系中可以被看作是一個亞像素點(diǎn)，也就可以使光傳感器的坐標(biāo)數(shù)值達(dá)到亞像素級的精度。
如圖5所示，數(shù)據(jù)采集盒107的對外的接口分為輸入和輸出兩種。 輸入端為多個(在成本不高的情況下可以考慮32路)，每一個端口對應(yīng) 一個光傳感器405。在多路數(shù)據(jù)采集盒107的表面上有若干個發(fā)光器， 用于指示對應(yīng)端口所連接的光傳感器405是否己經(jīng)接通，如發(fā)光器401 對應(yīng)輸入端400。發(fā)光代表已連通，不發(fā)光代表未連通。在數(shù)據(jù)采集盒 的另一端有一個輸出端，通過串口連接至控制計算機(jī)PCI插槽中的多串 口卡404。數(shù)據(jù)采集盒107通過串口 402完成所有與計算機(jī)的交互通信。 數(shù)據(jù)采集盒107需要外部電源供電，多個數(shù)據(jù)采集盒采用并聯(lián)方式供電， 總體積和占地面積小。
如圖6所示，多個數(shù)據(jù)采集盒分別接入電源適配器，電源適配器采 用220V的交流電源供電。
在圖1和圖3中，覆蓋在投影幕106的正表面的一層透光薄膜108 起到了光擴(kuò)散的作用，它將投影幕106正面接受到的光線折射入藏于穿 孔中的光導(dǎo)纖維之中。這樣做有兩個方面的好處第一，它可以隱藏投 影幕106上用于安裝光傳感器的穿孔，使觀眾看到的投影幕是一整塊平 滑的曲面。第二，它還可以將小角度(小于l度)入射的光線也反射入 穿孔中，這樣即使在投影設(shè)備102與投影幕106正面的所成角度很小的 極端情況下，光傳感器也能正常的工作。
權(quán)利要求1、智能屏幕系統(tǒng)，其特征在于控制計算機(jī)(101)分別與至少一個投影設(shè)備(102)和至少一個數(shù)據(jù)采集盒(107)連接，投影幕(106)上有若干光傳感器通過導(dǎo)線與至少一個數(shù)據(jù)采集盒(107)連接，數(shù)據(jù)采集盒(107)有模擬多路復(fù)用器與光傳感器和單片機(jī)控制電路連接，單片機(jī)控制電路與數(shù)據(jù)收發(fā)電路連接，數(shù)據(jù)收發(fā)電路與控制計算機(jī)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于單片機(jī)控制電路有5 通道8位AD轉(zhuǎn)換單元和串口與模擬多路復(fù)用器連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于光傳感器由光導(dǎo)纖維 (203)、感光器件(204)和印制電路板(209)組成，光導(dǎo)纖維位于投影幕的穿孔(202)中且占滿其內(nèi)部所用的空間，感光器件緊貼穿孔(202) 背面出口，其正、負(fù)引腳與印制電路板焊接，印制電路板通過導(dǎo)線與數(shù) 據(jù)采集盒連接，穿孔(202)的正面有透光薄膜(108)。
專利摘要本實(shí)用新型為智能屏幕系統(tǒng)，解決光傳感器安裝維護(hù)不便，布線復(fù)雜，不能遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}。控制計算機(jī)(101)分別與投影設(shè)備(102)和數(shù)據(jù)采集盒(107)連接，投影幕(106)上有若干光傳感器通過導(dǎo)線與至少一個數(shù)據(jù)采集盒(107)連接，數(shù)據(jù)采集盒(107)有模擬多路復(fù)用器與光傳感器和單片機(jī)控制電路連接，單片機(jī)控制電路與數(shù)據(jù)收發(fā)電路連接，數(shù)據(jù)收發(fā)電路與控制計算機(jī)連接。
文檔編號H04N9/31GK201369800SQ20092007983
公開日2009年12月23日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者茂 葉, 琪 吳, 波 張, 平 趙 申請人:四川華控圖形科技有限公司