基于ToF联动的投影仪多维自适应对焦控制方法和系统与流程

本发明涉及投影显示设备自动对焦，更具体地，涉及一种基于tof联动的投影仪多维自适应对焦控制方法和系统。

背景技术：

1、随着智能投影设备的普及，用户对投影仪在复杂安装环境下的画面质量要求日益提高，其中大角度侧投场景下的全屏清晰对焦一直是制约用户体验的技术难点。现有投影仪自动对焦方案通常仅依赖单摄像头拍摄对焦图案并计算中心区域清晰度，通过控制主镜头马达沿光轴方向移动以搜索清晰度峰值，然而主镜头沿光轴移动只能改变整个焦平面的前后位置，无法使焦平面旋转以匹配大侧投状态下倾斜的幕布平面，导致画面左侧清晰时右侧模糊、右侧清晰时左侧模糊，中心清晰时边缘同时下降。其次，现有方案仅以画面中心区域作为清晰度评价的唯一对象，中心清晰并不能代表全屏清晰，当简单将左、中、右多区域清晰度相加后控制同一个马达时，不同区域要求的最佳步数相互冲突，优化结果仅为折中方案，无法实现各区域同时达到光学清晰。再次，部分产品为掩盖边缘模糊而采用数字缩小、裁切或局部锐化处理，不仅损失了有效像素和画面亮度，而且无法恢复真实的光学细节，不能称为无损全屏对焦。最后，当侧投角度、投影距离和幕布姿态发生变化后，固定的补偿值不再适用，且摄像头易受投影内容、墙面纹理和环境光影响产生误判，tof深度图又可能包含空洞和离群点，若缺少有效的三维测距与置信度评估机制，系统难以在执行搜索前预测焦平面倾斜程度，导致两个执行机构需在大范围内盲目联合搜索，对焦时间长且容易陷入局部最优，同时两个马达若缺乏回差补偿和联动顺序控制，还可能在对焦过程中出现步数不一致、机械冲击或左右清晰度交替振荡等问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于tof联动的投影仪多维自适应对焦控制方法和系统，通过响应于对焦触发信号并行采集深度信息与图像信息拟合空间平面，执行前馈粗调、中心峰值搜索及区域差异梯度判停的完整流程，实现tof前馈与摄像头反馈的分层联动控制。

2、本发明第一方面提供了一种基于tof联动的投影仪多维自适应对焦控制方法，所述方法包括：

3、响应于对焦触发信号，采集目标投影面的深度信息和图像信息；

4、根据所述深度信息，拟合所述目标投影面的空间平面，计算投影距离和侧投角度；

5、当满足粗调条件时，根据所述投影距离和侧投角度，分别驱动主对焦装置和沙姆调节装置执行前馈粗调；

6、采集当前画面的多区域清晰度指标；

7、根据所述多区域清晰度指标判定粗调完成时，固定所述沙姆调节装置，驱动所述主对焦装置搜索中心区域清晰度峰值；

8、获取各区域清晰度评价值，计算全局清晰度标准差；

9、根据所述全局清晰度标准差判定触发精调时，根据各区域清晰度的差异方向进行步进搜索，直至区域清晰度差异梯度符号反转或梯度绝对值小于预设的梯度阈值；

10、采集连续多帧画面的全局清晰度值判定清晰度达标时，锁定当前对焦参数并结束对焦流程。

11、本方案中，所述满足粗调条件时，具体包括：

12、根据所述深度信息和所述图像信息，确定当前场景的置信度因子；

13、判断所述置信度因子是否大于预设的场景置信度阈值；

14、若是，则判定满足所述粗调条件；

15、若否，则判定不满足所述粗调条件，切换至预设的降级对焦模式；

16、所述降级对焦模式包括驱动所述主对焦装置按预设步长遍历搜索，以画面中心区域清晰度峰值作为对焦目标位置。

17、本方案中，所述根据所述投影距离和侧投角度，分别驱动主对焦装置和沙姆调节装置执行前馈粗调，具体包括：

18、根据所述投影距离查询预设的主马达步数映射表，得到主马达初值，并驱动所述主对焦装置移至所述主马达初值；

19、根据所述侧投角度查询预设的沙姆步数映射表，得到沙姆马达初值，并驱动所述沙姆调节装置移至所述沙姆马达初值；

20、获取当前画面的多区域清晰度指标，计算区域清晰度差异值；

21、若所述区域清晰度差异值大于预设的对齐允差阈值，则根据各区域清晰度的差异方向，对所述沙姆调节装置执行单向步进补偿，直至所述区域清晰度差异值小于所述对齐允差阈值或达到预设的最大补偿次数。

22、本方案中，所述驱动所述主对焦装置搜索中心区域清晰度峰值，具体包括：

23、将所述主对焦装置保持在所述前馈粗调后的位置，投射包含多方向高频纹理的对焦图案；

24、采集当前画面，根据画面中心区域，计算中心区域清晰度评价值；

25、以当前主马达位置为中心，在第一范围内驱动所述主对焦装置步进搜索，记录各步数对应的中心区域清晰度评价值；

26、当搜索越过清晰度峰值后，缩小搜索步长，在所述峰值对应的步数邻域内进行二次搜索；

27、基于二次搜索获得的各步数与对应的清晰度评价值，确定峰值位置作为所述主对焦装置的目标步数并驱动至所述目标步数。

28、本方案中，所述根据各区域清晰度的差异方向进行步进搜索，具体包括：

29、将画面划分为左侧区域和右侧区域，分别计算左侧清晰度评价值和右侧清晰度评价值，用以得到评价值差值；

30、若所述左侧清晰度评价值大于所述右侧清晰度评价值，则沿第一方向驱动所述沙姆调节装置步进动作；

31、若所述左侧清晰度评价值小于所述右侧清晰度评价值，则沿第二方向驱动所述沙姆调节装置步进动作；

32、每次步进动作后重新计算所述评价值差值，直至所述评价值差值的符号发生反转，或所述评价值差值的绝对值小于预设的均衡度阈值，停止所述沙姆调节装置的精调。

33、本方案中，所述采集连续多帧画面的全局清晰度值判定清晰度达标，具体包括：

34、在完成精调后，确定所述主对焦装置和所述沙姆调节装置中运动量最大的目标执行机构；

35、对所述目标执行机构执行应力释放脉冲序列，所述应力释放脉冲序列包括：沿第一方向驱动第一步数，再沿第二方向驱动所述第一步数，最后返回原始目标位置；

36、在所述应力释放脉冲序列执行完毕后的预设时间窗口内，以固定帧率连续采集多帧画面；

37、计算每帧画面的全局清晰度值，并计算所述全局清晰度值的标准差；

38、判断所述标准差是否小于预设的漂移容许阈值；

39、若是，则判定清晰度达标，锁定当前对焦参数；

40、若否，则重新触发所述沙姆调节装置的精调流程。

41、本发明第二方面提供了一种基于tof联动的投影仪多维自适应对焦控制系统，包括一种基于tof联动的投影仪多维自适应对焦控制方法程序，所述基于tof联动的投影仪多维自适应对焦控制方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：

42、响应于对焦触发信号，采集目标投影面的深度信息和图像信息；

43、根据所述深度信息，拟合所述目标投影面的空间平面，计算投影距离和侧投角度；

44、当满足粗调条件时，根据所述投影距离和侧投角度，分别驱动主对焦装置和沙姆调节装置执行前馈粗调；

45、采集当前画面的多区域清晰度指标；

46、根据所述多区域清晰度指标判定粗调完成时，固定所述沙姆调节装置，驱动所述主对焦装置搜索中心区域清晰度峰值；

47、获取各区域清晰度评价值，计算全局清晰度标准差；

48、根据所述全局清晰度标准差判定触发精调时，根据各区域清晰度的差异方向进行步进搜索，直至区域清晰度差异梯度符号反转或梯度绝对值小于预设的梯度阈值；

49、采集连续多帧画面的全局清晰度值判定清晰度达标时，锁定当前对焦参数并结束对焦流程。

50、本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括一种基于tof联动的投影仪多维自适应对焦控制方法程序，所述基于tof联动的投影仪多维自适应对焦控制方法程序被处理器执行时，实现如上述任一项所述的基于tof联动的投影仪多维自适应对焦控制方法的步骤。

51、本发明提供了一种基于tof联动的投影仪多维自适应对焦控制方法和系统，响应于对焦触发信号并行采集目标投影面的深度信息与图像信息，用以拟合空间平面并计算投影距离及侧投角度；满足粗调条件时驱动主对焦装置与沙姆调节装置执行前馈粗调，再基于多区域清晰度指标判定粗调完成后固定沙姆调节装置并搜索中心区域清晰度峰值，进而根据全局清晰度标准差触发精调；依据各区域清晰度差异方向步进搜索直至梯度符号反转或绝对值达标，最终采集连续多帧画面的全局清晰度值判定达标后锁定对焦参数；本发明在保障全屏光学清晰度的同时有效提升了复杂场景下的对焦效率与稳态保持能力。