[發明專利]非平面多投影顯示的幾何與光學校正方法

無效

• 申請號: 200810040698.4
• 申請日: 2008-07-17
• 公開（公告）號: CN101321303A
• 公開（公告）日: 2008-12-10
• 發明（設計）人: 楊旭波;孫偉斌;胡文聰;肖雙九
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04N17/00
• 分類號: H04N17/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種計算機影像處理技術領域的方法，具體是一種非平面多投影顯示的幾何與光學校正方法。

背景技術

多投影拼接顯示的研究大多集中在平面上，非平面上的拼接近些年來也隨著應用需求的提升不斷有方案提出。多投影拼接顯示系統是計算機增強現實領域(Augmented?Reality，簡稱AR)的重要分支之一，其主要應用是通過多個投影儀組成陣列拼接顯示，來獲得高分辨率，高物理尺寸的畫面效果。若將投影儀投射到任意表面，覆蓋用戶所處的環境，即可給用戶帶來沉浸式的體驗，再輔以一定的交互，形成了增強現實領域的一大應用熱點。

經對現有技術文獻的檢索發現，Tardif，J.-P.；Roy，S.；Trudeau，M.等在3-D?Digital?Imaging?and?Modeling，2003.Proceedings.FourthInternational?Conference?on，(vol.，no.，pp.217-224，6-10Oct.2003)(2003年第四屆國際3D數字成像與建模會議)中發表的“Multi-projectors?forarbitrary?surfaces?without?explicit?calibration?nor?reconstruction”(無需精確標定或重構的任意表面多投影顯示)，該文中針對復雜表面多投影拼接提出了幾何校正的方法，通過各投影儀分別投影多張pattern圖，再由相機逐個捕捉，取得投影儀像素點與相機捕捉的圖片像素點的對應關系。該技術的不足之處在于：校正預處理過程主要是幾何映射的建立，均比較復雜，不易于用戶的使用；結構光以及pattern圖的識別對光照條件和表面復雜性有很大的限制；投影表面大都只是比較規則的曲面，例如圓弧面、環形面。實際使用時缺乏魯棒性，不利于增強現實中的實際應用。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提出了一種非平面多投影顯示的幾何與光學校正方法，使其通過在預處理階段投影一張棋盤格pattern圖，來實現復雜表面的多投影無縫拼接顯示，克服了現有的多投影系統對于光照條件以及投影表面復雜性的限制，簡化預處理過程，易于用戶使用。

本發明是通過如下技術方案實現的，本發明包括如下步驟：

步驟一，由一個投影儀陣列和一臺攝像機組成整個多投影環境，投影儀之間上下擺放，投影區域有一定的重疊，攝像機能夠同時觀察所有投影儀所投影覆蓋的區域；

步驟二，幾何校正：每個投影儀依次投影單張棋盤格圖像，并由攝像機依次捕捉，對于每一張捕捉下的圖片，使用棋盤格查找方法查找圖片中的棋盤格內角點，這些內角點將攝像機中對應的投影儀覆蓋區域細分為四邊形面片網格，與所用棋盤格圖像中已知的相應角點建立矩陣方程，建立各投影儀與圖像之間的幾何映射；

步驟三，光學校正：提供投影儀坐標系中的每一個像素點以一個權重，非重疊區域權重為1，重疊區域的權重取決于當前像素點到各個投影區域邊界的距離，根據各個區域的權重建立各個投影儀像素點的映射表；

由于投影儀投影區域需相互重疊來避免幾何上的縫隙，故相鄰投影儀的投影覆蓋區域需有一定程度的重疊。由此會帶來重疊區域的高亮效果，使得整個圖像光度不一致，拼接痕跡明顯。理想的用戶體驗應該是覺察不到整個畫面由多個投影儀拼接顯示，故需要平滑這種高亮的效果。之前的幾何校正提供了每個投影儀坐標系到圖像坐標系的映射，所以重疊區域容易判定。

步驟四，實時的矯正過程：對于投影儀坐標系中的每個像素點，找到步驟二建立的幾何映射中對應的圖像坐標系中的位置，賦予該位置像素點的值，再乘以步驟三所設置的權重，得到最終該投影儀需要投影的圖像。

所述使用棋盤格查找方法查找圖片中的棋盤格內角點，具體為：檢測棋盤格中由四個黑白區域構成的角點，并記錄角點處黑白區域的邊界位置，通過角點位置以及相應的邊界位置連通屬于同一個棋盤格黑或者白區域的角點，從而得到相互連通的角點集合，通過已知棋盤格行數與列數確定棋盤格中的角點數，從而根據所得連通的角點集合中角點個數是否等于棋盤格的角點數確定棋盤格角點集合，從而識別棋盤格。

所述建立各投影儀與圖像之間的幾何映射，具體為：