[發明專利]自適應于投影表面的智能投影方法

無效

• 申請號: 201010262552.1
• 申請日: 2010-08-20
• 公開（公告）號: CN101916175A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 解利軍;朱博;宋廣華;鄭耀
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F3/14
• 分類號: G06F3/14;G06T7/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明涉及一種在科研教育領域(科學可視化)、各類仿真領域(虛擬現實)、娛樂和會議(普適計算環境，墻壁拐角等復雜室內背景下的保真投影)、以及氣象交通的大屏幕監控展示等領域中自適應于投影表面的智能投影方法。

背景技術

自適應于投影表面的投影儀自主校正，含義是投影儀自動判斷投影表面與投影儀自身的相對位置關系，以及投影表面的空間幾何信息，然后通過預變換圖像，使得圖像投影在投影表面上能產生視覺上連貫一致的效果。幾何校正算法的核心是找出投影表面、相機和投影儀三者的空間關系，已有的幾何校正算法主要集中在平面投影上。

Surati在屏幕前放置精密的網格來進行相機在屏幕空間上的標定，然后建立一個查找表進行快速映射變換，獲得投影儀在屏幕上的正確映射。PixelFlex假設相機的拍攝和投影儀的投影都近似于針孔投影，因此使用投影變換來線性表達它們之間的關系，建立了相機和投影儀間的單應矩陣。Chen?Y.使用帶可控制云臺的相機(pan-tilt-zoom)來高分辨率地捕獲投影儀重疊區，然后用模擬退火方法來進行全局優化。SimWall使用兩次投影、在線消除投影儀非線性因素的幾何校正算法，該方法簡化了幾何校正過程，并提高了校正精度。這些方法大多基于良好的投影環境并且需要在屏幕四周設置若干特征，以使得系統識別出目標投影區域，不足之處在于其校正過程比較復雜，對數據采集和投影儀位置要求嚴格。

對于曲面，和平面的主要不同是投影表面的建模更為復雜，一旦建模后則其他計算方法與平面情況類似。對于常見的弧幕、球幕等規則投影曲面可以直接建立較為精確的二次曲面表達式，處理方法較為直接，但是對于更復雜的表面，比如未知幾何模型的房屋墻角或者具有不規則凹凸形狀的投影表面，則由于無法建立簡單的數學表達式，實現難度較大。Raskar使用雙目視覺的方法對場景進行整體建模，得到曲面上各點的空間位置信息。但這種方法在房間范圍內固定兩個以上相機，然后對相機和投影儀進行標定，不能自由移動，對環境適應性較差。Ashdown提出一種適合多塊平面拼合的幾何校正算法，利用直線型結構光來識別多平面的接縫，可以自由移動投影儀和相機，但該方法限制了投影表面的類型，不適用于一般曲面。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種自適應于投影表面的智能投影方法。該方法根據投影表面的形狀和位置對投影儀放映的圖像進行幾何校正，使其投影在投影表面的圖像沒有變形，消除復雜投影環境對投影儀視覺效果的影響。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種自適應于投影表面的智能投影方法，自適應于投影表面的智能投影系統包括計算機、投影儀、攝像頭和傾角計，該方法包括以下步驟：

(1)用計算機視覺方法對安裝在投影儀上的攝像頭進行相機標定，消除攝像頭徑向畸變和切向畸變；

(2)對安裝在投影儀上的雙軸數字傾角計進行水平校準，并設定傾角計測量精度和信號傳輸頻率；

(3)用雙軸數字傾角計實時反饋測量數據，在數據變化超出設定閾值的情況下觸發計算機中的投影儀校正系統；

(4)用攝像頭采集的圖像和雙軸數字傾角計反饋的數據結合計算機視覺方法將投影儀放映的圖像進行水平校正，使得放映出的圖像與世界坐標系同軸；

(5)用攝像頭采集的圖像結合計算機視覺方法計算投影儀的有效投影區域；

(6)用計算機視覺方法對經過水平校正的投影儀進行幾何校正，消除投射在投影表面的圖像的幾何形變；

(7)使用雙通道顯卡繪制方法，繪制經過校正的無形變圖像；

(8)實時切換智能投影系統的工作狀態，進行在線自主校正。

本發明的有益效果是：

1.可以有效消除復雜投影背景對投影儀幾何校正的影響，投影背景可以是任何反光物質表面，不需要專業投影幕布。

2.可以智能感知投影環境調整投影圖像，使得投影系統不受狹小空間的限制，實現了任意擺放投影儀隨時隨地進行投影。

3.具有獨立的實時在線校正系統，投影校正過程無需人工參與，極大簡化了投影儀的安裝調節過程。

4.基于軟件進行系統控制和幾何校正，極大的降低了硬件成本。

5.采用計算機視覺方法對采集數據處理和分析，極大的降低了投影系統運行成本。

附圖說明

圖1為有效投影區域示例圖，其中，(a)為普通平面投影有效投影區域示例圖，(b)為復雜表面投影有效投影區域示例圖，■表示多邊形投影區域，□表示矩形有效投影區域；

圖2為二進制編碼特征圖，其中，(a)～(i)依次為第一張至第九張二進制編碼特征圖；