[發(fā)明專利]基于相機(jī)的多投影自動(dòng)校正顯示系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210011409.4
• 申請(qǐng)日: 2012-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN103209311A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜忠鼎;羅璇;忻俊彥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N5/74
• 分類號(hào): H04N5/74;G03B17/54
• 代理公司: 上海元一成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31268
• 代理人: 吳桂琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、系統(tǒng)軟件、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，具體涉及基于相機(jī)的多投影自動(dòng)校正顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括基于自主幾何位置校正，背景紋理顏色校正和多投影顯示三個(gè)部分。

背景技術(shù)

基于相機(jī)的多投影自動(dòng)校正顯示技術(shù)是在諸如多個(gè)投影儀投射在有紋理的背景此類應(yīng)用實(shí)例中自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)多個(gè)投影儀投射畫面拼接并且消除背景紋理對(duì)于觀察效果影響的技術(shù)。

所述多投影自動(dòng)校正顯示技術(shù)，即在不用人為的移動(dòng)投影儀，調(diào)整相關(guān)參數(shù)的情況下，借助相機(jī)通過(guò)采用嵌入式結(jié)構(gòu)光的方法實(shí)時(shí)自主的完成多個(gè)投影儀畫面之間的拼接，并且很大限度的消除投影背景紋理對(duì)于觀察效果的影響，該技術(shù)不需要大幅縮減投影畫面的動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)畫面影響小；投影校正過(guò)程中無(wú)需中斷正常顯示。基于相機(jī)的多投影自動(dòng)校正顯示技術(shù)涉及自主幾何校正，背景紋理顏色校正以及多投影顯示三部分。基于結(jié)構(gòu)光的自主幾何校正子系統(tǒng)主要由空間映射子模塊、結(jié)構(gòu)光提取子模塊以及特征點(diǎn)識(shí)別子模塊組成，用于建立投影畫面與現(xiàn)實(shí)世界的映射關(guān)系和自主檢測(cè)投影畫面并生成實(shí)時(shí)的幾何校正參數(shù)。背景紋理顏色校正子系統(tǒng)主要由顏色校正模塊和色彩增強(qiáng)模塊組成，用于減少投影背景紋理對(duì)于觀察效果的影響以及增強(qiáng)畫面效果。多投影顯示子系統(tǒng)主要完成于主控節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信，結(jié)構(gòu)光的嵌入以及控制多個(gè)顯示節(jié)點(diǎn)顯示畫面。

現(xiàn)有的多投影自動(dòng)校正顯示系統(tǒng)大都無(wú)法滿足用戶對(duì)于可用性的要求。D.Cotting等人利用DLP投影儀的成像原理，在投影顯示時(shí)，根據(jù)待嵌入結(jié)構(gòu)光圖像，調(diào)整投影畫面各像素點(diǎn)顏色值，控制微鏡片的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，使用相機(jī)拍攝投影畫面，從而捕獲到嵌入在投影畫面中的結(jié)構(gòu)光圖像，再根據(jù)捕獲的結(jié)構(gòu)光圖像進(jìn)行投影畫面校正。其方法在投影畫面中嵌入結(jié)構(gòu)光圖像時(shí)，需對(duì)原始畫面進(jìn)行大量顏色替換，造成嵌入后畫面偏色效果明顯。D.Cotting等人采用了多種方法改進(jìn)嵌入結(jié)構(gòu)光后的畫面質(zhì)量，但最終輸出畫面動(dòng)態(tài)范圍被大幅縮減，視覺感知效果不佳。J.Zhou等人提出一種基于計(jì)算機(jī)視覺方法的多投影顯示連續(xù)動(dòng)態(tài)校正技術(shù)，他們對(duì)每臺(tái)投影儀進(jìn)行改造，在投影儀上安裝固定一個(gè)相機(jī)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺方法重建投影屏幕的三維幾何。當(dāng)檢測(cè)到投影儀位置發(fā)生移動(dòng)時(shí)，位置移動(dòng)的投影儀輸出黑屏畫面，其相鄰?fù)队皟x仍顯示正常投影畫面。固定在該投影儀上的相機(jī)對(duì)投影區(qū)域進(jìn)行拍攝，從投影重疊區(qū)域的畫面中提取特征點(diǎn)，并根據(jù)特征點(diǎn)信息進(jìn)行投影畫面校正。J.Zhou等人提出的方法進(jìn)行投影畫面校正時(shí)，要求至少有一臺(tái)相鄰?fù)队皟x沒(méi)有移動(dòng)。而在實(shí)際應(yīng)用中，相鄰?fù)队皟x往往同時(shí)被觸碰移動(dòng)。同時(shí)其方法對(duì)進(jìn)行投影校正時(shí)，需輸出黑屏，用戶體驗(yàn)效果不佳。其方法對(duì)投影畫面內(nèi)容具有一定的依賴性，要求投影重疊區(qū)域的圖像中包含較多數(shù)量特征點(diǎn)。當(dāng)投影畫面中包含的特征點(diǎn)數(shù)量較少時(shí)，其方法無(wú)法進(jìn)行有效投影幾何校正。針對(duì)上述這些問(wèn)題，本發(fā)明給出一種基于嵌入式結(jié)構(gòu)光的自主校正集成技術(shù)，利用120Hz的投影儀在投影畫面中插入人眼難以察覺的結(jié)構(gòu)光圖像，在不規(guī)則顯示表面上實(shí)現(xiàn)投影畫面實(shí)時(shí)自主校正的方法。

除了上述基于嵌入式結(jié)構(gòu)光的自主校正技術(shù)外，基于相機(jī)的多投影自動(dòng)校正顯示系統(tǒng)必需解決的另一個(gè)核心問(wèn)題是：將投影的畫面投射在任何表面，消除投射表面本身的顏色紋理對(duì)于投影效果的影響，并且通過(guò)調(diào)整投影的亮度等因素，提高人們的觀察體驗(yàn)。

研究者認(rèn)為，在多投影顯示系統(tǒng)中加入自主幾何校正，顏色校正的模塊具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有多投影顯示系統(tǒng)一般在初始化時(shí)就設(shè)定好相應(yīng)的校正參數(shù)，對(duì)于投影儀的移動(dòng)無(wú)法做出自動(dòng)的調(diào)整。此外，現(xiàn)有的多投影顯示系統(tǒng)普遍沒(méi)有考慮投影背影的顏色紋理對(duì)于投射效果的影響，并未考慮對(duì)于投影畫面進(jìn)行顏色校正。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于相機(jī)的多投影自動(dòng)校正的系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)相機(jī)拍攝的方法，提取投影畫面中嵌入的結(jié)構(gòu)光，通過(guò)判別特征點(diǎn)設(shè)定幾何校正的參數(shù)，通過(guò)相機(jī)拍攝，獲得屏幕背景紋理的參數(shù)，計(jì)算出顏色校正后的圖像，減少背影紋理對(duì)于觀察效果的影響。

本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供一種基于相機(jī)的多投影自動(dòng)校正的方法，該方法能夠在投影過(guò)程中實(shí)時(shí)的通過(guò)相機(jī)拍攝圖像，對(duì)投影圖像顯示的位置以及顏色進(jìn)行自動(dòng)校正，獲得較為良好的視覺觀察效果。