[發明專利]適應于任意投影機群及投影屏幕的高魯棒性幾何校正方法

無效

• 申請號: 201310307204.5
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN104036475A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 張璠璠;戴價;陳洪林
• 申請（專利權）人: 成都智慧星球科技有限公司
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50;G06T3/40;G06T7/00;H04N5/74
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技術領域

本發明屬于計算機系統的圖像顯示處理，特別涉及到高魯棒性全自動的幾何校正方法

背景技術

大型虛擬空間的投影屏幕一般為復雜曲面屏幕，投影畫面在屏幕上存在較為嚴重的非線性變形，需要實現進行“幾何校正”。由于不同投影儀間的投影畫面存在重疊區域，需要在全局幾何對準的基礎上進行邊緣融合。為達到視覺無縫的投影畫面，還需要對所有投影儀進行色彩一致性校正。故一個完整的大規模、高沉浸感虛擬空間顯示系統構建工程中，存在“投影畫面生成”、“畫面分割”、“全局幾何對準”、“投影儀色彩特性測量”、“投影畫面內部幾何校正”、“多投影畫面間邊緣融合”和“多投影畫面色彩一致性校正”等一系列關鍵問題，具有較大的工程實施難度。而解決“幾何對準”和“色彩測量”問題是整個工程中的基礎，其他問題的解決都依賴于此。為構建大規模高沉浸感虛擬空間，需要按照期望畫面校正大量復雜擺放的投影儀陣列輸入圖像以便在大規模、非規則曲面屏幕上拼接顯示出視覺無縫的連續畫面，其本質是一個復雜的非線性反問題，極具挑戰性。

發明內容

本發明提出了一套適合大規模多投影融合顯示系統的高魯棒性全自動校正方法，針對大規模、復雜屏幕系統自動校正系統缺乏高魯棒性投影高速融合與驅動技術的情況，形成一個高運行速度、低維護成本的解決方案以適應大規模商用投影儀融合顯示系統中幾何校正的實際需求。

本發明的目的是這樣實現的：一種適應于大規模投影機群及任意投影屏幕的高魯棒性校正方法，其特征在于：采用單個普通攝像頭搭載低精度云臺組成核心廉價測量設備并把攝像頭作為監視設備監視投影特征圖像；使單個攝像頭通過旋轉拍攝投影畫面的方式完成投影儀-相機間幾何初始自主標定過程；通過建立光場數學模型，完成投影儀-屏幕亮度場的快速測量；采用全局幾何優化模型修正投影儀-相機間幾何初始自主標定結果，并自主補齊由于設備遮擋造成的幾何特征點缺失數據，完成投影儀畫面和人眼視線角度平面的像素級映射關系；利用一種快速的邊緣融合方法改善投影畫面的質量，最終生成視覺上幾何無縫拼接多投影顯示圖像。

所述利用攝像頭作為監視設備監視投影特征圖像，其特征在于借助單個普通攝像頭及低精度云臺，通過單個攝像頭旋轉拍攝的方式可監控到大規模投影機群投影到任意投影屏幕上的投影畫面。

所述的單個攝像頭通過旋轉拍攝投影畫面的方式完成投影儀-相機間幾何初始自主標定過程，其特征在于：利用一種無須投影儀和相機標定以及投影屏幕幾何形狀先驗信息的網格細分算法，自適應的將投影儀幀緩存圖像與相機拍攝圖像間稀疏對應點網格細分到任意精度，從而建立投影儀幀緩存圖像與相機拍攝圖像間像素級的一一映射關系，達到圖像對準的目標。幾何標定方法示意圖見圖1。

設(cx，cy)^T表示數字相機捕捉圖像中的某像素坐標，(px，py，pz)^T為實際投影到曲面上的一個空間點坐標。由于相機在成像過程中也可能產生形變，(px，py，pz)^T與(cx，cy)^T之間存在一個非線性映射關系：f₁：R³→R²即(cx，cy)^T＝f₁(px，py，pz)。設(bx，by)^T表示投影儀幀緩存圖像中的某像素坐標，投影屏幕上點(px，py，pz)^T與(bx，by)^T之間也是一個非線性映射關系：f₂R²→R³，即f₂(bx，by)＝(px，py，pz)^T。通過投影特征圖形(如棋盤格圖、線條圖等)并利用(px，py，pz)^T作為中間量，可以得到相機圖像與投影儀幀緩存圖像間稀疏的特征點對應關系，即