[發明專利]基于圖像識別的曲面投影自動幾何校正方法

有效

• 申請號: 201611102131.6
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106534817B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 趙明玥;張安全;朱運蘭;張二陽
• 申請（專利權）人: 鄭州捷安高科股份有限公司
• 主分類號: H04N9/31
• 分類號: H04N9/31;G06F3/14
• 代理公司: 北京鑫浩聯德專利代理事務所(普通合伙)11380
• 代理人: 李荷香

技術領域

本發明涉及一種信號導向性好、通用易實施的基于圖像識別的曲面投影自動幾何校正方法，屬于虛擬現實多通道投影顯示技術領域。

背景技術

投影多通道融合是指兩臺以上投影機通過邊緣融合后達到整體更大畫面的增強效果。投影采用邊緣融合技術后，可以應用于指揮監控中心、網管中心、視頻會議、學術報告、技術講座和多功能會議室，主要適合對大畫面、多色彩、高亮度、高分辨率等有特定需求的超大場所。

在進行投影多通道融合過程中, 由于多采用平面幕和環幕以及天花板吊投的方式，通常投影機投射出來的畫面形狀并非規則的長方形畫面，而是變形的非規則形狀；為使整個投影畫面能夠還原成規則的原始畫面形狀,并投射在投影幕區域內,需要對投影畫面進行非線性曲面幾何校正。在進行投影多通道融合調試的過程中,投影的非線性曲面幾何校正的調節通常采用手動調節方式,也有采用基于相機的自動校正方式。手動調節主要是通過手動拖拉投影曲面的控制點的方式進行，一般需要反復操作上百個甚至上千個控制點，調試過程復雜、繁瑣、耗時長、效果不易控制，對調試人員經驗要求高；另外一種通過相機標定求取投影機和投影幕之間單應性矩陣的方法，通過投影幕重建，計算預扭曲矩陣來達到曲面幾何校正目的，可以對投影幕的曲面校正進行一定程度的自動處理，但是這種方法需要對使用的攝影頭和投影機進行提前標定,且整個過程較復雜,工程實施不易控制；因此對于投影的曲面非線性幾何校正的調節迫切需要一種對調試人員要求低、操作簡便、效果較好的實施方案。

發明內容

本發明為解決以上問題提出了一種基于圖像識別的曲面投影自動幾何校正方法,利用計算機視覺開發庫opencv、開放圖形庫opengl、普通網絡攝影頭和紅外激光筆，通過投影機投影出具有可識別定位綠色方塊的圖像,并使用電腦通過攝影頭采集圖像并識別定位所投定位綠色方塊的位置,計算攝影頭圖像空間和投影機圖像空間之間的單應性矩陣，通過紅外激光筆標注并通過電腦使用攝影頭采集圖像并識別投影幕中目標投影控制點位置,自動計算投影曲面控制點。

本發明實現上述目的采取的技術方案是這樣實現的：

一種基于圖像識別的曲面投影自動幾何校正方法，包括以下步驟：

步驟1）、安置攝影頭正對投影幕中心，使攝影頭與投影幕保持垂直狀態并固定姿態保持穩定，連接攝影頭到電腦；

步驟2）、通過投影機投射包含至少4個可識別定位綠色方塊的投影圖像,電腦通過攝影頭采集圖像并識別定位色塊位置,計算出攝影頭圖像空間和投影機圖像空間之間的單應性矩陣H；

步驟3）、在投影機上投射全黑圖像，使用N*N個紅外激光筆在投影幕的目標投影區域橫排和豎排平分點處投射形成N排N列激光點陣；電腦通過攝影頭采集一幀圖像，識別紅外激光點陣位置，記錄位置集合Cd{Cd1，Cd2…Cdi}；

步驟4）、根據步驟2計算出來的攝影頭圖像空間和投影機圖像空間之間的單應性矩陣H,反算行列交叉點位置集合Cd在其投影機圖像空間中的位置集合Ps，公式如下：Ps=H*Cd；

步驟5）、在投影機圖像空間中使用開放圖形庫opengl建立貝塞爾曲面作為投影曲面，將投影畫面作為紋理形式映射到開放圖形庫opengl貝塞爾曲面上，使用計算出來的投影機圖像空間中的位置集合Ps作為三次貝塞爾曲面的N行N列控制點，形成投影曲面，完成幾何校正。

在步驟2）中，計算出攝影頭圖像空間和投影機圖像空間之間的單應性矩陣H，具體包含以下步驟:

第一步：投影機投影包含至少4個可識別定位綠色方塊的投影圖像,按照上下左右順序記錄可定位色塊在投影機圖像空間中的位置集合P{ P1,P2…Pi },

第二步：電腦通過攝影頭采集圖像,并識別定位綠色方塊,定位綠色方塊的識別包含以下步驟:

步驟a）、使用計算機視覺開發庫opencv二值化并檢測采集圖像中的多邊形輪廓,

步驟b）、使用計算機視覺開發庫opencv將檢測到的輪廓進行多邊形擬合，

步驟c）、判斷所擬合多邊形是否為四邊形，如果不是則剔除，如果是則進行下一步判斷，

步驟d）、計算四邊形中心點，并獲取中心點所在圖像位置的像素顏色,如果顏色不為綠色則剔除,如果為綠色則作為定位綠色方塊，

步驟e）、根據識別出來的定位綠色方塊的坐標，對識別出來的色塊進行上下左右排序，形成攝影頭圖像空間定位點集C{C1,C2…Ci}，