[發(fā)明專利]投影圖像幾何畸變自動(dòng)校正系統(tǒng)及其校正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710363862.4
• 申請(qǐng)日: 2017-05-22
• 公開（公告）號(hào): CN107105209B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周海嬌;袁緒澤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)春華懋科技有限公司
• 主分類號(hào): H04N9/31
• 分類號(hào): H04N9/31
• 代理公司: 吉林省長(zhǎng)春市新時(shí)代專利商標(biāo)代理有限公司 22204
• 代理人: 唐盼

1.一種投影圖像幾何畸變自動(dòng)校正系統(tǒng)，其特征在于：包括測(cè)控計(jì)算機(jī)、投影儀、角度檢測(cè)系統(tǒng)、圖像融合計(jì)算機(jī)和成像計(jì)算機(jī)；其中，所述測(cè)控計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)檢測(cè)與控制的核心，是大屏幕顯示圖像自動(dòng)校正系統(tǒng)的硬件控制平臺(tái)，測(cè)控計(jì)算機(jī)上安裝有幾何畸變自動(dòng)校正軟件，測(cè)控計(jì)算機(jī)控制成像計(jì)算機(jī)輸出要檢測(cè)的控制點(diǎn)，并通過(guò)投影儀在投影屏幕上顯示出該控制點(diǎn)，工作時(shí)全系統(tǒng)中只有一個(gè)控制點(diǎn)；所述投影儀是被校正對(duì)象，用于顯示系統(tǒng)投影圖像，與系統(tǒng)之間通過(guò)LAN總線進(jìn)行通信；所述角度檢測(cè)系統(tǒng)包括高精度機(jī)器視覺(jué)云臺(tái)和數(shù)字相機(jī)；所述高精度機(jī)器視覺(jué)云臺(tái)通過(guò)RS232總線與測(cè)控計(jì)算機(jī)連接，測(cè)控計(jì)算機(jī)發(fā)出動(dòng)作指令，控制云臺(tái)動(dòng)作，使其達(dá)到指定角度；所述數(shù)字相機(jī)安裝在高精度機(jī)器視覺(jué)云臺(tái)上，與測(cè)控計(jì)算機(jī)之間通過(guò)USB總線或LAN總線進(jìn)行通信，用于采集該角度一定范圍內(nèi)的目標(biāo)圖像；所述圖像融合計(jì)算機(jī)安裝有圖像融合軟件，用于完成投影圖像的邊緣融合與畸變校正，與系統(tǒng)之間通過(guò)LAN總線連接；所述成像計(jì)算機(jī)是圖像源，用于生成幾何畸變校正所需要的校正圖像，與系統(tǒng)之間通過(guò)LAN總線連接；

所述幾何畸變自動(dòng)校正軟件包括數(shù)字相機(jī)圖像采集與處理單元、云臺(tái)控制單元、投影儀設(shè)置模塊和投影儀校正處理單元；其中，所述數(shù)字相機(jī)圖像采集與處理單元，用于完成控制點(diǎn)圖像的采集、處理，并計(jì)算圖像中控制點(diǎn)的像素坐標(biāo)值，最后將像素坐標(biāo)值傳遞給投影儀校正處理單元作為控制點(diǎn)理論位置計(jì)算參數(shù)；所述云臺(tái)控制單元，用于控制云臺(tái)搭載數(shù)字相機(jī)的成像中心指向控制點(diǎn)理論位置，但由于顯示系統(tǒng)受到曲面投影屏幕和光學(xué)效應(yīng)影響，導(dǎo)致數(shù)字相機(jī)的中心并沒(méi)有指向該控制點(diǎn)中心應(yīng)該存在的水平、垂直角度方向，即存在著畸變誤差；所述投影儀設(shè)置模塊，用于實(shí)現(xiàn)投影儀基本功能參數(shù)設(shè)置，并把水平和垂直投影視場(chǎng)傳遞給投影儀校正處理單元作為控制點(diǎn)理論位置計(jì)算參數(shù)；所述投影儀校正處理單元，用于將投影儀設(shè)置模塊提供的數(shù)據(jù)與其他系統(tǒng)參數(shù)一起進(jìn)行計(jì)算得出控制點(diǎn)理論位置，然后控制云臺(tái)轉(zhuǎn)向此位置，再觸發(fā)數(shù)字相機(jī)圖像采集與處理單元工作，數(shù)字相機(jī)圖像采集與處理單元傳回控制點(diǎn)實(shí)際位置數(shù)據(jù)，最后使用控制點(diǎn)的理論位置和實(shí)際位置數(shù)據(jù)計(jì)算得出畸變校正矩陣，傳送給圖像融合計(jì)算機(jī)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種投影圖像幾何畸變自動(dòng)校正系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)字相機(jī)圖像采集與處理單元包括：數(shù)字相機(jī)參數(shù)設(shè)置模塊、圖像采集模塊、圖像處理模塊；其中，所述數(shù)字相機(jī)參數(shù)設(shè)置模塊，用于參數(shù)設(shè)置；所述圖像采集模塊，用于控制數(shù)字相機(jī)進(jìn)行圖像采集，分為單幀采集和連續(xù)采集；所述圖像處理模塊，用于對(duì)圖像采集模塊所采集的圖像進(jìn)行處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種投影圖像幾何畸變自動(dòng)校正系統(tǒng)，其特征在于：所述云臺(tái)控制單元包括：云臺(tái)狀態(tài)讀取模塊、云臺(tái)預(yù)備對(duì)準(zhǔn)模塊；其中，所述云臺(tái)狀態(tài)讀取模塊，用于讀取高精度機(jī)器視覺(jué)云臺(tái)當(dāng)前的水平角度和垂直角度；所述云臺(tái)預(yù)備對(duì)準(zhǔn)模塊，用于精確控制云臺(tái)動(dòng)作，直至圖像內(nèi)控制點(diǎn)中心與數(shù)字相機(jī)所采集的圖像十字中心點(diǎn)重合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種投影圖像幾何畸變自動(dòng)校正系統(tǒng)，其特征在于：所述投影儀校正處理單元包括：控制點(diǎn)角度矩陣模塊、圖像畸變檢測(cè)模塊、圖像畸變校正模塊；其中，所述控制點(diǎn)角度矩陣模塊，用于根據(jù)投影儀的參數(shù)設(shè)置和其他系統(tǒng)參數(shù)，計(jì)算云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；所述圖像畸變檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)云臺(tái)經(jīng)過(guò)虛擬投影平面打出的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)和投影儀經(jīng)過(guò)虛擬投影平面打出的實(shí)際投影點(diǎn)，計(jì)算每個(gè)控制點(diǎn)的畸變角度或畸變像素?cái)?shù)，求得投影儀水平畸變校正矩陣和垂直畸變校正矩陣；所述圖像畸變校正模塊，用于對(duì)圖像畸變檢測(cè)模塊所求得的投影儀水平畸變校正矩陣和垂直畸變校正矩陣進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理，從而得到正確可靠的圖像畸變校正矩陣，最后將畸變校正矩陣通過(guò)LAN總線發(fā)送到圖像融合計(jì)算機(jī)。

5.權(quán)利要求1所述的投影圖像幾何畸變自動(dòng)校正系統(tǒng)的校正方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

步驟S1，測(cè)控計(jì)算機(jī)控制成像計(jì)算機(jī)輸出要檢測(cè)的控制點(diǎn)，并通過(guò)投影儀在投影屏幕上顯示出該控制點(diǎn)，工作時(shí)全系統(tǒng)中只有一個(gè)控制點(diǎn)，即知道該像素在空間點(diǎn)應(yīng)該存在的位置；

步驟S2，測(cè)控計(jì)算機(jī)發(fā)出移動(dòng)指令，控制角度檢測(cè)系統(tǒng)上的高精度機(jī)器視覺(jué)云臺(tái)轉(zhuǎn)至預(yù)定位置，即使數(shù)字相機(jī)的中心指向該像素應(yīng)該存在的水平、垂直角度方向，由于顯示系統(tǒng)受到曲面投影屏幕和光學(xué)效應(yīng)影響，導(dǎo)致數(shù)字相機(jī)的中心并沒(méi)有指向該像素中心應(yīng)該存在的水平、垂直角度方向，也就是存在著畸變誤差；

步驟S3，測(cè)控計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)字相機(jī)圖像采集與處理單元檢測(cè)分析出像素的亮點(diǎn)信號(hào)的中心坐標(biāo)；

步驟S4，測(cè)控計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)字相機(jī)圖像采集與處理單元計(jì)算出像素的亮點(diǎn)信號(hào)的中心坐標(biāo)在空間坐標(biāo)系的坐標(biāo)；

步驟S5，與該像素在空間點(diǎn)應(yīng)該存在的理論位置進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出該像素的角度誤差和相對(duì)像素的位置誤差，形成矩陣形式的誤差表；

步驟S6，將該矩陣傳給圖像融合計(jì)算機(jī)，由圖像融合計(jì)算機(jī)完成畸變校正過(guò)程，最后通過(guò)投影儀將圖像顯示在投影屏幕上。