大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補(bǔ)償方法，其特征在于：攝像機(jī)固定到支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，并可以通過(guò)手動(dòng)方式調(diào)整支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的方位、俯仰和橫滾方向的角度，進(jìn)而調(diào)整攝像機(jī)的拍攝角度，攝像機(jī)通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)連接；第一投影幕與第二投影幕在邊界處正交；第一投影機(jī)負(fù)責(zé)向第一投影幕投射圖像，第二投影機(jī)負(fù)責(zé)向第二投影幕投射圖像，第一投影機(jī)與第二投影機(jī)的分辨率相同。能快速消除大型正交多幕投影系統(tǒng)中相鄰?fù)队澳恢g的反射或透射投影光線的干擾，得到人眼辨別范圍內(nèi)的色彩流暢和顏色亮度均衡一致的圖像，使大型正交多幕投影系統(tǒng)具有更好的觀賞效果，并大大減少補(bǔ)償時(shí)間。
【專利說(shuō)明】大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補(bǔ)償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補(bǔ)償方法，屬于計(jì)算機(jī)圖像處 理【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 近些年，多投影系統(tǒng)在生活中的應(yīng)用隨處可見(jiàn)，如2008年北京奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式上的 空中環(huán)幕，2009年山東全運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式上的巨型碗幕，2010年上海世博會(huì)上世界氣象館、t匕 利時(shí)-歐盟館中的大屏幕，都展示了多投影顯示技術(shù)的無(wú)窮魅力。根據(jù)投影幕類型的不同， 多投影顯示系統(tǒng)分為柱幕多投影系統(tǒng)、錐幕多投影系統(tǒng)，球幕多投影系統(tǒng)和CAVE多投影系 統(tǒng)等。大多數(shù)投影幕是通過(guò)凹面的變化來(lái)遮蓋圖像可視區(qū)域的一部分，進(jìn)而表現(xiàn)出很強(qiáng)的 沉浸感，由于投影到屏幕上的光不但被擴(kuò)散，而且一部分光輻射到了其它的屏幕上，這使得 相鄰?fù)队懊娼Y(jié)合處的圖像亮度和顏色產(chǎn)生變化，最終，會(huì)得到亮度和顏色都不連續(xù)的圖像， 大大影響了觀賞的效果。
[0003] CAVE作為一種多投影顯示系統(tǒng)，在商業(yè)、軍事、科研等諸多領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用 前景。如果CAVE系統(tǒng)中相鄰?fù)队澳欢即怪毕嘟?，我們也稱它為正交多幕系統(tǒng)。在正交多幕 投影系統(tǒng)中，由于投影到正交相鄰屏幕上的圖像會(huì)產(chǎn)生光線的輻射效應(yīng)使得相鄰?fù)队懊孢B 結(jié)處附近的圖像亮度和顏色發(fā)生細(xì)微的變化，導(dǎo)致部分圖像色彩和亮度不連續(xù)，而亮度2% 的改變和顏色2nm左右的變化都會(huì)讓人們產(chǎn)生視覺(jué)上的差異，而這種視覺(jué)差異會(huì)嚴(yán)重影響 人們的觀賞效果。
[0004] 目前，圖像處理技術(shù)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，如幾何扭曲，光度映射和邊緣融合等已 廣泛地應(yīng)用到多投影多屏幕顯示系統(tǒng)中。但多數(shù)都受限應(yīng)用在專用的硬件上，或靠不斷增 加顯卡本身的性能來(lái)獲得良好的圖像校正效果；此外，孫亞妮等人通過(guò)建立有效的數(shù)字補(bǔ) 償算法以消除光輻射影響，但僅通過(guò)仿真證明了方法的可行性。如果正交多幕投影系統(tǒng)中 的投影屏幕比較大，那么，以上方法很難得到很好的補(bǔ)償效果，而且需要耗費(fèi)大量的時(shí)間， 無(wú)法應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補(bǔ)償方法，能快速 消除大型正交多幕投影系統(tǒng)中相鄰?fù)队澳恢g的反射或透射投影光線的干擾，得到人眼辨 別范圍內(nèi)的色彩流暢和顏色亮度均衡一致的圖像，使大型正交多幕投影系統(tǒng)具有更好的觀 賞效果，并大大減少補(bǔ)償時(shí)間。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補(bǔ)償方法， 其特征在于：大型正交多幕投影系統(tǒng)由攝像機(jī)、支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)、第一投影幕、第二投 影幕、第一投影機(jī)、第二投影機(jī)組成；其中攝像機(jī)固定到支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，并可以通過(guò)手動(dòng) 方式調(diào)整支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的方位、俯仰和橫滾方向的角度，進(jìn)而調(diào)整攝像機(jī)的拍攝角度，攝像 機(jī)通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)連接；第一投影幕與第二投影幕在邊界處正交；第一投影機(jī)負(fù)責(zé)向第 一投影幕投射圖像，并保證投射的圖像恰好覆蓋第一投影幕；第二投影機(jī)負(fù)責(zé)向第二投影 幕投射圖像，并保證投射的圖像恰好覆蓋第二投影幕，第一投影機(jī)與第二投影機(jī)的分辨率 相同。
[0007] 其具體的補(bǔ)償步驟如下： 步驟1、將攝像機(jī)放在大型正交多幕投影系統(tǒng)中的某個(gè)觀察點(diǎn)處，保證攝像機(jī)能分別拍 攝第一投影幕和第二投影幕的全部畫面，且不遮擋第一投影機(jī)和第二投影機(jī)投射的圖像； 旋轉(zhuǎn)支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使得用攝像機(jī)拍攝時(shí)，第一投影幕在第二投影幕的左側(cè)，在以后的步驟 中始終保持?jǐn)z像機(jī)的設(shè)置參數(shù)不變。
[0008] 步驟2、用第一投影機(jī)在第一投影幕上投射一幅投影幕邊界標(biāo)定圖像，投影幕邊界 標(biāo)定圖像的背景顏色的RGB值分別為0,0,0,在投影幕邊界標(biāo)定圖像的四個(gè)頂角處分別有 一個(gè)白色的正方形，正方形的邊長(zhǎng)為5個(gè)像素，正方形顏色的RGB值分別為255, 255, 255,投 影幕邊界標(biāo)定圖像的分辨率與第一投影機(jī)的分辨率相同，記為mXn。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制攝像 機(jī)拍攝第一投影幕得到一張第一投影幕邊界標(biāo)定圖片，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。
[0009] 步驟3、利用平均值法和線性平滑方法分別對(duì)第一投影幕邊界標(biāo)定圖片進(jìn)行灰度 化和平滑處理以消除由拍攝引起的噪聲干擾，采用全局二值化方法對(duì)灰度化和平滑處理后 的第一投影幕邊界標(biāo)定圖片進(jìn)行二值化處理，得到二值化后的第一投影幕邊界標(biāo)定圖片。 [0010]步驟4、根據(jù)二值化后的第一投影幕邊界標(biāo)定圖片中白色區(qū)域的頂點(diǎn)確定二值化 后的第一投影幕邊界標(biāo)定圖片的四個(gè)邊界點(diǎn)，根據(jù)四個(gè)邊界點(diǎn)確定第一投影幕的最大邊界 矩形，將第一投影機(jī)關(guān)閉。
[0011] 步驟5、用第二投影機(jī)在第二投影幕上投射一幅投影幕邊界標(biāo)定圖像，投影幕邊界 標(biāo)定圖像的背景顏色的RGB值分別為0,0,0,在投影幕邊界標(biāo)定圖像的四個(gè)頂角處分別有 一個(gè)白色的正方形，正方形的邊長(zhǎng)為5個(gè)像素，正方形顏色的RGB值分別為255, 255, 255,投 影幕邊界標(biāo)定圖像的分辨率與第二投影機(jī)的分辨率相同，記為mXn。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制攝像 機(jī)拍攝第二投影幕得到一張第二投影幕邊界標(biāo)定圖片，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中。
[0012] 步驟6、利用平均值法和線性平滑方法分別對(duì)第二投影幕邊界標(biāo)定圖片進(jìn)行灰度 化和平滑處理以消除由拍攝引起的噪聲干擾，采用全局二值化方法對(duì)灰度化和平滑處理后 的第二投影幕邊界標(biāo)定圖片進(jìn)行二值化處理，得到二值化后的第二投影幕邊界標(biāo)定圖片。
[0013] 步驟7、根據(jù)二值化后的第二投影幕邊界標(biāo)定圖片中白色區(qū)域的頂點(diǎn)確定二值化 后的第二投影幕邊界標(biāo)定圖片的四個(gè)邊界點(diǎn)，根據(jù)四個(gè)邊界點(diǎn)確定第二投影幕的最大邊界 矩形，將第二投影機(jī)關(guān)閉。
[0014] 步驟8、第一投影機(jī)向第一投影幕投射一幅紅色標(biāo)定圖像，其顏色的RGB值分別為 255,0,0,使用攝像機(jī)拍攝第一投影幕，得到一幅紅色標(biāo)定圖片，使用攝像機(jī)拍攝第二投影 幕，得到一幅紅色補(bǔ)償圖片。
[0015] 步驟9、根據(jù)第一投影幕的最大邊界矩形，確定拍攝的紅色標(biāo)定圖片的有效區(qū)域， 得到投影幕紅色標(biāo)定圖片，設(shè)投影幕紅色標(biāo)定圖片的分辨率為MXN，其中M>m，N>n。
[0016] 步驟10、讀取投影幕紅色標(biāo)定圖片中每個(gè)像素點(diǎn)的顏色的RGB值，得到三個(gè)紅色 標(biāo)定矩陣，分別將三個(gè)矩陣中每個(gè)元素除以255,分別CAMR、CAMG、CAMB表示，用1減去矩陣 CAMR的每一個(gè)元素，用0減去矩陣CAMG的每一個(gè)元素，用0減去矩陣CAMB的每一個(gè)元素， 得到三個(gè)歸一化紅色標(biāo)定矩陣，分別用RR、RG、RB表示； 步驟11、根據(jù)第二投影幕的最大邊界矩形，確定拍攝的紅色標(biāo)定圖片的有效區(qū)域，得到 投影幕紅色補(bǔ)償圖片，設(shè)投影幕紅色補(bǔ)償圖片的分辨率為MXN，其中M>m，N>n。
[0017] 步驟12、讀取投影幕紅色補(bǔ)償圖片中每個(gè)像素點(diǎn)的顏色的RGB值，得到三個(gè)矩陣， 分別將三個(gè)矩陣中每個(gè)元素除以255,得到三個(gè)歸一化矩陣，分別用R、G、B表示； 步驟13、用M除以m，得到商用a表示，用N除以n，得到商用b表示。
[0018] 步驟14、構(gòu)造mXη紅色分量補(bǔ)償矩陣LRr，其中LRr(i，j)為矩陣LRr的第i行 第j列元素，

【權(quán)利要求】
1. 大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補(bǔ)償方法，其特征在于：大型正交多幕投影系統(tǒng) 由攝像機(jī)、支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)、第一投影幕、第二投影幕、第一投影機(jī)、第二投影機(jī)組成； 其中攝像機(jī)固定到支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，并可以通過(guò)手動(dòng)方式調(diào)整支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的方位、俯仰 和橫滾方向的角度，進(jìn)而調(diào)整攝像機(jī)的拍攝角度，攝像機(jī)通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)連接；第一投影 幕與第二投影幕在邊界處正交；第一投影機(jī)負(fù)責(zé)向第一投影幕投射圖像，并保證投射的圖 像恰好覆蓋第一投影幕；第二投影機(jī)負(fù)責(zé)向第二投影幕投射圖像，并保證投射的圖像恰好 覆蓋第二投影幕，第一投影機(jī)與第二投影機(jī)的分辨率相同。
2. 大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補(bǔ)償方法，其具體的補(bǔ)償步驟如下： 步驟1、將攝像機(jī)放在大型正交多幕投影系統(tǒng)中的某個(gè)觀察點(diǎn)處，保證攝像機(jī)能分別拍 攝第一投影幕和第二投影幕的全部畫面，且不遮擋第一投影機(jī)和第二投影機(jī)投射的圖像； 旋轉(zhuǎn)支撐調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使得用攝像機(jī)拍攝時(shí)，第一投影幕在第二投影幕的左側(cè)，在以后的步驟 中始終保持?jǐn)z像機(jī)的設(shè)置參數(shù)不變； 步驟2、用第一投影機(jī)在第一投影幕上投射一幅投影幕邊界標(biāo)定圖像，投影幕邊界標(biāo)定 圖像的背景顏色的RGB值分別為0,0,0,在投影幕邊界標(biāo)定圖像的四個(gè)頂角處分別有一個(gè) 白色的正方形，正方形的邊長(zhǎng)為5個(gè)像素，正方形顏色的RGB值分別為255, 255, 255,投影幕 邊界標(biāo)定圖像的分辨率與第一投影機(jī)的分辨率相同，記為mXn;通過(guò)計(jì)算機(jī)控制攝像機(jī)拍 攝第一投影幕得到一張第一投影幕邊界標(biāo)定圖片，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中； 步驟3、利用平均值法和線性平滑方法分別對(duì)第一投影幕邊界標(biāo)定圖片進(jìn)行灰度化和 平滑處理以消除由拍攝引起的噪聲干擾，采用全局二值化方法對(duì)灰度化和平滑處理后的第 一投影幕邊界標(biāo)定圖片進(jìn)行二值化處理，得到二值化后的第一投影幕邊界標(biāo)定圖片； 步驟4、根據(jù)二值化后的第一投影幕邊界標(biāo)定圖片中白色區(qū)域的頂點(diǎn)確定二值化后的 第一投影幕邊界標(biāo)定圖片的四個(gè)邊界點(diǎn)，根據(jù)四個(gè)邊界點(diǎn)確定第一投影幕的最大邊界矩 形，將第一投影機(jī)關(guān)閉； 步驟5、用第二投影機(jī)在第二投影幕上投射一幅投影幕邊界標(biāo)定圖像，投影幕邊界標(biāo)定 圖像的背景顏色的RGB值分別為0,0,0,在投影幕邊界標(biāo)定圖像的四個(gè)頂角處分別有一個(gè) 白色的正方形，正方形的邊長(zhǎng)為5個(gè)像素，正方形顏色的RGB值分別為255, 255, 255,投影幕 邊界標(biāo)定圖像的分辨率與第二投影機(jī)的分辨率相同，記為mXn;通過(guò)計(jì)算機(jī)控制攝像機(jī)拍 攝第二投影幕得到一張第二投影幕邊界標(biāo)定圖片，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中； 步驟6、利用平均值法和線性平滑方法分別對(duì)第二投影幕邊界標(biāo)定圖片進(jìn)行灰度化和 平滑處理以消除由拍攝引起的噪聲干擾，采用全局二值化方法對(duì)灰度化和平滑處理后的第 二投影幕邊界標(biāo)定圖片進(jìn)行二值化處理，得到二值化后的第二投影幕邊界標(biāo)定圖片； 步驟7、根據(jù)二值化后的第二投影幕邊界標(biāo)定圖片中白色區(qū)域的頂點(diǎn)確定二值化后的 第二投影幕邊界標(biāo)定圖片的四個(gè)邊界點(diǎn)，根據(jù)四個(gè)邊界點(diǎn)確定第二投影幕的最大邊界矩 形，將第二投影機(jī)關(guān)閉； 步驟8、第一投影機(jī)向第一投影幕投射一幅紅色標(biāo)定圖像，其顏色的RGB值分別為255， 〇, 〇,使用攝像機(jī)拍攝第一投影幕，得到一幅紅色標(biāo)定圖片，使用攝像機(jī)拍攝第二投影幕，得 到一幅紅色補(bǔ)償圖片； 步驟9、根據(jù)第一投影幕的最大邊界矩形，確定拍攝的紅色標(biāo)定圖片的有效區(qū)域，得到 投影幕紅色標(biāo)定圖片，設(shè)投影幕紅色標(biāo)定圖片的分辨率為MXN，其中M>m，N>n; 步驟10、讀取投影幕紅色標(biāo)定圖片中每個(gè)像素點(diǎn)的顏色的RGB值，得到三個(gè)紅色標(biāo)定 矩陣，分別將三個(gè)矩陣中每個(gè)元素除以255,分別CAMR、CAMG、CAMB表示，用1減去矩陣CAMR 的每一個(gè)元素，用0減去矩陣CAMG的每一個(gè)元素，用0減去矩陣CAMB的每一個(gè)元素，得到 三個(gè)歸一化紅色標(biāo)定矩陣，分別用RR、RG、RB表示； 步驟11、根據(jù)第二投影幕的最大邊界矩形，確定拍攝的紅色標(biāo)定圖片的有效區(qū)域，得到 投影幕紅色補(bǔ)償圖片，設(shè)投影幕紅色補(bǔ)償圖片的分辨率為MXN，其中M>m，N>n; 步驟12、讀取投影幕紅色補(bǔ)償圖片中每個(gè)像素點(diǎn)的顏色的RGB值，得到三個(gè)矩陣，分別 將三個(gè)矩陣中每個(gè)元素除以255,得到三個(gè)歸一化矩陣，分別用R、G、B表示； 步驟13、用M除以m，得到商用a表示，用N除以n，得到商用b表示； 步驟14、構(gòu)造mXn紅色分量補(bǔ)償矩陣LRr，其中LRr(i，j)為矩陣LRr的第i行第j列元素，
矩陣LRr中其它元素設(shè)置為0 ; 構(gòu)造mXη綠色分量補(bǔ)償矩陣LRg，其中LRg(i，j)為矩陣LRg的第i行第j列元素，
矩陣LRg中其它元素設(shè)置為0 ; 構(gòu)造mXη藍(lán)色分量補(bǔ)償矩陣LRb，其中LRb(i，j)為矩陣LRb的第i行第j列元素，
矩陣LRb中其它元素設(shè)置為0 ; 步驟15、第一投影機(jī)向第一投影幕投射一幅綠色標(biāo)定圖像，其顏色的RGB值分別為0， 255,0,使用攝像機(jī)拍攝第一投影幕，得到一幅綠色標(biāo)定圖片，使用攝像機(jī)拍攝第二投影幕， 得到一幅綠色補(bǔ)償圖片，重復(fù)步驟6至步驟9,分別構(gòu)造mXn紅色分量補(bǔ)償矩陣LGr、綠色 分量補(bǔ)償矩陣LGg、藍(lán)色分量補(bǔ)償矩陣LGb; 步驟16、第一投影機(jī)向第一投影幕投射一幅藍(lán)色標(biāo)定圖像，其顏色的RGB值分別為0， 〇, 255,使用攝像機(jī)拍攝第一投影幕，得到一幅藍(lán)色標(biāo)定圖片，使用攝像機(jī)拍攝第二投影幕， 得到一幅藍(lán)色補(bǔ)償圖片，重復(fù)步驟9至步驟14,分別得到三個(gè)歸一化綠色標(biāo)定矩陣，分別用 GR、GG、GB表示，三個(gè)歸一化藍(lán)色標(biāo)定矩陣，分別用BR、BG、BB表示，分別構(gòu)造mXn紅色分量 補(bǔ)償矩陣LBr、綠色分量補(bǔ)償矩陣LBg、藍(lán)色分量補(bǔ)償矩陣LBb; 步驟12、構(gòu)造三個(gè)mXη補(bǔ)償矩陣Lr、Lg、Lb，其中， Lr(i，j)為矩陣Lr的第i行第j列元素， ,J香《CU)+磁f』+層C4J ; Lg a j)為矩陣Lg的第i行第j列元素， = 蠶遽GCUH崎,J奪靡! =l2,j?,i=：U一》; Lbaj)為矩陣Lb的第i行第j列元素， jacu》=MlifeiHiKaCi-J蠶以_，J*翡<^)+鎌《*』+獅#,Jt=tX^n,J ; 通過(guò)以上三個(gè)補(bǔ)償矩陣來(lái)補(bǔ)償?shù)谝煌队澳?對(duì)第二投影幕5的光輻射影響。
【文檔編號(hào)】G09G3/00GK104317144SQ201410423226
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】韓成, 蔣振剛, 張超, 趙義武, 薛耀紅, 楊華民, 馮欣, 范靜濤, 白寶興, 丁瑩 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)