一種多投影機投影圖像全自動幾何拼接校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多投影機投影圖像全自動幾何拼接校正方法，適用于高沉浸顯 示、數(shù)字模擬仿真、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在虛擬現(xiàn)實和數(shù)字媒體領(lǐng)域，經(jīng)常使用非平面投影來營造高沉浸、高分辨率的顯 示環(huán)境。對于此類非平面屏幕投影，會面臨以下兩個難題：首先，直接投影到非平面的圖像 會發(fā)生幾何形變，需要對圖像進行預(yù)畸變以適應(yīng)屏幕外形；其次，為提高顯示高分辨率或者 擴大亮度動態(tài)范圍，經(jīng)常需要同時使用多臺投影機投影，而不同投影機之間重疊區(qū)域的幾 何紋理對齊以及亮度融合就成為無法回避的問題。
[0003] 為了解決上述問題，現(xiàn)有的投影校正方法多從兩個方面著手：一種是三維重建方 法，它對投影場景進行幾何外形恢復(fù)，同時獲取投影機在場景中的相對位置，從而實現(xiàn)投影 圖像校正；另一種是非重建方法，它使用單純的二維圖像變換方法實現(xiàn)在非平面上投影圖 像的幾何紋理對齊。三維重建方法的優(yōu)點是可以獲得全部場景信息，因此能夠較為方便地 生成對應(yīng)位置投影機圖像，特別適用于用戶視點不固定的沉浸投影環(huán)境，其缺點是重建使 用的設(shè)備成本高，過程復(fù)雜，并且難以達(dá)到很高精度。非重建方法常使用單應(yīng)或者貝塞爾變 形等方法對圖像進行調(diào)整，利用人眼或者攝像機作為紋理對齊判斷依據(jù)，其優(yōu)點是技術(shù)成 熟、使用方便，缺點是由于沒有場景三維信息，因此在非平面投影時，需要通過使用輔助標(biāo) 志點或者其他手段獲取投影機與屏幕的對應(yīng)關(guān)系，標(biāo)定過程人工參與量大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是為了解決非平面屏幕投影時，多投影機投影圖像發(fā)生 幾何形變問題，提出一種多投影機投影圖像全自動幾何拼接校正方法。
[0005] 實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] 一種多投影機投影圖像全自動幾何拼接校正方法，具體過程為：
[0007] 步驟一、在屏幕前方設(shè)置攝像機，利用屏幕上空間點乂^^與攝像機像素點x。對應(yīng)關(guān) 系，標(biāo)定出攝像機相對于屏幕的位姿[R」T。];
[0008] 步驟二、建立各投影機像素點15與攝像機像素點x。之間的映射關(guān)系，基于所述位 姿[R。IT。]和屏幕外形參數(shù)，獲得屏幕上空間點Xw與投影機像素點Xp的對應(yīng)關(guān)系，標(biāo)定出各 投影機相對于屏幕的位姿[Rp|Tp];
[0009] 步驟三、針對所投影區(qū)域存在重合的任意兩臺投影機，將重合投影區(qū)域中右投影 區(qū)域?qū)?yīng)的投影機定義為右投影機，將左投影區(qū)域?qū)?yīng)的投影機定義為左投影機；將屏幕 上點Xwnew在右投影機上的對應(yīng)像素點xy利用各投影機像素點與攝像機像素點之間的映射 關(guān)系，將其映射到左投影機中，獲得X_在左投影機中對應(yīng)的像素點xlnOT;
[0010] 步驟四、針對所投影圖像存在重合的任意兩臺投影機中的左投影機，根據(jù)對應(yīng)點 乂1)與X￥和對應(yīng)點XlnOT與XwnOT，對每一左投影機二次標(biāo)定更新其相對于屏幕的位姿[RpITp];
[0011] 步驟五、利用各投影機相對于屏幕的位姿[RpITp]，生成各投影機的投影圖像，利用 下式所示的最優(yōu)化方法對投影圖像進行幾何變形，將變形后的校正圖像作為各投影機的投 影圖像；
[0012]
【主權(quán)項】
1. 一種多投影機投影圖像全自動幾何拼接校正方法，其特征在于，具體過程為： 步驟一、在屏幕前方設(shè)置攝像機，利用屏幕上空間點乂^^與攝像機像素點X。對應(yīng)關(guān)系，標(biāo) 定出攝像機相對于屏幕的位姿[R。|T。]; 步驟二、建立各投影機像素點15與攝像機像素點X。之間的映射關(guān)系，基于所述位姿 [R。IT。]和屏幕外形參數(shù)，獲得屏幕上空間點Xw與投影機像素點xp的對應(yīng)關(guān)系，標(biāo)定出各投 影機相對于屏幕的位姿[RP|TP]; 步驟三、針對所投影區(qū)域存在重合的任意兩臺投影機，將重合投影區(qū)域中右投影區(qū)域 對應(yīng)的投影機定義為右投影機，將左投影區(qū)域?qū)?yīng)的投影機定義為左投影機；將屏幕上點 X_w在右投影機上的對應(yīng)像素點利用各投影機像素點與攝像機像素點之間的映射關(guān)系， 將其映射到左投影機中，獲得Xwn"在左投影機中對應(yīng)的像素點xlnOT; 步驟四、針對所投影圖像存在重合的任意兩臺投影機中的左投影機，根據(jù)對應(yīng)點\與XJP對應(yīng)點xln"與X_w，對每一左投影機二次標(biāo)定更新其相對于屏幕的位姿[RP|TP]; 步驟五、利用各投影機相對于屏幕的位姿[RpITp]，生成各投影機的投影圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述多投影機投影圖像全自動幾何拼接校正方法，其特征在于，在 執(zhí)行完步驟五后，利用下式所示的最優(yōu)化方法對投影圖像進行幾何變形，將變形后的校正 圖像作為各投影機的投影圖像；
其中，設(shè)兩相鄰?fù)队皺C所投影的圖像之間共存在N個重合點，xidst表示其中第i個重合 點的目標(biāo)位置，xiB表示第i個重合點在貝塞爾優(yōu)化后的位置，目標(biāo)函數(shù)f(P)表示所有重合 點的平均拼接誤差，P」表示第j個貝塞爾控制點的當(dāng)前位置，Pw表示第j個貝塞爾控制點 的初始位置，W(Pj)表示Pj的移動范圍。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多投影機投影圖像全自動幾何拼接校正方法，具體過程為：步驟一、標(biāo)定出攝像機相對于屏幕的位姿[Rc|Tc]；步驟二、標(biāo)定出各投影機相對于屏幕的位姿[Rp|Tp]；步驟三、將屏幕上點Xwnew在右投影機上的對應(yīng)像素點xr，利用各投影機像素點與攝像機像素點之間的映射關(guān)系，將其映射到左投影機中，獲得Xwnew在左投影機中對應(yīng)的像素點xlnew；步驟四、根據(jù)對應(yīng)點xp與Xw和對應(yīng)點xlnew與Xwnew，對每一左投影機二次標(biāo)定更新其相對于屏幕的位姿[Rp|Tp]；步驟五、利用各投影機相對于屏幕的位姿[Rp|Tp]，生成各投影機的投影圖像，利用最優(yōu)化方法對投影圖像進行幾何變形，將變形后的校正圖像作為各投影機的投影圖像。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)非平面屏幕投影圖像的拼接校正。
【IPC分類】G06T3-40, G06T7-00
【公開號】CN104778658
【申請?zhí)枴緾N201510150533
【發(fā)明人】翁冬冬, 李冬, 趙璐, 周立經(jīng)
【申請人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月1日