多投影顯示系統(tǒng)圖像對準(zhǔn)算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多媒體投影領(lǐng)域，特別是涉及一種多投影顯示系統(tǒng)圖像對準(zhǔn)算 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)在商業(yè)、娛樂和科學(xué)研究等領(lǐng)域影響的日益廣泛，市場對超大 屏幕高分辨率顯示需求不斷提升，多投影顯示技術(shù)受到越來越多的關(guān)注，涌現(xiàn)出了很多優(yōu) 秀的系統(tǒng)，幾何校正、顏色校正和亮度邊緣融合是多投影顯示系統(tǒng)的幾個關(guān)鍵技術(shù)，而投 影機幀緩存中像素與校正用相機拍攝圖像像素間映射關(guān)系的建立是前提和基礎(chǔ)。大多數(shù)投 影機都是針對平面投影而設(shè)計，在其焦距位置上有一焦平面，當(dāng)每個像素都聚焦到這個平 面對應(yīng)的像素點上時，就顯示出了正確的圖像。
[0003] 如果顯示墻是一曲面，則該曲面的某些部分并不在投影機焦平面上，這些部位的 投影像素就會發(fā)生偏移，而這種偏移就導(dǎo)致了圖像扭曲的產(chǎn)生，也會導(dǎo)致投影圖像的大小 發(fā)生變化。為了在曲面顯示墻上得到正確的圖像，就需要對投影機的輸出畫面進行預(yù)變形， 用來抵消系統(tǒng)中由于投影機擺放位置的隨意性和屏幕的不規(guī)則性帶來的幾何錯位，變形后 的圖像再經(jīng)過一個投影變換投射到顯示墻上時就得到了正確的圖像，上述過程就是幾何校 正。幾何校正最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是建立計算機幀緩存圖像與投影機投影在顯示墻上的圖像之 間的幾何位置精確對應(yīng)關(guān)系，Surati等使用特征線圖案來建立投影機空間到顯示墻空間 的映射關(guān)系，但在投影機亮度較低時，會嚴(yán)重影響校正精度；Ramesh等提出了一個基于二 次變換的對準(zhǔn)算法，預(yù)先標(biāo)定相機和投影機，并估計二次曲面參數(shù)；Chen等通過建立與維 護一個Homography樹來拼接從不同位置拍攝的低分辨率圖像，間接地求取每個投影子區(qū) 域與顯示墻的位置關(guān)系；Bhasker等針對鏡頭畸變問題給出了基于有理Bezier曲面網(wǎng)格的 修正方法，但僅限于平面顯示墻；Harville等利用三角網(wǎng)格和紋理映射來建立投影圖像與 相機圖像間的對應(yīng)關(guān)系；Philippe等針對顯示墻解析式和投影機內(nèi)參數(shù)未知的情況，采取 密集采樣和分片插值的方式計算投影圖像的映射關(guān)系；王修暉等用特征條代替特征線計算 映射關(guān)系，提高了檢測精度，但目前也僅適用于平面系統(tǒng)；彭俊毅等通過二次校準(zhǔn)方法細(xì)化 求解一致性矩陣來實現(xiàn)自動拼接；王邦平等提出使用矩形和圓點組成的特征圖案來計算映 射關(guān)系，算法涉及到圖像分割、特征識別與提取、插值加密等過程，實現(xiàn)流程很復(fù)雜；張軍等 用細(xì)分曲面技術(shù)去加密初始粗糙網(wǎng)格，精度比較高，但耗時較長；_利等使用圖像匹配技術(shù) 構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)，將圖像分解在各三角形區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)高精度圖像對準(zhǔn)；黃淼等通過對比 樣本圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像來計算數(shù)碼相機的校正參數(shù)，可以獲取投影機的特征點和有效顯示區(qū) 域；陳顯峰提出了一種新的基于對位標(biāo)志幾何特征的圖像對準(zhǔn)算法，先在二值化前后進行 兩次濾波，再使用形態(tài)學(xué)邊緣檢測算法來提取圖像的邊緣輪廓，有效地提高了圖像的對準(zhǔn) 速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決上述問題而提供一種多投影顯示系統(tǒng)圖像對準(zhǔn)算法。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的： 一種多投影顯示系統(tǒng)圖像對準(zhǔn)算法，包括以下步驟： 一、 首先向待測物體表面投影結(jié)構(gòu)光，得到被物體表面高度起伏調(diào)制后的變形條紋標(biāo) 準(zhǔn)正弦條紋和變形條紋，正弦條紋和變形條紋分別表示為式（2)和式（3) : Istandard=a(x,y)+b(x,y)cos(2itx/p), (2) Ideform=a(x,y)+b(x,y)cos(2itx/p+2ith(x,y) /A), (3) 上式中：a(x，y)為背景光強；b(x，y)為條紋的調(diào)制度； h(x，y)是待測物體的面形分布； P是條紋周期； 入為等效波長； 變形條紋中隱含了物面的高度信息，面形不同生成的變形條紋也不一樣，經(jīng)過相位展 開后，利用相位-高度轉(zhuǎn)換關(guān)系就可以得到物面的高度信息，進行相位展開的目的是為了 把由于反三角運算引起的截斷相位恢復(fù)成原有的真實相位，常用的相位展開算法有時間相 位展開算法、最小二乘法和調(diào)制度排序法等； 二、 采用發(fā)散照明光路的相位-高度映射關(guān)系，利用三角形相似原理可以求得物面的 高度h，即： d/ 纖^ =(L0 -h)/h. (4) 將式⑷變形，得：
式（4)和（5)中：P1、P2為投影系統(tǒng)的人瞳和出瞳；II、12為成像系統(tǒng)的人瞳和出瞳；L0、d為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以計算得到調(diào)制相位與]^之間的映射，即與物體高度h 的映射關(guān)系。
[0006] 具體地，向待測物體表面投影結(jié)構(gòu)光為正弦條紋。
[0007] 本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明為一種多投影顯示系統(tǒng)圖像對準(zhǔn)算法，利用光線傳輸過程中相位不變的原理建 立投影機幀緩存圖像與相機拍攝圖像間像素級的一一對應(yīng)關(guān)系，達到圖像對準(zhǔn)的目的，該 方法無需事先知道顯示墻的解析表達式，簡化了已有算法需要大量采樣點或者細(xì)分加密的 過程，能夠直接得到像素間的映射關(guān)系，提高了圖像對準(zhǔn)的精度，并且可以應(yīng)用于任意光滑 表面的顯示墻上。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發(fā)明中經(jīng)物體表面調(diào)制生成變形條紋示意圖； 圖2是本發(fā)明中采用發(fā)散光路照明的測量結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明中幀緩存圖像與相機圖像映射關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0009] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明： 本發(fā)明為一種多投影顯示系統(tǒng)圖像對準(zhǔn)算法，其特征在于，包括以下步驟： 一、 首先向待測物體表面投影結(jié)構(gòu)光（通常用正弦條紋），得到被物體表面高度起伏調(diào) 制后的變形條紋標(biāo)準(zhǔn)正弦條紋和變形條紋，如圖1所示，正弦條紋和變形條紋分別表示為 式⑵和式（3): Istandard=a(x,y)+b(x,y)cos(2itx/p), (2) Ideform=a(x,y)+b(x,y)cos(2itx/p+2ith(x,y) /A), (3) 上式中：a(x，y)為背景光強；b(x，y)為條紋的調(diào)制度； h(x，y)是待測物體的面形分； P是條紋周期； 入為等效波長； 變形條紋中隱含了物面的高度信息，面形不同生成的變形條紋也不一樣，經(jīng)過相位展 開后，利用相位-高度轉(zhuǎn)換關(guān)系就可