專(zhuān)利名稱(chēng)：一種即插即用的大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種即插即用的大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示技術(shù)，屬于多媒體技術(shù)中的大屏幕投影顯示領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于投影儀的大屏幕無(wú)縫顯示系統(tǒng)能為用戶(hù)提供寬視場(chǎng)角、高分辨率、高亮度的逼真體驗(yàn)而受到日益廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，如工業(yè)設(shè)計(jì)制造、產(chǎn)品展示、市政規(guī)劃及監(jiān)控/通訊的指揮控制、國(guó)防軍事模擬訓(xùn)練、科學(xué)和工程計(jì)算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)、系統(tǒng)仿真與訓(xùn)練以及數(shù)字娛樂(lè)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。但是，要構(gòu)建實(shí)用的大屏幕投影無(wú)縫拼接顯示，必須解決投影畫(huà)面間的形變失真、幾何配準(zhǔn)、畫(huà)面亮度差異或接縫等問(wèn)題，才能實(shí)現(xiàn)大屏幕投影顯示?；谟布Ｕɑ蛐Ｕ涞姆绞綐?gòu)建大屏幕顯示系統(tǒng)成本昂貴；手動(dòng)交互式的校正方法則工序十分繁瑣和復(fù)雜，往往需要專(zhuān)業(yè)人員操作實(shí)現(xiàn)；采用基于軟件的自動(dòng)校正方法靈活且成本低。軟件自動(dòng)校正方法通常借助合適的設(shè)備捕獲投影儀投射在投影幕上的圖像，求取對(duì)應(yīng)投影儀與投影幕間的變換關(guān)系。可以采用Homography矩陣來(lái)表示這種對(duì)應(yīng)關(guān)系,但是該Homography陣只適應(yīng)于平面投影幕的情況；結(jié)構(gòu)光(structure light)/pattern圖技術(shù)可以編碼表示非平面幕時(shí)上述對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)幾何注冊(cè)，但是該方法需要投影多幅圖像，并且該方法受光照條件影響大，是復(fù)雜的和耗時(shí)的。另外，利用立體相機(jī)對(duì)來(lái)重構(gòu)二次投影幕表面建立二次函數(shù)來(lái)表示這種映射關(guān)系，可以有效降低被投影圖像的像素拉伸，但結(jié)合非線性?xún)?yōu)化來(lái)估計(jì)二次函數(shù)的各項(xiàng)參數(shù)也很耗時(shí)。專(zhuān)利申請(qǐng)200810040698. 4給出了復(fù)雜投影幕表面的幾何注冊(cè)方法，該方法需要投影一張棋盤(pán)格pattern圖，利用特征檢測(cè)和識(shí)別，建立復(fù)雜表面的投影圖像和相機(jī)圖像的映射關(guān)系。但是該方法也是采用Homography矩陣來(lái)表示每個(gè)棋盤(pán)格小四邊形面片的對(duì)應(yīng)關(guān)系。很明顯，當(dāng)棋盤(pán)格數(shù)目較大(MXN的棋盤(pán))，導(dǎo)致每個(gè)投影機(jī)的Homograpy矩陣求解計(jì)算量((M_2) X (N-2) X 2)增加，而棋盤(pán)格數(shù)目少則會(huì)使得構(gòu)建的映射關(guān)系精度不夠高而導(dǎo)致最終校正畫(huà)面的形變和失真；而且為了適應(yīng)不同復(fù)雜度的光照或表面，棋盤(pán)格數(shù)目需要調(diào)整變化以保證足夠的檢測(cè)精度和映射的精度，就要再次進(jìn)行大量繁瑣矩陣計(jì)算；同時(shí)對(duì)于沒(méi)有專(zhuān)業(yè)知識(shí)背景的普通用戶(hù)來(lái)說(shuō)，選擇多大分辨率的棋盤(pán)格適合某種復(fù)雜度的投影面或光照條件，也是困難的。常見(jiàn)的亮度校正包括單個(gè)投影機(jī)內(nèi)部、多投影機(jī)之間以及投影重疊區(qū)三部分的亮度一致性校正。目前的亮度一致性方法或者借助昂貴的分光輻射度計(jì)、測(cè)光儀等專(zhuān)業(yè)設(shè)備以及進(jìn)行大量樣本顏色值采樣獲取投影儀亮度響應(yīng)曲線，校正工作的復(fù)雜度和時(shí)間增加；或者用HDR方法(數(shù)碼相機(jī)獲得投影機(jī)的亮度響應(yīng)曲線)誤差較大；同時(shí)這種方法采用公共的亮度映射區(qū)間，校正后犧牲了整個(gè)顯示的畫(huà)面質(zhì)量(如亮度降低)；基于亮度反饋的方法則用相機(jī)獲取圖像和參考圖像比較來(lái)修改各點(diǎn)的亮度衰減系數(shù)，同樣因相機(jī)誤差、環(huán)境光、屏幕平滑度和干凈程度的影響而存在明顯的誤差。投影重疊區(qū)的校正又稱(chēng)為邊緣融合，通常采用函數(shù)(線性、余弦或冪函數(shù)等形式)方式來(lái)衰減相鄰重疊區(qū)的亮度，但不能保證所有圖像的重疊區(qū)過(guò)渡均勻。專(zhuān)利200910076206.1中給出了一種基于模板的自適應(yīng)大屏幕亮度校正方法，對(duì)各種亮度的圖像可以得到亮度校正，但是該方法需要預(yù)先生成18個(gè)模板，而且每個(gè)投影機(jī)要分別輸出8個(gè)亮度不同的純色圖像，挑出8個(gè)最優(yōu)的模板，根據(jù)不同的預(yù)投影圖像的亮度峰值或均值而選擇亮度最接近的模板進(jìn)行亮度校正。整個(gè)過(guò)程的處理步驟較多，而且需要靠人工觀察評(píng)判來(lái)選擇出針對(duì)不同亮度的最優(yōu)模板，也不能滿(mǎn)足直接使用。此外，現(xiàn)實(shí)中人們希望可以在大屏幕展示前，就地選擇某個(gè)背景比如房間的墻面、墻角或天花板等作為屏幕，只要安裝好投影機(jī)、電腦和數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備，在很短的時(shí)間內(nèi)可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)大屏幕顯示的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)這種常見(jiàn)的任意投影幕形式下的正確不形變的無(wú)縫拼接顯示。因此，上述現(xiàn)有技術(shù)大多是適應(yīng)于規(guī)則幕或平面幕，或需要專(zhuān)業(yè)的知識(shí)和人工較多的參與校正調(diào)試，無(wú)法滿(mǎn)足在很短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)大屏幕顯示的構(gòu)建，無(wú)法滿(mǎn)足人們對(duì)于即插即用效果的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種即插即用的大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足?！N即插即用的大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示方法，包括將投影儀與相機(jī)擺放在任意不規(guī)則投影幕正前方；使投影儀呈M列N行(M>=1，N>=1)的順序排列，相鄰兩臺(tái)投影儀的投影區(qū)域有重疊；并使相機(jī)能夠拍攝到投影畫(huà)面覆蓋的全部區(qū)域；將投影儀與相機(jī)分別與計(jì)算機(jī)連接，將計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，將與相機(jī)連接的計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器，其特征在于還包含以下步驟步驟(I):對(duì)當(dāng)前不規(guī)則投影幕表面，由服務(wù)器生成r行c列個(gè)網(wǎng)格為正方形的黑白棋盤(pán)格圖像，且該圖像分辨率是與顯示器、相機(jī)和投影儀的分辨率相同，其中r c等于顯示器、相機(jī)和投影儀的分辨率之比，對(duì)應(yīng)的內(nèi)角點(diǎn)個(gè)數(shù)是(r-l)X(c-l)；步驟(1.1):先由服務(wù)器生成初始！■行Xe列個(gè)純黑和純白正方形網(wǎng)格圖像各一幅，且該圖像分辨率是與顯示器、相機(jī)和投影儀的分辨率相同，然后用投影儀依次投到投影眷上;步驟(1.2):用相機(jī)依次拍攝上述投影到投影幕上的純黑和純白網(wǎng)格圖像，純黑和純白網(wǎng)格圖像兩者相減以去除背景，獲得投影網(wǎng)格圖像覆蓋的多邊形區(qū)域，記為PrjPolygonij,其中 i=0…M_l, j=0…N-1 ;求得網(wǎng)格的寬度為 W0=min (HeightijA, Widthij/c)，其中Heightij和Widthij分別表示PrjPolygonij的高和寬；同時(shí)求出M列XN行臺(tái)投影儀的全部的投影覆蓋區(qū)域MPrjPolygon作為最終投影顯示區(qū)域；步驟(2):投影儀依次投射步驟(I)中生成的棋盤(pán)格圖像到投影幕上，該圖像稱(chēng)為原始投影儀圖像PrjIOij,其中i=0…M-l，j=0…N-1 ;用相機(jī)依次對(duì)投影幕進(jìn)行拍攝，對(duì)相 機(jī)捕獲的圖像進(jìn)行特征點(diǎn)檢測(cè)和棋盤(pán)格識(shí)別，以獲得所有棋盤(pán)格角點(diǎn)及其連通模式；該捕獲的圖像稱(chēng)為相機(jī)圖像CamIOij,其中i=0…M-l，j=0…N-1 ；步驟(3)建立原始投影儀圖像PrjIOij,和相機(jī)圖像CamIOij,間角點(diǎn)的匹配和 對(duì)應(yīng)，利用Bezier曲面函數(shù)來(lái)擬合該匹配點(diǎn)對(duì)映射關(guān)系，其中i=0…M_l，j=0…N_l，獲得PrjIOij到CamIOij間的所有點(diǎn)對(duì)映射關(guān)系Rij'同時(shí)得到從CamIOij到PrjIOij的逆變換Rij ；
步驟(4):確定屏幕投影的有效目標(biāo)矩形區(qū)域，并劃分給每臺(tái)投影儀設(shè)置相鄰?fù)队皡^(qū)有K個(gè)網(wǎng)格寬的重疊，采用近似逼近法獲得在MPrjPolygon內(nèi)部與該多邊形重心重合的、高寬比為((rXN-2KX (N-1)) (cXM-2KX (M-1))的面積最大的
矩形TargetRect ;將TargetRect劃分為M列XN行個(gè)與投影儀--對(duì)應(yīng)的子目標(biāo)矩形區(qū)
域TargetRectij,其中i=0…M_l, j=0…N_l, K>=1,并確保劃分后的各個(gè)TargetRectij仍然在各自的PrjPolygonij之內(nèi)；步驟(5):要保證多臺(tái)投影機(jī)投射的畫(huà)面在屏幕上恰好對(duì)齊，構(gòu)成一幅無(wú)縫的畫(huà)面，整個(gè)系統(tǒng)要投影顯示的2D圖像稱(chēng)為投影內(nèi)容Prjl，將PrjI規(guī)格化為坐標(biāo)在
區(qū)間的2D投影圖像空間并將其劃分為M列XN行個(gè)子投影內(nèi)容PrjIij給對(duì)應(yīng)的每臺(tái)投影儀，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)縫拼接，設(shè)置相鄰PrjIij間有2K個(gè)網(wǎng)格大小重疊，其中i=0…M-l，j=0…N-1，k>=l ； 步驟￠):建立每個(gè)投影儀的投影內(nèi)容和對(duì)應(yīng)的投影區(qū)域之間的空間變換映射表;首先利用相似變換Sij,將MXN個(gè)子圖像PrjIOij中的各點(diǎn)分別變換到各自的目標(biāo)矩形投影區(qū)域TargetRectij中，其中i=0…M_l, j=0…N-1 ;再對(duì)上述Sij變換后的結(jié)果施加變換Rij便獲得校正變換后的投影圖像PrjIlij中的新坐標(biāo)位置，記錄空間變換(Wij=RifSij)前后點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，建立MXN個(gè)變換映射查找表，由服務(wù)器將每臺(tái)投影儀的查找表發(fā)送到相應(yīng)的各PC機(jī)，為實(shí)時(shí)在線幾何校正做好準(zhǔn)備；步驟(7):多投影亮度校正采用基于距離的非線性權(quán)值分配方法計(jì)算投影重疊區(qū)中各像素的權(quán)值，非重疊區(qū)像素權(quán)重為1，獲得投影儀投影圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)的一個(gè)亮度權(quán)值，建立各個(gè)投影儀像素點(diǎn)的權(quán)重值映射表；步驟⑶實(shí)時(shí)多投影儀校正通過(guò)服務(wù)器向所有PC機(jī)發(fā)送同步信息來(lái)實(shí)現(xiàn)投影內(nèi)容的分割和圖像渲染同步控制；實(shí)時(shí)多投影儀校正的具體實(shí)現(xiàn)方式是，每臺(tái)投影儀連接的PC，遍歷其要投影圖像區(qū)域中的像素點(diǎn)，查步驟(6)得到的空間變換映射表，獲得幾何校正后的新點(diǎn)坐標(biāo)JfPC緩存中的繪制背景設(shè)成黑色，利用OpenGL紋理映射，把電腦上要投影的投影圖像先作為紋理映射到校正變換后的點(diǎn)坐標(biāo)上去，對(duì)該像素點(diǎn)的RGB值分別乘以其步驟(7)得到的對(duì)應(yīng)的權(quán)值，得到新的RGB值，得到幾何和亮度校正變換后的投影圖像，然后經(jīng)投影儀投影到屏幕各自目標(biāo)矩形區(qū)域內(nèi)，即可獲得正確的無(wú)縫拼接的沒(méi)有形變的規(guī)則圖像，獲得最終的校正結(jié)果。上述步驟⑶中，在OpenGL紋理映射之前，將PC緩存中的繪制背景設(shè)成黑色，目的是只保留目標(biāo)矩形區(qū)域以?xún)?nèi)的投影畫(huà)面給用戶(hù)觀看，因?yàn)榫匦螀^(qū)域外的部分全設(shè)置為黑色背景對(duì)用戶(hù)而言是看不到有內(nèi)容投在矩形外的幕上的。以上步驟，即完成了大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示，以下是對(duì)上述方法的優(yōu)化?？紤]到網(wǎng)格太密有可能會(huì)導(dǎo)致角點(diǎn)檢測(cè)失敗或太稀有可能會(huì)影響特征點(diǎn)對(duì)映射關(guān)系誤差過(guò)大，都不利于幾何注冊(cè)的精度；上述步驟(I)中還包括步驟(1.2)之后的步驟(1. 3):如果W0>24，即網(wǎng)格太稀，則分別在水平和豎直方向進(jìn)行r’行和c’列的網(wǎng)格數(shù)擴(kuò)展各I次；如果W0〈=12，網(wǎng)格太密，則進(jìn)行水平和豎直方向r’行和c’列的網(wǎng)格縮減各一次，生成更高或更低行列數(shù)的網(wǎng)格；其中，r’ /c’ =r/c and r’和c’為互質(zhì)數(shù)。
步驟(1.4):重新投影步驟(1.3)的新行列數(shù)的純黑和純白網(wǎng)格圖像，重復(fù)步驟
(1.2)至(1. 3)，直至獲得合適行列數(shù)密度的r行Xe列的網(wǎng)格圖像，并由此生成與該網(wǎng)格圖像等行列數(shù)的網(wǎng)格為正方形的黑白棋盤(pán)格圖像。上述步驟(2)中，通過(guò)特征點(diǎn)檢測(cè)和棋盤(pán)格識(shí)別可以獲得所有棋盤(pán)格角點(diǎn)及其連通模式，本發(fā)明采用了一種改進(jìn)的基于顏色和幾何的多特征角點(diǎn)檢測(cè)方法，實(shí)驗(yàn)表明該改進(jìn)的方法跟已有的其它棋盤(pán)格角點(diǎn)檢測(cè)方法相比，該方法能更好應(yīng)對(duì)復(fù)雜投影面或復(fù)雜光照及相機(jī)的非線性顏色失 真、噪聲的影響下的高精度的特征角點(diǎn)檢測(cè)。具體包括以下步驟步驟(2.1):依次遍歷圖像CamIOij中PrjPolygonij內(nèi)的每一像素點(diǎn)，其中i=0···M-1，j=0…N-1，算出以該像素點(diǎn)為中心的小于WO的窗口內(nèi)點(diǎn)的灰度的方差，如果方差小于100就認(rèn)為該點(diǎn)不是候選特征角點(diǎn)，這樣可以過(guò)濾掉至少一半的像素點(diǎn)；步驟(2.2)檢測(cè)步驟(2.1)得到的每一候選角點(diǎn)P的小于WO的窗口區(qū)域內(nèi)每一圈鄰域點(diǎn)是否存在4個(gè)黑白相間區(qū)域來(lái)判斷是否是角點(diǎn)，結(jié)合環(huán)形形態(tài)學(xué)開(kāi)與閉操作來(lái)消除噪聲，獲得角點(diǎn)集合PO ;實(shí)際中受噪聲、相機(jī)的成像質(zhì)量或者光照的影響，只要候選角點(diǎn)周?chē)蝗θΦ泥徲蛑袧M(mǎn)足有60%以上的圈中領(lǐng)域點(diǎn)存在4個(gè)黑白相間區(qū)域就認(rèn)為該點(diǎn)為角點(diǎn)。步驟(2. 3):對(duì)步驟(2. 2)中檢測(cè)到的角點(diǎn)集合PO進(jìn)行去噪、去冗余和優(yōu)化處理，得到的角點(diǎn)集合記為P2 ；步驟(2.4)根據(jù)角點(diǎn)周?chē)诎最伾兊拇涡?白黑白黑or黑白黑白，無(wú)論橫向還是縱向都存在此跳變次序)的不同，將P2中檢測(cè)出的角點(diǎn)分為2類(lèi)，連接集合P2中的屬于同一個(gè)棋盤(pán)網(wǎng)格的異類(lèi)角點(diǎn)，最外層的內(nèi)角點(diǎn)向外做延長(zhǎng)線與投影覆蓋的多邊形PrjPolygon相交以將交點(diǎn)作為邊界角點(diǎn)，獲得邊界角點(diǎn)和內(nèi)角點(diǎn)的共同集合P及其連接模式E，記為圖G(P7E)0這里采用了基于幾何和顏色的多特征的棋盤(pán)格內(nèi)角點(diǎn)檢測(cè)算法，跟專(zhuān)利200810037104. 4中的方法相比，首先添加了基于灰度方差的候選角點(diǎn)過(guò)濾預(yù)處理(詳見(jiàn)步驟(2.1))，有效減少了候選角點(diǎn)的個(gè)數(shù)，算法效率明顯改善；其次，引入了一個(gè)聚類(lèi)后優(yōu)化方法，二次去噪；又引入一個(gè)跨網(wǎng)格錯(cuò)誤邊的消除方法，以及根據(jù)角點(diǎn)周?chē)诎最伾兊拇涡?白黑白黑or黑白黑白)不同的編碼分類(lèi)處理方法(其作用在步驟(2.4)中得以體現(xiàn))，協(xié)助對(duì)誤刪角點(diǎn)和漏檢的角點(diǎn)的補(bǔ)充，確保角點(diǎn)的正確連通，獲得復(fù)雜投影面或復(fù)雜的光照條件下及相機(jī)的非線性顏色失真、噪聲的影響下的高精度的特征角點(diǎn)檢測(cè)。上述步驟(2. 3)中，除了采用常規(guī)的去噪、去冗余和優(yōu)化處理方法之外，本發(fā)明采用的是以下的方法步驟(2. 3.1):先統(tǒng)計(jì)一候選角點(diǎn)周?chē)鷮挾葹?的窗口內(nèi)鄰居角點(diǎn)的個(gè)數(shù)，如果小于3個(gè)，則判定該點(diǎn)為噪點(diǎn)，除去該噪聲角點(diǎn)；步驟(2. 3. 2):再采用基于距離的聚類(lèi)方法，去除冗余候選角點(diǎn)，聚類(lèi)中心作為保留角點(diǎn)，記做集合Pl ；步驟(2. 3. 3):如果得到的角點(diǎn)個(gè)數(shù)大于(r-1) X (c_l)則繼續(xù)對(duì)產(chǎn)生聚類(lèi)后的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化①遍歷每一個(gè)角點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)在以該角點(diǎn)為中心的不小于WO的窗口內(nèi)的其它角點(diǎn)個(gè)數(shù)作為自己的受歡迎度；②對(duì)于歡迎度不為O的每一個(gè)角點(diǎn)遍歷以本角點(diǎn)為中心的窗口內(nèi)的其它角點(diǎn)，比較角點(diǎn)的受歡迎度A如果角點(diǎn)受歡迎度不等，刪除受歡迎度最大的角點(diǎn)，更新被刪角點(diǎn)周?chē)慕屈c(diǎn)的受歡迎度； B否則，比較角點(diǎn)聚類(lèi)內(nèi)冗余候選角點(diǎn)的個(gè)數(shù)，刪除個(gè)數(shù)少的角點(diǎn)，更新被刪角點(diǎn)周?chē)慕屈c(diǎn)的受歡迎度；聚類(lèi)優(yōu)化后就獲得了個(gè)數(shù)不大于(r-1) X (c-1)的角點(diǎn)集合P2。步驟(2. 3. 3)是對(duì)專(zhuān)利200810037104. 4中去噪方法進(jìn)行了改進(jìn)，步驟(2. 3. 3)所述算法的復(fù)雜度為0(n2)，但絕大多數(shù)循環(huán)的操作只有一個(gè)判斷語(yǔ)句，所以實(shí)現(xiàn)上述算法所需的時(shí)間和角點(diǎn)檢測(cè)相比也是可以忽略不計(jì)的?？紤]投影面復(fù)雜度不同，圖像可能拉伸得很?chē)?yán)重，即使利用專(zhuān)利200810037104. 4中給出的角點(diǎn)區(qū)域邊界向量夾角接近正負(fù)180度和距離閾值約束也會(huì)導(dǎo)致誤連接或無(wú)連接的發(fā)生。上述步驟(2.4)所述的連接集合P2中的屬于同一個(gè)棋盤(pán)網(wǎng)格的異類(lèi)角點(diǎn)的改進(jìn)的方法如下；步驟(2. 4.1):對(duì)P2的每一個(gè)角點(diǎn)，找與其異類(lèi)的且距離不大于1. 2XW0的角點(diǎn)，相連接；考慮到任意不規(guī)則表面上的投影，圖像可能拉伸變形得嚴(yán)重，如果仍有未連接的角點(diǎn)，則對(duì)未連接的每一個(gè)角點(diǎn)做下面特殊處理①找離它最近的未連接的異類(lèi)角點(diǎn)，相連；②判斷該連線四等分的垂線上距離為W0/4處的3對(duì)采樣點(diǎn)的從一側(cè)到另一側(cè)的顏色黑白跳變是否一致，如采樣點(diǎn)從一側(cè)到另一側(cè)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的黑白跳變?nèi)且恢碌模瑒t認(rèn)為該連線有效，否則刪除，消除跨網(wǎng)格的錯(cuò)誤連接邊。這又是對(duì)專(zhuān)利200810037104. 4中算法的一個(gè)顯著的改進(jìn)。上述步驟(2.4.1)之后，還包括檢測(cè)漏檢的角點(diǎn)或者P2中誤刪的角點(diǎn)的處理步驟步驟(2.4.2):棋盤(pán)格的內(nèi)角點(diǎn)根據(jù)其鄰接邊的個(gè)數(shù)，可分為三類(lèi)四個(gè)頂點(diǎn)、四條邊上的點(diǎn)和內(nèi)部角點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)著有2條、3條和4條鄰接邊，據(jù)此可以判斷某類(lèi)角點(diǎn)連接的異常，如嚴(yán)重形變或噪聲導(dǎo)致漏檢的角點(diǎn)或者P2中誤刪的角點(diǎn)，其周?chē)従咏屈c(diǎn)的連接邊個(gè)數(shù)會(huì)比正常的少，被漏檢角點(diǎn)則可利用其周?chē)罱慕屈c(diǎn)進(jìn)行同類(lèi)雙向或同類(lèi)單方向的插值來(lái)補(bǔ)充，如果是被誤刪的角點(diǎn)則可以將離異常連接角點(diǎn)最近的Pl中的角點(diǎn)的位置作為誤刪角點(diǎn)的位置加以補(bǔ)充。至此，獲得正確連接的(r-1) X (c-1)個(gè)棋盤(pán)格內(nèi)角點(diǎn)的集
八
口 ο上述步驟(3)的具體方法如下步驟(3.1)在G中找到距離CamIOij左上角(0，O)最近的、且連接邊數(shù)為2的角點(diǎn)，從左上角開(kāi)始，基于I坐標(biāo)遞增排序優(yōu)先原則，結(jié)合每個(gè)角點(diǎn)的類(lèi)別(顯然角點(diǎn)可分為頂點(diǎn)、邊界、內(nèi)部三類(lèi))及其連接邊個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)從最左側(cè)一列到第二列繼續(xù)到最右側(cè)一列所有角點(diǎn)的坐標(biāo)標(biāo)記和排序,而原始棋盤(pán)格圖像PrjIOij中的角點(diǎn)順序也以同樣方法實(shí)現(xiàn)標(biāo)記和排序，相同標(biāo)記和次序的特征點(diǎn)對(duì)一一對(duì)應(yīng)，這樣便實(shí)現(xiàn)投影儀圖像和相機(jī)圖像間的特征點(diǎn)對(duì)匹配。步驟(3. 2):利用Bezier曲面函數(shù)來(lái)擬合投影圖像和相機(jī)圖像中匹配點(diǎn)對(duì)間的映身寸關(guān)系;對(duì)于復(fù)雜投影面下變形比較嚴(yán)重的棋盤(pán)格也有很好的識(shí)別效果，并且使用本方法進(jìn)行角點(diǎn)標(biāo)定過(guò)程只需要依次拍攝一張棋盤(pán)格照片，避免了通過(guò)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)光/pattern圖等方法進(jìn)行標(biāo)定時(shí)需要多張圖片的缺點(diǎn)。上述步驟(4)中的確定屏幕投影的有效目標(biāo)矩形區(qū)域，具體方法如下由于已經(jīng)得到了投影覆蓋的多邊形區(qū)域MPrjPolygon，并利用棋盤(pán)格的最外層角 點(diǎn)的坐標(biāo)求平均求出多邊形的重心Pc，在MPrjPolygon內(nèi)，初始化一個(gè)以P。為中心、高寬比為((rXN-2kX (N-1)) : (cXM_2kX (M-1))的矩形，并沿著水平和豎直方向不斷延展，直到遇到多邊形MPrjPolygon邊界為止，由此獲得投影覆蓋區(qū)域內(nèi)的一近似逼近的最大內(nèi)接矩形TargetRect。相鄰?fù)队皟x間有2k個(gè)網(wǎng)格寬度大小的重疊，k>=l。上述步驟(7)中，除了采用基于距離的權(quán)值分配方法以計(jì)算重疊區(qū)中各像素的權(quán)值之外，還可以采用其它余弦函數(shù)和指數(shù)函數(shù)進(jìn)行權(quán)值的計(jì)算和分配等方法，本發(fā)明給出的基于距離的非線性權(quán)值分配方法具體如下對(duì)每一個(gè)投影儀Pi (i=l，···!!)的投影重疊區(qū)域的象素點(diǎn)(U，V)的亮度是所有參與重疊的投影儀亮度的加權(quán)，其中U，V屬于
，權(quán)值的計(jì)算是求出被投影儀？1(1=1，…η)所投影的像素(U，V)到投影重疊區(qū)域每條邊的最短距離dpi’，統(tǒng)計(jì)重疊區(qū)內(nèi)所有像素到投影重疊區(qū)域每條邊的最短距離，并找出其中的最大值dmax，設(shè)d=dpi’ /dmax，則投影儀Pi的像素(U，V)的權(quán)值為Api (u, V) =l_d2,其它投影儀Pj的權(quán)值為Αρ」(u, v) =d2/ (n-1)，j=l,…n,且j ;將重疊區(qū)各點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)和非重疊區(qū)系數(shù)(默認(rèn)為I) 一起構(gòu)建成一亮度校正模板(大小與投影儀分辨率相同的2D數(shù)組)，獲得各個(gè)投影儀像素點(diǎn)的權(quán)值映射表分配給各PC,這樣便于實(shí)時(shí)校正使用。發(fā)明優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明強(qiáng)調(diào)校正方法的簡(jiǎn)單易用性，具體體現(xiàn)在整個(gè)系統(tǒng)的較高自治性和較快的無(wú)縫拼接性能。普通用戶(hù)無(wú)需掌握計(jì)算機(jī)視覺(jué)或者圖像處理方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，借助攝像機(jī)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)單臺(tái)或任意多臺(tái)相鄰重疊自由擺放的普通投影機(jī)投影到不規(guī)則表面的畫(huà)面的幾何和亮度校正，實(shí)現(xiàn)多投影畫(huà)面對(duì)齊和無(wú)縫拼接顯示，使用簡(jiǎn)單。其即插即用的特征以及具有成本低、可擴(kuò)展性強(qiáng)的特性，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn)1.根據(jù)投影面的復(fù)雜程度不同而自適應(yīng)生成一定分辨率的一張棋盤(pán)格pattern圖進(jìn)行投影，建立正確的投影機(jī)-相機(jī)點(diǎn)對(duì)的映射關(guān)系，與結(jié)構(gòu)光方法的多幅圖像投影或投影一個(gè)Bezier曲面靠手動(dòng)校正方法相比，該預(yù)處理更加智能化和簡(jiǎn)單化。2.利用改進(jìn)的基于顏色和幾何的多特征角點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)棋盤(pán)格特征檢測(cè)和識(shí)另IJ，在不同光照條件和不同復(fù)雜投影幕表面都能實(shí)現(xiàn)一個(gè)較好的幾何注冊(cè)，從而為獲得一個(gè)好的校正效果提供基礎(chǔ)。3.采用Bezier曲面函數(shù)來(lái)擬合投影機(jī)-相機(jī)點(diǎn)對(duì)的映射關(guān)系，充分利用有理Bezier曲面函數(shù)的仿射不變性和透視不變性等好的性質(zhì)，可以有效地逼近投影儀透鏡的非線性失真，而且避免了已有的方法大量Homograpy矩陣的求解,更簡(jiǎn)單有效。


圖1是一候選角點(diǎn)P及其周?chē)翱趨^(qū)域內(nèi)一圈一圈的鄰域像素點(diǎn)分布不意圖；其中，1，2，3分別表示P點(diǎn)周?chē)牡谝蝗?、第二圈和?圈鄰居像素點(diǎn)。圖2是角點(diǎn)檢測(cè)效果對(duì)比示意圖；其中，圖2a是本發(fā)明的方法進(jìn)行棋盤(pán)格內(nèi)角點(diǎn)檢測(cè)的結(jié)果；圖2b是現(xiàn)有的基于OpenCV的棋盤(pán)格角點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果，在光照變化明顯的區(qū)域，有很多角點(diǎn)漏檢。圖3是跨網(wǎng)格連接的錯(cuò)誤邊消除示意圖；其中，pi和P2連接邊兩側(cè)的3對(duì)采樣點(diǎn)從上往下、依次從一側(cè)到另一側(cè)的顏色跳變分別是白到白、黑到白和黑到黑，是不一致的，因而判斷該邊為跨網(wǎng)格邊界的錯(cuò)誤邊，去掉。圖4是原始投影棋盤(pán)格和相機(jī)拍攝的棋盤(pán)格的角點(diǎn)排序效果對(duì)照示意圖；其中，圖4a是原始投影棋盤(pán)格的角點(diǎn)排序；圖4b是拍攝的投影在墻角上的棋盤(pán)格圖像的角點(diǎn)排序。圖5是屏幕投影的有效目標(biāo)矩形區(qū)域及其劃分的示意圖；其中，圖5a是單投影機(jī)屏幕目標(biāo)矩形區(qū)域；圖5b是2臺(tái)投影儀的屏幕有效目標(biāo)矩形區(qū)域及其劃分，圖5b的2個(gè)不規(guī)則多邊形為2臺(tái)投影儀的屏幕投影覆蓋區(qū)域PrjPolygonij, i，j的標(biāo)號(hào)也在圖中給出，黑色方框?yàn)楣餐队案采w區(qū)域內(nèi)的最大目標(biāo)矩形，2個(gè)子矩形區(qū)域分別對(duì)應(yīng)的范圍用箭頭表示了出來(lái)，陰影區(qū)域?yàn)橹丿B區(qū)。圖6是幾何校正的空間變換過(guò)程及對(duì)應(yīng)性示意圖。圖7是相機(jī)拍攝的投影在墻角的棋盤(pán)格圖像I及其幾何校正變換后的效果；其中，圖7a是相機(jī)拍攝的投影在墻角的棋盤(pán)格圖像；圖7b是PC緩存中幾何校正形變后的效果。圖8是相機(jī)拍攝的投影在墻角的棋盤(pán)格圖像2及其幾何校正變換后的效果；其中，圖8a是相機(jī)拍攝的投影在墻角的棋盤(pán)格圖像；圖8b是PC緩存中幾何校正形變后的效果。圖9是拍攝的2通道的柱狀幕上校正前的投影棋盤(pán)格效果圖。圖10是相機(jī)拍攝的2通道的柱狀幕上棋盤(pán)格校正后的拼接效果圖。圖11是上下左右共4臺(tái)投影儀組合投影的屏幕目標(biāo)顯示區(qū)域及其劃分的示意圖。
具體實(shí)施例方式為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，先以一臺(tái)投影儀為例，通常一臺(tái)投影儀被稱(chēng)為單通道，多臺(tái)投影儀稱(chēng)為多通道首先如發(fā)明內(nèi)容所述，將投影儀與相機(jī)分別與計(jì)算機(jī)連接，將計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，將與相機(jī)連接的計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器，并將投影儀與相機(jī)擺放在投影幕正前方，并使相機(jī)能夠拍攝到投影畫(huà)面覆蓋的全部區(qū)域；步驟(I):對(duì)當(dāng)前不規(guī)則投影幕表面，自適應(yīng)的生成r行c列個(gè)網(wǎng)格為正方形的黑白棋盤(pán)格的原始投影圖像，對(duì)應(yīng)的內(nèi)角點(diǎn)個(gè)數(shù)是(r-1) X (c-Ι)；
步驟(1.1):以分辨率為1024X768的相機(jī)為例，其比例4 3為顯示設(shè)備的通用分辨率之比，先生成初始24列X 18行個(gè)純黑和純白正方形網(wǎng)格圖像各一個(gè)，其比例與相機(jī)的比例相同，然后用投影儀投到投影幕上；步驟(1.2):用相機(jī)拍攝上述投影到投影幕上的純黑和純白網(wǎng)格圖像，純黑和純白網(wǎng)格圖像兩者相減以消除背景，獲得投影網(wǎng)格圖像覆蓋的多邊形區(qū)域PrjPolygon，根據(jù)PrjPolygon的范圍(高和寬分別記為Height和Width)，求得網(wǎng)格的寬度為W0=min(Height/18, ffidth/24)；步驟(1.3)如果W0>24，即網(wǎng)格太稀，則分別在水平和豎直方向進(jìn)行4列和3行的網(wǎng)格數(shù)擴(kuò)展各I次，則獲得28列X 21行的新網(wǎng)格，如果W0〈=12，網(wǎng)格太密，則進(jìn)行水平和豎直方向4列和3行的網(wǎng)格縮減各一次，生成20列X 15行的新網(wǎng)格，這樣既生成更高或更低行列數(shù)的網(wǎng)格；步驟(1.4):重新投影步驟(1.3)的新行列數(shù)的純黑和純白網(wǎng)格圖像，重復(fù)步驟
(1.2)至(1. 3)，直至獲得合適行列數(shù)密度r行Xe列的網(wǎng)格圖像，并由此生成與該網(wǎng)格圖像等行列數(shù)的網(wǎng)格為正方形的黑白棋盤(pán)格圖像；步驟⑵投射步驟⑴中生成的棋盤(pán)格圖像(稱(chēng)為原始投影圖像PrjIO)到投影幕上，用相機(jī)對(duì)投影幕進(jìn)行拍攝，對(duì)相機(jī)捕獲的圖像(稱(chēng)為相機(jī)圖像CamIO)進(jìn)行特征點(diǎn)檢測(cè)和棋盤(pán)格識(shí)別；步驟(2.1)依次遍歷圖像CamIO中PrjPolygon內(nèi)的中的每一像素點(diǎn)，算出以該點(diǎn)為中心的小于WO的窗口內(nèi)點(diǎn)的灰度的方差，如果方差小于設(shè)定的閾值δ =100就認(rèn)為該點(diǎn)不是候選特征角點(diǎn)，這樣可以過(guò)濾掉至少一半的像素點(diǎn)；步驟(2.2)檢測(cè)步驟(2.1)得到的每一候選角點(diǎn)P的周?chē)∮赪O的窗口區(qū)域內(nèi)的每一圈鄰域點(diǎn)是否存在4個(gè)黑白相間區(qū)域來(lái)判斷是否是角點(diǎn)(如圖1所示)，獲得角點(diǎn)集合PO ;只對(duì)棋盤(pán)格內(nèi)部的(r-1) X (c-1)個(gè)角點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)(即內(nèi)角點(diǎn)的檢測(cè))。步驟(2. 3):對(duì)步驟(2. 2)中檢測(cè)到的角點(diǎn)集合PO進(jìn)行去噪、去冗余和優(yōu)化處理，得到的角點(diǎn)集合記為P2 ；步驟(2. 3.1):先判斷一候選角點(diǎn)周?chē)鷮挾葹?的窗口內(nèi)鄰居角點(diǎn)的個(gè)數(shù)，如果小于3個(gè)，則判定該點(diǎn)為噪點(diǎn)，除去該噪聲角點(diǎn)；步驟(2. 3. 2):再采用基于距離的聚類(lèi)方法(注意記錄聚類(lèi)后每一類(lèi)中的候選角點(diǎn)的個(gè)數(shù))，去除冗余候選角點(diǎn)，得到角點(diǎn)集合Pl ；步驟(2. 3. 3):如果得到的角點(diǎn)個(gè)數(shù)大于(r-1) X (c-1)則繼續(xù)對(duì)產(chǎn)生聚類(lèi)后的結(jié)果Pi進(jìn)行優(yōu)化①遍歷每一個(gè)角點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)在以該角點(diǎn)為中心的不小于WO的窗口內(nèi)的其它角點(diǎn)個(gè)數(shù)作為自己的受歡迎度；②對(duì)于歡迎度不為O的每一個(gè)角點(diǎn)遍歷以本角點(diǎn)為中心的窗口內(nèi)的其它角點(diǎn)，比較角點(diǎn)的受歡迎度A如果角點(diǎn)受歡迎度不等，刪除受歡迎度最大的角點(diǎn)，更新被刪角點(diǎn)周?chē)慕屈c(diǎn)的受歡迎度；B否則，比較角點(diǎn)聚類(lèi)內(nèi)冗余候選角點(diǎn)的個(gè)數(shù)，刪除個(gè)數(shù)少的角點(diǎn)，更新被刪角點(diǎn)周?chē)慕屈c(diǎn)的受歡迎度；
聚類(lèi)優(yōu)化后就獲得了個(gè)數(shù)不大于(r-1) X (c-1)的角點(diǎn)集合P2，如圖2所示為本發(fā)明采用的方法與現(xiàn)有的OpenCV開(kāi)放庫(kù)所用的檢測(cè)方法的效果對(duì)比，明顯可見(jiàn)本方法對(duì)于光照復(fù)雜和投影面復(fù)雜的情況下的角點(diǎn)檢測(cè)是有效的。步驟(2. 4)基于角點(diǎn)編碼分類(lèi)來(lái)優(yōu)化角點(diǎn)的連接、完成全部角點(diǎn)識(shí)別和棋盤(pán)格連通模式的確立；步驟(2.4.1):根據(jù)角點(diǎn)周?chē)诎最伾兊拇涡?白黑白黑or黑白黑白)的不同，將P2中檢測(cè)出的角點(diǎn)分為2類(lèi)，對(duì)P2的每一個(gè)角點(diǎn)，找與其異類(lèi)的且距離不大于1.2XW0的角點(diǎn)，相連接；考慮到任意不規(guī)則表面上的投影，圖像可能拉伸變形得嚴(yán)重，如果仍有未連接的角點(diǎn)，則對(duì)未連接的每一個(gè)角點(diǎn)做下面特殊處理①找離它最近的未連接的異類(lèi)角點(diǎn)，相連；②判斷該連線四等分的垂線上距離為W0/4處的3對(duì)采樣點(diǎn)的從一側(cè)到另一側(cè)的顏色黑白跳變是否一致，如采樣點(diǎn)從一側(cè)到另一側(cè)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的黑白跳變?nèi)且恢碌?，則認(rèn)為該連線有效，否則刪除，消除跨網(wǎng)格的錯(cuò)誤連接邊，如圖3所示。步驟(2.4.2):棋盤(pán)格的內(nèi)角點(diǎn)根據(jù)其鄰接邊的個(gè)數(shù)，可分為三類(lèi)四個(gè)頂點(diǎn)、四條邊上的點(diǎn)和內(nèi)部角點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)著有2條、3條和4條鄰接邊，據(jù)此可以判斷某類(lèi)角點(diǎn)連接的異常，如嚴(yán)重形變或噪聲導(dǎo)致漏檢的角點(diǎn)或者P2中誤刪的角點(diǎn)，其周?chē)従咏屈c(diǎn)的連接邊個(gè)數(shù)會(huì)比正常的少，被漏檢角點(diǎn)則可利用其周?chē)罱慕屈c(diǎn)進(jìn)行同類(lèi)雙向或同類(lèi)單方向的插值來(lái)補(bǔ)充，如果是被誤刪的角點(diǎn)則可以將離異常連接角點(diǎn)最近的Pl中的角點(diǎn)的位置作為誤刪角點(diǎn)的位置加以補(bǔ)充。至此，獲得正確連接的(r-1) X (c-1)個(gè)棋盤(pán)格內(nèi)角點(diǎn)的集
八
口 ο步驟(2. 4. 3):最外層的內(nèi)角點(diǎn)向外做延長(zhǎng)線與投影覆蓋的多邊形PrjPolygon相交以將交點(diǎn)作為邊界角點(diǎn)，獲得邊界角點(diǎn)和內(nèi)角點(diǎn)的共同集合P及其共同構(gòu)成的連接模式E，記為圖G(P，E)。步驟(3)建立原始投影圖像PrjIO和相機(jī)圖像CamIO的棋盤(pán)格角點(diǎn)間的匹配和建立各點(diǎn)的映射關(guān)系；步驟(3.1)在G中找到距離CamIO左上角最近的、且連接邊數(shù)為2的角點(diǎn)，從左上角開(kāi)始，基于y坐標(biāo)遞增排序優(yōu)先原則，結(jié)合步驟(2.4.2)中每個(gè)角點(diǎn)的類(lèi)別(頂點(diǎn)、邊界、內(nèi)部三類(lèi))及其連接邊個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)從最左側(cè)一列到第二列繼續(xù)到最右側(cè)一列所有角點(diǎn)的坐標(biāo)標(biāo)記和排序，如圖4(b)所示為拍攝的投影在墻角上的棋盤(pán)格圖像，其特征點(diǎn)排列順序是從左上角開(kāi)始往下一列接著一列向右擴(kuò)展排好序的，直到右下方最后一列的最后一個(gè)角點(diǎn)；而原始棋盤(pán)格圖像PrjIO中的角點(diǎn)順序也以同樣方法實(shí)現(xiàn)標(biāo)記和排序，如圖4(a)所示為投影儀原始棋盤(pán)格圖像的排序效果，相同標(biāo)記和次序的特征點(diǎn)對(duì)一一對(duì)應(yīng)，這樣便可實(shí)現(xiàn)投影機(jī)圖像和相機(jī)圖像間的特征點(diǎn)對(duì)匹配。步驟(3. 2):利用Bezier曲面函數(shù)來(lái)擬合投影圖像和相機(jī)圖像中匹配點(diǎn)對(duì)間的映身寸關(guān)系;步驟(3. 2.1):將得到的特征點(diǎn)對(duì)代入Bezier曲面函數(shù)方程，得到一個(gè)線性方程組，通過(guò)最小二乘法解線性方程組以求出Bezier曲面函數(shù)的控制點(diǎn)，即獲得了 Bezier函數(shù)的表達(dá)式；步驟(3. 2. 2):利用此Bezier函數(shù)式，求出相機(jī)圖像上任何一點(diǎn)在原始投影圖像中對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，反之也可以求出投影機(jī)圖像任意一點(diǎn)在相機(jī)圖像點(diǎn)的坐標(biāo)；分別對(duì)應(yīng)記作映射R和ΙΓ1，這樣就完成了圖像空間和投影空間的標(biāo)定；步驟(4):確定屏幕投影的有效目標(biāo)矩形區(qū)域如圖5(a)所示，由于我們已經(jīng)得到了投影覆蓋的多邊形區(qū)域PrjPolygon，并利用棋盤(pán)格的最外層角點(diǎn)的坐標(biāo)求平均求出多邊形的重心Pc，在PrjPolygon內(nèi)，初始化一個(gè)以P。為中心、寬為C、高寬比與棋盤(pán)格高寬比r :c相同的矩形，并沿著水平和豎直方向不斷延展，直到遇到多邊形PrjPolygon邊界為止，由此獲得投影覆蓋區(qū)域內(nèi)的一近似逼近的最大內(nèi)接矩形TargetRect ；步驟(5):建立投影儀的投影圖像和對(duì)應(yīng)的投影目標(biāo)矩形區(qū)域之間的空間變換映射表；
如圖6的空間變換過(guò)程所示的，首先利用相似變換將原始投影圖像PrjIO的各點(diǎn)都變換到相機(jī)圖像CamIO的目標(biāo)矩形投影區(qū)域TargetRect中，再對(duì)上述S變換后的結(jié)果施加變換R便獲得校正后的投影圖像PrjIl中的新坐標(biāo)位置，記錄空間變換(W=R*S)前后的PrjIO和PrjIl中點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，建立一個(gè)變換映射查找表，為實(shí)時(shí)在線幾何校正做好準(zhǔn)備。步驟(6):實(shí)時(shí)單投影儀校正，如下查步驟(5)得到的空間變換映射表，獲得原始投影圖像經(jīng)W變換后的新坐標(biāo)位置，將電腦中要顯示的投影圖像作為紋理，以這些變換后的新坐標(biāo)位置作為頂點(diǎn)，將PC緩存中的繪制背景設(shè)成黑色，通過(guò)OpenGL紋理映射的方法把電腦上要投影的投影圖像先作為紋理映射到校正變換后的點(diǎn)坐標(biāo)上去，實(shí)現(xiàn)要投影圖像的扭曲變形，得到校正的投影圖像(如圖7(b)和圖8(b)所示)，將其用投影儀投射到屏幕上目標(biāo)矩形區(qū)域內(nèi)，而目標(biāo)矩形區(qū)域外為黑色背景，即可得到?jīng)]有變形的規(guī)則圖像。以下是多通道投影的幾何校正跟單投影儀相比，多投影儀拼接構(gòu)成的大屏幕顯示，增加了多臺(tái)投影儀圖像和多臺(tái)投影目標(biāo)矩形區(qū)域的標(biāo)定以實(shí)現(xiàn)多投影畫(huà)面的對(duì)齊和拼接，同時(shí)還增加了相鄰?fù)队皟x重疊區(qū)的亮度均衡處理以獲得無(wú)縫顯示，考慮到實(shí)際使用中校正的時(shí)間效率，我們沒(méi)有采用全局亮度校正，以求較短時(shí)間內(nèi)獲得滿(mǎn)足視覺(jué)需求的大屏幕多投影無(wú)縫拼接。多臺(tái)投影儀的情況下，需要分別對(duì)每臺(tái)投影儀進(jìn)行校正，并進(jìn)行拼接。以2臺(tái)水平擺放的投影儀在柱狀幕上投影拼接顯示為例，確保2臺(tái)投影儀的投影區(qū)域有足夠的重疊，并且相機(jī)能同時(shí)拍攝到全部投影儀的投影畫(huà)面，圖9給出了 2臺(tái)投影機(jī)同時(shí)投射棋盤(pán)格到柱狀幕上的拍攝效果，具體步驟如下(為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，主要描述與單通道相區(qū)別的步驟)步驟(A):與單通道步驟(I)類(lèi)似的方法，調(diào)整網(wǎng)格行列數(shù)使得投影覆蓋區(qū)域中網(wǎng)格寬度大小滿(mǎn)足閾值要求，以自適應(yīng)的生成一幅滿(mǎn)足需要的r行c列的網(wǎng)格為正方形的黑白棋盤(pán)格圖像，同時(shí)可以求出左右2個(gè)投影儀的公共的投影目標(biāo)區(qū)域MPr jPolygon作為最終投影顯示區(qū)域；步驟(B):與單通道步驟(2)類(lèi)似的方法，對(duì)依次拍攝的2臺(tái)投影棋盤(pán)格圖像進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)和棋盤(pán)格識(shí)別，以獲得各自的棋盤(pán)格角點(diǎn)及其連通模式；步驟(C):與單通道步驟(3)類(lèi)似的方法，建立各投影機(jī)圖像到各自對(duì)應(yīng)相機(jī)圖像的特征點(diǎn)對(duì)匹配，并用Bezier曲面來(lái)表示這些坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)的映射關(guān)系，得到各投影圖像到各自相機(jī)圖像間的變換IT1和從各自相機(jī)圖像到各投影機(jī)圖像的變換關(guān)系R ；步驟⑶屏幕投影的有效目標(biāo)矩形區(qū)域的計(jì)算與單投影儀步驟⑷情況類(lèi)似，不同是需要考慮重疊區(qū)的設(shè)置，如圖5 (b)所示，為了簡(jiǎn)便，設(shè)置以重疊區(qū)中軸線左右各2個(gè)網(wǎng)格寬度的重疊。采用近似逼近法求在投影覆蓋區(qū)域多邊形MPrjPolygon內(nèi)部與該多邊形重心重合的高寬比為((rXN-4X (N-l))/(cXM-4X (M-1))的面積最大的矩形，來(lái)劃分整個(gè)投影覆蓋區(qū)域多邊形MPrjPolygon給左右2個(gè)子矩形目標(biāo)區(qū)域。確保劃分后的各個(gè)子目標(biāo)矩形區(qū)域仍然在投影機(jī)各自的投影覆蓋區(qū)域之內(nèi)，即保證步驟(C)中得到的點(diǎn)對(duì)映射關(guān)系是有效的；步驟(E):要保證多臺(tái)投影機(jī)投射的畫(huà)面在屏幕上恰好對(duì)齊，構(gòu)成一幅無(wú)縫的畫(huà)面，將系統(tǒng)要投影顯示的整個(gè)2D圖像稱(chēng)為投影內(nèi)容Prjl，并規(guī)格化為坐標(biāo)在
的2D投影圖像空間，將PrjI劃分為2個(gè)左右子投影圖像給對(duì)應(yīng)的每臺(tái)投影儀，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)縫拼接和不失真顯示，設(shè)置左右相鄰子投影圖像在重疊區(qū)中軸線左右各2個(gè)網(wǎng)格大小的重疊；這樣便建立了 2個(gè)投影圖像和2個(gè)目標(biāo)矩形顯示區(qū)域各自的對(duì)應(yīng)；步驟(F):同單通道步驟(6)類(lèi)似，分別建立2個(gè)投影儀空間變換映射表，生成各自的幾何校正文件；步驟(G):多投影亮度校正采用基于距離的非線性權(quán)值分配方法計(jì)算投影重疊區(qū)中各像素的權(quán)值，非重疊區(qū)像素權(quán)重為1，獲得投影儀投影圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)的一個(gè)亮度權(quán)值，建立各個(gè)投影儀像素點(diǎn)的權(quán)重映射表；對(duì)左邊投影儀P1的投影重疊區(qū)域的象素點(diǎn)(U，V)，其中U，V屬于
，權(quán)值的計(jì)算是求出被投影儀P1所投影的像素(U，V)到投影重疊區(qū)域每條邊的最短距離dpl’，統(tǒng)計(jì)重疊區(qū)內(nèi)所有像素到投影重疊區(qū)域每條邊的最短距離，并找出其中的最大值Clmax，設(shè)d=dpl’ /dmax,則投影儀P1的像素(U，V)的權(quán)值為Ap1 (U，V) =l-d2,右側(cè)投影儀p2的權(quán)值為Ap2 (u，v)=d2/(2-l);將重疊區(qū)各點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)和非重疊區(qū)系數(shù)(默認(rèn)為I) 一起構(gòu)建成一亮度校正模板(大小與投影儀分辨率相同的2D數(shù)組)，獲得各個(gè)投影儀像素點(diǎn)的權(quán)值映射表分配給各PC，這樣便于實(shí)時(shí)校正使用。步驟(H):實(shí)時(shí)多通道校正過(guò)程首先要保證分配到2個(gè)PC的投影內(nèi)容的分割渲染的同步，這里通過(guò)服務(wù)器向所有PC機(jī)發(fā)送同步信息來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像渲染同步控制，確保某一時(shí)刻各投影內(nèi)容表示同一個(gè)場(chǎng)景且能拼成一個(gè)完整圖像；進(jìn)行實(shí)時(shí)多投影儀校正的具體實(shí)現(xiàn)方式是，每臺(tái)投影儀連接的PC，遍歷其要投影圖像區(qū)域中的像素點(diǎn)，查步驟(F)得到的空間變換映射表，獲得幾何校正后的新點(diǎn)坐標(biāo)，將PC緩存中的繪制背景設(shè)成黑色，利用OpenGL紋理映射把電腦上要投影的投影圖像先作為紋理映射到校正變換后的點(diǎn)坐標(biāo)上去，對(duì)該像素點(diǎn)的RGB值分別乘以其步驟(G)得到的對(duì)應(yīng)的權(quán)重得到新的RGB值，得到幾何和亮度校正后的投影圖像，然后經(jīng)投影儀投影到屏幕各自目標(biāo)矩形區(qū)域內(nèi)，而目標(biāo)矩形區(qū)域外為設(shè)置的黑色背景，即可獲得正確的無(wú)縫拼接的沒(méi)有形變的規(guī)則圖像(如圖10所示)，獲得最終的校正結(jié)果。對(duì)于2X2的水平上下各擺放2臺(tái)投影機(jī)構(gòu)成的顯示系統(tǒng)(其屏幕投影顯示區(qū)域如圖11所示)，該發(fā)明中亮度校正部分的公式已考慮到了 4個(gè)投影重疊區(qū)的亮度衰減處理；同時(shí)在屏幕投影的有效目標(biāo)矩形區(qū)域的求解和劃分部分的公式也均適應(yīng)于2X2或更多臺(tái)投影儀的情況；并且投影內(nèi)容的劃分和投影目標(biāo)矩形區(qū)的劃分是一致的，確保多臺(tái)投影儀組合情況下的有效性。
權(quán)利要求
1.一種即插即用的大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示方法，包括將投影儀與相機(jī)擺放在任意不規(guī)則投影幕正前方；使投影儀呈M列N行(M>=1，N>=1)的順序排列，相鄰兩臺(tái)投影儀的投影區(qū)域有重疊；并使相機(jī)能夠拍攝到投影畫(huà)面覆蓋的全部區(qū)域；將投影儀與相機(jī)分別與計(jì)算機(jī)連接，將計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，將與相機(jī)連接的計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器，其特征在于還包含以下步驟 步驟⑴對(duì)當(dāng)前不規(guī)則投影幕表面，由服務(wù)器生成r行c列個(gè)網(wǎng)格為正方形的黑白棋盤(pán)格圖像，該圖像的分辨率與計(jì)算機(jī)顯示器、相機(jī)和投影儀的分辨率一致，對(duì)應(yīng)的內(nèi)角點(diǎn)個(gè)數(shù)是(r-1) X (c-1)； 步驟(1. D :先由服務(wù)器生成初始r行Xe列個(gè)純黑和純白正方形網(wǎng)格圖像各一幅，且該圖像分辨率是與顯示器、相機(jī)和投影儀的分辨率相同，其中r c等于顯示器、相機(jī)和投影儀的分辨率之比，然后用投影儀依次投到投影幕上； 步驟(1.2):用相機(jī)依次拍攝上述投影到投影幕上的純黑和純白網(wǎng)格圖像，純黑和純白網(wǎng)格圖像兩者相減以去除背景，獲得投影網(wǎng)格圖像覆蓋的多邊形區(qū)域，記為PrjPolygonij,其中 i=0…M_l, j=0…N-1 ;求得網(wǎng)格的寬度為 W0=min (HeightijA, Widthij/c)，其中Heightij和Widthij分別表示PrjPolygonij的高和寬；同時(shí)求出M列XN行臺(tái)投影儀的全部的投影覆蓋區(qū)域MPrjPolygon作為最終投影顯示區(qū)域； 步驟(2):投影儀依次投射步驟(I)中生成的棋盤(pán)格圖像到投影幕上，該圖像稱(chēng)為原始投影儀圖像PrjIOij,其中i=0…M-l，j=0…N-1 ;用相機(jī)依次對(duì)投影幕進(jìn)行拍攝，對(duì)相機(jī)捕獲的圖像進(jìn)行特征點(diǎn)檢測(cè)和棋盤(pán)格識(shí)別，以獲得所有棋盤(pán)格角點(diǎn)及其連通模式；該捕獲的圖像稱(chēng)為相機(jī)圖像CamIOij,其中i=0…M-l，j=0…N-1 ； 步驟(3):建立原始投影儀圖像PrjIOij,和相機(jī)圖像CamIOij,間角點(diǎn)的匹配和對(duì)應(yīng)，利用Bezier曲面函數(shù)來(lái)擬合該匹配點(diǎn)對(duì)映射關(guān)系，其中i=0…M_l，j=0…N_l，獲得Pr jIOu到CamIOij間的所有點(diǎn)對(duì)映射關(guān)系RJ1，同時(shí)得到從CamIOij到PrjIOij的逆變換Rij ； 步驟(4):確定屏幕投影的有效目標(biāo)矩形區(qū)域，并劃分給每臺(tái)投影儀采用近似逼近法獲得在MPrjPolygon內(nèi)部與該多邊形重心重合的、高寬比為((rXN-2kX (N-1)) (cXM-2kX (M-1))的面積最大的矩形TargetRect ;設(shè)置相鄰?fù)队皡^(qū)有k個(gè)網(wǎng)格寬的重疊，將TargetRect劃分為M列XN行個(gè)與投影儀一一對(duì)應(yīng)的子目標(biāo)矩形區(qū)域TargetRectij,其中i=0…M_l, j=0…N_l, K>=1,并確保劃分后的各個(gè)TargetRectij仍然在各自的PrjPolygonij之內(nèi)； 步驟(5):整個(gè)系統(tǒng)要投影顯示的2D圖像稱(chēng)為投影內(nèi)容Prjl，將PijI規(guī)格化為坐標(biāo)在
區(qū)間的2D投影圖像空間并將其劃分為M列XN行個(gè)子投影內(nèi)容PrjIij給對(duì)應(yīng)的每臺(tái)投影儀，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)縫拼接，設(shè)置相鄰PrjIij間有2k個(gè)網(wǎng)格大小重疊，其中i=0…M-1，j=0…N-1, k>=l ； 步驟￠):建立每個(gè)投影儀的投影內(nèi)容和對(duì)應(yīng)的投影區(qū)域之間的空間變換映射表；首先利用相似變換Sij，將MXN個(gè)子圖像PrjIOij中的各點(diǎn)分別變換到各自的目標(biāo)矩形投影區(qū)域TargetRectij中，其中i=0…M_l，j=0…N-1 ;再對(duì)上述Sij變換后的結(jié)果施加變換Rij便獲得校正變換后的投影圖像PrjIlij中的新坐標(biāo)位置，記錄空間變換(Wij=Rij^Sij)前后點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，建立MXN個(gè)變換映射查找表，由服務(wù)器將每臺(tái)投影儀的查找表發(fā)送到相應(yīng)的各PC機(jī)，為實(shí)時(shí)在線幾何校正做好準(zhǔn)備；步驟(7):多投影亮度校正 采用基于距離的非線性權(quán)值分配方法計(jì)算投影重疊區(qū)中各像素的權(quán)值，非重疊區(qū)像素權(quán)重為1，獲得投影儀投影圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)的一個(gè)亮度權(quán)值，建立各個(gè)投影儀像素點(diǎn)的權(quán)重映射表； 步驟(8):實(shí)時(shí)多投影儀校正 通過(guò)服務(wù)器向所有PC機(jī)發(fā)送同步信息來(lái)實(shí)現(xiàn)投影內(nèi)容的分割和圖像渲染同步控制；實(shí)時(shí)多投影儀校正，具體實(shí)現(xiàn)方式是，每臺(tái)投影儀連接的PC，遍歷其要投影圖像區(qū)域中的像素點(diǎn)，查步驟(6)得到的空間變換映射表，獲得幾何校正后的新點(diǎn)坐標(biāo)，將PC緩存中的繪制背景設(shè)成黑色，利用OpenGL紋理映射，把電腦上要投影的投影圖像先作為紋理映射到校正變換后的點(diǎn)坐標(biāo)上去，對(duì)該像素點(diǎn)的RGB值分別乘以其步驟(7)得到的對(duì)應(yīng)的權(quán)值，得到新的RGB值，得到幾何和亮度校正變換后的投影圖像，然后經(jīng)各臺(tái)投影儀投影到屏幕各自目標(biāo)矩形區(qū)域內(nèi)，即可獲得正確的無(wú)縫拼接的沒(méi)有形變的規(guī)則圖像，獲得最終的校正結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的即插即用的大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示方法，其特征在于上述步驟(I)中還包括步驟(1. 2)之后的 步驟(1.3):如果W0>24，即網(wǎng)格太稀，則分別在水平和豎直方向進(jìn)行r’行和c’列的網(wǎng)格數(shù)擴(kuò)展各I次；如果W0〈=12，網(wǎng)格太密，則進(jìn)行水平和豎直方向r’行和c’列的網(wǎng)格縮減各一次，生成更高或更低行列數(shù)的網(wǎng)格；其中，r’ /c’ =r/c and r’和c’為互質(zhì)數(shù)； 步驟(1.4):重新投影步驟(1.3)的新行列數(shù)的純黑和純白網(wǎng)格圖像，重復(fù)步驟(1.2)至(1. 3)，直至獲得合適行列數(shù)密度的r行Xe列的網(wǎng)格圖像，并由此生成與該網(wǎng)格圖像等行列數(shù)的網(wǎng)格為正方形的黑白棋盤(pán)格圖像。
3.如權(quán)利要求1所述的即插即用的大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示方法，其特征在于上述步驟(2)具體包括以下步驟 步驟(2.1):依次遍歷圖像CamIOij中PrjPolygonij內(nèi)的每一像素點(diǎn)，其中i=0…M-1,j=0…N-1，算出以該像素點(diǎn)為中心的小于WO的窗口內(nèi)點(diǎn)的灰度的方差，如果方差小于100就認(rèn)為該點(diǎn)不是候選特征角點(diǎn)，這樣可以過(guò)濾掉至少一半的像素點(diǎn)； 步驟(2. 2)檢測(cè)步驟(2.1)得到的每一候選角點(diǎn)P的小于WO的窗口區(qū)域內(nèi)每一圈鄰域點(diǎn)是否存在4個(gè)黑白相間區(qū)域來(lái)判斷是否是角點(diǎn)，獲得角點(diǎn)集合PO ； 步驟(2.3):對(duì)步驟(2.2)中檢測(cè)到的角點(diǎn)集合PO進(jìn)行去噪、去冗余和優(yōu)化處理，得到的角點(diǎn)集合記為P2 ； 步驟(2. 4)根據(jù)角點(diǎn)周?chē)诎最伾兊拇涡虻牟煌?，將P2中檢測(cè)出的角點(diǎn)分為2類(lèi)，連接集合P2中的屬于同一個(gè)棋盤(pán)網(wǎng)格的異類(lèi)角點(diǎn)，最外層的內(nèi)角點(diǎn)向外做延長(zhǎng)線與投影覆蓋的多邊形PrjPolygon相交以將交點(diǎn)作為邊界角點(diǎn)，獲得邊界角點(diǎn)和內(nèi)角點(diǎn)的共同集合P及其連接模式E，記為圖G (P，E)。
4.如權(quán)利要求3所述的即插即用的大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示方法，其特征在于上述步驟(2. 3)所述的去噪、去冗余和優(yōu)化處理，具體如下 步驟(2. 3.1):先統(tǒng)計(jì)一候選角點(diǎn)周?chē)鷮挾葹?的窗口內(nèi)鄰居角點(diǎn)的個(gè)數(shù)，如果小于3個(gè)，則判定該點(diǎn)為噪點(diǎn)，除去該噪聲角點(diǎn)； 步驟(2.3.2):再采用基于距離的聚類(lèi)方法，去除冗余候選角點(diǎn)，聚類(lèi)中心作為保留角點(diǎn)，記做集合Pl ；步驟(2. 3. 3):如果得到的角點(diǎn)個(gè)數(shù)大于(r-1) X (c-1)則繼續(xù)對(duì)產(chǎn)生聚類(lèi)后的結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化 ①遍歷每一個(gè)角點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)在以該角點(diǎn)為中心的不小于WO的窗口內(nèi)的其它角點(diǎn)個(gè)數(shù)作為自己的受歡迎度； ②對(duì)于歡迎度不為O的每一個(gè)角點(diǎn) 遍歷以本角點(diǎn)為中心的窗口內(nèi)的其它角點(diǎn)，比較角點(diǎn)的受歡迎度 A如果角點(diǎn)受歡迎度不等，刪除受歡迎度最大的角點(diǎn)，更新被刪角點(diǎn)周?chē)慕屈c(diǎn)的受歡迎度； B否則，比較角點(diǎn)聚類(lèi)內(nèi)冗余候選角點(diǎn)的個(gè)數(shù)，刪除個(gè)數(shù)少的角點(diǎn)，更新被刪角點(diǎn)周?chē)慕屈c(diǎn)的受歡迎度； 聚類(lèi)優(yōu)化后就獲得了個(gè)數(shù)不大于(r-1) X (c-Ι)的角點(diǎn)集合P2。
5.如權(quán)利要求3所述的即插即用的大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示方法，其特征在于上述步驟(2. 4)所述的連接集合P2中的屬于同一個(gè)棋盤(pán)網(wǎng)格的異類(lèi)角點(diǎn)的方法如下 步驟(2. 4.1):對(duì)P2的每一個(gè)角點(diǎn)，找與其異類(lèi)的且距離不大于1. 2XW0的角點(diǎn)，相連接；考慮到任意不規(guī)則表面上的投影，圖像可能拉伸變形得嚴(yán)重，如果仍有未連接的角點(diǎn)，則對(duì)未連接的每一個(gè)角點(diǎn)做下面特殊處理 ①找離它最近的未連接的異類(lèi)角點(diǎn)，相連； ②判斷該連線四等分的垂線上距離為W0/4處的3對(duì)采樣點(diǎn)的從一側(cè)到另一側(cè)的顏色黑白跳變是否一致，如采樣點(diǎn)從一側(cè)到另一側(cè)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的黑白跳變?nèi)且恢碌?，則認(rèn)為該連線有效，否則刪除，消除跨網(wǎng)格的錯(cuò)誤連接邊。
6.如權(quán)利要求5所述的即插即用的大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示方法，其特征在于上述步驟(2. 4.1)之后，還包括檢測(cè)漏檢的角點(diǎn)或者P2中誤刪的角點(diǎn)的處理步驟 步驟(2.4.2):棋盤(pán)格的內(nèi)角點(diǎn)根據(jù)其鄰接邊的個(gè)數(shù)，可分為三類(lèi)四個(gè)頂點(diǎn)、四條邊上的點(diǎn)和內(nèi)部角點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)著有2條、3條和4條鄰接邊，據(jù)此可以判斷某類(lèi)角點(diǎn)連接的異常，如嚴(yán)重形變或噪聲導(dǎo)致漏檢的角點(diǎn)或者P2中誤刪的角點(diǎn)，其周?chē)従咏屈c(diǎn)的連接邊個(gè)數(shù)會(huì)比正常的少，被漏檢角點(diǎn)則可利用其周?chē)罱慕屈c(diǎn)進(jìn)行同類(lèi)雙向或同類(lèi)單方向的插值來(lái)補(bǔ)充，如果是被誤刪的角點(diǎn)則可以將離異常連接角點(diǎn)最近的Pl中的角點(diǎn)的位置作為誤刪角點(diǎn)的位置加以補(bǔ)充。至此，獲得正確連接的(r-1) X (c-1)個(gè)棋盤(pán)格內(nèi)角點(diǎn)的集合。
7.如權(quán)利要求1所述的即插即用的大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示方法，其特征在于上述步驟(3)的具體方法如下 步驟(3.1)在G中找到距離CamIOij左上角(0，O)最近的、且連接邊數(shù)為2的角點(diǎn)，從左上角開(kāi)始，基于I坐標(biāo)遞增排序優(yōu)先原則，結(jié)合每個(gè)角點(diǎn)的類(lèi)別-頂點(diǎn)、邊界、內(nèi)部-及其連接邊個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)從最左側(cè)一列到第二列繼續(xù)到最右側(cè)一列所有角點(diǎn)的坐標(biāo)標(biāo)記和排序；而原始棋盤(pán)格圖像PrjIOij中的角點(diǎn)順序也以同樣方法實(shí)現(xiàn)標(biāo)記和排序,相同標(biāo)記和次序的特征點(diǎn)對(duì)一一對(duì)應(yīng)，這樣便實(shí)現(xiàn)投影儀圖像和相機(jī)圖像間的特征點(diǎn)對(duì)匹配。
步驟(3.2):利用Bezier曲面函數(shù)來(lái)擬合投影圖像和相機(jī)圖像中匹配點(diǎn)對(duì)間的映射關(guān)系O
8.如權(quán)利要求1所述的即插即用的大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示方法，其特征在于上述步驟(4)中的確定屏幕投影的有效目標(biāo)矩形區(qū)域，具體方法如下由于已經(jīng)得到了投影覆蓋的多邊形區(qū)域MPrjPolygon，并利用棋盤(pán)格的最外層角點(diǎn)的坐標(biāo)求平均求出多邊形的重心Pc，在MPrjPolygon內(nèi)，初始化一個(gè)以P。為中心、高寬比為((rXN-2X (N-1)) :(cXM-2X (M-1))的矩形，并沿著水平和豎直方向不斷延展，直到遇到多邊形MPrjPolygon邊界為止，由此獲得投影覆蓋區(qū)域內(nèi)的一近似逼近的最大內(nèi)接矩形TargetRect0
9.如權(quán)利要求1所述的即插即用的大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示方法，其特征在于上述步驟(7)的具體方法如下 對(duì)每一個(gè)投影儀Pi (i=l，…η)的投影重疊區(qū)域的象素點(diǎn)(U，V)的亮度是所有參與重疊的投影儀亮度的加權(quán)，其中U，V屬于
，權(quán)值的計(jì)算是求出被投影儀？1(1=1，…η)所投影的像素(U，V)到投影重疊區(qū)域每條邊的最短距離dpi’，統(tǒng)計(jì)重疊區(qū)內(nèi)所有像素到投影重疊區(qū)域每條邊的最短距離，并找出其中的最大值dmax，設(shè)d=dpi ’ /dmax，則投影儀Pi的像素(U，V)的權(quán)值為Apju, V)=l-d2,其它投影儀Pj的權(quán)值為Apj(u, v) =d2/ (n-1), j=l,…n,且j古η ;將重疊區(qū)各點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)和非重疊區(qū)系數(shù)一起構(gòu)建成一亮度校正模板，其中非重疊區(qū)系數(shù)默認(rèn)為1，所述亮度校正模板是大小與投影儀分辨率相同的2D數(shù)組，獲得各個(gè)投影儀像素點(diǎn)的權(quán)值映射表分配給各PC，這樣便于實(shí)時(shí)校正使用。
全文摘要
一種即插即用的大屏幕投影自動(dòng)校正與拼接顯示方法，包括自適應(yīng)生成一定分辨率的棋盤(pán)格paten圖依次由投影儀投影，并用相機(jī)捕獲，用基于顏色和幾何的多特征檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜投影面或光照條件下的棋盤(pán)格特征檢測(cè)和識(shí)別，建立Bezier曲面函數(shù)以表示投影儀圖像和相機(jī)圖像間的點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；以快速逼近法獲得屏幕投影的有效顯示區(qū)域，確定各投影機(jī)的投影內(nèi)容與各顯示區(qū)域的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再對(duì)要投影的畫(huà)面進(jìn)行幾何扭曲變形來(lái)實(shí)現(xiàn)幾何校正，以基于距離的非線性權(quán)值分配法計(jì)算投影重疊區(qū)中各像素的權(quán)值來(lái)實(shí)現(xiàn)邊緣亮度融合。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)不規(guī)則表面的多投影畫(huà)面的對(duì)齊和無(wú)縫拼接，整個(gè)方法簡(jiǎn)單易用，具有較高自治性和較快的無(wú)縫拼接性能。
文檔編號(hào)G06F3/14GK103019643SQ20121058520
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月30日
發(fā)明者解翠, 王 琦, 董軍宇, 秦勃, 孫玉娟 申請(qǐng)人:中國(guó)海洋大學(xué)