一種小半徑大曲率畸變曲面投影校正融合的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種小半徑大曲率畸變曲面投影校正融合的方法，包括二次校正方法、基于二次曲線衰減的邊緣的融合方法、基于紋理切割的圖像信息同步方法、基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的抗光線干擾方法四個(gè)部分。在視景顯示系統(tǒng)中，采用本發(fā)明一種小半徑大曲率畸變曲面投影校正融合技術(shù)，有效地解決了構(gòu)建多投影顯示墻時(shí)產(chǎn)生的幾何校正問(wèn)題、邊緣融合問(wèn)題、系統(tǒng)信息同步問(wèn)題以及系統(tǒng)光干擾問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種小半徑大曲率畸變曲面投影校正融合的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域，具體涉及一種小半徑大曲率畸變曲面投影校正融合的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多投影顯示墻是對(duì)圖形、圖像等進(jìn)行大范圍、高分辨率顯示的一種有效實(shí)現(xiàn)方式，它具有成本低、可擴(kuò)展、沉浸感強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。因此，在視景顯示系統(tǒng)中采用的是多投影顯示墻方式。但在構(gòu)建多投影顯示墻時(shí)，主要存在以下四個(gè)問(wèn)題:1、幾何校正:由于采用的是小半徑大曲率高畸變的多投影顯示墻，硬件校正因?yàn)槠鋸?fù)雜度太高幾乎沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)，基于相機(jī)的軟校正由于投影圖像大大超出投影顯示墻，導(dǎo)致特征圖像拍攝不完整影響幾何校正效果；2、邊緣融合:在多投影顯示系統(tǒng)的拼接中，為消除硬拼接帶來(lái)的物理拼縫，使系統(tǒng)達(dá)到一體化，一般采用軟拼接方式，但軟拼接通過(guò)將投影圖像在接合處重疊來(lái)消除物理拼縫，這也造成了重疊區(qū)域的光學(xué)亮度帶；3、信息同步:未經(jīng)過(guò)精準(zhǔn)同步顯示的圖像易出現(xiàn)撕裂，從而造成視覺(jué)上的混亂，視覺(jué)效果不佳；4、系統(tǒng)光干擾:各投影儀將圖像投射至投影墻后光線不可避免的二次反射會(huì)相互干擾，導(dǎo)致投影墻上顯示畫(huà)面出現(xiàn)“灰蒙蒙”的霧狀效果，與單臺(tái)投影儀顯示效果相比，出現(xiàn)嚴(yán)重退化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種小半徑大曲率畸變曲面投影校正融合的方法，解決現(xiàn)有的在構(gòu)建多投影顯示墻時(shí)，特征圖像拍攝不完整影響幾何校正效果，邊緣融合效果差，易造成視覺(jué)上的混亂視覺(jué)效果不佳，以及二次反射會(huì)相互干擾影響顯示畫(huà)面質(zhì)量的問(wèn)題。
[0004]為解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種小半徑大曲率畸變曲面投影校正融合的方法，包括二次校正方法、基于二次曲線衰減的邊緣的融合方法、基于紋理切割的圖像信息同步方法、基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的抗光線干擾方法四個(gè)部分，
[0006]所述二次校正方法，包括以下步驟:
[0007]I)，預(yù)先設(shè)計(jì)了一張透明薄膜，并打印出水平垂直網(wǎng)格線，將其緊密貼合投影屏眷;
[0008]2)，根據(jù)視景顯示分辨率、融合比率、投影視角等參數(shù)計(jì)算出視景視錐體的近裁剪面，獲得視景畫(huà)面；
[0009]3)，采用等角度分解的算法生成與透明薄膜數(shù)量一致的經(jīng)緯度角度網(wǎng)格，再計(jì)算出等經(jīng)緯度幾何網(wǎng)格；
[0010]4)，通過(guò)幾何校正服務(wù)器調(diào)整等經(jīng)緯度幾何網(wǎng)格，使得視景圖像上的經(jīng)緯度網(wǎng)格與薄膜上的網(wǎng)格重合，調(diào)整紋理圖像的頂點(diǎn)坐標(biāo)PGrid ；
[0011]5)，將幀緩存中的紋理圖像映射至調(diào)整之后的頂點(diǎn)坐標(biāo)上，即得到第一次校正之后的視景圖像；[0012]6)，在第一次校正結(jié)果的基礎(chǔ)上，將一副預(yù)處理的全景地圖圖像作為當(dāng)前幀緩存中的紋理，利用紋理校正服務(wù)器調(diào)整全景圖像使其與薄膜上對(duì)應(yīng)網(wǎng)格重合，調(diào)整紋理坐標(biāo)pTexGrid ；
[0013]所述基于二次曲線衰減的邊緣的融合方法，包括以下步驟:
[0014]I)，利用二次衰減曲線計(jì)算邊緣亮度衰減校正位圖；
[0015]2)，利用OpenGL提供的多紋理映射，將校正位圖作為紋理映射至各自通道的圖像上，實(shí)現(xiàn)通道間邊緣亮度融合；
[0016]所述基于紋理切割的圖像信息同步方法，包括以下步驟:
[0017]I)，由單一主視景端C生成整個(gè)紋理圖像I ;
[0018]2)，將單一視景端C虛擬為η個(gè)視景客戶端，即Cp C2，...，Cn，其中η為視景客戶
端數(shù)量；
[0019]3)，將整幅紋理圖像切割為Ip I2，...，In，并將其分別分配給虛擬視景客戶端Q、
Cg JJ ，
[0020]4)，經(jīng)過(guò)校正融合等后續(xù)處理后虛擬客戶端連接投影儀輸出顯示；
[0021]所述基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的抗光線干擾方法，包括以下步驟:
[0022]I)，用相機(jī)拍攝特征圖像并建立投影機(jī)與相機(jī)間的像素級(jí)映射關(guān)系；
[0023]2)，將待測(cè)試的投影機(jī)Ptest關(guān)閉，單獨(dú)開(kāi)啟另外一臺(tái)投影機(jī)Pl并投影O?255的256幅灰度圖像，同時(shí)拍攝顯示墻上Ptest的顯示區(qū)域；
[0024]3)，保持Ptest關(guān)閉，關(guān)閉Pl并打開(kāi)另外一臺(tái)投影機(jī)Ρ2，重復(fù)上一步驟，得到256張由Ρ2引起的亮度增益表，如此循環(huán)則Ptest就對(duì)應(yīng)有256Χ (η_1)張亮度增益表；
[0025]4)，每個(gè)客戶端利用服務(wù)器傳來(lái)的平均亮度信息找到對(duì)應(yīng)的亮度增益表，然后從亮度增益表中讀出其余所有客戶端對(duì)測(cè)試客戶端的逐像素亮度增益；
[0026]5),利用亮度響應(yīng)曲線(intensity transfer function, ITF)將亮度增益Im轉(zhuǎn)換為客戶端幀緩存上的亮度修正值Lm，
[0027]Lm = ITF-1 (Im)
[0028]則修正后渲染客戶端幀緩存中像素點(diǎn)M的亮度值為L(zhǎng)a，則有，
[0029]La = L-Lm
[0030]其中，L是原本的亮度值，完成抗光線干擾的糾正。
[0031]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述二次校正方法中，根據(jù)視景顯示分辨率、融合比率、投影視角等參數(shù)計(jì)算出視景視錐體的近裁剪面，獲得視景畫(huà)面，具體方法是:
[0032]假設(shè)視錐體視角為(lv，rv, tv, bv)，視景客戶端數(shù)n，相鄰?fù)ǖ廊诤媳嚷蔭，單通道水
平視角Θ，總水平視角P，單通道視景分辨率(WXH)，視場(chǎng)下視角b，則有
[0033]
ηχθ-ηχθχα = φ
[0034]由上式公式計(jì)算出每個(gè)通道的水平視角范圍和融合區(qū)水平視角范圍，
[0035]對(duì)于左右對(duì)稱上下不對(duì)稱的投影方式，每個(gè)通道左右視角大小相等，等于
[0036]
ηχθ-ηχθχα=φ[0037]由上式公式計(jì)算出每個(gè)通道的水平視角范圍和融合區(qū)水平視角范圍，
[0038]對(duì)于左右對(duì)稱上下不對(duì)稱的投影方式，每個(gè)通道左右視角大小相等，等于
[0039]rv = -1v = Θ /2
[0040]將虛擬視點(diǎn)到投影圖像中心點(diǎn)的距離設(shè)為1，算出投影平面水平寬度width、投影屏幕高度height，分別為
[0041]width = 2 X tan ( Θ/2)
[0042]height = widthXH/W。
[0043]由高度height、視點(diǎn)到投影平面邊緣的半徑長(zhǎng)度R和已知的下視角b，計(jì)算出上視角
[0044]R = I/cos ( Θ /2)
[0045]tv = arctan ((tan (b) X R+height) /R)。
[0046]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述等經(jīng)緯度幾何網(wǎng)格是根據(jù)視錐體視角的4個(gè)視角(lv, rv, tv, bv)計(jì)算得出，具體算法是:
[0047]假設(shè)等經(jīng)諱度角度網(wǎng)格的集合為AngleGrid, (angleHij, angleVij)表示第i行第j列的經(jīng)緯度向量，表示如下
[0048]AngleGrid = ((angleHij, angleVij) e [lv, rv, ] X [tv, bv], i = I, 2,..., m ；j =
I，2，...，n；}
[0049]其中m表示角度網(wǎng)格的行數(shù)，η表示角度網(wǎng)格的列數(shù)，而所述
【權(quán)利要求】
1.一種小半徑大曲率畸變曲面投影校正融合的方法，包括二次校正方法、基于二次曲線衰減的邊緣的融合方法、基于紋理切割的圖像信息同步方法、基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的抗光線干擾方法四個(gè)部分，其特征在于: 所述二次校正方法，包括以下步驟: 1)，預(yù)先設(shè)計(jì)了一張透明薄膜，并打印出水平垂直網(wǎng)格線，將其緊密貼合投影屏幕； 2)，根據(jù)視景顯示分辨率、融合比率、投影視角等參數(shù)計(jì)算出視景視錐體的近裁剪面，獲得視景畫(huà)面； 3)，采用等角度分解的算法生成與透明薄膜數(shù)量一致的經(jīng)緯度角度網(wǎng)格，再計(jì)算出等經(jīng)緯度幾何網(wǎng)格； 4)，通過(guò)幾何校正服務(wù)器調(diào)整等經(jīng)緯度幾何網(wǎng)格，使得視景圖像上的經(jīng)緯度網(wǎng)格與薄膜上的網(wǎng)格重合，調(diào)整紋理圖像的頂點(diǎn)坐標(biāo)； 5)，將幀緩存中的紋理圖像映射至調(diào)整之后的頂點(diǎn)坐標(biāo)上，即得到第一次校正之后的視景圖像； 6)，在第一次校正結(jié)果的基礎(chǔ)上，將一副預(yù)處理的全景地圖圖像作為當(dāng)前幀緩存中的紋理，利用紋理校正服務(wù)器調(diào)整全景圖像使其與薄膜上對(duì)應(yīng)網(wǎng)格重合，調(diào)整紋理坐標(biāo)； 所述基于二次曲線衰減的邊緣的融合方法，包括以下步驟: 1)，利用二次衰減曲線計(jì)算邊緣亮度衰減校正位圖； 2)，利用OpenGL提供的多紋理映射，將校正位圖作為紋理映射至各自通道的圖像上，實(shí)現(xiàn)通道間邊緣亮度融合； 所述基于紋理切割的圖像信息同步方法，包括以下步驟: 1)，由單一主視景端C生成整個(gè)紋理圖像I; 2)，將單一視景端C虛擬為n個(gè)視景客戶端，即CpC2, , Cn，其中n為視景客戶端數(shù)量; 3)，將整幅紋理圖像切割為I1”I2，...，In,并將其分別分配給虛擬視景客戶端Q、C2,...Cn; 4)，經(jīng)過(guò)校正融合等后續(xù)處理后虛擬客戶端連接投影儀輸出顯示； 所述基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的抗光線干擾方法，包括以下步驟: 1)，用相機(jī)拍攝特征圖像并建立投影機(jī)與相機(jī)間的像素級(jí)映射關(guān)系； 2)，將待測(cè)試的投影機(jī)Ptest關(guān)閉，單獨(dú)開(kāi)啟另外一臺(tái)投影機(jī)Pl并投影O~255的256幅灰度圖像，同時(shí)拍攝顯不墻上Ptest的顯不區(qū)域； 3)，保持Ptest關(guān)閉，關(guān)閉Pl并打開(kāi)另外一臺(tái)投影機(jī)Ρ2，重復(fù)上一步驟，得到256張由Ρ2引起的亮度增益表，如此循環(huán)則Ptest就對(duì)應(yīng)有256Χ (n_1)張亮度增益表； 4)，每個(gè)客戶端利用服務(wù)器傳來(lái)的平均亮度信息找到對(duì)應(yīng)的亮度增益表，然后從亮度增益表中讀出其余所有客戶端對(duì)測(cè)試客戶端的逐像素亮度增益； 5)，利用亮度響應(yīng)曲線將亮度增益Im轉(zhuǎn)換為客戶端幀緩存上的亮度修正值Lm，
Lm= ITF-1 (Im) 則修正后渲染客戶端幀緩存中像素點(diǎn)M的亮度值為L(zhǎng)△，則有， LΔ=L-LM 其中，L是原本的亮度值，完成抗光線干擾的糾正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小半徑大曲率畸變曲面投影校正融合的方法，其特征在于:所述二次校正方法中，根據(jù)視景顯示分辨率、融合比率、投影視角等參數(shù)計(jì)算出視景視錐體的近裁剪面，獲得視景畫(huà)面，具體方法是: 假設(shè)視錐體視角為(lv，rv, tv, bv)，視景客戶端數(shù)n，相鄰?fù)ǖ廊诤媳嚷蔭，單通道水平視角Θ，總水平視角<?，單通道視景分辨率(WXH)，視場(chǎng)下視角b，則有ηχθ-ηχθχα = φ 由上式公式計(jì)算出每個(gè)通道的水平視角范圍和融合區(qū)水平視角范圍， 對(duì)于左右對(duì)稱上下不對(duì)稱的投影方式，每個(gè)通道左右視角大小相等，等于ηχθ-ηχθχα = φ 由上式公式計(jì)算出每個(gè)通道的水平視角范圍和融合區(qū)水平視角范圍， 對(duì)于左右對(duì)稱上下不對(duì)稱的投影方式，每個(gè)通道左右視角大小相等，等于 rv = -1v = Θ /2 將虛擬視點(diǎn)到投影圖像中心點(diǎn)的距離設(shè)為1，算出投影平面水平寬度width、投影屏幕高度height，分別為
width = 2 X tan ( θ /2)
height = widthXH/ff 由高度height、視點(diǎn)到投影平面邊緣的半徑長(zhǎng)度R和已知的下視角b，計(jì)算出上視角: R=I/cos ( Θ /2)
tv = arctan((tan(b)X R+height)/R)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種小半徑大曲率畸變曲面投影校正融合的方法，其特征在于:所述二次校正方法中，所述等經(jīng)緯度幾何網(wǎng)格是根據(jù)視錐體視角的4個(gè)視角(lv, rv, tv, bv)計(jì)算得出，具體算法是: 假設(shè)等經(jīng)纟韋度角度網(wǎng)格的集合為AngleGrid, (angleH^-, angleV^-)表示第i行第j列的經(jīng)緯度向量，表示如下AngleGrid = {(angleH^-, angleV^-) e [lv, rv, ] X [tv, bv], i = 1, 2,..., m ； j =I，2，...，n；} 其中m表示角度網(wǎng)格的行數(shù)，η表示角度網(wǎng)格的列數(shù)，而所述
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK103903274SQ201410163410
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】季玉龍, 肖朝, 付安邦, 李綏彪, 楊善敏, 宋歌, 譚詩(shī)翰, 汪歸歸 申請(qǐng)人:四川川大智勝軟件股份有限公司