專利名稱：用于對準投影儀陣列的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及背投顯示設(shè)備，更具體地涉及對對接(abut)的背 投顯示設(shè)備的陣列進行對準。
背景技術(shù)：
在指揮和控制情形下常使用(拼接顯示的)多個背投顯示設(shè)備的陣 列。借助于大的顯示塊(tile)陣列，能夠以利用單個顯示單元無法獲得 的高分辨率來顯示大的圖像。通常，不同的圖像通過使用組合的硬件而 同時顯示。例如，在監(jiān)視應(yīng)用中，視頻、樓面平面圖和環(huán)境數(shù)據(jù)能夠通 過各種顯示塊同時顯示。
在典型的顯示排列中，多個顯示塊被疊置3行或4行高，且通常為 幾十列寬。當背投顯示塊被構(gòu)造成顯示器時，在相鄰顯示塊之間存在水 平的和垂直的縫隙(接縫)。為了使這些接縫的寬度和高度最小化，這些 顯示塊被設(shè)計成具有無邊界的顯示屏幕且每個投影覆蓋整個屏幕。大的 并行陣列的典型的觀看距離(viewing distance)使得約為lmm的物理接 縫不一定很明顯。
即使相鄰顯示塊的投影被接縫分開，仍需要精確對準這些顯示塊。 一個可能的假設(shè)是如果這些投影和這些屏幕在物理上完全地對準，艮P， 投影的各角(conor)正好對應(yīng)于屏幕的各角，則對準是自動的。然而，這 僅在如下條件下成立(a)該拼接排列使得這些屏幕形成具有非常直的 線的柵格，(b)可以構(gòu)建即使在被移動時仍保持對準的多個顯示塊，以 及(c)每個投影完全呈矩形且具有均勻的間隔。這種排列中多個顯示塊 之間的不對準是由于(a)、 (b)和(c)中的任意組合不成立造成的。
即使觀看距離相對于整個顯示結(jié)構(gòu)來說相對較遠，眾所周知的是， 即使小的不連續(xù)性對于觀眾來說也是令人煩惱的。當顯示內(nèi)容是動態(tài)的
且沿著與屏幕之間的不連續(xù)性平行的方向移動時尤其如此。
相反，其投影在顯示表面上重疊的正面投影系統(tǒng)和背投系統(tǒng)的優(yōu)點 是能夠?qū)ν队柏暙I求平均以提供重疊區(qū)域中的平滑過渡。通常，這是通
.過對投影圖像的重疊部分中的圖像進行預(yù)混合(pre-blend)和彎折(warp) 而實現(xiàn)，參見Raskar等人的"Blending Multiple Views",The tenth Pacific conference on computer graphics and applications, page 145-153，October 2002。當沒有完全對準時尤其如此。
然而，在對接背投時，具有或沒有小的接縫，從而不能利用該混合 技術(shù)，因而對準誤差必須最小。而且，在并行顯示實時數(shù)據(jù)和圖像時， 對來自不同源的輸出圖像進行預(yù)混合和/或彎折是不切實際的。
已經(jīng)將攝像機用于對準正投影儀系統(tǒng)。輸出圖像被投影。攝像機獲 取投影圖像的輸入圖像，且對準過程對不對準進行校正。在大多數(shù)情況 下，對準包括在顯示之前對輸出信號進行混合和彎折，參見Raskar等人 的"Multiprojector Displays using Camera-based Registration", In IEEE Visualization, October 1999， Raskar等人的"A Low Cost Projector mosaic with Fast Registration",In Fifth Asian Conference on Computer Vision ，pages 161-168，January 2002，以及Sukthankar等人的"Smarter Presentations: Exploiting Homography in Camera-Projector Systems",In International Conference on Computer Vision, 2001。在這些情況下，用于獲得投影儀姿 態(tài)的分解不是必須的。而是，攝像機和投影儀之間的單應(yīng)性(homography) 可直接用于對投影儀輸入圖像進行彎折。
對于大型多投影儀顯示器，需要某種全局登記以確保對準總體顯示， 參見Chen等人的"Scalable Alignment of Large-Format Multi-Projector Displays Using Camera Homography Trees" ， IEEE Visualization 2002禾口 Raskar 等人的"ilamps : geometrically aware and self-configuring projectors", ACM Trans, Graph.， 22(3):809國818， 2003 。
另 一種系統(tǒng)是將圖像彎折和鏡像調(diào)節(jié)組合起來以弓I導(dǎo)投影到不同的 位置，參見Pinhanez等人的"The Everywhere Displays Projector: A Device to Create Ubiquitous Graphical Interfaces" , Ubiquitous Computing
2001(Unicomp，，01)， September 2001以及Pinhanez等人的"Using a Steerable Projector and a Camera to Transform Surfaces into Interactive Displays" ， ACM Conference on Human Factors in Computing Systems(CHI 2001), pages 369-370,March 2001。投影引入到表面上的失真可以從攝像機 圖像而確定，并通過對輸出圖像進行預(yù)彎折來補償?？刹倏v的鏡像使得 投影到顯示表面的不同區(qū)域。鏡像不對投影引起的表面上的任何失真進 行補償。
希望自動地對準多個對接的背投設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
提供了以下系統(tǒng)和方法，其通過對每個投影儀獨立地執(zhí)行參數(shù)化粗 對準并通過對每個投影儀和相鄰?fù)队皟x聯(lián)合地執(zhí)行非參數(shù)化精細對準來 對準投影儀陣列。也可以對每個投影儀獨立地執(zhí)行該非參數(shù)化精細對準。
本發(fā)明提供了一種用于自動對準多個背投顯示塊的系統(tǒng)和方法。通 過應(yīng)用粗略的參數(shù)化對準階段，接著是非參數(shù)化的精細的細化階段，我 們可以實現(xiàn)非常接近手動對準的精度。自動對準相較于手動對準具有幾 項優(yōu)勢。首先，自動對準不需要對準專家來執(zhí)行對準。假設(shè)每個顯示塊 具有用于調(diào)節(jié)投影的6個自由度，對于經(jīng)驗不足的人而言對準并非是簡 單明了的。
第二個優(yōu) 點是自動對準可以對背投顯示塊的同時更新能力起調(diào)節(jié) (leverage)作用。因而，與手工對準相比，顯著減少了進行對準所需的 時間。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的背投設(shè)備的陣列的正視圖； 圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的背投設(shè)備的側(cè)視圖； 圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的對準方法的流程圖； 圖3是理想點和當前投影之間的x、 y增量(delta)的圖； 圖4是相鄰?fù)队暗奶卣鼽c的圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的對單個投影儀進行對準的第一 階段流程圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的對單個投影儀進行對準的第二 階段流程圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的對多個投影儀進行對準的流程
圖8是理想特征點對準的圖9A是在根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式進行對準之前的特征的圖案；
以及
圖9B是在根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式進行對準之后的特征的圖案。
具體實施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的背投設(shè)備(顯示塊)的陣列110。例如，該 陣列具有4行和10列的顯示塊200。具有己知特征的對準圖案被背投影 到顯示塊的屏幕上。特征源于屏幕像素。參見圖2A，本發(fā)明提供了通過 使用由攝像機120獲取的輸入圖像121對顯示塊進行對準的系統(tǒng)和方法。 盡管本發(fā)明是針對非重疊背投陣列進行描述，但是應(yīng)當理解的是，根據(jù) 本發(fā)明的實施方式還可以應(yīng)用于重疊背投，或應(yīng)用于顯示非重疊或重疊 圖像的正投影儀。
圖2A示出了一個顯示塊200的側(cè)視圖。該顯示塊包括顯示屏幕210、 投影儀220、鏡230和其上安裝有該投影儀的6個自由度(6DoF)(即， 三個平移和三個旋轉(zhuǎn))的可調(diào)節(jié)平臺240。光路221通過以45度角安裝 的鏡而"折疊"。投影儀的姿態(tài)可以通過該平臺的6個步進馬達來調(diào)節(jié)。 該馬達以馬達步進單位(steppingunit)來移動投影儀。因此，如下所述， 我們確定馬達的步進單位和屏幕像素之間的關(guān)系。
攝像機120經(jīng)由輸入端口與常規(guī)的計算機系統(tǒng)130 (例如，PC或膝
上設(shè)備)相連。該計算機系統(tǒng)包括微處理器、存儲器、總線和I/0設(shè)備。 該計算機系統(tǒng)還經(jīng)由輸出端口連接到投影儀。
系統(tǒng)中可能存在若干失真源。攝像機透鏡和/或投影儀機透鏡可能存
在桶形失真。還可能存在由于鏡230的曲率而導(dǎo)致的非線性失真和由于 屏幕210的曲率而導(dǎo)致的少量失真。這些失真導(dǎo)致顯示塊之間的不對準。 因此，如圖2B所示，該計算機系統(tǒng)可以根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式而執(zhí) 行對準方法250。
該方法首先對每個投影儀獨立地執(zhí)行參數(shù)化粗對準500。然后，可 選地，對每個投影儀獨立地執(zhí)行第一非參數(shù)化精細對準600。最后，對每 個投影儀和相鄰?fù)队皟x聯(lián)合地執(zhí)行第二非參數(shù)化對準700。參數(shù)化對準對 某個等式進行求解以直接計算調(diào)節(jié)參數(shù)。非參數(shù)化對準是試圖最小化對 準誤差的迭代方法。對每個投影儀獨立執(zhí)行第一非參數(shù)化對準，而對每 個投影儀和相鄰?fù)队皟x聯(lián)合地執(zhí)行第二非參數(shù)化對準。
在對準過程中，每個投影儀在屏幕上顯示具有已知特征的對準圖案 (投影)。圖9A和9B示出了在根據(jù)本發(fā)明的實施方式進行對準之前和 之后2x2的顯示塊陣列的特征圖案。我們使用用于2D和3D坐標的齊次 (homogenous)符號。觀察到的關(guān)鍵之處在于，從光學角度來看，投影 儀在本質(zhì)上類似于攝像機。這使得我們能夠?qū)⑼队皟x模擬成針孔設(shè)備。 背投顯示塊的屏幕210被定義為3D空間中的具有坐標X產(chǎn)(x，y,z，l)T的 平面，其中T是轉(zhuǎn)置算子。該屏幕可以通過攝像機120觀察到。我們假 設(shè)該屏幕的平面與Z^O深度的平面相符。因而，我們有Xs-(X，Y,0,l)T。
攝像機圖像平面的坐標表示為Xe=(U，V，l)T，且投影儀圖像平面的坐 標為Xp二(U,V，l)T，其中對于齊次坐標(u,v，w)，
U二u/w且V=v/w 。
我們可以使用以下的攝像機(投影儀)投影矩陣將3D屏幕點與2D 圖像點聯(lián)系起來
jc三戶jr = j[及i r〗z, (i)
其中A是攝像機(投影儀)的固有參數(shù)的矩陣，且R、 T是相對于 世界坐標系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)和平移。在我們的情況中，如通過攝像機觀看的那 樣，世界坐標系統(tǒng)具有位于屏幕的左上角的原點。
參數(shù)化對準
如上所述，投影儀220安裝在6 DoF可調(diào)節(jié)平臺240上。這6個自
由度包括3個旋轉(zhuǎn)自由度和3個平移自由度。幾何對準方法250的目標
確定投影儀相對于屏幕的當前姿態(tài)(R， T); 確定當前姿態(tài)和理想姿態(tài)之間的差異；以及 根據(jù)該差異來調(diào)節(jié)該平臺。 分解為R和T
為確定投影儀相對于屏幕的姿態(tài)，我們從公式(1)和代表屏幕角的 3D點觀察到
<formula>formula see original document page 9</formula> (2)
其中4《&T]是3x3矩陣，它實際上是由屏幕平面引起的單應(yīng)性。 如果矩陣A己知，則通過左乘逆矩陣A"，單應(yīng)性可以分解為R,、 R2和T。
如圖5所示，我們的目標是確定針對投影儀的R和T。為此，我們 執(zhí)行下面的第一粗對準階段500的步驟。我們確定(510)投影儀的固有 參數(shù)Ap，并且我們確定(520)屏幕和攝像機二者的圖像平面之間的單應(yīng) 性Hes，這兩個步驟一次性地執(zhí)行。我們確定(530)投影儀和攝像機二 者的圖像平面之間的單應(yīng)性Hpe。我們根據(jù)H"pe.Hs。確定Hsp。我們進行 測試(550)以查看結(jié)果是否實現(xiàn)了所期望的精度，并接受(599)結(jié)果。 否則，我們確定(560)是否已經(jīng)執(zhí)行了最大次數(shù)的迭代，并且如果為真 則退出。
否則，我們利用逆矩陣A'、對H,p進行分解(570)以獲得旋轉(zhuǎn)矩陣 R,、 R2以及平移矩陣T，并將這些矩陣轉(zhuǎn)換(580)為馬達調(diào)節(jié)，相應(yīng)地 對平臺進行調(diào)節(jié)(590)，并進行重復(fù)(595)。
為了確定旋轉(zhuǎn)矩陣R的第三列，我們使用R為正交的這一屬性，并
投影儀固有參數(shù)
為了對單應(yīng)性Hsp進行分解(570)，我們使用投影儀的固有參數(shù)。通
過使用可調(diào)節(jié)平臺將投影儀相對于屏幕移動到至少三個不同姿態(tài)而執(zhí)行
該校準(calibration^注意該處理也可以產(chǎn)生對投影儀透鏡的失真參數(shù)的 估計。原則上，在幾何對準之前，可以分別地估計每個背投顯示塊的固 有參數(shù)。不幸的是，由于機械地調(diào)節(jié)平臺以改變投影儀的姿態(tài)而引入的 等待時間(latency),對固有參數(shù)的估計是耗時的。因此，我們針對背投 顯示塊的特定模型僅估計固有參數(shù)一次。我們假設(shè)具有相同模型的所有 其他顯示塊具有類似的固有參數(shù)。 理想投影儀姿態(tài)
平臺的調(diào)節(jié)被計算為當前姿態(tài)和理想姿態(tài)之間的差異。我們將理想 姿態(tài)定義為把投影矩形的4個角準確映射到屏幕的4個角的投影儀姿態(tài)。
對于理想姿態(tài)，我們假設(shè)沒有旋轉(zhuǎn)，且Rid^被設(shè)置為單位矩陣。投影儀
相對于屏幕的理想位置隨后由投影儀的固有參數(shù)以及屏幕各角和投影各 角之間的4個對應(yīng)關(guān)系來確定。使用等式(2)，對于焦距fx和fy,主點 (principal point) (Uq，Vq)t，屏幕角(X,Y,0)T和投影儀像素(u,v)T，我們可以
寫出
<formula>formula see original document page 10</formula> (3)
假設(shè)位于原點(0，0,0)T處的屏幕角對應(yīng)于像素(0,0)T，且對于分辨率為1024 的圖像，(1， 0， 0) T對應(yīng)于(1024，0) T。 我們可以寫出
<formula>formula see original document page 10</formula>。 (4)
根據(jù)等式(4)，我們可以確定t ~ 4/1024 (5)
對于Y-和v-坐標，我們也可以確定等式(4)和(5)，以及焦距fx。 因此，我們有得出tz的兩個等式，并且因為它們的值相似，我們對這些 值求平均以獲得最后的tz。給定tz，我們可以求解、和ty，從而獲得值Tideal。
調(diào)節(jié)
給定投影儀的當前姿態(tài)，旋轉(zhuǎn)的三個自由度取為根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣R確
定的歐拉角度。其余的三個平移的自由度根據(jù)T一Ti^確定。然后，對6 DoF平臺240的馬達進行調(diào)節(jié)(590)。
我們對第一粗略階段500的調(diào)節(jié)執(zhí)行若千次迭代。這是必須的，因 為存在若干個誤差殘留源。首先，我們有攝像機固有參數(shù)殘留誤差。其 次，我們有投影儀殘留誤差的固有參數(shù)的殘留誤差。殘留誤差的另一來 源是即使在我們估計出了這些參數(shù)的情況下依然存在的投影儀透鏡失 真。殘留誤差的最后一個來源是由于屏幕可能并非完全是平面的。
因為不能以足夠的精度直接地估計實際的投影角，或者由于這些角 位于屏幕矩形的外部而不能簡單地直接估計出這些角，因此這些角是根 據(jù)單應(yīng)性來估計。由于上述殘留誤差，這種外推(extrapolation)處理本 身引入了投影儀角位置誤差。即使我們對更新步驟執(zhí)行多次迭代，與屏 幕對準的最終精度也受到上述殘留誤差的量級的限制。因此，我們僅對 粗調(diào)節(jié)執(zhí)行最多兩次迭代。
我們使用的特定類型的背投顯示塊允許同時調(diào)節(jié)多個顯示塊的平 臺。與順序地執(zhí)行各調(diào)節(jié)相比，這導(dǎo)致速度的提高。初始的不對準可能 需要第一次迭代中相對大的更新，因此該加速使得對準過程的時間顯著 減小。
非參數(shù)化精度細化
對準處理中的階段600是用于對第一粗對準階段500之后獲得的結(jié) 果進行細化的第一非參數(shù)化方法。第一階段過程中的初始的和可能較大 的不對準通過第二階段而減小。其余的不對準在量級上可能是幾個像素。 當投影儀處于幾個像素的理想對準時，我們可以做出下面的兩個假設(shè)
1. 每個自由度獨立于其他自由度；以及
2. 每次調(diào)節(jié)本質(zhì)上是近似線性的。 單個背投顯示塊
在如圖6所示的第二階段，我們將投影儀與屏幕的各角以及整個屏 幕上的特征點對準。我們將屏幕坐標下的這些特征點表示為理想點，見 圖3。圖3示出了理想點和當前投影之間的x、 y增量。在對準狀態(tài)下，
:水
投影上的特征與理想點對準。如上所述，我們確定(610)單應(yīng)性<formula>formula see original document page 12</formula>
我們可以將理想點與當前投影儀位置之間的增量表示為對6個自由 度的線性相關(guān)性。實際上，屏幕上的每個特征點給出一個這種相關(guān)性， 并且我們可以將該問題用公式表達為線性系統(tǒng)的等式-
<formula>formula see original document page 12</formula> (6)
矩陣A中的增量是針對沿著6個自由度中每一個的小的馬達移動而 測得的。在圖3中示出了沿b的增量。我們使用攝像機坐標確定(620)
所有的增量。因此，我們使用Hse將理想點從屏幕坐標轉(zhuǎn)換成攝像機坐標。
我們求解(620) A.x=b，并調(diào)節(jié)(640)平臺馬達。我們進行測試(650) 以察看是否獲得所期望的結(jié)果，如果沒有，則我們對結(jié)果進行檢査(670)， 并且如果結(jié)果為真則接受(660)。否則，我們重復(fù)(680)。
等式(6)示出我們能夠通過計算矩陣A (為2nx6矩陣)的偽逆而 求解線性等式的系統(tǒng)。該偽逆需要計算ATA (為6x6矩陣)的逆。我們 假設(shè)ATA是非奇異且滿秩的。從而該偽逆可以使用奇異值分解(SVD) 對秩虧(rank deficiency)進行處理來計算。然而，我們不希望遇到ATA 是非奇異的情況。該解直接指定了每個6自由度馬達被調(diào)節(jié)的單位步進。
校準
原則上，我們可以針對每個背投顯示塊在第二階段期間分別確定矩 陣A的增量。然而，實際上，對于特定的模型的背投顯示塊，我們以離 線處理的方式對這些增量進行"校準"。然后，我們假設(shè)所有其他相同模 型的背投顯示塊近似地具有類似的增量。
校準步驟要求背投顯示塊在該處理開始之前相對于屏幕近似地對
準。然后，我們針對當前近似對準的狀態(tài)確定特征點(即屏幕像素)的 位置。接下來，我們將單自由度馬達移動少量步進單位，并再次確定特 征點的位置。這給出了步進單位和屏幕上的像素之間的關(guān)系。
存儲x坐標和y坐標之間的增量。接下來，我們撤銷該自由度馬達 原先的移動，重新估計特征點的位置，并移動另一個單自由度的馬達， 直到所有的6個自由度馬達都被校準為止。由于這些馬達的重復(fù)性誤差， 在每次撤銷之后必須對特征點進行重新估計。我們在攝像機坐標下存儲x 坐標和y坐標之間的增量。
多背投
等式(6)僅適用于單個背投顯示塊。我們的目標是對準多背投顯示 塊結(jié)構(gòu)，如圖7所示。和以前一樣，我們確定(710)單應(yīng)性Hep。然后， 對于每個顯示塊，我們確定(720)增量，確定(730)與相鄰顯示塊的 增量，求解(740) A.x=b，調(diào)節(jié)(750)馬達。檢查(760)最大迭代次 數(shù)，并退出(770)，否則針對每個顯示塊進行重復(fù)(780)。
多個顯示塊的對準是更加困難的，這是因為特征圖案的投影需要與 每個顯示塊的屏幕對準，并與對接屏幕上的投影對準。另一個使得這種 對準更加困難的因素是相鄰?fù)队爸g沒有重疊。在理想情況下，這些投 影應(yīng)當沿著相鄰屏幕的接縫在幾何上一致。
在我們的系統(tǒng)中，這些屏幕間隔幵大約lmm，并且這些投影應(yīng)當對 該縫隙進行補償。為了對該縫隙進行補償，對于最外圈像素，需要有50 %的像素是可見的，而另50%像素延伸出屏幕邊界之外。
如圖8所示，利用這種補償，相鄰?fù)队皯?yīng)當對接在縫隙為1 mm的 中心線800上。如果我們沿著投影的最外邊來定義特征點，則在理想情 況下，這些特征將沿著縫隙為lmm的中心線對準。當然，實際上我們不 能直接測量這些特征點，而是，我們使用單應(yīng)性進行外推。
假如存在實際的相鄰顯示塊，就沿著4個相連的相鄰接縫外推特征 點。在知道特征點之后，如圖4所示，我們可以將不對準同樣表示為特 征點之間的增量。
等式(7)包含等式(6)，并具有針對左(1)、右(i")、上(t)和下 (b)方相鄰顯示塊的附加的行。
<formula>formula see original document page 14</formula>
<7)
該線性等式系統(tǒng)的解(630)是A+.b。通過在等式(7)中包含等式 (6)，我們確信每個背投顯示塊保持與其屏幕對準，同時與相鄰顯示塊 對準。
通過將相鄰顯示塊之間的對準問題以公式表示為等式(7)中的線性 系統(tǒng)，我們可以應(yīng)用加權(quán)方案。權(quán)重影響線性等式A+.b給出的最小平方 解。加權(quán)方案可以給予單個顯示塊的特征點更多的重要性，或者給予沿 著與一個或更多個相鄰顯示塊的縫隙的特征點更多的重要性。對單個顯 示塊的特征點給予更多的重要性保持了與單個顯示塊的屏幕的對準，但 不一定保持了與相鄰顯示塊的對準。對沿著一個或更多個相鄰顯示塊的 接縫的特征給予更多的重要性導(dǎo)致相鄰顯示塊之間的對準，但是不一定 保持了對單個顯示塊的屏幕的對準。等式(7)示出了各個顯示塊的特征 以及沿著與相鄰顯示塊的接縫的特征具有相等的權(quán)重(值為l)的情況。
非線性失真的補償
僅當系統(tǒng)中幾乎或完全沒有非線性失真時以上所有計算才是準確 的。如上所述，情況當然并非如此。若干不同源造成了總的非線性失真。 在存在非線性失真時，使用單應(yīng)性對特征位置進行外推和插值可能導(dǎo)致
大的誤差。整個屏幕上的理想點是基于單應(yīng)性Hse進行插值，而沿著相鄰
顯示塊的接縫的特征點是基于單應(yīng)性Hep進行外推。因為是在最小平方意 義上計算等式(6)和(7)的解，因此最可能的對準具有減小的精度。
因為非線性失真是由來自若干不同源的失真組成，且不可能單獨地 觀察每個源的失真，我們試圖估計總的非線性失真。為了獲得復(fù)數(shù)形式 的失真，我們使用下面的模型來估計3自由度的雙變量多項式fp。,y:
<formula>formula see original document page 15</formula>我們針對y'估計類似的多項式。同樣，我們可以在最小平方意義上 計算多項式參數(shù)。給定該多項式，我們可以計算攝像機坐標下的理想點-
其中p()是投影除法算子。不是針對x和y僅估計fp々一次，而是針對每
次迭代估計fp。,y。原因在于隨著越來越接近理想對準，對fp。ty的估計也改善。
調(diào)節(jié)
將非參數(shù)化精細細化階段執(zhí)行若干次迭代。盡管對準不收斂到絕對
的全局最小值，重復(fù)的測試表明，在8次迭代之后，RMS誤差達到誤差 下限(error floor)。因而，我們將非參數(shù)化細化步驟最多執(zhí)行8次迭代， 并且如果以較少迭代就達到誤差下限，則提前終止。
盡管以優(yōu)選實施方式為例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當理解，在本發(fā)明的 精神和范圍內(nèi)可以做出各種其他修改和變型。因此，所附權(quán)利要求的目 標在于涵蓋落入本發(fā)明的真實精神和范圍內(nèi)的所有這種修改和變型。
權(quán)利要求
1. 一種對投影儀陣列進行對準的方法，該方法包括以下步驟對每個投影儀獨立地執(zhí)行參數(shù)化粗對準；以及對每個投影儀和相鄰?fù)队皟x聯(lián)合地執(zhí)行非參數(shù)化精細對準。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟-在執(zhí)行所述對準的同時將對準圖案投影到每個投影儀的屏幕上；以及在執(zhí)行所述對準的同時獲取所述對準圖案的圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，該方法還包括以下步驟 根據(jù)所述圖像來確定每個投影儀相對于所述投影儀的屏幕的當前姿態(tài)；確定每個投影儀的所述當前姿態(tài)與理想姿態(tài)之間的差異；以及 根據(jù)所述差異調(diào)節(jié)每個投影儀的姿態(tài)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，該方法還包括以下步驟對于每個 投影儀確定所述屏幕和攝像機之間的單應(yīng)性HcS;確定所述投影儀和所述攝像機之間的單應(yīng)性Hpe;以及 根據(jù)H"pe.Hw確定所述屏幕和所述投影儀之間的單應(yīng)性Hsp。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，該方法還包括以下步驟對于每個 投影儀利用所述投影儀的固有參數(shù)的逆矩陣A 對單應(yīng)性Hsp進行分解以獲得旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T;以及相應(yīng)地調(diào)節(jié)所述投影儀的姿態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述投影儀是正投影儀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中每個投影儀安裝在具有多個馬 達的6自由度平臺上，這些馬達用于根據(jù)它們的步進單位來調(diào)節(jié)所述投 影儀的姿態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中通過將所述投影儀相對于所述 屏幕移動到至少三個不同的姿態(tài)來確定所述投影儀的所述固有參數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，該方法還包括以下步驟 基于所述固有參數(shù)，確定所述投影儀姿態(tài)相對于所述屏幕的理想姿態(tài)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中對這些投影儀的所述調(diào)節(jié)同 時完成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，該方法還包括以下步驟確定所述步進單位和所述屏幕上的像素之間的關(guān)系。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟 在執(zhí)行所述對準的同時估計這些投影儀的非線性失真。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟 對每個投影儀獨立地執(zhí)行所述非參數(shù)化精細對準。
14. 一種對投影儀陣列進行對準的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 用于對每個投影儀獨立地執(zhí)行參數(shù)化粗對準的裝置；以及 用于對每個投影儀和相鄰?fù)队皟x聯(lián)合地執(zhí)行非參數(shù)化精細對準的裝置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括-用于對每個投影儀獨立地執(zhí)行所述非參數(shù)化精細對準的裝置。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中在執(zhí)行所述對準的同時將對準圖案投影到每個投影儀的屏幕上，并且在執(zhí)行所述對準的同時攝像機 獲取所述對準圖案的輸入圖像。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中對這些投影儀的調(diào)節(jié)同時完成。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中根據(jù)加權(quán)方案對每個投影儀 和相鄰?fù)队皟x執(zhí)行所述非參數(shù)化精細對準。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述輸入圖像由多個攝像機 獲取。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中獲取的所述對準圖案用于確 定所述加權(quán)方案。
全文摘要
提供了以下系統(tǒng)和方法，其通過對每個投影儀獨立地執(zhí)行參數(shù)化粗對準并通過對每個投影儀和相鄰?fù)队皟x聯(lián)合地執(zhí)行非參數(shù)化精細對準來對準投影儀陣列。也可以對每個投影儀獨立地執(zhí)行非參數(shù)化精細對準。
文檔編號H04N5/74GK101385337SQ20078000512
公開日2009年3月11日 申請日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日
發(fā)明者葉羅恩·范巴爾, 拉梅什·拉什卡爾, 杰伊·E·桑頓 申請人:三菱電機株式會社