一種基于hdr成像的多投影顏色校正方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于HDR成像的顏色校正方法，使用一臺(tái)商用相機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行顏色校正，通過恢復(fù)相機(jī)各通道的亮度相應(yīng)曲線讓相機(jī)成為系統(tǒng)中的反饋設(shè)備，用于恢復(fù)各投影機(jī)通道的亮度相應(yīng)曲線。然后建立公共的顏色區(qū)間，將各投影機(jī)的顏色映射到此區(qū)間內(nèi)。同時(shí)，通過對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，盡可能提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，保證系統(tǒng)亮度校正精度的同時(shí)提高畫面質(zhì)量。經(jīng)過校正后，多臺(tái)投影機(jī)可以共同合作投影出一幅完整統(tǒng)一的畫面中。
【專利說明】一種基于HDR成像的多投影顏色校正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)屬于投影拼接顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到多投影拼接系統(tǒng)的顏色校正技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對(duì)視覺體驗(yàn)要求的不斷地提升以及工程投影技術(shù)的進(jìn)步，多通道投影技術(shù)在大型活動(dòng)、展覽展示、新產(chǎn)品發(fā)布等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在多通道投影系統(tǒng)中，由于不同投影機(jī)間的顏色差異以及投影區(qū)域的重疊等情況造成系統(tǒng)畫面在顏色上的偏差，消除這些偏差，讓多臺(tái)投影機(jī)共同顯示一幅完整統(tǒng)一的圖像是多投影機(jī)系統(tǒng)的最終目標(biāo)。
[0003]傳統(tǒng)方法通過手動(dòng)調(diào)整投影機(jī)顏色通道或者采用昂貴的光學(xué)儀器來分析投影機(jī)的輸出光線等手段對(duì)系統(tǒng)的顏色進(jìn)行校正，前者需要消耗大量人力，后者操作復(fù)雜并提高了系統(tǒng)造價(jià)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種基于HDR成像的多投影顏色校正方法，通過對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，盡可能提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，保證系統(tǒng)亮度校正精度的同時(shí)提高畫面質(zhì)量。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種基于HDR成像的多投影顏色校正方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一、根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合求取攝像機(jī)與投影機(jī)像素間的幾何映射關(guān)系，建立幾何映射表；
[0008]步驟二、讓投影機(jī)投影一幅包含0-255輸入值的紅色圖像，通過攝像機(jī)拍攝，相機(jī)光圈固定，在不同曝光條件下拍攝圖像；
[0009]步驟三、對(duì)步驟二所述的拍攝圖像進(jìn)行平滑處理，取不同亮度的中心區(qū)域，求其平均值，作為對(duì)應(yīng)于此亮度的相機(jī)輸出值；
[0010]步驟四、使用步驟三中計(jì)算出的各個(gè)相機(jī)輸出值，結(jié)合曝光時(shí)間，通過最優(yōu)化方法求解出相機(jī)紅色通道的亮度相應(yīng)曲線；
[0011]步驟五、按照步驟二 -四的方法求解相機(jī)綠色與藍(lán)色通道的亮度相應(yīng)曲線；
[0012]步驟六、投影機(jī)的紅色通道輸出某個(gè)紅色值，相機(jī)選取合適的曝光時(shí)間拍攝此圖像，逐步提高投影機(jī)亮度并拍攝圖像；
[0013]步驟七、對(duì)于步驟六所述的拍攝圖像，求取圖像中心區(qū)域的平均值，通過曝光時(shí)間計(jì)算出相對(duì)投影亮度，測(cè)出所有輸出值對(duì)應(yīng)的亮度后，擬合出一條曲線作為投影機(jī)亮度響應(yīng)曲線，使用同樣的方法測(cè)量出投影機(jī)其他通道以及其他投影機(jī)的亮度相應(yīng)曲線；
[0014]步驟八、對(duì)于每個(gè)通道，選取一個(gè)每臺(tái)投影機(jī)都能達(dá)到的亮度范圍，作為公共亮度區(qū)間，對(duì)于每個(gè)投影機(jī)顏色通道建立一個(gè)顏色查找表；
[0015]步驟九、對(duì)于相鄰?fù)队皺C(jī)間的重疊區(qū)域，根據(jù)像素距離邊緣的距離計(jì)算相應(yīng)的亮度衰減權(quán)重蒙版；
[0016]步驟十、將目標(biāo)圖像映射到公共顏色區(qū)間中，將幾何映射表、顏色查找表以及亮度衰減權(quán)重蒙版存儲(chǔ)與圖形渲染流水線中，通過圖像實(shí)時(shí)流水線實(shí)時(shí)地根據(jù)目標(biāo)圖像來調(diào)整投影機(jī)各通道的輸入值；此時(shí)投影出的圖像將是一幅沒有幾何與顏色偏差的圖像。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
[0018]本發(fā)明提出了一種基于HDR成像的顏色校正方法，使用一臺(tái)商用相機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行顏色校正，通過恢復(fù)相機(jī)各通道的亮度相應(yīng)曲線讓相機(jī)成為系統(tǒng)中的反饋設(shè)備，用于恢復(fù)各投影機(jī)通道的亮度相應(yīng)曲線。然后建立公共的顏色區(qū)間，將各投影機(jī)的顏色映射到此區(qū)間內(nèi)。同時(shí)，通過對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，盡可能提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，保證系統(tǒng)亮度校正精度的同時(shí)提高畫面質(zhì)量。經(jīng)過校正后，多臺(tái)投影機(jī)可以共同合作投影出一幅完整統(tǒng)一的畫面中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明提出的顏色校正的工作流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]多投影無縫融合系統(tǒng)中的顏色校正技術(shù)主要負(fù)責(zé)處理投影畫面的顏色連續(xù)性，對(duì)于同一種顏色，顯示時(shí)不能有可察覺的顏色變化。多投影機(jī)顯示系統(tǒng)中需要考慮的顏色不連續(xù)性同樣分為單投影機(jī)內(nèi)部與投影機(jī)之間的顏色差異，單個(gè)投影機(jī)內(nèi)部的色度變化通?？梢院雎裕捎谑艿界R頭漸暈及投影距離的影響，亮度由投影中心向四周逐漸變暗。多投影機(jī)間的顏色差異來源于投影機(jī)制造過程中無法對(duì)色度與亮度進(jìn)行精確控制，特別是造價(jià)相對(duì)低廉的普通商用投影機(jī)，同一型號(hào)的投影機(jī)間都有可察覺的顏色差異。投影機(jī)之間的重疊區(qū)域亮度明顯高于其他區(qū)域，也是我們?cè)陬伾Ｕ^程中要解決的主要問題.
[0021]本發(fā)明在具體實(shí)施中由4個(gè)基本模塊組成，其中包括:
[0022](I)幾何校正模塊:對(duì)于平面或近似平面，通過投影棋盤格，獲取單應(yīng)矩陣或者貝塞爾曲面以求取幾何映射關(guān)系；對(duì)于結(jié)構(gòu)相對(duì)規(guī)則的曲面，通過表面特征點(diǎn)擬合貝塞爾曲面以求取幾何映射關(guān)系；對(duì)于幾何形狀復(fù)雜無規(guī)則的表面，通過結(jié)構(gòu)光掃描來求取幾何映射關(guān)系。
[0023](2)相機(jī)響應(yīng)曲線恢復(fù)模塊:通過投影不同亮度的圖案，在不同曝光時(shí)間下拍攝投影圖案，通過最優(yōu)化方法來計(jì)算不同照度值、曝光值與相機(jī)輸出值間的關(guān)系，恢復(fù)相機(jī)每個(gè)通道的亮度響應(yīng)曲線。
[0024](3)投影機(jī)響應(yīng)曲線恢復(fù)模塊:使用已經(jīng)標(biāo)定過的相機(jī)拍攝對(duì)應(yīng)于不同輸入值的投影圖像，以此計(jì)算投影機(jī)每個(gè)通道的亮度相應(yīng)曲線。為了確保測(cè)量準(zhǔn)確性，同時(shí)縮短測(cè)量時(shí)間，對(duì)于每臺(tái)投影機(jī)的每個(gè)顏色通道，一共投影16幅圖像，每幅圖像包含四個(gè)亮度，取接近投影中心部分的區(qū)域，平滑后求取區(qū)域平均值以計(jì)算對(duì)應(yīng)于該輸入值的相對(duì)亮度。
[0025](4)投影機(jī)各個(gè)顏色通道實(shí)時(shí)映射模塊:在得到投影機(jī)的亮度響應(yīng)曲線后，對(duì)于每個(gè)顏色通道，求取一個(gè)公共的顏色范圍，保證每個(gè)投影機(jī)都能夠輸出該公共區(qū)間內(nèi)的亮度。將目標(biāo)圖像進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整后，目標(biāo)顏色值通過存儲(chǔ)在圖形渲染流水線中的查找表來實(shí)時(shí)計(jì)算出輸入亮度。
[0026]基于HDR成像的多通道投影顏色校正技術(shù)包括以下幾個(gè)步驟:
[0027]1、根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合求取攝像機(jī)與投影機(jī)像素間的幾何映射關(guān)系。
[0028]2、讓投影機(jī)的紅色通道投影從0-255亮度的圖像。通過攝像機(jī)拍攝，相機(jī)光圈固定，在不同曝光條件下各拍攝五張圖像。
[0029]3、對(duì)拍攝圖像進(jìn)行平滑處理，對(duì)于同一曝光時(shí)間下的圖像，取輸入相同的亮度部分的中心亮度。
[0030]4、結(jié)合曝光時(shí)間，使用下面的方程，通過最優(yōu)化方法求解出相機(jī)紅色通道的亮度相應(yīng)曲線，其中Z表示相機(jī)輸出值，E表示像素單元實(shí)際接收到的照度值，t表示曝光時(shí)間。
[0031]g (Z) = In (E)+Int
[0032]5、按照步驟2-4的方法求解相機(jī)綠色與藍(lán)色通道的亮度相應(yīng)曲線。
[0033]6、投影機(jī)的紅色通道輸出某個(gè)紅色值，相機(jī)選取合適的曝光時(shí)間拍攝此圖像，逐步提高投影機(jī)亮度并拍攝圖像，每個(gè)輸入值拍攝5幅圖像。
[0034]7、取拍攝圖像中心區(qū)域的值作為，通過曝光時(shí)間與相機(jī)輸出值計(jì)算出相對(duì)投影亮度。測(cè)出所有輸出值對(duì)應(yīng)的亮度后，擬合出一條曲線作為投影機(jī)亮度響應(yīng)曲線。使用同樣的方法測(cè)量出投影機(jī)其他通道以及其他投影機(jī)的亮度相應(yīng)曲線。
[0035]8、對(duì)于每個(gè)通道，選取一個(gè)每臺(tái)投影機(jī)都能達(dá)到的亮度范圍，作為公共亮度區(qū)間，對(duì)于每個(gè)投影機(jī)顏色通道建立一個(gè)查找表。
[0036]9、對(duì)于重疊區(qū)域，根據(jù)像素距離邊緣的距離計(jì)算相應(yīng)的衰減權(quán)重蒙版。由于已經(jīng)求取投影機(jī)的亮度響應(yīng)曲線，此處的衰減權(quán)重使用線性衰減方式來計(jì)算。
[0037]10、將目標(biāo)圖像映射到公共顏色區(qū)間中。將幾何映射表、顏色查找表以及邊緣衰減蒙版存儲(chǔ)與圖形渲染流水線中。通過設(shè)計(jì)好的圖像實(shí)時(shí)流水線實(shí)時(shí)地根據(jù)目標(biāo)圖像來調(diào)整投影機(jī)各通道的輸入值。
[0038]雖然參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但以上所述實(shí)例并不構(gòu)成本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，任何在本發(fā)明的精神及原則內(nèi)的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于HDR成像的多投影顏色校正方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合求取攝像機(jī)與投影機(jī)像素間的幾何映射關(guān)系，建立幾何映射表； 步驟二、讓投影機(jī)投影一幅包含0-255輸入值的紅色圖像，通過攝像機(jī)拍攝，相機(jī)光圈固定，在不同曝光條件下拍攝圖像； 步驟三、對(duì)步驟二所述的拍攝圖像進(jìn)行平滑處理，取不同亮度的中心區(qū)域，求其平均值，作為對(duì)應(yīng)于此亮度的相機(jī)輸出值； 步驟四、使用步驟三中計(jì)算出的各個(gè)相機(jī)輸出值，結(jié)合曝光時(shí)間，通過最優(yōu)化方法求解出相機(jī)紅色通道的亮度相應(yīng)曲線； 步驟五、按照步驟二-四的方法求解相機(jī)綠色與藍(lán)色通道的亮度相應(yīng)曲線； 步驟六、投影機(jī)的紅色通道輸出某個(gè)紅色值，相機(jī)選取合適的曝光時(shí)間拍攝此圖像，逐步提高投影機(jī)亮度并拍攝圖像； 步驟七、對(duì)于步驟六所述的拍攝圖像，求取圖像中心區(qū)域的平均值，通過曝光時(shí)間計(jì)算出相對(duì)投影亮度，測(cè)出所有輸出值對(duì)應(yīng)的亮度后，擬合出一條曲線作為投影機(jī)亮度響應(yīng)曲線，使用同樣的方法測(cè)量出投影機(jī)其他通道以及其他投影機(jī)的亮度相應(yīng)曲線； 步驟八、對(duì)于每個(gè)通道，選取一個(gè)每臺(tái)投影機(jī)都能達(dá)到的亮度范圍，作為公共亮度區(qū)間，對(duì)于每個(gè)投影機(jī)顏色通道建立一個(gè)顏色查找表； 步驟九、對(duì)于相鄰?fù)队皺C(jī)間的重疊區(qū)域，根據(jù)像素距離邊緣的距離計(jì)算相應(yīng)的亮度衰減權(quán)重蒙版； 步驟十、將目標(biāo)圖像映射到公共顏色區(qū)間中，將幾何映射表、顏色查找表以及亮度衰減權(quán)重蒙版存儲(chǔ)與圖形渲染流水線中，通過圖像實(shí)時(shí)流水線實(shí)時(shí)地根據(jù)目標(biāo)圖像來調(diào)整投影機(jī)各通道的輸入值；此時(shí)投影出的圖像將是一幅沒有幾何與顏色偏差的圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于HDR成像的多投影顏色校正方法，其特征在于，其中步驟四中求解相機(jī)輸出值采用以下方法:其中Z表示相機(jī)輸出值，E表示像素單元實(shí)際接收到的照度值，t表示曝光時(shí)間
g (Z) = In (E) +lnt0
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于HDR成像的多投影顏色校正方法，其特征在于，其中每次拍攝圖像時(shí)拍攝5幅圖像。
【文檔編號(hào)】H04N9/31GK104486603SQ201410669501
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】劉越, 陳鋒, 楊濤, 李翔, 劉萬奎 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)