[发明专利]非平面多投影显示的几何与光学校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机影像处理技术领域的方法，具体是一种非平面多投影显示的几何与光学校正方法。

背景技术

多投影拼接显示的研究大多集中在平面上，非平面上的拼接近些年来也随着应用需求的提升不断有方案提出。多投影拼接显示系统是计算机增强现实领域(Augmented Reality，简称AR)的重要分支之一，其主要应用是通过多个投影仪组成阵列拼接显示，来获得高分辨率，高物理尺寸的画面效果。若将投影仪投射到任意表面，覆盖用户所处的环境，即可给用户带来沉浸式的体验，再辅以一定的交互，形成了增强现实领域的一大应用热点。

经对现有技术文献的检索发现，Tardif，J.-P.；Roy，S.；Trudeau，M.等在3-D Digital Imaging and Modeling，2003.Proceedings.FourthInternational Conference on，(vol.，no.，pp.217-224，6-10Oct.2003)(2003年第四届国际3D数字成像与建模会议)中发表的“Multi-projectors forarbitrary surfaces without explicit calibration nor reconstruction”(无需精确标定或重构的任意表面多投影显示)，该文中针对复杂表面多投影拼接提出了几何校正的方法，通过各投影仪分别投影多张pattern图，再由相机逐个捕捉，取得投影仪像素点与相机捕捉的图片像素点的对应关系。该技术的不足之处在于：校正预处理过程主要是几何映射的建立，均比较复杂，不易于用户的使用；结构光以及pattern图的识别对光照条件和表面复杂性有很大的限制；投影表面大都只是比较规则的曲面，例如圆弧面、环形面。实际使用时缺乏鲁棒性，不利于增强现实中的实际应用。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提出了一种非平面多投影显示的几何与光学校正方法，使其通过在预处理阶段投影一张棋盘格pattern图，来实现复杂表面的多投影无缝拼接显示，克服了现有的多投影系统对于光照条件以及投影表面复杂性的限制，简化预处理过程，易于用户使用。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

步骤一，由一个投影仪阵列和一台摄像机组成整个多投影环境，投影仪之间上下摆放，投影区域有一定的重叠，摄像机能够同时观察所有投影仪所投影覆盖的区域；

步骤二，几何校正：每个投影仪依次投影单张棋盘格图像，并由摄像机依次捕捉，对于每一张捕捉下的图片，使用棋盘格查找方法查找图片中的棋盘格内角点，这些内角点将摄像机中对应的投影仪覆盖区域细分为四边形面片网格，与所用棋盘格图像中已知的相应角点建立矩阵方程，建立各投影仪与图像之间的几何映射；

步骤三，光学校正：提供投影仪坐标系中的每一个像素点以一个权重，非重叠区域权重为1，重叠区域的权重取决于当前像素点到各个投影区域边界的距离，根据各个区域的权重建立各个投影仪像素点的映射表；

由于投影仪投影区域需相互重叠来避免几何上的缝隙，故相邻投影仪的投影覆盖区域需有一定程度的重叠。由此会带来重叠区域的高亮效果，使得整个图像光度不一致，拼接痕迹明显。理想的用户体验应该是觉察不到整个画面由多个投影仪拼接显示，故需要平滑这种高亮的效果。之前的几何校正提供了每个投影仪坐标系到图像坐标系的映射，所以重叠区域容易判定。

步骤四，实时的矫正过程：对于投影仪坐标系中的每个像素点，找到步骤二建立的几何映射中对应的图像坐标系中的位置，赋予该位置像素点的值，再乘以步骤三所设置的权重，得到最终该投影仪需要投影的图像。

所述使用棋盘格查找方法查找图片中的棋盘格内角点，具体为：检测棋盘格中由四个黑白区域构成的角点，并记录角点处黑白区域的边界位置，通过角点位置以及相应的边界位置连通属于同一个棋盘格黑或者白区域的角点，从而得到相互连通的角点集合，通过已知棋盘格行数与列数确定棋盘格中的角点数，从而根据所得连通的角点集合中角点个数是否等于棋盘格的角点数确定棋盘格角点集合，从而识别棋盘格。

所述建立各投影仪与图像之间的几何映射，具体为：