[发明专利]适应于任意投影机群及投影屏幕的高鲁棒性几何校正方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机系统的图像显示处理，特别涉及到高鲁棒性全自动的几何校正方法

背景技术

大型虚拟空间的投影屏幕一般为复杂曲面屏幕，投影画面在屏幕上存在较为严重的非线性变形，需要实现进行“几何校正”。由于不同投影仪间的投影画面存在重叠区域，需要在全局几何对准的基础上进行边缘融合。为达到视觉无缝的投影画面，还需要对所有投影仪进行色彩一致性校正。故一个完整的大规模、高沉浸感虚拟空间显示系统构建工程中，存在“投影画面生成”、“画面分割”、“全局几何对准”、“投影仪色彩特性测量”、“投影画面内部几何校正”、“多投影画面间边缘融合”和“多投影画面色彩一致性校正”等一系列关键问题，具有较大的工程实施难度。而解决“几何对准”和“色彩测量”问题是整个工程中的基础，其他问题的解决都依赖于此。为构建大规模高沉浸感虚拟空间，需要按照期望画面校正大量复杂摆放的投影仪阵列输入图像以便在大规模、非规则曲面屏幕上拼接显示出视觉无缝的连续画面，其本质是一个复杂的非线性反问题，极具挑战性。

发明内容

本发明提出了一套适合大规模多投影融合显示系统的高鲁棒性全自动校正方法，针对大规模、复杂屏幕系统自动校正系统缺乏高鲁棒性投影高速融合与驱动技术的情况，形成一个高运行速度、低维护成本的解决方案以适应大规模商用投影仪融合显示系统中几何校正的实际需求。

本发明的目的是这样实现的：一种适应于大规模投影机群及任意投影屏幕的高鲁棒性校正方法，其特征在于：采用单个普通摄像头搭载低精度云台组成核心廉价测量设备并把摄像头作为监视设备监视投影特征图像；使单个摄像头通过旋转拍摄投影画面的方式完成投影仪-相机间几何初始自主标定过程；通过建立光场数学模型，完成投影仪-屏幕亮度场的快速测量；采用全局几何优化模型修正投影仪-相机间几何初始自主标定结果，并自主补齐由于设备遮挡造成的几何特征点缺失数据，完成投影仪画面和人眼视线角度平面的像素级映射关系；利用一种快速的边缘融合方法改善投影画面的质量，最终生成视觉上几何无缝拼接多投影显示图像。

所述利用摄像头作为监视设备监视投影特征图像，其特征在于借助单个普通摄像头及低精度云台，通过单个摄像头旋转拍摄的方式可监控到大规模投影机群投影到任意投影屏幕上的投影画面。

所述的单个摄像头通过旋转拍摄投影画面的方式完成投影仪-相机间几何初始自主标定过程，其特征在于：利用一种无须投影仪和相机标定以及投影屏幕几何形状先验信息的网格细分算法，自适应的将投影仪帧缓存图像与相机拍摄图像间稀疏对应点网格细分到任意精度，从而建立投影仪帧缓存图像与相机拍摄图像间像素级的一一映射关系，达到图像对准的目标。几何标定方法示意图见图1。

设(cx，cy)^T表示数字相机捕捉图像中的某像素坐标，(px，py，pz)^T为实际投影到曲面上的一个空间点坐标。由于相机在成像过程中也可能产生形变，(px，py，pz)^T与(cx，cy)^T之间存在一个非线性映射关系：f₁：R³→R²即(cx，cy)^T＝f₁(px，py，pz)。设(bx，by)^T表示投影仪帧缓存图像中的某像素坐标，投影屏幕上点(px，py，pz)^T与(bx，by)^T之间也是一个非线性映射关系：f₂R²→R³，即f₂(bx，by)＝(px，py，pz)^T。通过投影特征图形(如棋盘格图、线条图等)并利用(px，py，pz)^T作为中间量，可以得到相机图像与投影仪帧缓存图像间稀疏的特征点对应关系，即