[发明专利]一种投影仪画面自适应几何矫正的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种投影仪画面自适应几何矫正的方法，属于投影仪画面矫正的技术领域。

背景技术

投影仪画面的自适应几何矫正是根据特定类型的表面信息对投影仪画面进行自动地矫正。Bimber于2005年提出了映射二维的P2C纹理到原图像中，这种纹理也被称为通信纹理，它包含了图像中每一个像素点的坐标，并赋予了特定的浮点颜色值，然后通过投影后检测其纹理的像素级位移来计算投影表面的三维信息，这种单纯的基于图像内容的嵌入方法往往过度地依赖于图像本身的信息，没有对投影表面的三维信息进行精确地匹配，很容易影响矫正的准确性。后来非接触式的光学扫描重建技术飞跃式的进步，促进了三维重建的特殊设备的快速发展。许多研究者就开始利用这一类设备来研究基于图像嵌入特定编码的方法。Cotting提出了一种根据投影光线颜色的波长的不同的原理而在红色波长下嵌入编码的方法，由于人类视觉的特殊性，人们往往感觉不到其编码的感觉，从而可以隐蔽地嵌入二进制编码，这种方法有可能会发生信息嵌入不足的情况。后来根据人的视觉特定继续发展了一种明暗差分投影的方法，由于人眼对明暗图案的的补偿性而感觉不到编码的存在，但是摄像机能够借助一定的采样频率可以捕捉到这些明暗编码信息，其具体做法是对投影图像根据编码进行差分叠加生成两张图像，一张图像是正叠加编码，另一张是负叠加编码，在特定的频率下投影这两帧，然后进行摄像机的同步校准，这种方法对摄像机的帧速率和投影仪的频率的参数同步要求很高，一般硬件很难达到这样的精度，而且当人眼在运动的时候观察投影画面时，能够察觉到两张图像的差别。

发明内容

本发明的目的是提供一种投影仪画面自适应几何矫正的方法，不需要特殊帧速率摄像机，不完全依赖于投影画面的全部信息，达到较好的实时矫正的功能。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明投影仪画面自适应几何矫正的方法包括如下步骤：

（1）摄像机面对投影平面拍摄至少一帧无投影画面的投影平面图像；

（2）投影仪将图像库中的一帧待矫正的目标原图像投影到所述投影平面中得到当前投影画面；

（3）摄像机拍摄当前投影画面的投影平面图像；在摄像机的坐标系下采集投影平面的点云样本数据，所述点云样本数据包括所采集的各点云的三维位置坐标、各点云在当前存在投影画面的投影平面图像中所对应的像素点的二维位置坐标和所采集的点云的总数量；

（4）根据所述各点云的三维位置坐标、点云的总数量以及点云在投影平面图像中所对应的像素点的二维位置坐标，得到从摄像机平面到投影平面的单应性矩阵；

（5）利用所述无投影画面的投影平面图像和当前存在投影画面的投影平面图像识别出当前投影画面所对应的帧号，然后根据对应的帧号在图像库中查找到当前投影画面所对应的原投影图像；

（6）将当前存在投影画面的投影平面图像与其原投影图像进行特征匹配处理，得到当前存在投影画面的投影平面图像与其原投影图像之间关于匹配特征的二维位置坐标的对应关系，并得到从投影仪平面到摄像机平面的单应性矩阵；

（7）对从摄像机平面到投影平面的单应性矩阵和从投影仪平面到摄像机平面的单应性矩阵进行矩阵乘法运算，得到从投影仪平面到投影平面的单应性矩阵；

（8）利用图像库中的下一帧待矫正的目标原图像的尺寸信息和步骤（7）所述的从投影仪平面到投影平面的单应性矩阵，对下一帧待矫正的目标原图像进行尺度变换处理生成变换投影图像；将所述变换投影图像投影到投影平面中得到新的当前投影画面；然后返回执行步骤（3）直至图像库中不存在待矫正的目标原图像。

进一步地，本发明在获得步骤（4）所述的从摄像机平面到投影平面的单应性矩阵之前，对步骤（3）所采集的点云进行均匀采样和去噪处理，并将超出投影画面范围的点云裁剪掉；利用剩余点云的三维位置坐标，将所述剩余点云投影到摄像机平面上形成点云的二维数据，并将投影到摄像机平面上的点云的二维数据进行自适性三角化处理而构造出三角形网格，再将三角形网格中的冗余点云剔除。

进一步地，本发明在所述步骤（4）中，是采用非线性最小二乘的方法得到从摄像机平面到投影平面的单应性矩阵。

进一步地，本发明在所述步骤（6）中，是采用非线性最小二乘的方法得到从摄像机平面到投影平面的单应性矩阵。