[发明专利]多投影仪组合显示的自反馈亮度校正方法

摘要

多投影仪组合显示的自反馈亮度校正方法，属于多投影仪组合显示的大屏幕高分辨率显示技术领域，其特征在于，所述方法是在一个由投影仪阵列、数码相机、服务器和客户端计算机组成的一个闭环自反馈亮度校正系统中实现的。服务器通过特征点图像和投影空间的特征点的关系得到几何校正的网格；并把初始模板传送到客户端，在循环进行亮度衰减-投影-获取图像-更新模板得到亮度校正的模板；客户端对服务器传送每一幅图像进行几何校正和亮度校正，从而在大屏幕上得到一个无缝拼接的大画面，具有操作简单、画面自然的优点。

主权项

1.多投影仪组合显示的自反馈亮度校正方法，其特征在于，所述方法是在一个由一张显示用的大屏幕、一台服务器、r×t个数字光处理技术投影仪DLP构成的一个投影仪矩阵以及多台客户端计算机组成的自反馈亮度校正系统中依次按以下的步骤实现的，其中：r为行，t为列，1≤r≤3，1≤t≤4，每两台相邻的所述DLP投影仪成组地一共只用一台所述客户端计算机控制：步骤(1)：所述服务器计算用于所述投影仪进行几何校正的网格；步骤(1.1)：建立坐标系：为所述大屏幕建立U-V直角坐标系，原点在该大屏幕的左下角，每点坐标为(u，v)；在所述每个DLP投影仪上为要投影的图像建立一个X-Y直角坐标系，原点在所述投影图像的左下角，每点坐标为(x，y)；步骤(1.2)：所述服务器为所述每个DLP投影仪分别建立一个投影空间，在该投影空间中生成p行q列等间距的特征点，2≤p≤16，2≤q≤16，其中，p＝q＝4，并把这些特征点按先上后下、先左后右的顺序建立四边形网格，把每个四边形的左下角和右上角连接起来得到每个投影仪的投影空间三角形组成的网格；步骤(1.3)：每台所述客户端计算机把这些投影空间的特征点组成的图像输入到每个DLP投影仪的屏幕空间进行显示，该投影仪屏幕空间与该投影仪投影空间在坐标上对齐，其投影分别显示在大屏幕上得到大屏幕的屏幕空间上的初始显示区域，并且把这些初始显示区域按照先上后下、先左后右的顺序排序；步骤(1.4)：数码相机对所述大屏幕上的投影图像分别进行拍照，并输入到所述服务器中；步骤(1.5)：所述大屏幕的屏幕空间由所有所述DLP投影仪在屏幕上的投影组成；步骤(1.6)：所述服务器对所述大屏幕上的各投影图像用设定的亮度阈值进行二值化，亮度值大于等于阈值的区域为特征点区域，亮度值小于阈值的区域为非特征点区域，通过计算每个特征点区域的重心坐标得到该特征点在大屏幕的屏幕空间上坐标，所述阈值在180～220之间取值，并把这些特征点按先上后下、先左后右的顺序建立四边形网格，在每个网格的左下角和右上角连接起来得到每个投影仪对应在大屏幕的屏幕空间三角形组成的网格；步骤(1.7)：该服务器按以下步骤得到所述大屏幕的屏幕空间中的每一点D的坐标(D_u，D_v)对应在所述投影空间的点D′的坐标(D_x′，D_y′)：步骤(1.7.1)：找出点D在所述屏幕空间网格中所在的三角形ΔABC；步骤(1.7.2)：找到ΔABC对应在所述投影空间网格中的三角形ΔA′B′C′；步骤(1.7.3)：按下式计算所述屏幕空间点D(D_u，D_v)面积坐标(m，k，w)，m=S(ΔABD)S(ΔABC)=AuBuDuAvBvDv111AuBuCuAvBvCv111]]>k=S(ΔDBC)S(ΔABC)=DuBuCuDvBvCv111AuBuCuAvBvCv111]]>w=S(ΔADC)S(ΔABC)=AuDuCuAvDvCv111AuBuCuAvBvCv111]]>其中：m是所述ΔABC的内三角形ΔABD与该三角形ΔABC的面积之比，k是所述ΔABC的内三角形ΔDBC与该三角形ΔABC的面积之比，w是所述ΔABC的内三角形ΔADC与该三角形ΔABC的面积之比，(A_u，A_v)、(B_u，B_v)及(C_u，C_v)为所述ΔABC的三个顶点坐标，(D_u，D_v)为D点坐标；步骤(1.7.4)：按下式计算屏幕空间的点D对应的投影空间的点D′的坐标(D_x′，D_y′)：Dx′=m×Ax′+k×Bx′+w×Cx′Dy′=m×Ay′+k×By′+w×Cy′]]>其中，(A_x′，A_y′)、(B_x′，B_y′)、(C_x′，C_y′)所述ΔA′B′C′的顶点坐标；步骤(1.8)：所述服务器计算用于几何校正的由三角形组成的网格mesh-i，i是所述大屏幕上r×t个DLP投影仪的序号，并传送到控制每个DLP投影仪的客户端计算机；步骤(1.8.1)：取所述步骤(1.3)得到的所有所述初始显示区域的内接矩形作为该大屏幕上的最终显示的矩形投影区域，其左下角和右上角顶点坐标分别为(u_min，v_min)和(u_max，v_max)，左下角顶点的坐标表示为：umin=max(LBuiL,LTuiL)vmin=max(LBviB,RBviB)]]>其中，i_L和i_B分别为该大屏幕的屏幕空间中最左边一列和最下面一行所述初始显示区域的序号，当r＝3，t＝4时，i_L＝1，5，9，i_B＝9，10，11，12，在该第i_L个呈四边形的初始显示的投影区域中，分别是左下角和左上角顶点的横坐标，在该第i_B个呈四边形的初始显示的投影区域中，分别是左下角和右下角顶点的纵坐标；右下角顶点的坐标为：umax=min(RBuiR,RTuiR)vmax=min(LTviT,RTviT)]]>其中，i_R和i_T分别为该大屏幕的屏幕空间中最右边一列和最上面一行所述初始显示的投影区域的序号，当r＝3，t＝4时，i_R＝4，8，12，i_T＝1，2，3，4，在该第i_R个呈四边形的初始显示的投影区域中，分别是右下角和右上角顶点的横坐标，在该第i_T个呈四边形的初始显示的投影区域中，分别是左上角和右上角顶点的纵坐标；步骤(1.8.2)：所述服务器计算所述每个DLP投影仪在大屏幕的屏幕空间上的初始显示区域与所述最终显示矩形的交集区域为该DLP投影仪在该大屏幕的屏幕空间上实际要显示的区域P，P＝{P₁，P₂，…P₁₂}；步骤(1.8.3)：所述服务器为每个所述DLP投影仪在大屏幕的屏幕空间的实际显示区域P_i重新等距离生成所述p×q大小的点阵，p＝q＝4，按所述步骤(1.7)得到的投影仪空间和屏幕空间的坐标对应关系，把该p×q点阵转换到所述每个DLP投影仪的投影空间中，并把这些投影空间的特征点按从上到下，从左到右的顺序生成三角形网格mesh-i；步骤(1.8.4)：所述服务器计算分配给每个所述投影仪的图像的起始位置(xⁱ_start，yⁱ_start)、大小(width_i，height_i)以及分配给所述网格mesh-i的每个顶点的纹理坐标(s_i，j，t_i，j)；xistart=[(uimin-umin)/(umax-umin)]×wdyistart=[(vimin-vmin)/(vmax-vmin)]×hd]]>widthi=[(uimax-uimin)/(umax-umin)]×wdheighti=[(vimax-vimin)/(vmax-vmin)]×hd]]>si,j=(ui,j-uimin)/(uimax-uimin)ti,j=(vi,j-vimin)/(vimax-vimin)]]>其中，width和height分别是所述服务器计算分配给每个所述投影仪的图像的宽和高，wd和hd分别为要拼接显示的图像在投影到所述大屏幕之前的宽和高，(u_min，v_min)和(u_max，v_max)分别是所述大屏幕上所述最终显示的矩形投影区域的左下角和右上角的顶点坐标，uⁱ_min，uⁱ_max，vⁱ_min和vⁱ_max分别是投影区域P_i的四个顶点坐标中u坐标的最小、最大值和v坐标的最小、最大值，(u_i，j，v_i，j)是所述mesh-i网格中第j个顶点对应的大屏幕的屏幕空间的坐标，j＝1，2，3，4；步骤(2)：所述服务器通过反馈屏幕空间中的亮度衰减图像来更新每个投影仪用于亮度校正的模板，使得重叠区域和非重叠区域有相同的亮度，该模板是一个二维数组，大小与投影仪的分辨率相同，模板中的每个值是对应投影空间图像中每个点的亮度衰减因子，多次反馈最终得到满足亮度一致条件的模板；步骤(2.1)：所述服务器根据投影仪中的每一点在大屏幕上的投影到与大屏幕上的该点有重叠的所有所述投影仪在大屏幕上的所述实际显示区域P_i的距离来计算初始模板中的衰减因子，第m个所述DLP投影仪的模板在(x，y)点的衰减因子A_m(x，y)，m＝1，2，...，12，Am(x,y)=(am(u,v)Σiai(u,v))1/γ]]>其中，i是大屏幕的屏幕空间中与实际显示区域P_m在(u，v)处有交叠的实际显示区域P_i的序号，(u，v)是由所述步骤1.7得到的第m投影仪的投影空间点(x，y)对应在该大屏幕的屏幕空间的坐标，a_m(u，v)＝d_mx(u，v)×d_my(u，v)；d_mx(u，v)和d_my(u，v)是屏幕空间点(u，v)分别到投影区域P_m的左右边界和上下边界的距离最小值，a_i(u，v)＝d_ix(u，v)×d_iy(u，v)，d_ix(u，v)和d_iy(u，v)是屏幕空间点(u，v)分别到投影区域P_i的左右边界和上下边界的距离最小值，γ取值范围为1.8到2.4之间；步骤(2.2)：每个所述客户端计算机为其控制的DLP投影仪计算投影空间的预处理图像，该预处理图像用黑色清除所述步骤(1.8.3)得到的用于对所述DLP投影仪进行几何校正网格mesh-i外的图像，几何校正网格mesh-i内每个点的亮度为白色图像的亮度与该DLP投影仪的模板在相同位置的衰减因子相乘得到的亮度；所有所述DLP投影仪把该预处理图像同时投影到大屏幕上，并用所述数码相机获取投影后的衰减图像，送到所述服务器中；步骤(2.3)：根据所述步骤(2.2)得到的投影后的衰减图像，所述服务器按下式计算所有所述DLP投影仪都投影后在大屏幕上的每个点都要达到的目标亮度refValue：refValue=1/N*Σu,vvalue(u,v)]]>其中，N是该投影后的衰减图像在所述步骤(1.8.1)得到的所述最终显示区域中的点的个数，(u，v)是该投影后的衰减图像中在所述最终显示区域内的任意一点的坐标，value(u，v)是该投影后的衰减图像在(u，v)处的亮度值；步骤(2.4)：通过所述步骤(2.2)得到的所述投影后的衰减图像和所述步骤(2.3)得到的所述目标亮度，再根据所述步骤(1.7)中得到屏幕空间和投影空间的对应关系得到投影空间的任意一点(x，y)所对应的屏幕空间的点的坐标(u，v)，每个所述DLP投影仪的模板A在(x，y)处的衰减因子用下式进行更新：A(x，y)＝A(x，y)+scale×delta(u，v)×df(x，y)其中，scale是避免模板修正过度的比例因子，区间范围(0，1)，取0.5，df(x，y)是根据所述DLP投影仪的投影空间的点(x，y)在所述大屏幕上的投影到大屏幕上每个所述实际显示区域的距离为每个投影仪分配的比例因子，用所述步骤(2.1)得到的初始模板在(x，y)处的值代替，delta(u，v)＝(refValue-value(u，v))/refValue，refValue是所述步骤(2.3)得到的目标亮度，value(u，v)是相机图像在(u，v)的亮度；步骤(2.5)：重复所述步骤(2.2)到所述步骤(2.5)，直到屏幕空间中任意一点(u，v)的亮度L(u，v)和该点的八个相邻点中的任意一点(u′，v′)的亮度L(u′，v′)都满足亮度一致的约束条件如下：|L(u,v)-L(u′,v′)||u-u′|2+|v-v′|2≤15L(u,v)]]>步骤(2.6)：把满足所述步骤(2.5)中的所述约束条件时最后更新得到的每个投影仪的模板作为最终进行亮度校正的模板；步骤(3)：按以下步骤进行所述r×t个DLP投影仪组合显示的亮度校正；步骤(3.1)：所述服务器采集一副图像，把要显示的图像，按所述步骤(1.7)计算得到的图像的起始位置(xⁱ_start，yⁱ_start)和大小(width_i，height_i)，截取相应的子图像分配给所述的每个客户端计算机；步骤(3.2)：所述的客户端计算机都把分配给自己控制的所述DLP投影仪的图像映射到所述步骤(1.6)计算得到的用于投影仪几何校正的网格mesh-i上，网格中的每个顶点对应所述步骤(1.4)得到的纹理坐标(s_i，j，t_i，j)，插值得到网格中任一点的纹理坐标，网格内部的每一点的亮度就是所述服务器传过来的子图像在相应纹理坐标处的亮度，网格外面用黑色清除；步骤(3.3)：所述客户端计算机把所述步骤(3.2)得到的图像的每一点的亮度值乘以所述步骤(2)得到的模板中的相同位置的衰减因子，以使原始图像进行亮度衰减再输出到所述子图像对应的DLP投影仪中，从而所有投影仪的投影结果在整个屏幕上得到亮度一致；步骤(3.4)：所述服务器在一定的时间间隔后，重复所述步骤(3.1)到所述步骤(3.3)。