大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補償方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補償方法，其特征在于：攝像機固定到支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)上，并可以通過手動方式調(diào)整支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)的方位、俯仰和橫滾方向的角度，進而調(diào)整攝像機的拍攝角度，攝像機通過電纜與計算機連接；第一投影幕與第二投影幕在邊界處正交；第一投影機負責(zé)向第一投影幕投射圖像，第二投影機負責(zé)向第二投影幕投射圖像，第一投影機與第二投影機的分辨率相同。能快速消除大型正交多幕投影系統(tǒng)中相鄰?fù)队澳恢g的反射或透射投影光線的干擾，得到人眼辨別范圍內(nèi)的色彩流暢和顏色亮度均衡一致的圖像，使大型正交多幕投影系統(tǒng)具有更好的觀賞效果，并大大減少補償時間。
【專利說明】大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補償方法，屬于計算機圖像處 理【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 近些年，多投影系統(tǒng)在生活中的應(yīng)用隨處可見，如2008年北京奧運會開幕式上的 空中環(huán)幕，2009年山東全運會開幕式上的巨型碗幕，2010年上海世博會上世界氣象館、t匕 利時-歐盟館中的大屏幕，都展示了多投影顯示技術(shù)的無窮魅力。根據(jù)投影幕類型的不同， 多投影顯示系統(tǒng)分為柱幕多投影系統(tǒng)、錐幕多投影系統(tǒng)，球幕多投影系統(tǒng)和CAVE多投影系 統(tǒng)等。大多數(shù)投影幕是通過凹面的變化來遮蓋圖像可視區(qū)域的一部分，進而表現(xiàn)出很強的 沉浸感，由于投影到屏幕上的光不但被擴散，而且一部分光輻射到了其它的屏幕上，這使得 相鄰?fù)队懊娼Y(jié)合處的圖像亮度和顏色產(chǎn)生變化，最終，會得到亮度和顏色都不連續(xù)的圖像， 大大影響了觀賞的效果。
[0003] CAVE作為一種多投影顯示系統(tǒng)，在商業(yè)、軍事、科研等諸多領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用 前景。如果CAVE系統(tǒng)中相鄰?fù)队澳欢即怪毕嘟唬覀円卜Q它為正交多幕系統(tǒng)。在正交多幕 投影系統(tǒng)中，由于投影到正交相鄰屏幕上的圖像會產(chǎn)生光線的輻射效應(yīng)使得相鄰?fù)队懊孢B 結(jié)處附近的圖像亮度和顏色發(fā)生細微的變化，導(dǎo)致部分圖像色彩和亮度不連續(xù)，而亮度2% 的改變和顏色2nm左右的變化都會讓人們產(chǎn)生視覺上的差異，而這種視覺差異會嚴重影響 人們的觀賞效果。
[0004] 目前，圖像處理技術(shù)已經(jīng)有了長足的發(fā)展，如幾何扭曲，光度映射和邊緣融合等已 廣泛地應(yīng)用到多投影多屏幕顯示系統(tǒng)中。但多數(shù)都受限應(yīng)用在專用的硬件上，或靠不斷增 加顯卡本身的性能來獲得良好的圖像校正效果；此外，孫亞妮等人通過建立有效的數(shù)字補 償算法以消除光輻射影響，但僅通過仿真證明了方法的可行性。如果正交多幕投影系統(tǒng)中 的投影屏幕比較大，那么，以上方法很難得到很好的補償效果，而且需要耗費大量的時間， 無法應(yīng)用到實際系統(tǒng)中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補償方法，能快速 消除大型正交多幕投影系統(tǒng)中相鄰?fù)队澳恢g的反射或透射投影光線的干擾，得到人眼辨 別范圍內(nèi)的色彩流暢和顏色亮度均衡一致的圖像，使大型正交多幕投影系統(tǒng)具有更好的觀 賞效果，并大大減少補償時間。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補償方法， 其特征在于：大型正交多幕投影系統(tǒng)由攝像機、支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)、計算機、第一投影幕、第二投 影幕、第一投影機、第二投影機組成；其中攝像機固定到支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)上，并可以通過手動 方式調(diào)整支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)的方位、俯仰和橫滾方向的角度，進而調(diào)整攝像機的拍攝角度，攝像 機通過電纜與計算機連接；第一投影幕與第二投影幕在邊界處正交；第一投影機負責(zé)向第 一投影幕投射圖像，并保證投射的圖像恰好覆蓋第一投影幕；第二投影機負責(zé)向第二投影 幕投射圖像，并保證投射的圖像恰好覆蓋第二投影幕，第一投影機與第二投影機的分辨率 相同。
[0007] 其具體的補償步驟如下： 步驟1、將攝像機放在大型正交多幕投影系統(tǒng)中的某個觀察點處，保證攝像機能分別拍 攝第一投影幕和第二投影幕的全部畫面，且不遮擋第一投影機和第二投影機投射的圖像； 旋轉(zhuǎn)支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)，使得用攝像機拍攝時，第一投影幕在第二投影幕的左側(cè)，在以后的步驟 中始終保持攝像機的設(shè)置參數(shù)不變。
[0008] 步驟2、用第一投影機在第一投影幕上投射一幅投影幕邊界標定圖像，投影幕邊界 標定圖像的背景顏色的RGB值分別為0,0,0,在投影幕邊界標定圖像的四個頂角處分別有 一個白色的正方形，正方形的邊長為5個像素，正方形顏色的RGB值分別為255, 255, 255,投 影幕邊界標定圖像的分辨率與第一投影機的分辨率相同，記為mXn。通過計算機控制攝像 機拍攝第一投影幕得到一張第一投影幕邊界標定圖片，并存儲在計算機中。
[0009] 步驟3、利用平均值法和線性平滑方法分別對第一投影幕邊界標定圖片進行灰度 化和平滑處理以消除由拍攝引起的噪聲干擾，采用全局二值化方法對灰度化和平滑處理后 的第一投影幕邊界標定圖片進行二值化處理，得到二值化后的第一投影幕邊界標定圖片。 [0010]步驟4、根據(jù)二值化后的第一投影幕邊界標定圖片中白色區(qū)域的頂點確定二值化 后的第一投影幕邊界標定圖片的四個邊界點，根據(jù)四個邊界點確定第一投影幕的最大邊界 矩形，將第一投影機關(guān)閉。
[0011] 步驟5、用第二投影機在第二投影幕上投射一幅投影幕邊界標定圖像，投影幕邊界 標定圖像的背景顏色的RGB值分別為0,0,0,在投影幕邊界標定圖像的四個頂角處分別有 一個白色的正方形，正方形的邊長為5個像素，正方形顏色的RGB值分別為255, 255, 255,投 影幕邊界標定圖像的分辨率與第二投影機的分辨率相同，記為mXn。通過計算機控制攝像 機拍攝第二投影幕得到一張第二投影幕邊界標定圖片，并存儲在計算機中。
[0012] 步驟6、利用平均值法和線性平滑方法分別對第二投影幕邊界標定圖片進行灰度 化和平滑處理以消除由拍攝引起的噪聲干擾，采用全局二值化方法對灰度化和平滑處理后 的第二投影幕邊界標定圖片進行二值化處理，得到二值化后的第二投影幕邊界標定圖片。
[0013] 步驟7、根據(jù)二值化后的第二投影幕邊界標定圖片中白色區(qū)域的頂點確定二值化 后的第二投影幕邊界標定圖片的四個邊界點，根據(jù)四個邊界點確定第二投影幕的最大邊界 矩形，將第二投影機關(guān)閉。
[0014] 步驟8、第一投影機向第一投影幕投射一幅紅色標定圖像，其顏色的RGB值分別為 255,0,0,使用攝像機拍攝第一投影幕，得到一幅紅色標定圖片，使用攝像機拍攝第二投影 幕，得到一幅紅色補償圖片。
[0015] 步驟9、根據(jù)第一投影幕的最大邊界矩形，確定拍攝的紅色標定圖片的有效區(qū)域， 得到投影幕紅色標定圖片，設(shè)投影幕紅色標定圖片的分辨率為MXN，其中M>m，N>n。
[0016] 步驟10、讀取投影幕紅色標定圖片中每個像素點的顏色的RGB值，得到三個紅色 標定矩陣，分別將三個矩陣中每個元素除以255,分別CAMR、CAMG、CAMB表示，用1減去矩陣 CAMR的每一個元素，用0減去矩陣CAMG的每一個元素，用0減去矩陣CAMB的每一個元素， 得到三個歸一化紅色標定矩陣，分別用RR、RG、RB表示； 步驟11、根據(jù)第二投影幕的最大邊界矩形，確定拍攝的紅色標定圖片的有效區(qū)域，得到 投影幕紅色補償圖片，設(shè)投影幕紅色補償圖片的分辨率為MXN，其中M>m，N>n。
[0017] 步驟12、讀取投影幕紅色補償圖片中每個像素點的顏色的RGB值，得到三個矩陣， 分別將三個矩陣中每個元素除以255,得到三個歸一化矩陣，分別用R、G、B表示； 步驟13、用M除以m，得到商用a表示，用N除以n，得到商用b表示。
[0018] 步驟14、構(gòu)造mXη紅色分量補償矩陣LRr，其中LRr(i，j)為矩陣LRr的第i行 第j列元素，

【權(quán)利要求】
1. 大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補償方法，其特征在于：大型正交多幕投影系統(tǒng) 由攝像機、支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)、計算機、第一投影幕、第二投影幕、第一投影機、第二投影機組成； 其中攝像機固定到支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)上，并可以通過手動方式調(diào)整支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)的方位、俯仰 和橫滾方向的角度，進而調(diào)整攝像機的拍攝角度，攝像機通過電纜與計算機連接；第一投影 幕與第二投影幕在邊界處正交；第一投影機負責(zé)向第一投影幕投射圖像，并保證投射的圖 像恰好覆蓋第一投影幕；第二投影機負責(zé)向第二投影幕投射圖像，并保證投射的圖像恰好 覆蓋第二投影幕，第一投影機與第二投影機的分辨率相同。
2. 大型正交多幕投影系統(tǒng)光輻射快速補償方法，其具體的補償步驟如下： 步驟1、將攝像機放在大型正交多幕投影系統(tǒng)中的某個觀察點處，保證攝像機能分別拍 攝第一投影幕和第二投影幕的全部畫面，且不遮擋第一投影機和第二投影機投射的圖像； 旋轉(zhuǎn)支撐調(diào)節(jié)機構(gòu)，使得用攝像機拍攝時，第一投影幕在第二投影幕的左側(cè)，在以后的步驟 中始終保持攝像機的設(shè)置參數(shù)不變； 步驟2、用第一投影機在第一投影幕上投射一幅投影幕邊界標定圖像，投影幕邊界標定 圖像的背景顏色的RGB值分別為0,0,0,在投影幕邊界標定圖像的四個頂角處分別有一個 白色的正方形，正方形的邊長為5個像素，正方形顏色的RGB值分別為255, 255, 255,投影幕 邊界標定圖像的分辨率與第一投影機的分辨率相同，記為mXn;通過計算機控制攝像機拍 攝第一投影幕得到一張第一投影幕邊界標定圖片，并存儲在計算機中； 步驟3、利用平均值法和線性平滑方法分別對第一投影幕邊界標定圖片進行灰度化和 平滑處理以消除由拍攝引起的噪聲干擾，采用全局二值化方法對灰度化和平滑處理后的第 一投影幕邊界標定圖片進行二值化處理，得到二值化后的第一投影幕邊界標定圖片； 步驟4、根據(jù)二值化后的第一投影幕邊界標定圖片中白色區(qū)域的頂點確定二值化后的 第一投影幕邊界標定圖片的四個邊界點，根據(jù)四個邊界點確定第一投影幕的最大邊界矩 形，將第一投影機關(guān)閉； 步驟5、用第二投影機在第二投影幕上投射一幅投影幕邊界標定圖像，投影幕邊界標定 圖像的背景顏色的RGB值分別為0,0,0,在投影幕邊界標定圖像的四個頂角處分別有一個 白色的正方形，正方形的邊長為5個像素，正方形顏色的RGB值分別為255, 255, 255,投影幕 邊界標定圖像的分辨率與第二投影機的分辨率相同，記為mXn;通過計算機控制攝像機拍 攝第二投影幕得到一張第二投影幕邊界標定圖片，并存儲在計算機中； 步驟6、利用平均值法和線性平滑方法分別對第二投影幕邊界標定圖片進行灰度化和 平滑處理以消除由拍攝引起的噪聲干擾，采用全局二值化方法對灰度化和平滑處理后的第 二投影幕邊界標定圖片進行二值化處理，得到二值化后的第二投影幕邊界標定圖片； 步驟7、根據(jù)二值化后的第二投影幕邊界標定圖片中白色區(qū)域的頂點確定二值化后的 第二投影幕邊界標定圖片的四個邊界點，根據(jù)四個邊界點確定第二投影幕的最大邊界矩 形，將第二投影機關(guān)閉； 步驟8、第一投影機向第一投影幕投射一幅紅色標定圖像，其顏色的RGB值分別為255， 〇, 〇,使用攝像機拍攝第一投影幕，得到一幅紅色標定圖片，使用攝像機拍攝第二投影幕，得 到一幅紅色補償圖片； 步驟9、根據(jù)第一投影幕的最大邊界矩形，確定拍攝的紅色標定圖片的有效區(qū)域，得到 投影幕紅色標定圖片，設(shè)投影幕紅色標定圖片的分辨率為MXN，其中M>m，N>n; 步驟10、讀取投影幕紅色標定圖片中每個像素點的顏色的RGB值，得到三個紅色標定 矩陣，分別將三個矩陣中每個元素除以255,分別CAMR、CAMG、CAMB表示，用1減去矩陣CAMR 的每一個元素，用0減去矩陣CAMG的每一個元素，用0減去矩陣CAMB的每一個元素，得到 三個歸一化紅色標定矩陣，分別用RR、RG、RB表示； 步驟11、根據(jù)第二投影幕的最大邊界矩形，確定拍攝的紅色標定圖片的有效區(qū)域，得到 投影幕紅色補償圖片，設(shè)投影幕紅色補償圖片的分辨率為MXN，其中M>m，N>n; 步驟12、讀取投影幕紅色補償圖片中每個像素點的顏色的RGB值，得到三個矩陣，分別 將三個矩陣中每個元素除以255,得到三個歸一化矩陣，分別用R、G、B表示； 步驟13、用M除以m，得到商用a表示，用N除以n，得到商用b表示； 步驟14、構(gòu)造mXn紅色分量補償矩陣LRr，其中LRr(i，j)為矩陣LRr的第i行第j列元素，
矩陣LRr中其它元素設(shè)置為0 ; 構(gòu)造mXη綠色分量補償矩陣LRg，其中LRg(i，j)為矩陣LRg的第i行第j列元素，
矩陣LRg中其它元素設(shè)置為0 ; 構(gòu)造mXη藍色分量補償矩陣LRb，其中LRb(i，j)為矩陣LRb的第i行第j列元素，
矩陣LRb中其它元素設(shè)置為0 ; 步驟15、第一投影機向第一投影幕投射一幅綠色標定圖像，其顏色的RGB值分別為0， 255,0,使用攝像機拍攝第一投影幕，得到一幅綠色標定圖片，使用攝像機拍攝第二投影幕， 得到一幅綠色補償圖片，重復(fù)步驟6至步驟9,分別構(gòu)造mXn紅色分量補償矩陣LGr、綠色 分量補償矩陣LGg、藍色分量補償矩陣LGb; 步驟16、第一投影機向第一投影幕投射一幅藍色標定圖像，其顏色的RGB值分別為0， 〇, 255,使用攝像機拍攝第一投影幕，得到一幅藍色標定圖片，使用攝像機拍攝第二投影幕， 得到一幅藍色補償圖片，重復(fù)步驟9至步驟14,分別得到三個歸一化綠色標定矩陣，分別用 GR、GG、GB表示，三個歸一化藍色標定矩陣，分別用BR、BG、BB表示，分別構(gòu)造mXn紅色分量 補償矩陣LBr、綠色分量補償矩陣LBg、藍色分量補償矩陣LBb; 步驟12、構(gòu)造三個mXη補償矩陣Lr、Lg、Lb，其中， Lr(i，j)為矩陣Lr的第i行第j列元素， ,J香《CU)+磁f』+層C4J ; Lg a j)為矩陣Lg的第i行第j列元素， = 蠶遽GCUH崎,J奪靡! =l2,j?,i=：U一》; Lbaj)為矩陣Lb的第i行第j列元素， jacu》=MlifeiHiKaCi-J蠶以_，J*翡<^)+鎌《*』+獅#,Jt=tX^n,J ; 通過以上三個補償矩陣來補償?shù)谝煌队澳?對第二投影幕5的光輻射影響。
【文檔編號】G09G3/00GK104317144SQ201410423226
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】韓成, 蔣振剛, 張超, 趙義武, 薛耀紅, 楊華民, 馮欣, 范靜濤, 白寶興, 丁瑩 申請人:長春理工大學(xué)