一種多投影機投影圖像全自動幾何拼接校正方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多投影機投影圖像全自動幾何拼接校正方法，適用于高沉浸顯 示、數(shù)字模擬仿真、虛擬現(xiàn)實等技術領域。
【背景技術】
[0002] 在虛擬現(xiàn)實和數(shù)字媒體領域，經(jīng)常使用非平面投影來營造高沉浸、高分辨率的顯 示環(huán)境。對于此類非平面屏幕投影，會面臨以下兩個難題：首先，直接投影到非平面的圖像 會發(fā)生幾何形變，需要對圖像進行預畸變以適應屏幕外形；其次，為提高顯示高分辨率或者 擴大亮度動態(tài)范圍，經(jīng)常需要同時使用多臺投影機投影，而不同投影機之間重疊區(qū)域的幾 何紋理對齊以及亮度融合就成為無法回避的問題。
[0003] 為了解決上述問題，現(xiàn)有的投影校正方法多從兩個方面著手：一種是三維重建方 法，它對投影場景進行幾何外形恢復，同時獲取投影機在場景中的相對位置，從而實現(xiàn)投影 圖像校正；另一種是非重建方法，它使用單純的二維圖像變換方法實現(xiàn)在非平面上投影圖 像的幾何紋理對齊。三維重建方法的優(yōu)點是可以獲得全部場景信息，因此能夠較為方便地 生成對應位置投影機圖像，特別適用于用戶視點不固定的沉浸投影環(huán)境，其缺點是重建使 用的設備成本高，過程復雜，并且難以達到很高精度。非重建方法常使用單應或者貝塞爾變 形等方法對圖像進行調(diào)整，利用人眼或者攝像機作為紋理對齊判斷依據(jù)，其優(yōu)點是技術成 熟、使用方便，缺點是由于沒有場景三維信息，因此在非平面投影時，需要通過使用輔助標 志點或者其他手段獲取投影機與屏幕的對應關系，標定過程人工參與量大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是為了解決非平面屏幕投影時，多投影機投影圖像發(fā)生 幾何形變問題，提出一種多投影機投影圖像全自動幾何拼接校正方法。
[0005] 實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案如下：
[0006] 一種多投影機投影圖像全自動幾何拼接校正方法，具體過程為：
[0007] 步驟一、在屏幕前方設置攝像機，利用屏幕上空間點乂^^與攝像機像素點x。對應關 系，標定出攝像機相對于屏幕的位姿[R」T。];
[0008] 步驟二、建立各投影機像素點15與攝像機像素點x。之間的映射關系，基于所述位 姿[R。IT。]和屏幕外形參數(shù)，獲得屏幕上空間點Xw與投影機像素點Xp的對應關系，標定出各 投影機相對于屏幕的位姿[Rp|Tp];
[0009] 步驟三、針對所投影區(qū)域存在重合的任意兩臺投影機，將重合投影區(qū)域中右投影 區(qū)域?qū)耐队皺C定義為右投影機，將左投影區(qū)域?qū)耐队皺C定義為左投影機；將屏幕 上點Xwnew在右投影機上的對應像素點xy利用各投影機像素點與攝像機像素點之間的映射 關系，將其映射到左投影機中，獲得X_在左投影機中對應的像素點xlnOT;
[0010] 步驟四、針對所投影圖像存在重合的任意兩臺投影機中的左投影機，根據(jù)對應點 乂1)與X￥和對應點XlnOT與XwnOT，對每一左投影機二次標定更新其相對于屏幕的位姿[RpITp];
[0011] 步驟五、利用各投影機相對于屏幕的位姿[RpITp]，生成各投影機的投影圖像，利用 下式所示的最優(yōu)化方法對投影圖像進行幾何變形，將變形后的校正圖像作為各投影機的投 影圖像；
[0012]
【主權(quán)項】
1. 一種多投影機投影圖像全自動幾何拼接校正方法，其特征在于，具體過程為： 步驟一、在屏幕前方設置攝像機，利用屏幕上空間點乂^^與攝像機像素點X。對應關系，標 定出攝像機相對于屏幕的位姿[R。|T。]; 步驟二、建立各投影機像素點15與攝像機像素點X。之間的映射關系，基于所述位姿 [R。IT。]和屏幕外形參數(shù)，獲得屏幕上空間點Xw與投影機像素點xp的對應關系，標定出各投 影機相對于屏幕的位姿[RP|TP]; 步驟三、針對所投影區(qū)域存在重合的任意兩臺投影機，將重合投影區(qū)域中右投影區(qū)域 對應的投影機定義為右投影機，將左投影區(qū)域?qū)耐队皺C定義為左投影機；將屏幕上點 X_w在右投影機上的對應像素點利用各投影機像素點與攝像機像素點之間的映射關系， 將其映射到左投影機中，獲得Xwn"在左投影機中對應的像素點xlnOT; 步驟四、針對所投影圖像存在重合的任意兩臺投影機中的左投影機，根據(jù)對應點\與XJP對應點xln"與X_w，對每一左投影機二次標定更新其相對于屏幕的位姿[RP|TP]; 步驟五、利用各投影機相對于屏幕的位姿[RpITp]，生成各投影機的投影圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述多投影機投影圖像全自動幾何拼接校正方法，其特征在于，在 執(zhí)行完步驟五后，利用下式所示的最優(yōu)化方法對投影圖像進行幾何變形，將變形后的校正 圖像作為各投影機的投影圖像；
其中，設兩相鄰投影機所投影的圖像之間共存在N個重合點，xidst表示其中第i個重合 點的目標位置，xiB表示第i個重合點在貝塞爾優(yōu)化后的位置，目標函數(shù)f(P)表示所有重合 點的平均拼接誤差，P」表示第j個貝塞爾控制點的當前位置，Pw表示第j個貝塞爾控制點 的初始位置，W(Pj)表示Pj的移動范圍。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多投影機投影圖像全自動幾何拼接校正方法，具體過程為：步驟一、標定出攝像機相對于屏幕的位姿[Rc|Tc]；步驟二、標定出各投影機相對于屏幕的位姿[Rp|Tp]；步驟三、將屏幕上點Xwnew在右投影機上的對應像素點xr，利用各投影機像素點與攝像機像素點之間的映射關系，將其映射到左投影機中，獲得Xwnew在左投影機中對應的像素點xlnew；步驟四、根據(jù)對應點xp與Xw和對應點xlnew與Xwnew，對每一左投影機二次標定更新其相對于屏幕的位姿[Rp|Tp]；步驟五、利用各投影機相對于屏幕的位姿[Rp|Tp]，生成各投影機的投影圖像，利用最優(yōu)化方法對投影圖像進行幾何變形，將變形后的校正圖像作為各投影機的投影圖像。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)非平面屏幕投影圖像的拼接校正。
【IPC分類】G06T3-40, G06T7-00
【公開號】CN104778658
【申請?zhí)枴緾N201510150533
【發(fā)明人】翁冬冬, 李冬, 趙璐, 周立經(jīng)
【申請人】北京理工大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月1日