CN103533277A

CN103533277A - 一种曲面多投影拼接方法

Info

Publication number: CN103533277A
Application number: CN201310495587.3A
Authority: CN
Inventors: 翁冬冬; 李翔; 刘越; 杨涛; 刘万奎
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2014-01-22

Abstract

本发明公开了一种曲面多投影拼接方法。本发明通过在曲面投影幕布边缘设置标志点，获得显示图像空间与相机图像空间之间的对应关系，同时通过投影特征点图像获得每台投影机图像空间与相机图像空间之间的对应关系，进而得到显示图像空间与投影机图像空间之间的对应关系，从而能够快速精确的自动完成曲面投影拼接融合，与传统自动曲面投影拼接融合方法及手动曲面投影拼接融合相比，具有拼接效果准确、快捷方便等特点；本发明能够应用于任何二次曲面平面，适应性强。

Description

一种曲面多投影拼接方法

技术领域

本发明涉及一种投影拼接显示技术，具体涉及一种曲面多投影拼接方法。

背景技术

近年来，由于投影机技术、PC技术以及投影拼接方法的不断发展，投影拼接技术广泛应用于虚拟仿真、展览展示、增强现实等领域。随着工程投影机技术的进步以及人们对视觉体验的要求不断地提升，曲面投影技术得到了广泛的应用。目前曲面投影大部分依靠人工调整，对人员要求高、调整时间长。另外，一种现有的曲面投影拼接方法是通过测量求取曲面方程，这种方法一般只能用于柱面投影，且投影效果与测量精度密切相关。其他基于相机的曲面自动投影拼接方法由于算法复杂，需要估计大量的参数或者重建曲面表面，算法耗时长而且拼接误差大。例如Raskar2004年提出了一种使用二次曲面方程进行几何校正的方法，该方法将二次曲面公式作为未知量，通过投影图像空间与相机空间坐标位置的对应关系估计曲面的方程，进而通过曲面方程进而建立相机图像空间与投影机图像空间点的对应关系，该方法需要估计过多的参数，拼接精度不高，并且需要使用双目立体相机大大增加了该方法的复杂性。2009年，Sajadi等人提出了一种用于曲面校正的非线性优化算法。该算法使用单台非标定相机，而且投影机内外参数以及投影表面的参数都是未知的，文中利用曲面边界的约束条件估计上述参数，进行几何校正。该方法使用的相机为理想相机，其中焦距f等相机内参数未知，导致该方法误差较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种曲面多投影拼接方法，利用投影曲面边缘的标志点能够在曲面上快速精确的自动完成曲面投影拼接融合。

本发明的曲面多投影拼接方法包括以下步骤：

步骤1，在预期投影显示曲面上等距离地布置标志点；

步骤2，标定相机并对相机图像进行畸变校正；

步骤3，使用相机获取标志点的图像，利用图像分割以及团块检测算法求取标志点在相机图像空间的位置，并使用Bezier曲面拟合这些点，以得到显示图像空间与相机图像空间之间的对应关系；

步骤4，每台投影机分别投射特征点图像，使用相机获取特征点图像，进而得到特征点在相机图像空间的位置，使用Bezier曲面拟合这些点以获取每台投影机图像空间与相机图像空间的对应关系；

步骤5，对待投影图像进行颜色校正以及融合区域亮度衰减；

步骤6，根据步骤3及步骤4得到的对应关系，得到投影机图像空间与显示图像空间之间的关系，将待投影图像在显示图像空间中的点映射到其对应的投影机图像空间中相应位置。

其中，所述标志点为可见光LED、非可见光LED、条状棋盘格图样或高反光材料。

所述特征点图像为棋盘格图像，均匀分布的点状图、横竖条纹图。

有益效果：本发明通过在曲面投影幕布边缘设置标志点，获得显示图像空间与相机图像空间之间的对应关系，同时通过投影特征点图像获得每台投影机图像空间与相机图像空间之间的对应关系，进而得到显示图像空间与投影机图像空间之间的对应关系，从而能够快速精确的自动完成曲面投影拼接融合，与传统自动曲面投影拼接融合方法及手动曲面投影拼接融合相比，具有拼接效果准确、快捷方便等特点；本发明能够应用于任何二次曲面平面，适应性强；通过使用电源控制器控制标志点的开关可以在无人值守的情况下快速完成自动曲面拼接融合；该方法可广泛用于固定场所以及经常需要重新标定的场合，如公众展厅等、3D影院、4D影院等。

附图说明

图1为本发明的曲面拼接方法的***构成图。

图2为对获取的标志点位置进行Bezier曲面拟合的结果。

图3为投影的特征点图像。

其中，101-预期投影显示曲面，102-标志点，103-相机，104-投影机，105-融合服务器。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种曲面多投影拼接方法，包括如下步骤：

步骤1，在预期投影显示曲面即曲面投影幕边缘上等距离地布置标志点，如图1所示。其中，标志点可以为可见光LED、非可见光LED、条状棋盘格图样、高反光材料等。标志点的布置一般在投影幕加工制作阶段完成，也可以在投影拼接融合前完成。

步骤2，将相机布置于投影幕前方使其能够完整地拍摄到投影幕，标定相机并对相机图像进行畸变校正。

步骤3，点亮标志点，使用相机获取标志点的图像，利用图像分割以及团块检测算法求取标志点在相机图像空间的位置，并使用Bezier曲面拟合这些点，以得到显示图像空间与相机图像图像空间之间的对应关系，如图2所示。

步骤4，每台投影机分别投射特征点图像，如棋盘格图像，均匀分布的点状图、横竖条纹图等，使用相机获取特征点图像，并通过棋盘格角点检测算法等方法得到特征点在相机图像空间的位置，使用Bezier曲面拟合这些点以获取每台投影机图像空间与相机图像空间的对应关系。例如投影如图3所示的特征点图像：在t₀、t₁时刻投影纯白以及纯黑图像，确定投影区域；在t₂时刻投影投影图像的中心点位置，确定投影机图像空间中心坐标在相机图像空间中的位置；在t₃、t₄时刻投影棋盘格及反向棋盘格，计算棋盘格角点位置；中心位置点标记为(0,0)，向上搜索，求得距离最近点，标记为(0,1)。从(0,1)位置继续向上搜索，依次标记为(0,2)，(0,3)…，直到找不到距离小于预设值的点；同理向下搜索，标记为(0,-1)，(0,-2)，(0,-3)；从中心位置(0,0)向右搜索距离最近点，并标记为(1,0)，同样标记(1,1)，(1,-1)，(1,2)，(1,-2)…(2,1)，(2,-1)，(2,2)，(2,-2)…，直到找不到距离小于预设值的点；同理向左搜索，以确定所有点的对应关系。使用上述得到的投影机图像空间与相机图像空间对应的点的位置，使用Bezier曲面拟合这些点以获取每台投影机图像空间与相机图像空间的对应关系。

步骤5，对待投影图像进行颜色校正以及融合区域亮度衰减。

步骤6，根据步骤3及步骤4得到的对应关系，得到投影机图像空间与显示图像空间之间的关系，将待投影图像在显示图像空间中的点的位置映射到其对应的投影机图像空间中相应位置。依次完成每台投影机中所有点的对应即完成了曲面投影的自动拼接。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种曲面多投影拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在预期投影显示曲面上等距离地布置标志点；

步骤2，标定相机并对相机图像进行畸变校正；

步骤5，对待投影图像进行颜色校正以及融合区域亮度衰减；

2.如权利要求1所述的曲面投影拼接方法，其特征在于，所述标志点为可见光LED、非可见光LED、条状棋盘格图样或高反光材料。

3.如权利要求1所述的曲面投影拼接方法，其特征在于，所述特征点图像为棋盘格图像，均匀分布的点状图、横竖条纹图。