UA137184U - METHOD OF CALIBRATION OF OPTICAL-DIGITAL PROJECTION SYSTEM - Google Patents

Abstract

Спосіб калібрування оптично-цифрової проекційної системи включає визначення розташування контрольної точки, формування зображення охопленого фрагмента поверхні купола та визначення зміщення розрахункової точки відносно контрольної точки для подальшого внесення відповідних спотворень до проекції цифрової системи. 2The method of calibrating the optical-digital projection system includes determining the location of the control point, forming an image of the covered fragment of the dome surface and determining the offset of the calculation point relative to the control point for further distortion to the projection of the digital system. 2

Description

Корисна модель спосіб калібрування оптично-цифрової проекційної системи належить до засобів налаштування проекційних систем або пристроїв для перегляду проекційного типу.A useful model for calibrating an optical-digital projection system belongs to the means of setting up projection systems or projection-type viewing devices.

Запропонована корисна модель може бути застосована для калібрування і синхронізації оптичної та цифрової систем відтворення зображення або відео, що проектують зображення на один екран або поверхню.The proposed useful model can be applied to the calibration and synchronization of optical and digital image or video reproduction systems that project images onto a single screen or surface.

З рівня техніки відома система відеопроекції, описана в патенті Японії УР5339688 (82) від 13.11.2013, відповідно до якого система відеопроекції для проектування точних відеозаписів, із встановленням екранного центру камери керованим до довільної висоти, а довільний азимутальний кут збігається із курсором, який проектується з відеопроектора, вимірюючи позиційне співвідношення між відеопроектором і фіксованою зіркою, а також обчислення позиції та кута повороту проектора шляхом виконання інтерполяційних розрахунків тощо, з посиланням на вимірюване значення, щоб точно працювати в унісон з роздавальним проектором.From the prior art, a video projection system is known, described in Japanese patent UR5339688 (82) dated 13.11.2013, according to which a video projection system for projecting accurate video recordings, with the setting of the screen center of the camera controlled to an arbitrary height, and an arbitrary azimuth angle coincides with the cursor that is projected from the video projector, measuring the positional relationship between the video projector and the fixed star, and calculating the position and rotation angle of the projector by performing interpolation calculations, etc., with reference to the measured value, to precisely work in unison with the distribution projector.

Відношення відеокамери контролюється так, щоб встановлені висота та азимут на куполі збігались з екраном центра відеокамери. Курсор, що проектований з відеопроектора, зроблений таким чином, щоб він збігався із екраном центра відеокамери, а азимутальний кут і висота зображення цього пункту та координати проектора курсору вимірюються в декількох положеннях. На основі вимірюваних значень виконується координатне перетворення потрібних горизонтальних координат та зображення проекції, а також положення, в якому встановлений проектор, та обчислюється кут нахилу; і на основі цих значень виконується перетворення координат, а потрібні зображення та графіки відображаються у потрібних горизонтальних координатах.The attitude of the video camera is controlled so that the set height and azimuth on the dome coincide with the screen of the center of the video camera. The cursor projected from the video projector is made to coincide with the screen of the center of the video camera, and the azimuth angle and image height of this point and the coordinates of the cursor projector are measured in several positions. Based on the measured values, a coordinate transformation of the required horizontal coordinates and the projection image is performed, as well as the position in which the projector is installed, and the angle of inclination is calculated; and based on these values a coordinate transformation is performed and the desired images and graphics are displayed in the desired horizontal coordinates.

Недоліком відомої системи є тривалість у часі калібрування системи. Причому наявність одного проектора не дозволяє охопити весь купол, що обмежує його застосування.A disadvantage of the known system is the length of time it takes to calibrate the system. Moreover, the presence of one projector does not allow covering the entire dome, which limits its use.

В основу корисної моделі поставлено задачу створення такого способу, який забезпечить калібрування і синхронізацію множини цифрових проекторів та оптичної проекційної системи і забезпечить коригування впливу спотворень. Іншими словами, задача полягає у суміщенні між собою координатних систем цифрової проекційної системи та оптичної системи проектування.The basis of a useful model is the task of creating such a method that will ensure the calibration and synchronization of a set of digital projectors and an optical projection system and will ensure the correction of the influence of distortions. In other words, the task is to combine the coordinate systems of the digital projection system and the optical design system.

Поставлена задача вирішується тим, що спосіб калібрування оптично-цифрової проекційної системи, що містить оптичну проекційну систему, розміщену в демонстраційному залі, дляThe problem is solved by the fact that the method of calibrating the optical-digital projection system, which contains the optical projection system placed in the demonstration hall, for

Зо проектування зображення зоряного неба на поверхню купола демонстраційного залу, згідно з корисною моделлю, у оптично-дифрову проекційну систему додатково введено цифрову проекційну систему, яка містить множину цифрових проекторів для відтворення додаткового зображення шляхом відтворення цифрової проекції на відповідному фрагменті поверхні купола демонстраційного залу, та електронну обчислювальну машину. Оптичну проекційну систему сполучають з: електронно-обчислювальною машиною, причому оптична проекційна система містить корпус та камеру, камерою з'єднаною з електронно-обчислювальною машиною, яка передає зображення охопленого фрагмента поверхні купола, що має визначені координати. Електронно- обчислювальна машина містить пристрій візуального виведення даних, пристрій введення даних та процесорний блок, причому процесорний блок містить збережений набір команд.From the projection of the image of the starry sky onto the surface of the dome of the demonstration hall, according to the useful model, a digital projection system is additionally introduced into the optical differential projection system, which contains a plurality of digital projectors to reproduce the additional image by reproducing the digital projection on the corresponding fragment of the surface of the dome of the demonstration hall, and electronic calculator. The optical projection system is connected to: an electronic computer, and the optical projection system contains a housing and a camera, a camera connected to an electronic computer, which transmits an image of the covered fragment of the dome surface, which has defined coordinates. The electronic computing machine includes a visual output device, a data input device, and a processor unit, wherein the processor unit contains a stored set of instructions.

Спосіб включає етапи, на яких: - визначають контрольну точку, - визначають розрахункову точку, на основі орієнтації оптичної проекційної системи для відповідного положення оптичної проекційної системи в системі координат цифрової проекції, - охоплюють за допомогою камери фрагмент поверхні купола, що має визначені координати, з множини фрагментів поверхні купола, для формування зображення охопленого фрагмента поверхні купола, - визначають зміщення розрахункової точки відносно контрольної точки, на основі орієнтації оптичної проекційної системи для відповідного положення оптичної проекційної системи в системі координат цифрової проекції, - вносять спотворення до проекції в даній розрахунковій точці на величину зміщення.The method includes stages in which: - a control point is determined, - a calculation point is determined, based on the orientation of the optical projection system for the corresponding position of the optical projection system in the coordinate system of the digital projection, - a fragment of the dome surface that has determined coordinates is covered with the help of a camera, with set of fragments of the surface of the dome, to form an image of the covered fragment of the surface of the dome, - determine the displacement of the calculation point relative to the control point, based on the orientation of the optical projection system for the corresponding position of the optical projection system in the coordinate system of the digital projection, - introduce distortion to the projection at this calculation point on displacement value.

За одним варіантом здійснення запропонованого способу: - відтворюють розрахункову точку на поверхні купола за допомогою цифрової проекційної системи, - визначають розрахункову точку, пов'язану з позиціонуванням оптичної проекційної системи, на одержаному з камери зображенні охопленого фрагмента поверхні купола, що має визначені координати, причому контрольну точку з нульовими координатами відтворюють на поверхні купола за 60 допомогою лазерного променя, спроектованого на поверхню купола демонстраційного залу,According to one variant of the implementation of the proposed method: - the calculated point on the surface of the dome is reproduced using a digital projection system, - the calculated point associated with the positioning of the optical projection system is determined on the image received from the camera of the covered fragment of the surface of the dome, which has defined coordinates, and a control point with zero coordinates is reproduced on the surface of the dome using a laser beam projected onto the surface of the dome of the demonstration hall,

ітгеративно зміщують розрахункову точку на цифровій проекції до збігання з контрольною точкою в кожному відповідному положенні оптичної проекційної системи.iteratively shift the calculated point on the digital projection to coincide with the control point in each corresponding position of the optical projection system.

За ще одним варіантом здійснення запропонованого способу, для визначення контрольної точки попередньо калібрують камеру до моменту визначення точки з нульовими координатами в системи координат оптичної проекційної системи. Після кожного повертання оптичної проекційної системи цифрова проекційна система відтворює на поверхні купола проекційного залу послідовність графічних патернів. Фіксують камерою зазначені патерни для подальшого аналізу за допомогою коду Грея. Визначають фактичні координати контрольної точки в системі координат цифрової проекційної системи в кожному положенні оптичної проекційної системи.According to another variant of the implementation of the proposed method, to determine the control point, the camera is pre-calibrated before the point is determined with zero coordinates in the coordinate system of the optical projection system. After each rotation of the optical projection system, the digital projection system reproduces a sequence of graphic patterns on the surface of the dome of the projection hall. The specified patterns are captured by the camera for further analysis using the Gray code. Determine the actual coordinates of the control point in the coordinate system of the digital projection system in each position of the optical projection system.

Зміщують розрахункову точку до збігання з контрольною точкою.Move the calculated point to coincide with the control point.

Технічний результат, який досягається запропонованою корисною моделлю, полягає в зменшенні часу на калібрування оптично-цдцифрової проекційної системи порівняно з найближчим аналогом. Додатковим технічним результатом є зменшення спотворень та збільшення точності суміщення при проектуванні зображення.The technical result, which is achieved by the proposed useful model, consists in reducing the calibration time of the optical-digital projection system compared to the nearest analog. An additional technical result is a reduction in distortions and an increase in the accuracy of alignment when projecting an image.

Суть запропонованого способу пояснюється доданими кресленнями, на яких схематично зображено розміщення складових системи відносно сцени. Фахівцю в даній галузі буде зрозумілим на основі даного опису, що складові системи можуть мати інше розміщення. Тобто зазначений на кресленні варіант здійснення не є таким, що обмежує виконання запропонованого способу лише наведеним взаємним розміщенням. Інші варіанти взаємного розміщення допустимі, якщо вони дозволяють вирішувати поставлену задачу та забезпечують досягнення запропонованого технічного результату.The essence of the proposed method is explained by the attached drawings, which schematically depict the placement of the system components relative to the stage. One of ordinary skill in the art will appreciate from this description that the system components may have other arrangements. That is, the variant of implementation indicated in the drawing is not such that it limits the implementation of the proposed method only to the indicated mutual placement. Other variants of mutual accommodation are permissible if they allow solving the task and ensure the achievement of the proposed technical result.

На Фіг. 1 зображено розміщення оптичної проекційної системи в демонстраційному залі.In Fig. 1 shows the placement of the optical projection system in the demonstration hall.

На Фіг. 2 зображено передане на електронно-обчислювальну систему одержаного з камери зображення охопленого фрагмента поверхні купола.In Fig. 2 shows the image of the covered fragment of the dome surface, transferred to the electronic computer system, received from the camera.

На Фіг. З зображено зміни в координаційній сітці цифрової проекції, де на Фіг. За зображено утворену умовну сітку положень розрахункових точок до суміщення оптичної та цифрової систем, на Фіг. ЗБ зображена координатна сітка цифрової проекції з накладеними розрахунковими точками, в яких виконується спотворення цифрової проекції,In Fig. C shows changes in the coordination grid of the digital projection, where in Fig. The formed conditional grid of the positions of calculation points before the combination of optical and digital systems is shown in Fig. ZB shows the coordinate grid of the digital projection with superimposed calculation points in which the distortion of the digital projection is performed,

Зо на Фіг. Зс зображено цифрову проекцію з внесеними спотвореннями та накладеними розрахунковими точками.From in Fig. 3 shows a digital projection with introduced distortions and superimposed calculation points.

На зазначених кресленнях використано наступні позначення: 1- фрагмент поверхні купола, 2 - поле зору камери,The following designations are used on the above drawings: 1- a fragment of the dome surface, 2 - the field of view of the camera,

З - камера, 4 - оптична проекційна система, 5 - поверхня екрану в демонстраційному залі, 6 - зображення фрагмента поверхні купола, 7 - місце виявлення розрахункової точки, 8 - місце встановлення контрольної точки.C - camera, 4 - optical projection system, 5 - surface of the screen in the demonstration hall, 6 - image of a fragment of the surface of the dome, 7 - the location of the calculation point, 8 - the location of the control point.

Оптично-цифрова система може бути втіленою для демонстрації зоряного неба на куполі планетарію. Проте фахівцю має бути зрозумілим на основі даного опису застосування заявленої системи для відтворення зображення на будь-якій статичній поверхні демонстраційного залу. Тут і далі під демонстраційним залом розуміють деяке обмежене площею місце, що містить поверхню, на якій можливе відтворення зображення. Поверхня, на якій відтворюється зображення, може бути екраном або мати інше визначення. Для спрощення розуміння суті заявленого технічного рішення передбачають, що під демонстраційним залом потрібно розуміти планетарій, а під поверхнею, на якій відтворюється зображення - купол.An optical-digital system can be implemented to display the starry sky on the dome of the planetarium. However, it should be clear to a person skilled in the art based on this description of the application of the claimed system to reproduce an image on any static surface of a showroom. Here and further, the demonstration hall is understood as a certain area-limited place containing a surface on which image reproduction is possible. The surface on which the image is displayed can be a screen or have some other definition. To simplify the understanding of the essence of the declared technical solution, it is assumed that the planetarium should be understood under the demonstration hall, and the dome under the surface on which the image is reproduced.

Оптична проекційна система може бути виконаною на основі зоряного проектора планетарію, що виконує відтворення на поверхні купола імітацію зоряного неба. Така система розміщується переважно в центрі демонстраційного залу. Оптична проекційна система проектує зображення зоряного неба на поверхню купола планетарію, де зазначене зображення прийняте за еталон.The optical projection system can be made on the basis of a planetarium star projector, which reproduces an imitation of the starry sky on the surface of the dome. Such a system is placed mainly in the center of the demonstration hall. The optical projection system projects an image of the starry sky onto the surface of the planetarium dome, where the specified image is taken as a standard.

Оптична проекційна система сполучена з електронно-обчислювальною машиною через канали зв'язку для передавання зображення охопленого фрагмента поверхні купола, що має визначені координати. Перевага віддається дротовим каналам, які мають більшу пропускну здатність. Оптична проекційна система містить корпус, всередині якого розміщено камеру, виконану з можливістю охоплення фрагмента поверхні купола, що має визначені координати, з множини фрагментів поверхні купола, для формування зображення охопленого фрагмента бо поверхні купола та направлення його на електронно-обчислювальну машину. Камера переважно встановлюється на екваторі оптичної проекційної системи. Крім того, оптична проекційна система переважно містить джерело світла, що випромінює лазерний промінь на певний фрагмент поверхні купола. Зокрема зазначене джерело світла може бути спрямованим в точку з нульовими координатами або в точку, якій присвоюють нульові координати.The optical projection system is connected to the electronic computer through communication channels to transmit an image of the covered fragment of the dome surface, which has defined coordinates. Preference is given to wired channels, which have a higher bandwidth. The optical projection system contains a housing, inside which a camera is placed, made with the possibility of covering a fragment of the surface of the dome, which has defined coordinates, from a set of fragments of the surface of the dome, to form an image of the covered fragment of the surface of the dome and send it to an electronic computer. The camera is preferably installed at the equator of the optical projection system. In addition, the optical projection system preferably contains a light source that emits a laser beam onto a certain fragment of the dome surface. In particular, the specified light source can be directed to a point with zero coordinates or to a point to which zero coordinates are assigned.

На електронно-обчислювальній машині завжди відомі координати нульової точки в будь- якому положенні оптичної проекційної системи. Це забезпечується проекцією лазерного променя на поверхню купола демонстраційного залу, де проекція лазерного променя вказує на точку з нульовими координатами системи координат оптичної проекційної системи. Таким чином, коли оптична проекційна система повернута на певний кут відносно точки з нульовими координатами, камера може охоплювати відповідний фрагмент поверхні купола із попередньо заданими координатами.The electronic computer always knows the coordinates of the zero point in any position of the optical projection system. This is ensured by the projection of a laser beam onto the surface of the dome of the demonstration hall, where the projection of the laser beam points to a point with zero coordinates of the coordinate system of the optical projection system. Thus, when the optical projection system is rotated to a certain angle relative to a point with zero coordinates, the camera can cover a corresponding fragment of the dome surface with predetermined coordinates.

Цифрова проекційна система містить множину цифрових проекторів, які попередньо відкалібровані між собою для відтворення додаткового зображення. Це дозволяє відтворити цілісне зображення всією множиною цифрових проекторів. При цьому кожний цифровий проектор із множини цифрових проекторів відтворює цифрову проекцію на відповідному фрагменті поверхні купола демонстраційного залу. Причому дані для відтворення цифрова проекція одержує від електронно-обчислювальної машини.A digital projection system contains a plurality of digital projectors that are pre-calibrated among themselves to reproduce an additional image. This allows you to reproduce a complete image with a whole set of digital projectors. At the same time, each digital projector from a plurality of digital projectors reproduces a digital projection on a corresponding fragment of the dome surface of the demonstration hall. Moreover, digital projection receives data for reproduction from an electronic computer.

Проте, система координат цифрової проекційної системи має потребу бути скоригованою з координатною системою оптичної системи проектування. Відсутність такого калібрування буде супроводжуватись десинхронізацією зображень оптичної проекційної системи та цифрової проекційної системи. Наприклад, на купол виводять зображення зоряного неба через оптичну проекційну систему, а за допомогою цифрової проекційної системи домальовують сполучні лінії між "зірками" для виділення серед зоряного неба сузір'я. За наявності синхронізації сполучні лінії будуть побудованими від зірки до зірки. Без синхронізації побудовані цифровим проектором лінії будуть побудовані зі зміщенням відносно відображуваних об'єктів.However, the coordinate system of the digital projection system needs to be adjusted with the coordinate system of the optical projection system. The lack of such calibration will be accompanied by desynchronization of the images of the optical projection system and the digital projection system. For example, an image of the starry sky is displayed on the dome through an optical projection system, and with the help of a digital projection system, connecting lines between "stars" are drawn to highlight a constellation among the starry sky. In the presence of synchronization, the connecting lines will be built from star to star. Without synchronization, the lines drawn by the digital projector will be drawn with an offset relative to the displayed objects.

Електронно-обчислювальна машина виконана на базі програмно-керованого пристрою для обробки інформації, що містить пристрій візуального виведення даних, пристрій введення даних та процесорний блок. Такою електронно-обчислювальною машиною може бути стаціонарний персональний комп'ютер, ноутбук тощо, які підтримують мережну комунікацію.The electronic computing machine is made on the basis of a software-controlled device for processing information, which contains a visual data output device, a data input device and a processor unit. Such an electronic computing machine can be a stationary personal computer, laptop, etc., which support network communication.

Зо Під пристроєм візуального виведення інформації потрібно розуміти електронний засіб з високою роздільною здатністю, наприклад монітор, екран персонального електронного обчислювального засобу типу ноутбук, планшет тощо.З Under the device of visual display of information, it is necessary to understand an electronic device with a high resolution, for example, a monitor, the screen of a personal electronic computing device such as a laptop, tablet, etc.

Під пристроєм введення розуміють: 1) пристрої ручного введення даних, такі як клавіатура, миша, сенсорний екран, тачпад тощо 2) інформаційні входи для одержання сигналів із зовнішніх джерел, таких як камера та цифровий проектор.Input device means: 1) devices for manual data entry, such as a keyboard, mouse, touch screen, touchpad, etc. 2) information inputs for receiving signals from external sources, such as a camera and a digital projector.

Під процесорним блоком розуміють пристрій машинної логіки, призначений для керування електронно-обчислювальною машиною. Процесорний блок містить збережений набір команд, виконання яких забезпечує роботу запропонованої системи, в тому числі калібрування та керування відтворенням оптичної і цифрової проекційних систем.A processor unit is a machine logic device designed to control an electronic computing machine. The processor unit contains a stored set of commands, the execution of which ensures the operation of the proposed system, including calibration and playback control of optical and digital projection systems.

Відповідно до запропонованого способу спочатку визначають контрольну точку. Для цього на оптичній проекційній системі нерухомо встановлюють джерело лазерного випромінювання.According to the proposed method, a control point is first determined. To do this, a laser radiation source is fixed on the optical projection system.

Тобто оптична проекційна система синхронно повертається з джерелом лазерного випромінювання. Це дозволяє розміщувати контрольну точку в певному місці кадру камери, що також синхронно повертається з оптичною проекційною системою. Потрібно зазначити, що точка в кадрі камери займає певну область, охарактеризовану набором пікселів кадру.That is, the optical projection system returns synchronously with the laser radiation source. This allows you to place a control point in a certain place of the camera frame, which also rotates synchronously with the optical projection system. It should be noted that a point in the camera frame occupies a certain area characterized by a set of pixels of the frame.

Математичний центр даної області буде відповідати координатам контрольної точки.The mathematical center of this area will correspond to the coordinates of the control point.

Потім на основі орієнтації оптичної проекційної системи для відповідного положення оптичної проекційної системи визначають розрахункову точку в системі координат цифрової проекції.Then, based on the orientation of the optical projection system, for the corresponding position of the optical projection system, a calculation point in the digital projection coordinate system is determined.

Далі охоплюють за допомогою камери фрагмент поверхні купола, що має визначені координати, з множини фрагментів поверхні купола, для формування зображення охопленого фрагмента поверхні купола.Next, a fragment of the dome surface, which has defined coordinates, from a set of fragments of the dome surface is covered with the help of a camera, to form an image of the covered fragment of the dome surface.

Потім визначають зміщення розрахункової точки відносно контрольної точки. Завершенням даного етапу є визначення зміщень для всіх розрахункових точок. Кількість точок має дорівнювати кількості попередньо заданих положень оптичної проекційної системи, в яких виконують визначення зазначеного зміщення. Після цього суміщають розрахункову та контрольну точки, тим самим вносячи спотворення в проекцію.Then the displacement of the calculated point relative to the control point is determined. The completion of this stage is the determination of displacements for all calculation points. The number of points should be equal to the number of predetermined positions of the optical projection system, in which the specified displacement is determined. After that, the calculation and control points are combined, thereby introducing distortion into the projection.

За першим варіантом здійснення запропонованого способу визначають розрахункову точку, пов'язану з позиціонуванням оптичної проекційної системи, на одержаному з камери зображенні 60 охопленого фрагмента поверхні купола, що має визначені координати, причому контрольну точку з нульовими координатами встановлюють за допомогою лазерного променя, спроектованого на поверхню купола демонстраційного залу, при цьому пляма лазерного променя, спроектованого на поверхню купола, повинна потрапляти в кадр камери, ітеративно зміщують розрахункову точку на цифровій проекції до збігання з контрольною точкою в кожному положенні оптичної проекційної системи. Контроль суміщення виконують за допомогою камери.According to the first variant of the implementation of the proposed method, the calculation point associated with the positioning of the optical projection system is determined on the image 60 received from the camera of the captured fragment of the surface of the dome, which has defined coordinates, and the control point with zero coordinates is set using a laser beam projected onto the surface the dome of the demonstration hall, while the spot of the laser beam projected onto the surface of the dome must fall into the frame of the camera, iteratively shift the calculated point on the digital projection to coincide with the control point in each position of the optical projection system. Alignment control is performed using a camera.

За іншим варіантом здійснення запропонованого способу визначають контрольну точку на одержаному з камери зображенні охопленого фрагмента поверхні купола, що має визначені координати, причому координати контрольної точки, зокрема точки з нульовими координатами, визначаються за допомогою коду Грея в координатах цифрової проекції, де спосіб включає етапи, на яких: - для визначення контрольної точки в координатній системі кадру камери попередньо калібрують камеру до моменту визначення точки з нульовими координатами в системі координат оптичної проекційної системи, зокрема до моменту фіксації в кадрі точки з нульовими координатами, - після кожного повертання оптичної проекційної системи цифрова проекційна система відтворює на поверхні купола проекційного залу послідовність графічних патернів, - фіксують камерою зазначені патерни для подальшого аналізу за допомогою коду Грея, - в системі координат цифрової проекційної системи визначають фактичні координати контрольної точки в кожному положенні оптичної проекційної системи, - зміщують розрахункову точку до злиття з контрольною точкою, тобто зміщують розрахункову точку в координати контрольної.According to another variant of the implementation of the proposed method, a control point is determined on the image received from the camera of the captured fragment of the surface of the dome, which has defined coordinates, and the coordinates of the control point, in particular the points with zero coordinates, are determined using the Gray code in the coordinates of the digital projection, where the method includes stages, on which: - to determine the control point in the coordinate system of the camera frame, the camera is pre-calibrated until the point with zero coordinates is determined in the coordinate system of the optical projection system, in particular, until the point is fixed in the frame with zero coordinates, - after each rotation of the optical projection system, the digital projection the system reproduces a sequence of graphic patterns on the surface of the dome of the projection hall, - the specified patterns are captured by the camera for further analysis using the Gray code, - the actual coordinates of the control point in each position are determined in the coordinate system of the digital projection system no optical projection system, - shift the calculation point to merge with the control point, that is, shift the calculation point to the coordinates of the control point.

В загальному варіанті здійснення електронно-обчислювальна система виконана з можливістю подавання команд на оптичну проекційну систему для виконання нею повертання на заданий кут в заданому напрямку. Переважно використовується 36 контрольних точок.In the general embodiment, the electronic computing system is made with the ability to issue commands to the optical projection system to make it turn by a given angle in a given direction. 36 control points are mostly used.

Далі буде наведено принцип роботи системи з посиланням на додані креслення.Next, the principle of operation of the system will be given with reference to the attached drawings.

Фіг. 1 стосується здійснення як першого, так і другого варіанта запропонованої корисної моделі. На зазначеній фігурі зображено встановлену оптичну проекційну систему в демонстраційному залі, переважно на нерухому основу. Встановлюють множину цифрових проекторів та калібрують їх між собою для одержання цілісного зображення, відтворюваногоFig. 1 relates to the implementation of both the first and second variants of the proposed utility model. The above figure shows an installed optical projection system in a demonstration hall, preferably on a fixed base. Set up a set of digital projectors and calibrate them to each other to get a complete image reproduced

Зо зазначеною множиною цифрових проекційних пристроїв. Орієнтують оптичну систему в попередньо визначеному положенні та в попередньо визначені координати, пов'язані з кутом повороту оптичної проекційної системи. При цьому координати контрольної точки є відомими в системі координат кадру.With the indicated set of digital projection devices. Orient the optical system in a predetermined position and in predetermined coordinates related to the angle of rotation of the optical projection system. At the same time, the coordinates of the control point are known in the frame coordinate system.

В першому варіанті здійснення виконують захоплення камерою фрагменту поверхні купола та направляють це зображення до електронно-обчислювальної машини. В цьому варіанті переважно застосовують лазер для визначення розміщення точки з нульовими координатами системи координат оптичної проекційної системи. Крім того, відтворюють за допомогою цифрової проекційної системи розрахункову точку з координатами (цифрова проекція), аналогічними координатам контрольної точки (оптична проекція), але в координатній системі цифрової проекції. Для визначення контрольної точки попередньо калібрують камеру до моменту визначення в кадрі камери точки з нульовими координатами в системі координат оптичної проекційної системи, яку відтворює пляма, утворена падінням лазерного променя на поверхню купола.In the first variant, the camera captures a fragment of the surface of the dome and sends this image to the computer. In this variant, a laser is preferably used to determine the location of a point with zero coordinates of the coordinate system of the optical projection system. In addition, using a digital projection system, a calculated point with coordinates (digital projection) similar to the coordinates of a control point (optical projection), but in the digital projection coordinate system, is reproduced. To determine the control point, the camera is pre-calibrated until the moment of determination in the camera frame of a point with zero coordinates in the coordinate system of the optical projection system, which is reproduced by the spot formed by the fall of the laser beam on the surface of the dome.

На Фіг. 2, що характеризує перший варіант здійснення запропонованої корисної моделі, показано зображення фрагменту поверхні купола з контрольною та розрахунковою точками, одержаними електронно-обчислювальною машиною. Потрібно зазначити, що Фіг. 2 надана для розуміння суті запропонованого способу: зокрема в кадрі не буде видно контрольної точки. Але вона показана для полегшення розуміння суті запропонованого способу. За допомогою збережених в процесорному блоці набору команд одноразово визначають контрольну точку на одержаному з камери зображенні охопленого фрагменту поверхні купола, що має визначені координати, та визначають розрахункову точку, пов'язану з позиціонуванням (положенням та орієнтацією) цифрової проекції та відповідною орієнтацією оптичної проекційної системи, на одержаному з камери зображенні охопленого фрагменту поверхні купола, що має визначені координати. Потім використовують дані щодо розміщення контрольної точки та розрахункової точки в кадрі.In Fig. 2, which characterizes the first variant of the implementation of the proposed useful model, shows an image of a fragment of the dome surface with control and calculation points obtained by an electronic computer. It should be noted that Fig. 2 is provided to understand the essence of the proposed method: in particular, the control point will not be visible in the frame. But it is shown to facilitate understanding of the essence of the proposed method. With the help of a set of commands stored in the processor unit, a control point is determined once on the image received from the camera of the captured fragment of the surface of the dome, which has defined coordinates, and a calculation point related to the positioning (position and orientation) of the digital projection and the corresponding orientation of the optical projection system is determined , on the image received from the camera of the covered fragment of the dome surface, which has the defined coordinates. Then they use the data on the placement of the control point and the calculation point in the frame.

У випадку збігу цих точок встановлюють зміщення як дельту, що дорівнює нулю. Якщо ці точки не збігаються, визначають зміщення розрахункової точки відносно контрольної точки як дельту з певним значенням.If these points coincide, the displacement is set as a delta equal to zero. If these points do not coincide, determine the displacement of the calculation point relative to the control point as a delta with a certain value.

Визначення зміщення та синхронізація може бути виконана за двома алгоритмами.Offset determination and synchronization can be performed using two algorithms.

Згідно з першим алгоритмом поєднання оптичної та цифрової проекцій відбувається за рахунок визначення величини відхилення координат попередньо відомої точки в кадрі камери і розрахункових точок (визначених відповідно до орієнтації оптичної проекційної системи) і внесення коригувальних спотворень цифрової проекції в цих точках на значення відхилень.According to the first algorithm, the combination of optical and digital projections occurs by determining the magnitude of the deviation of the coordinates of a previously known point in the camera frame and calculation points (determined according to the orientation of the optical projection system) and introducing corrective distortions of the digital projection at these points to the value of the deviations.

Оптична проекційна система, знаючи і контролюючи свою орієнтацію по всіх осях, послідовно позиціонується в певні положення. Для цих положень оптичної проекційної системи (використовуючи дані про орієнтацію) попередньо визначені розрахункові координати точок.The optical projection system, knowing and controlling its orientation along all axes, is consistently positioned in certain positions. For these positions of the optical projection system (using orientation data), the estimated coordinates of the points are pre-defined.

Тобто визначені розрахункові координати точок, які відповідають координатам нульової точки оптичної системи, у відповідному положенні оптичної системи, але в координатах цифрової проекції.That is, the calculated coordinates of points that correspond to the coordinates of the zero point of the optical system, in the corresponding position of the optical system, but in the coordinates of the digital projection, are determined.

Під час кожної зупинки оптичної проекційної системи збережений набір команд процесорного блока зміщує відповідну розрахункову точку на цифровій проекції доти, поки вона не буде збігатися із попередньо відомою точкою в кадрі камери в конкретному положенні оптичної проекційної системи. Контроль положення розрахункової точки на цифровій проекції відбувається завдяки камері.During each stop of the optical projection system, a stored set of commands of the processor unit shifts the corresponding calculation point on the digital projection until it coincides with a previously known point in the camera frame at a specific position of the optical projection system. Control of the position of the calculation point on the digital projection is carried out thanks to the camera.

Таким чином послідовно зміщують точки цифрової проекції, за допомогою чого вносяться необхідні коригувальні спотворення в цифрову проекцію.In this way, the points of the digital projection are successively shifted, with the help of which the necessary corrective distortions are introduced into the digital projection.

Варто зазначити, що зображення цифрової проекції є віртуальною площиною, переважно у формі окружності, на яку нанесена певна текстура. Текстура являє собою будь-яке графічне зображення, як статичне, так і динамічне, що відтворюється на віртуальній поверхні.It is worth noting that the digital projection image is a virtual plane, mostly in the form of a circle, on which a certain texture is applied. A texture is any graphic image, both static and dynamic, that is rendered on a virtual surface.

Відповідно до другого алгоритму під час кожної зупинки оптичної проекційної системи цифрова проекційна система відображає послідовність графічних патернів (бігисіигей ГідніAccording to the second algorithm, during each stop of the optical projection system, the digital projection system displays a sequence of graphic patterns

Аїдогійт), а камера на екваторі оптичної цифрової системи фіксує той фрагмент кожного фрагменту поверхні купола (патерну), який потрапляє в поле її зору.Aidogyt), and the camera at the equator of the optical digital system captures that fragment of each fragment of the dome surface (pattern) that falls into its field of vision.

На підставі аналізу графічного матеріалу, зафіксованого камерою (за допомогою 5ігисіигеа оп аідоптт, зокрема коду Грея), отримують поле координат, інтерполюючи які визначають фактичні координати точки нульової широти/довготи оптичної проекційної системи (для конкретної орієнтації) в просторі координат еквідистантної або іншої цифрової проекції. Для кожної фактично обчисленої точки відома відповідна точка на цифровій проекції цифровоїOn the basis of the analysis of the graphic material recorded by the camera (with the help of 5igsiigea op aidoptt, in particular the Gray code), a coordinate field is obtained by interpolating which determine the actual coordinates of the point of zero latitude/longitude of the optical projection system (for a specific orientation) in the coordinate space of an equidistant or other digital projection . For each actually calculated point, the corresponding point on the digital projection of the digital one is known

Зо проекційної системи, як показано на Фіг. За. Іншими словами, на Фіг. За зображено розрахункові точки цифрової проекції, які використовують для внесення спотворень до цифрової проекції і які утворюють між собою умовну сітку положень розрахункових точок.From the projection system, as shown in Fig. By. In other words, in Fig. The figure shows the calculation points of the digital projection, which are used to introduce distortions to the digital projection and which form a conventional grid of the positions of the calculation points.

На Фіг. 3ЮБ зображено площину цифрової проекції з накладеними розрахунковими точками.In Fig. 3J shows a digital projection plane with superimposed calculation points.

По цих точках з розрахунковими координатами в просторі цифрової проекції вносять коригувальні спотворення у цифрову проекцію.At these points with calculated coordinates in the digital projection space, corrective distortions are introduced into the digital projection.

Проекцію цифрової проекційної системи деформують (як показано на Фіг. Зс) ії її розрахункові точки тепер збігаються з контрольними (по орієнтації оптичної проекційної системи). Таким чином, зміщують розрахункові точки цифрової проекції на величину відхилення розрахункових координат від фактичних. Іншими словами, на Фіг. Зс зображено площину цифрової проекції з внесеними спотвореннями.The projection of the digital projection system is deformed (as shown in Fig. 3c) and its calculation points now coincide with the control points (according to the orientation of the optical projection system). Thus, the calculation points of the digital projection are shifted by the deviation of the calculated coordinates from the actual ones. In other words, in Fig. Cc shows the digital projection plane with introduced distortions.

Знаючи відхилення фактичних і розрахункових координат, за допомогою передспотворення цифрової проекції, можна розрахувати положення будь-якого небесного тіла (проектованого оптичною проекційною системою) в координатах цифрової проекції. Це дає можливість за допомогою цифрової проекції формувати і відображати графічний контент щодо будь-якого небесного тіла, проектованого оптичною проекційною системою, і синхронно переміщувати його разом з рухом зоряного неба, формованого оптичною проекційною системою.Knowing the deviation of the actual and calculated coordinates, with the help of pre-distortion of the digital projection, it is possible to calculate the position of any celestial body (projected by the optical projection system) in the coordinates of the digital projection. This makes it possible to use digital projection to form and display graphic content about any celestial body projected by the optical projection system, and to move it synchronously with the movement of the starry sky formed by the optical projection system.

Відповідно до другого алгоритму поєднання оптичної та цифрової проекцій відбувається за рахунок внесення коригувальних спотворень цифрової проекції.According to the second algorithm, the combination of optical and digital projections occurs due to the introduction of corrective distortions of the digital projection.

Камера на оптичній проекційній системі розташовують таким чином, що відомі координати точки в кадрі камери в системі координат оптичної проекційної системи і в системі координат кадру камери. Ця точка утворена перетином лазерного променя та поверхні екрану і позначає нульову довготу/широту в системі координат оптичної проекційної системи.The camera on the optical projection system is placed in such a way that the coordinates of the point in the camera frame are known in the coordinate system of the optical projection system and in the coordinate system of the camera frame. This point is formed by the intersection of the laser beam and the surface of the screen and marks the zero longitude/latitude in the coordinate system of the optical projection system.

Точкою в кадрі камери може виступати пляма, утворена перетином лазерного променя та поверхні екрану (купола), яка потрапляє в поле зору камери.A point in the camera frame can be a spot formed by the intersection of the laser beam and the surface of the screen (dome), which falls into the camera's field of view.

Оптична проекційна система, контролюючи свою орієнтацію по всіх осях, послідовно переміщується і зупиняється в певних положеннях. Для кожного з цих відповідних положень оптичної проекційної системи (використовуючи дані її орієнтації) попередньо визначено розрахункові координати, які відповідають положенню нульової точки оптичної системи, але в координатах цифрової проекції.The optical projection system, controlling its orientation along all axes, successively moves and stops in certain positions. For each of these corresponding positions of the optical projection system (using its orientation data), calculated coordinates are pre-defined, which correspond to the position of the zero point of the optical system, but in digital projection coordinates.

Під час кожної зупинки оптичної проекційної системи цифрова проекційна система відтворює на куполі послідовність графічних патернів. Камера фіксує ці патерни в межах кадру, тобто фіксує патерни, які потрапили в кадр.During each stop of the optical projection system, the digital projection system reproduces a sequence of graphic patterns on the dome. The camera captures these patterns within the frame, that is, captures the patterns that fall into the frame.

Далі аналізують зображення в кадрі із зафіксованими на них патернами для визначення координат контрольних точок у координатах цифрової проекційної системи. В результаті одержують координати контрольних точок в системі координат цифрової проекції. На практиці відповідні розрахункові та контрольні точки є зміщеними між собою за рахунок неточності розміщення цифрової проекційної системи відносно оптичної проекційної системи або наявності нерівностей на поверхні купола тощо. Наведене вище дозволяє визначити величину зміщення або відхилення між цими точками.Next, the images in the frame with the patterns fixed on them are analyzed to determine the coordinates of the control points in the coordinates of the digital projection system. As a result, the coordinates of the control points in the digital projection coordinate system are obtained. In practice, the corresponding calculation and control points are offset from each other due to the inaccuracy of the placement of the digital projection system relative to the optical projection system or the presence of irregularities on the surface of the dome, etc. The above allows you to determine the amount of displacement or deviation between these points.

Потім зміщують розрахункову точку в координати контрольної точки в системі координат цифрової проекції, тим самим вносять спотворення до цифрової проекції.Then the calculation point is moved to the coordinates of the control point in the coordinate system of the digital projection, thereby introducing distortions to the digital projection.

Цифрова проекція із внесеними коригувальними спотвореннями збігається з оптичною після суміщення всіх відповідних розрахункових точок, відносно яких виявлено відхилення або незбігу координат з контрольними точками.The digital projection with the corrective distortions introduced coincides with the optical one after combining all the relevant calculation points, relative to which a deviation or mismatch of coordinates with control points is detected.

Тепер можливо розрахувати положення будь-якого небесного тіла (проектованого оптичною проекційною системою) в координатах цифрової проекції. Це дає можливість за допомогою цифрової проекції формувати і відображати графічний контент відносно будь-якого небесного тіла, проектованого оптичною проекційною системою, і синхронно переміщувати його разом з рухом Зоряного неба, формованого оптичною проекційною системою.Now it is possible to calculate the position of any celestial body (projected by the optical projection system) in the coordinates of the digital projection. This makes it possible to use digital projection to form and display graphic content relative to any celestial body projected by the optical projection system, and to move it synchronously with the movement of the starry sky formed by the optical projection system.

Claims (3)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІUSEFUL MODEL FORMULA 1. Спосіб калібрування оптично-цифрової проекційної системи, що включає використання оптичної проекційної системи, яку розміщують в демонстраційному залі, для проектування зображення зоряного неба на поверхню купола демонстраційного залу, який відрізняється тим, що в оптично-дцифрову проекційну систему додатково вводять цифрову проекційну систему, яка містить множину цифрових проекторів для відтворення додаткового зображення шляхом відтворення цифрової проекції на відповідному фрагменті поверхні купола Зо демонстраційного залу та електронно-обчислювальну машину, причому оптичну проекційну систему сполучають з електронно-обчислювальною машиною, причому оптична проекційна система містить корпус та камеру, камерою, з'єднаною з електронно-обчислювальною машиною, яка передає зображення охопленого фрагмента поверхні купола, що має визначені координати, електронно-обчислювальна машина містить пристрій для візуального виведення даних, пристрій для введення даних та процесорний блок, причому процесорний блок містить збережений набір команд, де спосіб включає етапи, на яких: - визначають контрольну точку, - визначають розрахункову точку, на основі орієнтації оптичної проекційної системи для відповідного положення оптичної проекційної системи в системі координат цифрової проекції, - охоплюють за допомогою камери фрагмент поверхні купола, що має визначені координати, з множини фрагментів поверхні купола, для формування зображення охопленого фрагмента поверхні купола, - визначають зміщення розрахункової точки відносно контрольної точки на основі орієнтації оптичної проекційної системи для відповідного положення оптичної проекційної системи в системі координат цифрової проекції, - вносять спотворення до проекції в даній розрахунковій точці на величину зміщення.1. A method of calibrating an optical-digital projection system, which includes the use of an optical projection system, which is placed in a demonstration hall, to project an image of the starry sky onto the surface of the dome of the demonstration hall, which is characterized by the fact that a digital projection system is additionally introduced into the optical-digital projection system , which contains a plurality of digital projectors for reproducing an additional image by reproducing a digital projection on a corresponding fragment of the dome surface ZO of the demonstration hall and an electronic computer, and the optical projection system is connected to the electronic computer, and the optical projection system includes a housing and a camera, a camera, connected to an electronic computer that transmits an image of the covered fragment of the dome surface having defined coordinates, the electronic computer includes a device for visual output of data, a device for inputting data and a processor unit, and pr the accessory unit contains a stored set of commands, where the method includes stages in which: - a control point is determined, - a calculation point is determined, based on the orientation of the optical projection system for the corresponding position of the optical projection system in the digital projection coordinate system, - a surface fragment is covered with the help of a camera of a dome with defined coordinates, from a set of fragments of the dome surface, to form an image of the covered fragment of the dome surface, - determine the displacement of the calculation point relative to the control point based on the orientation of the optical projection system for the corresponding position of the optical projection system in the digital projection coordinate system, - introduce distortion to the projection at this calculation point by the amount of displacement. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що відтворюють розрахункову точку на поверхні купола за допомогою цифрової проекційної системи, - визначають розрахункову точку, пов'язану з позиціонуванням оптичної проекційної системи, на одержаному з камери зображенні охопленого фрагмента поверхні купола, що має визначені координати, причому контрольну точку з нульовими координатами відтворюють на поверхні купола за допомогою лазерного променя, спроектованого на поверхню купола демонстраційного залу, ітеративно зміщують розрахункову точку на цифровій проекції до збігу з контрольною точкою в кожному відповідному положенні оптичної проекційної системи.2. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that the calculated point on the surface of the dome is reproduced using a digital projection system, - the calculated point associated with the positioning of the optical projection system is determined on the image received from the camera of the covered fragment of the surface of the dome, which has determined coordinates, and the control point with zero coordinates is reproduced on the surface of the dome with the help of a laser beam projected onto the surface of the dome of the demonstration hall, iteratively shift the calculated point on the digital projection to coincide with the control point in each corresponding position of the optical projection system. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для визначення контрольної точки попередньо калібрують камеру до моменту визначення точки з нульовими координатами в системі координат оптичної проекційної системи, після кожного повертання оптичної проекційної системи цифрова проекційна система відтворює на поверхні купола проекційного залу послідовність графічних патернів, фіксують камерою зазначені патерни для подальшого аналізу бо за допомогою коду Грея, визначають фактичні координати контрольної точки в системі3. The method according to claim 1, which differs in that to determine the control point, the camera is pre-calibrated until the point with zero coordinates in the coordinate system of the optical projection system is determined, after each rotation of the optical projection system, the digital projection system reproduces a sequence of graphic images on the surface of the dome of the projection hall patterns, fix the specified patterns with the camera for further analysis, because with the help of the Gray code, determine the actual coordinates of the control point in the system