多投影顯示系統圖像對準算法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種多媒體投影領域，特別是涉及一種多投影顯示系統圖像對準算 法。
【背景技術】
[0002] 隨著虛擬現實技術在商業、娛樂和科學研究等領域影響的日益廣泛，市場對超大 屏幕高分辨率顯示需求不斷提升，多投影顯示技術受到越來越多的關注，涌現出了很多優 秀的系統，幾何校正、顏色校正和亮度邊緣融合是多投影顯示系統的幾個關鍵技術，而投 影機幀緩存中像素與校正用相機拍攝圖像像素間映射關系的建立是前提和基礎。大多數投 影機都是針對平面投影而設計，在其焦距位置上有一焦平面，當每個像素都聚焦到這個平 面對應的像素點上時，就顯示出了正確的圖像。
[0003] 如果顯示墻是一曲面，則該曲面的某些部分并不在投影機焦平面上，這些部位的 投影像素就會發生偏移，而這種偏移就導致了圖像扭曲的產生，也會導致投影圖像的大小 發生變化。為了在曲面顯示墻上得到正確的圖像，就需要對投影機的輸出畫面進行預變形， 用來抵消系統中由于投影機擺放位置的隨意性和屏幕的不規則性帶來的幾何錯位，變形后 的圖像再經過一個投影變換投射到顯示墻上時就得到了正確的圖像，上述過程就是幾何校 正。幾何校正最關鍵的環節是建立計算機幀緩存圖像與投影機投影在顯示墻上的圖像之 間的幾何位置精確對應關系，Surati等使用特征線圖案來建立投影機空間到顯示墻空間 的映射關系，但在投影機亮度較低時，會嚴重影響校正精度；Ramesh等提出了一個基于二 次變換的對準算法，預先標定相機和投影機，并估計二次曲面參數；Chen等通過建立與維 護一個Homography樹來拼接從不同位置拍攝的低分辨率圖像，間接地求取每個投影子區 域與顯示墻的位置關系；Bhasker等針對鏡頭畸變問題給出了基于有理Bezier曲面網格的 修正方法，但僅限于平面顯示墻；Harville等利用三角網格和紋理映射來建立投影圖像與 相機圖像間的對應關系；Philippe等針對顯示墻解析式和投影機內參數未知的情況，采取 密集采樣和分片插值的方式計算投影圖像的映射關系；王修暉等用特征條代替特征線計算 映射關系，提高了檢測精度，但目前也僅適用于平面系統；彭俊毅等通過二次校準方法細化 求解一致性矩陣來實現自動拼接；王邦平等提出使用矩形和圓點組成的特征圖案來計算映 射關系，算法涉及到圖像分割、特征識別與提取、插值加密等過程，實現流程很復雜；張軍等 用細分曲面技術去加密初始粗糙網格，精度比較高，但耗時較長；_利等使用圖像匹配技術 構建不規則三角網，將圖像分解在各三角形區域內實現高精度圖像對準；黃淼等通過對比 樣本圖像與標準圖像來計算數碼相機的校正參數，可以獲取投影機的特征點和有效顯示區 域；陳顯峰提出了一種新的基于對位標志幾何特征的圖像對準算法，先在二值化前后進行 兩次濾波，再使用形態學邊緣檢測算法來提取圖像的邊緣輪廓，有效地提高了圖像的對準 速度。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的是為了解決上述問題而提供一種多投影顯示系統圖像對準算法。
[0005] 本發明是通過以下技術方案實現的： 一種多投影顯示系統圖像對準算法，包括以下步驟： 一、 首先向待測物體表面投影結構光，得到被物體表面高度起伏調制后的變形條紋標 準正弦條紋和變形條紋，正弦條紋和變形條紋分別表示為式（2)和式（3) : Istandard=a(x,y)+b(x,y)cos(2itx/p), (2) Ideform=a(x,y)+b(x,y)cos(2itx/p+2ith(x,y) /A), (3) 上式中：a(x，y)為背景光強；b(x，y)為條紋的調制度； h(x，y)是待測物體的面形分布； P是條紋周期； 入為等效波長； 變形條紋中隱含了物面的高度信息，面形不同生成的變形條紋也不一樣，經過相位展 開后，利用相位-高度轉換關系就可以得到物面的高度信息，進行相位展開的目的是為了 把由于反三角運算引起的截斷相位恢復成原有的真實相位，常用的相位展開算法有時間相 位展開算法、最小二乘法和調制度排序法等； 二、 采用發散照明光路的相位-高度映射關系，利用三角形相似原理可以求得物面的 高度h，即： d/ 纖^ =(L0 -h)/h. (4) 將式⑷變形，得：
式（4)和（5)中：P1、P2為投影系統的人瞳和出瞳；II、12為成像系統的人瞳和出瞳；L0、d為系統結構參數，可以計算得到調制相位與]^之間的映射，即與物體高度h 的映射關系。
[0006] 具體地，向待測物體表面投影結構光為正弦條紋。
[0007] 本發明的有益效果是： 本發明為一種多投影顯示系統圖像對準算法，利用光線傳輸過程中相位不變的原理建 立投影機幀緩存圖像與相機拍攝圖像間像素級的一一對應關系，達到圖像對準的目的，該 方法無需事先知道顯示墻的解析表達式，簡化了已有算法需要大量采樣點或者細分加密的 過程，能夠直接得到像素間的映射關系，提高了圖像對準的精度，并且可以應用于任意光滑 表面的顯示墻上。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發明中經物體表面調制生成變形條紋示意圖； 圖2是本發明中采用發散光路照明的測量結構圖； 圖3是本發明中幀緩存圖像與相機圖像映射關系示意圖。
【具體實施方式】
[0009] 下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明： 本發明為一種多投影顯示系統圖像對準算法，其特征在于，包括以下步驟： 一、 首先向待測物體表面投影結構光（通常用正弦條紋），得到被物體表面高度起伏調 制后的變形條紋標準正弦條紋和變形條紋，如圖1所示，正弦條紋和變形條紋分別表示為 式⑵和式（3): Istandard=a(x,y)+b(x,y)cos(2itx/p), (2) Ideform=a(x,y)+b(x,y)cos(2itx/p+2ith(x,y) /A), (3) 上式中：a(x，y)為背景光強；b(x，y)為條紋的調制度； h(x，y)是待測物體的面形分； P是條紋周期； 入為等效波長； 變形條紋中隱含了物面的高度信息，面形不同生成的變形條紋也不一樣，經過相位展 開后，利用相位-高度轉換關系就可