一种多投影机投影图像全自动几何拼接校正方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多投影机投影图像全自动几何拼接校正方法，适用于高沉浸显 示、数字模拟仿真、虚拟现实等技术领域。
【背景技术】
[0002] 在虚拟现实和数字媒体领域，经常使用非平面投影来营造高沉浸、高分辨率的显 示环境。对于此类非平面屏幕投影，会面临以下两个难题：首先，直接投影到非平面的图像 会发生几何形变，需要对图像进行预畸变以适应屏幕外形；其次，为提高显示高分辨率或者 扩大亮度动态范围，经常需要同时使用多台投影机投影，而不同投影机之间重叠区域的几 何纹理对齐以及亮度融合就成为无法回避的问题。
[0003] 为了解决上述问题，现有的投影校正方法多从两个方面着手：一种是三维重建方 法，它对投影场景进行几何外形恢复，同时获取投影机在场景中的相对位置，从而实现投影 图像校正；另一种是非重建方法，它使用单纯的二维图像变换方法实现在非平面上投影图 像的几何纹理对齐。三维重建方法的优点是可以获得全部场景信息，因此能够较为方便地 生成对应位置投影机图像，特别适用于用户视点不固定的沉浸投影环境，其缺点是重建使 用的设备成本高，过程复杂，并且难以达到很高精度。非重建方法常使用单应或者贝塞尔变 形等方法对图像进行调整，利用人眼或者摄像机作为纹理对齐判断依据，其优点是技术成 熟、使用方便，缺点是由于没有场景三维信息，因此在非平面投影时，需要通过使用辅助标 志点或者其他手段获取投影机与屏幕的对应关系，标定过程人工参与量大。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的是为了解决非平面屏幕投影时，多投影机投影图像发生 几何形变问题，提出一种多投影机投影图像全自动几何拼接校正方法。
[0005] 实现本发明的技术方案如下：
[0006] 一种多投影机投影图像全自动几何拼接校正方法，具体过程为：
[0007] 步骤一、在屏幕前方设置摄像机，利用屏幕上空间点乂^^与摄像机像素点x。对应关 系，标定出摄像机相对于屏幕的位姿[R」T。];
[0008] 步骤二、建立各投影机像素点15与摄像机像素点x。之间的映射关系，基于所述位 姿[R。IT。]和屏幕外形参数，获得屏幕上空间点Xw与投影机像素点Xp的对应关系，标定出各 投影机相对于屏幕的位姿[Rp|Tp];
[0009] 步骤三、针对所投影区域存在重合的任意两台投影机，将重合投影区域中右投影 区域对应的投影机定义为右投影机，将左投影区域对应的投影机定义为左投影机；将屏幕 上点Xwnew在右投影机上的对应像素点xy利用各投影机像素点与摄像机像素点之间的映射 关系，将其映射到左投影机中，获得X_在左投影机中对应的像素点xlnOT;
[0010] 步骤四、针对所投影图像存在重合的任意两台投影机中的左投影机，根据对应点 乂1)与X￥和对应点XlnOT与XwnOT，对每一左投影机二次标定更新其相对于屏幕的位姿[RpITp];
[0011] 步骤五、利用各投影机相对于屏幕的位姿[RpITp]，生成各投影机的投影图像，利用 下式所示的最优化方法对投影图像进行几何变形，将变形后的校正图像作为各投影机的投 影图像；
[0012]
【主权项】
1. 一种多投影机投影图像全自动几何拼接校正方法，其特征在于，具体过程为： 步骤一、在屏幕前方设置摄像机，利用屏幕上空间点乂^^与摄像机像素点X。对应关系，标 定出摄像机相对于屏幕的位姿[R。|T。]; 步骤二、建立各投影机像素点15与摄像机像素点X。之间的映射关系，基于所述位姿 [R。IT。]和屏幕外形参数，获得屏幕上空间点Xw与投影机像素点xp的对应关系，标定出各投 影机相对于屏幕的位姿[RP|TP]; 步骤三、针对所投影区域存在重合的任意两台投影机，将重合投影区域中右投影区域 对应的投影机定义为右投影机，将左投影区域对应的投影机定义为左投影机；将屏幕上点 X_w在右投影机上的对应像素点利用各投影机像素点与摄像机像素点之间的映射关系， 将其映射到左投影机中，获得Xwn"在左投影机中对应的像素点xlnOT; 步骤四、针对所投影图像存在重合的任意两台投影机中的左投影机，根据对应点\与XJP对应点xln"与X_w，对每一左投影机二次标定更新其相对于屏幕的位姿[RP|TP]; 步骤五、利用各投影机相对于屏幕的位姿[RpITp]，生成各投影机的投影图像。
2. 根据权利要求1所述多投影机投影图像全自动几何拼接校正方法，其特征在于，在 执行完步骤五后，利用下式所示的最优化方法对投影图像进行几何变形，将变形后的校正 图像作为各投影机的投影图像；
其中，设两相邻投影机所投影的图像之间共存在N个重合点，xidst表示其中第i个重合 点的目标位置，xiB表示第i个重合点在贝塞尔优化后的位置，目标函数f(P)表示所有重合 点的平均拼接误差，P」表示第j个贝塞尔控制点的当前位置，Pw表示第j个贝塞尔控制点 的初始位置，W(Pj)表示Pj的移动范围。
【专利摘要】本发明提供一种多投影机投影图像全自动几何拼接校正方法，具体过程为：步骤一、标定出摄像机相对于屏幕的位姿[Rc|Tc]；步骤二、标定出各投影机相对于屏幕的位姿[Rp|Tp]；步骤三、将屏幕上点Xwnew在右投影机上的对应像素点xr，利用各投影机像素点与摄像机像素点之间的映射关系，将其映射到左投影机中，获得Xwnew在左投影机中对应的像素点xlnew；步骤四、根据对应点xp与Xw和对应点xlnew与Xwnew，对每一左投影机二次标定更新其相对于屏幕的位姿[Rp|Tp]；步骤五、利用各投影机相对于屏幕的位姿[Rp|Tp]，生成各投影机的投影图像，利用最优化方法对投影图像进行几何变形，将变形后的校正图像作为各投影机的投影图像。该方法能够实现非平面屏幕投影图像的拼接校正。
【IPC分类】G06T3-40, G06T7-00
【公开号】CN104778658
【申请号】CN201510150533
【发明人】翁冬冬, 李冬, 赵璐, 周立经
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月1日