一种基于hdr成像的多投影颜色校正方法
【专利摘要】本发明提出了一种基于HDR成像的颜色校正方法，使用一台商用相机对系统进行颜色校正，通过恢复相机各通道的亮度相应曲线让相机成为系统中的反馈设备，用于恢复各投影机通道的亮度相应曲线。然后建立公共的颜色区间，将各投影机的颜色映射到此区间内。同时，通过对目标图像进行自适应调整，尽可能提高系统的动态范围，保证系统亮度校正精度的同时提高画面质量。经过校正后，多台投影机可以共同合作投影出一幅完整统一的画面中。
【专利说明】一种基于HDR成像的多投影颜色校正方法
【技术领域】
[0001]本技术属于投影拼接显示【技术领域】，具体涉及到多投影拼接系统的颜色校正技术。
【背景技术】
[0002]随着人们对视觉体验要求的不断地提升以及工程投影技术的进步，多通道投影技术在大型活动、展览展示、新产品发布等领域得到了广泛的应用。在多通道投影系统中，由于不同投影机间的颜色差异以及投影区域的重叠等情况造成系统画面在颜色上的偏差，消除这些偏差，让多台投影机共同显示一幅完整统一的图像是多投影机系统的最终目标。
[0003]传统方法通过手动调整投影机颜色通道或者采用昂贵的光学仪器来分析投影机的输出光线等手段对系统的颜色进行校正，前者需要消耗大量人力，后者操作复杂并提高了系统造价。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种基于HDR成像的多投影颜色校正方法，通过对目标图像进行自适应调整，尽可能提高系统的动态范围，保证系统亮度校正精度的同时提高画面质量。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现:
[0006]一种基于HDR成像的多投影颜色校正方法，包括以下步骤:
[0007]步骤一、根据不同的应用场合求取摄像机与投影机像素间的几何映射关系，建立几何映射表；
[0008]步骤二、让投影机投影一幅包含0-255输入值的红色图像，通过摄像机拍摄，相机光圈固定，在不同曝光条件下拍摄图像；
[0009]步骤三、对步骤二所述的拍摄图像进行平滑处理，取不同亮度的中心区域，求其平均值，作为对应于此亮度的相机输出值；
[0010]步骤四、使用步骤三中计算出的各个相机输出值，结合曝光时间，通过最优化方法求解出相机红色通道的亮度相应曲线；
[0011]步骤五、按照步骤二 -四的方法求解相机绿色与蓝色通道的亮度相应曲线；
[0012]步骤六、投影机的红色通道输出某个红色值，相机选取合适的曝光时间拍摄此图像，逐步提高投影机亮度并拍摄图像；
[0013]步骤七、对于步骤六所述的拍摄图像，求取图像中心区域的平均值，通过曝光时间计算出相对投影亮度，测出所有输出值对应的亮度后，拟合出一条曲线作为投影机亮度响应曲线，使用同样的方法测量出投影机其他通道以及其他投影机的亮度相应曲线；
[0014]步骤八、对于每个通道，选取一个每台投影机都能达到的亮度范围，作为公共亮度区间，对于每个投影机颜色通道建立一个颜色查找表；
[0015]步骤九、对于相邻投影机间的重叠区域，根据像素距离边缘的距离计算相应的亮度衰减权重蒙版；
[0016]步骤十、将目标图像映射到公共颜色区间中，将几何映射表、颜色查找表以及亮度衰减权重蒙版存储与图形渲染流水线中，通过图像实时流水线实时地根据目标图像来调整投影机各通道的输入值；此时投影出的图像将是一幅没有几何与颜色偏差的图像。
[0017]本发明的有益效果:
[0018]本发明提出了一种基于HDR成像的颜色校正方法，使用一台商用相机对系统进行颜色校正，通过恢复相机各通道的亮度相应曲线让相机成为系统中的反馈设备，用于恢复各投影机通道的亮度相应曲线。然后建立公共的颜色区间，将各投影机的颜色映射到此区间内。同时，通过对目标图像进行自适应调整，尽可能提高系统的动态范围，保证系统亮度校正精度的同时提高画面质量。经过校正后，多台投影机可以共同合作投影出一幅完整统一的画面中。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明提出的颜色校正的工作流程图。
【具体实施方式】
[0020]多投影无缝融合系统中的颜色校正技术主要负责处理投影画面的颜色连续性，对于同一种颜色，显示时不能有可察觉的颜色变化。多投影机显示系统中需要考虑的颜色不连续性同样分为单投影机内部与投影机之间的颜色差异，单个投影机内部的色度变化通常可以忽略，但由于受到镜头渐晕及投影距离的影响，亮度由投影中心向四周逐渐变暗。多投影机间的颜色差异来源于投影机制造过程中无法对色度与亮度进行精确控制，特别是造价相对低廉的普通商用投影机，同一型号的投影机间都有可察觉的颜色差异。投影机之间的重叠区域亮度明显高于其他区域，也是我们在颜色校正过程中要解决的主要问题.
[0021]本发明在具体实施中由4个基本模块组成，其中包括:
[0022](I)几何校正模块:对于平面或近似平面，通过投影棋盘格，获取单应矩阵或者贝塞尔曲面以求取几何映射关系；对于结构相对规则的曲面，通过表面特征点拟合贝塞尔曲面以求取几何映射关系；对于几何形状复杂无规则的表面，通过结构光扫描来求取几何映射关系。
[0023](2)相机响应曲线恢复模块:通过投影不同亮度的图案，在不同曝光时间下拍摄投影图案，通过最优化方法来计算不同照度值、曝光值与相机输出值间的关系，恢复相机每个通道的亮度响应曲线。
[0024](3)投影机响应曲线恢复模块:使用已经标定过的相机拍摄对应于不同输入值的投影图像，以此计算投影机每个通道的亮度相应曲线。为了确保测量准确性，同时缩短测量时间，对于每台投影机的每个颜色通道，一共投影16幅图像，每幅图像包含四个亮度，取接近投影中心部分的区域，平滑后求取区域平均值以计算对应于该输入值的相对亮度。
[0025](4)投影机各个颜色通道实时映射模块:在得到投影机的亮度响应曲线后，对于每个颜色通道，求取一个公共的颜色范围，保证每个投影机都能够输出该公共区间内的亮度。将目标图像进行自适应调整后，目标颜色值通过存储在图形渲染流水线中的查找表来实时计算出输入亮度。
[0026]基于HDR成像的多通道投影颜色校正技术包括以下几个步骤:
[0027]1、根据不同的应用场合求取摄像机与投影机像素间的几何映射关系。
[0028]2、让投影机的红色通道投影从0-255亮度的图像。通过摄像机拍摄，相机光圈固定，在不同曝光条件下各拍摄五张图像。
[0029]3、对拍摄图像进行平滑处理，对于同一曝光时间下的图像，取输入相同的亮度部分的中心亮度。
[0030]4、结合曝光时间，使用下面的方程，通过最优化方法求解出相机红色通道的亮度相应曲线，其中Z表示相机输出值，E表示像素单元实际接收到的照度值，t表示曝光时间。
[0031]g (Z) = In (E)+Int
[0032]5、按照步骤2-4的方法求解相机绿色与蓝色通道的亮度相应曲线。
[0033]6、投影机的红色通道输出某个红色值，相机选取合适的曝光时间拍摄此图像，逐步提高投影机亮度并拍摄图像，每个输入值拍摄5幅图像。
[0034]7、取拍摄图像中心区域的值作为，通过曝光时间与相机输出值计算出相对投影亮度。测出所有输出值对应的亮度后，拟合出一条曲线作为投影机亮度响应曲线。使用同样的方法测量出投影机其他通道以及其他投影机的亮度相应曲线。
[0035]8、对于每个通道，选取一个每台投影机都能达到的亮度范围，作为公共亮度区间，对于每个投影机颜色通道建立一个查找表。
[0036]9、对于重叠区域，根据像素距离边缘的距离计算相应的衰减权重蒙版。由于已经求取投影机的亮度响应曲线，此处的衰减权重使用线性衰减方式来计算。
[0037]10、将目标图像映射到公共颜色区间中。将几何映射表、颜色查找表以及边缘衰减蒙版存储与图形渲染流水线中。通过设计好的图像实时流水线实时地根据目标图像来调整投影机各通道的输入值。
[0038]虽然参考优选实施例对本发明进行描述，但以上所述实例并不构成本发明保护范围的限定，任何在本发明的精神及原则内的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于HDR成像的多投影颜色校正方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、根据不同的应用场合求取摄像机与投影机像素间的几何映射关系，建立几何映射表； 步骤二、让投影机投影一幅包含0-255输入值的红色图像，通过摄像机拍摄，相机光圈固定，在不同曝光条件下拍摄图像； 步骤三、对步骤二所述的拍摄图像进行平滑处理，取不同亮度的中心区域，求其平均值，作为对应于此亮度的相机输出值； 步骤四、使用步骤三中计算出的各个相机输出值，结合曝光时间，通过最优化方法求解出相机红色通道的亮度相应曲线； 步骤五、按照步骤二-四的方法求解相机绿色与蓝色通道的亮度相应曲线； 步骤六、投影机的红色通道输出某个红色值，相机选取合适的曝光时间拍摄此图像，逐步提高投影机亮度并拍摄图像； 步骤七、对于步骤六所述的拍摄图像，求取图像中心区域的平均值，通过曝光时间计算出相对投影亮度，测出所有输出值对应的亮度后，拟合出一条曲线作为投影机亮度响应曲线，使用同样的方法测量出投影机其他通道以及其他投影机的亮度相应曲线； 步骤八、对于每个通道，选取一个每台投影机都能达到的亮度范围，作为公共亮度区间，对于每个投影机颜色通道建立一个颜色查找表； 步骤九、对于相邻投影机间的重叠区域，根据像素距离边缘的距离计算相应的亮度衰减权重蒙版； 步骤十、将目标图像映射到公共颜色区间中，将几何映射表、颜色查找表以及亮度衰减权重蒙版存储与图形渲染流水线中，通过图像实时流水线实时地根据目标图像来调整投影机各通道的输入值；此时投影出的图像将是一幅没有几何与颜色偏差的图像。
2.如权利要求1所述的一种基于HDR成像的多投影颜色校正方法，其特征在于，其中步骤四中求解相机输出值采用以下方法:其中Z表示相机输出值，E表示像素单元实际接收到的照度值，t表示曝光时间
g (Z) = In (E) +lnt0
3.如权利要求1或2所述的一种基于HDR成像的多投影颜色校正方法，其特征在于，其中每次拍摄图像时拍摄5幅图像。
【文档编号】H04N9/31GK104486603SQ201410669501
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】刘越, 陈锋, 杨涛, 李翔, 刘万奎 申请人:北京理工大学