专利名称：曲面屏幕变形修正和多画面融合方法
技术领域：
本发明涉及屏幕变形修正技术，尤其涉及一种曲面屏幕变形修正和多画面融合方法。
背景技术：
随着数字投影技术的发展，可以用较低的成本得到高质量的图像投影。但当这些投影技术应用于曲面屏幕以及球幕的时候，却无法保证所投影的图像在屏幕上拉伸而不产生变形。为了使站在屏幕前任何位置的观察者能够看到不失真的图形，有必要对投影图像进行适当修正。边缘融合技术是近年来兴起的一种新的多画面无缝拼接技术，该技术很好的改善了拼接图像的视觉效果。边缘融合投影技术经历了三个发展阶段，即硬边拼接、重叠拼接和边缘融合。硬边拼接是将两台投影仪的边缘对齐，使其投影无重叠部分。其显示效果会整幅画面被一道缝分割开。重叠拼接是将两台投影仪的画面进行重叠，但没有作淡进淡出处理，因此重叠部分的亮度为整幅其余部分的2倍，在显示效果上表现为重叠，部分为一亮条带。边缘融合是将左投影仪的右边重叠部分的亮度减弱，右投影仪的左边重叠部分的亮度增加。在显示效果上表现为整幅画面亮度基本一致。然而，这种方法仍然不能完全满足人们对多媒体画面越来越高的视觉要求。
发明内容
本发明提出一种曲面屏幕变形修正和多画面融合方法，该方法使得画面重叠区域亮度均匀过渡，达到良好的视觉效果。本发明提出的曲面屏幕变形修正和多画面融合方法包括下列步骤
步骤1，构建一个曲面屏幕三维模型，设置多台模拟投影机的虚拟投影机，形成投射曲面屏幕内侧面的经度带区域和投射环幕内穹顶北极区域；
步骤2，确定相邻经度带投影画面间的重叠区域，以及每个经度带画面和穹顶投影画面间的重叠区域；
步骤3，在画面重叠区域内，从靠近投影画面的中心一侧往投影画面边缘作一个由白到黑的线性渐变的遮罩；
步骤4，将各个相邻画面的遮罩和投影机的投影画面相乘，得到修正融合的影视画面。步骤2中确定重叠区域的办法包括在投影位置放置一个虚拟投影机A，模拟投影机往天幕上投影一个原色(红、绿或蓝，色光三原色)画面，在相邻画面的投影位置和方向放置另一台虚拟投影机B，使用另一种原色的画面往屏幕上投射，再从虚拟投影机A把画面渲染出来，有两个原色混合的区域，就是A投影画面里A和B画面的重叠区域，从虚拟投影机B把画面渲染出来，则得到B投影画面里A和B画面的重叠区域。与现有技术相比，本发明提出的曲面屏幕变形修正和多画面融合技术使每个投影画面的边缘亮度逐渐变暗，相邻的投影画面在屏幕上的重叠区域亮度均匀过渡，达到了良好的视觉效果。
图I是一天幕剧场的示意 图2是相邻投影画面的重叠区域示意 图3是某一经度带投影画面相邻投影重叠区域示意 图4是图3所示重叠区域线性渐变遮罩示意 图5是天幕侧边和穹顶重叠区域的重叠区域示意 图6是天幕侧边和穹顶重叠区域的亮度遮罩示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明方法进行详细说明。该实施例仅用于说明发明构思，在本发明的构思下可以有多种变化和变形，这些变化和变形均应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明提出的方法首先是确定相邻画面的重叠区域，也就是确定亮度渐变虚边的区域。多画面融合需要在每个成品画面的边缘使用亮度渐变虚边，使画面的边缘亮度逐渐变暗，这样，相邻的投影画面在屏幕上叠加起来以后，它们的重叠区域才能达到亮度均匀过渡。图I是本发明应用于天幕的一个实施例。该实施例使用十四台投影机来投射出完整的天幕画面，其中十二台投射环幕内侧面从地面以上至一定经度的经度带区域，两台投影机投射天幕内穹顶北极区域，每个投影机的画面比例都是16 :9。每个投影画面和相邻投影画面有一定区域重叠，重叠区域的画面需要进行画面融合，这样多个投影画面投影到环幕上以后，能达到相邻画面亮度无缝平滑过渡。该实施例中，曲面屏幕变形修正和多画面融合方法包括以下步骤
步骤1，在三维软件中做出一个虚拟的天幕模型，模型的比例和真实剧场的一致，设置多台投影机，形成投射天幕内侧面的经度带区域和投射天幕内穹顶北极区域。为了避免地面上的观众阻挡投影光路，需要把投影机安装在十几米高的地方，每个投影机透过环幕上相等高度挖开的小窗往环幕的内对面经度带投射画面。经度带上相邻画面的投影机、投影方向之间的水平夹角为30度，并且每个投影机投影方向线在平面图上的投影都经过椭球的球心。十二个投射经度带画面的投影机均匀分布在天幕椭球面上经度间隔30度、纬度相等的小窗口位置。两个投射北极画面的投影机从靠近地面的高度垂直往顶上投射画面。相邻经度带投影画面间有重叠区域(如图3所示)，并且每个经度带画面和北极的一个或两个投影画面间也有重叠区域(如图5所示)。根据纬度带的周长和高度比例，为了充分利用投影画面区域，投射经度带画面的十二台投影机需要侧躺着安装，并且，为了利用画面中最重要的中间区域，投影机需要朝下投射，有一个固定的俯角，每个经度带投影机投射的画面区域，要覆盖约40度的经度带，相邻画面之间才有足够的重叠区域，用于画面融合。步骤2，确定相邻经度带投影画面间的重叠区域，以及每个经度带画面和穹顶北极的投影画面间的重叠区域。该实施例中的屏幕是一个椭球面的一部分，不是所有位置都是对称的，所以不是每个投影画面和相邻画面的重叠区域都是一样的，必须针对指定的投影机画面来确定其渐变虚边区域。下面以其中一个经度带投影画面为例，说明确定其亮度渐变虚边范围的方法。如图2所示，示意虚拟投影机A投射的画面范围为A1A2区间，虚拟投影机往屏幕上投影一个原色(红、绿或蓝，色光三原色中的一种)画面(此处假设使用红色)；投射相邻画面的虚拟投影机B，使用另一种原色的画面往屏幕上投射(此处假设使用绿色)，投射的画面范围为B1B2区间，两个画面的重叠区域为B1A2区间。从虚拟投影机A处把画面渲染出来，有两个原色混合的区域(红色和绿色混合得到黄色区域)就是A投影画面里A和B画面的重叠区域，从虚拟投影机B把画面渲染出来，则得到B投影画面里A和B画面的重叠区域(也是黄色区域)。步骤3，在画面重叠区域内，从投影画面的中心一侧往各自的投影画面边缘作一个 由白到黑的线性渐变的遮罩。如图4所示，A投影画面的遮罩可以这样得到，从靠近投影画面中心的边B1B4往画面边缘A2A4 —边作一个白到黑的亮度线性渐变，可得到A投影画面这一侧边的渐变遮罩部分，对A投影画面和别的画面有重叠的所有侧边都做渐变，把各边的遮罩相乘(又称正片叠底)，才能得到A投影画面所用的亮度渐变遮罩。穹顶投影画面的部分重叠区域如图5所示，它和一半的经度带画面以及另一个穹顶画面有重叠区域。可以使用一个巧妙的办法，避免处理很多块三个画面重叠区域的通道运算，就是把十二个经度带投影画面亮度遮罩都做好后，把它们全投到虚拟的天幕上，然后，在三维模型里投射穹顶画面的投影机位置，使用虚拟投影机把遮罩渲染出来，再进行反相，即得到图6所示的穹顶画面亮度渐变遮罩，沿箭头方向，亮光线性减弱。步骤4，将各个相邻画面的遮罩和投影机的投影画面相乘(正片叠底)，即得到用于投影融合的影视画面。做好各个画面的亮度渐变遮罩后，把制作好的天幕完整影片画面投射到三维场景里的天幕模型上，再把天幕的画面内容用十四个对应剧场里投影机位置和方向的虚拟投影机，把完整天幕画面分块渲染成给十四个对应投影机的投影画面，再使用各个画面的亮度遮罩和画面相乘，即得到用于最终投影放映所使用的画面。本发明提出的方法可以使用在曲面、柱面、球面等各种曲面屏幕上，很好的解决了多画面的融合问题，实际应用效果良好。
权利要求
1.一种曲面屏幕变形修正和多画面融合方法，包括下列步骤 步骤1，构建一个曲面屏幕三维模型，设置多台模拟投影机的虚拟投影机，形成投射曲面屏幕内侧面的经度带区域和投射环幕内穹顶北极区域； 步骤2，确定相邻经度带投影画面间的重叠区域，以及每个经度带画面和穹顶投影画面间的重叠区域； 步骤3，在画面重叠区域内，从靠近投影画面的中心一侧往投影画面边缘作一个由白到黑的线性渐变的遮罩； 步骤4，将各个相邻画面的遮罩和投影机的投影画面相乘，得到修正融合的影视画面。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤2中确定重叠区域的办法包括在投影位置放置一个虚拟投影机A，模拟投影机往天幕上投影一个原色(红、绿或蓝，色光三原色)画面，在相邻画面的投影位置和方向放置另一台虚拟投影机B，使用另一种原色的画面往屏幕上投射，再从虚拟相机A把画面渲染出来，有两个原色混合的区域，就是虚拟投影机A投影画面里A和B画面的重叠区域，从虚拟相机B把画面渲染出来，则得到虚拟投影机B投影画面里A和B画面的重叠区域。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的原色为红、绿、蓝中的一种。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于先把经度带投影画面遮罩做好，把它们全投到天幕上，然后，在构建的天幕模型里投射穹顶北极画面的投影机位置，使用取景区域和投影区域相等的一个三维相机，找出穹顶北极的重叠区域并制作遮罩，然后再进行反相，得到穹顶北极画面亮度线性渐变的遮罩。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于使用十二台投射环幕内侧面的经度带区域，两台投影机投射环幕内穹顶北极区域，每个投影机的画面比例都是16 :9。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述的十二台投影机安装在天幕上相等高度挖开的小窗往环幕的内对面经度带投射画面，两个投射北极画面的投影机从靠近地面的高度垂直往顶上投射画面。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于经度带上相邻画面的投影机的投影方向之间的水平夹角为30度，并且每个投影机投影方向线在平面图上的投影都经过天幕球心。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于投射经度带画面的十二台投影机侧躺安装，每个经度带投影机投射的画面区域覆盖40度的经度带。
全文摘要
本发明公开了一种曲面屏幕变形修正和多画面融合方法，包括步骤1，构建一个曲面屏幕三维模型，设置多台模拟投影机的虚拟虚拟投影机，形成投射曲面屏幕内侧面的经度带区域和投射环幕内穹顶北极区域；步骤2，确定相邻经度带投影画面间的重叠区域，以及每个经度带画面和穹顶投影画面间的重叠区域；步骤3，在画面重叠区域内，从靠近投影画面的中心一侧往投影画面边缘作一个由白到黑的线性渐变的遮罩；步骤4，将各个相邻画面的遮罩和投影机的投影画面相乘，得到修正融合的影视画面。本发明很好的解决了多画面的融合问题，实际应用效果良好。
文档编号G03B21/00GK102778807SQ20121028179
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者张正洪, 王星, 高新良, 黄喜峰 申请人:深圳艾特凡斯智能科技有限公司