本发明涉及屏幕投影显示技术领域，具体涉及一种用于球幕系统的图像融合方法及其图像融合装置。
背景技术：
球幕系统是一种采用内投球技术展示图像或者视频的平台，该系统打破了以往投影图像只能是平面规则图形的局限，内投球幕的屏幕是一个球形的背投影屏，放置在球幕内部的投影机把图像投射到几乎整个球形屏幕上，观众可以进行立体环视体验。
内投球幕球体外形极富合宇宙天体的外型，在表现宇宙天体方面有很大的优势，只要我们把描述诸如行星、卫星、太阳等天体的影像用此内投球展示出来，就形成了一个活脱脱的天体，可向人们逼真的展示宇宙的奥秘。使用球幕影视平台播放影片时，观众置身于半球形球幕之下，由于影像对观众视张角大，并伴有环绕立体声，使得观众有身临其境之感。而影片和实时互动项目交替运行输出的新型艺术展现方式，则更进一步的将观众带入到故事情节当中，观众的沉浸感体验十分强烈。
这种球幕系统已在应用于众多场所，如空间科学中心、天文台、地震局、宇航局、学校、博物馆等场所，通过动画和图像等表现方式展示有关地球、卫星、行星、地震、海洋、大气、太阳等内容，这种平台的广泛应用将会在科学研究和教育领域发挥出重要作用。
现有球幕系统的投影区域呈半球形曲面结构，为满足投影图像打满幕布的投影效果，多采用鱼眼镜头投影机进行投影操作，这就要求投影机安装在球幕的球心位置，这种放映方式不但损失了最好的观看位置，还容易出现画面因鱼眼镜头而变形较大的问题，此外，单一的鱼眼镜头投影机不适合放映立体影片，不能更好地满足用户观看3D视频的愿望。
球幕系统往往采用大张角曲面幕布作为投影区域，由于幕布巨大，采用单台投影仪时就出现无法打满整个屏幕、投影分别率低的问题，因此，往往采用多台投影仪从多个角度进行共同投影，这种方式能很好地将投影图像打满整个屏幕，也能放映立体影片，但对各个投影图像的拼接融合技术提出了新的要求，要求投影仪具备统一分辨率和色彩度，要求均匀排列各个投影仪，这些要求限定了球幕平台的使用条件，为用户的使用带来了不便性。此外，当前的投影图像拼接融合技术还存在着图像矫正的问题，使得图像拼接处边缘融合效果差以及存在融合带，而且，融合带的亮度高于非重叠区域的亮度，严重影响观众观看时的视觉效果。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是如何提高现有球幕投影图像中边缘融合效果以及如何消隐融合带的问题。为解决上述问题，本发明提供了一种用于球幕系统的图像融合方法及其图像融合装置。
一种用于球幕系统的图像融合方法，所述球幕系统包括用于投影的球形幕体和用于放映的多个投影仪，所述方法包括以下步骤：获取所述球形幕体的网格模型，所述网格模型由环列矩阵和极点矩阵组成，所述环列矩阵用于形成环形投影区域，所述极点矩阵用于形成极点投影区域；根据所述网格模型确定各投影机对应的环形投影区域和极点投影区域；对所述环形投影区域和所述极点投影区域进行极坐标几何校正处理，获得边缘融合图像；对所述边缘融合图像进行色彩统一处理和漏光补偿处理，获得标准融合图像；输出所述标准融合图像至所述投影仪。
一种用于球幕系统的图像融合装置，所述球幕系统包括用于投影的球形幕体和用于放映的多个投影仪，所述图像融合装置包括：网格获取模块，所述网格获取模块用于获取球形幕体的网格模型；投影区域设定模块，所述投影区域设定模块用于确定各投影机所对应的环形投影区域和极点投影区域；边缘融合图像获取模块，所述边缘融合图像模块用于对所述环形投影区域和所述极点投影区域进行极坐标几何校正处理，获得边缘融合图像；标准融合图像获取模块，所述标准融合图像获取模块用于对所述边缘融合图像进行色彩统一处理和漏光补偿处理，获得标准融合图像；图像输出模块，用于输出所述标准融合图像至所述投影仪。
一种球幕系统，包括用于投影的球形幕体和用于放映的多个投影仪，还包括权利要求上述的图像融合装置。
依据上述实施例的一种用于球幕系统的图像融合方法，包括步骤：获取球形幕体的网格模型、确定投影区域、获得边缘融合图像、获得标准融合和输出标准融合图像。该图像融合方法中借助了球形幕体的网格模型来确定投影仪的投影区域，因此可根据投影仪的实际投影位置确定网格模型上所对应的投影区域，只需要所有投影仪的总体投影区域覆盖球形幕体即可，使得各个投影仪具有投影位置的可调性。在获得边缘融合图像的过程中，采用极坐标几何校正处理来对各个投影仪的投影区域进行边缘融合，使得不同位置和不同大小的投影区域图像达到精确拼接的效果。在获得标准融合图像的过程中，采用色彩统一处理对各投影仪所对应的边缘融合图像进行色彩标定，从而消除各边缘融合图像之间的色彩差异；采用漏光补偿处理对各边缘融合图像进行融合带消隐，从而保证融合带和非融合带的亮度统一性。通过本方法所提供的步骤可使得球形幕体上的总体投影图像具有画面完整、色彩统一、亮度适中的显示效果，能够为观众带来舒适和极致的观影体验。依据上述实施例的图像融合装置，能够很好地实现上述的图像融合方法，只需与各个投影仪进行通信连接即可控制各投影仪的投影效果，此外，该图像融合装置为常用PC即可，具有携带方便的优点。依据上述实施例的一种球幕系统，由于该球幕系统采用了上述的图像融合装置，使得球幕系统具备投影仪装设简单、投影效果好的优点，一方面降低了用户对设备的调试难度，另一方面提高了投影图像的视觉效果。
附图说明
图1为球幕系统的结构示意图；
图2为图像融合装置的结构示意图；
图3为图像融合方法的流程示意图；
图4为网格模型的结构示意图；
图5为边缘融合图像的效果示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
实施例一、一种球幕系统，如图1所示。
在本实施例中，该球幕系统包括球形幕体101、幕体支撑架102、投影仪103、图像融合装置104、音响105、座椅106。球形幕体101呈半球形或者球冠形，内部具有用于投影的球形幕布，该球形幕体101的直径可根据实际应用场所而定，这里不做限制。幕体支撑架102用于承载球形幕体101，使得球形幕体101下方形成有可供人进出的腔室。投影仪103具有六个(其中两个在图中未进行标记)，这些投影仪均匀分布在球形幕体101的环形边缘上，用于在球形幕体的球形幕布上形成立体投影画面。图像融合装置104通过多个图像输出接口与各个投影仪进行一一对应地通信连接，用于向投影仪输出标准融合图像。音响105位于球形幕体101的下方腔室内，用于播放与投影画面相对应的声音。座椅106位于球形幕体101的下方腔室内，供人入座以便于欣赏球形幕体上投影的图像。
该球幕系统可通过投影仪103放映影片，在球形幕体101的幕布上形成立体的投影画面，这种影像的放映方式利于座椅106上的观影人员产生身临其境的观影体验，增强影片的视觉效果。
在另一个实施例中，投影仪的具体使用数量根据用户的实际需要而确定，这里不再进行限制。
实施例二、一种用于球幕系统的图像融合装置，如图2所示。
在本实施例中，该图像融合装置104包括网格获取模块201、投影区域设定模块202、边缘融合图像获取模块203、标准融合图像获取模块204和图像输出模块205。
网格获取模块201用于获取球形幕体的网格模型，网格模型的结构可见图4，网格模型由环列矩阵和极点矩阵组成(环列矩阵包括一个个环列矩阵单元，这些环列矩阵单元按照球形幕体101的球形曲面进行环状分布并形成除球冠区域以外的圆环形区域；极点矩阵包括一个个极点矩阵单元，这些极点矩阵单元在球形幕体101的球形曲面上围绕极点位置进行环状分布并形成球冠区域)。该环列矩阵用于形成环形投影区域401，本实施例中共有五个环形投影区域401，这些环形投影区域对应于球形幕体101的圆环形区域，各环形投影区域用于标识投影仪的投影区域，正常情况下，每个环形投影区域由一个投影仪进行投影，但是在使用广角投影仪时相邻的两个或者多个环形投影区域可以由一个投影仪进行投影。该极点矩阵用于形成极点投影区域402，极点投影区域402对应球形幕体101的球冠区域，该极点投影区域402由一个投影仪进行单独投影。
投影区域设定模块202从网格获取模块201得到网格模型，并借助该网格模型确定投影机103所对应的环形投影区域和极点投影区域。本实施例中，共计六个投影仪，五个投影仪分别对应环形投影区域401，一个投影仪对应极点投影区域402。
边缘融合图像获取模块203从投影区域设定模块202中获得环形投影区域401和极点投影区域402，并对这些投影区域进行极坐标几何校正处理，获得边缘融合图像501，见图5。本实施例中，边缘融合图像501共计为6个部分，各个部分分别对应环形投影区域401和极点投影区域402，而且，各边缘融合图像由各个投影仪103分别进行投影显示。对投影区域的极坐标几何处理将在下文进行详细说明。
标准融合图像获取模块204从边缘融合图像获取模块203中获得边缘融合图像，对环形投影区域401和极点投影区域402对应的边缘融合图像进行色彩统一处理和漏光补偿处理，获得标准融合图像。本实施例中，所得到的标准融合图像有六个，与各个边缘融合图像一一对应。色彩统一处理和漏光补偿处理的过程将在下文进行详细说明。
图像输出模块205通过图像融合装置104的各个图像输出接口将各个标准融合图像同步输出至对应的投影仪103，投影仪103在相应的投影区域投影标准融合图像。这些标准融合图像通过对应的投影仪103进行投影之后能够形成一幅完整的立体标准融合图像(即球形幕体101的整个幕布上所投影形成的立体画面)，由于各标准融合图像之间具有边缘融合特性、色彩统一特性和亮度统一特性，从而使得立体标准融合图像具有协调一致的显示效果，避免了画面分裂、颜色失真、亮度不一的现象，使得观众易于获得较佳的观影体验。
在本实施例中，图像融合装置104还包括多个图像输出接口，这些图像输出接口与各个投影仪103一一对应地通信连接，用于同步传输图像信号。
在另一个实施例中，球形幕体101的直径较小，因此，使用单个或者多个投影仪即可覆盖球冠区域，此时，在建立球形幕体101的网格模型过程中，可只建立网格模型的环列矩阵以形成环形投影区域，而不建立网格模型的极点矩阵以忽略极点投影区域。
实施例三、一种用于球幕系统的图像融合方法，如图3所示。
S301，获取球形幕体的网格模型。
见图1和图2，用户在图像融合装置104上输出球形幕体101的相关参数(如直径、倾角、投影仪数量等)，网格获取模块201读取已输入的参数生成球形幕体101的网格模型，该网格模型见图4，该网格模型的具体说明见实施例二。
S302，确定各个投影仪的投影区域。
投影区域设定模块202根据步骤S301中得到的网格模型确定投影仪103所对应的环形投影区域401和极点投影区域402，见图4。利用投影仪103对球形幕体101进行投影，保证投影仪103的总体投影区域覆盖球形幕体101，在每两个投影仪的重叠投影区域内确定各个环形投影区域之间的边缘矩阵单元，以及环形投影区域和极点投影区域之间的边缘矩阵单元，由于这些边缘矩阵单元是两个投影区域的共有边界，所以可将边缘矩阵单元围成的区域分别限定为环形投影区域401和极点投影区域402，这些投影区域的大小与投影仪103的安装位置有很大关系，当一投影仪的安装位置正对球形幕布101的环形区域时，为该投影仪设定的环形投影区域就较大，当一投影仪的安装位置正对球形幕布101的极点位置时，为该投影仪设定的极点投影区域就较大。
S303，获得边缘融合图像。
边缘融合图像获取模块203从步骤S302中获得环形投影区域401和极点投影区域402的物理位置，由于各投影仪之间存在分辨率的差异性，使得各个投影区域的边缘像素点存在移位的现象，因此，还需要对环形投影区域401和极点投影区域402内的各个像素点进行位置上的几何校正，从而使得各投影区域所对应的投影图像具有边缘融合特性。采用极坐标几何校正处理包括以下步骤：
1)在球形幕体101的极点位置此处建立极坐标系；
2)在极坐标系中确定环形投影区域401和极点投影区域402中每个像素点的坐标；
3)根据所有像素点坐标对网格模型中的各个矩阵单元进行几何位置校正(即矩阵单元的几何变换或者移位操作，每个矩阵单元代表一个或者多个像素点)，使得环形投影区域401内的投影图像和极点投影区域402内的投影图像形成边缘融合；
4)获得各投影图像所对应的边缘融合图像。
在本实施例中，经过极坐标几何校正处理之后得到的边缘融合图像可以完好的布满曲面幕布的预设投影区域(即环形投影区域401和极点投影区域402)，并且，预设投影区域的边缘像素可以完好地拼接在一起。
S304，获得标准融合图像。
标准融合图像获取模块204对步骤S303中的边缘融合图像进行色彩统一处理和漏光补偿处理之后获得标准融合图像。
色彩统一处理包括：读取各投影仪103的色彩基准值；设置各投影仪的四种色彩基准值(包括红、绿、蓝、灰)为同一色阶标准(通常每种基准颜色具有256阶的可调值)。色彩统一处理有利于使得各个投影仪的色彩亮度保持相同的映射效果，给观众形成一种浑然一体的视觉效果。
漏光补偿处理包括：在网格模型的标记两个投影仪或者两个以上投影仪的交叉照亮区域(该交叉照亮区域可被称为融合带，往往由投影仪的黑电平作用形成，具有非融合带的两倍以上的亮度)；按照网格模型中的非标记位置对融合带以外投影区域进行亮度增强，使得非融合带的亮度与融合带的亮度保持一致。在进行漏光补偿处理过程中，随着投影画面逐渐增亮，补偿效果会相应地减弱，这样就不会影响明亮画面的对比度。这种漏光补偿处理有利于统一边缘融合图像的亮度，使得投影所形成的立体标准融合图像具有统一的亮度指标，能够该观众形成柔和亮度的视觉舒适感。
S305，输出标准融合图像至投影仪。
图像输出模块205将步骤S304中得到的各个标准融合图像同步发送至对应的投影仪，从而进行图像投影，具体过程可参考实施例二，这里不再进行详细说明。
除上述三个是实施例以外，还提供了一种用于球幕系统的图像融合装置，该图像融合装置包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于通过执行所述存储器存储的程序以实现实施例三中所述的方法。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。