多投影显示系统图像对准算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多媒体投影领域，特别是涉及一种多投影显示系统图像对准算 法。
【背景技术】
[0002] 随着虚拟现实技术在商业、娱乐和科学研究等领域影响的日益广泛，市场对超大 屏幕高分辨率显示需求不断提升，多投影显示技术受到越来越多的关注，涌现出了很多优 秀的系统，几何校正、颜色校正和亮度边缘融合是多投影显示系统的几个关键技术，而投 影机帧缓存中像素与校正用相机拍摄图像像素间映射关系的建立是前提和基础。大多数投 影机都是针对平面投影而设计，在其焦距位置上有一焦平面，当每个像素都聚焦到这个平 面对应的像素点上时，就显示出了正确的图像。
[0003] 如果显示墙是一曲面，则该曲面的某些部分并不在投影机焦平面上，这些部位的 投影像素就会发生偏移，而这种偏移就导致了图像扭曲的产生，也会导致投影图像的大小 发生变化。为了在曲面显示墙上得到正确的图像，就需要对投影机的输出画面进行预变形， 用来抵消系统中由于投影机摆放位置的随意性和屏幕的不规则性带来的几何错位，变形后 的图像再经过一个投影变换投射到显示墙上时就得到了正确的图像，上述过程就是几何校 正。几何校正最关键的环节是建立计算机帧缓存图像与投影机投影在显示墙上的图像之 间的几何位置精确对应关系，Surati等使用特征线图案来建立投影机空间到显示墙空间 的映射关系，但在投影机亮度较低时，会严重影响校正精度；Ramesh等提出了一个基于二 次变换的对准算法，预先标定相机和投影机，并估计二次曲面参数；Chen等通过建立与维 护一个Homography树来拼接从不同位置拍摄的低分辨率图像，间接地求取每个投影子区 域与显示墙的位置关系；Bhasker等针对镜头畸变问题给出了基于有理Bezier曲面网格的 修正方法，但仅限于平面显示墙；Harville等利用三角网格和纹理映射来建立投影图像与 相机图像间的对应关系；Philippe等针对显示墙解析式和投影机内参数未知的情况，采取 密集采样和分片插值的方式计算投影图像的映射关系；王修晖等用特征条代替特征线计算 映射关系，提高了检测精度，但目前也仅适用于平面系统；彭俊毅等通过二次校准方法细化 求解一致性矩阵来实现自动拼接；王邦平等提出使用矩形和圆点组成的特征图案来计算映 射关系，算法涉及到图像分割、特征识别与提取、插值加密等过程，实现流程很复杂；张军等 用细分曲面技术去加密初始粗糙网格，精度比较高，但耗时较长；_利等使用图像匹配技术 构建不规则三角网，将图像分解在各三角形区域内实现高精度图像对准；黄淼等通过对比 样本图像与标准图像来计算数码相机的校正参数，可以获取投影机的特征点和有效显示区 域；陈显峰提出了一种新的基于对位标志几何特征的图像对准算法，先在二值化前后进行 两次滤波，再使用形态学边缘检测算法来提取图像的边缘轮廓，有效地提高了图像的对准 速度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种多投影显示系统图像对准算法。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的： 一种多投影显示系统图像对准算法，包括以下步骤： 一、 首先向待测物体表面投影结构光，得到被物体表面高度起伏调制后的变形条纹标 准正弦条纹和变形条纹，正弦条纹和变形条纹分别表示为式（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)为背景光强；b(x，y)为条纹的调制度； h(x，y)是待测物体的面形分布； P是条纹周期； 入为等效波长； 变形条纹中隐含了物面的高度信息，面形不同生成的变形条纹也不一样，经过相位展 开后，利用相位-高度转换关系就可以得到物面的高度信息，进行相位展开的目的是为了 把由于反三角运算引起的截断相位恢复成原有的真实相位，常用的相位展开算法有时间相 位展开算法、最小二乘法和调制度排序法等； 二、 采用发散照明光路的相位-高度映射关系，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) 将式⑷变形，得：
式（4)和（5)中：P1、P2为投影系统的人瞳和出瞳；II、12为成像系统的人瞳和出瞳；L0、d为系统结构参数，可以计算得到调制相位与]^之间的映射，即与物体高度h 的映射关系。
[0006] 具体地，向待测物体表面投影结构光为正弦条纹。
[0007] 本发明的有益效果是： 本发明为一种多投影显示系统图像对准算法，利用光线传输过程中相位不变的原理建 立投影机帧缓存图像与相机拍摄图像间像素级的一一对应关系，达到图像对准的目的，该 方法无需事先知道显示墙的解析表达式，简化了已有算法需要大量采样点或者细分加密的 过程，能够直接得到像素间的映射关系，提高了图像对准的精度，并且可以应用于任意光滑 表面的显示墙上。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明中经物体表面调制生成变形条纹示意图； 图2是本发明中采用发散光路照明的测量结构图； 图3是本发明中帧缓存图像与相机图像映射关系示意图。
【具体实施方式】
[0009] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明： 本发明为一种多投影显示系统图像对准算法，其特征在于，包括以下步骤： 一、 首先向待测物体表面投影结构光（通常用正弦条纹），得到被物体表面高度起伏调 制后的变形条纹标准正弦条纹和变形条纹，如图1所示，正弦条纹和变形条纹分别表示为 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)为背景光强；b(x，y)为条纹的调制度； h(x，y)是待测物体的面形分； P是条纹周期； 入为等效波长； 变形条纹中隐含了物面的高度信息，面形不同生成的变形条纹也不一样，经过相位展 开后，利用相位-高度转换关系就可