多通道投影融合带色彩自动平衡控制方法与流程

本发明属于虚拟现实多通道投影显示技术领域，具体涉及一种基于图像识别的使用简单、设备成本低、易获取、效果好的多通道投影融合带色彩自动平衡控制方法，适合对大画面、多色彩、高亮度、高分辨率等有特定需求的超大场所。

背景技术：
投影多通道融合是指把两台及两台以上投影仪的投影画面融合在一个屏幕上，达到整体更大画面的增强效果，可以应用于指挥监控中心、网管中心、视频会议、学术报告、技术讲座和多功能会议室等超大场所。投影画面融合是以数字图像为主要内容的数据融合技术，是把多个不同模式的图像传感器，获得的同一场景的多幅图像；或同一传感器在不同时刻获得的同一场景的多幅图像，合成为一幅图像的过程。对于高质量、高要求、高分辨率的图像图形信号实现投影画面的真正无缝拼接，形成多个1024*768分辨率的巨型无缝拼接画面，并能对图像进行几何校正、自动色彩校正、边缘融合处理，形成无缝连续、亮度和色彩均匀的整体画面；有利于对大幅图形图像（如1920*1080高分辨率的视频信号、宽幅2048*768高分辨率电子地图信号、巨型三维一体化视景信号）的显示；也有利于对显示投影机之间误差（如亮度、色度、色温、几何失真等）的弥补，将其之间的误差调整到一致，使整个显示大屏显示出一体化、无缝、无色彩差异的巨幅图像画面。在进行投影多通道融合过程中,相邻投影机的投影重叠部分被称为融合带。为使整个投影画面色彩一致,需要对融合带色彩进行调节，使其与非融合带区域色彩平衡。目前，在进行投影多通道融合调试的过程中,融合带色彩亮度的调节通常有手动调节和自动调节两种方式。手动调节主要是通过预定义融合曲线函数并调整参数的方式进行，调试过程简单但效果不易控制。自动调节一般使用相机或者专门的测试仪器进行色彩的获取和衡量，然后通过一定的算法进行色彩平衡控制，具有调试简单、效果好等优点，但是专门的测试仪器操作复杂而且成本昂贵。因此对于融合色彩平衡的调试迫切需要一种实施成本低、操作简便、效果较好的实施方案。

技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种通过自动识别融合带区域以及融合带区域内的亮度变化自动修正融合带色彩，使其色彩趋向一致的基于普通网络摄影头的多通道投影融合带色彩自动平衡控制方法，具有使用简单、设备成本低、易获取、效果好的优点。本发明实现上述目的采取的技术方案是这样实现的：一种多通道投影融合带色彩自动平衡控制方法，包括以下步骤：步骤1）、安置摄影头对准融合带区域并固定姿态保持稳定，连接摄影头到电脑；步骤2）、通过电脑进入实时校正流程控制：步骤a、设置融合带横向采样点个数N，设置融合带曲线采样点的初始值，使融合带明暗变化为线性变化；则第i个采样点的灰度初始值为：F（i）=1.0/N*i；步骤b、投射融合带校正特用图像，此图像包含融合带定位图片和白色图片背景与融合图的合成图像；合成算法为：P(x,y)=I(x,y)*R(x,y)+D(x,y)，其中P为投影出来的实际颜色，I表示投影的图片原始内容，R表示融合系数图片，D为融合带定位图片；步骤c、摄影头采集一帧投影图像图片,采集方法为使用开源的计算机视觉库opencv进行采集，识别融合带定位点区域坐标，识别定位融合带区域；融合带区域识别通过识别融合带四角的绿色方块的位置来确定；各个绿色方块的识别方法如下：第一步：使用opencv自动检测图片中的多边形轮廓，第二步：使用opencv将检测到的轮廓进行多边形拟合，第三步：判断所拟合多边形是否为四边形，如果不是则剔除。如果是则进行下一步判断,第四步：计算四边形中心点并获取中心点所在图像位置的像素颜色,如果颜色不为绿色则剔除,如果为绿色则作为融合带角点，第五步：对检测出来的多个四边形进行上下左右排序，分别找到融合带上左上、左下、右上、右下各四边形；步骤d、根据识别出来的融合带的四个角点，计算左上左下中分点P0和右上右下中分点P1，找出融合带横向中心线（P0，P1）；步骤e、对中心线进行N平分，计算各平分点的像素坐标Pi，从摄影头采集图片中获取每个平分点Pi的图片亮度值,并求取与中心线起始点亮度的差值Di,并采用二分法计算融合带控制点的修正值；步骤f、更新投影融合图像；步骤g、重复以上步骤b-f，直到所有控制点差值小于指定差值阀值，则融合带色彩调整结束。在步骤e中，采用二分法计算融合带控制点的修正值；则某控制点此次修正值为：其中Fip为上一次的修正值，T为融合带亮度差值设定的相似阀值，k为一个常量系数，abs函数为求取一个值的绝对值。所述的步骤f中采用多线段曲线拟合方法更新融合图，具体为：记录各采样点的本次修正值和插值，并将修正值与控制点实际值相加更新融合图，融合图更新算法如下：假设融合图某像素坐标为(x,y),融合带宽度范围为(Xmin,Xmax)，其中：t=(x-Xi)/(Xi+1-Xi)，Xi为与（x，y）相邻的较小一侧控制点的X坐标，Xi+1为与（x，y）相邻的较大一侧控制点的X坐标，Vi为Xi对应控制点的融合系数通过查表直接得出，Vi+1为Xi+1对应控制点的融合系数通过查表直接得出。本发明具有如下积极效果：本发明通过采用对融合带中的图像叠加一个融合系数来改变单个投影机在融合带区域的投影亮度，通过自动调节融合带区域中的融合系数来控制投影机在融合带投影区域中的投影亮度，达到平衡融合带区域亮度的目的。将融合系数通过函数的方式的模拟，通过线性拟合方式拟合出融合带范围内的融合系数曲线。由于融合系数的拟合曲线的自动调节过程是一个渐进的基于反馈的自动调节过程，调节效果的好坏取决于摄影头本身对光亮度的感应函数以及采样点的多少，因此，通过曲线拟合的方式，可以适当减少采样点的数量，提高自动采样的效率。在融合带自动色彩平衡过程中，对融合带从左到右建立若干采样点，通过摄影头来对采样点的亮度进行取样来建立融合系数的拟合曲线，并通过不断调整融合系数的拟合曲线来达到色彩平衡的自动修正。附图说明图1是边缘融合原理图。图2是本发明的融合带自动校正投射图。具体实施方式结合附图，通过实施例方式对本发明进一步详细说明。本实施例在windows操作系统上利用开源的计算机视觉库opencv(计算机视觉开发库)，通过获取摄影头捕捉投影图像，检测融合带定位点确定融合带范围并在融合带范围内平均取样投影亮度数值，通过二分修正法不断对融合图进行迭代修正，使融合带色彩与其他非融合带区域的色彩逐步趋向一致达到色彩平衡目的。本实施例所述的基于普通网络摄影头的融合带色彩自动平衡控制方法是假设在进行融合带色彩平衡处理之前，已经进行了曲面校正、投影机色彩校正等环节，也就是说相邻投影机的融合带区域已经完全严格对齐，各投影机具有相同或近似的色彩亮度响应曲线相同图像经过投影机投射出来的颜色基本一致。通道投影融合带色彩自动平衡控制方法，包括以下步骤：步骤1）、安置摄影头对准融合带区域并固定姿态保持稳定，连接摄影头到电脑；步骤2）、通过电脑进入实时校正流程控制：步骤a、设置融合带横向采样点个数N，设置融合带曲线采样点的初始值，使融合带明暗变化为线性变化；则第i个采样点的灰度初始值为：F（i）=1.0/N*i。步骤b、投射融合带校正特用图像，此图像包含融合带定位图片和白色图片背景与融合图的合成图像；合成算法为：P(x,y)=I(x,y)*R(x,y)+D(x,y)，其中P为投影出来的实际颜色，I表示投影的图片原始内容，R表示融合系数图片，D为融合带定位图片。步骤c、摄影头采集一帧投影图像图片,采集方法为使用开源的计算机视觉库opencv进行采集，识别融合带定位点区域坐标，识别定位融合带区域；融合带区域识别通过识别融合带四角的绿色方块的位置来确定；各个绿色方块的识别方法如下：第一步：使用opencv自动检测图片中的多边形轮廓，第二步：使用opencv将检测到的轮廓进行多边形拟合，第三步：判断所拟合多边形是否为四边形，如果不是则剔除。如果是则进行下一步判断,第四步：计算四边形中心点并获取中心点所在图像位置的像素颜色,如果颜色不为绿色则剔除,如果为绿色则作为融合带角点，第五步：对检测出来的多个四边形进行上下左右排序，分别找到融合带上左上、左下、右上、右下各四边形。步骤d、根据识别出来的融合带的四个角点，计算左上左下中分点P0和右上右下中分点P1，找出融合带横向中心线（P0，P1）。步骤e、对中心线进行N平分，计算各平分点的像素坐标Pi，从摄影头采集图片中获取每个平分点Pi的图片亮度值,并求取与中心线起始点亮度的差值Di,并采用二分法计算融合带控制点的修正值。采用二分法计算融合带控制点的修正值；则某控制点此次修正值为：其中Fip为上一次的修正值，T为融合带亮度差值设定的相似阀值，k为一个常量系数，abs函数为求取一个值的绝对值。步骤f、更新投影融合图像；所述步骤f中采用多线段曲线拟合方法更新融合图，具体为：记录各采样点的本次修正值和插值，并将修正值与控制点实际值相加更新融合图，融合图更新算法如下：假设融合图某像素坐标为(x,y),融合带宽度范围为(Xmin,Xmax)，其中：t=(x-Xi)/(Xi+1-Xi)，Xi为与（x，y）相邻的较小一侧控制点的X坐标，Xi+1为与（x，y）相邻的较大一侧控制点的X坐标，Vi为Xi对应控制点的融合系数通过查表直接得出，Vi+1为Xi+1对应控制点的融合系数通过查表直接得出。步骤g、重复以上步骤b-f，直到所有控制点差值小于指定差值阀值，则融合带色彩调整结束。本实施例所述的基于普通网络摄影头的融合带色彩自动平衡控制方法是假设在进行融合带色彩平衡处理之前，已经进行了曲面校正、投影机色彩校正等环节，也就是说相邻投影机的融合带区域已经完全严格对齐，各投影机具有相同或近似的色彩亮度相应曲线相同图像经过投影机投射出来的颜色基本一致。通过摄影头动态捕捉融合带中对应拟合曲线中的采样点亮度来确定拟合曲线中对应采样点值的偏差，根据偏差的大小和正负进行动态调节，并根据调节后的结果再进一步修正直到融合带内色彩亮度与其他费融合带区域内的亮度相近或一致。所述的动态调节方法主要采用渐进的二分法。即：对每个投影机投射相同的色卡图片并对融合带区域的投射图像使用摄影头采样。当某采样点与非融合区域的图像色彩亮度偏差为正时，按照一定的系数乘以偏差值来修正拟合曲线中对应采样点的值，将修正后的结果重新投影出来并使用摄影头再次采样，如果偏差依然为正，则继续以一定系数和偏差的值进行拟合曲线的采样点值修正。如果为偏差为负则说明修正过多，此时则对拟合曲线的此采样点反向修正，其值为原来修正值的一半。通过这样的反馈-修正-再反馈-再修正的方式，达到自动调节的目的。本发明利用opencv开发库和普通网络摄影头，通过自动识别融合带区域以及融合带区域内的亮度变化自动修正融合带色彩，使其色彩趋向一致的多通道投影融合带色彩自动平衡控制方法。对融合带内的融合系数进行曲线拟合实现对融合系数的参数化调节；建立融合带区域内的线性采样点并通过摄影头取样亮度；根据采样点位置和取样亮度自动建立融合系数的拟合曲线；通过摄影头的动态捕捉融合带区域的亮度并采样采样点亮度获取融合系数的拟合反馈并逐步调整，完成反馈-调整的自动化处理。所述摄影头动态捕捉融合带中对应拟合曲线中的采样点亮度来确定拟合曲线中对应采样点值的偏差，根据偏差的大小和正负进行动态调节，并根据调节后的结果再进一步修正直到融合带内色彩亮度与其他费融合带区域内的亮度相近或一致。所述的动态调节方法主要采用渐进的二分法，即：对每个投影机投射相同的色卡图片并对融合带区域的投射图像使用摄影头采样，当某采样点与非融合区域的图像色彩亮度偏差为正时，按照一定的系数乘以偏差值来修正拟合曲线中对应采样点的值，将修正后的结果重新投影出来并使用摄影头再次采样，如果偏差依然为正，则继续以一定系数和偏差的值进行拟合曲线的采样点值修正，当偏差为负时则对拟合曲线的次采样点反向修正，其值为原来修正值的一半。通过曲线拟合的方式，可以适当减少采样点的数量，提高自动采样的效率。融合系数的拟合曲线的自动调节过程是一个渐进的基于反馈的自动调节过程，调节效果的好坏取决于摄影头本身对光亮度的感应函数以及采样点的多少。在多通道投影融合系统中,融合带色彩平衡的手动调节是一个很繁琐的过程。本发明提出一种基于摄影头和图像处理的方法实现融合带的自动色彩平衡校正控制方法，实现了融合带的自动调节过程：1、通过对融合带内的融合系数进行曲线拟合实现对融合带色彩亮度的调节实现参数化控制。2、通过摄影头对融合带内的投影图像进行捕捉和多点采样，调整融合带的融合系数的曲线拟合参数来实现自动反馈和调节过程。