本发明涉及3D显示技术领域，尤其是一种多投影3D光场图像自动校准方法。
背景技术：
在投影显示系统中，由于光学器件安装的位置偏差和性能不完全理想等多种原因，投影的图像往往会带有位置偏差和几何崎变。对于这些偏差和畸变，有时候可进行手动校准，但在多投影系统甚至是超多投影系统中，对投影仪依次进行手动校准不仅效率较低，而且校准精度也难以证。而三维显示系统的误差往往是由硬件误差、光学成像质量和投影仪间的拼接精度等多种影响因素的综合作用，如果在校准时只是单纯的考虑任意方面都是不够的，高效的多投影光场兰维显示系统图像校准方法应该同时考虑校准自动化、图像分辨率和三维显示效果等多个方面。目前，学术界对于多投影光场王维显示系统的校准缺乏足够的报道，研究一种普适于大部分多投影显示系统的图像自动校准方法具有很大的实用化值。
技术实现要素：
本发明提出的一种多投影3D光场图像自动校准方法，实现显示系统的自动校准。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种多投影3D光场图像自动校准方法，包括以下步骤：
步骤1，根据系统结构参数，生成待校准的点阵图像；
步骤2，在环形屏幕内侧粘贴事先打印好的标准点阵图纸，通过投影仪分别投影全白图片和待校准的点阵图像，位于屏幕中央的CCD相机分别获取相机空间的桥准点阵图(s-image)和待校准的投影仪投影点阵图(p-image)；
步骤3，计算出投影仪空间的待校准点阵图像(o-image)和相机空间的待校准的投影仪投影点阵图(p-image)之间的映射关系矩阵(M1)；
步骤4，利用投影仪空间和相机空间的映射关系矩阵(M1)，可以计算出投影仪空间内校准点阵图像对应的点阵图像(c-image)；
步骤5，可以计算得到投影仪空间内待校准点阵困像(o-image)和校准后的点阵图像(c-image)之间的映射关系矩阵(M2)。
本发明提供的多投影3D光场图像自动校准方法，其有益效果在于：利用光场重构原理，直接获取一系列空间图像映射关系，配合CCD拍摄获取，实现显示系统的自动校准功能，显示效果得到了很大的提升。该方法广泛适用于基于光场重构的王维显示系统，是一种提高三维显示效果的新方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为自动校准系统结构示意图；
图2为图像分区域校准和映射关系示意图；
图3为自动校准方法工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提出一种多投影3D光场图像自动校准方法，使用自组建的一种自动校准系统，其结构主义包括：PC材料环形屏幕1，贴在环形屏幕1内侧的标准点阵图纸2，环形排列的投影仪阵列3和位于环形屏幕1中的固定在精密旋转台上的CCD相机4，如图1所示。本方法以一台投影仪为例，来分析几何校准的具体过程：
步骤1，根据系统结构参数，生成待校准的点阵图像；
步骤2，在环形屏幕内侧粘贴事先打印好的标准点阵图纸，通过投影仪分别投影全白图片和待校准的点阵图像，位于屏幕中央的CCD相机分别获取相机空间的桥准点阵图(s-image)和待校准的投影仪投影点阵图(p-image)；
步骤3，计算出投影仪空间的待校准点阵图像(o-image)和相机空间的待校准的投影仪投影点阵图(p-image)之间的映射关系矩阵(M1)，如下所示，
p-image＝o-image*M1
步骤4，利用投影仪空间和相机空间的映射关系矩阵(M1)，可以计算出投影仪空间内校准点阵图像对应的点阵图像(c-image)，如下所示，
c-image＝s-image*M1-1
步骤5，可以计算得到投影仪空间内待校准点阵困像(o-image)和校准后的点阵图像(c-image)之间的映射关系矩阵(M2)，如下所示，
M2＝o-image-1*c-image
其中，上文所得到的映射矩阵M2可以适用任何通过多投影三维显示系统图像生成算法为三维场景所生成的源图像。通过该矩阵的变换作用，就可以计算得到多投影三维显示系统经过校准后的正确源图像。为了实现若干台(例如360台)投影仪的自动校准，针对该系统中投影仪降列环形排布的特点，校准过程中可引入了程控精密旋转台，在校准完一台投影仪之后，计算机会控制精密旋转台带动CCD相机旋转1°，重复以上校准过程，完成下一台投影仪的校准王作。通过不断重复以上校准过程，直到完成所有投影仪的校准，那么系统中的所有投影仪依照所张贴而定标准点阵图，有一个统一的校准标准，从而实现系统的校准。
在具体实现过程中，由于投影仪的投影区域面积较大，为了确保校准精度，校准时可对图像进行区域划分，那样校准后的结果就是映射矩阵M2数组，该数组中的每一个映射矩阵M2都对应图像的某一个特定区域，如图2所示。
在理论上，标准点阵图中的点取得越密，校准精度就越高，最为理想的情况就是能准确的计算出毎一个像素的映射关系，也就是说投影仪毎次投出一个像素点，拍摄得到其图像，进而计算映射。但是在具体操作过程中，这样依次对毎个像素校正将耗费大量时间，而且不利于动态显示过程中图像的高速处理，因此这并不是一个最优的解决方案。所以最终采用以下区域划分方案：竖直方向点间距：10cm；水平方向点间距：5/180*pi*150cm＝13.1cm。
在数学上，拍摄网格和投影仪内部网格之间可能存在满足整个网格的映射关系，但由于屏幕是弧形的，且摄像头拍摄时有一定仰角，所以这个映射是复杂的、非线性的，这不利于软件计算。所以需要采用近似法，网格将整个图像划分为多个区域，在毎个小区域内，认为映射具有线性关系，而不同的区域有着不同的映射关系。为了得到更加精确的实验结果，算法对矩形区域再进行分割，分成左上和右下两个三角形区域，对这个三角形区域分别计算仿射变换。仿射变换的功能是从一个二维坐标向另一个二维坐标进行线性映射，其变换过程可以用如下矩阵表示。
为了确定变换炬阵中的6个参数值，至少需要2组各3个不共线的点的坐标，上文所提出的三角形区域划分方法得到的三个顶点坐标满足此条件，所以可以求得目标仿射矩阵，该矩阵同样适用于相应三角形区域内部的像素点。
该校准方法具有一定的普适性，可以适用于现有的大部分多投影三维显示系统。整个校准过程可以用工作流程固进行归纳，如图3所示。
本方法利用光场重构原理，直接获取一系列空间图像映射关系，配合CCD拍摄获取，实现显示系统的自动校准功能，显示效果得到了很大的提升。该方法广泛适用于基于光场重构的王维显示系统，是一种提高三维显示效果的新方案。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。