CN104737207A - 借由逆变换对视频投影进行自动校正的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于通过应用服务器借由逆变换对视频投影进行自动校正的方法，其在工程装置或视频屏幕单元处实行视频信号的传送，允许多维图像在无失真的情况下回放。

Description

借由逆变换对视频投影进行自动校正的方法

本发明属于艺术、设计和创作领域，并且可以用于展示、视频演示的技术提供以及建筑作品的布置。

从技术水平来说，生成视频信号至投影装置或者视频屏幕单元的专用设备是已知的，即服务器。

根据文件JP2009005044(A)-2009-01-08，最常见的模拟是日本三菱精密有限公司(MITSUBISHI PRECISION CO LTD.)所提出的方法，该方法描述了通过映射到曲面上开发几何误差的校正函数。该函数是在映射测试图像的误差逐点测量系统的基础上绘制而成的。立体摄影机用于误差分析。将所得的二阶函数反向并且应用于编译的视频图像，从而使该图像相对观测者而言变得是平坦的。

本发明的主要不同之处在于几何误差的测试与测量阶段的不可用性。在显式形式上，变换函数尚未开发出来。而是运用了在三维空间中映射的可视化，并且会借由从虚拟投影机到虚拟摄影机的简单变化来自动接收逆变换。这种方法能够例如通过类似物从任意表面(不仅仅从二阶表面)完成到高精度的变换。除此之外，所发明的装置不仅校正了几何误差，而且还实现了在阴影区域和远离观察者的区域处的亮度的逐个像素均衡化。

目前生产的成品产品是LIGHTCONVERSE SERVER–STUDIO和LIGHTCONVERSE SERVER–MAPPING。这些模型的不同之处在于相应具有6个和15个视频输出。它们能够对32个视频流进行三维校正，借由内部与外部管理以及面向映射装置以信号形式的传送来实现这些视频流的混合。

本发明的中心是解决从观察者的视角来看物体在三维空间中的格式、虚拟摄影机在投影机安装位置处的布置和从这些摄影机的视角来看物体的渲染问题。此外，本发明的中心是解决在复杂几何物体的不同表面处的复杂图像的创建和几何物体群组的若干图像在任意角度上的投影问题、用于投影一个复杂图像的若干投影机的结合问题、以及用于投影一个图像或者复杂图像的若干未限定屏幕截图的结合问题。

应用任务通过如下方式解决。将物体的近似三维模型放入服务器中并且放置好投影机。然后，对虚拟物体进行投影，并对脚本进行排序。该服务器从各个投影机的视角对信号进行实时渲染并且将这些信号提供给物理装置。因此，虚拟设计以绝对精度转移到了物质世界，无丢失。所创建的整个系统实时进行指示变换。

现在，视频屏幕单元和视频投影机广泛用于创建全景图像。它可以是电视演播室、剧院、博物馆展览、建筑突出等。与装饰的静态照明不同，全景视频图像能够创建另一空间的感觉并且解决许多生产任务。

这类项目的技术支持的主要复杂性在于无法将视频摄影机最佳地放置在相对观测者而言的相对反射表面或视频屏幕单元处。例如，将投影机放置为确保几何上平坦投影并不一定能成功。调整楔石的标准方法仅对二维物体有用。通过投影在例如球形面板上，使用了特殊的均衡透镜，该均衡透镜不能从整体上解决这个问题。因此，借由传统方法在复杂的集成几何物体处进行投影是不可能的。

对于全景图像的接收，运用了投影机的对接。在这种情况下，因为会扰乱映射板的接合，所以不可能随意放置投影机。

通常，在视频屏幕单元的情况下，“一个屏幕单元对应一个图像”的方法是有效的。实际上，如果随意放置屏幕单元(以不同的距离和不同的角度)，那么不可能接收到相对于观察者而言的整个全景图像。

借由对物体进行正确的三维建模和从观察者进行反向的虚拟映射来解决该问题。在这种情况下，所有可能的几何误差都自动得以补偿，所有的视频投影机和视频屏幕单元将以1个像素的精度自动工作并且发射观看者所等待的图像。

该方法不仅补偿了几何误差。通过这种方式，也可以补偿亮度，对映射的重叠区域进行调平或者相反地照亮所增加的侧反射区域。为此，充分考虑到物体的反射特性、反射方向和三维空间中观察者的位置，对各个光源使用了精确光度计算。

从而，借由所提供的方法实现了期望的技术效果，轻松地决绝了复杂几何物体的自阴影问题。通过从两个不同的透视收缩在一个相同地方处投影，有可能减少双重阴影成分，通过从三个透视收缩在一个相同地方处投影，有可能减少三重阴影成分，等等。例如，通过在具有柱子的建筑物前面投影图像，将会去除柱子的阴影。

该方法是在LIGHTCONVERSE 3D SHOW PLATFORM显示系统的基础上实现的。该基于计算机的系统能够创建物体的虚拟三维展示并且实时计算照明及其控制。

针对该问题的解决方案，各个虚拟照明灯具已经接收到同时用作摄影机和视频投影机的可能性。灯具的程序库已经通过摄影机和视频投影机的标准模型进行了增强。虚拟摄影机所生成的信号在计算机的物理视频输出发出并且进一步发送到真实投影机/屏幕单元。因此，真实物理仪器对该图像进行投影，其虚拟拷贝“看见”虚拟世界。

LIGHTCONVERSE针对虚拟物体的各种材料提供了核对静态图像和纹理的机会。对于覆在三维物体上的正确视频，分配有UV坐标图。该技术命名为UV映射(UV MAPPING)。借由该技术，操作者将图像放置在物体的表面，若必要。

为了方便创建UV地图，创建了从操作者的屏幕平面到多维物体的表面的UV坐标转移技术(地图视图)。当观看者看到虚拟物体时有必要将虚拟物体展开，并且该系统会自动将二维图像转移到三维空间并且固定(记录视图)。然后，可以对接收到的地图进行基础的二维变换(维度、移位、转动)，并且可以用静态或视频图片代替图像。这种技术使得轻松地通过在复杂三维物体表面投影或者通过视频屏幕单元进行复杂空间定位创建平面的感觉成为可能。

LIGHTCONVERSE系统的可视化的高质量和速度为在不牺牲分辨率(实际分辨率)的情况下管理虚拟信号提供了机会。精确同步化排除了两张截图混合的影响(撕裂)。此外，额外实行了自适应平滑以便补偿由视频屏幕单元的不同倾斜/旋转所引起的伪影(莫尔)。

附图1/1图示说明了自由形式的一个投影机和屏幕单元的示例。

规定执照为UNLIMITED的LIGHTCONVERSE 3D SHOWPLATFORM系统是视屏投影机/视频屏幕单元的信号源。

通常只支持三个视频输出。借由特殊设备并且将执照扩展到UNLIMITED STUDIO EDITION级别，有可能接收到15个视频输出(三个信号各自的峰分辨率一起构成3840*1024点)。于是，各个信号可能垂直分配到三个信号实现了例如对45个视频屏幕单元的控制。

通过若干种方式对LIGHTCONVERSE系统内的三维媒体内容进行复制。

1.复制提前准备的视频文件。对亮度、中断和回放进行外部控制是有可能的。同时加载的文件的最大数量为32。分辨率和编号是单独的。

2.从一个或多个视频输入接收来自媒体服务器(Hippotizer、Catalyst等)的二维视频信号。视频输入的最大数量为9。

3.与媒体服务器Hippotizer进行直接网络连接。服务器的最大数量为9，每个服务器具有两个信号。

应该注意，虽然LIGHTCONVERSE系统实现了媒体服务器的某些功能(方法1)，但是并不相同。如果存在若干个视频文件的同步复制以及它们之间的精确转移问题，那么优选使用通过方法2和3与LIGHTCONVERSE连接的外部媒体服务器。该系统在所描述的使用变型中的主要目的是实时进行三维多渲染和视频流分配，而不是为它们生成内容。

就虚拟摄影机生成的输出视频信号而言，标准照明灯具的所有附加功能都是可用的：亮度控制、颜色控制、晕彩调整、动态遮光黑布模板。借由这些附加功能，有可能对信号实行颜色校正并且赋予它们动画效果。

此外，各个虚拟装置均具有精确的投影板(Frame Shutter)调节，该调节允许单独调整相互干扰的范围。

LIGHTCONVERSE 3D SHOW PLATFORM装有可视化的复合包装(光、视频、烟火、场景技工等)，这就是针对前一代媒体内容可以使用该系统的原因。例如，我们需要接收动作空间在全景屏幕上的虚拟扩展。为此，有可能需要提前准备具有所需透视收缩的投影的相应视频渲染并将其用作视频纹理，或者，安装第二系统LIGHTCONVERSE并且从该系统实时获得视频渲染信号以使灯光主管借由真实的照明灯具对场景的虚拟扩展进行验证。

Claims (14)

1.一种视频投影的自动校正方法，其不同之处在于，其不具有几何误差的测试和测量阶段。

2.根据要点1所述的方法，其不同之处在于，将运用的是投影在多维空间内的可视化而不是变换函数。

3.根据要点1所述的方法，其不同之处在于，实现了对图像的特性逐个像素的校正。

4.根据要点1所述的方法，其不同之处在于，将物体的多维模型放入服务器中并且放置投影机，然后虚拟地形成所述物体，对脚本进行排序，并且所述服务器对信号进行实时渲染。

5.根据要点1所述的方法，其不同之处在于，实行所述物体的正确多维建模和来自观察者的逆向工程。

6.根据要点1所述的方法，其不同之处在于，有可能在某些反射区域处对所述图像的特性，例如亮度，进行校正。

7.根据要点6所述的方法，其不同之处在于，为了达到该效果，充分考虑到最大数量的影响因子，对光源使用精确的光度计算。

8.一种基于LIGHTCONVERSE 3D SHOW PLATFORM系统的系统，其不同之处在于，虚拟照明灯具有可能同时用作摄影机和视频投影机。

9.根据要点8所述的系统，其不同之处在于，程序库已经通过摄影机和视频投影机的标准模型进行了扩展。

10.根据要点8所述的系统，其不同之处在于，已经创建了从操作者的屏幕平面到多维物体表面的UV坐标转移技术。

11.根据要点8所述的系统，其不同之处在于，通过将各个信号垂直拆分为三个信号的机会，支持输出视频信号的可能性至少增加到15。

12.根据要点8所述的系统，其不同之处在于，对于虚拟摄影机，标准照明灯具的所有附加功能都是可用的。

13.根据要点8所述的系统，其不同之处在于，各个虚拟装置均具有精确规格的投影板。

14.根据要点8所述的系统，其不同之处在于，其有可能用于首代媒体内容。