CN102057211A - 高动态范围透视法图像投影 - Google Patents

Abstract

一种高动态范围透视法图像和视频投影系统和方法，其涉及2D或3D对象或对象集合的图像到对象上的投影，其方式为被投影的图像组成部分基本上位于对象的实际图像上。该投影增强或以其它方式改变对象的色调、对比度、明亮度、饱和度、辉度和/或其它可见特征。可以将视觉的或非视觉的特征投影到对象上或对象周围的区域上以增强或掩饰对象以及对象的周围环境。

Description

高动态范围透视法图像投影 

相关申请的交叉引用 

本PCT(专利合作条约)申请要求以下专利申请的优先权：2008年8月8日提交且题为“High Dynamic Range Scenographic Image Projection”的美国临时专利申请No.61/188,400；和2008年12月16日提交的美国非临时专利申请No.12/316,776，这些专利申请的公开通过引用整体地结合到本文中。 

技术领域

本发明的各个方面总体上涉及图像和视频投影，且更特别地涉及高动态范围透视法图像投影。 

背景技术

无论是否在游乐园、电影院产品、剧院产品等中使用，被广泛使用的传统的透视法投影技术使用追溯到几十年前(如果不超过100年前的话)的照明技术和工艺。本质上，照明技术涉及被投射到布景的目标部分的光，无论是彩色的还是白色的、是静止的还是活动的。游乐园及其它背景还可以集成视频或电影放映机以在布景的某特定表面、电影屏幕或其它表面上提供电影或其它影片。此类技术在提供鲜明的背景的同时在许多方面受到限制。例如，照明受到给定投影仪中的(一个或多个)灯泡的色彩的限制。光虽然可以是可活动的，但它们冲刷区域，其中光仅以来自灯泡的色彩而被投射。本发明的各种方面解决当前技术的这些以及许多其它缺点。 

附图说明

本专利或申请文件包含以彩色制作的至少一个绘图。具有该彩色绘图的本专利或专利申请公开的副本将在被请求并支付必要的费用时由办事处提供。 

图1B示出具有投影在大徽章上的大徽章的图像的图1A的彩色大徽章； 

图2示出图1A的大徽章的分裂图像，该图像的左半部分是如在图1A中的彩色大徽章，其具有被投影在彩色大徽章上的大徽章的彩色图像并且与图1A相比较显示出增强的色彩特性，该图像的右半部分是灰阶大徽章，其具有被投影在灰阶图像上的大徽章的彩色图像并显示出增强的色彩饱和度和对比度以及其它色彩特性； 

图3是示出用于高动态范围透视法投影的一种可能方法的流程图； 

图4是高动态范围透视法投影系统的一个示例的系统图； 

图5是采用具有八个投影仪(P1～P8)的透视法投影系统的一个特定示例的二维和三维对象的布景的数字照片； 

图6A～6H示出图5的布景的各部分的照明，每个图像示出一个特定投影仪的照明区域； 

图6I示出照明区域，包括每个投影仪的照明在图5的布景上的重叠区域； 

图7示出从投影仪的取向看到的图6F的第六投影仪的照明区域； 

图8示出来自与第六投影仪共轴地对准的数字照相机的图像，并且还示出第六投影仪的视场的拐角标记； 

图9示出在第六投影仪的视场的拐角标记处被裁剪的图8的原始图像； 

图10示出通过校正倾斜和旋转而使裁剪后的图像与投影仪的视场对准的图像校正； 

图11是图9的缩放图像，所述缩放在裁剪、旋转和倾斜之后执行，以便图像的分辨率与投影仪的分辨率匹配； 

图12是图5的场景的照片，其中图6A～GH的八个投影仪在布景上投射反转的图案图像，从而使该布景看起来主要是具有某些哑色的黑色和白色； 

图13A和13B示出借助于在该布景上投射渐进的蓝色的图5的布景的渐进浸没效应； 

图14示出图5的前景树的数字图像； 

图15示出供图14的基础树图像使用的照明层； 

图16示出供图14的基础树图像使用的图案图像层，该图案图像用以实现夜晚时间的黑暗和暴风雨蓝的再现(rendition)； 

图17示出供图16的图案图像使用的照明层，该照明层意图提供照 明序列的视觉效果； 

图18示出投影仪的照明区域的图像到如图6H所示的场景上的投影； 

图19示出可适用于用于图18和图6H的布景的图像的软边缘混合掩模； 

图20是图表，该图表比较与用重新投影在蓝色样本上的蓝色样本的图像测量的蓝色Macbeth图表样本的光子量测量结果相比的在白光下测量的蓝色Macbeth图表样本的来自光度计的光子量测量结果； 

图21是图表，该图表比较与用重新投影在绿色样本上的绿色样本的图像测量的绿色Macbeth图表样本的光子量测量结果相比的在白光下测量的绿色Macbeth图表样本的来自光度计的光子量测量结果； 

图22是图表，该图表比较与用重新投影在红色样本上的红色样本的图像测量的红色Macbeth图表样本的光子量测量结果相比的在白光下测量的红色Macbeth图表样本的来自光度计的光子量测量结果； 

图23是图表，该图表比较与用重新投影在红色样本上的红色样本的图像测量的白色Macbeth图表样本的光子量测量结果相比的在白光下测量的白色Macbeth图表样本的来自光度计的光子量测量结果； 

图24是用来生成图20～24的图表的Macbeth色彩图表； 

图25是可以用于本公开的各种实施方式的棋盘格稀松平纹织物的示例；以及 

图26是示出被配置为同时从前投影仪和投射图像或视频的前/后投影屏幕的框图。 

发明内容

本公开的一个方面涉及包括对象的投影系统，所述对象的表面具有光学图案。投影仪被配置为朝着所述表面发射图案化光，其中，所发射的光的图案与表面的光学图案对准，以便影响从表面反射的光的至少一个属性。 

本公开的另一方面涉及一种投影方法，该方法包括：获得对象的图像，该对象的表面具有光学图案。所述方法还涉及：朝着所述表面投射图案化光，其中，所述图案化光与表面的光学图案对准，以便影响从表面反射的光的至少一个属性。 

本公开的另一方面包括一种投影方法，该方法包括：从特定的有利位置捕捉对象的图像并从所捕捉的图像获得可投影图像。该方法还涉及从特定的有利位置处的投影仪将所述可投影图像投影到对象上并使其与对象对准。 

本公开的另一方面涉及一种投影系统，该系统包括限定第一投影表面和相对的第二投影表面的组合后投影和前投影屏幕。第一投影仪被定位为在第一投影表面上投影图像。第二投影仪被定位并配置为与第一图像的投影同时地在第二投影表面上投影图像的镜像，使得镜像投影与该图像对准。 

具体实施方式

本公开的各方面涉及高动态范围透视法图像和视频投影系统、方法和装置。本公开的一个特定方面涉及对象的图像到对象上的投影，其方式为被投影图像的组成部分基本上被定位在实际的对象上。该对象可以是二维的或三维的。该投影通过增强或以其他方式改变对象的色调、对比度、明亮度、饱和度、辉度、色度、彩度和/或其它可见特征来探查高动态效果。因此，通过本文所阐述的技术的部署，可以改变对象的视觉的以及不可见的(例如，红外线的等)特征。该投影还可以包括除了对象的图像之外的其他图像投影，以使得可以将视觉的和非视觉的特征添加到对象以及对象集合。 

图1A示出具有三个人物(12、14、16)、天空18、两艘船(20、33)和某些其它特征的彩色大徽章10。图1B示出具有投影在大徽章上的大徽章图像的图1A的彩色大徽章10。如可以看到的，与图1A相比，在图1B中至少对比度、饱和度和色调被改变了。饱和度是指代色彩中的灰色、白色、黑色或色调补充的量的术语。图1B的大徽章的色彩看起来具有较少的灰色或其它不饱和色彩，并且因此，以与大徽章对准的方式投影大徽章的图像会增大饱和度。色调含义与饱和度类似术语，其反映色彩的纯度，其中，色调指的是没有着色或浓淡的纯色。图1B的大徽章的色彩更加灿烂，并因此与比图1A的那些相比看起来具有较少的着色或浓淡。此外，图1B的对比度相对于图1A而言被增强。随着动态范围的增大，用于任何像素的可能色调明亮度饱和值的范围也增大。因此，任何邻近色彩之间的差异可能更大。利用本文所讨论的技术，介 质中的黑色在被投影到较暗的对象上时变得更黑。出于同样的原因，白色可以变得更白，红色可以变得更红，等等。因此，通过在对象上投影对象的彩色图像以使得对象特征对准，饱和度和色调被提高，并且对比度被增强。在这种情况下，以及在本文所讨论的其它实施方式中，对象的图像在该对象上的重新投影与对象相长地(constructively)相互作用，从而以对单独的从表面反射的光或投射在表面上的光来说不可能的方式改变反射光(即，其使场景看起来具有这样的质量：该质量在单独的从表面反射的光或投射在表面上的光的情况下是不可能的)。 

大徽章10被涂画成不透明的舞台涂漆风格。然而，在各种可能的实施方式中，可以使用诸如透明水彩、油画颜料、铅笔等的任何可能的涂漆或着色风格和不同的色彩(包括灰阶)。当然，也可以对根据数字图像而打印的对象、用彩色基材制造的对象和对象的数字图像呈现在某种形式的显示器(例如，液晶显示器、等离子体等)上的对象使用本文所述的系统和方法。 

然后，在户外日光下以数字方式对大徽章进行拍照，但是可以在无论是人造还是自然的不同照明条件下拍摄(一个或多个)对象的图像，具有由于照明而引起的附带图像效果。然后，以使图像的失真最小化并使大徽章的图像与大徽章的相应特征对准的方式在实际大徽章上投影大徽章的图像。因此，例如，诸如人物的眼睛、手、鞋等的前景人物14的图像特征在图1B中与实际的眼睛、手、鞋等对准。 

在任何特定实施方式中，无论是二维还是三维的对象将包括具有某种形式的光学图案的表面。该光学图案可以来自某种形式的染色，诸如油漆、油墨等等，该光学图案可以集成在对象中，和/或从对象突出，如上文所讨论的。投影仪被布置为朝着对象的表面投射图案化光，以使得投射的图案化光与表面上的光学图案对准。该图案化光的投射影响从表面反射的光的至少一个属性。在一个特定示例中，具有高动态效果不需要对准是精确的。例如，利用1024×768的投影仪分辨率，4～5个或更少像素的不对准不容易被察觉(除非观看者非常靠近且像素尺寸较大)，并适合于实现高动态效果。不对准的视觉感将根据观看者与场景的距离、像素尺寸及其它因素而变，其中在5～8个像素范围内的不对准一般是可接受的，虽然对某些观看者来说稍微可感觉到。 

可能存在其中不对准跨越投影仪视场而改变的情况。例如，视场的 中心区域中的不对准可能是小的，在0～8像素范围内，而视场的外侧区域中的不对准可能是大的，在8～15或更大的像素范围内。在这种情况下，中心区域中的不对准将不容易被观看者注意到，而外侧区域中的不对准可能导致模糊效应，从而降低或消除高动态效果。虽然此类改变不是最佳的，但是在考虑到某些投影仪、成像设备中的固有极限、及来自下文所讨论的任何步骤的其它不精确性的情况下，其可能是最佳可实现结果。因此，当投影图像的某部分在0～8像素范围内与对象对准时，可以将图像视为基本上与投影仪视场对准。可以用图像质量来平衡投影仪焦点以减轻由于具有可见的不对准而引起的模糊的视觉效应。 

还可以将有色对象或灰阶的图像投影到相同的对象上，但该对象具有与有色对象不同的色彩特征。例如，图2是大徽章10的分裂图像，彩色图像被投影在灰色底漆大徽章24(右半部分)上，与被投影在有色大徽章10(左半部分)上的彩色图像形成对比。利用此类相对中性的色彩，诸如与一定范围的色彩相比的灰色，可以实现各种视觉效果。此外，还可以以数字方式对灰阶对象进行成像，并对该对象的图像进行色彩增强以便将色彩增强后的图像投影到对象上。例如，可以用蓝色色调对图像进行着色以提供“冰冷的”视觉效果，并且可以用黄色色调对图像进行着色以提供较暖的视觉效果。当相应的图像被投影在有色对象、灰阶或其它对象上时，视觉效果被实现。另外，可以用其它特征对图像进行着色以增强或强调特征，并且相对于视频投影，图像可以移动以提供不同的效果。例如，可以通过对眼睛的图像进行投影并改变视频投影以使得眼睛活动来使前景人物活动，从而在一定程度上将大徽章图形制成动画。将对象的灰阶图像投影在对象上可以具有与投影对象的彩色图像不同的(可能是相反的)图像变更效果。例如，灰阶图像的投影可以降低饱和度和色调。 

对象的着色、用来产生对象的着色及其它特征的颜料将以不同的方式反映图像投影，使可见光谱的不同部分衰减等等。因此，任何实施方式将根据对象的着色、拍摄对象的图像时的照明条件以及图像被投影在对象上时的环境照明条件而受到影响。另外，用于图像的光源将在图像被投影到其上面时改变对象的外观。例如，在不同光源下以数字方式对大徽章10进行拍照通过使色彩移位以照顾投影仪光源的光谱容量和摄影光源的光谱容量而影响被重新投影的图像。 

图3是示出高动态范围透视法投影的一种可能方法的流程图。可以通过各种可能的系统实施方式来实施图3的方法，所述系统实施方式包括图4中示出的高动态范围透视法投影系统。根据所采用的系统，可以采用或可以不采用图3的各种操作来实现高动态范围效果。 

图4的系统包括视频媒体服务器26或其它计算系统，其能够诸如利用与服务器耦合的某种形式的存储器28存储并递送图像，无论是视频图像还是静止图像。视频媒体服务器与一个或多个图像投影仪30(投影仪(0)～投影仪(n))相耦合，所述一个或多个图像投影仪30被布置为在投影仪的视场中的对象32或场景上投射图案化光或视频图像。该图像投影仪可以是各种可能的类型，包括但不限于松下7700系列、7000lumen、3芯片DLP。可以使用的类型的较小投影仪包括松下5600系列5000lumen、单片DLP。 

投影仪的视场是投影仪利用所投影的图案化图像照射的场景或图像的区域。可以用无论是光学还是数字的变焦技术以及其它投影技术来改变视场。此外，投影仪可以具有指定分辨率。例如，投影仪可以具有1024(像素宽度)x768(像素高度)的分辨率；然而，可以使用其它对比度和分辨率比。投影仪具有未示出的投影仪透镜。为了获得场景/对象图像以供投影在场景上，可以是数字或其它形式的图像采集器34的照相机与投影仪共轴地对准以获得具有投影仪的类似视场的场景图像。可以将本文所讨论的技术应用于场景的一部分以将该技术用于传统方法并将其与传统方法融合。 

参照图4的系统，现在描述图3的方法。除参考图4的系统之外，还参考其它各图来讨论图3的方法。图5是采用诸如图4示出的透视法投影系统的一个特定示例的二维和三维对象的布景的数字照片，其中八个投影仪为对象的混合重叠图像提供给定投影仪的视场。投影仪的近似位置及其相对于该布景的取向被示为标记为P1～P8的矩形。每个矩形还包括虚线，其示出投影仪透镜的近似轴。图6所示的布景的摄影图像包括二维和三维对象，所述二维和三维对象包括前景三维树38、跨过所绘出的河流(二维的)42的三维桥40(其中沿着河流具有岩石44和水岸线46)、小屋48和挨着该小屋的二维树50。 

图3的方法以从与投影仪共轴地对准的照相机获得(一个或多个)对象的图像的操作(操作300)开始。投影仪布置为在对象上投射图案 化光。获得此类图像可以首先涉及将照相机与投影仪共轴地定位。通过使照相机与投影仪共轴地对准，照相机可以获得涵盖投影仪的视场的图像。 

图6A～6H示出来自八个投影仪(P1～P8)的布景的各部分的照明。除照亮任何给定投影仪的视场内的区域和布景对象之外，还将该照明用于下面讨论的过程中以将所述视场中的该布景的该部分的数字图像与将被投影在该布景的该部分上的图像配准。 

图6A示出来自第一投影仪(P1)的该布景的第一部分52的照明，包括前景树38的前侧和左侧部分。图6A所示的布景的被照亮部分与用于第一投影仪的视场相对应。来自各投影仪的视场一般是矩形的。然而，本文所讨论的技术可以用于具有诸如圆形的不同形状的视场的投影仪或其它图像投影设备。在图5和6A～6I的示例中，投影仪被布置为在该布景上进行投影，以使得如图5所示从前面观看该布景时，该布景的特征被至少一个投影仪的视场覆盖。图6A～6H的示例中的投影仪以各种不同的取向(相对于地面及其它投影仪的角度)被布置且以不同的高度和投影仪之间的相对距离被设置。从前景树上所示的光的角度可以看出，第一投影仪(P1)被设置在照明区域52的上方和左侧，从而使得投影相对于该布景的地面54处于一定的角度。 

任何给定实施方式可以是不同的。例如，投影仪的取向、投影仪的布置和投影仪的数目可以取决于表演空间的尺寸和观看对象或布景的观众的视点，或者可以根据这些进行布置。例如，对于图5所示的布景，可能该布景将被电影院中的、游乐园骑乘工具中的观众等观看，在这种情况下，观众(可以是一个人或多个人)不能从所有可能的取向观看该布景。例如，观众成员可能被禁止从后面观看图5的布景，并仅被允许从前面观看该布景(该布景的前面是图5的照片所示的视点)。因此，可以将投影仪布置为对将可被观众成员观看的布景的各特征进行图案照明，而观众不可观看的该布景的特征不需要被投影仪照明。 

图6B示出来自第二投影仪(P2)的该布景的第二部分56的照明，包括前景树的后面部分。图6B所示的布景的被照亮部分与用于第二投影仪的视场相对应。第二投影仪的视场在第一视场的后面，并且两个视场的部分相重叠(例如，第一视场的后边缘与第二视场的前边缘重叠)。为了保证某个区域被照亮及由于其它因素，两个或更多投影仪的视场可 以重叠。当两个或更多投影重叠时，可以执行如下文详细讨论的各种图像操作以引起任何预期的视觉结果，诸如使重叠区域混合以使得很少或不存在由于该重叠而导致的视觉效果。图6c示出来自第三投影仪(P3)的该布景的第三部分58的照明，包括该布景的前右拐角区域中的河流42的部分。图6C所示的布景的被照亮部分与用于第三投影仪的视场相对应。第二和第三投影仪一般垂直于该布景的地面。 

图6D～6F分别示出来自第四(P4)、第五(P5)和第六(P6)投影仪的照明(60、62、64)。第五投影仪被直接设置在前中心布景的上方(基本上垂直于地面)。第四和第六投影仪两者从该布景的右侧照亮小屋48的部分。可以看出，第四投影仪照亮小屋的屋顶66的右侧和桥的部分，而第六照相机照亮小屋的前面和在小屋左侧的区域以及在小区前面的某区域。第四照相机的视场与第六照相机的视场重叠。 

图6G和6H分别示出来自第七和第八投影仪的照明(68、70)。这些投影仪被设置在该布景的前方，并具有与其它投影仪相比更大的视场，如通过与第一至第六投影仪的照明区域相比第七和第八投影仪的照明区域的较大的相对尺寸所示的。为了实现较大的视场，与第一至第六投影仪相比，第七和第八投影仪被设置在与该布景和视场内的对象特征相距更大的相对距离处。因此，来自第七和第八投影仪的投影的像素水平分辨率将比被设置得更接近于该布景的那些投影仪更小。 

最后，图6I示出被所有投影仪照亮的布景。可以看到，各照明区域重叠，并且该布景的大多数特征被至少一个投影仪照亮，并且许多特征被不止一个投影仪照亮。存在未被照亮的某些区域，例如在小屋的右前侧屋顶线之下存在小的阴影。 

为了获得用于高动态透视法投影目的的对象图像，可以将每个投影仪的照明区域标记以允许照相机视场与投影仪视场对准并利用投影仪视场确定其尺寸。例如，图7示出从投影仪的取向看的第六投影仪(P6，图6F)的照明区域64。在本示例中，标记了照明区域的拐角处的布景的特征。例如，如果是照明区域的左下角，标记(拐角标记CM3)被设置在桥40的部分上，并且在右上角中，标记(拐角标记CM2)被设置在小屋48的屋顶66上。可以使用各种可能的标记，包括磁带(图7中使用)、反射器、红外发射器等等。在采用自动化或手动的某种其它方法来生成用于投影仪的视场的图像的情况下，可以消除标记。 

一旦投影仪的视场被识别，可以拍摄投影仪的视场内的对象的数字图像。在一个特定方法中，数字照相机被布置为与投影仪共轴地对准。照相机被共轴地对准以使图像相对于投影仪视场的失真和梯形失真最小化。照相机被定位为使得从照相机拍摄的图像可以投影在投影仪的相同视场上。图8示出来自与第六投影仪共轴地对准的数字照相机的图像72。通过投影仪视场的磁带拐角标记(CM1～CM4)可以看到，数字照相机的视场略大于投影仪视场。因此，获得投影仪的视场之内的场景的图像(操作300)。 

在一个示例中，可以拍摄照相机图像以使两个透镜的节点被协同定位。这通常是困难的，因为节点通常位于透镜元件内。然而，可以采用分束器或可移动反射镜来获得与投影仪节点协同定位的照相机的反射节点。在这种情况下，投影仪的投距越长，越不需要节点的协同定位。对于10～15英尺或以上的投影仪投距而言，可以在无需节点的协同定位的情况下得到令人满意的图像对准。 

接下来，可以对图像进行操作，以使得图像尺寸基本上与投影仪视场匹配(操作310)。这样，从照相机投影的图像将落入投影仪的视场内，并且被投影的图像特征将落在实际的图像特征上或非常接近实际的图像特征。因此，被投影的图案或其一部分将基本上与对象表面图案对准(例如，在8个像素之内)。可以执行或以其它方式获得包括裁剪、旋转和倾斜的各种动作以使图像基本上与投影仪视场匹配。在一个示例中，如上文所讨论的，基本上匹配意味着图像的边界与投影仪的视场边界在约0～8个像素内对准。 

可以有其它对准范围以实现高动态效果。例如，当被投影的图像和对象具有一致的色彩时，可以有更大得多的不对准。以较大的一致蓝色的对象为例，不对准将仅仅导致蓝色图像被投影在蓝色对象上，并且仍将跨越对象的大部分实现高动态效果。负面地影响高动态效果的图像不对准还可能随着色调的不对准而变，其中被投影在色调上的色调的较大光谱变化比较小光谱变化对高动态效果具有更多的负面影响。例如，导致在470nm蓝色的表面上投射480nm的蓝光的不对准可以产生可接受的高动态效果，而将700nm的红光投射到470纳米蓝色的表面上对于高动态效果而言可能是不可接受的。 

可以使用对捕捉的图像应用非线性变换的扭曲技术(warping  technique)在一定程度上校正由于透镜中的枕形失真、鱼眼失真或不规则性而引起的任何不对准。可以根据观看者距离和视觉敏锐度结合投影仪分辨率和投影区域的尺寸来计算、估计和/或调整可接受的误差。 

在一个示例中，原始图像被加载在诸如Adobe Photoshop 的图像编辑程序36(图4)中并将图像裁剪至拐角标记。图9示出在第六投影仪的视场的拐角标记处被裁剪的图8的原始图像。Photoshop是在美国和其它国家组成公司的Adobe系统的商标或注册商标。在图像编辑程序内，定义了裁剪线47(上)、76(下)、78(左)和80(右)。在裁剪之后，结果得到的裁剪图像将在裁剪线处具有外边界。 

由于照相机中心线与投影仪中心线之间的轻微共轴不对准，可以看到图像不能在投影仪的视场边缘处被精确地裁剪。请注意，照相机的变焦透镜可能具有与投影透镜不同的比，从而导致不同的光学性能特性。例如，左上侧拐角标记(CM1)略低于左和上裁剪线(78、74)的交叉点处的左上拐角，而右下侧拐角标记(CM4)略高于下和右裁剪线(76、80)的交叉点处的右下拐角，而左下和右上拐角标记(CM3)和(CM2)位于由裁剪线(76、78)和(74、80)产生的拐角处。 

当存在这样的共轴不对准、并且裁剪后的图像未精确地配合在投影仪的视场内时，可以对图像进行旋转、倾斜或以其它方式进行调整以使得拐角标记位于裁剪线的相关拐角处，如例如图10中所示。在图10中，可以看到图像已被旋转并略微倾斜以使得左上拐角标记(CM1)位于上和左侧裁剪线之间的左上交叉点(拐角)处且下拐角标记(CM4)位于下和右侧裁剪线之间的右下交叉点(拐角)处。在本示例中，裁剪后的图像将是裁剪以及旋转和/或倾斜的产物。 

在图像被裁剪、旋转和倾斜之后(如果执行了那些操作中的任何操作或全部)，还可以对该图像进行缩放以匹配投影仪的分辨率(操作330)。例如，第六投影仪具有1024×724的分辨率，并且图11的图像82是被缩放至1024×724的图9的图像(在裁剪、旋转和倾斜之后)。缩放图像以使得其与投影仪的分辨率匹配引起图像像素与投影仪像素之间的一一对应。可以在缩放之后执行图像的任何色彩校正。 

可以将所制备的图像保存为用于相关投影仪的模板，此后，可以执行其它的图像处理以产生各种可能的视觉的和不可见的效果(操作340)。在一个示例中，所制备的图像被保存为未经压缩的原始图像文 件，以便于后续的图像变更操作，所述后续的图像变更操作由于压缩技术和来自此类压缩技术的结果产生的图像变更可能是复杂的。 

然后，制备的图像82被加载在视频媒体服务器26中(操作350)并通过投影仪30被投影在布景上(操作360)。在系统具有不止一个投影仪的情况下，可以对每个投影仪执行图像制备过程(操作310～330)。 

作为上文阐述的操作的可替换方法，可以使用诸如Adobe 

AfterEffects 

的工具来执行某些操作。安装在计算机上的After Effects程序可以被直接连接到投影仪并可以实时地或近实时地缩放和调整输出。 

再次参照操作340，可以执行的第一类型的图像变更是色彩校正。可以将经色彩校正的图像或原始制备图像投影在给定对象上。各种问题可能促使对原始图像的色彩校正，诸如由用于原始图像的(一个或多个)照明光源引起的谱移和投影仪之间的色移。原始油漆涂层可能未表示原始设计意图并因此可以在此阶段进行色彩校正。另外，常规金属卤化物投影仪可能不具有与不同投影仪一致的色彩特性，即使当它们是相同的构造、型号和龄期时也是如此。此类色差可能是由灯的寿命、制造不一致性等引起的。这些色差可能导致来自每个投影仪的投影图像的轻微谱移。因此，来自不同照相机的图像投影在没有色彩校正的情况下对于观看者而言可能是显著的。例如，如果来自具有不同色彩特性的投影仪的投影被并排地投影在场景上，则两个投影图像的重叠边界将被观察到是两个投影图像之间的色移。色彩校正可以以原始图像上的层的形式产生经色彩校正的图像(在裁剪、倾斜和缩放之后)。在一个示例中，在Adobe Photoshop 

中产生色彩校正、混合的图像(下文讨论)及其它基础或原始图像变更作为独立层，因此可以在不影响基础图像模板的情况下根据需要对其进行编辑和调整。对于每个投影仪而言，可能将获得经色彩校正的图像。 

在所有投影模板的色彩校正完成之后或不考虑色彩校正，还可以将重叠的图像投影混合。在一个示例中，该过程可以是手动的，并因此可能涉及使用数字编辑程序36将所有投影仪的多个重叠部分混合的数字艺术家(artist)。还可以使混合自动化。在手动过程中，混合在迭代过程中产生，在相邻投影仪之间来回工作，直至获得无缝的表演环境为止。因此，混合可以以经色彩校正的图像上的混合层的形式产生混合图像。对于具有多个投影仪的系统中的每个投影仪而言，也可能获得混合图 像。 

在类似于图5所示的尖端多投影仪、三维环境中，当所有媒体模板被对准、色彩校正和混合时，可以采用附加的制作技术来增强投影环境的外观。例如，可以应用剧场照明技术来产生另一层。此过程可以是手动或自动化的。在手动过程中，剧场照明设计者可以产生通常将在传统制作期间发生的“照明”效果的图像。照明可以涉及对环境进行阴影和着色处理。然而，不同于在剧场固定设备中放置彩色透明滤光板，可以(组合地)在图像投影仪之间以及相对于每个图案化图像投影(对于每个投影仪而言)以像素水平应用照明。照明设计者可以直接与媒体设计者一起工作以对环境进行阴影和着色操作。可以引入真实的照明以进一步增强投影环境。使用诸如Adobe Photoshop和Adobe After Effects的数字工具，设计者可以以数字方式赋予阴影和图案。这允许设计者在之前从来没有可用于照明设计者的水平创建时间、布局和空间的感觉。以像素水平工作，设计者可以调整色彩、对比度、色调和阴影。在常规剧场照明中，照明设计者必须选择用于固定设备的彩色透明滤光板，以便色彩补充场景涂料。这些彩色透明滤光板将所有场景涂料“染色”，并且虽然可以产生漂亮的照明，但其在灵活性方面具有有限范围。另外，这些“被染色”的源在其一次命中所有表面时限制可见光谱的不同部分的对比度和饱和度。阴影局限于安装在照明固定设备中的静态“Gobo(遮光片)”或图案。最多，可以使这些常规金属或玻璃图案旋转以模拟运动。 

除在对应于图案图像的对象表面上配准地重新投影图案图像之外，还可以操作图案图像以通过改变图案图像来执行许多可能的视觉效果。利用视频图案图像，可以使阴影自动化。例如，参照图5，可以产生树的树枝的动画阴影，并可以移动该动画阴影以模拟有风的日子。可以向场景添加照明，并且可以改变每个图案图像以便在光照射时闪现成更明亮的色调，并且同样地，阴影可以在适当的位置闪现。可以操作场景中的光的感知方向，无论是来自感觉到的阳光还是路灯，并且所感觉到的方向可以改变，诸如路过的汽车前灯的影响。常规照明技术使用以可预测和熟悉的方式落在对象上的真实光。本文所讨论的新技术可以提供诸如在绘画和动画片中看到的非现实主义的、艺术的照明效果以应用于场景、对象等。 

图5还示出位于小屋48后面的半圆中的稀松平纹织物81和该布景的其它特征。稀松平纹织物一般在剧院舞台制造中用来实现各种照明和视觉效果。本质上，术语稀松平纹织物指的是具有跨越织物表面的一系列小孔的某种形式的材料(常常是织物)，非常像窗纱。森林场景被绘在图5所示的稀松平纹织物上。在常规剧场照明中，可以使用投射在织物的前面上的光来使绘在稀松平纹布上的无论任何场景出现，并且当光被去除或稀松平纹织物后面的某特征被照亮时，绘在稀松平纹布上的场景变得对于观看者而言基本上不那么可见，并且稀松平纹布后面的场景变得可见。依照本文所讨论的实施例，可以将稀松平纹布的图像投影到稀松平纹布上以使稀松平纹场景具有高动态效果。去除投影并照亮稀松平纹布后面的场景与常规照明技术相比具有更富戏剧性的视觉区别，这因为当将稀松平纹布的常规照明与稀松平纹布的高动态照明相比较时，稀松平纹布色彩远远不那么明亮，存在较小的对比度等。 

还可以以会抵消对象的反射色彩的方式来投影数字图像。例如，通过诸如用Adobe Photoshop使数字图像色调反转，投影的图案抵消对象图案的值。此类技术将允许有以下视觉效果：当在对象上对准地投影反转图像时使得全色的对象看起来变为黑白色。图12是图5的场景的照片84，其中图6A～GH的八个投影仪在该布景上投影反转的图案图像，使得该布景看起来是具有某些哑色的(降低的饱和度)大体上的黑白色；在这种情况下，以及在本文所讨论的其它实施方式中，对象的图像在对象上的重新投影减弱对象的视觉外观，从而使得与直接从表面反射的光相比(在没有重新投影的情况下)，反射光被减弱。还可以将反转的辉度投影在场景、布景、对象等上，引起对比度的戏剧性下降，弱化对象的边缘并隐藏纹理和图案。还可以使空间对象看起来是平的。将反转色调与反转辉度组合是最初隐藏空间场景以用于戏剧性过渡(其中色调被投影在色调上)到动态范围增强的外观中的有效方法。 

可以使用诸如Adobe After Effects的常规效果软件在整个布景上应用特殊效果。在图13A和13B的示例中，使得该布景(图5)看起来是缓慢地浸入水中，因为图案化蓝色图像86被以图像跨越该布景而上升的方式被投影在该布景上。实际上，可以将活动视频效果应用于环境的任何部分。在图5所示的河流42的情况下，例如，可以从具有覆盖河流且无缝地混合的视场的投影仪对流动的水进行投影。水将表现出深 度、湍流和运动，水可以看起来是在河床中示出的实际雕刻的岩石周围“形成漩涡”。 

在图14～19中示出掩模和色彩操作的其它视觉变更技术的示例。首先，图14示出树的基础图像88(从树的前面拍摄的图5的前景树38的照片)。图15示出供图14的基础树图像使用的照明层90。该层是在Photoshop中创建的并被保存为阿尔法通道。该色彩表示照明设计者的关于可能如何对树进行照明的创造性输入。数字艺术家用喷枪向树喷射以显示按照照明设计者的方向的冷侧(左)和暖侧(右)，意图是阳光将来自右侧。这是常规剧场照明到数字领域的过渡示例。基本上，从照亮整个布景的具有彩色透明滤光板的照明固定设备移动到准确定照亮设计者需要光的地方的数字视频版本，直至像素水平。可以依照本文所阐述的实施方式将树的这些基础图像投影到树上以进一步增强高动态效果或独立于高动态效果。 

图16示出图案图像投影92，其可以被存储为基础树图像88的单独图像层，以实现夜晚时间的黑暗和暴风雨蓝的再现。与将树的彩色图像投影在树上一起，或独立于其，还可以使用图15的图像来将树的图像投影在树上以实现树的日出或日落着色。另一方面，可能使用图16的图像来实现树的夜晚着色。应注意的是，树图像(88、90、92)被修剪至树布景块的边缘。 

图17示出数字艺术家如何可以创建单独的树图像94以表示闪电(lightning)序列。加亮区96(明亮区域)的位置表示虚拟闪电的来回方向。图18示出图5的布景上的原始投影图案化图像。换句话说，从照亮如图6H所示的区域的投影仪P8的视点，图18示出被投影在图6H的区域上的图6H的照明区域的图像。图19示出用于图18的图像的软边缘混合掩模98。可以使用软边缘混合掩模来消除投影区域重叠处的显著的线或区域的出现。在此类重叠区域中，可以将对象的图案化图像重新投影在对象上两次，产生其中图案化图像仅被投影在对象上一次的相邻区域之间的视差。可以使用混合掩模来消除和软化此效果。 

因此，如至少用图12～19的示例所示的，除匹配对准的图案化图像的投影之外，本公开的方面涉及各种对象外观增强技术，它们可以单独地使用或与本文所讨论的图像重新投影技术相结合地使用。 

图20～23是图表，其示出与在对象的图像被对准并重新投影在表 面(红色阴影曲线)上的情况下从对象表面获取的光度计值相比的直接从对象表面(被白光照亮的蓝色阴影曲线)获取的光度计值(来自Photo Research公司的SpectraScan 分光辐射度计PR-705)。每个图表的横轴是以纳米为单位测量的波长，并且每个图表的竖轴是每平方米的瓦特数。该数据是针对如图24所示的具有已知色彩样本的GretagMacbeth公司的“Macbeth”色彩图表。 

对图表的蓝色102、绿色104、红色106和白色108色彩样本进行采样。使用光度计来测量来自投影仪的纯白光下的每个色彩方块。然后，在相同的光下以数字方式对色彩图表的各个色彩方块进行拍照，并保存为原始未压缩文件。结果得到的图像文件被色彩平衡至最淡的灰色Macbeth色彩样本110。结果得到的文件被重新投影在原始Macbeth图表色彩样本上并用光度计重新采样。该图表一般示出饱和度/色素(chromo)水平。每个图表的尺度是从350nM至1100nM，在该范围内均匀递增。 

在图例中，术语“蓝色/RP”指示该图表显示被重新投影在相应色彩102、104、106、108的Macbeth图表色彩样本上的图像。利用蓝色，在来自投影仪的蓝光下拍摄图像。术语“蓝色/w”指示在来自投影仪的白光下拍摄原始样本。对于每组图表(蓝色(图20)、绿色(图21)、红色(图22)、和白色(图23))而言，可以看到，与仅仅Macbeth色彩样本(蓝色曲线)相比，对于其中色彩被重新投影在样本上的Macbeth色彩样本的光度计测量结果(红色曲线)而言，每平方米的瓦特值更大。增大的每平方米瓦特值测度每个特定波长下的光子量，并至少指示饱和度和色度。因此，该图表示出针对被重新投影的色彩的更大的饱和度和色度。通过将典型场景表面的所绘的色彩重新投影回其本身上，可增强视觉饱和度和对比度。随着照明(投影)的动态范围的增大，场景/布景可能在其色彩再现方面变得更加生动和准确。在图5等的所述小屋和森林等的情况下，视觉表示戏剧性地再现动画艺术片的色彩深度和活力，从而很好地扩展超过常规剧场照明的范围和能力。 

可以用数字印刷的、棋盘格状的稀松平纹织物覆盖对象。例如，可以将织物粘贴到对象的表面，其中对象的底涂层是黑色的。作为一个可能的示例，可以用如图25所示的红-绿-蓝图案以数字方式印刷织物。 

每个分量的色彩范围将被小心地与将被投影在布景上的数字图像 的RGB分量匹配。可以以对于那些各个色彩的低得多的反射率表示落在窄RGB通带之间的色彩。数字图像投影可以表现出与上述示例类似的高动态范围和对比度并进一步允许掠过的环境变化，即火至冰，这可能不像上文所讨论的那样在对象表面被涂漆或灰阶化时在视觉上有冲击力。从远处，具有此类棋盘格状RGB稀松平纹布的对象在未用补充光照亮时看起来是深灰色或黑色的。这实现了在制造的特定时刻期间的“灯光熄灭(black out)”能力。 

图26示出依照本公开的各方面配置的前投影/后投影屏幕112。前/后投影屏幕被配置为使得可以从前投影仪116或后投影仪118将图像或视频114投影到屏幕上。在图26中，同时从前和后投影仪两者将匹配图像114A、114B或视频投影到屏幕上，以便像素在投影屏幕上对准。如果屏幕被配置为用于针对图26所示的箭头的观看，则前投影仪将以其预定取向投影图像114或视频，而图像或视频的镜像114B被同时从后投影仪投影。这样，来自后投影仪的图像将与来自前投影仪的图像对准。因此，例如，来自前投影仪的最左上方的像素将与来自后投影仪的最右上方的像素相同，等等。在如图26所示的这样的布置中，根据观看者方向可以产生用于前投影屏幕或后投影屏幕的观看者的高动态效果。 

本公开的方面提供许多可能的优点和改进，并且可适用于许多可能的应用中。优点和改进包括但不限于： 

·投影环境内的高动态范围色彩和对比度。 

·在准确地表示阴影和光的方向的同时对“一天中的时间”的控制。 

·取消不想要的阴影的能力。 

·在需要的地方添加阴影和色彩的能力。 

·重叠视频效果以模拟符合空间环境的气氛效果的能力。阴影、火、风、水、闪电等。 

·控制独立布景元素上的色彩和对比度直至像素的能力。 

潜在应用包括但不限于： 

·包括黑暗骑乘设备的主题公园吸引物 

·我们的主题公园以及百老汇处的剧场制作和专业制作。 

·公司事件制作 

·音乐会制作 

·电视制作 

·电影制作 

·橱窗展示/销售卖点展示 

·建筑投影 

·模型的预先可视化-这种技术是可改变的且同样地适用于小的模型。 

虽然已相对于特定装置、配置、部件、系统和操作方法描述了本发明，但本领域普通技术人员在阅读本公开时应认识到，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下对本文所述的实施例和/或其操作进行一定的变更或修改。因此，由所附权利要求来定义本发明的适当范围。本文所公开的各种实施例、操作、部件和配置一般是示例性的，而不限制范围。 

Claims (21)

1.一种投影系统，包括：

对象，其表面具有光学图案；以及

投影仪，其朝着所述表面发射图案化光，其中，所发射的光的图案与表面的光学图案对准，以影响从该表面反射的光的至少一个属性。

2.权利要求1的投影系统，其中，所述对象是剧场布景和建筑元素中的布景的至少一个。

3.权利要求1的投影系统，其中，所述光学图案包括对象表面上的染色的图案。

4.权利要求1的投影系统，其中，所述光学图案包括对象表面上的图案化涂料。

5.权利要求1的投影系统，其中，所述光学图案包括有色区域，其中，色彩被选择为与所发射的光相互作用，以改变从表面反射的光的饱和度、色调、辉度、色度和对比度中的至少一个。

6.权利要求1的投影系统，其中，朝着表面所发射的图案化光与表面的光学图案相长地相互作用，以便与单独的表面的光学图案或所发射的图案化光相比增强从表面反射的光。

7.权利要求1的投影系统，其中，朝着所述表面所发射的图案化光与表面的光学图案相比弱化被从表面反射的光。

8.权利要求1的投影系统，其中，所述光学图案包括铬处理染料。

9.权利要求1的投影系统，其中，所述对象是二维对象和三维对象中的至少一个。

10.权利要求1的投影系统，其中，所发射的图案化光是基于具有所述光学图案的所述表面的图像。

11.权利要求10的投影系统，其中，所述投影仪还朝着所述表面发射图案化光的第二序列，该图案化光的第二序列是静止图像和动画图像中的至少一个，并且该图案化光的第二序列基于所述表面的所述图像与所发射的光的图案的各方面对准。

12.一种用于投影的方法，包括：

获得对象的图像，所述对象的表面具有光学图案；以及

朝着所述表面投射图案化光，其中，所述图案化光与表面的光学图案对准，以影响从表面反射的光的至少一个属性。

13.权利要求12的方法，其中，所述投影操作包括以具有表面的对象的图像的形式朝着所述表面投射图案化光。

14.一种用于投影的方法，包括：

从特定的有利位置捕捉对象的图像；

从所捕捉的图像获得可投影的图像；

从所述特定的有利位置处的投影仪将所述可投影的图像投影到所述对象上并使其与所述对象对准。

15.权利要求14的方法，其中，捕捉图像的动作包括从位于所述特定的有利位置处的照相机获得图像的照片，所述照相机被定位为与所述投影仪共轴对准。

16.权利要求14的方法，其中，捕捉图像的动作包括使用位于所述特定的有利位置处的虚拟照相机来生成计算机图形图像。

17.权利要求14的方法，还包括使所述可投影的图像与所述对象上的光学图像对准。

18.权利要求16的方法，其中，所述对准动作还包括：

识别所捕捉的对象图像中的对准标记；

使用该对准标记来确定所述可投影的图像的尺寸，以使得所述可投影的图像中的对准标记与所述对象的相应位置对准。

19.权利要求18的方法，还包括对所述可投影的图像进行裁剪、旋转、倾斜和变形中的至少一个以与所述对象对准。

20.权利要求19的方法，还包括对所述可投影的图像的分辨率进行缩放以匹配所述投影仪的分辨率。

21.一种投影系统，包括：

组合后投影或前投影屏幕，其限定第一投影表面和相对的第二投影表面；

第一投影仪，其被定位为在所述第一投影表面上投影图像；

第二投影仪，其被定位并配置为与第一图像的投影同时地在第二投影表面上投影所述图像的镜像，以使得镜像投影与该图像对准。

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