CN103533276A

CN103533276A - 一种平面多投影快速拼接方法

Info

Publication number: CN103533276A
Application number: CN201310495356.2A
Authority: CN
Inventors: 翁冬冬; 李翔; 刘越; 杨涛; 刘万奎
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2033-10-21
Also published as: CN103533276B

Abstract

本发明公开了一种平面多投影快速拼接方法。使用本发明能够仅使用一张正对投影屏幕照片即可快速的自动完成投影拼接融合，省去了使用投影机投影特征点图案（如棋盘格等）以及实时控制相机等步骤，使得方法简单快捷易行，便于非专业人员操作；该方法不需要使用特定型号的相机，对相机要求较低。

Description

一种平面多投影快速拼接方法

技术领域

本发明涉及投影拼接显示技术，具体涉及一种平面多投影快速拼接方法。

背景技术

随着投影要求的提高，越来越多的投影采用多台投影机同时投影，为达到有效的显示效果，需要对多台投影机的投影图像进行拼接。近年来，由于投影机技术、PC技术的不断发展以及人们对视觉体验要求的不断地提升，投影拼接技术广泛应用于虚拟仿真、展览展示、增强现实等领域。

传统的平面投影拼接方法大部分都是使用单应矩阵H_ci表示投影机图像空间坐标与相机空间坐标之间的关系，使用投影特征点图像（如棋盘格）的方式建立投影机坐标与相机坐标的关系，并通过最小二乘法估算最优H_ci，该方法需要控制相机，对人员要求高、调整时间长。另外，现有的基于相机的平面自动投影拼接方法需要使用特定型号的相机并通过数据线直接连接到电脑，而且需要拍摄多张图像进行自动拼接融合。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种平面多投影快速拼接方法，仅使用一张正对投影屏幕照片即可快速的自动完成投影拼接融合，省去了投影棋盘格以及实时控制相机等步骤，使得方法简单快捷易行，便于非专业人员操作。

本发明的平面多投影快速拼接方法包括以下步骤：

步骤1，控制所有的投影机同时投射纯色图像；

步骤2，使用任意型号的数码相机，从正对投影表面的角度拍摄投影图像，并导入融合服务器；

步骤3，融合服务器对导入的图像进行处理，通过自动阈值图像分割方法，根据导入的图像亮度的不同，将整个照片分为3个部分：非投影区域和投影区域和叠加投影区域，其中，投影区域由各投影机投影组成，各投影重叠部分称为叠加投影区域；

步骤4，求取投影区域的最大内接矩形作为有效投影区域，其中，有效投影区域由各投影机的有效投影区域组成，各投影机的有效投影区域的重叠部分称为有效叠加投影区域；

步骤5，根据有效投影区域4个角点在相机图像坐标系下的坐标以及已知的预期投影图像的4个角点在显示图像坐标系的坐标，求取相机图像空间与显示图像空间的对应关系H_J；

步骤6，求取相邻投影机的有效叠加投影区域，进而获得每台投影机的有效投影区域；

步骤7，根据步骤6得到的每台投影机有效投影区域4个角点在相机图像坐标系下的坐标以及已知的各投影机预期投影图像4个角点在投影机图像坐标系的坐标，求取每台投影机图像空间与相机图像空间的对应关系H_Kk，k=1，2，…，N，N为投影机数量；

步骤8，对待投影图像进行颜色校正以及融合区域亮度衰减；

步骤9，根据步骤5及步骤7得到的H_J及H_Kk得到投影机图像空间与显示图像空间之间的关系，将显示图像空间中的点映射到其对应的投影机图像空间中相应位置。

其中，所述步骤5中，根据有效投影区域4个角点在相机图像坐标系下的坐标以及预期投影图像的4个角点在显示图像坐标系的坐标，通过单应矩阵计算方法得到H_J。

所述步骤6中，相邻投影机的有效叠加投影区域的求取方法如下：通过边缘检测方法获取相邻投影机的叠加投影区域在相机图像空间中的坐标I(x_i,y_i)，通过H_J ^-1获得叠加投影区域中的点在显示图像空间中的坐标J(x_j,y_j)，对叠加投影区域的右边缘求取最小值x_j0＝min{x_j}，然后根据H_J将J(x_j0,y_j)映射到相机图像空间中，得到I(x'_i,y'_i)，(x'_i,y'_i)即为投影机有效投影区域右边缘点的集合，通过直线拟合确定该投影机的右边缘；同理求得该投影机下边缘、相邻右方投影机的左边缘以及相邻下方投影机的上边缘，进而得到有效叠加投影区域。

有益效果：

本发明提出的自动平面投影方法仅使用一张正对投影屏幕照片即可快速的自动完成投影拼接融合，省去了使用投影机投影特征点图案（如棋盘格等）以及实时控制相机等步骤，使得方法简单快捷易行，便于非专业人员操作；该方法不需要使用特定型号的相机，对相机要求较低。

附图说明

图1为本发明方法投影布局示意。

其中，101-投影机A的投影区域，102-投影机B的投影区域，103-投影机A的有效投影区域，104-投影机B的有效投影区域，105-有效叠加投影区域，106-叠加投影区域，107-相机，108-投影机，109-融合服务器。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种平面多投影快速拼接方法，该方法投影布局如图1所示，具体拼接方法包括以下步骤：

步骤1，控制所有的投影机同时投射纯色图像（如纯蓝色图像）。

步骤2，使用任意型号的数码相机，从正对投影表面的角度拍摄投影图像，并导入融合服务器。

步骤3，融合服务器对导入的图像进行处理，通过自动阈值图像分割方法，根据导入的图像亮度的不同，将整个照片分为3个部分：非投影区域（即背景部分）、投影区域和叠加投影区域。其中，投影区域由各投影机投影组成，各投影重叠部分称为叠加投影区域。

步骤4，求取投影区域的最大内接矩形ABCD作为有效投影区域。其中，有效投影区域由各投影机的有效投影区域组成，各投影机的有效投影区域的重叠部分称为有效叠加投影区域。

步骤5，根据有效投影区域A、B、C、D4个角点在相机图像坐标系下的坐标以及已知的预期投影图像的4个角点在显示图像坐标系的坐标(0,0)、(1,0)、(1,1)、(0,1)，通过单应矩阵计算方法求取相机图像空间与显示图像空间的对应关系H_J。

步骤6，根据相邻两台投影机的叠加投影区域多边形emfhng，通过边缘检测的方法获取叠加投影区域在相机图像空间中的坐标I(x_i,y_i)，使用H_J ^-1：I(x_i,y_i)→J(x_j,y_j)求取叠加投影区域中的点在显示图像空间中的坐标J(x_j,y_j)。对叠加投影区域的右边缘求取x_j0＝min{x_j}，根据HJ：J(x_j0,y_j)→I(x'_i,y'_i)得到(x'_i,y'_i)，则(x'_i,y'_i)即为投影机有效投影区域右边缘点的集合，通过直线拟合即可确定该投影机的右边缘。同理可以求得该投影机下边缘、相邻右方投影机的左边缘以及相邻下方投影机的上边缘，进而得到有效叠加投影区域，结合步骤4得到的有效投影区域可以得到每台投影机对应的有效投影区域。如图1所示，投影机A的有效投影区域为103、105区域，投影机B的有效投影区域为104、105区域。

步骤7，根据步骤6得到的每台投影机有效投影区域4个角点在相机图像坐标系下的坐标以及已知的各投影机预期投影图像4个角点在投影机图像坐标系的坐标，求取每台投影机图像空间与相机图像空间的对应关系H_Kk，k=1，2，…，N，N为投影机数量。如图1所示，根据投影机A的有效投影区域的4个角点A、F、H、D在相机图像坐标系下的坐标以及他们在投影机图像坐标系下的坐标(0,0)、(1024,0)、(1024,768)、(0,768)得到H_K1，同理得到H_K2。

步骤8，对显示图像进行颜色校正以及融合区域亮度衰减。

步骤9，根据步骤5及步骤7得到的H_J及H_Kk得到投影机图像空间与显示图像空间之间的关系，将显示图像空间中的点映射到其对应的投影机图像空间中相应位置，依次完成每台投影机中所有点的对应即完成了平面投影的自动拼接。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。

Claims

1.一种平面多投影快速拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，控制所有的投影机同时投射纯色图像；

步骤8，对待投影图像进行颜色校正以及融合区域亮度衰减；

2.如权利要求1所述的平面多投影快速拼接方法，其特征在于，所述步骤5中，根据有效投影区域4个角点在相机图像坐标系下的坐标以及预期投影图像的4个角点在显示图像坐标系的坐标，通过单应矩阵计算方法得到H_J。

3.如权利要求1或2所述的平面多投影快速拼接方法，其特征在于，所述步骤6中，相邻投影机的有效叠加投影区域的求取方法如下：通过边缘检测方法获取相邻投影机的叠加投影区域在相机图像空间中的坐标I(x_i,y_i)，通过H_J ^-1获得叠加投影区域中的点在显示图像空间中的坐标J(x_j,y_j)，对叠加投影区域的右边缘求取最小值x_j0＝min{x_j}，然后根据HJ将J(x_j0,y_j)映射到相机图像空间中，得到I(x'_i,_y'_i)，(x'_i,_y'_i)即为投影机有效投影区域右边缘点的集合，通过直线拟合确定该投影机的右边缘；同理求得该投影机下边缘、相邻右方投影机的左边缘以及相邻下方投影机的上边缘，进而得到有效叠加投影区域。