CN104317144A - 大型正交多幕投影系统光辐射快速补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型正交多幕投影系统光辐射快速补偿方法，其特征在于：摄像机固定到支撑调节机构上，并可以通过手动方式调整支撑调节机构的方位、俯仰和横滚方向的角度，进而调整摄像机的拍摄角度，摄像机通过电缆与计算机连接；第一投影幕与第二投影幕在边界处正交；第一投影机负责向第一投影幕投射图像，第二投影机负责向第二投影幕投射图像，第一投影机与第二投影机的分辨率相同。能快速消除大型正交多幕投影系统中相邻投影幕之间的反射或透射投影光线的干扰，得到人眼辨别范围内的色彩流畅和颜色亮度均衡一致的图像，使大型正交多幕投影系统具有更好的观赏效果，并大大减少补偿时间。

Description

大型正交多幕投影系统光辐射快速补偿方法

技术领域

本发明涉及一种大型正交多幕投影系统光辐射快速补偿方法，属于计算机图像处理技术领域。 

背景技术

近些年，多投影系统在生活中的应用随处可见，如2008年北京奥运会开幕式上的空中环幕，2009年山东全运会开幕式上的巨型碗幕，2010年上海世博会上世界气象馆、比利时-欧盟馆中的大屏幕，都展示了多投影显示技术的无穷魅力。根据投影幕类型的不同，多投影显示系统分为柱幕多投影系统、锥幕多投影系统，球幕多投影系统和CAVE多投影系统等。大多数投影幕是通过凹面的变化来遮盖图像可视区域的一部分，进而表现出很强的沉浸感，由于投影到屏幕上的光不但被扩散，而且一部分光辐射到了其它的屏幕上，这使得相邻投影面结合处的图像亮度和颜色产生变化，最终，会得到亮度和颜色都不连续的图像，大大影响了观赏的效果。 

CAVE作为一种多投影显示系统，在商业、军事、科研等诸多领域都有着巨大的应用前景。如果CAVE系统中相邻投影幕都垂直相交，我们也称它为正交多幕系统。在正交多幕投影系统中，由于投影到正交相邻屏幕上的图像会产生光线的辐射效应使得相邻投影面连结处附近的图像亮度和颜色发生细微的变化，导致部分图像色彩和亮度不连续，而亮度2%的改变和颜色2nm左右的变化都会让人们产生视觉上的差异，而这种视觉差异会严重影响人们的观赏效果。 

目前，图像处理技术已经有了长足的发展，如几何扭曲，光度映射和边缘融合等已广泛地应用到多投影多屏幕显示系统中。但多数都受限应用在专用的硬件上，或靠不断增加显卡本身的性能来获得良好的图像校正效果；此外，孙亚妮等人通过建立有效的数字补偿算法以消除光辐射影响，但仅通过仿真证明了方法的可行性。如果正交多幕投影系统中的投影屏幕比较大，那么，以上方法很难得到很好的补偿效果，而且需要耗费大量的时间，无法应用到实际系统中。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型正交多幕投影系统光辐射快速补偿方法，能快速消除大型正交多幕投影系统中相邻投影幕之间的反射或透射投影光线的干扰，得到人眼辨别范围内的色彩流畅和颜色亮度均衡一致的图像，使大型正交多幕投影系统具有更好的观赏效果，并大大减少补偿时间。 

本发明的技术方案是这样实现的：大型正交多幕投影系统光辐射快速补偿方法，其特征在于：大型正交多幕投影系统由摄像机、支撑调节机构、计算机、第一投影幕、第二投影幕、第一投影机、第二投影机组成；其中摄像机固定到支撑调节机构上，并可以通过手动方式调整支撑调节机构的方位、俯仰和横滚方向的角度，进而调整摄像机的拍摄角度，摄像机通过电缆与计算机连接；第一投影幕与第二投影幕在边界处正交；第一投影机负责向第一投影幕投射图像，并保证投射的图像恰好覆盖第一投影幕；第二投影机负责向第二投影幕投射图像，并保证投射的图像恰好覆盖第二投影幕，第一投影机与第二投影机的分辨率相同。 

其具体的补偿步骤如下： 

步骤1、将摄像机放在大型正交多幕投影系统中的某个观察点处，保证摄像机能分别拍摄第一投影幕和第二投影幕的全部画面，且不遮挡第一投影机和第二投影机投射的图像；旋转支撑调节机构，使得用摄像机拍摄时，第一投影幕在第二投影幕的左侧，在以后的步骤中始终保持摄像机的设置参数不变。

步骤2、用第一投影机在第一投影幕上投射一幅投影幕边界标定图像，投影幕边界标定图像的背景颜色的RGB值分别为0，0，0，在投影幕边界标定图像的四个顶角处分别有一个白色的正方形，正方形的边长为5个像素，正方形颜色的RGB值分别为255，255，255，投影幕边界标定图像的分辨率与第一投影机的分辨率相同，记为m×n。通过计算机控制摄像机拍摄第一投影幕得到一张第一投影幕边界标定图片，并存储在计算机中。 

步骤3、利用平均值法和线性平滑方法分别对第一投影幕边界标定图片进行灰度化和平滑处理以消除由拍摄引起的噪声干扰，采用全局二值化方法对灰度化和平滑处理后的第一投影幕边界标定图片进行二值化处理，得到二值化后的第一投影幕边界标定图片。 

步骤4、根据二值化后的第一投影幕边界标定图片中白色区域的顶点确定二值化后的第一投影幕边界标定图片的四个边界点，根据四个边界点确定第一投影幕的最大边界矩形，将第一投影机关闭。 

步骤5、用第二投影机在第二投影幕上投射一幅投影幕边界标定图像，投影幕边界标定图像的背景颜色的RGB值分别为0，0，0，在投影幕边界标定图像的四个顶角处分别有一个白色的正方形，正方形的边长为5个像素，正方形颜色的RGB值分别为255，255，255，投影幕边界标定图像的分辨率与第二投影机的分辨率相同，记为m×n。通过计算机控制摄像机拍摄第二投影幕得到一张第二投影幕边界标定图片，并存储在计算机中。 

步骤6、利用平均值法和线性平滑方法分别对第二投影幕边界标定图片进行灰度化和平滑处理以消除由拍摄引起的噪声干扰，采用全局二值化方法对灰度化和平滑处理后的第二投影幕边界标定图片进行二值化处理，得到二值化后的第二投影幕边界标定图片。 

步骤7、根据二值化后的第二投影幕边界标定图片中白色区域的顶点确定二值化后的第二投影幕边界标定图片的四个边界点，根据四个边界点确定第二投影幕的最大边界矩形，将第二投影机关闭。 

步骤8、第一投影机向第一投影幕投射一幅红色标定图像，其颜色的RGB值分别为255，0，0，使用摄像机拍摄第一投影幕，得到一幅红色标定图片，使用摄像机拍摄第二投影幕，得到一幅红色补偿图片。 

步骤9、根据第一投影幕的最大边界矩形，确定拍摄的红色标定图片的有效区域，得到投影幕红色标定图片，设投影幕红色标定图片的分辨率为M×N，其中M>m，N>n。 

步骤10、读取投影幕红色标定图片中每个像素点的颜色的RGB值，得到三个红色标定矩阵，分别将三个矩阵中每个元素除以255，分别CAMR、CAMG、CAMB表示，用1减去矩阵CAMR的每一个元素，用0减去矩阵CAMG的每一个元素，用0减去矩阵CAMB的每一个元素，得到三个归一化红色标定矩阵，分别用RR、RG、RB表示； 

步骤11、根据第二投影幕的最大边界矩形，确定拍摄的红色标定图片的有效区域，得到投影幕红色补偿图片，设投影幕红色补偿图片的分辨率为M×N，其中M>m，N>n。

步骤12、读取投影幕红色补偿图片中每个像素点的颜色的RGB值，得到三个矩阵，分别将三个矩阵中每个元素除以255，得到三个归一化矩阵，分别用R、G、B表示； 

步骤13、用M除以m，得到商用a表示，用N除以n，得到商用b表示。

步骤14、构造m×n红色分量补偿矩阵LRr，其中LRr（i,j）为矩阵LRr的第i行第j列元素， 

矩阵LRr中其它元素设置为0；

构造m×n绿色分量补偿矩阵LRg，其中LRg（i,j）为矩阵LRg的第i行第j列元素，

矩阵LRg中其它元素设置为0；

构造m×n蓝色分量补偿矩阵LRb，其中LRb（i,j）为矩阵LRb的第i行第j列元素，

矩阵LRb中其它元素设置为0；

步骤15、第一投影机向第一投影幕投射一幅绿色标定图像，其颜色的RGB值分别为0，255，0，使用摄像机拍摄第一投影幕，得到一幅绿色标定图片，使用摄像机拍摄第二投影幕，得到一幅绿色补偿图片，重复步骤6至步骤9，分别构造m×n红色分量补偿矩阵LGr、绿色分量补偿矩阵LGg、蓝色分量补偿矩阵LGb。

步骤16、第一投影机向第一投影幕投射一幅蓝色标定图像，其颜色的RGB值分别为0，0，255，使用摄像机拍摄第一投影幕，得到一幅蓝色标定图片，使用摄像机拍摄第二投影幕，得到一幅蓝色补偿图片，重复步骤9至步骤14，分别得到三个归一化绿色标定矩阵，分别用GR、GG、GB表示，三个归一化蓝色标定矩阵，分别用BR、BG、BB表示，分别构造m×n红色分量补偿矩阵LBr、绿色分量补偿矩阵LBg、蓝色分量补偿矩阵LBb。 

步骤12、构造三个m×n补偿矩阵Lr、Lg、Lb，其中， 

Lr（i,j）为矩阵Lr的第i行第j列元素，

;

Lg（i,j）为矩阵Lg的第i行第j列元素，

;

Lb（i,j）为矩阵Lb的第i行第j列元素，

;

通过以上三个补偿矩阵来补偿第一投影幕4对第二投影幕5的光辐射影响。

本发明的积极效果是能快速有效地消除大型正交多幕投影系统中相邻投影幕结合处图像间的相互干扰，最终得到更加鲜明和均衡的图像，使大型正交多幕投影系统具有更好的观赏效果，并大大减少补偿时间。此外，通过简单的调整，该方法也可以消除采用背投投影方式或混合投影方式的大型正交多幕投影系统中光辐射影响，还可以推广到柱幕等其它多投影系统中。 

附图说明

图1是大型正交多幕投影系统光辐射快速补偿方法所需设备构成图。此图也是说明书摘要附图。其中：1为摄像机，2为支撑调节机构，3为计算机，4为第一投影幕、5为第二投影幕。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述：如图1所示，大型正交多幕投影系统光辐射快速补偿方法，其特征在于：大型正交多幕投影系统由摄像机1、支撑调节机构2、计算机3、第一投影幕4、第二投影幕5、第一投影机6、第二投影机7组成；其中摄像机1固定到支撑调节机构2上，并可以通过手动方式调整支撑调节机构2的方位、俯仰和横滚方向的角度，进而调整摄像机1的拍摄角度，摄像机1通过电缆与计算机3连接；第一投影幕4与第二投影幕5在边界处正交；第一投影机6负责向第一投影幕4投射图像，并保证投射的图像恰好覆盖第一投影幕4；第二投影机7负责向第二投影幕5投射图像，并保证投射的图像恰好覆盖第二投影幕5。 

具体的补偿步骤如下： 

步骤1、将摄像机1放在大型正交多幕投影系统中的某个观察点处，保证摄像机1能分别拍摄第一投影幕4和第二投影幕5的全部画面，且不遮挡第一投影机6和第二投影机7投射的图像；旋转支撑调节机构2，使得用摄像机1拍摄时，第一投影幕4在第二投影幕5的左侧，在以后的步骤中始终保持摄像机1的设置参数不变。

步骤2、用第二投影机7在第二投影幕5上投射一幅投影幕边界标定图像，投影幕边界标定图像的背景颜色的RGB值分别为0，0，0，在投影幕边界标定图像的四个顶角处分别有一个白色的正方形，正方形的边长为5个像素，正方形颜色的RGB值分别为255，255，255，投影幕边界标定图像的分辨率与第二投影机7的分辨率相同，记为m×n。通过计算机3控制摄像机1拍摄第二投影幕5得到一张投影幕边界标定图片，并存储在计算机3中。 

步骤3、利用平均值法和线性平滑方法分别对投影幕边界标定图片进行灰度化和平滑处理以消除由拍摄引起的噪声干扰，采用全局二值化方法对灰度化和平滑处理后的投影幕边界标定图片进行二值化处理，得到二值化后的投影幕边界标定图片。 

步骤4、根据二值化后的投影幕边界标定图片中白色区域的顶点确定二值化后的投影幕边界标定图片的四个边界点，根据四个边界点确定最大边界矩形，将第二投影机7关闭。 

步骤5、第一投影机6向第一投影幕4投射一幅红色标定图像，其颜色的RGB值分别为255，0，0，使用摄像机1拍摄第二投影幕5，得到一幅红色标定图片。 

步骤6、根据最大边界矩形，确定拍摄的红色标定图片的有效区域，得到投影幕红色标定图片，设投影幕红色标定图片的分辨率为M×N，其中M>m，N>n。 

步骤7、读取投影幕红色标定图片中每个像素点的颜色的RGB值，得到三个矩阵，分别将三个矩阵中每个元素除以255，得到三个归一化矩阵，分别用R、G、B表示； 

步骤8、用M除以m，得到商用a表示，用N除以n，得到商用b表示。

步骤9、构造m×n红色分量补偿矩阵LRr，其中LRr（i,j）为矩阵LRr的第i行第j列元素， 

矩阵LRr中其它元素设置为0；

构造m×n绿色分量补偿矩阵LRg，其中LRg（i,j）为矩阵LRg的第i行第j列元素，

矩阵LRg中其它元素设置为0；

构造m×n蓝色分量补偿矩阵LRb，其中LRb（i,j）为矩阵LRb的第i行第j列元素，

矩阵LRb中其它元素设置为0；

步骤10、第一投影机6向第一投影幕4投射一幅绿色标定图像，其颜色的RGB值分别为0，255，0，使用摄像机1拍摄第二投影幕5，得到一幅绿色标定图片，重复步骤6至步骤9，分别构造m×n红色分量补偿矩阵LGr、绿色分量补偿矩阵LGg、蓝色分量补偿矩阵LGb。

步骤11、第一投影机6向第一投影幕4投射一幅蓝色标定图像，其颜色的RGB值分别为0，0，255，使用摄像机1拍摄第二投影幕5，得到一幅蓝色标定图片，重复步骤6至步骤9，分别构造m×n红色分量补偿矩阵LBr、绿色分量补偿矩阵LBg、蓝色分量补偿矩阵LBb。 

步骤12、构造三个m×n补偿矩阵Lr、Lg、Lb，其中， 

Lr（i,j）为矩阵Lr的第i行第j列元素，

;

Lg（i,j）为矩阵Lg的第i行第j列元素，

;

Lb（i,j）为矩阵Lb的第i行第j列元素，

;

通过以上三个补偿矩阵来补偿第一投影幕4对第二投影幕5的光辐射影响。

Claims (2)

1.大型正交多幕投影系统光辐射快速补偿方法，其特征在于：大型正交多幕投影系统由摄像机、支撑调节机构、计算机、第一投影幕、第二投影幕、第一投影机、第二投影机组成；其中摄像机固定到支撑调节机构上，并可以通过手动方式调整支撑调节机构的方位、俯仰和横滚方向的角度，进而调整摄像机的拍摄角度，摄像机通过电缆与计算机连接；第一投影幕与第二投影幕在边界处正交；第一投影机负责向第一投影幕投射图像，并保证投射的图像恰好覆盖第一投影幕；第二投影机负责向第二投影幕投射图像，并保证投射的图像恰好覆盖第二投影幕，第一投影机与第二投影机的分辨率相同。

2.大型正交多幕投影系统光辐射快速补偿方法，其具体的补偿步骤如下：

步骤1、将摄像机放在大型正交多幕投影系统中的某个观察点处，保证摄像机能分别拍摄第一投影幕和第二投影幕的全部画面，且不遮挡第一投影机和第二投影机投射的图像；旋转支撑调节机构，使得用摄像机拍摄时，第一投影幕在第二投影幕的左侧，在以后的步骤中始终保持摄像机的设置参数不变；

步骤2、用第一投影机在第一投影幕上投射一幅投影幕边界标定图像，投影幕边界标定图像的背景颜色的RGB值分别为0，0，0，在投影幕边界标定图像的四个顶角处分别有一个白色的正方形，正方形的边长为5个像素，正方形颜色的RGB值分别为255，255，255，投影幕边界标定图像的分辨率与第一投影机的分辨率相同，记为m×n；通过计算机控制摄像机拍摄第一投影幕得到一张第一投影幕边界标定图片，并存储在计算机中；

步骤3、利用平均值法和线性平滑方法分别对第一投影幕边界标定图片进行灰度化和平滑处理以消除由拍摄引起的噪声干扰，采用全局二值化方法对灰度化和平滑处理后的第一投影幕边界标定图片进行二值化处理，得到二值化后的第一投影幕边界标定图片；

步骤4、根据二值化后的第一投影幕边界标定图片中白色区域的顶点确定二值化后的第一投影幕边界标定图片的四个边界点，根据四个边界点确定第一投影幕的最大边界矩形，将第一投影机关闭；

步骤5、用第二投影机在第二投影幕上投射一幅投影幕边界标定图像，投影幕边界标定图像的背景颜色的RGB值分别为0，0，0，在投影幕边界标定图像的四个顶角处分别有一个白色的正方形，正方形的边长为5个像素，正方形颜色的RGB值分别为255，255，255，投影幕边界标定图像的分辨率与第二投影机的分辨率相同，记为m×n；通过计算机控制摄像机拍摄第二投影幕得到一张第二投影幕边界标定图片，并存储在计算机中；

步骤6、利用平均值法和线性平滑方法分别对第二投影幕边界标定图片进行灰度化和平滑处理以消除由拍摄引起的噪声干扰，采用全局二值化方法对灰度化和平滑处理后的第二投影幕边界标定图片进行二值化处理，得到二值化后的第二投影幕边界标定图片；

步骤7、根据二值化后的第二投影幕边界标定图片中白色区域的顶点确定二值化后的第二投影幕边界标定图片的四个边界点，根据四个边界点确定第二投影幕的最大边界矩形，将第二投影机关闭；

步骤8、第一投影机向第一投影幕投射一幅红色标定图像，其颜色的RGB值分别为255，0，0，使用摄像机拍摄第一投影幕，得到一幅红色标定图片，使用摄像机拍摄第二投影幕，得到一幅红色补偿图片；

步骤9、根据第一投影幕的最大边界矩形，确定拍摄的红色标定图片的有效区域，得到投影幕红色标定图片，设投影幕红色标定图片的分辨率为M×N，其中M>m，N>n；

步骤10、读取投影幕红色标定图片中每个像素点的颜色的RGB值，得到三个红色标定矩阵，分别将三个矩阵中每个元素除以255，分别CAMR、CAMG、CAMB表示，用1减去矩阵CAMR的每一个元素，用0减去矩阵CAMG的每一个元素，用0减去矩阵CAMB的每一个元素，得到三个归一化红色标定矩阵，分别用RR、RG、RB表示；

步骤11、根据第二投影幕的最大边界矩形，确定拍摄的红色标定图片的有效区域，得到投影幕红色补偿图片，设投影幕红色补偿图片的分辨率为M×N，其中M>m，N>n；

步骤12、读取投影幕红色补偿图片中每个像素点的颜色的RGB值，得到三个矩阵，分别将三个矩阵中每个元素除以255，得到三个归一化矩阵，分别用R、G、B表示；

步骤13、用M除以m，得到商用a表示，用N除以n，得到商用b表示；

步骤14、构造m×n红色分量补偿矩阵LRr，其中LRr（i,j）为矩阵LRr的第i行第j列元素，

矩阵LRr中其它元素设置为0；

构造m×n绿色分量补偿矩阵LRg，其中LRg（i,j）为矩阵LRg的第i行第j列元素，

矩阵LRg中其它元素设置为0；

构造m×n蓝色分量补偿矩阵LRb，其中LRb（i,j）为矩阵LRb的第i行第j列元素，

矩阵LRb中其它元素设置为0；

步骤15、第一投影机向第一投影幕投射一幅绿色标定图像，其颜色的RGB值分别为0，255，0，使用摄像机拍摄第一投影幕，得到一幅绿色标定图片，使用摄像机拍摄第二投影幕，得到一幅绿色补偿图片，重复步骤6至步骤9，分别构造m×n红色分量补偿矩阵LGr、绿色分量补偿矩阵LGg、蓝色分量补偿矩阵LGb；

步骤16、第一投影机向第一投影幕投射一幅蓝色标定图像，其颜色的RGB值分别为0，0，255，使用摄像机拍摄第一投影幕，得到一幅蓝色标定图片，使用摄像机拍摄第二投影幕，得到一幅蓝色补偿图片，重复步骤9至步骤14，分别得到三个归一化绿色标定矩阵，分别用GR、GG、GB表示，三个归一化蓝色标定矩阵，分别用BR、BG、BB表示，分别构造m×n红色分量补偿矩阵LBr、绿色分量补偿矩阵LBg、蓝色分量补偿矩阵LBb；

步骤12、构造三个m×n补偿矩阵Lr、Lg、Lb，其中，

Lr（i,j）为矩阵Lr的第i行第j列元素，

;

Lg（i,j）为矩阵Lg的第i行第j列元素，

;

Lb（i,j）为矩阵Lb的第i行第j列元素，

;

通过以上三个补偿矩阵来补偿第一投影幕4对第二投影幕5的光辐射影响。