CN108010083A - 一种佩珀尔幻象显示系统中的投影仪定标方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种佩珀尔幻象显示系统中的投影仪定标方法，涉及虚拟显示技术领域，投影仪模型为将2D图像映射为3D光线的过程，其定标需要在世界坐标系和投影图像平面参考系之间建立多个点对。投影图像平面参考系中点的坐标已知，而世界坐标系中点的坐标则需要借助照相机完成。定标板四周的四个角点经过摄像机检测以确定定标板的位置，而后将投影图像投射至定标板。本发明可以将人从繁琐的定标操作中解放出来，实现了程序的自动化。整个定标时间控制在90s内，和一名熟练的人工去定标时间相当，定标精度甚至优于人工定标。

Description

一种佩珀尔幻象显示系统中的投影仪定标方法

技术领域

本发明涉及虚拟显示技术领域，尤其是一种佩珀尔幻象显示系统中的投影仪定标方法。

背景技术

佩珀尔幻象的虚拟技术由纯粹的理论研究逐渐走向实际应用，未来会在医学、生物学、军事、航天、体育、汽车、艺术等相关领域发挥越来越重要的作用。在佩珀尔幻象的显示系统中，一个关键的技术就是定标即建立目标在投影仪中图像坐标和物理坐标的映射关系，从而一旦确定目标在投影仪图像中坐标，就可以控制投影仪运动到目标所在位置以得到投影的清晰影像等操作。实现定标一个极端的笨方法是，对于投影仪中的每一个像素点进行标定，首先选定投影仪中一个目标像素点，记下其在投影仪中图像坐标；然后控制投影仪，使选定的目标像素点处于投影仪画面中心处，记下此时投影仪物理坐标。这样就建立了一对枪机图像坐标和球机物理坐标对应点，对投影仪中所有像素点重复该过程，可建立一个从枪机像平面中的任一点到枪机中的水平方位角和垂直高度角的映射表，从而完成定标过程。这种方法过程繁琐且定位精度受到操作人的影响和限制。

发明内容

本发明提出的一种佩珀尔幻象显示系统中的投影仪定标方法，避免繁琐的手动控制并提高定标精度及速度。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种佩珀尔幻象显示系统中的投影仪定标方法，包括以下步骤：

步骤1：架设摄像机、投影仪，并将其焦距调整合适，将定标板置于摄像机和投影仪视野下；

步骤2：摄像机拍摄定标板图像并检测角点，并匹配和记录角点在图像中的坐标、在世界坐标系的坐标，如定标板上角点未被全部检测出则重新拍摄图像，直至全部角点被检测出；

步骤3：定标板不动，在其表面铺设白纸，投影仪投射投影仪定标图像；

步骤4：摄像机拍摄图像提取投影图像的角点，记录角点在所拍摄图像中的位置，如角点未被全部检测出则重新拍摄；

步骤5：适度改变定标板位置和角度；

步骤6：重复步骤2-5共9次，处理步骤2得到的角点坐标对，计算摄像机内外参数，完成摄像机定标；

步骤7：根据摄像机参数计算投影图像角点的三维信息，建立投影图像角点在世界坐标系下和投影图像下的坐标对，同样计算投影仪内外参数，完成投影仪定标。

本发明通过提供的一种佩珀尔幻象显示系统中的投影仪定标方法，其有益效果在于：可以将人从繁琐的定标操作中解放出来，实现了程序的自动化。整个定标时间控制在90s内，和一名熟练的人工去定标时间相当，定标精度甚至优于人工定标。

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为投影仪定标中3D点与2D点的对应关系示意图；

图2为投影仪投射定标图像后的定标板及找到的角点示意图。

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。

投影仪模型为将2D图像映射为3D光线的过程，其定标需要在世界坐标系和投影图像平面参考系之间建立多个点对。投影图像平面参考系中点的坐标已知，而世界坐标系中点的坐标则需要借助照相机完成。定标板四周的四个角点经过摄像机检测以确定定标板的位置，而后将投影图像投射至定标板。

如图1所示，摄像机拍摄到投射了定标图像的定标板，并检测到一个角点q_C，根据己经定标的相机坐标系和成像平面参考系可推出世界坐标系中三维点Q_w的坐标，而在设计投影图像时可知投影图像中角点q_p在投影图像平面参考系的坐标，由此建立Q_w和q_p的坐标对应关系，并据此完成投影仪的定标。

总的来看，本实施的定标可表述为以下流程:

步骤1：架设摄像机、投影仪，并将其焦距调整合适，将定标板置于摄像机和投影仪视野下；

步骤2：摄像机拍摄定标板图像(记为I_C)并检测角点，并匹配和记录角点在图像中的坐标、在世界坐标系的坐标，如定标板上角点未被全部检测出则重新拍摄图像，直至全部角点被检测出；

步骤3：定标板不动，在其表面铺设白纸，投影仪投射投影仪定标图像，如图2所示；

步骤4：摄像机拍摄图像(记为I_p)提取投影图像的角点，记录角点在所拍摄图像中的位置，如角点未被全部检测出则重新拍摄I_p；

步骤5：适度改变定标板位置和角度；

步骤6：重复步骤2-5共9次，处理步骤2得到的角点坐标对，计算摄像机内外参数，完成摄像机定标；

步骤7：根据摄像机参数计算投影图像角点的三维信息，建立投影图像角点在世界坐标系下和投影图像下的坐标对，同样计算投影仪内外参数，完成投影仪定标。

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。

Claims (1)

1.一种佩珀尔幻象显示系统中的投影仪定标方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：架设摄像机、投影仪，并将其焦距调整合适，将定标板置于摄像机和投影仪视野下；

步骤2：摄像机拍摄定标板图像并检测角点，并匹配和记录角点在图像中的坐标、在世界坐标系的坐标，如定标板上角点未被全部检测出则重新拍摄图像，直至全部角点被检测出；

步骤3：定标板不动，在其表面铺设白纸，投影仪投射投影仪定标图像；

步骤4：摄像机拍摄图像提取投影图像的角点，记录角点在所拍摄图像中的位置，如角点未被全部检测出则重新拍摄；

步骤5：适度改变定标板位置和角度；

步骤6：重复步骤2-5共9次，处理步骤2得到的角点坐标对，计算摄像机内外参数，完成摄像机定标；

步骤7：根据摄像机参数计算投影图像角点的三维信息，建立投影图像角点在世界坐标系下和投影图像下的坐标对，同样计算投影仪内外参数，完成投影仪定标。