CN110708525A - 一种基于场景建模光路设计的校正融合方法及装置 - Google Patents

一种基于场景建模光路设计的校正融合方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明技术提出了一种基于场景建模光路设计的校正融合方法及装置，涉及图像调校领域。本发明根据场景仿真模型，解算出系统的各项指标，并根据各ID通道画面的形变特性及亮度和色彩分布等基准数据，自动生成几何校正、色彩校正和边缘融合理论数据，并根据这些数据进行投影显示系统最终的校正融合调试。采用本发明的方案能极大的减少投影显示系统最终的调试难度和调试时间，并保障实施效果。

Description

一种基于场景建模光路设计的校正融合方法及装置
技术领域
本发明涉及一种投影显示系统的调整技术，特别是一种基于场景建模光路设计的校正融合方法及装置。
背景技术
随着科学技术的高速发展以及信息量的急速攀升，在大规模信息可视化、虚拟现实和仿真、数字影院、展览展示、会议及教育等诸多领域，人们对显示技术的要求越来越高。更高的分辨率、更大的显示尺寸、更大的显示视场、多样的显示幕型和超强的沉浸感成为了市场的主流需求。
由于单台投影机分辨率和亮度有限，大型的显示系统需要多台投影机按不同的位置坐标和倾斜、翻转角度投影显示在各式显示幕上，再通过图像几何校正和边缘融合技术，呈现出一幅极具视觉冲击力的、色彩一致、亮度均匀、没有缝隙的大场景画面。
在复杂的投影显示系统中，为满足整个显示系统构建指标，每个ID的投影机的空间坐标和倾斜、翻转角度，都需要进行特殊的设定，以得到系统平均像素分辨率、系统平均亮度以及像素利用率等的都较优的方案，这对投影显示系统光路设计提出了更高的挑战和要求。同时每个ID的投影机在调整不同的空间坐标和不同的倾斜、翻转角度后，其呈现在各式显示幕上的形变和亮度分布也将是不规则的，相临投影区域之间重叠区域也不规则。
目前的校正融合技术需要专业人员凭经验进行手动校准，实施效果差，调整时间长，不能满足现如今人们的需求，针对这个问题本发明提供一种基于场景建模光路设计的校正融合方法及装置。
发明内容
本发明旨在解决各型投影显示系统中的图像校正融合实施效果差，调整时间长的问题，提供一种基于场景建模光路设计的校正融合方法及装置。从多个方面进行解算，输出各通道理论几何校正网格数据以及色彩校正和边缘融合理论数据，使科研人员和设计者能快速得到自动生成的校正融合理论数据，并实现图形图像几何校正和边缘融合的调校。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种基于场景建模光路设计的校正融合方法，包括：
S100、数据解算：输入场景仿真模型，进行数据解算并输出校正融合理论数据；所述校正融合理论数据包括各通道理论几何校正网格数据以及色彩校正和边缘融合理论数据；
S200、融合校正调试：根据校正融合理论数据，进行融合校正调试,包括：
S210、以校正融合理论数据为依据，校正网格；
S220、以校正融合理论数据为依据，进行色彩校正和边缘融合。
优选的，所述理论几何校正网格数据的解算包含以下步骤：
S111、以设计眼点为基准，对各显示幕在水平和垂直方向进行网格划分，获得等视场角间隔的水平、垂直交错基准网格；
S112、根据各投影机覆盖范围分布，计算出各通道在显示幕所负责视椎体区域及对应的特征网格的水平网格数和垂直网格数；
S113、计算出各通道输出的视场角，视场角＝视场角间隔×网格数；
S114、根据所述水平网格数和垂直网格数将各通道均分出若干条水平以及垂直的网格线，并按投影成像法则分别计算出各通道网格线在各型显示幕之间的形态分布，所述网格线的数量为S112步骤中对应的网格数加1；
S115、将各投影通道的网格线分布以显示幕上对应的基准网格为目标，按特征点线代换关系进行拟合计算，建立图像像素点与显示幕之间的映射关系；
S116、输出各通道理论几何校正数据。
优选的，所述色彩校正和边缘融合理论数据的解算包含以下步骤：
S121、调出场景仿真模型，计算各个通道图像亮度及像素分布情况；
S122、对各通道画面进行取样并进行匹配和计算，得到全局像素密度和亮度分布；
S123、解算色彩校正和融合区域的亮度衰减系数；
S124、输出色彩校正和边缘融合理论数据。
优选的，所述场景仿真模型的建立步骤如下：
S010、建立投影机光路系统和幕面系统的数字模型，并进行校验优化；
S020、构建场景仿真模型，并进行校验优化。
优选的，其中所述投影机光路系统的数字模型根据投影机物理参数、投影机性能指标和投影机光束发散参数进行建模，所述幕面系统的数字模型根据显示幕的类型、显示幕物理参数和显示幕光学参数进行建模。
优选的，所述S122步骤采用模块匹配法进行计算。
优选的，所述S123步骤采用基于颜色转换矩阵的色彩校正方法。
优选的，所述S210步骤通过特征点重合原则进行几何校正。
优选的，所述S220步骤采用调整显示器参数和R、G、B值的方式来进行色彩校正和边缘融合处理。
一种基于场景建模光路设计的校正融合装置，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行任一项所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提供一种基于场景建模光路设计的校正融合方法及装置，输入场景仿真模型，在进行数据解算后能够迅速反馈回理论几何校正理论数据以及色彩校正和边缘融合理论数据，这样极大的减少了数据处理的时间，并保证了校正融合理论数据的准确度；调校部分依照这些数据进行融合校正调试，极大的减少了投影显示系统最终的调试难度和调试时间。采用本发明的场景仿真模型的建立方法，使场景仿真模型的可靠度更高，能得到较佳的系统设计指标和较优的系统设计方案，大大提升了设计效率和设计效果。
附图说明
图1为实施例1所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法的流程示意图。
图2为实施例1所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法的理论几何校正网格数据解算步骤流程示意图。
图3为实施例1所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法的理论几何校正网格数据步骤拟合计算前理论几何校正网格图。
图4为实施例1所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法的理论几何校正网格数据步骤拟合计算后的理论几何校正网格图。
图5为实施例1所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法的色彩校正和边缘融合理论数据解算步骤流程示意图。
图6为实施例1所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法的融合校正调试步骤流程示意图。
图7为实施例2所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法的场景仿真模型流程图。
图8为实施例2所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法的场景仿真模型效果示意图。
图9为实施例3所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1所示，一种基于场景建模光路设计的校正融合方法，包括：
S100、数据解算：输入场景仿真模型，输出校正融合理论数据；所述校正融合理论数据包括各通道理论几何校正网格数据以及色彩校正和边缘融合理论数据；
S200、融合校正调试：根据校正融合理论数据，进行融合校正调试。
如图2所示，所述理论几何校正网格数据解算步骤如下：
S111、以设计眼点为基准，对各显示幕在水平和垂直方向进行网格划分，获得等视场角间隔的水平、垂直交错基准网格；
S112、根据各投影机覆盖范围分布，计算出各通道在显示幕所负责视椎体区域及对应的特征网格的水平网格数m和垂直网格数n；
S113、计算出各通道输出的视场角，视场角＝视场角间隔×网格数；
S114、根据所述水平网格数和垂直网格数将各通道均分出m+1条水平以及n+1垂直的网格线，并按投影成像法则分别计算出各通道网格线在各型显示幕之间的形态分布；
S115、将各投影通道的网格线分布以显示幕上对应的基准网格为目标，按特征点线代换关系进行拟合计算，建立图像像素点与显示幕之间的映射关系，拟合计算前后几何校正网格数据对比图如图3和图4所示；
S116、输出各通道理论几何校正数据。
如图5所示，色彩校正和边缘融合理论数据解算步骤如下：
S121、调出场景仿真模型，计算各个通道图像亮度及像素分布情况；
S122、采用模块匹配法对各通道画面进行取样并进行匹配和计算，得到全局像素密度和亮度分布；
S123、采用基于颜色转换矩阵的色彩校正方法解算色彩校正和融合区域的亮度衰减系数；
S124、输出色彩校正和边缘融合理论数据。
如图6所示，校正融合调校步骤如下：
S210、以校正融合理论数据为依据，通过特征点重合原则进行几何校正网格并检验效果；
S220、以校正融合理论数据为依据，采用调整GAMMA和R、G、B值的方式来进行色彩校正和边缘融合处理并检验效果。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于包括场景仿真模型的建立步骤，所述场景仿真模型建立流程如下：
S011、建立投影机光路系统和幕面系统的数字模型；
S012、校验优化；
S021、构建场景仿真模型；
S022、校验优化。
如图7所示，所述投影机光路系统的数字模型根据投影机物理参数、投影机性能指标和投影机光束发散参数进行建模，其中，所述投影机物理参数包括物理尺寸、重量以及镜头位置，所述投影机性能指标包括标准分辨率、亮度、亮度均匀性以及对比度，所述投影机光束发散参数包括光圈范围、实际焦距、镜头投射比以及图像位移；所述幕面系统的数字模型根据显示幕的类型、显示幕物理参数和显示幕光学参数进行建模，其中，所述显示幕的类型包括柱幕、球幕以及异形幕等其他类型，所述显示幕物理参数包括半径、弧长、视场角以及设计眼点，所述显示幕光学参数色彩保护度、色彩还原度、增益以及解像力，最终场景仿真模型效果图如图8所示。
在完成场景仿真模型后，根据建模过程中投影机光束发散参数以及投影机性能指标，按显示幕成像特性进行有限元分析，得出表1系统光路设计分析报表，分析报表可供系统设计人员校验分析，也可以供专业机构或用户审查检阅，并指导系统实施集成。
表1系统光路设计分析报表
Figure BDA0002234032400000081
实施例3
如图9所示，一种基于场景建模光路设计的校正融合装置，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述任一实施例所述的基于场景建模光路设计的校正融合方法。所述输入输出接口可以包括显示器、键盘、鼠标、以及USB接口，用于输入输出数据；电源用于为电子设备提供电能。
本领域技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
当本发明上述集成的单元以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，对于装置及电子设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于场景建模光路设计的校正融合方法，其特征在于，包括：
S100、数据解算：输入场景仿真模型，进行数据解算并输出校正融合理论数据；所述校正融合理论数据包括各通道理论几何校正网格数据以及色彩校正和边缘融合理论数据；
S200、融合校正调试：根据校正融合理论数据，进行融合校正调试，包括：
S210、以校正融合理论数据为依据，校正网格；
S220、以校正融合理论数据为依据，进行色彩校正和边缘融合。
2.根据权利要求1所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法，其特征在于：所述理论几何校正网格数据的解算包含以下步骤：
S111、以设计眼点为基准，对各显示幕在水平和垂直方向进行网格划分，获得等视场角间隔的水平、垂直交错基准网格；
S112、根据各投影机覆盖范围分布，计算出各通道在显示幕所负责视椎体区域及对应的特征网格的水平网格数和垂直网格数；
S113、计算出各通道输出的视场角；
S114、根据所述水平网格数和垂直网格数将各通道均分出若干条水平以及垂直的网格线，并按投影成像法则分别计算出各通道网格线在各型显示幕之间的形态分布；
S115、将各投影通道的网格线分布以显示幕上对应的基准网格为目标，按特征点线代换关系进行拟合计算，建立图像像素点与显示幕之间的映射关系；
S116、输出各通道理论几何校正网格数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法，其特征在于：所述色彩校正和边缘融合理论数据的解算包含以下步骤：
S121、调出场景仿真模型，计算各个通道图像亮度及像素分布情况；
S122、对各通道画面进行取样并进行匹配和计算，得到全局像素密度和亮度分布；
S123、解算色彩校正和融合区域的亮度衰减系数；
S124、输出色彩校正和边缘融合理论数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法，其特征在于：所述场景仿真模型的建立步骤如下：
S010、建立投影机光路系统和幕面系统的数字模型，并进行校验优化；
S020、构建场景仿真模型，并进行校验优化。
5.根据权利要求4所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法，其特征在于：其中所述投影机光路系统的数字模型根据投影机物理参数、投影机性能指标和投影机光束发散参数进行建模，所述幕面系统的数字模型根据显示幕的类型、显示幕物理参数和显示幕光学参数进行建模。
6.根据权利要求3所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法，其特征在于：所述S122步骤采用模块匹配法进行计算。
7.根据权利要求3所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法，其特征在于：所述S123步骤采用基于颜色转换矩阵的色彩校正方法。
8.根据权利要求1所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法，其特征在于：所述S210步骤通过特征点重合原则进行几何校正。
9.根据权利要求1所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法，其特征在于：所述S220步骤采用调整显示器参数和R、G、B值的方式来进行色彩校正和边缘融合处理。
10.一种基于场景建模光路设计的校正融合装置，其特征在于，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至9中任一项所述的一种基于场景建模光路设计的校正融合方法。
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