CN111432198A - 一种基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法。本发明通过变换矩阵对投影仪校正，可以有效实现投影仪投射光线在空间坐标的几何调控，由于是对投影图像进行预变形校正，精度达到像素级，使投影光线在目标区域按预想效果分布，同时可以校正投影仪的安装位置、投射方向与投影屏幕不垂直、装配工差等带来的画面变形。

Description

一种基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法

技术领域

本发明涉及投影技术领域，特别是涉及一种基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法。

背景技术

在进行投影显示时不同位置不同方向的多个投影仪投射到同一空间区域上的画面不能够较好的对齐，传统的校正方法是调整投影仪的安装位置和通过投影仪自带画面设置进行梯形校正，但这种方法极为繁琐，机械校正精度低且投影仪自带的画面梯形校正对画面调整范围较小、只能调整水平竖直两个方向，不能满足对大尺度任意变形的一次性校正。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法，用于投影仪投射时的校正。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法，包括：

根据投影仪的预设安装位置，制造目标靶；

确定所述目标靶上的投影区域，并在所述目标靶上标记出所述投影区域；

标记所述目标靶的中心点，记为第一中心点；

以所述第一中心点为原点，在所述目标靶上建立第一直角坐标系；

在所述目标靶的投影区域内标记四个离散点，并记录四个离散点的坐标值(x_t，y_t)，t＝1,2,3,4；

制作一幅纯色图像；

标记所述纯色图像的中心点，记为第二中心点，以所述第二中心点为原点，建立第二直角坐标系，形成网格图像；

在所述网格图像上标记四个标记点，且四个标记点的坐标为(x_i,y_i)，i＝1,2,3,4，生成标记后图像；四个所述标记点围成的图案与四个所述离散点围成的图案相同；

将所述标记后图像加载到所述投影仪中，并投射到所述目标靶上；

调整所述投影仪的方向与位置，直到投射到目标靶上的第二中心点与所述第一中心点重叠；

通过修改所述标记后图像移动投影仪投射到所述目标靶上的四个投射点，直到四个所述投射点与四个所述离散点一一对齐，并记录移动后的四个投射点的坐标值(x'_i,y'_i)，i＝1,2,3,4；

根据所述移动后的四个投射点的坐标值与所述四个标记点的坐标值，计算变换矩阵；

根据所述变换矩阵对所述投影仪进行校正。

可选的，所述根据投影仪的预设安装位置，制造目标靶，包括：

测量投影仪的预设安装位置与投影屏幕的距离l；

根据公式

计算所述目标靶的尺寸；其中K为目标靶的尺寸，l为预设安装位置到投影屏幕的距离，m为投影仪的投射比；

根据所述目标靶的尺寸，制造目标靶。

可选的，所述根据投影仪的预设安装位置，制造目标靶，包括：

测量各投影仪的预设安装位置与投影屏幕的距离的距离l_n，n＝1,2,3,...,N；

根据公式

计算目标靶的尺寸；其中K为目标靶的尺寸，

为各预设安装位置到投影屏幕的平均距离，且

N为预设安装位置的数量，m为投影仪的投射比；

根据所述目标靶的尺寸，制作目标靶。

可选的，所述确定所述目标靶上的投影区域，并在所述目标靶上标记出所述投影区域，包括：

在所述预设安装位置处进行试投；

标记投影仪投射到所述目标靶上的区域；标记出的区域即为投影区域。

可选的，所述确定所述目标靶上的投影区域，并在所述目标靶上标记出所述投影区域，包括：

针对每一个预设安装位置：

在所述预设安装位置处进行试投；

标记各所述投影仪投射到所述目标靶上的区域；

标记各所述区域的交叉区域；所述交叉区域即为投影区域。

可选的，所述根据所述移动后的四个投射点的坐标值与所述四个标记点的坐标值，计算变换矩阵，包括：

根据公式

计算变换矩阵A；

其中，x'_i为移动后的四个所述投射点的横坐标值，y'_i为移动后的四个所述投射点的纵坐标值，x_i为移动前的四个所述标记点的横坐标值，y_i为移动前的四个所述标记点的纵坐标值，a₁₁、a₁₂、a₁₃、a₂₁、a₂₂、a₂₃、a₃₁、a₃₂、a₃₃均为变换矩阵A中的参数，且

z_i'为移动后的四个所述投射点的竖坐标值，z'_i＝1。

可选的，所述根据所述变换矩阵对所述投影仪进行校正，包括：

根据变换矩阵将预显示图像进行变换，生成校正后图像；

将所述校正后图像加载到投影仪上。

可选的，所述根据变换矩阵将预显示图像进行变换，生成校正后图像，具体为：

将所述预显示图像的各像素点左乘所述变换矩阵，生成校正后图像。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过变换矩阵对投影仪校正，可以有效实现投影仪投射光线在空间坐标的几何调控，由于是对投影图像进行预变形校正，精度达到像素级，使投影光线在目标区域按预想效果分布，同时可以校正投影仪的安装位置、投射方向与投影屏幕不垂直、装配工差等带来的画面变形。

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为本发明一种基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法的方法流程图。

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。

本发明的目的是提供一种基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法，用于多个投影仪投射时的校正。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一种基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法的方法流程图，如图1所示，本发明基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法包括：

步骤101：根据投影仪的预设安装位置，制造目标靶；

步骤102：确定所述目标靶上的投影区域，并在所述目标靶上标记出所述投影区域；

步骤103：标记所述目标靶的中心点，记为第一中心点；

步骤104：以所述第一中心点为原点，在所述目标靶上建立第一直角坐标系；在本实施例中，使所述第一坐标系的坐标范围等于投影仪的分辨率；

步骤105：在所述目标靶的投影区域内标记四个离散点，并记录四个离散点的坐标值(x_t，y_t)，t＝1,2,3,4；其中，四个所述离散点优选为距离较大的点，且四个离散点均不为第一中心点；t表示离散点的序号。

步骤106：制作一幅纯色图像；

步骤107：标记所述纯色图像的中心点，记为第二中心点，以所述第二中心点为原点，建立第二直角坐标系，形成网格图像；

其中，所述第二坐标系与所述第一坐标系中的坐标值为等变换关系，即在所述第二坐标系中点的坐标与所述第一坐标系中相同位置点的坐标相同；若第一坐标系的坐标范围不等于投影仪的分辨率，则所述第二坐标系与所述第一坐标系中的坐标值为线性变换关系。

此外，为了增强标记的显眼程度，标记所述第二中心点的颜色与所述纯色图像的颜色为对比色；如在本实施中，所述纯色图像为黑色，则使用红色标记所述第二中心点；

步骤108：在所述网格图像上标记四个标记点，且四个标记点的坐标为(x_i,y_i)，i＝1,2,3,4，生成标记后图像；四个所述标记点围成的图案与四个所述离散点围成的图案相同，i表示标记点的序号。离散点的坐标可以保证标记点所围成的图案与离散点所围成的图案相同。

步骤109：将所述标记后图像加载到所述投影仪中，并投射到所述目标靶上；

步骤110：调整所述投影仪的方向与位置，直到投射到目标靶上的第二中心点与所述第一中心点重叠；

步骤111：通过修改所述标记后图像移动投影仪投射到所述目标靶上的四个投射点，直到四个所述投射点与四个所述离散点一一对齐，并记录移动后的四个投射点的坐标值(x'_i,y'_i)，i＝1,2,3,4；

步骤112：根据所述移动后的四个投射点的坐标值与所述四个标记点的坐标值，计算变换矩阵；具体为根据公式

计算变换矩阵A；

其中，x'_i为移动后的四个所述投射点的横坐标值，y'_i为移动后的四个所述投射点的纵坐标值，x_i为移动前的四个所述标记点的横坐标值，y_i为移动前的四个所述标记点的纵坐标值，a₁₁、a₁₂、a₁₃、a₂₁、a₂₂、a₂₃、a₃₁、a₃₂、a₃₃均为变换矩阵A中的参数，且

z_i'为移动后的四个所述投射点的竖坐标值，因为标记后图像为二维图像，所以z_i'＝1。

步骤113：根据所述变换矩阵对所述投影仪进行校正。

当多个不同安装位置的投影仪同时向同一区域投射时，需要对多个投影仪进行校正，此时，步骤101包括：

步骤1011：测量各投影仪的预设安装位置与投影屏幕的距离的距离l_n，n＝1,2,3,...,N；

步骤1012：根据公式

计算目标靶的尺寸；其中K为目标靶的尺寸，

为各预设安装位置到投影屏幕的平均距离，且

N为预设安装位置的数量，n为预设安装位置的序号，m为投影仪的投射比；

步骤1013：根据所述目标靶的尺寸，制作目标靶。

同时，步骤102包括：

步骤1021：针对每一个预设安装位置：

在所述预设安装位置处进行试投；

标记投影仪投射到所述目标靶上的区域；

步骤1022：标记各所述区域的交叉区域；所述交叉区域即为投影区域。

当进行单投影仪的投射时，仅需对一个投影仪进行校正。

此时，步骤101包括：

步骤1011：测量投影仪的预设安装位置与投影屏幕的距离l；

步骤1012：根据公式

计算所述目标靶的尺寸；其中K为目标靶的尺寸，l为预设安装位置到投影屏幕的距离，m为投影仪的投射比；

步骤1013：根据所述目标靶的尺寸，制造目标靶。

同时，步骤102包括：

在所述预设安装位置处进行试投；

标记投影仪投射到所述目标靶上的区域；标记出的区域即为投影区域。

在本实施例中，步骤113包括：

步骤1131：根据变换矩阵将预显示图像进行变换，生成校正后图像；具体为所述预显示图像的各像素点左乘所述变换矩阵，生成校正后图像。

步骤1132：将所述校正后图像加载到投影仪上。

本发明进一步公开了以下技术效果：

本发明通过变换矩阵对投影仪校正，可以有效实现投影仪投射光线在空间坐标的几何调控，由于是对投影图像进行预变形校正，精度达到像素级，使投影光线在目标区域按预想效果分布，同时可以校正投影仪的安装位置、投射方向与投影屏幕不垂直、装配工差等带来的画面变形。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法，其特征在于，包括：

根据投影仪的预设安装位置，制造目标靶；

确定所述目标靶上的投影区域，并在所述目标靶上标记出所述投影区域；

标记所述目标靶的中心点，记为第一中心点；

以所述第一中心点为原点，在所述目标靶上建立第一直角坐标系；

在所述目标靶的投影区域内标记四个离散点，并记录四个离散点的坐标值(x_t，y_t)，t＝1,2,3,4；

制作一幅纯色图像；

标记所述纯色图像的中心点，记为第二中心点，以所述第二中心点为原点，建立第二直角坐标系，形成网格图像；

在所述网格图像上标记四个标记点，且四个标记点的坐标为(x_i,y_i)，i＝1,2,3,4，生成标记后图像；四个所述标记点围成的图案与四个所述离散点围成的图案相同；

将所述标记后图像加载到所述投影仪中，并投射到所述目标靶上；

调整所述投影仪的方向与位置，直到投射到目标靶上的第二中心点与所述第一中心点重叠；

通过修改所述标记后图像移动投影仪投射到所述目标靶上的四个投射点，直到四个所述投射点与四个所述离散点一一对齐，并记录移动后的四个投射点的坐标值(x'_i,y'_i)，i＝1,2,3,4；

根据所述移动后的四个投射点的坐标值与所述四个标记点的坐标值，计算变换矩阵；

根据所述变换矩阵对所述投影仪进行校正。

2.根据权利要求1所述的基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法，其特征在于，所述根据投影仪的预设安装位置，制造目标靶，包括：

测量投影仪的预设安装位置与投影屏幕的距离l；

根据公式

计算所述目标靶的尺寸；其中K为目标靶的尺寸，l为预设安装位置到投影屏幕的距离，m为投影仪的投射比；

根据所述目标靶的尺寸，制造目标靶。

3.根据权利要求1所述的基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法，其特征在于，所述根据投影仪的预设安装位置，制造目标靶，包括：

测量各投影仪的预设安装位置与投影屏幕的距离的距离l_n，n＝1,2,3,...,N；

根据公式

计算目标靶的尺寸；其中K为目标靶的尺寸，

为各预设安装位置到投影屏幕的平均距离，且

N为预设安装位置的数量，m为投影仪的投射比；

根据所述目标靶的尺寸，制作目标靶。

4.根据权利要求1所述的基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法，其特征在于，所述确定所述目标靶上的投影区域，并在所述目标靶上标记出所述投影区域，包括：

在所述预设安装位置处进行试投；

标记投影仪投射到所述目标靶上的区域；标记出的区域即为投影区域。

5.根据权利要求1所述的基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法，其特征在于，所述确定所述目标靶上的投影区域，并在所述目标靶上标记出所述投影区域，包括：

针对每一个预设安装位置：

在所述预设安装位置处进行试投；

标记各所述投影仪投射到所述目标靶上的区域；

标记各所述区域的交叉区域；所述交叉区域即为投影区域。

6.根据权利要求1所述的基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法，其特征在于，所述根据所述移动后的四个投射点的坐标值与所述四个标记点的坐标值，计算变换矩阵，包括：

根据公式

计算变换矩阵A；

其中，x'_i为移动后的四个所述投射点的横坐标值，y'_i为移动后的四个所述投射点的纵坐标值，x_i为移动前的四个所述标记点的横坐标值，y_i为移动前的四个所述标记点的纵坐标值，a₁₁、a₁₂、a₁₃、a₂₁、a₂₂、a₂₃、a₃₁、a₃₂、a₃₃均为变换矩阵A中的参数，且

a₃₃＝1，z′_i为移动后的四个所述投射点的竖坐标值，z′_i＝1。

7.根据权利要求1所述的基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法，其特征在于，所述根据所述变换矩阵对所述投影仪进行校正，包括：

根据变换矩阵将预显示图像进行变换，生成校正后图像；

将所述校正后图像加载到投影仪上。

8.根据权利要求7所述的基于透视变换的投影式三维显示系统校正方法，其特征在于，所述根据变换矩阵将预显示图像进行变换，生成校正后图像，具体为：

将所述预显示图像的各像素点左乘所述变换矩阵，生成校正后图像。

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