CN111586385B - 一种基于b样条曲线的投影图像颜色校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于B样条曲线的投影图像颜色校正方法，属于虚拟现实投影图像处理技术领域，提出B样条曲线与分段贝塞尔曲线相融合求取投影图像颜色传递函数的方案。首先，通过摄像机来记录RGB空间每个通道不同强度值所对应的投影画面颜色强度值；再根据这些节点利用B样条曲线求取颜色传递函数；最后，利用分段贝塞尔曲线对颜色传递函数进行优化来补偿校正不精确的复杂区域造成的偏差。本发明基于摄像机反馈的投影图像颜色校正结果，减小误差较大的问题。

Description

一种基于B样条曲线的投影图像颜色校正方法

技术领域

本发明属于技术领域，具体涉及一种基于B样条曲线的投影图像颜色校正方法。

背景技术

虚拟现实技术是20世纪末兴起的一门计算机技术，能够让用户实时、没有限制地观察三维空间内的场景与事物，沉浸在模拟环境中。随着时代的发展，人们对虚拟世界要求越来越高，佩戴VR眼镜会影响真实体验感，因此，裸眼虚拟现实技术能够为人们提供一个更好的VR体验，多通道投影拼接技术把虚拟画面投影到周围的墙壁上，用户在体验该技术应用时，不需要佩戴任何辅助装置，就能够沉浸到画面中并有身临其境的观感。但是，在实际应用中，由于投影幕颜色不均匀或者投影仪彼此型号不同等一系列因素，投影幕上的投影画面难免会发生颜色扭曲，以至于投影画面彼此存在色差。

如今存在很多投影图像颜色校正方法，其中B样条曲线模型较为典型，但是，投影仪颜色响应曲线的复杂以及校正集样本数量的局限会导致三次B样条曲线的4个控制点无法精确校正局部色域，因此，传递函数复杂的色域经颜色校正后也会出现颜色强度的偏移。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种基于B样条曲线的投影图像颜色校正方法，通过采用B样条曲线构建投影图像与原图像之间的颜色传递函数，再通过分段贝塞尔曲线对校正不精确的色域进行补偿。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于B样条曲线的投影图像颜色校正方法，包括步骤1)、将R、G、B三个颜色通道单独提取，依次生成所有像素点，该通道的颜色强度分别为0、15、30、40、50、……、220、230、240、255的25张图像，另外两通道的颜色强度始终为0；

步骤2)、摄像机依次采集这25张图像的投影画面，计算机提取这25张投影图像并分别计算各自该通道的颜色强度均值，以此作为校正集，通过三次B样条曲线求得图像空间与摄像空间的颜色强度转换关系；

步骤3)、根据投影仪的公共色域计算原图像颜色强度对应的理想值，再通过转换关系对原图像进行颜色预扭曲；

步骤4)、为了验证每个通道颜色传递函数的准确性，通过颜色传递函数分别对这25张图像进行颜色预扭曲并投影至投影幕，摄像机依次采集，计算机再进行提取并计算投影画面该通道的颜色强度均值，以此作为验证集，根据原图像颜色强度对应的理想值进行比较，检测到校正不精确的色域；

步骤5)、对校正不精确的颜色区域通过贝塞尔曲线进行进一步校正。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤2)中，照片内投影画面的颜色强度作为变换前的值，原图像的颜色强度值作为变换后的值，以便步骤3)求得的颜色转换模型不存在B样条曲线逆向运算。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤5)中，对校正不精确的颜色区域进行三次分段贝塞尔曲线预扭曲，通过首末两个控制点固定该区域的响应曲线段的两个端点来保证整体颜色传递函数的连续性及完整性，中间两个控制点用于进一步校正该颜色区域。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明提供的一种基于B样条曲线的投影图像颜色校正方法，步骤2)中，照片内投影画面的颜色强度作为变换前的值，原图像的颜色强度值作为变换后的值，以便步骤3)求得的颜色转换模型不存在B样条曲线逆向运算，以此降低数学表达式的复杂程度。

本发明提供的一种基于B样条曲线的投影图像颜色校正方法，步骤5)中，对校正不精确的颜色区域进行三次分段贝塞尔曲线预扭曲，通过首末两个控制点固定该区域的响应曲线段的两个端点来保证整体颜色传递函数的连续性及完整性，中间两个控制点用于进一步校正该颜色区域，可以更加细致的调整图像颜色差异。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于B样条曲线的投影图像颜色校正方法的整体流程图；

图2是本发明提供的投影原始图像；

图3是未颜色校正的双通道投影显示图像；

图4是颜色校正后的双通道投影显示图像；

图5是颜色误差补偿后的双通道投影显示图像；

图6是本发明实现的CAVE沉浸式系统效果图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：

本发明是一种基于B样条曲线的投影图像颜色校正方法，采用B样条曲线构建投影图像与原图像之间的颜色传递函数，再通过分段贝塞尔曲线对校正不精确的色域进行补偿。

如图1至图5所示，该方法包括，步骤1)、将R、G、B三个颜色通道单独提取，依次生成所有像素点，该通道的颜色强度分别为0、15、30、40、50、……、220、230、240、255的25张图像，另外两通道的颜色强度始终为0；

步骤2)、摄像机依次采集这25张图像的投影画面，计算机提取这25张投影图像并分别计算各自该通道的颜色强度均值，以此作为校正集，通过三次B样条曲线求得图像空间与摄像空间的颜色强度转换关系；

步骤3)、根据投影仪的公共色域计算原图像颜色强度对应的理想值，再通过转换关系对原图像进行颜色预扭曲；

步骤4)、为了验证每个通道颜色传递函数的准确性，通过颜色传递函数分别对这25张图像进行颜色预扭曲并投影至投影幕，摄像机依次采集，计算机再进行提取并计算投影画面该通道的颜色强度均值，以此作为验证集，根据原图像颜色强度对应的理想值进行比较，检测到校正不精确的色域；

步骤5)、对校正不精确的颜色区域通过贝塞尔曲线进行进一步校正。

在本发明提供的实施例中一种基于B样条曲线的投影图像颜色校正方法，步骤2)中，照片内投影画面的颜色强度作为变换前的值，原图像的颜色强度值作为变换后的值，以便步骤3)求得的颜色转换模型不存在B样条曲线逆向运算，以此降低数学表达式的复杂程度，提高操作人员的工作效率。

进一步地，步骤5)中，对校正不精确的颜色区域进行三次分段贝塞尔曲线预扭曲，通过首末两个控制点固定该区域的响应曲线段的两个端点来保证整体颜色传递函数的连续性及完整性，中间两个控制点用于进一步校正该颜色区域，可以更加细致的调整图像颜色差异，减小两幅图像之间颜色的细微差别。

具体的，在本发明提供的实施例中，本发明公开的一种基于B样条曲线的投影图像颜色校正方法，提供了一个在Windows操作系统上利用OpenCV对投影图像进行颜色校正，具体实施方式包括以下步骤：

步骤1)、将R、G、B三个颜色通道单独提取，依次生成所有像素点该通道的颜色强度分别为0、15、30、40、50、……、220、230、240、255的25张图像，另外两通道的颜色强度始终为0；

步骤2)、摄像机依次采集这25张图像的投影画面，计算机提取这25张投影图像并分别计算各自该通道的颜色强度均值，以此作为校正集，通过三次B样条曲线求得图像空间与摄像空间的颜色强度转换关系，如下式所示：

P_I＝B(P_C)

其中，P_C为照片内投影画面该颜色通道的强度值，B()为三次B样条曲线的响应函数，P_I为原图像对应的该通道颜色强度值；

步骤3)、根据投影仪的公共色域计算原图像颜色强度对应的理想值，如下式所示：

其中，P_I为原图像某通道的颜色强度值，L为投影仪公共色域的最小值(即所有投影仪色域最小值的最大值)，H为投影仪公共色域的最大值(即所有投影仪色域最大值的最小值)，F(P_I)为P_I对应的理想值。

再通过转换关系对原图像进行颜色预扭曲，如下式所示：

P_P＝B(F(P_I))

其中，P_P为P_I对应的理想值经三次B样条曲线响应变换后的值；

步骤4)、为了验证每个通道颜色传递函数的准确性，通过颜色传递函数分别对这25张图像进行颜色预扭曲并投影至投影幕，摄像机依次采集，计算机再进行提取并计算投影画面该通道的颜色强度均值，以此作为验证集，根据原图像颜色强度对应的理想值进行比较，检测到校正不精确的色域；

步骤5)、对校正不精确的颜色区域通过贝塞尔曲线进行进一步校正，如下式所示：

其中，P₀为原图像K处偏移区域以外颜色预扭曲前的所有颜色强度集合，P_k为原图像第k处偏移区域颜色预扭曲前的所有颜色强度集合，1≤k≤K，B_k()为第k处偏移区域的贝塞尔曲线响应函数，P_T为原图像颜色预扭曲后所有颜色强度集合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种基于B样条曲线的投影图像颜色校正方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1)、将R、G、B三个颜色通道单独提取，依次生成所有像素点，该通道的颜色强度分别为0、15、30、40、50、……、220、230、240、255的25张图像，另外两通道的颜色强度始终为0；

步骤2)、摄像机依次采集这25张图像的投影画面，计算机提取这25张投影图像并分别计算各自该通道的颜色强度均值，以此作为校正集，通过三次B样条曲线求得图像空间与摄像空间的颜色强度转换关系；

步骤3)、根据投影仪的公共色域计算原图像颜色强度对应的理想值，再通过转换关系对原图像进行颜色预扭曲；

步骤4)、为了验证每个通道颜色传递函数的准确性，通过颜色传递函数分别对这25张图像进行颜色预扭曲并投影至投影幕，摄像机依次采集，计算机再进行提取并计算投影画面该通道的颜色强度均值，以此作为验证集，根据原图像颜色强度对应的理想值进行比较，检测到校正不精确的色域；

步骤5)、对校正不精确的颜色区域通过贝塞尔曲线进行进一步校正，如下式所示：

其中，P₀为原图像K处偏移区域以外颜色预扭曲前的所有颜色强度集合，P_k为原图像第k处偏移区域颜色预扭曲前的所有颜色强度集合，1≤k≤K，B_k()为第k处偏移区域的贝塞尔曲线响应函数，P_T为原图像颜色预扭曲后所有颜色强度集合，B () 为三次B样条曲线的响应函数，F() 为对应的理想值 。

2.根据权利要求1所述的一种基于B样条曲线的投影图像颜色校正方法，其特征在于：所述步骤2)中，照片内投影画面的颜色强度作为变换前的值，原图像的颜色强度值作为变换后的值，以便步骤3)求得的颜色转换模型不存在B样条曲线逆向运算。

3.根据权利要求1所述的一种基于B样条曲线的投影图像颜色校正方法，其特征在于：所述步骤5)中，对校正不精确的颜色区域进行三次分段贝塞尔曲线预扭曲，通过首末两个控制点固定该区域的响应曲线段的两个端点来保证整体颜色传递函数的连续性及完整性，中间两个控制点用于进一步校正该颜色区域。

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