CN111901578B - 一种多通道洞穴式的投影方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多通道洞穴式的投影方法，包括以下步骤：布置多个投影设备，组建多通道投影系统，利用平行双目模型生成双目水平视差图像，开始投影；设置主要通道和次要通道，同步加载主要通道和次要通道的信息，完成对多个投影设备的投影信息的同步；对投影画面进行数字几何图像校正，消除虚拟图像与实际投影图像之间的畸变；将消除畸变过后的图像进行边缘融合，进行多通道投影的图像融合，完成投影。本发明采用时序同步的方法，保证了多通道投影设备在投影时的画面同步，同时对畸变区域进行校正，保证投影效果，对边缘重叠区域的亮度进行衰减，保证了多通道投影时的边缘重叠区域平滑过渡，实现了多个投影设备联动投影。

Description

一种多通道洞穴式的投影方法
技术领域
本发明属于图像处理领域，具体涉及一种多通道洞穴式的投影方法。
背景技术
多通道环幕投影系统是指采用多台投影机组合而成的多通道大屏幕显示系统，它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率，以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。它利用多台投影机组成一个弧形阵列，利用投影处理技术，将计算机图像信息投射在高精尺度的弧形环幕上，一台PC即可实现对整个投影系统的操作控制，但是在多通道投影中往往会出现畸变和边缘重叠的问题，而边缘重叠往往带来的是亮度叠加，从而导致画面不和谐。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种多通道洞穴式的投影方法解决了多通道投影时产生畸变和边缘重叠导致亮度叠加的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种多通道洞穴式的投影方法，包括以下步骤：
S1、布置多个投影设备，组建多通道投影系统，利用平行双目模型生成双目水平视差图像，并开始投影；
S2、设置主要通道和次要通道，同步加载主要通道和次要通道的信息，完成对多个投影设备的投影信息的同步；
S3、对投影画面进行数字几何图像校正，消除虚拟图像与实际投影图像之间的畸变；
S4、将消除畸变过后的图像进行边缘融合，进行多通道投影的图像融合，完成投影。
进一步地，所述步骤S2包括以下分步骤：
S21、从多通道投影系统中选择一条通道作为主要通道，并将其他通道作为次要通道，并构建多通道投影图像的投影时序；
S22、通过计算机读取主要通道的待投影图像数据，并记录待投影图像数据的投影时序；
S23、依次按帧播放主要通道的待投影图像数据，根据主要通道的投影时序，按照主要通道的播放顺序同步加载所有次要通道的投影，进行投影图像的同步。
进一步地，所述步骤S3包括以下分步骤：
S31、建立虚拟图像的空间坐标系和实际投影图像的空间坐标系，并建立空间坐标系关系函数；
S32、对关系函数进行求解，得到虚拟图像的空间坐标和实际投影图像的空间坐标之间的关系；
S33、根据虚拟图像的空间坐标和实际投影图像的空间坐标之间的关系，对实际投影图像进行空间坐标校正，消除虚拟图像与实际投影图像之间的畸变。
进一步地，所述步骤S31中关系函数为：
Figure BDA0002558070150000021
其中，(u,v)表示虚拟图像空间坐标系中任意一点的图像坐标，(x,y)表示实际投影图像空间坐标系中任意一点的图像坐标，i表示待定系数的组数，j表示待定系数每组的个数，n表示多项式次数，aij表示横坐标待定系数，bij表示纵坐标的待定系数。
进一步地，所述步骤S32包括以下分步骤：
S321、采用人工标定的方式在实际投影图像的空间坐标系中L个坐标点作为控制点，并构建拟合误差函数为：
Figure BDA0002558070150000031
其中，εx表示横坐标的拟合误差，εy表示纵坐标的拟合误差，k＝1,2,...,L，xk表示控制点中的第k点的横坐标，yk表示控制点中的第k点的纵坐标，
Figure BDA0002558070150000032
表示第k个xk对应的虚拟图像空间坐标的i次项，
Figure BDA0002558070150000033
表示第k个yk对应的虚拟图像空间坐标的j次项；
S322、对拟合误差函数分别求取横坐标待定系数aij和纵坐标待定系数bij的偏导数，并将偏导数置零，变换得到待定系数求解函数为：
Figure BDA0002558070150000034
其中，s＝0,1,2,...,n，t＝0,1,2,...,n-s；
S323、对待定系数求解函数进行求解，得到横坐标待定系数aij和纵坐标待定系数bij的值；
S324、根据横坐标待定系数aij的值、纵坐标待定系数bij的值和关系函数，得到虚拟图像的空间坐标和实际投影图像的空间坐标之间的关系。
进一步地，所述步骤S4包括以下分步骤：
S41、将待融合边缘区域的宽度量化为1，构建待融合边缘区域的衰减系数函数为：
Figure BDA0002558070150000041
其中，α表示衰减系数函数的调节值，d表示待融合边缘区域中一点到一边界的距离与待融合边缘区域的宽度比值，f1(d)表示待融合边缘区域中一点关于一侧投影画面的衰减系数，f2(d)表示待融合边缘区域中一点关于另一侧投影画面的衰减系数；
S42、获取待融合边缘区域两侧的平均亮度值分别为L1和L2，根据衰减系数函数构建待融合边缘区域的亮度调节函数Light为：
Light＝f1(d)·L1+f2(d)·L2；
S43、获取待融合边缘区域所有点的宽度比值，并根据所有点的宽度比值和亮度调节函数Light对待融合边缘区域中所有点进行亮度调节，完成多通道投影的图像融合，开始投影。
进一步地，所述待融合边缘区域两侧的平均亮度值L1和L2相等。
本发明的有益效果为：
(1)本发明采用时序同步的方法，保证了多通道投影设备在投影时的画面同步，同时对畸变区域进行校正，保证了图像投影时的效果不会变差或者失真。
(2)本发明对边缘重叠区域的亮度进行衰减，保证了多通道投影时的边缘重叠区域平滑过渡。
(3)本发明提供了一种多通道洞穴式的投影方法，实现了多个投影设备联动投影。
附图说明
图1为本发明提出的一种多通道洞穴式的投影方法流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
如图1所示，一种多通道洞穴式的投影方法，包括以下步骤：
S1、布置多个投影设备，组建多通道投影系统，利用平行双目模型生成双目水平视差图像，并开始投影；
S2、设置主要通道和次要通道，同步加载主要通道和次要通道的信息，完成对多个投影设备的投影信息的同步；
S3、对投影画面进行数字几何图像校正，消除虚拟图像与实际投影图像之间的畸变；
S4、将消除畸变过后的图像进行边缘融合，进行多通道投影的图像融合，完成投影。
所述步骤S2包括以下分步骤：
S21、从多通道投影系统中选择一条通道作为主要通道，并将其他通道作为次要通道，并构建多通道投影图像的投影时序；
S22、通过计算机读取主要通道的待投影图像数据，并记录待投影图像数据的投影时序；
S23、依次按帧播放主要通道的待投影图像数据，根据主要通道的投影时序，按照主要通道的播放顺序同步加载所有次要通道的投影，进行投影图像的同步。
所述步骤S3包括以下分步骤：
S31、建立虚拟图像的空间坐标系和实际投影图像的空间坐标系，并建立空间坐标系关系函数；
S32、对关系函数进行求解，得到虚拟图像的空间坐标和实际投影图像的空间坐标之间的关系；
S33、根据虚拟图像的空间坐标和实际投影图像的空间坐标之间的关系，对实际投影图像进行空间坐标校正，消除虚拟图像与实际投影图像之间的畸变。
所述步骤S31中关系函数为：
Figure BDA0002558070150000061
其中，(u,v)表示虚拟图像空间坐标系中任意一点的图像坐标，(x,y)表示实际投影图像空间坐标系中任意一点的图像坐标，i表示待定系数的组数，j表示待定系数每组的个数，n表示多项式次数，aij表示横坐标待定系数，bij表示纵坐标的待定系数。
所述步骤S32包括以下分步骤：
S321、采用人工标定的方式在实际投影图像的空间坐标系中L个坐标点作为控制点，并构建拟合误差函数为：
Figure BDA0002558070150000062
其中，εx表示横坐标的拟合误差，εy表示纵坐标的拟合误差，k＝1,2,...,L，xk表示控制点中的第k点的横坐标，yk表示控制点中的第k点的纵坐标，
Figure BDA0002558070150000063
表示第k个xk对应的虚拟图像空间坐标的i次项，
Figure BDA0002558070150000064
表示第k个yk对应的虚拟图像空间坐标的j次项；
S322、对拟合误差函数分别求取横坐标待定系数aij和纵坐标待定系数bij的偏导数，并将偏导数置零，变换得到待定系数求解函数为：
Figure BDA0002558070150000071
其中，s＝0,1,2,...,n，t＝0,1,2,...,n-s；
S323、对待定系数求解函数进行求解，得到横坐标待定系数aij和纵坐标待定系数bij的值；
S324、根据横坐标待定系数aij的值、纵坐标待定系数bij的值和关系函数，得到虚拟图像的空间坐标和实际投影图像的空间坐标之间的关系。
所述步骤S4包括以下分步骤：
S41、将待融合边缘区域的宽度量化为1，构建待融合边缘区域的衰减系数函数为：
Figure BDA0002558070150000072
其中，α表示衰减系数函数的调节值，d表示待融合边缘区域中一点到一边界的距离与待融合边缘区域的宽度比值，f1(d)表示待融合边缘区域中一点关于一侧投影画面的衰减系数，f2(d)表示待融合边缘区域中一点关于另一侧投影画面的衰减系数；
S42、获取待融合边缘区域两侧的平均亮度值分别为L1和L2，根据衰减系数函数构建待融合边缘区域的亮度调节函数Light为：
Light＝f1(d)·L1+f2(d)·L2；
S43、获取待融合边缘区域所有点的宽度比值，并根据所有点的宽度比值和亮度调节函数Light对待融合边缘区域中所有点进行亮度调节，完成多通道投影的图像融合，开始投影。
所述待融合边缘区域两侧的平均亮度值L1和L2相等。
本发明的有益效果为：
(1)本发明采用时序同步的方法，保证了多通道投影设备在投影时的画面同步，同时对畸变区域进行校正，保证了图像投影时的效果不会变差或者失真。
(2)本发明对边缘重叠区域的亮度进行衰减，保证了多通道投影时的边缘重叠区域平滑过渡。
(3)本发明提供了一种多通道洞穴式的投影方法，实现了多个投影设备联动投影。

Claims (4)

1.一种多通道洞穴式的投影方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、布置多个投影设备，组建多通道投影系统，利用平行双目模型生成双目水平视差图像，并开始投影；
S2、设置主要通道和次要通道，同步加载主要通道和次要通道的信息，完成对多个投影设备的投影信息的同步；
S3、对投影画面进行数字几何图像校正，消除虚拟图像与实际投影图像之间的畸变；
S4、将消除畸变过后的图像进行边缘融合，进行多通道投影的图像融合，完成投影；
所述步骤S3包括以下分步骤：
S31、建立虚拟图像的空间坐标系和实际投影图像的空间坐标系，并建立空间坐标系关系函数；
S32、对关系函数进行求解，得到虚拟图像的空间坐标和实际投影图像的空间坐标之间的关系；
S33、根据虚拟图像的空间坐标和实际投影图像的空间坐标之间的关系，对实际投影图像进行空间坐标校正，消除虚拟图像与实际投影图像之间的畸变；
所述步骤S31中关系函数为：
Figure FDA0003250630650000011
其中，(u,v)表示虚拟图像空间坐标系中任意一点的图像坐标，(x,y)表示实际投影图像空间坐标系中任意一点的图像坐标，i表示待定系数的组数，j表示待定系数每组的个数，n表示多项式次数，aij表示横坐标待定系数，bij表示纵坐标的待定系数；
所述步骤S32包括以下分步骤：
S321、采用人工标定的方式在实际投影图像的空间坐标系中L个坐标点作为控制点，并构建拟合误差函数为：
Figure FDA0003250630650000021
其中，εx表示横坐标的拟合误差，εy表示纵坐标的拟合误差，k＝1,2,...,L，xk表示控制点中的第k点的横坐标，yk表示控制点中的第k点的纵坐标，
Figure FDA0003250630650000022
表示第k个xk对应的虚拟图像空间坐标的i次项，
Figure FDA0003250630650000023
表示第k个yk对应的虚拟图像空间坐标的j次项；
S322、对拟合误差函数分别求取横坐标待定系数aij和纵坐标待定系数bij的偏导数，并将偏导数置零，变换得到待定系数求解函数为：
Figure FDA0003250630650000024
其中，s＝0,1,2,...,n，t＝0,1,2,...,n-s；
S323、对待定系数求解函数进行求解，得到横坐标待定系数aij和纵坐标待定系数bij的值；
S324、根据横坐标待定系数aij的值、纵坐标待定系数bij的值和关系函数，得到虚拟图像的空间坐标和实际投影图像的空间坐标之间的关系。
2.根据权利要求1所述的多通道洞穴式的投影方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：
S21、从多通道投影系统中选择一条通道作为主要通道，并将其他通道作为次要通道，并构建多通道投影图像的投影时序；
S22、通过计算机读取主要通道的待投影图像数据，并记录待投影图像数据的投影时序；
S23、依次按帧播放主要通道的待投影图像数据，根据主要通道的投影时序，按照主要通道的播放顺序同步加载所有次要通道的投影，进行投影图像的同步。
3.根据权利要求1所述的多通道洞穴式的投影方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下分步骤：
S41、将待融合边缘区域的宽度量化为1，构建待融合边缘区域的衰减系数函数为：
Figure FDA0003250630650000031
其中，α表示衰减系数函数的调节值，d表示待融合边缘区域中一点到一边界的距离与待融合边缘区域的宽度比值，f1(d)表示待融合边缘区域中一点关于一侧投影画面的衰减系数，f2(d)表示待融合边缘区域中一点关于另一侧投影画面的衰减系数；
S42、获取待融合边缘区域两侧的平均亮度值分别为L1和L2，根据衰减系数函数构建待融合边缘区域的亮度调节函数Light为：
Light＝f1(d)·L1+f2(d)·L2；
S43、获取待融合边缘区域所有点的宽度比值，并根据所有点的宽度比值和亮度调节函数Light对待融合边缘区域中所有点进行亮度调节，完成多通道投影的图像融合，开始投影。
4.根据权利要求3所述的多通道洞穴式的投影方法，其特征在于，所述待融合边缘区域两侧的平均亮度值L1和L2相等。
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