CN111918045A - 用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，包括：步骤S1，根据测量确定银幕上标记点的三维坐标，获取预先已标定内参相机的外参、计算得到银幕的数学模型方程和确定虚拟相机的视角；步骤S2，用识别的特征点的二维坐标和确定的相机的内参、外参和银幕的数学模型方程，计算特征点在银幕上的三维坐标；步骤S3，根据虚拟相机的视角，将特征点在银幕上的三维坐标转换为虚拟相机下的二维坐标；步骤S4，根据特征点在投影机上进行投影的二维坐标与虚拟相机下的二维坐标之间的映射关系，计算得出投影机校正用网格数据。该方法的优点是能在任意摆放相机的情况下，实现对整个银幕区域，进行拼接投影校正用网格数据的生成。

Description

用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法

技术领域

本发明涉及多投影机投影显示领域，尤其涉及一种用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法。

背景技术

目前，基于异形面的投影越来越多，如影院的环幕投影、球幕投影等。而现有的投影软件(如：Mad Mapper等)常用的方式，是先将未校正的投影画面投影至异形面，然后依据用户经验手动校正投影画面。实践中发现，依据现有的校正方法所得到的投影画面与异形面的贴合度通常不佳，而且耗时长。为了使投影画面与异形面的贴合度更高，通常需要根据投影银幕的形状对投影画面进行校正，目前有一类方法是使用相机拍摄投影机投影的特征点图，通过软件计算自动生成精确映射顶点的网格数据，利用生成的网格数据进行投影拼接校正。对这类方法，映射顶点的网格数据生成，是投影校正系统搭建速度以及校正精度的关键。

目前常用的多投影校正用映射顶点的网格数据自动生成方式有：基于相机标定、基于投影仪标定或者两者同时标定的方式。由于相机标定方式相对基于投影机的标定和两者同时标定的方式的步骤更少，目前较常用。如：申请号为201510169540.7的中国发明专利公开了一种基于相机标定来完成顶点映射的网格数据自动生成的方案。

发明人发现，在目前使用相机拍摄投影机投影的特征点图，来实现多投影校正用顶点映射的网格数据的自动生成方面，无论是采用哪种标定方式，由于在现场中存在以下情况：(1)对有些沉浸式的投影现场，可能需要多个相机来完成对整个投影银幕的拍摄，人工摆放的用于校正的相机，可能并不严格位于校正投影内容的最佳视角。这样会出现各人工摆放的相机，并不在一个统一的理想虚拟相机视角内。(2)由于投影现场中可能存在非银幕内容的灯光、高亮反光等物体，会对特征点的识别造成影响。(3)为充分利用投影银幕面积进行投影，投影机所投影的特征点会超出银幕，会造成相机所拍摄的特征点，可能不能被识别。这些原因使得目前生成的投影拼接校正用网格数据存在统一性和准确性不佳，不能保证校正效果的问题。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，能解决现有用相机拍摄投影机投影的特征点图生成投影拼接校正用网格数据，所存在的统一性和准确性不佳，不能保证校正效果的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，包括：

步骤S1，在银幕上设置标记点，测量确定所述标记点的三维坐标，根据所述标记点的三维坐标来获取预先已标定内参相机的外参、计算得到银幕的数学模型方程和确定作为校正投影内容最佳视角的虚拟相机的视角；

步骤S2，用多个投影机以超出有效显示区域的方式向所述银幕投影包含特征点的特征图，配合遮罩屏蔽方式，用相机拍摄所述特征图，识别所拍摄特征图中特征点的二维坐标，用识别得到的所述特征点的二维坐标和所述步骤S1确定的相机的内参、相机的外参和银幕的数学模型方程，计算得到所述特征点在所述银幕上的三维坐标；

步骤S3，根据所述步骤S1确定的所述虚拟相机的视角，将所述特征点在所述银幕上的三维坐标转换为所述虚拟相机下的二维坐标；

步骤S4，根据所述特征点在投影机上进行投影的二维坐标与所述虚拟相机下的二维坐标之间的映射关系，计算得出投影机校正用网格数据。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，其有益效果为：

通过将一个或多个相机获取的特征点坐标转换到一个统一的理想虚拟相机视角(即校正投影内容的最佳视角)下的方式，这样在进行多投影拼接校正时，不需要对相机的物理位置做已经位于最佳视角的假设性限定，能在任意摆放相机的情况下，实现对整个银幕区域，进行拼接投影校正用网格数据的生成，保证生成的校正用网格数据的统一性；通过以超出有效显示区域的方式向所述银幕投影包含特征点的特征图，配合遮罩屏蔽方式，能充分利用银幕的有效投影范围和不受超出银幕未能识别特征点的影响，提升生成的校正用数据的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的网格数据生成方法流程图；

图2为本发明实施例提供的网格数据生成方法所用的银幕为平面幕的示意图；

图3为本发明实施例提供的网格数据生成方法所用的银幕为环幕的正视示意图；

图4为本发明实施例提供的网格数据生成方法所用的银幕为环幕的顶视示意图；

图5为本发明实施例提供的网格数据生成方法中的投影点与投影范围相对关系图；

图6为本发明实施例提供的网格数据生成方法中的特征点的投影不同形式示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，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，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，本发明实施例提供一种用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，是一种适用于平面幕、环幕、半球幕、半椭球幕等投影银幕的校正用网格数据的生成方法，包括：

步骤S1，在银幕上设置标记点，测量确定所述标记点的三维坐标，根据所述标记点的三维坐标来获取预先已标定内参相机的外参、计算得到银幕的数学模型方程和确定作为校正投影内容最佳视角的虚拟相机的视角；

步骤S2，用多个投影机以超出有效显示区域的方式向所述银幕投影包含特征点的特征图，用相机拍摄所述特征图，识别所拍摄特征图中特征点的二维坐标，用识别得到的所述特征点的二维坐标和所述步骤S1确定的相机的内参、相机的外参和银幕的数学模型方程，计算得到所述特征点在所述银幕上的三维坐标；

步骤S3，根据所述步骤S1确定的所述虚拟相机的视角，将所述特征点在所述银幕上的三维坐标转换为所述虚拟相机下的二维坐标；

步骤S4，根据所述特征点在投影机上进行投影的二维坐标与所述虚拟相机下的二维坐标之间的映射关系，计算得出投影机校正用网格数据。

所述方法的步骤S1中，在银幕上设置标记点，测量确定所述标记点的三维坐标为：

直接在银幕上设置标记点，或通过三维坐标测量设备向银幕上投射标记点。

所述方法的步骤S1中，根据所述标记点的三维坐标获取预先已标定内参相机的外参为：

用已标定内参的相机拍摄银幕上的标记点，根据所述标记点在所述相机拍摄图片中的二维坐标与用三维坐标测量设备测量得到的所述标记点的三维坐标，计算得到所述相机在所述三维坐标测量设备坐标系下的外参；

根据所述标记点的三维坐标计算得到银幕的数学模型方程为：用三维坐标测量设备测量得到的所述标记点的三维坐标，根据银幕的类型拟合计算得到银幕的数学模型方程；

根据所述标记点的三维坐标确定作为校正投影内容最佳视角的虚拟相机的视角为：

根据三维坐标测量设备测量确定的所述银幕边缘上的标记点的三维坐标，计算获得校正投影内容的最佳视角的视口位置和视点位置，由获得的所述视口位置和视点位置确定虚拟相机的视角。

所述方法的步骤S2中，用多个投影机以超出有效显示范围的方式向所述银幕投影包含特征点的特征图，用相机拍摄所述特征图，识别所拍摄特征图中特征点的二维坐标为：

先调整投影机在银幕上的投影区域为超出银幕的有效显示区域，并将超出所述银幕有效显示区域的特征点设置为不使用；具体的，将超出所述银幕有效显示区域的特征点设置为不使用是在投影时，对这些设置为不使用的特征点不进行投影。

配合遮罩屏蔽方式，用投影机按调整好的投影区域向所述银幕投影包含特征点的特征图，用相机拍摄所述特征图，并识别所拍摄特征图中特征点的二维坐标。

所述的方法中，所述调整投影机在银幕上的投影区域为超出银幕的有效显示区域为：

投影机在银幕上的投影区域的至少一条边超出所述银幕的有效显示区域的对应边的宽带为：1～100mm。

所述的方法中，所述配合遮罩屏蔽方式，用投影机按调整好的投影区域向所述银幕投影包含特征点的特征图，用相机拍摄所述特征图，并识别所拍摄特征图中特征点的二维坐标包括：

用投影机按调整好的投影区域向所述银幕投影包含特征点的特征图，用相机拍摄投影的特征图，使用遮罩屏蔽所拍摄特征图中超出所述银幕有效显示区域部分，对屏蔽后的拍摄特征图用相机的内参进行校正后，再从校正后的拍摄特征图中识别出特征点的二维坐标；

或者，用投影机按调整好的投影区域向所述银幕投影包含特征点的特征图，使用遮罩屏蔽所述特征图超出所述银幕有效显示区域的部分，再用相机拍摄屏蔽后的所述特征图，并识别所拍摄特征图中特征点的二维坐标，对识别的特征点的二维坐标，用所述相机的内参进行校正。

具体配合遮罩(即MASK)屏蔽的方式包括：对相机拍摄投影特征图，使用遮罩屏蔽所拍摄特征图中非银幕投影区域，以消除非银幕投影区域高亮或高反光区域对特征点识别的影响，并使用相机的内参进行校正，并使用特征点识别算法，获取特征点的二维坐标。或者，对使用遮罩屏蔽过的特征图，使用特征点识别算法识别特征图中特征点的二维坐标，并对识别的特征点的二维坐标，使用相机内参进行校正。本操作的目的在于获取特征图中特征点的二维坐标，至于遮罩屏蔽、识别特征点、使用相机内参进行坐标校正，三个操作的先后，以及所用识别特征点的具体算法，并不做严格限定，均不影响本发明的实施，均属于本发明的保护范围。

所述的方法中，所述用所述相机的内参进行校正为：用相机的畸变参数进行校正。

所述方法的步骤S2还包括：补点操作步骤：在识别特征点的二维坐标后，根据已经识别的特征点的二维坐标，采用推算的方式，计算得出未能识别的特征点或未投影的特征点的二维坐标；

或者，

在计算得到所述特征点在所述银幕上的三维坐标后，根据已经得到的特征点的三维坐标，采用推算的方式，计算得出未能识别的特征点或未投影的特征点的三维坐标。

具体的，对未投影的以及未能识别的特征点，进行补点操作补全。根据已经识别的特征点的二维坐标，采用推算的方式，计算得出未能识别的特征点的二维坐标。该补点的操作步骤，可以是利用已经识别的特征点的二维点标，进行推算，得到未识别特征点的二维坐标；也可以是，利用已经计算得到的特征点的三维点标，进行推算，得到未识别特征点的三维坐标。

所述方法的步骤S2中，向银幕投影包含特征点的特征图中，为每个特征点赋予唯一ID，并用ID的二进制表示各位的位值，以将各位的位值与时分序号进行对应的方式进行分时投影。优选的，所用特征点为如图5所示的圆形光斑，每个圆形光斑被赋予唯一ID，并按ID的二进制表示各位的位值，与时分序号进行对应，来进行分时投影，如ID的二进制第N位为1的特征点，在第N次投影时进行投影，二进制第N位为0的特征点，在第N次投影时不进行投影。在方便识别的条件下，也可以采用其他方式特征点图进行投影，并不影响本发明的实现。

所述方法的步骤S3中，根据所述步骤S1确定的所述虚拟相机的视角，将所述特征点在所述银幕上的三维坐标转换为所述虚拟相机下的二维坐标为：

根据虚拟相机的参数设定投影矩阵，并计算特征点在该投影矩阵下的投影点的二维坐标；

或者，计算特征点与虚拟相机视角点连线与虚拟相机的视口平面的交点作为特征点在虚拟相机视口上的投影点，计算得到该投影点的二维坐标。

本发明的方法，由一个或多个相机获取的特征点坐标转换到一个统一的理想虚拟相机视角(即校正投影内容的最佳视角)，使得生成的网格数据保证了统一性，进行拼接校正时，不需要对相机的物理位置做已经位于最佳视角的假设性限定。基于相机外参标定，通过配置可投影点、补点等操作，解决了充分利用投影银幕面积进行投影，投影机所投影的特征点会超出银幕，造成相机所拍摄的特征点，可能不能被识别的问题；通过对相机的拍摄区域，配合遮罩屏蔽方式，对非银幕内容的灯光、高亮反光物体进行去除，避免了影响特征点识别的问题。本方法所用的银幕可以为平面幕、环幕、半球幕、半椭球幕等中的任一种，只要是能参数化描述的银幕均可用应用于本发明的方法中。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

本发明实施例公开一种通过配置可投影点、补点等操作，以及将由一个或多个相机获取的特征点坐标转换到一个统一的理想虚拟相机视角(即校正投影内容的最佳视角)下的方式，完成对完整银幕区域进行多投影机拼接校正用网格数据进行的生成方法。该方法是一种可应用于平面幕、环幕、球幕、椭球幕等银幕类型的校正用网格数据的生成方法。

实施例一

参见图1，本实施例提供一种用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，所用的银幕类型为平面幕，包括以下步骤：

步骤S1，进行相机标定，获取相机的内参，标定算法采用张定友相机标定算法，或类似的标定算法；

使用激光三维坐标测量设备，测量投影银幕上的标记点(即MARK点)，并用相机拍摄银幕上的MARK点，根据MARK点在相机拍摄图片中的二维坐标，和激光三维坐标测量设备得到的MARK点的三维坐标，计算得到相机在激光三维坐标测量设备坐标系下的外参。具体计算的算法，可采用DLT算法，但并不仅限于DLT算法，也可以是其他算法，只要能计算得到相机在激光三维坐标测量设备坐标系下的外参的现有算法均可使用。所述的MARK点，可以是投影银幕特别设置的标志点，也可以是激光三维坐标测量设备投射的激光光斑点，下面描述中MARK点均是上述方式设置在银幕的。

使用激光三维坐标测量设备，测量投影银幕上的MARK点，拟合得到银幕的数学模型方程。首先确认银幕的类型，本实施例中，银幕为平面幕，图2所示为该平面幕的正视图，图2中A、B、C、D四点表示投影区域的4个顶点的MARK点；

通过激光三维坐标测量设备测得平面幕上的A、B和C这3个MARK点的三维坐标分别为：A(x1，y1，z1)，B(x2，y2，z2)，C(x3，y3，c3)；

根据A、B和C三个标记点的三维坐标能得到向量

和向量

通过这两个向量

的叉乘运算，得到向量

以及：

d＝-1×(a×x1+b×y1+c×z1)；(式1)

可得该平面幕的平面方程为：ax+by+cz+d＝0；该平面方程即为平面幕的数学模型方程。

上述仅是拟合得出本实施例平面幕的数学模型方程的一种方式。进一步，也可以通过其他方式，如：获取银幕上更多MARK点的坐标，通过最小二乘法拟合得到更为精确的银幕的平面方程，这也在本发明的保护范围内。

根据银幕边缘上的MARK点坐标，计算获得校正投影内容的最佳视角的位置以及视口位置，即确定虚拟相机的参数。如图2所示，可以用其四个顶点A、B、C、D的MARK点的三维坐标，设定虚拟相机的视口。在垂直于虚拟相机的视口，向观众的一方，根据设定选取距离D的点，为虚拟相机的视角点。

步骤S2，调整投影机在银幕上的投影区域，使略微超出银幕可投影范围，以充分利用银幕显示范围。对超出投影银幕的特征点，设置为不使用(不进行投影)。如图5所示，设投影机如进行特征点的全部投影，有9行11列的特征点进行投影(包括：R1、R2、R3…R9共9行，C1、C2、C3……C11共11列)；标记点A、B、C、D为投影区域的4个顶点；图5中白色的圆点为投影到银幕外的特征点；图5中黑色的圆点为投影到投影银幕内的特征点。对超出银幕的特征点，设置为不使用(即在投影时，不投影这些特征点)，这样只投影位于银幕投影区域(银幕的有效显示区域)内的特征点。

为做说明用，本发明中向银幕投射特征点，可采用如图6所示的圆形光斑，每个圆形光斑的特征点被赋予唯一ID，并按ID的二进制表示各位的位值，与时分序号进行对应，来进行分时投影，如ID的二进制第N位为1的特征点，在第N次投影时进行投影，二进制第N位为0的特征点，在第N次投影时不进行投影。在方便识别的条件下，也可以选用其他方式的特征点图进行投影，并不影响本发明方案的实施。

用相机拍摄投影特征点图，使用MASK遮罩，屏蔽所拍摄图片中非银幕投影区域，以消除非银幕投影区域高亮或高反光区域对特征点识别的影响。

使用相机内参进行校正，用图形特征点识别算法(如：质心算法)获取特征点的二维坐标；

对未投影的以及未能识别的特征点，进行补点操作补全。根据已经识别的特征点坐标，采用推算的方式，计算得出未能识别的特征点的二维坐标。如图5所示，使用图形特征点识别算法(如：质心算法)，得到图中黑色的光斑圆心的二维坐标后，白色的光斑如第R1行第C3列的圆心二维坐标，可以通过第R2行第C3列黑色点的二维坐标和第R3行第C3列黑色圆心点的二维坐标，推算得出。第R1行第C1列的白色点的圆心二维坐标，可以通过反复多次如上述地推算得到。

步骤S2，根据已经识别的特征点的二维坐标、银幕的数学模型方程、相机的内参和相机的外参，计算得到特征点在银幕的上的三维坐标(Xw，Yw，Zw)；

相机的内参矩阵为：

相机的外参矩阵为：

特征点在相机空间坐标系下的三维坐标为(Xc，Yc，Zc)，其中，

Xc＝r11×Xw+r12×Yw+r13×Zw+t1； (式2)

Yc＝r21×Xw+r22×Yw+r23×Zw+t2； (式3)

Zc＝r31×Xw+r32×Yw+r33×Zw+t3； (式4)

特征点的二维坐标为[U，V]，对平面银幕，可以联立方程组为：

U＝fx×Xc/Zc+cx； (式5)

V＝fy×Yc/Zc+cy； (式6)

a×Xw+b×Yw+c×Zw+d＝0； (式7)

通过对上述式2至式7这6个方程组联合求解，能得到特征点在银幕的上的三维坐标(Xw，Yw，Zw)；

步骤S3，计算特征点的三维坐标在虚拟相机下的二维坐标；计算方法可采用：根据虚拟相机的参数(视口位置和视点位置)设定投影矩阵，并计算特征点在该投影矩阵下的投影点；或计算特征点与虚拟相机的视角点连线与虚拟相机的视口平面的交点，作为特征点在虚拟相机视口上的投影点。可采用上述示例的方法，也可采用其他计算方法，只要能计算特征点的三维坐标在虚拟相机下的二维投影坐标即可；

步骤S4，根据特征点在投影机投影时的二维坐标与所述特征点对应在虚拟相机视口中的二维坐标，生成投影机校正用网格数据。

实施例二

参见图1，本实施例提供一种用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，所用的银幕为环幕，包括以下步骤：

步骤S1，进行相机标定，获取相机的内参，标定算法采用张定友相机标定算法，或类似的标定算法；

使用激光三维坐标测量设备，测量投影银幕上的标记点(即MARK点)，并用相机拍摄银幕上的MARK点，根据MARK点在相机拍摄图片中的二维坐标，和三维坐标测量设备得到的三维坐标，使用DLT算法，计算得到相机在激光三维坐标测量设备坐标系下的外参；该算法并不仅限于DLT算法，也可以是其他算法。所述的MARK点，可以是投影银幕特别设置的标记点，也可以是激光三维坐标测量设备投射的激光光斑点，下面的描述中MARK点都是这样。

使用三维坐标测量设备，测量投影银幕边缘上的MARK点，拟合得到银幕的数学模型方程。本实施例中所用的银幕类型为环幕，该环幕的正视图如图3所示，图3中，A、B、C、D为投影区域的4个位于顶点的MARK点；图3所示为环幕的俯视图。环幕上的同一水平的多个MARK点坐标：E1(x1，y1，z1)，E2(x2，y2，z2)E3(x3，y3，z3)……；

使用最小二乘法拟合得到环幕中心点O的三维坐标(x0，y0，z0)和半径R，根据中心点O的三维坐标和半径R，得到环幕方程为：(x-x0)²+(y-y0)²＝R²(式8)；

根据银幕边缘上的MARK点坐标，计算获得校正投影内容的最佳视角的位置以及视口位置，即确定虚拟相机的参数。如图3所示，可以用其四个顶点A、B、C、D的三维坐标，设定虚拟相机的视口。垂直于虚拟相机的视口的环幕圆的中心点，为虚拟相机的视角点。

步骤S2，调整投影机在银幕上的投影区域，使略微超出银幕可投影范围，以充分利用银幕显示范围。对超出投影银幕的特征点，设置为不使用(不进行投影)；如图5所示，设投影机如进行特征点的全部投影，有9行11列的特征点进行投影(包括：R1、R2、R3…R9共9行，C1、C2、C3……C11共11列)；标记点A、B、C、D为投影区域的4个顶点。图5中白色的特征点为投影到银幕外的点；图5中黑色的特征点为投影到银幕内的点。对超出银幕的特征点，设置为不使用(即对这些特征点，不进行投影)，这样只投影位于银幕投影区域内的点。

为做说明用，本发明中向银幕投射特征点可采用如图6所示的圆形光斑，每个圆形光斑被赋予唯一ID，并按ID的二进制表示各位的位值，与时分序号进行对应，来进行分时投影，如ID的二进制第N位为1的特征点，在第N次投影时进行投影，二进制第N位为0的特征点，在第N次投影时不进行投影。在方便识别的条件下，也可以用其他方式特征点进行投影，且并不影响本发明的唯一性。

用相机拍摄投影特征点图，使用遮罩(即MASK)，屏蔽所拍摄图片中非银幕投影区域，以消除非银幕投影区域高亮或高反光区域对对特征点识别的影响；

使用图形特征点识别算法(如：质心算法)获取特征点的二维坐标；

使用相机的内参对获取特征点的二维坐标进行校正，具体采用相机的畸变参数进行校正；

步骤S3，根据已经识别的特征点的二维坐标、银幕的数学模型、相机的内参和相机的外参，计算得到特征点在银幕的上的三维坐标(Xw，Yw，Zw)；

其中，相机的内参矩阵为：

相机的外参矩阵为：

特征点在相机空间坐标系下的三维坐标为(Xc，Yc，Zc)；

Xc＝r11×Xw+r12×Yw+r13×Zw+t1； (式9)

Yc＝r21×Xw+r22×Yw+r23×Zw+t2； (式10)

Zc＝r31×Xw+r32×Yw+r33×Zw+t3； (式11)

特征点的二维坐标为[U，V]，对环幕的银幕类型，能联立方程组为：

U＝fx×Xc/Zc+cx； (式12)

V＝fy×Yc/Zc+cy； (式13)

(x-x0)²+(y-y0)²＝R²； (式14)

通过对上述式9至式14这6个方程组联合求解，能得出特征点在银幕的上的三维坐标(Xc，Yc，Zc)；

对未投影的以及未能识别的特征点，进行补点操作补全。具体是，根据已经识别的特征点的三维坐标，采用推算的方式计算得出未能识别的特征点的三维坐标。如图5所示，使用图形特征点识别算法(如：质心算法)，得到图6中黑色的光斑圆心的三维坐标后，白色的光斑如第R1行第C3列的圆心三维坐标，可以通过第R2行第C3列黑色光斑圆心的三维坐标和第R3行第C3列黑色光斑圆心点的三维坐标，推算得出。第R1行第C1列的白色光斑圆心点的三维坐标，可以通过反复多次如上述地推算得到。

步骤S3，计算特征点的三维坐标在虚拟相机下的二维坐标；计算方法可采用：根据虚拟相机的参数(视口位置和视点位置)设定投影矩阵，并计算特征点在该投影矩阵下的投影点；或计算特征点与虚拟相机的视角点连线与虚拟相机的视口平面的交点，作为特征点在虚拟相机视口上的投影点。可采用上述示例的方法，也可采用其他计算方法，只要能计算特征点的三维坐标在虚拟相机下的二维投影坐标即可；

步骤S4，根据特征点在投影机投影时的二维坐标与所述特征点对应在虚拟相机视口中的二维坐标，生成投影机校正用网格数据。

虽然上述实施例仅以平面幕和环幕举例说明了本发明网格数据生成方法的具体实现方式，但对其它银幕类型，如球幕、椭球幕等均可参照上述实现步骤和本发明的核心思想进行校正用网格数据的生成，在此不再详述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，其特征在于，包括：

步骤S1，在银幕上设置标记点，测量确定所述标记点的三维坐标，根据所述标记点的三维坐标来获取预先已标定内参相机的外参、计算得到银幕的数学模型方程和确定作为校正投影内容最佳视角的虚拟相机的视角；

步骤S2，用多个投影机以超出有效显示区域的方式向所述银幕投影包含特征点的特征图，配合遮罩屏蔽方式，用相机拍摄所述特征图，识别所拍摄特征图中特征点的二维坐标，用识别得到的所述特征点的二维坐标、相机的内参、所述步骤S1确定的相机的外参和银幕的数学模型方程，计算得到所述特征点在所述银幕上的三维坐标；

步骤S3，根据所述步骤S1确定的所述虚拟相机的视角，将所述特征点在所述银幕上的三维坐标转换为所述虚拟相机下的二维坐标；

步骤S4，根据所述特征点在投影机上进行投影的二维坐标与所述虚拟相机下的二维坐标之间的映射关系，计算得出投影机校正用网格数据。

2.根据权利要求1所述的用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，其特征在于，所述方法的步骤S1中，在银幕上设置标记点，测量确定所述标记点的三维坐标为：

直接在银幕上设置标记点，或通过三维坐标测量设备向银幕上投射标记点。

3.根据权利要求1或2所述的用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，其特征在于，所述方法的步骤S1中，根据所述标记点的三维坐标获取预先已标定内参相机的外参为：

用已标定内参的相机拍摄银幕上的标记点，根据所述标记点在所述相机拍摄图片中的二维坐标与用三维坐标测量设备测量得到的所述标记点的三维坐标，计算得到所述相机在所述三维坐标测量设备坐标系下的外参；

根据所述标记点的三维坐标计算得到银幕的数学模型方程为：用三维坐标测量设备测量得到的所述标记点的三维坐标，根据银幕的类型拟合计算得到银幕的数学模型方程；

根据所述标记点的三维坐标确定作为校正投影内容最佳视角的虚拟相机的视角为：

根据三维坐标测量设备测量确定的所述银幕边缘上的标记点的三维坐标，计算获得校正投影内容的最佳视角的视口位置和视点位置，由获得的所述视口位置和视点位置确定虚拟相机的视角。

4.根据权利要求1或2所述的用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，其特征在于，所述方法的步骤S2中，用多个投影机以超出有效显示范围的方式向所述银幕投影包含特征点的特征图，用相机拍摄所述特征图，识别所拍摄特征图中特征点的二维坐标为：

先调整投影机在银幕上的投影区域为超出银幕的有效显示区域，并将超出所述银幕有效显示区域的特征点设置为不使用；

配合遮罩屏蔽方式，用投影机按调整好的投影区域向所述银幕投影包含特征点的特征图，用相机拍摄所述特征图，并识别所拍摄特征图中特征点的二维坐标。

5.根据权利要求4所述的用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，其特征在于，所述调整投影机在银幕上的投影区域为超出银幕的有效显示区域为：

投影机在银幕上的投影区域的至少一条边超出所述银幕的有效显示区域的对应边的宽带为：1～100mm。

6.根据权利要求4所述的用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，其特征在于，所述配合遮罩屏蔽方式，用投影机按调整好的投影区域向所述银幕投影包含特征点的特征图，用相机拍摄所述特征图，并识别所拍摄特征图中特征点的二维坐标包括：

用投影机按调整好的投影区域向所述银幕投影包含特征点的特征图，用相机拍摄投影的特征图，使用遮罩屏蔽所拍摄特征图中超出所述银幕有效显示区域部分，对屏蔽后的拍摄特征图用相机的内参进行校正后，再从校正后的拍摄特征图中识别出特征点的二维坐标；

或者，用投影机按调整好的投影区域向所述银幕投影包含特征点的特征图，使用遮罩屏蔽所述特征图超出所述银幕有效显示区域的部分，再用相机拍摄屏蔽后的所述特征图，并识别所拍摄特征图中特征点的二维坐标，对识别的特征点的二维坐标，用所述相机的内参进行校正。

7.根据权利要求6所述的用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，其特征在于，所述用所述相机的内参进行校正为：

用相机的畸变参数进行校正。

8.根据权利要求1或2所述的用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，其特征在于，所述方法的步骤S2还包括：

补点操作步骤：在识别特征点的二维坐标后，根据已经识别的特征点的二维坐标，采用推算的方式，计算得出未能识别的特征点或未投影的特征点的二维坐标；

或者，

在计算得到所述特征点在所述银幕上的三维坐标后，根据已经得到的特征点的三维坐标，采用推算的方式，计算得出未能识别的特征点或未投影的特征点的三维坐标。

9.根据权利要求1或2所述的用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，其特征在于，所述方法的步骤S2中，向银幕投影包含特征点的特征图中，为每个特征点赋予唯一ID，并用ID的二进制表示各位的位值，以将各位的位值与时分序号进行对应的方式进行分时投影。

10.根据权利要求1或2所述的用于多个投影机进行投影拼接校正的网格数据生成方法，其特征在于，所述方法的步骤S3中，根据所述步骤S1确定的所述虚拟相机的视角，将所述特征点在所述银幕上的三维坐标转换为所述虚拟相机下的二维坐标为：

根据虚拟相机的参数设定投影矩阵，并计算特征点在该投影矩阵下的投影点的二维坐标；

或者，计算特征点与虚拟相机视角点连线与虚拟相机的视口平面的交点作为特征点在虚拟相机视口上的投影点，计算得到该投影点的二维坐标。

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