CN112911258A - 一种基于b样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法，包括以下步骤：采用非线性三次融合函数对投影图像融合带进行亮度调节并对其投影；利用畸变校正后的摄像机对投影画面进行采集，在摄像空间内比较投影融合带颜色强度的实际值与理想值，以此对融合带的亮度调节效果进行评估；通过颜色传递函数计算摄像空间内投影融合带颜色强度理想值对应原图像的颜色强度值，从而求得理想融合参数；以非线性三次融合参数为变换前的值，理想融合参数为变换后的值，通过B样条曲线对融合函数进行优化。本发明提供的方法计算过程简单，调节精度高，在多通道投影融合技术中具有可行性。

Description

一种基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法

技术领域

本发明涉及数字投影图像技术领域，特别是涉及一种基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法。

背景技术

随着沉浸式投影技术的发展，人们逐渐将此类技术应用至教育与娱乐领域，沉浸在模拟环境中获得身临其境的观感。如今，沉浸式体验项目成为数字创意中最受欢迎的体验项目之一，投影仪把虚拟画面投影至周围，使自己身在投影画面的环境内，由于一个投影画面面积有限，若想沉浸在面积足够理想的虚拟画面范围内，需要采用多通道投影拼接技术，每个投影仪投影各自的画面进行拼接。但是，在实际应用中，为了实现多通道投影画面的无缝融合，必然会存在重叠区域，重叠区域的亮度过大，不能保证整体亮度一致性。

如今存在很多投影图像边缘亮度调节方法，其中非线性三次融合函数较为典型，保证边缘亮度的平滑性，但是复杂的投影环境导致重叠区域相对非重叠区域依旧存在亮度差异。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法，采用非线性三次融合函数对投影图像进行边缘亮度调节，再通过相机捕捉投影图像反馈进行评估并采用B样条曲线进行优化，方法简单，调节精度高。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法，包括以下步骤：

S1，采用非线性三次融合函数对投影图像融合带进行亮度调节并对其投影；

S2，基于B样条曲线对投影图像进行几何校正，利用畸变校正后的摄像机对投影画面进行采集，在摄像空间内比较投影融合带颜色强度的实际值与理想值，以此对融合带的亮度调节效果进行评估；

S3，基于B样条曲线对投影图像进行颜色校正，通过颜色传递函数计算摄像空间内投影融合带颜色强度理想值对应原图像的颜色强度值，从而求得理想融合参数；

S4，以非线性三次融合参数为变换前的值，理想融合参数为变换后的值，通过B样条曲线对融合函数进行优化。

进一步的，所述方法还包括：

S5，计算经优化后的融合函数调节后的投影图像重叠区域的峰值信噪比，根据投影环境给予峰值信噪比一个标准值，如果计算的峰值信噪比低于标准值，重复步骤S2-S5，直至计算的峰值信噪比达到标准值为止。

进一步的，所述步骤S1中，非线性三次融合函数的数学表达式如下式所示：

其中，t为融合带的水平坐标值，相对投影图像最外侧为0，最内侧为1；d(t)为融合参数。

进一步的，步骤S2中，在摄像空间内比较投影融合带颜色强度的实际值与理想值，以此对融合带的亮度调节效果进行评估，具体包括：

比较摄像空间内重叠区域的颜色强度是否与非重叠区域一致，如果不一致，根据摄像空间内的颜色差异给予每个投影通道融合带水平坐标分别为

处三个颜色通道的理想值，其中，i＝0,1,2,4,5。

进一步的，步骤S3中，基于B样条曲线对投影图像进行颜色校正，通过颜色传递函数计算摄像空间内投影融合带颜色强度理想值对应原图像的颜色强度值，从而求得理想融合参数，具体包括：

根据颜色传递函数计算摄像空间内投影融合带所设定6处颜色强度理想值对应原图像的颜色强度值从而求得理想融合参数，如下式所示：

其中，i＝0,1,2,3,4,5，T_C(i)为融合带水平坐标为

在摄像空间内所设定的理想值，F(T_C(i))为颜色传递函数，T_I(i)为投影空间内对应的理想值，α_i为融合带水平坐标为

处的理想融合参数。

进一步的，步骤S4中，以非线性三次融合参数为变换前的值，理想融合参数为变换后的值，通过B样条曲线对融合函数进行优化，具体包括：

通过B样条曲线对亮度融合函数进行优化，根据

分为5段，非线性三次融合参数为变换前的值，理想融合参数为变换后的值，以此求得8个控制点，如下式所示：

其中，α_0(i)为融合带水平坐标为

处的融合参数，p_i+k为控制点，F_k,3(α_0(i))为分段混合函数，如下式所示：

其中，

由于响应函数曲线为开曲线，因此p₀＝p₁，p₆＝p₇，通过六组对应关系求得八个控制点；

最终优化后的融合函数如下式所示：

α(t)＝B(d(t)) (5)

其中，B(d(t))为B样条曲线对d(t)优化后的值，α(t)为融合带水平坐标为t处的融合参数值；

投影图像的颜色空间为RGB空间，颜色强度值分别为(255，0，0)、(0，255，0)、(0，0，255)，对三个颜色通道分别优化亮度融合函数。

进一步的，步骤S5中，计算经优化后的融合函数调节后的投影图像重叠区域的峰值信噪比，根据投影环境给予峰值信噪比一个标准值，如果计算的峰值信噪比低于标准值，重复步骤S2-S5，直至计算的峰值信噪比达到标准值为止，具体包括：

对经融合函数调节后的投影图像进行投影，峰值信噪比作为边缘亮度调节的评估指标，如下式所示：

其中，PSNR为峰值信噪比，MAX为摄像空间内最大的颜色强度值，设为255，MSE为均值误差，其表达式如下式所示：

其中，F(j)为摄像空间内投影画面重叠区域水平坐标为

处颜色强度的平均值，R(j)为摄像空间内投影画面重叠区域水平坐标为

处颜色强度的理想值，也是摄像空间内非重叠区域处颜色强度的平均值；

根据投影环境给予峰值信噪比一个标准值，如果经融合函数调节后的投影图像重叠区域的峰值信噪比低于标准值，重新设置融合带水平坐标分别为

处三个颜色通道的理想值，再次对融合函数进行B样条曲线优化，直到摄像空间内所计算的峰值信噪比达到标准值为止。

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：本发明提供的基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法，在多颜色通道投影融合中，采用非线性三次融合函数对投影图像融合带进行亮度调节并对其投影，将非线性三次融合参数为变换前的值，理想融合参数为变换后的值，通过三次B样条曲线对亮度融合函数进行优化，保证了投影画面整体亮度的一致性；并且，根据投影环境设定峰值信噪比的标准值，能够通过峰值信噪比对边缘亮度调节进行准确评估，提高亮度调节效率和精度。

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为本发明实施例基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法的流程图。

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B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法，采用非线性三次融合函数对投影图像进行边缘亮度调节，再通过相机捕捉投影图像反馈进行评估并采用B样条曲线进行优化，方法简单，调节精度高。

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。

如图1所示，本发明提供的基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法，包括以下步骤：

S1，采用非线性三次融合函数对投影图像融合带进行亮度调节并对其投影；

S2，基于B样条曲线对投影图像进行几何校正，利用畸变校正后的摄像机对投影画面进行采集，在摄像空间内比较投影融合带颜色强度的实际值与理想值，以此对融合带的亮度调节效果进行评估；

S3，基于B样条曲线对投影图像进行颜色校正，通过颜色传递函数计算摄像空间内投影融合带颜色强度理想值对应原图像的颜色强度值，从而求得理想融合参数；

S4，以非线性三次融合参数为变换前的值，理想融合参数为变换后的值，通过B样条曲线对融合函数进行优化；

S5，计算经优化后的融合函数调节后的投影图像重叠区域的峰值信噪比，根据投影环境给予峰值信噪比一个标准值，如果计算的峰值信噪比低于标准值，重复步骤S2-S5，直至计算的峰值信噪比达到标准值为止。

其中，所述步骤S1中，非线性三次融合函数的数学表达式如下式所示：

其中，t为融合带的水平坐标值，相对投影图像最外侧为0，最内侧为1；d(t)为融合参数。

步骤S2中，在摄像空间内比较投影融合带颜色强度的实际值与理想值，以此对融合带的亮度调节效果进行评估，具体包括：

比较摄像空间内重叠区域的颜色强度是否与非重叠区域一致，如果不一致，根据摄像空间内的颜色差异给予每个投影通道融合带水平坐标分别为

处三个颜色通道的理想值，其中，i＝0,1,2,4,5。

步骤S3中，基于B样条曲线对投影图像进行颜色校正，通过颜色传递函数计算摄像空间内投影融合带颜色强度理想值对应原图像的颜色强度值，从而求得理想融合参数，具体包括：

根据颜色传递函数计算摄像空间内投影融合带所设定6处颜色强度理想值对应原图像的颜色强度值从而求得理想融合参数，如下式所示：

其中，i＝0,1,2,3,4,5，T_C(i)为融合带水平坐标为

在摄像空间内所设定的理想值，F(T_C(i))为颜色传递函数，T_I(i)为投影空间内对应的理想值，α_i为融合带水平坐标为

处的理想融合参数。

所述步骤S4中，以非线性三次融合参数为变换前的值，理想融合参数为变换后的值，通过B样条曲线对融合函数进行优化，具体包括：

通过B样条曲线对亮度融合函数进行优化，根据

分为5段，非线性三次融合参数为变换前的值，理想融合参数为变换后的值，以此求得8个控制点，如下式所示：

其中，α_0(i)为融合带水平坐标为

处的融合参数，p_i+k为控制点，F_k,3(α_0(i))为分段混合函数，如下式所示：

其中，

由于响应函数曲线为开曲线，因此p₀＝p₁，p₆＝p₇，通过六组对应关系求得八个控制点；

最终优化后的融合函数如下式所示：

α(t)＝B(d(t)) (5)

其中，B(d(t))为B样条曲线对d(t)优化后的值，α(t)为融合带水平坐标为t处的融合参数值；

投影图像的颜色空间为RGB空间，颜色强度值分别为(255，0，0)、(0，255，0)、(0，0，255)，对三个颜色通道分别优化亮度融合函数。

所述步骤S5中，计算经优化后的融合函数调节后的投影图像重叠区域的峰值信噪比，根据投影环境给予峰值信噪比一个标准值，如果计算的峰值信噪比低于标准值，重复步骤S2-S5，直至计算的峰值信噪比达到标准值为止，具体包括：

对经融合函数调节后的投影图像进行投影，峰值信噪比作为边缘亮度调节的评估指标，如下式所示：

其中，PSNR为峰值信噪比，MAX为摄像空间内最大的颜色强度值，设为255，MSE为均值误差，其表达式如下式所示：

其中，F(j)为摄像空间内投影画面重叠区域水平坐标为

处颜色强度的平均值，R(j)为摄像空间内投影画面重叠区域水平坐标为

处颜色强度的理想值，也是摄像空间内非重叠区域处颜色强度的平均值；

根据投影环境给予峰值信噪比一个标准值，如果经融合函数调节后的投影图像重叠区域的峰值信噪比低于标准值，重新设置融合带水平坐标分别为

处三个颜色通道的理想值，再次对融合函数进行B样条曲线优化，直到摄像空间内所计算的峰值信噪比达到标准值为止。

本发明提供的基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法，在多颜色通道投影融合中，采用非线性三次融合函数对投影图像融合带进行亮度调节并对其投影，将非线性三次融合参数为变换前的值，理想融合参数为变换后的值，通过三次B样条曲线对亮度融合函数进行优化，保证了投影画面整体亮度的一致性；并且，根据投影环境设定峰值信噪比的标准值，能够通过峰值信噪比对边缘亮度调节进行准确评估，提高亮度调节效率和精度。

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。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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 (7)

1.一种基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，采用非线性三次融合函数对投影图像融合带进行亮度调节并对其投影；

S2，基于B样条曲线对投影图像进行几何校正，利用畸变校正后的摄像机对投影画面进行采集，在摄像空间内比较投影融合带颜色强度的实际值与理想值，以此对融合带的亮度调节效果进行评估；

S3，基于B样条曲线对投影图像进行颜色校正，通过颜色传递函数计算摄像空间内投影融合带颜色强度理想值对应原图像的颜色强度值，从而求得理想融合参数；

S4，以非线性三次融合参数为变换前的值，理想融合参数为变换后的值，通过B样条曲线对融合函数进行优化。

2.根据权利要求1所述的基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法，其特征在于，所述方法还包括：

S5，计算经优化后的融合函数调节后的投影图像重叠区域的峰值信噪比，根据投影环境给予峰值信噪比一个标准值，如果计算的峰值信噪比低于标准值，重复步骤S2-S5，直至计算的峰值信噪比达到标准值为止。

3.根据权利要求2所述的基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法，其特征在于，所述步骤S1中，非线性三次融合函数的数学表达式如下式所示：

其中，t为融合带的水平坐标值，相对投影图像最外侧为0，最内侧为1；d(t)为融合参数。

4.根据权利要求3所述的基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法，其特征在于，所述步骤S2中，在摄像空间内比较投影融合带颜色强度的实际值与理想值，以此对融合带的亮度调节效果进行评估，具体包括：

比较摄像空间内重叠区域的颜色强度是否与非重叠区域一致，如果不一致，根据摄像空间内的颜色差异给予每个投影通道融合带水平坐标分别为

处三个颜色通道的理想值，其中，i＝0,1,2,4,5。

5.根据权利要求4所述的基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法，其特征在于，所述步骤S3中，基于B样条曲线对投影图像进行颜色校正，通过颜色传递函数计算摄像空间内投影融合带颜色强度理想值对应原图像的颜色强度值，从而求得理想融合参数，具体包括：

根据颜色传递函数计算摄像空间内投影融合带所设定6处颜色强度理想值对应原图像的颜色强度值从而求得理想融合参数，如下式所示：

其中，i＝0,1,2,3,4,5，T_C(i)为融合带水平坐标为

在摄像空间内所设定的理想值，F(T_C(i))为颜色传递函数，T_I(i)为投影空间内对应的理想值，α_i为融合带水平坐标为

处的理想融合参数。

6.根据权利要求5所述的基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法，其特征在于，所述步骤S4中，以非线性三次融合参数为变换前的值，理想融合参数为变换后的值，通过B样条曲线对融合函数进行优化，具体包括：

通过B样条曲线对亮度融合函数进行优化，根据

分为5段，非线性三次融合参数为变换前的值，理想融合参数为变换后的值，以此求得8个控制点，如下式所示：

其中，α_0(i)为融合带水平坐标为

处的融合参数，p_i+k为控制点，F_k,3(α_0(i))为分段混合函数，如下式所示：

其中，

k＝0,1,2,3，j＝0,1,2,...,3-k；

由于响应函数曲线为开曲线，因此p₀＝p₁，p₆＝p₇，通过六组对应关系求得八个控制点；

最终优化后的融合函数如下式所示：

α(t)＝B(d(t)) (5)

其中，B(d(t))为B样条曲线对d(t)优化后的值，α(t)为融合带水平坐标为t处的融合参数值；

投影图像的颜色空间为RGB空间，颜色强度值分别为(255，0，0)、(0，255，0)、(0，0，255)，对三个颜色通道分别优化亮度融合函数。

7.根据权利要求6所述的基于B样条曲线的投影图像边缘亮度调节方法，其特征在于，所述步骤S5中，计算经优化后的融合函数调节后的投影图像重叠区域的峰值信噪比，根据投影环境给予峰值信噪比一个标准值，如果计算的峰值信噪比低于标准值，重复步骤S2-S5，直至计算的峰值信噪比达到标准值为止，具体包括：

对经融合函数调节后的投影图像进行投影，峰值信噪比作为边缘亮度调节的评估指标，如下式所示：

其中，PSNR为峰值信噪比，MAX为摄像空间内最大的颜色强度值，设为255，MSE为均值误差，其表达式如下式所示：

其中，F(j)为摄像空间内投影画面重叠区域水平坐标为

处颜色强度的平均值，R(j)为摄像空间内投影画面重叠区域水平坐标为

处颜色强度的理想值，也是摄像空间内非重叠区域处颜色强度的平均值；

根据投影环境给予峰值信噪比一个标准值，如果经融合函数调节后的投影图像重叠区域的峰值信噪比低于标准值，重新设置融合带水平坐标分别为

处三个颜色通道的理想值，再次对融合函数进行B样条曲线优化，直到摄像空间内所计算的峰值信噪比达到标准值为止。

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