CN116366819A - 一种球幕投影方法及球幕投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明用于投影技术领域，特别是涉及一种球幕投影方法及球幕投影装置，球幕投影方法，球幕内部设置鱼眼相机；获取球幕上的点对应于视频输出画面上的点；对视频输出画面进行划分，每个划分的视频输出画面通过对应的投影仪投射到球幕上；鱼眼相机拍摄各个投影仪在球幕上的投影点的位置，并将各个投影点的位置信息传送到融合模块；融合模块根据各个投影点的位置信息控制视频播放器的输出画面，以使球幕上的点呈现出与其相符的视频输出画面。这种球幕投影方法操作简单、成本低。球幕投影装置，包括融合主机、鱼眼相机和多个投影仪，融合主机连接视频主机和鱼眼相机，鱼眼相机用于设置在球幕内部，各个投影仪均与视频主机连接。

Description

一种球幕投影方法及球幕投影装置

技术领域

本发明用于投影技术领域，特别是涉及一种球幕投影方法及球幕投影装置。

背景技术

半球幕广泛应用于主题乐园、科学馆、天文馆、展厅等领域，因对人前方视觉的全包围，使人产生沉浸式感受。因绝大多数投影机只能直线投影，球形表面只能采用多个投影机来拼接融合。传统的融合方案有手动融合、自动融合。手动融合采用拉网格的方式来调整画面，但耗时长，精度差。自动融合采用相机来识别投影位置自动校正投影画面，但基本采用多个相机来进行画面识别，成本高昂，精度不高，操作不便、适应性不强等。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种球幕投影方法及球幕投影装置。所采用的技术方案如下。

一种球幕投影方法，包括以下步骤：

球幕内部或外部设置鱼眼相机；

获取球幕上的点对应于视频输出画面上的点；

对视频输出画面进行划分，每个划分的视频输出画面通过对应的投影仪投射到球幕上；

鱼眼相机拍摄各个投影仪在球幕上的投影点的位置，并将各个投影点的位置信息传送到融合模块；

融合模块根据各个投影点的位置信息控制视频播放器的输出画面，以使球幕上的点呈现出与其相符的视频输出画面。

本发明实施例的球幕投影方法至少具有如下有益效果：工作过程中，采用鱼眼相机识别投影仪在球幕上的投影情况，并传送到融合模块，融合模块进行分析计算，控制视频播放器的画面输出，使输出画面完全贴合球幕，从而达到多通道投影融合的目的。这种球幕投影方法操作简单、成本低，而且精度更高。

根据本发明的另一些实施例的球幕投影方法，视频输出画面通过多个投影仪投影到球幕上。

根据本发明的另一些实施例的球幕投影方法，各个投影仪投射的画面之间通过融合模块进行融合带处理，实现画面的过渡。

根据本发明的另一些实施例的球幕投影方法，融合带处理采用gamma融合法。

根据本发明的另一些实施例的球幕投影方法，鱼眼相机的水平视场角和垂直视场角相同。

根据本发明的另一些实施例的球幕投影方法，融合模块的融合方法为：

通过投影仪将视频播放画面上的m*n个点投射到球幕上，并计算每个点对应视频画面上的第几行第几列；

根据球幕上的投影点在鱼眼相机图像上的位置，计算投影点在球幕上的对应位置；

将球幕上的投影点的位置设置为对应的视频画面。

根据本发明的另一些实施例的球幕投影方法，使用OpenCV的cvProjectPoints2函数，计算鱼眼相机的图像上的点在球幕上的对应位置。

根据本发明的另一些实施例的球幕投影方法，使用OpenCV的cvProjectPoints2函数，计算投影到球幕上的点对应于视频画面上的点。

一种球幕投影装置，包括融合主机、鱼眼相机和多个投影仪，所述融合主机连接视频主机和所述鱼眼相机，所述鱼眼相机用于设置在球幕内部，各个所述投影仪均与所述视频主机连接。

根据本发明的另一些实施例的球幕投影装置，所述投影仪设有四个。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例中四个投影仪在球幕上的投射示意图；

图2是本发明一个实施例的中鱼眼相机成像出的图像的经纬度示意图；

图3是本发明一个实施例中四个投影仪在球幕上的投射分布示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

半球幕广泛应用于主题乐园、科学馆、天文馆、展厅等领域，因对人前方视觉的全包围，使人产生沉浸式感受。因绝大多数投影仪只能直线投影，球形表面只能采用多个投影仪来拼接融合。传统的融合方案有手动融合、自动融合。手动融合采用拉网格的方式来调整画面，但耗时长，精度差。自动融合采用鱼眼相机来识别投影位置自动校正投影画面，但基本采用多个鱼眼相机来进行画面识别，成本高昂，精度不高，操作不便、适应性不强等。

参见图1至图3，本发明提供了一种球幕投影方法，包括以下步骤：

球幕2内部或外部设置鱼眼相机；

获取球幕2上的点对应于视频输出画面上的点；

对视频输出画面进行划分，每个划分的视频输出画面通过对应的投影仪1投射到球幕2上；

鱼眼相机拍摄各个投影仪1在球幕2上的投影点的位置，并将各个投影点的位置信息传送到融合模块；

融合模块根据各个投影点的位置信息控制视频播放器的输出画面，以使球幕2上的点呈现出与其相符的视频输出画面。

工作过程中，采用鱼眼相机识别投影仪1在球幕2上的投影情况，并传送到融合模块，融合模块进行分析计算，控制视频播放器的画面输出，使输出画面完全贴合球幕2，从而达到多通道投影融合的目的。这种球幕投影方法操作简单、成本低，而且精度更高。

具体的，安装鱼眼相机时，移动鱼眼相机使球幕2在鱼眼相机内的成像刚好完全覆盖鱼眼相机的成像区域。

当球幕2为半球，鱼眼相机的视场角为180°时，鱼眼相机的位置为球心；当球幕2不是完全的半球，鱼眼相机位于球心与球极点的连线上；当鱼眼相机的视场角<180°时，鱼眼相机位于球心与球极点的连线上。

旋转鱼眼相机，使球幕2的正上、正下方成像与鱼眼相机图像的正上、正下方相符合，保证鱼眼相机成像的圆的方向与球幕2的方向吻合。

鱼眼相机拍摄到的球幕2的球面经度、纬度均匀分布在圆上的图像如图2所示。通过鱼眼相机的内参和球幕2的尺寸可以计算出球幕2上的任意点在鱼眼相机拍摄的图像上的位置；反过来通过鱼眼相机拍摄的图像上的点可以推算出其在球幕2上的对应点。

在一些实施例中，鱼眼相机的水平视场角和垂直视场角相同。

在一些实施例中，视频输出画面通过多个投影仪1投影到球幕2上。

具体的，如图1所示，球幕2周围设置4个投影仪1，视频播放器采用一张4输出口的显卡来输出4个投影画面。

如图3所示，只要四个投影仪1都能将各自的视频画面分别投影到对应的球幕2的位置，则四个画面可以组成一个完整的画面。

当然，视频输出画面还可通过2个、3个、5个或者5个以上的投影仪进行投影。

各个视频画面需要有重合部分组成融合带，实现图像的自然过渡。在一些实施例中，各个投影仪1投射的画面之间通过融合模块进行融合带处理，实现画面的过渡。

具体的，融合带处理采用gamma融合法。

融合模块为安装在PC端的融合软件。

在一些实施例中，融合模块的融合方法为：

通过投影仪1将视频播放画面上的m*n个点投射到球幕2上，计算每个点对应视频画面上的第几行第几列；

根据球幕2上的投影点在鱼眼相机图像上的位置，计算投影点在球幕2上的对应位置；

将球幕2上的投影点的位置设置为对应的视频画面。

在一些实施例中，使用OpenCV的cvProjectPoints2函数，计算鱼眼相机的图像上的点在球幕2上的对应位置。

在一些实施例中，使用OpenCV的cvProjectPoints2函数，计算投影到球幕2上的点对应于视频画面上的点。

具体的，投影仪1投射过程中，每次只有一个投影仪1投射圆点，而且每个投影仪1每次只投射一行或一列，分别投射m行和n列圆点，则每一台投影仪1总共投影m+n次，4台投影仪1共投射4*(m+n)次，鱼眼相机共拍摄4*(m+n)副图像。

融合模块采用OpenCV的找斑点算法找出鱼眼相机拍摄的图片上的每个圆点，识别出每个圆点后，再计算每个圆点对应投影在球幕2上的行和列，因为m*n个点中每个点均在投射m行的时候投射一次，在投射n列的时候投射一次，故每一行和每一列均有一个共同的“圆点”，即第a行的图像和第b列的图像有一个共同圆点(a，b),a、b就是这个点对应于投影在球幕2上的行和列。

为了计算鱼眼相机拍摄的图像上的点在球幕2上的对应位置，使用OpenCV的cvProjectPoints2函数。

void cvProjectPoints2(

const CvMat*object_points,//输出点矩阵

const CvMat*rotation_vector,//鱼眼相机旋转矩阵

const CvMat*translation_vector,//鱼眼相机平移矩阵

const CvMat*intrinsic_matrix,//鱼眼相机内参矩阵

const CvMat*distortion_coeffs,//鱼眼相机形变参数矩阵

CvMat*image_points,//输入图像矩阵

)；

鱼眼相机的内参矩阵可以通过鱼眼相机的焦距和和成像大小获得，鱼眼相机的形变矩阵可通过张正友鱼眼相机标定法来获取。这里需要知道的参数为鱼眼相机平移和旋转矩阵即鱼眼相机的外参。

鱼眼相机的外参可以使用OpenCV的cvFindExtrinsicCameraParams2函数获取，具体如下：

void cvFindExtrinsicCameraParams2(

const CvMat*object_points,//点的三维位置

const CvMat*image_points,//点在图像上的位置

const CvMat*intrinsic_matrix,//鱼眼相机内参

const CvMat*distortion_coeffs,//鱼眼相机形变参数

CvMat*rotation_vector,//鱼眼相机旋转矩阵

CvMat*translation_vector)；//鱼眼相机平移矩阵

因为鱼眼相机放在拍满整个球幕2的位置，因此球幕2的最高点、最低点、最左点、最右点、中间点，分别对应鱼眼相机拍摄的图像的上中点，下中点，左中点，右中点，中心点。使用这5个点作为参数和已知的鱼眼相机的内参和形变参数，就可以求得鱼眼相机的旋转和平移矩阵即外参，则就可以使用cvProjectPoints2求取球幕2上的三维位置对应于鱼眼相机照片上的位置。将球幕2根据经纬度来划分成x*y个块，只要x、y足够大，则可以近似认为每个块都是平整的。把x*y个点的三维坐标和鱼眼相机的图片坐标(x1,y1,x2,y2,z2)保存到二维数组，x1，y1表示鱼眼相机图像上的点，x2、y2、z2表示球幕2坐标点。

要求鱼眼相机拍摄的图像上的点(x,y)对应的球幕2上的点，可以搜索二维数组找出x1’<＝x<＝x1”，y1’<＝y<＝y1”的位置，(x1’,y1’)、(x1’,y1”)、(x1”,y1’)、(x1”,y1”)四个点组成一个鱼眼相机图像上的面，其在球幕2表面上也对应四个三维点(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)、(x5,y5,z5)、(x6,y6,z6)，这四个点也组成了一个面，因为这个面近似平整，所以根据线性关系将点(x,y)映射到球幕2平面(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)、(x5,y5,z5)、(x6,y6,z6)内，从而计算出球幕2上的对应点(x0，y0，z0)。

知道了鱼眼相机拍摄的图像上的点在球幕2上的三维位置就可以把该点对应的视频画面的坐标设置为球幕2上对应点的坐标。

为了知道球幕2上的三维点对应于视频输出画面上的点，使用OpenCV的cvProjectPoints2函数。

void cvProjectPoints2(

const CvMat*object_points,//输出三维点矩阵

const CvMat*rotation_vector,//鱼眼相机旋转矩阵

const CvMat*translation_vector,//鱼眼相机平移矩阵

const CvMat*intrinsic_matrix,//鱼眼相机内参矩阵

const CvMat*distortion_coeffs,//鱼眼相机形变参数矩阵

CvMat*image_points,//输入图像矩阵

)；

鱼眼相机内参和外参均是视频制作时指定的虚拟相机的参数，故可以直接根据球幕2上的点计算出其对应的视频图像上的点。

通过以上方法最终就可以把4*m*n个点(球幕外的点除外)的视频画面坐标都设置为球幕2上相应位置的坐标，从而达到四个投影在球幕2上拼成一个完整的画面。

本发明还提供了了一种球幕投影装置，包括融合主机、鱼眼相机和多个投影仪1，融合主机连接视频主机和鱼眼相机，鱼眼相机用于设置在球幕2内部或外部，各个投影仪1均与视频主机连接。

具体的，鱼眼相机设置在球幕2内部，投影仪1设置在球幕2内部并间隔分布。

在一些实施例中，投影仪1设置多个。

在一些实施例中，投影仪1设置四个。

当然，视频输出画面还可通过2个、3个、5个或者5个以上的投影仪1进行投影。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种球幕投影方法，其特征在于，包括以下步骤：

球幕内部或外部设置鱼眼相机；

获取球幕上的点对应于视频输出画面上的点；

对视频输出画面进行划分，每个划分的视频输出画面通过对应的投影仪投射到球幕上；

鱼眼相机拍摄各个投影仪在球幕上的投影点的位置，并将各个投影点的位置信息传送到融合模块；

融合模块根据各个投影点的位置信息控制视频播放器的输出画面，以使球幕上的点呈现出与其相符的视频输出画面。

2.根据权利要求1所述的球幕投影方法，其特征在于：视频输出画面通过多个投影仪投影到球幕上。

3.根据权利要求1所述的球幕投影方法，其特征在于：各个投影仪投射的画面之间通过融合模块进行融合带处理，实现画面的过渡。

4.根据权利要求3所述的球幕投影方法，其特征在于：融合带处理采用gamma融合法。

5.根据权利要求1所述的球幕投影方法，其特征在于：鱼眼相机的水平视场角和垂直视场角相同。

6.根据权利要求1所述的球幕投影方法，其特征在于，融合模块的融合方法为：

通过投影仪将视频播放画面上的m*n个点投射到球幕上，计算每个点对应视频画面上的第几行第几列；

根据球幕上的投影点在鱼眼相机图像上的位置，计算投影点在球幕上的对应位置；

将球幕上的投影点的位置设置为对应的视频画面。

7.根据权利要求6所述的球幕投影方法，其特征在于：使用OpenCV的cvProjectPoints2函数，计算鱼眼相机的图像上的点在球幕上的对应位置。

8.根据权利要求6所述的球幕投影方法，其特征在于：使用OpenCV的cvProjectPoints2函数，计算投影到球幕上的点对应于视频画面上的点。

9.一种球幕投影装置，其特征在于：包括融合主机、鱼眼相机和多个投影仪，所述融合主机连接视频主机和所述鱼眼相机，所述鱼眼相机用于设置在球幕内部或外部，各个所述投影仪均与所述视频主机连接。

10.根据权利要求9所述的球幕投影装置，其特征在于：所述投影仪设有四个。

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