DE112013004072T5 - Verfahren zur automatischen Korrektur der Videoprojektion mit Hilfe von inversen Transformation - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung gehört zum Verfahren zur automatischen Korrektur der Videoprojektion mit Hilfe der inversen Transformation unter Verwendung des Servers, der die Videosignale auf dem Projektionsgerät oder den Leinwänden macht, bzw. mehrdimensionale Bilder ohne Verzerrung abzuspielen erlaubt.

Description

• Die Erfindung gehört zum Bereich von Kunst, Design und Dekoration, und kann für technischen Support von Präsentationen, Videovorstellungen sowie für Design von Architekturobjekten verwendet werden.
• Vom Bereich der Technik ist spezielle Ausrüstung bekannt, nämlich der Server welcher Ausgabe von Videosignalen auf Projektionsgeräte oder Videobildschirme ausführt.
• Der nächste Analog ist ein Verfahren gemäß dem Dokument JP 2009005044 (A) – 2009-01-08, welcher dem Unternehmen MITSUBISHI PRECISION CO LTD gehört, und die Konstruktion von Korrektionsfunktion für die Geometrieverzerrungen bei der Projektion auf einer gekrümmten Oberfläche beschreibt. Die Funktion basiert sich auf der Grundlage eines Systems von Punktmessungen von Verzerrungen des projizierten Testbildes. Für die Analyse von Verzerrungen werden Stereo-Kameras verwendet. Die erhaltene Funktion zweiter Ordnung wird inventiert und fürs Videobild „on air” angewandt wird, in Folge wird das Bild eben relativ in Bezug auf Beobachter.
• Der Hauptunterschied dieser Erfindung ist die Abwesenheit der Testphase und Messungen geometrischer Verzerrungen. Eine Umwandlungsfunktion wird nicht explizit konstruiert. Stattdessen wird Bildverarbeitung der Projektion in drei Dimensionen verwendet, und die inverse Transformation erfolgt automatisch durch einfachen Ersatz der virtuellen Projektoren mit virtuellen Kameras. Dieser Ansatz ermöglicht eine hohe Präzision für die Durchführung der Umwandlung von jeder Oberfläche, und nicht nur der Oberfläche zweiter Grad, wie bei den Analogen. Ferner kann die erfundene Vorrichtung nicht nur geometrische Verzerrungen korrigieren, sondern macht auch ein Pixel-Lichtheit-Ausgleich auf schattierten Oberflächen und den zum Betrachter gerichteten Oberflächen.
• Die heutzutage produzierten Serienprodukte sind LIGHTCONVERSE SERVER – STUDIO und LIGHTCONVERSE SERVER – MAPPING. Diese Modelle unterscheiden sich in der Anzahl der Videoausgänge – 6 bzw. 15. Sie ermöglichen eine dreidimensionale Korrektur von 32x Videoströmen, indem sie mit Hilfe von internen und externen Kontrolle sowie der Ausgabe in Form der Signale, die auf die gegebenen Anzeigegerät adaptiert sind.
• Als Grundlage der Erfindung ist die Aufgabe der Ausstattung eines Objektes im dreidimensionalen Raum aus der Sicht des Betrachters eine Platzierung von virtuellen Kameras am Ort der Installation der Projektoren und das Rendern des Objektes aus dem Blickwinkel dieser Kameras. Auch in der Grundlage der Erfindung ist die Aufgabe der Schaffung eines Komplexes der Bilder auf verschiedenen Oberflächen mit eines komplexen geometrischen Objektes und Gestaltung einiger Bilder auf eine Gruppe von geometrischen Objekten unter einem beliebigen Winkel, und Vereinigung von mehreren Projektoren für Projektion eines Komplexes von Bildern und Vereinigung von mehreren wahlfreien Bildschirmen für Wiedergabe eines oder eines Komplexes von Bildern.
• Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in den Server ein exaktes 3D-Modell des Objekts angelegt und Projektoren werden positioniert. Dann wird ein virtuelles Objekt gemacht, und Szenarien vorgeschrieben. Der Server führt ein Echtzeit-Rendern der Signale aus der Sicht der einzelnen Projektoren, ihre Wiedergabe auf den physikalischen Geräten. Als Ergebnis wird die virtuelle Gestaltung in die reale Welt mit absoluter Präzision und ohne Verluste übertragen. Das erstellte integrale System führt diese Transformationen in Echtzeit aus.
• Heutzutage werden Bildschirme und Projektoren werden breit für Erstellung von Panoramabildern verwendet. Dies kann ein Fernsehstudio, Theater, Museum, Ausstellung, Architekturbeleuchtung und so weiter sein. Panorama-Videobilder, im Gegensatz zu statischen Lichtdekorationen ermöglichen eine Illusion zusätzliches Raums zu schaffen und viele Drehaufgaben lösen.
• Die Hauptschwierigkeit des technischen Supports solcher Projekte ist nicht die optimale Platzierung von Videoprojektoren bezüglich reflektierender Oberflächen oder Bildschirme bezüglich des Beobachters. Beispielsweise, es ist nicht immer möglich, den Projektor so zu stellen, um eine geometrisch ebene Gestaltung zu gewährleisten. Standardmethoden zur Korrektur der Trapezverzerrung (Keystone) funktionieren nur für flache Objekte. Bei der Gestaltung, zum Beispiel, auf eine sphärische Leinwand werden spezielle Ausgleichslinsen benutzt, die das Problem in Komplex nicht lösen. Somit ist die Projektion auf komplexe geometrische Objekte mit Hilfe traditioneller Methoden nicht möglich.
• Um eine Panorama-Wiedergabe zu bekommen wird eine Verbindung von Projektoren „Stoß” verwendet. In diesem Fall ist es unmöglich die Projektoren freiwillig zu stellen, da so die Verbindung von Projektionen-Grenzen gebrochen wird.
• Im Fall mit von Video-Bildschirmen, funktioniert, in der Regel, die Regel „ein Bildschirm – ein Bild.” Bei einer freiwilligen Platzierung von Bildschirmen ist es praktisch unmöglich ein vollständiges Panoramabild in Bezug auf den Beobachter zu bekommen (für verschiedene Abstände und unter verschiedenen Winkeln.)
• Das Problem wird durch die korrekte dreidimensionale Modellierung des Objektes und rückwärtige virtuelle Projektion aus der Richtung des Beobachters gelöst. In diesem Fall sind alle möglichen geometrischen Verzerrungen automatisch kompensiert, alle Videoprojektoren und Leinwände funktionieren automatisch mit Genauigkeit bis einem Pixel und so ein Bild generieren, welches der Betrachter erwartet.
• Dieses Verfahren ermöglicht nicht nur geometrische Verzerrungen zu kompensieren. Mit seiner Hilfe ist es möglich auch Helligkeit zu kompensieren, indem man Überlappung der Projektionen gleicht oder, umgekehrt, durch die Erhöhung der Helligkeit in Gebieten höher Seitenspiegelung. Dafür wird eine genaue photometrische Berechnung der jeweiligen fotometrischen Lichtquelle aufgrund der Reflexionseigenschaften des Objektes, der Richtung der Reflexion und der Position des Beobachters im dreidimensionalen Raum verwendet.
• Auf diese Weise wird das erwartete technische Ergebnis mit dem vorgeschlagenen Verfahren erreicht, das Problem der Selbstschattierung von komplexen geometrischen Objekten kann leicht gelöst werden. Bei der Projektierung auf dieselbe Stelle aus zwei unterschiedlichen Perspektiven kann der Schatten um das Doppelte sinken, aus drei Perspektiven – dreimal und so weiter. Zum Beispiel, bei der Projektierung eines Bildes auf die Fassade eines Gebäudes mit Säulen wird der Schatten von Säulen nicht sichtbar.
• Das Verfahren wurde auf der Basis von Visualisierungssystem LIGHTCONVERSE 3D SHOW PLATFORM implementiert. Dieses Computersystem ermöglicht eine virtuelle dreidimensionale Darstellung des Objekts in Echtzeit zu erzeugen, und berechnet in Echtzeit Kalkulation der Beleuchtung und deren Management dessen.
• Um dieses Problem zu lösen, bekam jede virtuelle Lichtquelle die Möglichkeit gleichzeitig als eine Videokamera und ein Videoprojektor zu funktionieren. Die Bibliothek der Leuchtapparate wurde um Standard-Modelle von Kameras und Projektoren erweitert. Die generierten Signale virtueller Kameras werden auf die physischen Videoausgänge des Computers und weiter auf reale Projektoren/Bildschirme zugeführt. Dadurch projiziert ein physikalisches Gerät so ein Bild, welches seine virtuelle Kopie in der virtuellen Welt „sieht.”
• LIGHTCONVERSE gibt jedem Material eines virtuellen Objekts statische oder Videobilder (Textur) zu vergleichen. Um die richtige Deckung des Bildes auf ein sD-Objekt zu bekommen, wird eine Karte von UV-Koordinaten gegeben. Diese Technologie wird als UV-Mapping bezeichnet. Mit ihrer Hilfe plaziert der Operateur das Bild auf der Oberfläche des Objekts so wie nötig.
• Um Erstellung von UV-Map zu erleichtern, wurde die Technologie für Transfer von UV-Koordinaten aus der Ebene des Bildschirms des Operateurs auf die Oberfläche des 3D-Objektes (Map View) geschafft. Das virtuelle Objekt soll so gestellt werden, wie es der Zuschauer sieht, und das System wird das flache Bild automatisch in den 3D-Raum übertragen und fixieren (Record View) Weiter können zur erhaltenen Karte gründliche zweidimensionale Transformationen angewandt werden (Größe, Verschiebung, Biegung), und die Bilder mit einem statischen Bild oder einem Videobild ersetzen. Diese Technologie macht es einfach die Illusion einer Ebene bei der Projektion auf die Oberfläche eines komplexen dreidimensionalen Objekts oder bei einer komplexen räumlichen Anordnung der Bildschirme.
• Hohe Qualität und Geschwindigkeit der Visualisierung des Systems LIGHTCONVERSE ermöglicht Steuerung der Videosignale ohne Verlust der Auflösung (True Resolution) zu verwalten. Eine präzise Synchronisation schließt die Wirkung der Mischung von zwei Bildern (Tearing) aus. Außerdem, zusätzlich wird eine adaptive Glättung durchgeführt, um die durch verschiedene Biegung/Drehung von Bildschirmen (Moiré) verursachten Artefakte zu kompensieren.
• Illustration des Beispiels von einem Projektor und einem Bildschirm in einer beliebigen Form ist auf der Zeichnung 1/1 dargestellt.
• Quelle für Video-Projektoren/Bildschirme ist System LIGHTCONVERSE 3D-SHOW PLATFORM mit einer installierten Lizenz UNLIMITED.
• Standardmäßig werden nur 3 Video-Ausgangssignale unterstützt. Mit Hilfe von Spezialgeräten und Erweiterung der Lizenz auf das Niveau UNLIMITED STUDIO EDITION ist es möglich 15 Video-Ausgangssignale zu erhalten (maximale Auflösung von jeden der drei Signalen zusammen macht 3840*1024 Punkte.) Darüber hinaus erlaubt mögliche Teilung jedes Signals auf drei vertikale, beispielsweise, fünfundvierzig Videomonitore zu steuern.
• Wiedergabe von 3D-Content innerhalb des Systems LIGHTCONVERSE ist in einigen Weisen möglich:
• 1. Wiedergabe von vorher vorbereiteten Videodateien. Externe Steuerung der Helligkeit, Halt und Rückkehr auf Anfang sind möglich. Maximale Anzahl der gleichzeitig heruntergeladenen Dateien – 32. Auflösung und Codierung ist individuell.
• 2. Empfang von dimensionalen Videosignalen vom Medienserver (Hippotizer, Katalysator, u. a.) aus einem oder mehreren Videoeingängen. Maximale Anzahl der Videoeingänge – 9.
• 3. direkte Netzwerkverbindung mit den Medienservern Hippotizer. Maximale Anzahl der Server – 9, je 2 Signale jedes.
• Es ist zu vermerken, dass, obwohl das System LIGHTCONVERSE einige Medienserver-Funktionen hat (Methode 1), ist es doch so ein Server nicht. Wenn es ein Problem der simultanen Wiedergabe von mehreren Videodateien und eines präzisen Übergang zwischen ihnen gibt, ist es besser ein externes Medienserver, welches mit LIGHTCONVERSE mit Hilfe von Verfahren 2 und 3 verbunden ist, anzuwenden. Hauptzweck des Systems in der beschriebenen Variante der Anwendung – ein 3D-Multirendern in Echtzeit und Verteilung der Videodatenströme, und nicht Generierung von Content für diese.
• Da Video-Ausgangssignale von den virtuellen Kameras generiert werden, sind alle zusätzlichen Funktionen der üblichen Leuchtapparate zugänglich: Einstellung der Helligkeit, Farbe, Irisblende, dynamischer Gobo-Trafareten. Mit Hilfe derer kann man eine Farbkorrektur der Signale in Echtzeit durchführen oder sie animieren.
• Außerdem hat jedes virtuelle Gerät eine präzise Einstellung der Projektionsgrenzen (Frame Shutter), so dass die Überlappungsbereiche individuell eingestellt werden können.
• LIGHTCONVERSE 3D-SHOW PLATFORM enthält ein integriertes Visualisierungspaket (Licht, Video, Pyrotechnik, Bühnentechnik, usw.), daher ist es möglich das System für die vorherige Generation von Mediencontenten zu nutzen. Zum Beispiel, auf einer Panorama-Leinwand sollen wir eine virtuelle Fortsetzung von Bühnenraum erhalten. Um dies zu tun, kann man ein entsprechendes Videorendern des Video-Projektes mit der gewünschten Perspektive vorher vorbereiten und dies als visuelle Textur verwenden. Oder ein zweites System LIGHTCONVERSE installieren und ein Videosignal des Renderns in Echtzeit bekommen, so dass Lichtregisseur sowie die virtuelle Fortsetzung der Szene als auch die realen Lichtgeräte verwalten kann.

Claims (14)

1. Verfahren zur automatischen Korrektur der Videoprojektion, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es keine Werks- und Messungsprüfungen geometrischer Verzerrung enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass statt der Transformationsfunktion wird eine Visualisierung der Projektierung in einem mehrdimensionalen Raum verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das auch ein Pixel-Korrektur der Bildeigenschaften vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein vieldimensionales Modell des Objekts in einen Server gespeichert wird und die Projektoren gestellt werden, danach wird das Objekt virtuell dargestellt, Skripten werden geschrieben und der Server führt Rendern der Signale in Echtzeit durch.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine korrekte vieldimensionale Modellierung des Objektes und inverse Projektion aus der Richtung des Beobachters ausgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es die Möglichkeit für Korrektur der Bildeigenschaften, solcher wie Helligkeit, in einigen Bereichen des Spiegelbildes gibt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Ermittlung des Ergebnisses eine genaue photometrische Berechnung von Lichtquellen mit der maximalen Anzahl von Einflussfaktoren verwendet wird.
8. Ein System, welches sich auf dem System LIGHTCONVERSE 3D-SHOW PLATTFORM basiert, wird dadurch gekennzeichnet, dass die virtuellen Lichtquellen die Möglichkeit gleichzeitig als Kameras und Projektoren zu arbeiten, besitzen.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bibliothek durch Standardmodelle von Kameras und Projektoren erweitert wurde.
10. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es die Technologie der Übertragung der UV-Koordinaten aus der Ebene des Bildschirms des Operateurs auf die Oberfläche multidimensionalen Objektes geschafft wurde.
11. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Möglichkeit der Aufrechterhaltung der Ausgangssignale um mindestens bis 15 gestiegen ist, mit der Möglichkeit jedes Signal in drei vertikal Signale zu teilen.
12. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass alle zusätzlichen Funktionen von Standard-Leuchtapparaten für die virtuellen Kameras verfügbar werden.
13. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes virtuelle Gerät eine genaue Einstellung der Projektionsgrenzen hat.
14. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es möglich es zur der vorläufigen Generierung des Mediencontents zu verwenden ist.

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