[发明专利]投影仪投影图象与计算机帧缓存图象之间象素几何位置对应关系精确获取方法

说明书

技术领域

本发明属于虚拟现实、图像处理与识别、计算机视觉等领域。

背景技术

随着商业、娱乐和科学研究等领域对超大屏幕高分辨率显示的需求不断上升，多投影显示墙技术备受关注。尤其运用投影仪在360度柱面显示墙加穹顶的成像环境进行投影成像能让人产生沉侵式真实感觉，成为虚拟现实成像环境技术的研究热点。

然而，由于投影仪镜头、相机镜头、曲面投影等因素产生的投影图象变形是许多非线性映射的叠加，很难用线性或分片线性的方式建立模型，并不总能满足目前几何校正算法的应用前提。同时，大范围曲面投影时，由于加工技术的限制，并不能保证投影承接面是二次曲面。

如果运用某种方式精确获取计算机中的帧缓存图象和投影仪在屏幕上产生的图象象素之间的几何位置对应关系可以使得后续的图像几何校正和边界图象融合将变得简单可行。为了叙述方便，如果没有特别强调其它意义，本专利后面提到的两幅图象之间的对应关系均指的是计算机中的帧缓存图象和投影仪在屏幕上产生的图象象素之间的几何位置对应关系，两幅图象特征点对应关系指的是计算机中的帧缓存图象和投影仪在屏幕上产生的图象对应特征点在象素几何位置之间的对应关系，投影仪投影图象指的是计算机帧缓存图象通过投影仪在屏幕上形成的图象。

一次完整地获取两幅图象之间的对应关系几乎不行。通常的做法是将特征图象用投影仪全屏投射显示墙上，用数码相机拍摄，利用图象处理和分析技术来获取特征点，然后在特征点之间进行数据插值，最终建立两幅图象之间的对应关系。插值后如果数据量超过帧缓存图象象素数据量，甚至可以建立亚象素级两幅图象之间的对应关系。因此图像中特征点的精确位置识别，是建立这种精确几何位置关系必要前提。

当前在多投影仪显示系统技术中，通过拍摄显示墙上投影特征图象来获取两幅图象特征点对应关系主要是针对平面显示墙。例如生成具有能量高斯分布圆形求质心的方法来获取两幅图象特征点对应关系(Ruigang Yang，David Gotz，Justin Hensley，Herman Towles and Michael S.Brown，“PixelFlex：AReconfigurable Multi-Projector Display System，”IEEE Visualization 2001，October 2001.)。很多系统运用了在网站http://www.vision.caltech.edu/bouguetj公布的技术投影棋盘格，提取棋盘格的角点来得到两幅图象特征点对应关系。曲面显示墙投影图象象素与计算机帧缓存中图象象素之间的几何位置对应关系并不能简单的移植在平面显示墙中的相关技术。例如，棋盘格图象在平面上的投影图象中边界直线依然是直线，但是在曲面显示墙投影图象中的边界线变成了曲线。实验表明使用简单的棋盘格角点识别技术并不可行。本专利发明了一类新的特征图案和特征点获取方案，可以用来精确获取曲面或平面显示墙投影图象象素与计算机帧缓存中图象象素之间的几何位置对应关系。通过本专利发明的特征图案和特征点获取方案可以将曲面和平面投影显示墙的投影图象与计算机帧缓存图象特征点对应关系获取技术归纳为一种技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种投影仪投影图象与计算机帧缓存图象象素之间几何位置对应关系精确获取方法，以实现多投影仪图象之间的无缝拼接，使多投影仪显示系统全自动几何和色彩矫正更加切实可行。

本发明的目的是这样实现的：一种投影仪投影图象与计算机帧缓存图象之间象素几何位置对应关系精确获取方法，确定特征图案：特征图案四周分布的图形为矩形，中间图形为关于中心对称分布的图形，所有图形在几何位置上的分布为关于特征点均匀分布，各个图形之间在视觉上不能粘连，并且在用相机拍摄的图象中也不能粘连；特征图案中四周矩形的特征点为四个角点，内部图形的特征点为中心；

特征图案中的图形个数根据计算机帧缓存图象的分辨率以及实际显示平面的实际情况进行确定和计算；

特征图案中的图案参数按照以下公式进行计算：