[发明专利]一种基于模糊控制的多投影仪图像拼接自动边缘融合方法

摘要

本发明公开了一种基于模糊控制的多投影仪图像拼接自动边缘融合方法，包括以下几个步骤，步骤一：设定控制点的位置、个数和融合带参数，进行融合带初步调节；步骤二：基于机器视觉计算融合带亮度差异，得到融合带亮度变化曲线；步骤三：基于模糊控制实现融合带的自动调节；本发明采用分段样条函数，通过在线拟合的方式实时生成融合曲线，具有普遍适应性，即使投影机差异较大，也可以取得良好的效果；方法简便易行，大大简化了边缘融合的调节复杂度，结合机器视觉反馈与人工智能算法，实现了多投影仪图像拼接边缘融合的自动化调节。

主权项

1.一种基于模糊控制的多投影仪图像拼接自动边缘融合方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：设定控制点的位置、个数和融合带参数，获取融合曲线，进行融合带初步调节；具体为：1)设定融合带的参数；设融合带宽度占整个图像宽度的百分比为p，融合带偏移量为offset，其中offset为整数，控制点的个数为n+1，样条函数阶次为k，对坐标进行归一化处理，将控制点的X坐标、Y坐标放缩到区间[0，1]之间，设定控制点坐标为(x₀，y₀)、(x₁，y₁)、(x₂，y₂)…(x_n，y_n)，第i个控制点的横坐标其中i∈(0，1，2，3…n)，纵坐标y_i初始值根据工程经验设定，利用控制点描绘出一条曲线的形状；控制点的X坐标对应融合带的空间位置，Y坐标对应该位置融合曲线的衰减权值，衰减权值直观对应该位置融合带的亮度；2)获取融合曲线；设融合曲线为k次样条函数，对于区间[0，1]的一个划分π：0＝x₀＜x₁＜…＜x_n-1＜x_n＝1，在n+k维线性空间内，k次样条函数为：s(x)=Σp=0kapxp+1k!Σj=1n-1cj(x-xj)+k,0≤x≤1---(1)]]>其中，为k次半截单项式，有：(x-xj)+k=(x-xj)kx-xj≥00x-xj<0,k=1,2,3...---(2)]]>其中，a_p和c_j为待定系数，p＝0，1，…k，j＝0，1，…n-1，共计n+k个待定系数；k次样条函数s(x)满足在区间[0，1]上具有k-1连续导数条件，则有：s(r)(xi-)=s(r)(xi+),i=1,2,...n-1,r=0,1,k-1---(3)]]>根据次连续条件，得到n+k个等式，利用k次样条函数的边界条件，得到n+k维线性方程组，通过解n+k维线性方程组，得到待定系数a_p和c_j，将a_p和c_j带入式(1)，得到一条融合曲线；左右两个通道分别设置控制点，得到左右通道各自的融合曲线；3)利用步骤2)得到的融合曲线进行图像边缘融合，根据融合曲线的形状，对左右投影仪融合带的亮度进行相应的衰减，完成融合带的融合带初步调节；步骤二：基于机器视觉计算融合带亮度差异，得到融合带亮度变化曲线；具体步骤如下：①通过摄像机采集图像，将图像作为反馈，所述的图像包含融合带；②对图像进行去噪处理；③对图像中融合带的亮度值进行分析，抽取图像的若干行或者若干列进行像素色彩分析，当横向融合时，设抽取图像的若干行为Row₁，Row₂…Row_i行，则分别对每行逐个像素通过公式(4)进行RGB值转灰度运算：L＝R*0.3+G*0.59+B*0.11       (4)得到每个像素的灰度值，所述的灰度值等同于人眼观察到的亮度值，对像素灰度值进行加权平均，得到融合带的横向分布亮度信息，以融合带亮度为纵坐标，以空间位置为横坐标，绘制融合带亮度变化曲线；若融合带呈纵向，同理，抽取图像若干列进行灰度运算，得到融合带亮度变化曲线；步骤三：基于模糊控制实现融合带的自动调节；具体为：(1)建立模糊集合A、亮度比较论域X以及隶属度函数C(x)；模糊集合A有两种情况，一种为模糊集合A中的元素x为融合带某段亮度比理想值暗，一种为模糊集合A中的元素x为融合带某段亮度比理想值亮；设融合带某段亮度L与理想亮度LH的差值为ΔL，由于计算机内部对亮度表示的范围为(0，255)，则ΔL的取值范围为(-255，255)；亮度比较论域X包括量化等级和量化等级对应的亮度差值ΔL，亮度差值ΔL到量化等级采用非均匀量化；根据工程应用中的具体要求，设定相应的量化等级所对应的亮度差值ΔL变化范围；建立了模糊集合A和亮度比较论域X后，设定模糊集合A的隶属度函数C(x)；(2)构建模糊控制器；将x作为模糊控制器的输入，y作为模糊控制器的输出，其中，x表示融合带的某段亮度差值ΔL的量化值，y表示需要对控制点进行调节的具体量；建立调节规则库，规则库通过工程经验进行设定，给每一个亮度差值ΔL的量化值x对应一个调节的具体量y；(3)基于机器视觉反馈在线调节融合带；根据步骤二得到的融合带亮度变化曲线，获取调节过程中融合带的亮度，对于每一个控制点，得到亮度差值ΔL的量化值，将亮度差值ΔL的量化值作为模糊控制器的输入x，模糊控制器直接给出输出量y，将y作为控制点坐标的变化量，对控制点坐标进行调节；调节后的控制点实时生成新的融合曲线，改变融合带效果；新的融合曲线生成新的融合带亮度变化曲线，采集融合带亮度信息，计算改变后的ΔL，若ε为亮度差异阈值，由用户自行确定，即亮度差值ΔL与理想亮度比率小于或等于ε，则认为融合亮度均匀，多投影仪的融合后图像画面效果能够满足要求，调节完成；否则返回步骤(1)，继续进行融合带调节。