[发明专利]自动多投影仪非线性几何校正与边缘融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及多通道投影屏幕的安装与投影图像的校正与融合方法，具体为一种用于虚拟场景仿真、虚拟制造、航天与航海虚拟环境仿真中的多通道投影屏幕的安装与投影图像的校正与融合方法。

背景技术

随着虚拟仿真技术的发展，人们不论是对虚拟仿真场景的真实感，还是对虚拟仿真的沉浸感都提出了新的要求，已经开始从单通道视景转到多通道视景，特别是水平视角范围已从几十度扩大到360度了，基于多通道的投影系统已经成了虚拟仿真系统中主要显示环境。在以下一些领域，多通道投影系统已经成为虚拟仿真系统的关键部分：

虚拟场景展示：虚拟城市建设与规划、博物馆中文物的虚拟展示等都需要对场景和物体进行建模，并运用高性能计算机生成图形，用投影仪展示在人们面前，为了让人有身临其境的感觉，必须使用多通道投影仪建设投影环境，满足人的视角范围。

虚拟制造：目前，不论是汽车、飞机、船舶，还是其他机械装置的生产都少不了模拟的虚拟仿真和虚拟测试，这些设备的制造都需要高分辨率，宽视角范围的仿真环境。

航天、航海仿真：航天与航海虚拟仿真成为主要的培训与决策手段，多通道投影视景系统已经是该仿真系统一个必不可少的部分。

当然还有许多领域，例如科学数据可视化，都需要利用多台投影仪拼接在一起，形成高分辨率和宽视角范围的弧形投影系统，显示一个逻辑上一致的全景图像，这种解决方案有两个关键技术问题需要解决：其一，透视投影图像投影在屏幕上，图像会发生几何变形，因此必须对投影图像进行几何变形校正；其二，多个投影仪投影图像拼接在一起，图像之间要么有一个缝隙，要么有一条两倍亮度的重叠区，这两种情况都会严重影响显示效果，因此必须把拼缝处的图像融合，使得重叠部分拼缝尽可能地不可见。

以往对于图像几何校正和拼接处图像融合解决方法是购买昂贵的投影仪或者图像融合机(如3D Perception)。对于前者，这些投影仪通常有内嵌光学融合镜头和几何校正芯片，后者即把多台投影仪输出的视频图像输入融合机，通过融合机几何校正和融合后分别输出到投影仪。

这些方法不仅昂贵，而且维护相当困难，都必须手动调节，只有专业人员才能使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自动多投影仪非线性几何校正与边缘融合方法，使整个系统精度高、价格便宜、维护方便、而又无需手动调节。

为了解决上述技术问题，本发明所提供的自动多投影仪非线性几何校正与融合方法，其特征包括以下步骤：

1)利用装有图形管程的PC机或图形工作站组成一个实时分布式仿真系统，实时分布式仿真系统的每个节点驱动对应于该通道的投影仪；

2)使用若干个投影仪建立投影系统，使得分布式仿真系统的测试图像通过投影仪输送到屏幕上，形成投影图像；

3)用匹配方法对投影图像进行自动非线性几何校正，使得整个投影屏幕上的投影图像组成一个逻辑上统一的全景图像；

4)利用融合函数对投影图像拼接处的图像进行软件边缘融合；

5)通过自动获取投影图像色彩值，实现颜色动态统一功能，确保多通道投影图像颜色的一致性。

本发明中所述的图形管程是指具有几何与纹理处理功能的处理器的图形显卡，每个计算机可以有n个图形卡(即n个图形管程)，共用一个操作系统。

本发明中所述的实时分布式仿真系统中的每个图形管程独立运行程序，通过设置每个图形管程的包括但不限于：通道水平视角、垂直视角、投影方式、视点位置基本参数，并利用广播式消息传送方式实现帧的同步和数据的协调性，保持产生的图像在逻辑上形成完整的全景图像。

本发明中所述的投影系统是根据系统需求，利用软幕或硬幕制作所需要的投影屏幕，并根据预先设计好的光路图将所有投影仪安装在规定的位置，然后每台投影仪连接对应的图形管程，将图像投射在投影屏幕上。

本发明中所述的自动非线性几何校正是指：首先利用经纬仪和激光阵列以点阵的方式对投影屏幕进行空间定位；然后通过每个计算机的每个图形管程输出与投影屏幕上空间激光点阵等间隔的标准网格；最后通过智能相机采集投影图像并输入计算机，通过投影屏幕上的空间激光点阵与标准网格进行自动匹配，从而得到投影仪图像与投影屏幕的对应关系，从而利用该对应关系实现对输出的图像进行非线性几何校正。

本发明中所述的颜色动态统一功能是通过色温仪采集各通道的色彩值，并反馈到计算机，然后自动对帧缓冲区中的图像的红(R)、绿(G)、蓝(B)通道分别调节，实现多通道颜色的统一。