[发明专利]基于光传感器的投影自动几何校正方法

权利要求书

1.基于光传感器的投影自动几何校正方法，控制计算机(101)生成一个与原 始图像等大并且网格线交叉点在垂直和水平方向上均等间距的矩形网格，该矩形网 格以左上角为原点，水平向右为横轴正向，垂直向下为纵轴正向，建立投影设备 (102)的投影坐标系，矩形网格宽度为W_I，高为H_I，投影设备(102)与控制计 算机(101)相连接，

在投影幕(106)上安装N个光传感器构成阵列，阵列的宽度为W_S，高度为H_S， 其中N＝W_S×H_S，光传感器位于投影幕(106)表面上的每个单元平面的顶点和单 元平面内曲度发生突变的位置，每个光传感器的输出端由导线连接至数据采集设备 (107)的输入端，数据采集设备向控制计算机(101)输出光传感器的信号，具体 几何校正方法如下：

(1)控制计算机(101)切换进入几何校正模式，生成光模式序列(100)，投 影设备将光模式序列中的每一个光模式依次投射到投影幕(106)，

(2)数据采集设备(107)收集每个光传感器对每个光模式的响应信号数值 S_i，i＝1，2，...，N并反馈到控制计算机(101)，控制计算机(101)将响应信号数值S_i映 射为二进制数字R_i∈{0，1}，i＝1，2，...，N，记光传感器对第一光模式序列(500)的满光 照光模式(503)的信号数值为B_i，i＝1，2，...，N，无光照光模式(504)的信号数值为 D_i，i＝1，2，...，N，映射计算公式如下：

其中，光照阈值T_i＝(1-U)×B_i+U×D_i，i＝1，2，...，N，中间值 P为人为预设的常量，i为光传感器序列，

(3)控制计算机(101)根据每个光传感器对应的二进制数值R_i的历史记录， 计算出每个光传感器在投影设备的投影坐标系中的平面坐标(X_i，Y_i)，i＝1，2，...，N，第 i个光传感器的平面坐标(X_i，Y_i)，i＝1，2，...，N的确定方法如下：

区间绑定：在投影设备开始投射第二光模式序列(501)和第三光模式(502) 序列前，将第i个光传感器的横坐标X_i和纵坐标Y_i分别绑定上一个闭区间，它们分 别为和i＝1，2，...，N，

迭代解码：在投射第二光模式序列(501)的过程中，每投射一个光模式，控制 计算机(101)按照如下的规则，分别更新第i个光传感器的横坐标绑定的区间：

其中临时变量i＝1，2，...，N，j＝1，2，...，N_V， R_ij为按照几何校正方法步骤2中所述的映射计算公式，将第i个光传感器在投射光 模式序列(501)中的第j个光模式时，将光照信号映射计算所得的数值，

在投射第三光模序列(502)的过程中，每投射一个光模式，控制计算机(101) 按照如下规则，分别更新第i个光传感器的纵坐标绑定的区间：

其中临时变量i＝1，2，...，N，j＝1，2，...，N_H，

坐标赋值：在所有光模式都投射完毕后，第i个光传感器的横坐标X_i和纵坐标Y_i如下：

Xi=12(XLNF+XUNF)Yi=12(YLNH+YUNH),i=1,2,...,N,]]>

(4)增加虚拟的光传感器，方法如下：

尺寸为H_S×W_S的二维矩阵M₁，组成二维矩阵的元素为从上到下，从左到右的 第i个元素为一个向量(X_i，Y_i)，i＝1，2，...，N，虚拟光传感器的添加是基于二维矩阵 M₁，沿投影设备(102)的投影坐标系的横轴和纵轴两个方向先后进行，首先沿二 维矩阵M₁的行方向，从上到下依次选取第j，j＝1，2，...，H_S行的所有元素得行向量V_j， 以该行向量V_j的元素为曲线拟合样本，按照插值算法添加若干个插值点，并与行向 量V_j的所有元素进行合并形成新的行向量NV_j，把得到的H_S个新的行向量按照先后 顺序在垂直方向上进行叠加，得尺寸为H₂×W₂的二维矩阵M₂，其中H₂＝H_S，W₂为在水平方向上插值点的个数，W₂的数值由人为设定且大于W_S，沿二维矩阵M₂的 列方向，从左到右依次选取第k，k＝1，2，...，W₂列的所有元素，得一个由二维点坐标构 成的列向量V_k，以V_k的元素为曲线拟合样本，按照插值算法添加若干个插值点，并 且和原列向量V_k的所有元素进行合并形成新的列向量NV_k，把得到的W_S个新的列向 量按照先后顺序在水平方向上进行叠加，得到尺寸为H₃×W₃的二维矩阵M₃，其中 W₃＝W₂，H₃为在垂直方向上插值点的个数，H₃的数值由人为设定且大于H_S， 二维矩阵M₃即为添加虚拟光传感器以后的光传感器坐标矩阵，

(5)控制计算机(101)切换入投影模式，对需要投影的原始图像(112)进行 几何预变换，

控制计算机初始化经二维矩阵M₃映射所得的图像的所有像素点均为暗黑色，

取矩阵M₃中每个构成矩阵的顺时针方向的四个元素A、B、C和D在原矩形网 格线交叉点的颜色数值为C₁、C₂、C₃和C₄，

几何预变换后的结果图像中的A、B、C和D四个矩阵元素以及通过它们的四 条插值曲线确定了一个封闭的小网格，

过封闭小网格中任意一点Z的水平直线交AD边界于H，交BC边界于F，过Z 的垂直直线交AB边界于E，交DC边界于G，

封闭小网格的面积为S₀，小网格被过Z点的水平和垂直直线划成的四个顺时针 方向的封闭区域，他们的面积分别为S₁，S₂，S₃和S₄，

根据以下公式，得到几何预变换的结果图像上Z点的颜色数值C_Z

CZ=Σj=14CjSjS0]]>

循环式地按照上述算法计算矩阵M₃的封闭小网格中的所有点的颜色值，

当封闭小网格中的所有像素点的颜色值都按照Z点的计算方法计算出来，几何 预变换后的图像也就生成完毕，

(6)投影设备(102)将进行了几何预变换所得图像投射到投影幕(106)上就 得到了正确的观察者图像，

以上所述的符号XL_i，j、XU_i，j、YL_i，j、YU_i，j分别为由两个大写字母共同构成的 具有独立含义的整体符号，XL_i，j，i＝1，2，...，N，j＝1，2，...，N_V，表示第i个 光传感器在投射第二光模式序列(501)中的第j，j＝1，2，...，N_V个光模式后更新计算 所得的横坐标的数值下界，相应的XU_i，j，i＝1，2，...N，j＝1，2，...N_V为更新计算所得的该 横坐标数值上界，同样的道理，YL_i，j，i＝1，2，...，N，j＝1，2，...N_H，表示第i 个光传感器在投射第三光模式序列(502)中的第j，j＝1，2，...，N_H个光模式后更新计 算所得的纵坐标的数值下界，相应的YU_i，j，i＝1，2，...N，j＝1，2，...N_H为更新计算所得的 该纵坐标的数值上界。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤(1)中所述的光模式序列 (100)包括第一光模式序列(500)、第二光模式序列(501)和第三光模式序列(502)， 第一光模式序列(500)由满光照的光模式(503)和无光照的光模式(504)各一 个组成，第二光模式序列(501)由黑白相间的竖条组成的光模式构成，第三光模 式序列(502)由黑白相间的模条组成的光模式构成，第二光模式序列(501)由N_V 个光模式组成，第三光模式序列(502)由N_H个光模式组成， 第二光模式序列(501)的第j个光模式的黑白垂直竖条的宽度均 为j＝1，2，...，N_V，第三光模式序列(502)的第k个光模式的水平横条的高 度k＝1，2，...，N_H。