[发明专利]借由逆变换对视频投影进行自动校正的方法

说明书

本发明属于艺术、设计和创作领域，并且可以用于展示、视频演示的技术提供以及建筑作品的布置。

从技术水平来说，生成视频信号至投影装置或者视频屏幕单元的专用设备是已知的，即服务器。

根据文件JP2009005044(A)-2009-01-08，最常见的模拟是日本三菱精密有限公司(MITSUBISHI PRECISION CO LTD.)所提出的方法，该方法描述了通过映射到曲面上开发几何误差的校正函数。该函数是在映射测试图像的误差逐点测量系统的基础上绘制而成的。立体摄影机用于误差分析。将所得的二阶函数反向并且应用于编译的视频图像，从而使该图像相对观测者而言变得是平坦的。

本发明的主要不同之处在于几何误差的测试与测量阶段的不可用性。在显式形式上，变换函数尚未开发出来。而是运用了在三维空间中映射的可视化，并且会借由从虚拟投影机到虚拟摄影机的简单变化来自动接收逆变换。这种方法能够例如通过类似物从任意表面(不仅仅从二阶表面)完成到高精度的变换。除此之外，所发明的装置不仅校正了几何误差，而且还实现了在阴影区域和远离观察者的区域处的亮度的逐个像素均衡化。

目前生产的成品产品是LIGHTCONVERSE SERVER–STUDIO和LIGHTCONVERSE SERVER–MAPPING。这些模型的不同之处在于相应具有6个和15个视频输出。它们能够对32个视频流进行三维校正，借由内部与外部管理以及面向映射装置以信号形式的传送来实现这些视频流的混合。

本发明的中心是解决从观察者的视角来看物体在三维空间中的格式、虚拟摄影机在投影机安装位置处的布置和从这些摄影机的视角来看物体的渲染问题。此外，本发明的中心是解决在复杂几何物体的不同表面处的复杂图像的创建和几何物体群组的若干图像在任意角度上的投影问题、用于投影一个复杂图像的若干投影机的结合问题、以及用于投影一个图像或者复杂图像的若干未限定屏幕截图的结合问题。

应用任务通过如下方式解决。将物体的近似三维模型放入服务器中并且放置好投影机。然后，对虚拟物体进行投影，并对脚本进行排序。该服务器从各个投影机的视角对信号进行实时渲染并且将这些信号提供给物理装置。因此，虚拟设计以绝对精度转移到了物质世界，无丢失。所创建的整个系统实时进行指示变换。

现在，视频屏幕单元和视频投影机广泛用于创建全景图像。它可以是电视演播室、剧院、博物馆展览、建筑突出等。与装饰的静态照明不同，全景视频图像能够创建另一空间的感觉并且解决许多生产任务。

这类项目的技术支持的主要复杂性在于无法将视频摄影机最佳地放置在相对观测者而言的相对反射表面或视频屏幕单元处。例如，将投影机放置为确保几何上平坦投影并不一定能成功。调整楔石的标准方法仅对二维物体有用。通过投影在例如球形面板上，使用了特殊的均衡透镜，该均衡透镜不能从整体上解决这个问题。因此，借由传统方法在复杂的集成几何物体处进行投影是不可能的。

对于全景图像的接收，运用了投影机的对接。在这种情况下，因为会扰乱映射板的接合，所以不可能随意放置投影机。

通常，在视频屏幕单元的情况下，“一个屏幕单元对应一个图像”的方法是有效的。实际上，如果随意放置屏幕单元(以不同的距离和不同的角度)，那么不可能接收到相对于观察者而言的整个全景图像。

借由对物体进行正确的三维建模和从观察者进行反向的虚拟映射来解决该问题。在这种情况下，所有可能的几何误差都自动得以补偿，所有的视频投影机和视频屏幕单元将以1个像素的精度自动工作并且发射观看者所等待的图像。

该方法不仅补偿了几何误差。通过这种方式，也可以补偿亮度，对映射的重叠区域进行调平或者相反地照亮所增加的侧反射区域。为此，充分考虑到物体的反射特性、反射方向和三维空间中观察者的位置，对各个光源使用了精确光度计算。

从而，借由所提供的方法实现了期望的技术效果，轻松地决绝了复杂几何物体的自阴影问题。通过从两个不同的透视收缩在一个相同地方处投影，有可能减少双重阴影成分，通过从三个透视收缩在一个相同地方处投影，有可能减少三重阴影成分，等等。例如，通过在具有柱子的建筑物前面投影图像，将会去除柱子的阴影。

该方法是在LIGHTCONVERSE 3D SHOW PLATFORM显示系统的基础上实现的。该基于计算机的系统能够创建物体的虚拟三维展示并且实时计算照明及其控制。