多投影显示系统的几何校正及边缘融合技术研究与实现.docx

云南师范大学学报(自然科学版) 云南师范大学学报(自然科学版) Journal of Yunnan Normal University 2014年1月34卷1期(V01．34 No．1) DOI：10．7699／j．ynnu．ns一2014一010 多投影显示系统的几何校正及边缘融合技术研究与实现+ 陶婷婷， 张亚萍+ (云南师范大学信息学院，云南昆明650500) 摘要： 多投影显示系统是解决人们对高分辨率显示需求与单台显示设备分辨率有限之间矛盾 的有效方法．在使用普通数码相机对多投影显示系统进行几何校正的基础上，采用非线性融合函数对相 邻投影图像进行边缘融合，实现了多台投影仪的无缝拼接显示．该系统仪器设备成本低廉，软件操作简 单快捷，能够有效应用于大屏幕显示，为用户提供高分辨率、超大视域范围的沉浸式体验． 关键词： 多投影显示系统；几何校正；边缘融合 中图分类号： TN914 文献标志码： A 文章编号： 1007—9793(2014)01一0054 07 1 引 言 多投影显示系统由于具有大范围、高分辨的显示效果，能够给用户带来很强的视觉沉浸式体验，目 前在科学数据可视化、工业设计、展览、教育等领域有着广泛的应用．为了产生完整、逼真的显示效果，必 须解决两个问题：其一，由于各投影仪摆放位置的任意性以及各投影仪本身的内部畸变，相邻投影仪的 投影区域会出现几何边界的不对齐现象，因此需要对投影图像进行几何校正．其二，在对多个投影图像 进行拼接时，如果投影仪是重叠投影，则投影图像的重叠部分会产生一条高亮度显示区域；如果是非重 叠投影，则相邻投影图像之间形成一条拼缝，从而影响投影图像的整体性，因此，需要对相邻投影边缘部 分进行融合． 早期多投影显示系统对图像的几何校正和边缘融合是通过手动拼接和购买昂贵的硬件来实现的， 这些方法不仅设备成本高昂，且操作维护困难，需要专业人员才能使用．目前随着投影显示技术的不断 发展，计算机图形设备性能的提高，建立基于PC机的多投影显示系统，并通过软件对投影图像进行校 正已经成为可能．近年来，出现了很多实现多投影显示系统的几何校正和边缘融合方法．如Raskar[1≈] 等人使用一个预先校正好的固定的摄像头对投影仪进行几何校正；Ashdown[41等研究了基于投影仪一 相机的平面投影；Okatani嘲等对基于投影仪一相机的自动校正方法进行了深入研究，提出并证明了显 示墙与相机及投影仪对应的透视几何关系的自动几何校正方法；Bhasker[6]等针对投影镜头的畸变给出 了基于有理Bezier曲面网格的修正方法．国内，浙江大学的石教英等人[7]提出了基于数码相机反馈的 几何校正算法；王修晖‘s3等利用特征条替代特征线来获取映射关系，提出了一种高精度的平面几何校正 算法，并将此方法推广到立体平面幕系统． 本文提出的多投影显示系统基于普通PC机和普通投影仪，采用单台普通数码相机获取各投影校 正参数，进行几何校正预处理，利用非线性函数进行相邻投影边缘融合实现无缝拼接显示．方法简单有 效，能快速地完成图像的几何校正并有效消除多投影画面之间的亮条和拼缝． 收稿日期：2013—10一25 基金项目：国家自然科学基金资助项目；云南省应用基础研究基金资助项目(2010cD047) 作者简介：陶婷婷(1988一)，女，安徽安庆人，硕士研究生，主要从事数字媒体技术方面研究． 通信作者：张亚萍，女，博士，副教授，主要从事图形图像处理方面研究． 万方数据 第1期 陶婷婷，等： 第1期 陶婷婷，等： 多投影显示系统的几何校正及边缘融合技术研究与实现 ·55· 2 系统组成 如图1所示(左)，本系统由4台分辨率为1680*1050的SHARP投影仪、四台普通的计算机和一 部数码相机组成．在确保相邻投影仪投影区域有一定重叠的情况下，四台投影仪任意摆放，组成一个 2×2的投影阵列．另外，为了使计算过程简单化，系统需要对数码相机的位置有一定的限制，即让数码相 机的镜头正对投影屏幕，介于四台投影仪中间，垂直摆放，以保证获取到的投影图像不会产生变形．这样 数码相机获取到的图像就可以直接作为投影屏幕上的图像，用于计算每台投影仪的校正参数．系统流程 如图1(右)． —I／ 捕获特征图片 O 识别特征点 』} 有效区域划分l —■●弋 阢丽西蒺司‘—萨 SCRFE、I 医面婕歼习—■厂 一血l■一图1 多投影显示系统结构图(左)、软件校正整体流程(右) 投影图像预处理 Fig．1 Muhi—prOjector display system architecture(1eft)，and the flow chart of software correction(right) 3几何校正原理及算法 3．1几何校