一种投影仪阵列拼接显示方法技术

本发明专利技术公开了一种投影仪阵列拼接显示方法，包括了以下步骤：1）计算变换矩阵，通过摄像头采集标准黑白棋盘特征点坐标，计算投影图像坐标系到屏幕图像坐标系的变换矩阵，并计算出预校正矩阵。2）投影图像边缘融合，对相邻投影图像重合区域按照余弦函数进行采样，得到重合区域图像的融合系数，再将重合区域的像素RGB值乘以对应的融合系数得到相邻投影图像无缝拼接的效果。3）几何校正，使用预校正矩阵对边缘融合处理后的图像进行透视变换，最终的投影图像就是几何校正后的图像。4）多个投影图像拼接，按照1～3的方法，对投影仪阵列按照从上到下、从左到右的顺序分别拼接相邻的投影图像，最后得到整个投影仪阵列的拼接图像显示。

【技术实现步骤摘要】
一种投影仪阵列拼接显示方法
本专利技术涉及一种基于摄像头定标的投影仪阵列拼接显示方法，属于计算机图像、多媒体信息技术等领域。
技术介绍
随着科学技术的高速发展以及信息量的急速膨胀，在影视动漫产业、数字与虚拟城市及社区、建筑设计和规划、汽车设计与制造、遥感和指挥以及大规模科学计算可视化等诸多领域，人们对显示技术的要求也越来越高。由于受到目前显示设备分辨率的限制，无法对超大尺寸、高分辨率的数据进行有效显示。其中主要的需求反映在：高分辨率、超大物理尺寸、沉浸感。投影仪阵列拼接显示系统是由多台投影仪和软件或者硬件图像控制单元构成的大屏幕显示系统。通过多台投影仪的拼接，可以提供高分辨率、高物理尺寸、高亮度的画面输出。考虑到成本和可行性等多方面因素，投影仪阵列拼接显示技术成为一个备受关注的研究热点。传统的单台显示设备在分辨率和亮度上的有局限性，一个比较常用的解决方案是利用多台显示设备阵列进行大屏显示，提供高分辨率，但是该项技术具有明显的拼接缝隙，而且价格十分昂贵。另一个解决方案是采用投影仪阵列的拼接显示，由于投影仪可以随意排列，所以投影仪阵列拼接首先要对多台投影仪进行几何校正，而传统的方法是通过直接调整投影仪的位置来调整输出图像，这样既费时又费力，并且不能难解决拼接缝隙的缺陷。而使用软件自动调节的方法可以对投影仪阵列进行灵活的、无拼接缝隙的拼接显示。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种投影仪阵列拼接显示方法，从而实现投影仪阵列的无缝拼接显示。技术方案：本专利技术公开了一种投影仪阵列拼接显示方法，其核心在于计算进行几何校正的预校正矩阵和边缘融合系数，包括以下步骤：步骤1，计算变换矩阵：首先每个投影仪投影出标准黑白棋盘图像，使用摄像头采集屏幕图像，然后计算出屏幕坐标系到摄像头坐标系之间的变换矩阵T，然后计算出投影坐标系到摄像头坐标系之间的变换矩阵C，最后计算出投影坐标系到屏幕坐标系之间的变换矩阵P；步骤2，计算预变换矩阵：根据投影坐标系到屏幕坐标系之间的变换矩阵P，计算出逆矩阵P-1，然后根据设定的最终显示区域，计算出平移变换矩阵S，最后计算出进行几何校正的预变换矩阵W；步骤3，计算边缘融合系数：对相邻的投影图像的重合区域像素计算边缘融合系数，以余弦函数作为衰减函数，以像素到重合区域边缘的垂直距离为自变量，得到余弦函数因变量，然后进行Gamma校正得到重合区域像素分别对应的边缘融合系数；步骤4，图像分割与边缘融合：把将要显示的整幅图像根据每个投影仪的位置分割需要显示的投影图像，对相邻的投影图像的重合区域的像素RGB值乘以对应的边缘融合系数来调整亮度值；步骤5，几何校正：对于要输出的投影图像，使用预变换矩阵W进行透视变换将投影图像调整到最终显示区域；步骤6，多个投影图像拼接：按照步骤1～5，以从上到下、从左到右的顺序分别拼接相邻的投影图像，对相邻投影图像的重合区域进行边缘融合,最后得到整个投影仪阵列的拼接图像显示；本专利技术中，步骤1包括以下步骤：步骤1-1，使用投影仪投影出8×8的标准黑白棋盘，特征点为黑色方格和白色方格的相交处；步骤1-2，使用步骤1-1中的标准黑白棋盘特征点坐标初始化屏幕坐标系下的49个特征点坐标，记为特征点集合步骤1-3，使用摄像头采集投影出的黑白棋盘图像，然后将图像进行反色操作，计算公式为：Rdst＝255-RsrcGdst＝255-GsrcBdst＝255-Bsrc其中Rsrc,Gsrc,Bsrc为原始像素RGB值，Rdst,Gdst,Bdst为反色后像素RGB值步骤1-4，使用黑白棋盘特征点检测算法检测出摄像头采集的黑白棋盘图像的49个特征点，记为特征点集合步骤1-5，按照行优先，自左向右调整特征点集合和特征点集合的排列顺序；步骤1-6，使用最小二乘法来计算屏幕坐标系特征点集合到摄像头坐标系特征点集合之间的变换矩阵T＝[a11,a12,a13,a21,a22,a23,a31,a32,1]，线性方程组为：其中，d＝49，特征点集合记为{(x1i,y1i)|i＝1,2,…,49}，特征点集合记为{(x2i,y2i)|i＝1,2,…,49}，简记为：A·T＝BT的计算公式为：T＝(ATA)-1·AT·B在不移动摄像头位置的情况下，屏幕坐标系到摄像头坐标系之间的变换矩阵T保持不变；步骤1-7，选取投影仪阵列最左上角的投影仪，计算该投影仪的投影坐标系到摄像头坐标系之间的变换矩阵C1，使用该投影仪投影出8×8的黑白棋盘；步骤1-8，使用摄像头采集步骤1-7的投影仪投影出的黑白棋盘图像，然后将图像进行反色操作；步骤1-9，使用黑白棋盘特征点检测算法检测出步骤1-8中摄像头采集的黑白棋盘图像的49个特征点，记为特征点集合步骤1-10，按照行优先，自左向右调整特征点的排列顺序；步骤1-11，使用最小二乘法计算投影坐标系特征点集合到摄像头坐标系特征点集合之间的变换矩阵C1＝[c11,c12,c13,c21,c22,c23,c31,c32,1]，线性方程组为：其中，d＝49，特征点集合记为{(x1i,y1i)|i＝1,2,…,49}，特征点集合记为{(x3i,y3i)|i＝1,2,…,49}，简记为：A·C1＝B，C1计算公式为：C1＝(ATA)-1·AT·B；步骤1-12，计算投影坐标系到屏幕坐标系之间的变换矩阵P1，计算公式为：P1＝C1·T-1步骤1-13，计算出投影仪阵列其余投影仪的投影坐标系到摄像头坐标系之间的变换矩阵，分别记为C2,C3,C4,…,Ck，对应第2个投影仪至第k个投影仪；步骤1-14，计算出投影仪阵列其余投影仪对应的投影坐标系到屏幕坐标系之间的变换矩阵，记为P2,P3,P4,…,Pk，对应第2个投影仪至第k个投影仪，计算公式为：P2＝C2·T-1Pk＝Ck·T-1本专利技术中，步骤2包括以下步骤：步骤2-1，根据各个投影仪对应的投影坐标系到屏幕坐标系之间的变换矩阵Pk，计算出逆矩阵步骤2-2，每个投影仪设定最终投影图像区域，以49个黑白棋盘特征点的形式设定，记为点集合步骤2-3，使用最小二乘法计算第k个投影仪的屏幕坐标系特征点集合到屏幕坐标系下最终投影图像位置特征点之间的变换矩阵Sk＝[s11,s12,s13,s21,s22,s23,s31,s32,1]，线性方程组为：其中，d＝49，特征点集合记为{(x1i,y1i)|i＝1,2,…,49}，特征点集合记为{(x4i,y4i)|i＝1,2,…,49}简记为：A·Sk＝B，Sk计算公式为：Sk＝(ATA)-1·AT·B；步骤2-4，计算进行几何校正的预变换矩阵Wk，公式如下：本专利技术中，步骤3包括以下步骤：步骤3-1，根据步骤2中设定的最终投影图像区域，计算相邻投影仪最终投影图像区域相重合的像素宽度，若为水平重合，记重合区域水平宽度为H，若为垂直重合，记重合区域垂直宽度为V；步骤3-2，若为水平重合，计算重合区域每个像素x轴坐标到重合区域左垂直边界x轴坐标的距离Δx，若为垂直重合，计算重合区域每个像素坐标y轴到重合区域上水平边界y轴坐标的距离Δy；步骤3-3，归一化Δx和Δy，公式为：Δx′＝Δx/HΔy′＝Δy/V步骤3-4，若为水平重合，左边投影仪的边缘融合系数记为IL，右边投影仪的边缘融合系数记本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种投影仪阵列拼接显示方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，计算变换矩阵：首先每个投影仪投影出标准黑白棋盘图像，使用摄像头采集屏幕图像，然后计算出屏幕坐标系到摄像头坐标系之间的变换矩阵T，然后计算出投影坐标系到摄像头坐标系之间的变换矩阵C，最后计算出投影坐标系到屏幕坐标系之间的变换矩阵P；步骤2，计算预变换矩阵：根据投影坐标系到屏幕坐标系之间的变换矩阵P，计算出逆矩阵P‑1，然后根据设定的最终显示区域，计算出平移变换矩阵S，最后计算出进行几何校正的预变换矩阵W；步骤3，计算边缘融合系数：对相邻的投影图像的重合区域像素计算边缘融合系数，以余弦函数作为衰减函数，以像素到重合区域边缘的垂直距离为自变量，得到余弦函数因变量，然后进行Gamma校正得到重合区域像素分别对应的边缘融合系数；步骤4，图像分割与边缘融合：把将要显示的整幅图像根据每个投影仪的位置分割需要显示的投影图像，对相邻的投影图像的重合区域的像素RGB值乘以对应的边缘融合系数来调整亮度值；步骤5，几何校正：对于要输出的投影图像，使用预变换矩阵W进行透视变换将投影图像调整到最终显示区域；步骤6，多个投影图像拼接：对于整个投影仪阵列，按照步骤1～5，以从上到下、从左到右的顺序分别拼接相邻的投影图像，对相邻投影图像的重合区域进行边缘融合，最后得到整个投影仪阵列的拼接图像显示。...

【技术特征摘要】
1.一种投影仪阵列拼接显示方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，计算变换矩阵：首先每个投影仪投影出标准黑白棋盘图像，使用摄像头采集屏幕图像，然后计算出屏幕坐标系到摄像头坐标系之间的变换矩阵T，然后计算出投影坐标系到摄像头坐标系之间的变换矩阵C，最后计算出投影坐标系到屏幕坐标系之间的变换矩阵P；步骤2，计算预变换矩阵：根据投影坐标系到屏幕坐标系之间的变换矩阵P，计算出逆矩阵P-1，然后根据设定的最终显示区域，计算出平移变换矩阵S，最后计算出进行几何校正的预变换矩阵W；步骤3，计算边缘融合系数：对相邻的投影图像的重合区域像素计算边缘融合系数，以余弦函数作为衰减函数，以像素到重合区域边缘的垂直距离为自变量，得到余弦函数因变量，然后进行Gamma校正得到重合区域像素分别对应的边缘融合系数；步骤4，图像分割与边缘融合：把将要显示的整幅图像根据每个投影仪的位置分割需要显示的投影图像，对相邻的投影图像的重合区域的像素RGB值乘以对应的边缘融合系数来调整亮度值；步骤5，几何校正：对于要输出的投影图像，使用预变换矩阵W进行透视变换将投影图像调整到最终显示区域；步骤6，多个投影图像拼接：对于整个投影仪阵列，按照步骤1～5，以从上到下、从左到右的顺序分别拼接相邻的投影图像，对相邻投影图像的重合区域进行边缘融合，最后得到整个投影仪阵列的拼接图像显示。2.如权利要求1所述的一种投影仪阵列拼接显示方法，其特征在于，步骤1包括以下步骤：步骤1-1，使用投影仪投影出8×8的标准黑白棋盘，特征点为黑色方格和白色方格的相交处；步骤1-2，使用步骤1-1中的标准黑白棋盘特征点坐标初始化屏幕坐标系下的49个特征点坐标，记为特征点集合步骤1-3，使用摄像头采集投影出的黑白棋盘图像，然后将图像进行反色操作，计算公式为：Rdst＝255-Rsrc，Gdst＝255-Gsrc，Bdst＝255-Bsrc，其中Rsrc,Gsrc,Bsrc为原始像素RGB值，Rdst,Gdst,Bdst为反色后像素RGB值；步骤1-4，使用黑白棋盘特征点检测算法检测出摄像头采集的黑白棋盘图像的49个特征点，记为特征点集合步骤1-5，按照行优先，自左向右调整特征点集合和特征点集合的排列顺序；步骤1-6，使用最小二乘法计算特征点集合到特征点集合之间的变换矩阵T＝[a11,a12,a13,a21,a22,a23,a31,a32,1]，线性方程组为：其中，d＝49，特征点集合记为{(x1i,y1i)|i＝1,2,…,49}，特征点集合记为{(x2i,y2i)|i＝1,2,…,49}，简记为：A·T＝B，T的计算公式为：T＝(ATA)-1·AT·B，在不移动摄像头位置的情况下，屏幕坐标系到摄像头坐标系之间的变换矩阵T保持不变；步骤1-7，选取投影仪阵列最左上角的投影仪，计算该投影仪的投影坐标系到摄像头坐标系之间的变换矩阵C1，使用该投影仪投影出8×8的黑白棋盘；步骤1-8，使用摄像头采集步骤1-7的投影仪投影出的黑白棋盘图像，然后将图像进行反色操作；步骤1-9，使用黑白棋盘特征点检测算法检测出步骤1-8中摄像头采集的黑白棋盘图像的49个特征点，记为特征点集合步骤1-10，按照行优先，自左向右调整特征点集合的排列顺序；步骤1-11，使用最小二乘法计算特征点集合到特征点集合之间的变换矩阵C1＝[c11,c12,c13,c21,c22,c23,c31,c32,1]，线性方程组为：其中，d＝49，特征点集合记为{(x1i,y1i)|i＝1,2,…,49}，特征点集合记为{(x3i,y3i)|i＝1,2,…,49}，简记为：A·C1＝B，C1计算公式为：C1＝(ATA)-1·AT·B；步骤1-12，计算投影坐标系到屏幕坐标系之间的变换矩阵P1，计算公式为：P1＝C1·T-1，步骤1-13，计算出投影仪阵列其余投影仪的投影坐标系到摄像头坐标系之间的变换矩阵，分别记为C2,C3,C4,…,Ck，对应第2个投影仪至第k个投影仪；步骤1-14，计算出投影仪阵列其余投影仪对应的投影坐标系到屏幕坐标系之间的变换矩阵，记为P2,P3,P4,…,Pk，对应第2个投影仪至第k个投影仪，计算公式为：3.如权利要求2所述的一种投影仪阵列拼接显示方法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：步骤2-1，根据第k个投影仪对应的投影坐标系到屏幕坐标系之间的变换矩阵Pk，计算出逆矩阵步骤2-2，为每个投影仪设定最终投影图像区域，以49个黑白...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭延文，杨阳，罗伟涛，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32