專利名稱：曲面屏幕變形修正和多畫面融合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屏幕變形修正技術(shù)，尤其涉及一種曲面屏幕變形修正和多畫面融合方法。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字投影技術(shù)的發(fā)展，可以用較低的成本得到高質(zhì)量的圖像投影。但當(dāng)這些投影技術(shù)應(yīng)用于曲面屏幕以及球幕的時(shí)候，卻無法保證所投影的圖像在屏幕上拉伸而不產(chǎn)生變形。為了使站在屏幕前任何位置的觀察者能夠看到不失真的圖形，有必要對投影圖像進(jìn)行適當(dāng)修正。邊緣融合技術(shù)是近年來興起的一種新的多畫面無縫拼接技術(shù)，該技術(shù)很好的改善了拼接圖像的視覺效果。邊緣融合投影技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，即硬邊拼接、重疊拼接和邊緣融合。硬邊拼接是將兩臺投影儀的邊緣對齊，使其投影無重疊部分。其顯示效果會整幅畫面被一道縫分割開。重疊拼接是將兩臺投影儀的畫面進(jìn)行重疊，但沒有作淡進(jìn)淡出處理，因此重疊部分的亮度為整幅其余部分的2倍，在顯示效果上表現(xiàn)為重疊，部分為一亮條帶。邊緣融合是將左投影儀的右邊重疊部分的亮度減弱，右投影儀的左邊重疊部分的亮度增加。在顯示效果上表現(xiàn)為整幅畫面亮度基本一致。然而，這種方法仍然不能完全滿足人們對多媒體畫面越來越高的視覺要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種曲面屏幕變形修正和多畫面融合方法，該方法使得畫面重疊區(qū)域亮度均勻過渡，達(dá)到良好的視覺效果。本發(fā)明提出的曲面屏幕變形修正和多畫面融合方法包括下列步驟
步驟1，構(gòu)建一個(gè)曲面屏幕三維模型，設(shè)置多臺模擬投影機(jī)的虛擬投影機(jī)，形成投射曲面屏幕內(nèi)側(cè)面的經(jīng)度帶區(qū)域和投射環(huán)幕內(nèi)穹頂北極區(qū)域；
步驟2，確定相鄰經(jīng)度帶投影畫面間的重疊區(qū)域，以及每個(gè)經(jīng)度帶畫面和穹頂投影畫面間的重疊區(qū)域；
步驟3，在畫面重疊區(qū)域內(nèi)，從靠近投影畫面的中心一側(cè)往投影畫面邊緣作一個(gè)由白到黑的線性漸變的遮罩；
步驟4，將各個(gè)相鄰畫面的遮罩和投影機(jī)的投影畫面相乘，得到修正融合的影視畫面。步驟2中確定重疊區(qū)域的辦法包括在投影位置放置一個(gè)虛擬投影機(jī)A，模擬投影機(jī)往天幕上投影一個(gè)原色(紅、綠或藍(lán)，色光三原色)畫面，在相鄰畫面的投影位置和方向放置另一臺虛擬投影機(jī)B，使用另一種原色的畫面往屏幕上投射，再從虛擬投影機(jī)A把畫面渲染出來，有兩個(gè)原色混合的區(qū)域，就是A投影畫面里A和B畫面的重疊區(qū)域，從虛擬投影機(jī)B把畫面渲染出來，則得到B投影畫面里A和B畫面的重疊區(qū)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的曲面屏幕變形修正和多畫面融合技術(shù)使每個(gè)投影畫面的邊緣亮度逐漸變暗，相鄰的投影畫面在屏幕上的重疊區(qū)域亮度均勻過渡，達(dá)到了良好的視覺效果。


圖I是一天幕劇場的示意 圖2是相鄰?fù)队爱嬅娴闹丿B區(qū)域示意 圖3是某一經(jīng)度帶投影畫面相鄰?fù)队爸丿B區(qū)域示意 圖4是圖3所示重疊區(qū)域線性漸變遮罩示意 圖5是天幕側(cè)邊和穹頂重疊區(qū)域的重疊區(qū)域示意 圖6是天幕側(cè)邊和穹頂重疊區(qū)域的亮度遮罩示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)說明。該實(shí)施例僅用于說明發(fā)明構(gòu)思，在本發(fā)明的構(gòu)思下可以有多種變化和變形，這些變化和變形均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明提出的方法首先是確定相鄰畫面的重疊區(qū)域，也就是確定亮度漸變虛邊的區(qū)域。多畫面融合需要在每個(gè)成品畫面的邊緣使用亮度漸變虛邊，使畫面的邊緣亮度逐漸變暗，這樣，相鄰的投影畫面在屏幕上疊加起來以后，它們的重疊區(qū)域才能達(dá)到亮度均勻過渡。圖I是本發(fā)明應(yīng)用于天幕的一個(gè)實(shí)施例。該實(shí)施例使用十四臺投影機(jī)來投射出完整的天幕畫面，其中十二臺投射環(huán)幕內(nèi)側(cè)面從地面以上至一定經(jīng)度的經(jīng)度帶區(qū)域，兩臺投影機(jī)投射天幕內(nèi)穹頂北極區(qū)域，每個(gè)投影機(jī)的畫面比例都是16 :9。每個(gè)投影畫面和相鄰?fù)队爱嬅嬗幸欢▍^(qū)域重疊，重疊區(qū)域的畫面需要進(jìn)行畫面融合，這樣多個(gè)投影畫面投影到環(huán)幕上以后，能達(dá)到相鄰畫面亮度無縫平滑過渡。該實(shí)施例中，曲面屏幕變形修正和多畫面融合方法包括以下步驟
步驟1，在三維軟件中做出一個(gè)虛擬的天幕模型，模型的比例和真實(shí)劇場的一致，設(shè)置多臺投影機(jī)，形成投射天幕內(nèi)側(cè)面的經(jīng)度帶區(qū)域和投射天幕內(nèi)穹頂北極區(qū)域。為了避免地面上的觀眾阻擋投影光路，需要把投影機(jī)安裝在十幾米高的地方，每個(gè)投影機(jī)透過環(huán)幕上相等高度挖開的小窗往環(huán)幕的內(nèi)對面經(jīng)度帶投射畫面。經(jīng)度帶上相鄰畫面的投影機(jī)、投影方向之間的水平夾角為30度，并且每個(gè)投影機(jī)投影方向線在平面圖上的投影都經(jīng)過橢球的球心。十二個(gè)投射經(jīng)度帶畫面的投影機(jī)均勻分布在天幕橢球面上經(jīng)度間隔30度、緯度相等的小窗口位置。兩個(gè)投射北極畫面的投影機(jī)從靠近地面的高度垂直往頂上投射畫面。相鄰經(jīng)度帶投影畫面間有重疊區(qū)域(如圖3所示)，并且每個(gè)經(jīng)度帶畫面和北極的一個(gè)或兩個(gè)投影畫面間也有重疊區(qū)域(如圖5所示)。根據(jù)緯度帶的周長和高度比例，為了充分利用投影畫面區(qū)域，投射經(jīng)度帶畫面的十二臺投影機(jī)需要側(cè)躺著安裝，并且，為了利用畫面中最重要的中間區(qū)域，投影機(jī)需要朝下投射，有一個(gè)固定的俯角，每個(gè)經(jīng)度帶投影機(jī)投射的畫面區(qū)域，要覆蓋約40度的經(jīng)度帶，相鄰畫面之間才有足夠的重疊區(qū)域，用于畫面融合。步驟2，確定相鄰經(jīng)度帶投影畫面間的重疊區(qū)域，以及每個(gè)經(jīng)度帶畫面和穹頂北極的投影畫面間的重疊區(qū)域。該實(shí)施例中的屏幕是一個(gè)橢球面的一部分，不是所有位置都是對稱的，所以不是每個(gè)投影畫面和相鄰畫面的重疊區(qū)域都是一樣的，必須針對指定的投影機(jī)畫面來確定其漸變虛邊區(qū)域。下面以其中一個(gè)經(jīng)度帶投影畫面為例，說明確定其亮度漸變虛邊范圍的方法。如圖2所示，示意虛擬投影機(jī)A投射的畫面范圍為A1A2區(qū)間，虛擬投影機(jī)往屏幕上投影一個(gè)原色(紅、綠或藍(lán)，色光三原色中的一種)畫面(此處假設(shè)使用紅色)；投射相鄰畫面的虛擬投影機(jī)B，使用另一種原色的畫面往屏幕上投射(此處假設(shè)使用綠色)，投射的畫面范圍為B1B2區(qū)間，兩個(gè)畫面的重疊區(qū)域?yàn)锽1A2區(qū)間。從虛擬投影機(jī)A處把畫面渲染出來，有兩個(gè)原色混合的區(qū)域(紅色和綠色混合得到黃色區(qū)域)就是A投影畫面里A和B畫面的重疊區(qū)域，從虛擬投影機(jī)B把畫面渲染出來，則得到B投影畫面里A和B畫面的重疊區(qū)域(也是黃色區(qū)域)。步驟3，在畫面重疊區(qū)域內(nèi)，從投影畫面的中心一側(cè)往各自的投影畫面邊緣作一個(gè) 由白到黑的線性漸變的遮罩。如圖4所示，A投影畫面的遮罩可以這樣得到，從靠近投影畫面中心的邊B1B4往畫面邊緣A2A4 —邊作一個(gè)白到黑的亮度線性漸變，可得到A投影畫面這一側(cè)邊的漸變遮罩部分，對A投影畫面和別的畫面有重疊的所有側(cè)邊都做漸變，把各邊的遮罩相乘(又稱正片疊底)，才能得到A投影畫面所用的亮度漸變遮罩。穹頂投影畫面的部分重疊區(qū)域如圖5所示，它和一半的經(jīng)度帶畫面以及另一個(gè)穹頂畫面有重疊區(qū)域?？梢允褂靡粋€(gè)巧妙的辦法，避免處理很多塊三個(gè)畫面重疊區(qū)域的通道運(yùn)算，就是把十二個(gè)經(jīng)度帶投影畫面亮度遮罩都做好后，把它們?nèi)兜教摂M的天幕上，然后，在三維模型里投射穹頂畫面的投影機(jī)位置，使用虛擬投影機(jī)把遮罩渲染出來，再進(jìn)行反相，即得到圖6所示的穹頂畫面亮度漸變遮罩，沿箭頭方向，亮光線性減弱。步驟4，將各個(gè)相鄰畫面的遮罩和投影機(jī)的投影畫面相乘(正片疊底)，即得到用于投影融合的影視畫面。做好各個(gè)畫面的亮度漸變遮罩后，把制作好的天幕完整影片畫面投射到三維場景里的天幕模型上，再把天幕的畫面內(nèi)容用十四個(gè)對應(yīng)劇場里投影機(jī)位置和方向的虛擬投影機(jī)，把完整天幕畫面分塊渲染成給十四個(gè)對應(yīng)投影機(jī)的投影畫面，再使用各個(gè)畫面的亮度遮罩和畫面相乘，即得到用于最終投影放映所使用的畫面。本發(fā)明提出的方法可以使用在曲面、柱面、球面等各種曲面屏幕上，很好的解決了多畫面的融合問題，實(shí)際應(yīng)用效果良好。
權(quán)利要求
1.一種曲面屏幕變形修正和多畫面融合方法，包括下列步驟 步驟1，構(gòu)建一個(gè)曲面屏幕三維模型，設(shè)置多臺模擬投影機(jī)的虛擬投影機(jī)，形成投射曲面屏幕內(nèi)側(cè)面的經(jīng)度帶區(qū)域和投射環(huán)幕內(nèi)穹頂北極區(qū)域； 步驟2，確定相鄰經(jīng)度帶投影畫面間的重疊區(qū)域，以及每個(gè)經(jīng)度帶畫面和穹頂投影畫面間的重疊區(qū)域； 步驟3，在畫面重疊區(qū)域內(nèi)，從靠近投影畫面的中心一側(cè)往投影畫面邊緣作一個(gè)由白到黑的線性漸變的遮罩； 步驟4，將各個(gè)相鄰畫面的遮罩和投影機(jī)的投影畫面相乘，得到修正融合的影視畫面。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟2中確定重疊區(qū)域的辦法包括在投影位置放置一個(gè)虛擬投影機(jī)A，模擬投影機(jī)往天幕上投影一個(gè)原色(紅、綠或藍(lán)，色光三原色)畫面，在相鄰畫面的投影位置和方向放置另一臺虛擬投影機(jī)B，使用另一種原色的畫面往屏幕上投射，再從虛擬相機(jī)A把畫面渲染出來，有兩個(gè)原色混合的區(qū)域，就是虛擬投影機(jī)A投影畫面里A和B畫面的重疊區(qū)域，從虛擬相機(jī)B把畫面渲染出來，則得到虛擬投影機(jī)B投影畫面里A和B畫面的重疊區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的原色為紅、綠、藍(lán)中的一種。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于先把經(jīng)度帶投影畫面遮罩做好，把它們?nèi)兜教炷簧?，然后，在?gòu)建的天幕模型里投射穹頂北極畫面的投影機(jī)位置，使用取景區(qū)域和投影區(qū)域相等的一個(gè)三維相機(jī)，找出穹頂北極的重疊區(qū)域并制作遮罩，然后再進(jìn)行反相，得到穹頂北極畫面亮度線性漸變的遮罩。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于使用十二臺投射環(huán)幕內(nèi)側(cè)面的經(jīng)度帶區(qū)域，兩臺投影機(jī)投射環(huán)幕內(nèi)穹頂北極區(qū)域，每個(gè)投影機(jī)的畫面比例都是16 :9。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的十二臺投影機(jī)安裝在天幕上相等高度挖開的小窗往環(huán)幕的內(nèi)對面經(jīng)度帶投射畫面，兩個(gè)投射北極畫面的投影機(jī)從靠近地面的高度垂直往頂上投射畫面。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于經(jīng)度帶上相鄰畫面的投影機(jī)的投影方向之間的水平夾角為30度，并且每個(gè)投影機(jī)投影方向線在平面圖上的投影都經(jīng)過天幕球心。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于投射經(jīng)度帶畫面的十二臺投影機(jī)側(cè)躺安裝，每個(gè)經(jīng)度帶投影機(jī)投射的畫面區(qū)域覆蓋40度的經(jīng)度帶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種曲面屏幕變形修正和多畫面融合方法，包括步驟1，構(gòu)建一個(gè)曲面屏幕三維模型，設(shè)置多臺模擬投影機(jī)的虛擬虛擬投影機(jī)，形成投射曲面屏幕內(nèi)側(cè)面的經(jīng)度帶區(qū)域和投射環(huán)幕內(nèi)穹頂北極區(qū)域；步驟2，確定相鄰經(jīng)度帶投影畫面間的重疊區(qū)域，以及每個(gè)經(jīng)度帶畫面和穹頂投影畫面間的重疊區(qū)域；步驟3，在畫面重疊區(qū)域內(nèi)，從靠近投影畫面的中心一側(cè)往投影畫面邊緣作一個(gè)由白到黑的線性漸變的遮罩；步驟4，將各個(gè)相鄰畫面的遮罩和投影機(jī)的投影畫面相乘，得到修正融合的影視畫面。本發(fā)明很好的解決了多畫面的融合問題，實(shí)際應(yīng)用效果良好。
文檔編號G03B21/00GK102778807SQ20121028179
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者張正洪, 王星, 高新良, 黃喜峰 申請人:深圳艾特凡斯智能科技有限公司