一種基于特征點的投影變形校正方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及視景應用技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于特征點的投影變形校正方法及 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在視景應用環(huán)境中，環(huán)幕、球形幕與平面投影幕相比可提供更寬廣的視角，用戶的 視覺過渡也更為平滑，被越來越多的大型投影系統(tǒng)所采用。但曲面投影會產(chǎn)生變形，為保證 影像質(zhì)量，必須進行幾何校正。
[0003] 投影圖像的幾何校正有多種具體實現(xiàn)方法，其基本原理主要是基于網(wǎng)格手動校 正，或通過經(jīng)紳儀及成像儀進行自動校正等。但目前的方法都是從觀看者的視覺角度出發(fā)， 只能在特定視點取得較優(yōu)的結(jié)果，若改變觀察角度，會產(chǎn)生視覺校正偏差，效果變差。而且 校正過程依賴于專用設(shè)備，或需要操作者花費大量工作時間。配準度受各種影響難W確保， 甚至會出現(xiàn)難W消除的視覺崎變。投影幕在使用過程中，由于機構(gòu)變形的原因會逐漸產(chǎn)生 投影偏差，由于上述方法的復雜性，也難W實現(xiàn)即時的校正調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于特征點的投影 變形校正方法及系統(tǒng)，可經(jīng)濟快捷的實現(xiàn)投影幕非線性失真的精細校正。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下；一種基于特征點的投影變形校正方 法，包括如下步驟：
[0006] 步驟1，對投影幕進行精準測量，根據(jù)投影幕形狀，在投影幕上標記相應數(shù)量的投 影幕特征點，在投影圖像的相應位置標注投影圖像特征點；
[0007] 步驟2,將標注投影圖像特征點的投影圖像投向影幕，并將投影圖像調(diào)整至略大于 投影幕的邊界；
[000引步驟3,用鼠標點擊投影幕上標注的投影幕特征點的位置，從而記錄相應的映射點 的位置坐標，其中所述映射點為投影幕特征點在投影圖像上的投影；
[0009] 步驟4,將映射點的位置坐標與投影圖像上相應位置的投影圖像特征點進行比對， 根據(jù)預定算法計算得到映射擬合系數(shù)；
[0010] 步驟5,根據(jù)擬合系數(shù)實現(xiàn)投影圖像的精細幾何校正，得到校正投影圖像，將校正 投影圖像投射到投影幕；
[0011] 步驟6,判斷校正后的投影形狀是否滿足誤差闊值，如果不滿足則返回步驟3,如 果滿足則結(jié)束處理流程。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是；本發(fā)明W投影幕作為校正基準，配準精度高，可W獲得最大 限度的觀看者良好視覺范圍，所述方法簡便快捷，對于使用過程中的微小變形可W隨時校 正，保證投影質(zhì)量。
[0013] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可W做如下改進。
[0014] 進一步，步驟4中所述預定算法為二維仿射變換算法或NURBS曲面算法。
[0015] 進一步，步驟4中采用二維仿射變換算法時的具體實現(xiàn)為：
[0016] 步驟4.1，將投影幕分成多個=角面，對每個=角面進行如下處理；
[0017] 步驟4.2,在每個=角面中選取=個特征點，獲取=個特征點的記錄的映射點位置 坐標（x，y)和投影圖像特征點的位置坐標（X'，y');
[001引步驟4.3,根據(jù)S個特征點的映射點位置坐標（x，y)和投影圖像特征點的位置坐 標（X'，y')，通過二維仿射變換關(guān)系式T(x) =Ax+B，x= (X，y)求解該S角面中的崎變 圖像和正常圖像之間的映射擬合系數(shù)；
[0019] 其中，T(x)是像素平面位置，A、B為仿射變換參數(shù)，A是2X2的旋轉(zhuǎn)矩陣，B是2X1 的平移向量；
[0020] 步驟4. 4,根據(jù)所述映射擬合系數(shù)得到該S角面中投影圖像中任意節(jié)點需要調(diào)整 的矢量。
[0021] 進一步，步驟4. 3中的具體計算為；通過下式計算仿射變換參數(shù)A和B，
[0022]
【主權(quán)項】
1. 一種基于特征點的投影變形校正方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1，對投影幕進行精準測量，根據(jù)投影幕形狀，在投影幕上標記相應數(shù)量的投影幕 特征點，在投影圖像的相應位置標注投影圖像特征點； 步驟2,將標注投影圖像特征點的投影圖像投向影幕，并將投影圖像調(diào)整至略大于投影 幕的邊界； 步驟3,用鼠標點擊投影幕上標注的投影幕特征點的位置，從而記錄相應的映射點的位 置坐標，其中所述映射點為投影幕特征點在投影圖像上的投影； 步驟4,將映射點的位置坐標與投影圖像上相應位置的投影圖像特征點進行比對，根據(jù) 預定算法計算得到映射擬合系數(shù)； 步驟5,根據(jù)擬合系數(shù)實現(xiàn)投影圖像的精細幾何校正，得到校正投影圖像，將校正投影 圖像投射到投影幕； 步驟6,判斷校正后的投影形狀是否滿足誤差閾值，如果不滿足則返回步驟3,如果滿 足則結(jié)束處理流程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于特征點的投影變形校正方法，其特征在于，步驟4中所 述預定算法為二維仿射變換算法或NURBS曲面算法。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于特征點的投影變形校正方法，其特征在于，步驟4中采 用二維仿射變換算法時的具體實現(xiàn)為： 步驟4. 1，將投影幕分成多個三角面，對每個三角面進行如下處理； 步驟4. 2,在每個三角面中選取三個特征點，獲取三個特征點的記錄的映射點位置坐標 (x，y)和投影圖像特征點的位置坐標（？，太）； 步驟4.3,根據(jù)三個特征點的映射點位置坐標（x，y)和投影圖像特征點的位置坐標 (X'，太），通過二維仿射變換關(guān)系式1'(1)=八1+8，1=(1，7)求解該三角面中的畸變圖 像和正常圖像之間的映射擬合系數(shù)； 其中，T (X)是像素平面位置，A、B為仿射變換參數(shù)，A是2 X 2的旋轉(zhuǎn)矩陣，B是2 X 1的 平移向量； 步驟4. 4,根據(jù)所述映射擬合系數(shù)得到該三角面中投影圖像中任意節(jié)點需要調(diào)整的矢 量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于特征點的投影變形校正方法，其特征在于，步驟4. 3中 的具體計算為：通過下式計算仿射變換參數(shù)A和B，
則式⑴轉(zhuǎn)換為= Y，設(shè)X的偽逆矩陣為文+，則 H = X+Y =伐1)-1 交1Y。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于特征點的投影變形校正方法，其特征在于，步驟4中采 用NURBS曲面算法時的具體實現(xiàn)為：根據(jù)投影幕特征點的映射點的位置坐標P ij擬合pXq 階B樣條曲面：
u、V為擬合的u向P階、V向q階NURBS曲面，其中，u彡0, V彡1，\j為曲面控制點， 根據(jù)u和V，通過對Pij做m+1次曲線插值，得到空間點，對得到的空間點根據(jù)u和V做n+1 次曲線插值，從而得到曲面控制點Nu，為權(quán)因子，N iiP(u)為p階B樣條基函數(shù)、N^1 (V) 為q階B樣條基函數(shù)。
6. -種基于特征點的投影變形校正系統(tǒng)，其特征在于，包括影源單元、投影單元、校正 預處理單元和投影校正單元； 所述影源單元，其用于在投影圖像上標注投影圖像特征點，并將投影數(shù)據(jù)通過標校處 理單元發(fā)送給投影單元； 所述投影單元，其用于將標注投影圖像特征點的投影圖像投向影幕，并將投影圖像調(diào) 整至略大于投影幕的邊界； 所述校正預處理單元，其用于利用鼠標點擊投影幕上標注的投影幕特征點的位置，從 而記錄相應的映射點的位置坐標，將映射點的位置坐標與投影圖像上相應位置的投影圖像 特征點進行比對，根據(jù)預定算法計算得到映射擬合系數(shù)，其中，所述投影幕特征點為預先在 投影幕上標注的，所述映射點為投影幕特征點在投影圖像上的投影； 所述投影校正單元，其用于根據(jù)擬合系數(shù)實現(xiàn)投影圖像的精細幾何校正，得到校正投 影圖像，將校正投影圖像通過投影單元投射到投影幕。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于特征點的投影變形校正系統(tǒng)，其特征在于，所述影像 處理單元包括二維仿射變換模塊和NURBS曲面計算模塊，所述二維仿射變換模塊采用二維 仿射變換算法計算映射擬合系數(shù)，所述NURBS曲面計算模塊采用NURBS曲面算法計算映射 擬合系數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于特征點的投影變形校正系統(tǒng)，其特征在于，所述二維 仿射變換模塊包括分割單元和二維仿射計算單元； 所述分割單元，其用于將投影幕分成多個三角面，將每個三角面的相關(guān)信息發(fā)送到二 維仿射計算單元； 所述二維仿射計算單元，其用于在每個三角面中選取三個特征點，獲取三個特征點的 記錄的映射點位置坐標（x，y)和投影圖像特征點的位置坐標（X'，y'），根據(jù)三個特征點的 映射點位置坐標（x，y)和投影圖像特征點的位置坐標（X'，y'），通過二維仿射變換關(guān)系式 T(X) =Ax+B，X= (x，y)求解該三角面中的畸變圖像和正常圖像之間的映射擬合系數(shù)，根 據(jù)所述映射擬合系數(shù)得到該三角面中投影圖像中任意節(jié)點需要調(diào)整的矢量。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于特征點的投影變形校正系統(tǒng)，其特征在于，所述NURBS 曲面計算模塊根據(jù)投影幕特征點的映射點的位置坐標Pu擬合PXq階B樣條曲面：
u、V為擬合的u向P階、V向q階NURBS曲面，其中，u彡0, V彡1，\j為曲面控制點， 根據(jù)u和V，通過對Pij做m+1次曲線插值，得到空間點，對得到的空間點根據(jù)u和V做n+1 次曲線插值，從而得到曲面控制點Nu，為權(quán)因子，N iiP(u)為p階B樣條基函數(shù)、N^1 (V) 為q階B樣條基函數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于特征點的投影變形校正方法及系統(tǒng)，包括對投影幕進行精準測量，根據(jù)投影幕形狀，在投影幕上標記相應數(shù)量的投影幕特征點；向投影幕投射圖像，并將投影圖像調(diào)整至略大于投影幕的邊界；用鼠標點擊投影幕上標注的投影幕特征點的位置，記錄相應的映射點的位置坐標；將映射點的位置坐標與投影圖像上相應位置的投影圖像特征點進行比對，根據(jù)預定算法計算得到映射擬合系數(shù)；根據(jù)擬合系數(shù)實現(xiàn)投影圖像的精細幾何校正，得到校正投影圖像，將校正投影圖像投射到投影幕。本發(fā)明以投影幕作為校正基準，配準精度高，可以獲得最大限度的觀看者良好視覺范圍，所述方法簡便快捷，對于使用過程中的微小變形可以隨時校正，保證投影質(zhì)量。
【IPC分類】H04N9-31, H04N5-74
【公開號】CN104754264
【申請?zhí)枴緾N201510111898
【發(fā)明人】張斌, 贠遠, 李志棟, 史璐莎, 田小二
【申請人】中國科學院空間應用工程與技術(shù)中心
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月13日