投影接屏技术-投影技术的核心

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在大型操纵模拟器中,多通道系统通常用于将多个投影仪平铺在圆柱形显示器上,以创建大型虚拟环境,为用户带来更逼真的沉浸感。在非平面多投影显示系统中,为了完成几何和光度校正工作,存在投影校准困难、人工干预多、适应性差的问题。为了解决这些问题,本文提出了一种基于虚拟观看空间的多投影仪标定方法。首先,创建多台投影仪的虚拟环境,利用结构光和圆柱壁上的重投影模型,分别实现投影仪内外参数的标定。最后通过目标图像与标定的重投影图像的映射关系完成几何校正。这种方法不受单个摄像机视角的限制,可以校准多通道系统中的任何一个投影仪。实例结果表明,可以更准确地估计投影仪的参数,提高几何校正的效率和精度。将该方法应用于操纵模拟器系统,取得了良好的效果。

投影接屏技术


高分辨率和宽视野显示器创造了一种身临其境的视觉体验,促进了远程协作、科学可视化和人机交互等应用。多投影仪显示墙是当今构建大型无缝显示器的经济而有效的方法。在海上操纵模拟器中,多投影显示墙常采用180度甚至360度圆柱非平面显示,利用多通道视觉模拟系统将完全虚拟的环境图像投影到曲面显示器上墙,让用户有更真实的沉浸感。在该系统中,几何校正和光度校正是关键技术,几何校正是显示系统的前提和基础,直接影响显示效果。

投影接屏技术

从投影仪直接投影到曲面上的图像会失真。为了构建多通道视觉模拟系统,在曲面显示墙上显示无畸变的图像,需要对投影图像进行预变形,称为几何校正。多通道系统之所以需要几何校正,是因为投影仪的参数和虚拟摄像机的视锥体不同。几何校正的关键是在投影机图像和显示墙之间建立准确的对应关系。


本文提出了一种基于虚拟观看空间(VVS)的多投影仪校准方法,用于海上模拟器中的圆柱形显示墙。特点如下:


(1)对实际投影仪和虚拟摄像机的投影和重投影进行建模,实现VVS与实际观看空间(AVS)的映射关系。


(2)在标定过程中,实际投影仪采用针孔模型建模,投影仪内部参数采用结构光法标定,外部参数采用VVS上的重投影图像标定。


(3)多通道视觉仿真系统中,通过实际投影仪标定的重投影图像与虚拟摄像机目标图像的映射关系完成几何校正。



目前,几何校正技术往往以摄像头作为辅助设备,配合投影机进行。拉斯卡等人。 提出了一种使用单个相机的平面几何校正系统来实现多通道系统的几何校正。但是,它使用单个摄像头获得的投影图像范围有限,这在一定程度上限制了该系统的可扩展性。巴斯克等人。 使用合理的 Bezier 补丁实现了平面投影失真校正(即径向和切向失真)。陈等人。在平面显示器上使用多个摄像头来实现跨多个投影仪的基于单应树的配准,但这增加了系统的复杂性并产生了累积的几何校正误差。


在非平面显示器中,几何校正相对来说比较复杂,校正过程也比较复杂。 使用单个相机获取每个投影仪投影的等距特征点,建立投影仪和相机空间特征点的一一对应关系,将这些特征点组织成三角形网格,然后使用纹理变形实现任意曲面显示器的几何校正。拉斯卡等人。使用曲面显示器作为二次曲面(如圆顶和圆柱)的参数模型来实现它们的几何校正。哈维尔等人。 在曲面显示器的上下边缘粘贴人工标记点,并使用二维线性映射建立投影仪和显示器之间的关系。但是,由于没有空间三维信息,因此不能用于与视点相关的应用。 Sajadi 等人使用单个相机。通过提取曲面显示器的上下边缘来校准投影仪的内部和外部参数,以完成非平面几何校正。限制是只能用在光滑的垂直面上,曲线显示不能有急剧变化的棱角。后来,Sajadi 等人。 改进了其算法以将其扩展到所有垂直扩展表面。肖超等。使用结构光计算每台投影机与显示墙之间的映射关系,实现非线性几何校正。以交互方式校准投影仪,然后结合通道视锥体实现多通道几何校正。董等人。使用结构光实现柱面投影图像的自动拼接,纠正了显示器制造和排列所带来的误差。但是受单个摄像头视角的限制,在一个投影显示中只能校准4到6台投影仪。


上述方法表明,投影仪与显示器之间的映射关系是多通道系统中几何校正的关键。与实际应用相比,现有工作还存在以下问题:


(1)针对投影机投影矩阵的缺失,单纯利用有理的贝塞尔贴片进行几何校正,需要大量人工干预(商业软件一般采用这种方法)。


(2)在投影机的自动校准中,参考点往往放在显示墙上,增加了复杂度。


(3)在校准多投影时,校准投影仪的数量往往受到单摄像机视场的限制。


本文提出的新算法构造了VVS,并将AVS的几何校正过程移到了VVS中。可分别对投影仪进行标定,计算观察图像与目标图像的映射关系,完成多通道几何校正。它可以提高多通道几何校正的效率和应用范围。


文章分类: 行业新闻
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