基于摄像头校正的多投影仪拼接研究与实现

论文摘要

高分辨率,高亮度的大屏幕显示广泛地应用于科学计算可视化,工业设计,虚拟制造,军事仿真,娱乐等领域。采用大屏幕显示墙或高分辨率投影仪实现的大屏幕显示系统成本十分昂贵,研究采用多个投影仪拼接实现高分辨率大屏幕显示系统有较好的实用价值和现实意义。多投影仪拼接的研究,主要分为几何校正、颜色校正、亮度混合。由于投影仪摆放的随意性,要在投影并集中找出一个合适的区域作为最终显示,需要进行几何校正;由于多投影仪之间,尤其是不同类型投影仪之间颜色的差异,为了获得最后拼接图像颜色的一致性,需要进行颜色校正;由于投影的重叠区域亮度高于周围,为了实现整体亮度均匀,需要进行亮度混合,最终实现无缝拼接。本文在前人研究基础上,研究实现一种基于摄像头校正的多投影仪拼接方法,下面是本文的工作:(1)使用一个普通摄像头作为图像采集和校准设备,由于摄像头可能会有失真,故使用张正友相机标定方法对其进行标定,然后对其拍摄的照片进行校正,这保证了后续的对应性计算在理论上的正确性。(2)投影仪在平面显示屏幕上投影黑白棋盘方格,利用计算机视觉技术抽取投影图像和摄像图像上的棋盘特征点,通过计算投影图像和摄像图像之间的对应性实现了多投影仪的几何校正。(3)使用非线性最优化方法进行颜色校正。颜色校正依赖于投影颜色和标准颜色的对应性。为了获得对应性,每个投影仪在空白的平面上投影带颜色的棋盘模式,用摄像头记录各个投影仪投影颜色值,然后计算投影颜色和标准颜色的对应性。(4)使用二次函数计算象素在亮度混合中的权值,使其权值尽可能均匀分布。根据象素点在投影仪投影交集中的位置,求出它到最近边的距离,二次函数以距离为变量计算权值,并以此修正象素的亮度值。系统除了投影仪和计算机外,使用一个普通的摄像头作为校准工具,对于摄像头没有特定的要求,有失真也不会影响最终的结果。随着摄像头的普及,校准用的设备随处可得,极大的降低了本文多投影仪拼接方法的成本,实施起来也比较方便,该方法可有效用于学校、商场甚至办公室的大屏幕显示,从而让我们更多的感受大屏幕显示在信息交互以及数字娱乐方面的魅力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 拼接方法研究
• 1.3 文章组织结构
• 第二章 摄像头的标定和校正
• 2.1 摄像头标定的必要性
• 2.2 摄像头的标定
• 2.3 摄像头的校正
• 2.4 小结
• 第三章 几何校正
• 3.1 几何校正的必要性
• 3.2 计算特征点
• 3.3 投影图像和摄像图像对应性
• 3.4 最大内接矩形求取
• 3.5 摄像图像和矩形显示区域的对应性
• 3.6 几何校正对应性关系
• 3.7 几何校正
• 3.8 小结
• 第四章 颜色校正
• 4.1 颜色校正的必要性
• 4.2 颜色校正
• 4.3 小结
• 第五章 亮度混合
• 5.1 亮度混合的必要性
• 5.2 亮度混合
• 5.3 亮度混合方法
• 5.3.1 计算投影仪投影的交集
• 5.3.2 计算亮度混合权值
• 5.4 小结
• 第六章 系统设计与实现
• 6.1 系统设计
• 6.2 系统实现
• 6.2.1 主控机程序模块
• 6.2.2 客户机程序模块
• 6.3 子模块的实现
• 6.3.1 摄像头驱动模块
• 6.3.2 通信和数据传输模块
• 6.4 小结
• 第七章 结论及进一步研究
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表