專利名稱：：一種基于模糊控制的多投影儀圖像拼接自動(dòng)邊緣融合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及多投影邊緣融合技術(shù)，特別地，涉及一種基于模糊控制的多投影儀圖像拼接自動(dòng)邊緣融合方法，屬于虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域、智能控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：邊緣融合技術(shù)對(duì)增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸感有著至關(guān)重要的作用。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域?qū)Ω叱两幸蟮牟粩嗵岣?，越?lái)越多的視景系統(tǒng)采用了多通道邊緣融合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景的表現(xiàn)。邊緣融合技術(shù)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了大場(chǎng)景、高分辨率圖像的無(wú)縫拼接，彌補(bǔ)了單通道投影的分辨率不足、視場(chǎng)角窄的缺點(diǎn)，使得三維顯示場(chǎng)景更加具有沉浸感和逼真度。其中邊緣融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式又可分為硬件實(shí)現(xiàn)、軟件實(shí)現(xiàn)。邊緣融合基本原理如下以經(jīng)典文獻(xiàn)中兩通道融合為例，如圖1所示，經(jīng)典邊緣融合算法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟1對(duì)要顯示的畫面的分辨率和融合帶大小進(jìn)行設(shè)定，設(shè)左通道與右通道分辨率均為1024*768，融合帶寬度設(shè)定為256像素，左右通道重合的部分是256個(gè)像素，占每個(gè)通道的25%，則拼接后經(jīng)過(guò)投影儀打出后的圖像的大小為1792*768；步驟2分配各投影儀所要顯示的圖像部分，讓左通道顯示左半邊的畫面內(nèi)容，右通道顯示右邊的內(nèi)容，大小均為1024*768，其中重疊區(qū)的像素寬度為256(融合帶寬度)，整體拼接后相比兩個(gè)通道的顯示寬度的和損失了256個(gè)像素。為了拼接后圖像的完整性，重疊區(qū)的畫面內(nèi)容必須完全一樣；步驟3邊緣融合的核心在于衰減曲線的生成算法，選取合適的融合處理函數(shù)，對(duì)于左右通道的融合帶進(jìn)行亮度衰減。其衰減的程度由W，l]區(qū)間上的數(shù)值表示，其中1代表不衰減，亮度不變，0代表完全衰減，亮度為0。對(duì)于左通道而言，選取一條自左向右的由1到0的衰減曲線生成亮度衰減權(quán)值；對(duì)于右通道而言，選取一條自右向左由1到0的衰減曲線生成亮度衰減權(quán)值。將衰減曲線轉(zhuǎn)化為灰度圖(將歸一化的0到1區(qū)間，轉(zhuǎn)換成灰度0255區(qū)間)，也就是由亮到暗的一個(gè)淡出的圖片，如圖1的步驟3。以經(jīng)典算法的函數(shù)作為衰減函數(shù)，其中a，P，gamma均為可調(diào)節(jié)的變量，x指融合帶橫向的歸一化數(shù)值，以左通道的融合帶為例，x=0代表了融合的最右端，x=1代表融合帶的最左端\a(2x)PY'f(x)=jL」0<太<0.5左右通道亮度進(jìn)行衰減后，達(dá)到期望效果，經(jīng)過(guò)投影機(jī)打出到屏幕后，其重合區(qū)域的亮度疊加后值為1。因此函數(shù)選擇上，經(jīng)典邊緣方法選擇了以融合帶中線對(duì)稱的曲線，由于左右通道衰減的對(duì)稱性，理想情況下其疊加后的整個(gè)融合帶的亮度均為1。步驟4對(duì)兩個(gè)通道的重疊區(qū)分別進(jìn)行邊緣融合處理。左通道對(duì)其右邊緣進(jìn)行一個(gè)淡出處理，利用步驟3中生成的一個(gè)衰減權(quán)值的掩膜對(duì)左通道圖像進(jìn)行處理，處理之后左通道圖像如圖1步驟4所示；同樣右通道進(jìn)行類似處理，對(duì)于右通道而言，對(duì)左邊緣進(jìn)行5一個(gè)淡入的處理，這樣完成了左右通道衰減性的互補(bǔ)。步驟5使用投影儀將其投射到屏幕上。假設(shè)在投影儀已經(jīng)將數(shù)字圖像的幾何畸變處理完成，沒(méi)有圖像的變形，則處理后的左右通道畫面，完成了初步的融合，融合帶的亮度為左右通道的邊緣亮度的疊加。步驟6針對(duì)融合后的顯示效果，作進(jìn)一步的校正處理。設(shè)定初值的不足以普遍適應(yīng)所有系統(tǒng)，對(duì)于融合函數(shù)的參數(shù)還需要進(jìn)一步的人工調(diào)整，直到畫面效果滿足觀察者的要求，將此時(shí)的參數(shù)記錄下來(lái)，作為該系統(tǒng)的最終參數(shù)。盡管邊緣融合技術(shù)已經(jīng)有十年的發(fā)展歷史，商業(yè)產(chǎn)品也日益豐富，但是目前國(guó)內(nèi)外所有的邊緣融合系統(tǒng)的仍然存在著以下幾個(gè)缺點(diǎn)(1)對(duì)融合問(wèn)題的數(shù)學(xué)建模缺乏普遍適應(yīng)性目前的邊緣融合系統(tǒng)，無(wú)論是軟件融合器與硬件融合機(jī)，都存在著普遍適應(yīng)性差的問(wèn)題。其根源在于采用了經(jīng)典的邊緣融合方法，試圖以固定的非線性衰減曲線模型與Gamma效應(yīng)理論對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行建模，且基于理想情況建模的考慮，選取的曲線又多為中心對(duì)稱曲線。而實(shí)際的投影系統(tǒng)是千變?nèi)f化的，即使購(gòu)買同一品牌、同一型號(hào)的同一批次產(chǎn)品，也會(huì)存在投影機(jī)之間的內(nèi)部參數(shù)差異。而投影系統(tǒng)本身又是一個(gè)時(shí)變系統(tǒng)，當(dāng)投影機(jī)不斷老化或者遇到投影機(jī)內(nèi)部參數(shù)差異較大時(shí)，基于理想數(shù)學(xué)模型的對(duì)稱非線性曲線顯然無(wú)法滿足需求。(2)參數(shù)調(diào)節(jié)缺乏直觀對(duì)應(yīng)性目前邊緣融合系統(tǒng)，在調(diào)節(jié)方式往往依靠技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和感覺(jué)調(diào)節(jié)a，P，G三個(gè)參數(shù)，不斷的試湊或者通過(guò)不斷的經(jīng)驗(yàn)估算，以達(dá)到融合帶亮度均勻的效果。實(shí)際工程應(yīng)用中，融合帶本身在亮度顯示效果上具有空間分布性(如橫向拼接系統(tǒng)，融合帶往往出現(xiàn)橫向的明暗交替的效果)，技術(shù)人員就是通過(guò)觀察融合帶的亮度在空間上的顯示效果來(lái)決定需要調(diào)節(jié)的參數(shù)。然而經(jīng)典方法的a，P，G由于建模本身存在問(wèn)題，無(wú)法建立起融合帶的某一部分亮度與需要調(diào)節(jié)的參數(shù)之間的直觀對(duì)應(yīng)，因?yàn)榻?jīng)典方法的三個(gè)參數(shù)本身并不代表著融合帶某一段亮度的量化值，用戶也無(wú)法通過(guò)所見(jiàn)即所得的方式去直觀調(diào)節(jié)融合帶某一部分的亮度，而必須通過(guò)綜合計(jì)算或者經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行融合帶的整體調(diào)節(jié)。這種非直觀對(duì)應(yīng)性導(dǎo)致了邊緣融合調(diào)節(jié)的復(fù)雜性和專業(yè)性，使得非專業(yè)人員往往對(duì)于邊緣融合的調(diào)節(jié)無(wú)從下手。(3)參數(shù)之間的耦合性太大、導(dǎo)致調(diào)節(jié)缺乏靈活性調(diào)節(jié)參數(shù)的耦合性太大是經(jīng)典邊緣融合算法的致命缺點(diǎn)。由于實(shí)際工程應(yīng)用的多樣性與復(fù)雜性，任何邊緣融合方法都無(wú)法給出普遍適用的標(biāo)準(zhǔn)值，往往需要技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。而融合帶本身亮度均勻性是呈空間分布的，實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)融合帶的某一部分存在亮度不均的問(wèn)題，此時(shí)就需要局部調(diào)節(jié)某一段的亮度，且不要影響到其他部分的亮度。例如在實(shí)際應(yīng)用中，融合帶的左邊1/4處過(guò)暗，如果采用經(jīng)典方法，想要調(diào)節(jié)左起1/4處的亮度而又不影響其他部分的顯示效果是基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)或很難實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)閍，P，G三個(gè)參數(shù)都是全局相關(guān)的參數(shù)，調(diào)節(jié)任何一個(gè)參數(shù)都會(huì)對(duì)融合曲線產(chǎn)生全局性的影響。因此這種強(qiáng)耦合性導(dǎo)致了調(diào)節(jié)復(fù)雜，也是導(dǎo)致技術(shù)人員對(duì)特定系統(tǒng)的融合帶調(diào)節(jié)耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)、調(diào)節(jié)效果不好的根本原因。(4)邊緣融合系統(tǒng)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)早在1999年，Raskar已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)幾何矯正系統(tǒng)(目前極個(gè)別學(xué)者將自動(dòng)幾何矯正系統(tǒng)誤做自動(dòng)邊緣融合系統(tǒng)是不科學(xué)的)，而截止目前，國(guó)內(nèi)外仍然沒(méi)有出現(xiàn)自動(dòng)邊緣融合系統(tǒng)。原因主要在于以下三個(gè)方面其一，所有的邊緣融合系統(tǒng)都傾向于使用某一種形式的融合曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)亮度衰減，卻做不調(diào)節(jié)參數(shù)之間的解耦，對(duì)于人工調(diào)節(jié)和機(jī)器調(diào)節(jié)都帶來(lái)了很大的不便性；其二，需要調(diào)節(jié)的參數(shù)與融合帶的亮度效果之間缺乏直觀有效的對(duì)應(yīng)性，不利于實(shí)現(xiàn)邊緣融合的自動(dòng)化調(diào)節(jié)。其三，商業(yè)領(lǐng)域的需求不足，目前公司對(duì)于邊緣融合的調(diào)節(jié)幾乎全部依靠技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，這種調(diào)節(jié)的效率大大取決于技術(shù)人員本身的經(jīng)驗(yàn)豐富程度和對(duì)數(shù)學(xué)模型的把握水平，也無(wú)形中增加了邊緣融合系統(tǒng)的人力成本與維護(hù)成本，變相增加了其產(chǎn)品附加值。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服目前邊緣融合技術(shù)中的不足，填補(bǔ)該領(lǐng)域沒(méi)有自動(dòng)化調(diào)節(jié)系統(tǒng)的空白，提出了一種具有普適性的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合機(jī)器視覺(jué)反饋與人工智能算法，實(shí)現(xiàn)多投影儀圖像拼接邊緣融合的自動(dòng)化調(diào)節(jié)。一種基于模糊控制的多投影儀圖像拼接自動(dòng)邊緣融合方法，包括以下幾個(gè)步驟步驟一設(shè)定控制點(diǎn)的位置、個(gè)數(shù)和融合帶參數(shù)，獲取融合曲線，進(jìn)行融合帶初步調(diào)節(jié)；具體為1)設(shè)定融合帶的參數(shù)；設(shè)融合帶寬度占整個(gè)圖像寬度的百分比為p，融合帶偏移量為offset，其中offset為整數(shù)，控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)為n+1，樣條函數(shù)階次為k，對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，將控制點(diǎn)的X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)放縮到區(qū)間之間，設(shè)定控制點(diǎn)坐標(biāo)為(X(1，y0)>(Xl，yi)、(x2,(xn,yn)，第i個(gè)控制點(diǎn)的橫坐標(biāo)=Ln，其中ie(0，1，2，3"ti)，縱坐標(biāo)yi初始值根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，利用控制點(diǎn)描繪出一條曲線的形狀；控制點(diǎn)的X坐標(biāo)對(duì)應(yīng)融合帶的空間位置，Y坐標(biāo)對(duì)應(yīng)該位置融合曲線的衰減權(quán)值，衰減權(quán)值直觀對(duì)應(yīng)該位置融合帶的亮度；2)獲取融合曲線；設(shè)融合曲線為k次樣條函數(shù)，對(duì)于區(qū)間的一個(gè)劃分Ji:0=&<\<夂<xn_:<xn=1，在n+k維線性空間辦浙{l,x，…,xA,(x-x乂，…，(太-^乂}內(nèi)，k次樣條函數(shù)為(1)其中，為k次半截單項(xiàng)式，有(2)其中，aj^PCj為待定系數(shù)，p=0，1，丨1^，]_=0，1，…n_l，共計(jì)n+k個(gè)待定系數(shù)；k次樣條函數(shù)s(x)滿足在區(qū)間上具有k_l連續(xù)導(dǎo)數(shù)條件，則有(3)根據(jù)次連續(xù)條件，得到n+k個(gè)等式，利用k次樣條函數(shù)的邊界條件，得到n+k維線性方程組，通過(guò)解n+k維線性方程組，得到待定系數(shù)ap和…，將ap和…帶入式(1)，得到一條融合曲線；左右兩個(gè)通道分別設(shè)置控制點(diǎn)，得到左右通道各自的融合曲線；3)利用步驟2)得到的融合曲線進(jìn)行圖像邊緣融合，根據(jù)融合曲線的形狀，對(duì)左右投影儀融合帶的亮度進(jìn)行相應(yīng)的衰減，完成融合帶的融合帶初步調(diào)節(jié)；步驟二基于機(jī)器視覺(jué)計(jì)算融合帶亮度差異，得到融合帶亮度變化曲線；具體步驟如下①通過(guò)攝像機(jī)采集圖像，將圖像作為反饋，所述的圖像包含融合帶；②對(duì)圖像進(jìn)行去噪處理；③對(duì)圖像中融合帶的亮度值進(jìn)行分析，抽取圖像的若干行或者若干列進(jìn)行像素色彩分析，當(dāng)橫向融合時(shí)，設(shè)抽取圖像的若干行為RoWl，R0W2"'R0Wi行，則分別對(duì)每行逐個(gè)像素通過(guò)公式(4)進(jìn)行RGB值轉(zhuǎn)灰度運(yùn)算L=R*0.3+G*0.59+B*0.11(4)得到每個(gè)像素的灰度值，所述的灰度值等同于人眼觀察到的亮度值，對(duì)像素灰度值進(jìn)行加權(quán)平均，得到融合帶的橫向分布亮度信息，以融合帶亮度為縱坐標(biāo)，以空間位置為橫坐標(biāo)，繪制融合帶亮度變化曲線；若融合帶呈縱向，同理，抽取圖像若干列進(jìn)行灰度運(yùn)算，得到融合帶亮度變化曲線；步驟三基于模糊控制實(shí)現(xiàn)融合帶的自動(dòng)調(diào)節(jié)；具體為(1)建立模糊集合A、亮度比較論域X以及隸屬度函數(shù)c(x)；模糊集合A有兩種情況，一種為模糊集合A中的元素x為融合帶某段亮度比理想值暗，一種為模糊集合A中的元素x為融合帶某段亮度比理想值亮；設(shè)融合帶某段亮度L與理想亮度LH的差值為AL，由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部對(duì)亮度表示的范圍為(0，255)，則AL的取值范圍為(-255,255)；亮度比較論域X包括量化等級(jí)和量化等級(jí)對(duì)應(yīng)的亮度差值A(chǔ)L，亮度差值A(chǔ)L到量化等級(jí)采用非均勻量化；根據(jù)工程應(yīng)用中的具體要求，設(shè)定相應(yīng)的量化等級(jí)所對(duì)應(yīng)的亮度差值A(chǔ)L變化范圍；建立了模糊集合A和亮度比較論域X后，設(shè)定模糊集合A的隸屬度函數(shù)c(x)；(2)構(gòu)建模糊控制器；將X作為模糊控制器的輸入，y作為模糊控制器的輸出，其中，x表示融合帶的某段亮度差值A(chǔ)L的量化值，y表示需要對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)的具體量；建立調(diào)節(jié)規(guī)則庫(kù)，規(guī)則庫(kù)通過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定，給每一個(gè)亮度差值A(chǔ)L的量化值x對(duì)應(yīng)一個(gè)調(diào)節(jié)的具體量y;(3)基于機(jī)器視覺(jué)反饋在線調(diào)節(jié)融合帶；根據(jù)步驟二得到的融合帶亮度變化曲線，獲取調(diào)節(jié)過(guò)程中融合帶的亮度，對(duì)于每一個(gè)控制點(diǎn)，得到亮度差值A(chǔ)L的量化值，將亮度差值A(chǔ)L的量化值作為模糊控制器的輸入x，模糊控制器直接給出輸出量y，將y作為控制點(diǎn)坐標(biāo)的變化量，對(duì)控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)后的控制點(diǎn)實(shí)時(shí)生成新的融合曲線，改變?nèi)诤蠋Ч恍碌娜诤锨€生成新的融合帶亮度變化曲線，采集融合帶亮度信息，計(jì)算改變后的AL，若fss，e為亮度差異閾值，由用戶自行確定，即亮度差值A(chǔ)L與理想亮度比率小于或等于￡，則認(rèn)為融合亮度均勻，多投影儀的融合后圖像畫面效果能夠滿足要求，調(diào)節(jié)完成；否則返回步驟(1)，繼續(xù)進(jìn)行融合帶調(diào)節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明采用分段樣條函數(shù)，通過(guò)在線擬合的方式實(shí)時(shí)生成融合曲線，具有普遍適應(yīng)性，即使投影機(jī)差異較大，也可以取得良好的效果。(2)本發(fā)明利用區(qū)間n段劃分直觀對(duì)應(yīng)融合帶的空間分布；利用控制點(diǎn)的縱向坐標(biāo)代表了融合曲線的衰減權(quán)值(直觀對(duì)應(yīng)了融合帶在該位置的亮度)，使得調(diào)節(jié)參數(shù)與實(shí)際融合帶顯示效果具有直觀對(duì)應(yīng)性。(3)本發(fā)明針對(duì)邊緣融合的實(shí)際需求，采用k次樣條函數(shù)差值的方式描述融合曲線，用戶需要調(diào)節(jié)參數(shù)即控制點(diǎn)的坐標(biāo)，而某一個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)最終只對(duì)本分段曲線的形狀產(chǎn)生影響，而不影響其他段的曲線形狀。本方法做到了調(diào)節(jié)參數(shù)之間的解耦，真正實(shí)現(xiàn)了融合帶局部調(diào)整與融合帶其他部分無(wú)關(guān)，從根本上解決了實(shí)際工程應(yīng)用中融合帶局部調(diào)節(jié)的復(fù)雜性的問(wèn)題。(4)本發(fā)明基于以上三個(gè)優(yōu)點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了邊緣融合的調(diào)節(jié)復(fù)雜度，為邊緣融合自動(dòng)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；結(jié)合機(jī)器視覺(jué)反饋與人工智能算法，實(shí)現(xiàn)了多投影儀圖像邊緣融合的自動(dòng)化調(diào)節(jié)。圖1是
背景技術(shù)：
中經(jīng)典邊緣融合方法流程圖；圖2是本發(fā)明的方法流程圖；圖3是本發(fā)明基于樣條函數(shù)得到融合曲線示意圖；圖4本發(fā)明所用方法實(shí)際效果具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的一種基于模糊控制的多投影儀圖像拼接自動(dòng)邊緣融合方法，流程如圖2所示，包括以下步驟步驟一設(shè)定控制點(diǎn)的位置、個(gè)數(shù)和融合帶參數(shù)，獲取融合曲線，進(jìn)行融合帶初步調(diào)節(jié)；在區(qū)間內(nèi)，根據(jù)需要?jiǎng)澐譃閚段，設(shè)定樣條函數(shù)階次為k。在區(qū)間上每一個(gè)分段的邊界取點(diǎn)，作為控制點(diǎn)，控制點(diǎn)共計(jì)n+1個(gè)，控制點(diǎn)的縱向坐標(biāo)表示衰減權(quán)值，控制點(diǎn)縱坐標(biāo)的初始值依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)定。基于k次樣條函數(shù)擬合出融合曲線，完成系統(tǒng)的初步調(diào)節(jié)。步驟具體如下1)設(shè)定融合帶的參數(shù)；設(shè)融合帶寬度占整個(gè)圖像寬度的百分比為p，融合帶偏移量為offset，其中offset為整數(shù)，控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)為n+1，樣條函數(shù)階次為k，對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，將控制點(diǎn)的X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)放縮到區(qū)間之間，設(shè)定控制點(diǎn)坐標(biāo)為(X(1，y0)>(Xl，yi)、(x2,&，711)，第1個(gè)控制點(diǎn)的橫坐標(biāo)&=^，其中1e(0，1，2，3…n)，縱坐標(biāo)71初始值根據(jù)工程n，經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，利用控制點(diǎn)描繪出一條曲線的形狀?？刂泣c(diǎn)的X坐標(biāo)(橫向坐標(biāo))對(duì)應(yīng)融合帶9的空間位置，Y坐標(biāo)(縱向坐標(biāo))對(duì)應(yīng)該位置融合曲線的衰減權(quán)值，所述的衰減權(quán)值直觀對(duì)應(yīng)了該位置融合帶的亮度，由于控制點(diǎn)的縱坐標(biāo)直接對(duì)應(yīng)融合帶相應(yīng)位置的亮度，且控制點(diǎn)的橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)融合帶的相應(yīng)位置，因此只需要直觀的調(diào)節(jié)控制點(diǎn)的坐標(biāo)就可以把融合帶調(diào)整成預(yù)設(shè)的結(jié)果。2)獲取融合曲線；設(shè)融合曲線為k次樣條函數(shù)，對(duì)于區(qū)間的-<xn_!<xn=1，在n+k維線性空間…乂為-個(gè)劃分沉0=x0<Xl<內(nèi)，k次樣條函數(shù)其中，bU〗為k次半截單項(xiàng)式，有其中，aj^PCj為待定系數(shù)，p=0，1，丨1^，]_=0，1，…n_l，共計(jì)n+k個(gè)待定系數(shù)。k次樣條函數(shù)s(x)滿足在區(qū)間上具有k-1連續(xù)導(dǎo)數(shù)條件，則有(3)根據(jù)次連續(xù)條件，得到n+k個(gè)等式，利用k次樣條函數(shù)的邊界條件，得到n+k維線性方程組，通過(guò)解n+k維線性方程組，得到待定系數(shù)ap和…，將ap和…帶入式(1)，得到一條融合曲線。左右兩個(gè)通道分別設(shè)置控制點(diǎn)，得到左右通道各自的融合曲線。如圖3所示，圖中兩條曲線為左右兩個(gè)通道由各自的9個(gè)控制點(diǎn)擬合得到的融合曲線，橫坐標(biāo)為融合帶的橫向位置，縱坐標(biāo)是融合曲線的衰減權(quán)值。3)利用步驟2)得到的融合曲線進(jìn)行圖像邊緣融合，根據(jù)融合曲線的形狀，對(duì)左右投影儀融合帶的亮度嚴(yán)格進(jìn)行相應(yīng)的衰減，完成融合帶的融合帶初步調(diào)節(jié)。步驟二基于機(jī)器視覺(jué)計(jì)算融合帶亮度差異，得到融合帶亮度變化曲線。具體步驟如下①通過(guò)攝像機(jī)采集圖像，將圖像作為反饋，所述的圖像包含融合帶，本發(fā)明圖像中融合帶占整個(gè)圖像的比例在50%。②對(duì)圖像進(jìn)行去噪處理，以減少環(huán)境噪聲對(duì)采集圖像的影響。③對(duì)圖像中融合帶的亮度值進(jìn)行分析，抽取圖像的若干行或者若干列進(jìn)行像素色彩分析，當(dāng)橫向融合時(shí)，設(shè)抽取圖像的若干行為RoWl，R0W2"'R0Wi行，則分別對(duì)每行逐個(gè)像素通過(guò)公式(4)進(jìn)行RGB值轉(zhuǎn)灰度運(yùn)算L=R*0.3+G*0.59+B*0.11(4)得到每個(gè)像素的灰度值，所述的灰度值等同于人眼觀察到的亮度值，對(duì)像素的灰度值進(jìn)行加權(quán)平均，得到融合帶的橫向分布亮度信息，以融合帶亮度為縱坐標(biāo)，以空間位置為橫坐標(biāo)，繪制融合帶亮度變化曲線，如圖3所示。若融合帶呈縱向，同理，抽取圖像若干列進(jìn)行灰度運(yùn)算，得到融合帶亮度變化曲線。步驟三基于模糊控制實(shí)現(xiàn)融合帶的自動(dòng)調(diào)節(jié)。根據(jù)步驟二得到的融合帶亮度變化曲線做依據(jù)，雖然無(wú)法精確的得到到底應(yīng)該把各個(gè)控制點(diǎn)的位置調(diào)節(jié)到哪個(gè)位置，但是可以定性的得到融合帶的某一段到底是比理想值亮還是比理想值暗。控制點(diǎn)縱坐標(biāo)的高低直接對(duì)應(yīng)了融合帶該段的亮度，因此很容易知道應(yīng)該把各個(gè)控制點(diǎn)的位置調(diào)高還是調(diào)低。有了這種模糊對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)智能控制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)融合帶的自動(dòng)調(diào)節(jié)。具體包括以下幾個(gè)步驟(2)建立模糊集合A、亮度比較論域X以及隸屬度函數(shù)c(x)；模糊集合A有兩種情況，一種為模糊集合A中的元素x為融合帶某段亮度比理想值暗，一種為模糊集合A中的元素x為融合帶某段亮度比理想值亮；設(shè)融合帶某段亮度L與理想亮度LH的差值為AL，由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部對(duì)亮度表示的范圍為(0，255)，則AL的取值范圍為(-255,255)。亮度比較論域X包括量化等級(jí)和量化等級(jí)對(duì)應(yīng)的亮度差值A(chǔ)L，因?yàn)槿搜蹖?duì)亮度的感知能力是非線性的，因此對(duì)于亮度差值A(chǔ)L到量化等級(jí)采用非均勻量化。根據(jù)工程應(yīng)用中的具體要求，設(shè)定相應(yīng)的量化等級(jí)所對(duì)應(yīng)的亮度差值A(chǔ)L變化范圍。建立了模糊集合A和亮度比較論域X后，設(shè)定模糊集合A的隸屬度函數(shù)c(x)。例如，當(dāng)模糊集合A中的元素x為融合帶某段亮度比理想值暗，建立亮度比較論域X的量化等級(jí)與亮度差值A(chǔ)L變化范圍如表1所示表1量化等級(jí)與亮度差值A(chǔ)L變化范圍(5)隸屬度函數(shù)為同理，當(dāng)模糊集合A中的元素x為融合帶某段亮度比理想值亮?xí)r，方法同上。(2)構(gòu)建模糊控制器；11將x作為模糊控制器的輸入，y作為模糊控制器的輸出，其中，x表示融合帶的某段亮度差值A(chǔ)L的量化值，y表示需要對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)的具體量。建立調(diào)節(jié)規(guī)則庫(kù)，規(guī)則庫(kù)通過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定，給每一個(gè)亮度差值A(chǔ)L的量化值x對(duì)應(yīng)一個(gè)調(diào)節(jié)的具體量y，以SIS0(單入單出)系統(tǒng)為例，則規(guī)則庫(kù)的具體形式如下禮如果叉為八工，則y是&；R2如果，則y是B2；......！^如果乂為八^則又是民。其中Rn表示n中對(duì)應(yīng)情況，An表示n個(gè)亮度差值A(chǔ)L的量化值，Bn表示n個(gè)亮度差值A(chǔ)L的量化值對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)的具體量。由于論域本身的離散性，量化后的輸入量x個(gè)數(shù)有限。因此可以根據(jù)約束條件與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提前離線計(jì)算出相應(yīng)控制量y，以規(guī)則庫(kù)為基礎(chǔ)制作出控制量表，依據(jù)在線查詢的方式以增加實(shí)時(shí)性。(3)基于機(jī)器視覺(jué)反饋在線調(diào)節(jié)融合帶；根據(jù)步驟二得到的融合帶亮度變化曲線，獲取調(diào)節(jié)過(guò)程中融合帶的亮度情況，對(duì)于每一個(gè)控制點(diǎn)，得到亮度差值A(chǔ)L的量化值，將亮度差值A(chǔ)L的量化值作為模糊控制器的輸入x，模糊控制器直接給出輸出量y，將y作為控制點(diǎn)坐標(biāo)的變化量，對(duì)控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)后的控制點(diǎn)實(shí)時(shí)生成新的融合曲線，改變?nèi)诤蠋Ч?。新的融合曲線生成新的融合帶亮度變化曲線，采集融合帶亮度信息，計(jì)算改變后的AL,若苧“’e為亮度差異閾值，由用戶自行確定，此處給出參考值為2#，其中LjLINoise為亮度噪聲值，即亮度差值A(chǔ)L與理想亮度比率小于或等于￡，則認(rèn)為融合亮度均勻，多投影儀的融合后圖像畫面效果能夠滿足要求，調(diào)節(jié)完成。否則返回步驟(1)，繼續(xù)進(jìn)行融合帶調(diào)節(jié)。權(quán)利要求一種基于模糊控制的多投影儀圖像拼接自動(dòng)邊緣融合方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一設(shè)定控制點(diǎn)的位置、個(gè)數(shù)和融合帶參數(shù)，獲取融合曲線，進(jìn)行融合帶初步調(diào)節(jié)；具體為1)設(shè)定融合帶的參數(shù)；設(shè)融合帶寬度占整個(gè)圖像寬度的百分比為p，融合帶偏移量為offset，其中offset為整數(shù)，控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)為n+1，樣條函數(shù)階次為k，對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，將控制點(diǎn)的X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)放縮到區(qū)間之間，設(shè)定控制點(diǎn)坐標(biāo)為(x0，y0)、(x1，y1)、(x2，y2)…(xn，yn)，第i個(gè)控制點(diǎn)的橫坐標(biāo)其中i∈(0，1，2，3…n)，縱坐標(biāo)yi初始值根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，利用控制點(diǎn)描繪出一條曲線的形狀；控制點(diǎn)的X坐標(biāo)對(duì)應(yīng)融合帶的空間位置，Y坐標(biāo)對(duì)應(yīng)該位置融合曲線的衰減權(quán)值，衰減權(quán)值直觀對(duì)應(yīng)該位置融合帶的亮度；2)獲取融合曲線；設(shè)融合曲線為k次樣條函數(shù)，對(duì)于區(qū)間的一個(gè)劃分π0＝x0＜x1＜…＜xn-1＜xn＝1，在n+k維線性空間內(nèi)，k次樣條函數(shù)為<mrow><mi>s</mi><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mi>k</mi></munderover><msub><mi>a</mi><mi>p</mi></msub><msup><mi>x</mi><mi>p</mi></msup><mo>+</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>k</mi><mo>!</mo></mrow></mfrac><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>n</mi><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><msub><mi>c</mi><mi>j</mi></msub><msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mi>j</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>k</mi></msubsup><mo>,</mo><mn>0</mn><mo>&le;</mo><mi>x</mi><mo>&le;</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>其中，為k次半截單項(xiàng)式，有<mrow><msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mi>j</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>k</mi></msubsup><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msup><mrow><mo>(</mo><mi>x</mi><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mi>j</mi></msub><mo>)</mo></mrow><mi>k</mi></msup></mtd><mtd><mi>x</mi><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mi>j</mi></msub><mo>&GreaterEqual;</mo><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mi>x</mi><mo>-</mo><msub><mi>x</mi><mi>j</mi></msub><mo>&lt;</mo><mn>0</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1,2,3</mn><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>其中，ap和cj為待定系數(shù)，p＝0，1，…k，j＝0，1，…n-1，共計(jì)n+k個(gè)待定系數(shù)；k次樣條函數(shù)s(x)滿足在區(qū)間上具有k-1連續(xù)導(dǎo)數(shù)條件，則有<mrow><msup><mi>s</mi><mrow><mo>(</mo><mi>r</mi><mo>)</mo></mrow></msup><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>x</mi><mi>i</mi><mo>-</mo></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup><mi>s</mi><mrow><mo>(</mo><mi>r</mi><mo>)</mo></mrow></msup><mrow><mo>(</mo><msubsup><mi>x</mi><mi>i</mi><mo>+</mo></msubsup><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mi>n</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mi>r</mi><mo>=</mo><mn>0,1</mn><mo>,</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>根據(jù)次連續(xù)條件，得到n+k個(gè)等式，利用k次樣條函數(shù)的邊界條件，得到n+k維線性方程組，通過(guò)解n+k維線性方程組，得到待定系數(shù)ap和cj，將ap和cj帶入式(1)，得到一條融合曲線；左右兩個(gè)通道分別設(shè)置控制點(diǎn)，得到左右通道各自的融合曲線；3)利用步驟2)得到的融合曲線進(jìn)行圖像邊緣融合，根據(jù)融合曲線的形狀，對(duì)左右投影儀融合帶的亮度進(jìn)行相應(yīng)的衰減，完成融合帶的融合帶初步調(diào)節(jié)；步驟二基于機(jī)器視覺(jué)計(jì)算融合帶亮度差異，得到融合帶亮度變化曲線；具體步驟如下①通過(guò)攝像機(jī)采集圖像，將圖像作為反饋，所述的圖像包含融合帶；②對(duì)圖像進(jìn)行去噪處理；③對(duì)圖像中融合帶的亮度值進(jìn)行分析，抽取圖像的若干行或者若干列進(jìn)行像素色彩分析，當(dāng)橫向融合時(shí)，設(shè)抽取圖像的若干行為Row1，Row2…Rowi行，則分別對(duì)每行逐個(gè)像素通過(guò)公式(4)進(jìn)行RGB值轉(zhuǎn)灰度運(yùn)算L＝R*0.3+G*0.59+B*0.11(4)得到每個(gè)像素的灰度值，所述的灰度值等同于人眼觀察到的亮度值，對(duì)像素灰度值進(jìn)行加權(quán)平均，得到融合帶的橫向分布亮度信息，以融合帶亮度為縱坐標(biāo)，以空間位置為橫坐標(biāo)，繪制融合帶亮度變化曲線；若融合帶呈縱向，同理，抽取圖像若干列進(jìn)行灰度運(yùn)算，得到融合帶亮度變化曲線；步驟三基于模糊控制實(shí)現(xiàn)融合帶的自動(dòng)調(diào)節(jié)；具體為(1)建立模糊集合A、亮度比較論域X以及隸屬度函數(shù)C(x)；模糊集合A有兩種情況，一種為模糊集合A中的元素x為融合帶某段亮度比理想值暗，一種為模糊集合A中的元素x為融合帶某段亮度比理想值亮；設(shè)融合帶某段亮度L與理想亮度LH的差值為ΔL，由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部對(duì)亮度表示的范圍為(0，255)，則ΔL的取值范圍為(-255，255)；亮度比較論域X包括量化等級(jí)和量化等級(jí)對(duì)應(yīng)的亮度差值ΔL，亮度差值ΔL到量化等級(jí)采用非均勻量化；根據(jù)工程應(yīng)用中的具體要求，設(shè)定相應(yīng)的量化等級(jí)所對(duì)應(yīng)的亮度差值ΔL變化范圍；建立了模糊集合A和亮度比較論域X后，設(shè)定模糊集合A的隸屬度函數(shù)C(x)；(2)構(gòu)建模糊控制器；將x作為模糊控制器的輸入，y作為模糊控制器的輸出，其中，x表示融合帶的某段亮度差值ΔL的量化值，y表示需要對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)的具體量；建立調(diào)節(jié)規(guī)則庫(kù)，規(guī)則庫(kù)通過(guò)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定，給每一個(gè)亮度差值ΔL的量化值x對(duì)應(yīng)一個(gè)調(diào)節(jié)的具體量y；(3)基于機(jī)器視覺(jué)反饋在線調(diào)節(jié)融合帶；根據(jù)步驟二得到的融合帶亮度變化曲線，獲取調(diào)節(jié)過(guò)程中融合帶的亮度，對(duì)于每一個(gè)控制點(diǎn)，得到亮度差值ΔL的量化值，將亮度差值ΔL的量化值作為模糊控制器的輸入x，模糊控制器直接給出輸出量y，將y作為控制點(diǎn)坐標(biāo)的變化量，對(duì)控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)后的控制點(diǎn)實(shí)時(shí)生成新的融合曲線，改變?nèi)诤蠋Ч?；新的融合曲線生成新的融合帶亮度變化曲線，采集融合帶亮度信息，計(jì)算改變后的ΔL，若ε為亮度差異閾值，由用戶自行確定，即亮度差值ΔL與理想亮度比率小于或等于ε，則認(rèn)為融合亮度均勻，多投影儀的融合后圖像畫面效果能夠滿足要求，調(diào)節(jié)完成；否則返回步驟(1)，繼續(xù)進(jìn)行融合帶調(diào)節(jié)。FSA00000109262500011.tif,FSA00000109262500012.tif,FSA00000109262500014.tif,FSA00000109262500021.tif2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模糊控制的多投影儀圖像拼接自動(dòng)邊緣融合方法，其特征在于，步驟二中，攝像機(jī)采集的圖像中，融合帶占整個(gè)圖像的比例為50%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模糊控制的多投影儀圖像拼接自動(dòng)邊緣融合方法，其特征在于，步驟三的(1)建立模糊集合A、亮度比較論域X以及隸屬度函數(shù)C(x)具體為①當(dāng)模糊集合A中的元素x為融合帶某段亮度比理想值暗，建立亮度比較論域X的量化等級(jí)與亮度差值A(chǔ)L變化范圍如表1所示表1量化等級(jí)與亮度差值A(chǔ)L變化范圍其中，xeA表示融合帶某段亮度比理想值暗；通過(guò)例證法建立隸屬度函數(shù)，隸屬度數(shù)值如表2所示表2隸屬度數(shù)值②當(dāng)模糊集合A中的元素x為融合帶某段亮度比理想值亮?xí)r，方法同①。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模糊控制的多投影儀圖像拼接自動(dòng)邊緣融合方法，其特征在于，步驟三的(2)所述的規(guī)則庫(kù)為單入單出系統(tǒng)，即SIS0時(shí)，規(guī)則庫(kù)的具體形式如下Ri如果乂為~，則7是&；R2如果，則7是化；Rn如果x為An，則y是Bn；其中Rn表示n中對(duì)應(yīng)情況，An表示n個(gè)亮度差值A(chǔ)L的量化值，Bn表示n個(gè)亮度差值△L的量化值對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)的具體量。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模糊控制的多投影儀圖像拼接自動(dòng)邊緣融合方法，其特征在于，步驟三的(2)中以規(guī)則庫(kù)為基礎(chǔ)，通過(guò)約束條件和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提前離線根據(jù)量化后的輸入量x計(jì)算出相應(yīng)控制量y，制作控制量表，依據(jù)在線查詢的方式增加實(shí)時(shí)性。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模糊控制的多投影儀圖像拼接自動(dòng)邊緣融合方法，其特征在于，步驟三的(3)中，亮度差異閾值￡為2，,其中Noise為亮度噪聲值。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種基于模糊控制的多投影儀圖像拼接自動(dòng)邊緣融合方法，包括以下幾個(gè)步驟，步驟一設(shè)定控制點(diǎn)的位置、個(gè)數(shù)和融合帶參數(shù)，進(jìn)行融合帶初步調(diào)節(jié)；步驟二基于機(jī)器視覺(jué)計(jì)算融合帶亮度差異，得到融合帶亮度變化曲線；步驟三基于模糊控制實(shí)現(xiàn)融合帶的自動(dòng)調(diào)節(jié)；本發(fā)明采用分段樣條函數(shù)，通過(guò)在線擬合的方式實(shí)時(shí)生成融合曲線，具有普遍適應(yīng)性，即使投影機(jī)差異較大，也可以取得良好的效果；方法簡(jiǎn)便易行，大大簡(jiǎn)化了邊緣融合的調(diào)節(jié)復(fù)雜度，結(jié)合機(jī)器視覺(jué)反饋與人工智能算法，實(shí)現(xiàn)了多投影儀圖像拼接邊緣融合的自動(dòng)化調(diào)節(jié)。文檔編號(hào)G03B21/00GK101866096SQ20101016814公開(kāi)日2010年10月20日申請(qǐng)日期2010年5月4日優(yōu)先權(quán)日2010年5月4日發(fā)明者丁瑩,宋子健,黃展鵬,龔光紅申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)