專利名稱：高動態(tài)范圍透視法圖像投影的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的各個方面總體上涉及圖像和視頻投影，且更特別地涉及高動態(tài)范圍透視法圖像投影。
背景技術：
無論是否在游樂園、電影院產品、劇院產品等中使用，被廣泛使用的傳統(tǒng)的透視法投影技術使用追溯到幾十年前(如果不超過100年前的話)的照明技術和工藝。本質上，照明技術涉及被投射到布景的目標部分的光，無論是彩色的還是白色的、是靜止的還是活動的。游樂園及其它背景還可以集成視頻或電影放映機以在布景的某特定表面、電影屏幕或其它表面上提供電影或其它影片。此類技術在提供鮮明的背景的同時在許多方面受到限制。例如，照明受到給定投影儀中的(一個或多個)燈泡的色彩的限制。光雖然可以是可活動的，但它們沖刷區(qū)域，其中光僅以來自燈泡的色彩而被投射。本發(fā)明的各種方面解決當前技術的這些以及許多其它缺點。

發(fā)明內容
本公開的一個方面涉及包括對象的投影系統(tǒng)，所述對象的表面具有光學圖案。投影儀被配置為朝著所述表面發(fā)射圖案化光，其中，所發(fā)射的光的圖案與表面的光學圖案對準，以便影響從表面反射的光的至少一個屬性。本公開的另一方面涉及一種投影方法，該方法包括獲得對象的圖像，該對象的表面具有光學圖案。所述方法還涉及朝著所述表面投射圖案化光，其中，所述圖案化光與表面的光學圖案對準，以便影響從表面反射的光的至少一個屬性。本公開的另一方面包括一種投影方法，該方法包括從特定的有利位置捕捉對象的圖像并從所捕捉的圖像獲得可投影圖像。該方法還涉及從特定的有利位置處的投影儀將所述可投影圖像投影到對象上并使其與對象對準。本公開的另一方面涉及一種投影系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括限定第一投影表面和相對的第二投影表面的組合后投影和前投影屏幕。第一投影儀被定位為在第一投影表面上投影圖像。第二投影儀被定位并配置為與第一圖像的投影同時地在第二投影表面上投影圖像的鏡像，使得鏡像投影與該圖像對準。


本專利或申請文件包含以彩色制作的至少一個繪圖。具有該彩色繪圖的本專利或專利申請公開的副本將在被請求并支付必要的費用時由辦事處提供。圖1B示出具有投影在大徽章上的大徽章的圖像的圖1A的彩色大徽章；
圖2示出圖1A的大徽章的分裂圖像，該圖像的左半部分是如在圖1A中的彩色大徽章，其具有被投影在彩色大徽章上的大徽章的彩色圖像并且與圖1A相比較顯示出增強的色彩特性，該圖像的右半部分是灰階大徽章，其具有被投影在灰階圖像上的大徽章的彩色圖像并顯示出增強的色彩飽和度和對比度以及其它色彩特性；
圖3是示出用于高動態(tài)范圍透視法投影的一種可能方法的流程 圖4是高動態(tài)范圍透視法投影系統(tǒng)的一個示例的系統(tǒng) 圖5是采用具有八個投影儀(Pl P8)的透視法投影系統(tǒng)的一個特定示例的二維和三維對象的布景的數(shù)字照片；
圖6A 6H示出圖5的布景的各部分的照明，每個圖像示出一個特定投影儀的照明區(qū)
域；
圖61示出照明區(qū)域，包括每個投影儀的照明在圖5的布景上的重疊區(qū)域；
圖7示出從投影儀的取向看到的圖6F的第六投影儀的照明區(qū)域；
圖8示出來自與第六投影儀共軸地對準的數(shù)字照相機的圖像，并且還示出第六投影儀的視場的拐角標記；
圖9示出在第六投影儀的視場的拐角標記處被裁剪的圖8的原始圖像；
圖10示出通過校正傾斜和旋轉而使裁剪后的圖像與投影儀的視場對準的圖像校正；圖11是圖9的縮放圖像，所述縮放在裁剪、旋轉和傾斜之后執(zhí)行，以便圖像的分辨率與投影儀的分辨率匹配；
圖12是圖5的場景的照片，其中圖6A GH的八個投影儀在布景上投射反轉的圖案圖像，從而使該布景看起來主要是具有某些啞色的黑色和白色；
圖13A和13B示出借助于在該布景上投射漸進的藍色的圖5的布景的漸進浸沒效應； 圖14示出圖5的前景樹的數(shù)字圖像；
圖15示出供圖14的基礎樹圖像使用的照明層；
圖16示出供圖14的基礎樹圖像使用的圖案圖像層，該圖案圖像用以實現(xiàn)夜晚時間的黑暗和暴風雨藍的再現(xiàn)(rendition)；
圖17示出供圖16的圖案圖像使用的照明層，該照明層意圖提供照明序列的視覺效
果;
圖18示出投影儀的照明區(qū)域的圖像到如圖6H所示的場景上的投影；
圖19示出可適用于用于圖18和圖6H的布景的圖像的軟邊緣混合掩模；
圖20是圖表，該圖表比較與用重新投影在藍色樣本上的藍色樣本的圖像測量的藍色Macbeth圖表樣本的光子量測量結果相比的在白光下測量的藍色Macbeth圖表樣本的來自光度計的光子量測量結果；
圖21是圖表，該圖表比較與用重新投影在綠色樣本上的綠色樣本的圖像測量的綠色Macbeth圖表樣本的光子量測量結果相比的在白光下測量的綠色Macbeth圖表樣本的來自光度計的光子量測量結果；
圖22是圖表，該圖表比較與用重新投影在紅色樣本上的紅色樣本的圖像測量的紅色Macbeth圖表樣本的光子量測量結果相比的在白光下測量的紅色Macbeth圖表樣本的來自光度計的光子量測量結果；
圖23是圖表，該圖表比較與用重新投影在紅色樣本上的紅色樣本的圖像測量的白色Macbeth圖表樣本的光子量測量結果相比的在白光下測量的白色Macbeth圖表樣本的來自光度計的光子量測量結果；
圖24是用來生成圖20 24的圖表的Macbeth色彩圖表；
圖25是可以用于本公開的各種實施方式的棋盤格稀松平紋織物的示例；以及 圖26是示出被配置為同時從前投影儀和投射圖像或視頻的前/后投影屏幕的框圖。
具體實施例方式本公開的各方面涉及高動態(tài)范圍透視法圖像和視頻投影系統(tǒng)、方法和裝置。本公開的一個特定方面涉及對象的圖像到對象上的投影，其方式為被投影圖像的組成部分基本上被定位在實際的對象上。該對象可以是二維的或三維的。該投影通過增強或以其他方式改變對象的色調、對比度、明亮度、飽和度、輝度、色度、彩度和/或其它可見特征來探查高動態(tài)效果。因此，通過本文所闡述的技術的部署，可以改變對象的視覺的以及不可見的(例如，紅外線的等)特征。該投影還可以包括除了對象的圖像之外的其他圖像投影，以使得可以將視覺的和非視覺的特征添加到對象以及對象集合。圖1A示出具有三個人物(12、14、16)、天空18、兩艘船(20、33)和某些其它特征的彩色大徽章10。圖1B示出具有投影在大徽章上的大徽章圖像的圖1A的彩色大徽章10。如可以看到的，與圖1A相比，在圖1B中至少對比度、飽和度和色調被改變了。飽和度是指代色彩中的灰色、白色、黑色或色調補充的量的術語。圖1B的大徽章的色彩看起來具有較少的灰色或其它不飽和色彩，并且因此，以與大徽章對準的方式投影大徽章的圖像會增大飽和度。色調含義與飽和度類似術語，其反映色彩的純度，其中，色調指的是沒有著色或濃淡的純色。圖1B的大徽章的色彩更加燦爛，并因此與比圖1A的那些相比看起來具有較少的著色或濃淡。此外，圖1B的對比度相對于圖1A而言被增強。隨著動態(tài)范圍的增大，用于任何像素的可能色調明亮度飽和值的范圍也增大。因此，任何鄰近色彩之間的差異可能更大。利用本文所討論的技術，介質中的黑色在被投影到較暗的對象上時變得更黑。出于同樣的原因，白色可以變得更白，紅色可以變得更紅，等等。因此，通過在對象上投影對象的彩色圖像以使得對象特征對準，飽和度和色調被提高，并且對比度被增強。在這種情況下，以及在本文所討論的其它實施方式中，對象的圖像在該對象上的重新投影與對象相長地(constructively)相互作用，從而以對單獨的從表面反射的光或投射在表面上的光來說不可能的方式改變反射光(即，其使場景看起來具有這樣的質量該質量在單獨的從表面反射的光或投射在表面上的光的情況下是不可能的)。大徽章10被涂畫成不透明的舞臺涂漆風格。然而，在各種可能的實施方式中，可以使用諸如透明水彩、油畫顏料、鉛筆等的任何可能的涂漆或著色風格和不同的色彩(包括灰階)。當然，也可以對根據(jù)數(shù)字圖像而打印的對象、用彩色基材制造的對象和對象的數(shù)字圖像呈現(xiàn)在某種形式的顯示器(例如，液晶顯示器、等離子體等)上的對象使用本文所述的系統(tǒng)和方法。然后，在戶外日光下以數(shù)字方式對大徽章進行拍照，但是可以在無論是人造還是自然的不同照明條件下拍攝(一個或多個)對象的圖像，具有由于照明而引起的附帶圖像效果。然后，以使圖像的失真最小化并使大徽章的圖像與大徽章的相應特征對準的方式在實際大徽章上投影大徽章的圖像。因此，例如，諸如人物的眼睛、手、鞋等的前景人物14的圖像特征在圖1B中與實際的眼睛、手、鞋等對準。在任何特定實施方式中，無論是二維還是三維的對象將包括具有某種形式的光學圖案的表面。該光學圖案可以來自某種形式的染色，諸如油漆、油墨等等，該光學圖案可以集成在對象中，和/或從對象突出，如上文所討論的。投影儀被布置為朝著對象的表面投射圖案化光，以使得投射的圖案化光與表面上的光學圖案對準。該圖案化光的投射影響從表面反射的光的至少一個屬性。在一個特定示例中，具有高動態(tài)效果不需要對準是精確的。例如，利用1024 X 768的投影儀分辨率，4 5個或更少像素的不對準不容易被察覺(除非觀看者非常靠近且像素尺寸較大)，并適合于實現(xiàn)高動態(tài)效果。不對準的視覺感將根據(jù)觀看者與場景的距離、像素尺寸及其它因素而變，其中在5 8個像素范圍內的不對準一般是可接受的，雖然對某些觀看者來說稍微可感覺到。可能存在其中不對準跨越投影儀視場而改變的情況。例如，視場的中心區(qū)域中的不對準可能是小的，在O 8像素范圍內，而視場的外側區(qū)域中的不對準可能是大的，在8 15或更大的像素范圍內。在這種情況下，中心區(qū)域中的不對準將不容易被觀看者注意至IJ，而外側區(qū)域中的不對準可能導致模糊效應，從而降低或消除高動態(tài)效果。雖然此類改變不是最佳的，但是在考慮到某些投影儀、成像設備中的固有極限、及來自下文所討論的任何步驟的其它不精確性的情況下，其可能是最佳可實現(xiàn)結果。因此，當投影圖像的某部分在O 8像素范圍內與對象對準時，可以將圖像視為基本上與投影儀視場對準?？梢杂脠D像質量來平衡投影儀焦點以減輕由于具有可見的不對準而引起的模糊的視覺效應。還可以將有色對象或灰階的圖像投影到相同的對象上，但該對象具有與有色對象不同的色彩特征。例如，圖2是大徽章10的分裂圖像，彩色圖像被投影在灰色底漆大徽章24 (右半部分)上，與被投影在有色大徽章10 (左半部分)上的彩色圖像形成對比。利用此類相對中性的色彩，諸如與一定范圍的色彩相比的灰色，可以實現(xiàn)各種視覺效果。此外，還可以以數(shù)字方式對灰階對象進行成像，并對該對象的圖像進行色彩增強以便將色彩增強后的圖像投影到對象上。例如，可以用藍色色調對圖像進行著色以提供“冰冷的”視覺效果，并且可以用黃色色調對圖像進行著色以提供較暖的視覺效果。當相應的圖像被投影在有色對象、灰階或其它對象上時，視覺效果被實現(xiàn)。另外，可以用其它特征對圖像進行著色以增強或強調特征，并且相對于視頻投影，圖像可以移動以提供不同的效果。例如，可以通過對眼睛的圖像進行投影并改變視頻投影以使得眼睛活動來使前景人物活動，從而在一定程度上將大徽章圖形制成動畫。將對象的灰階圖像投影在對象上可以具有與投影對象的彩色圖像不同的(可能是相反的)圖像變更效果。例如，灰階圖像的投影可以降低飽和度和色調。對象的著色、用來產生對象的著色及其它特征的顏料將以不同的方式反映圖像投影，使可見光譜的不同部分衰減等等。因此，任何實施方式將根據(jù)對象的著色、拍攝對象的圖像時的照明條件以及圖像被投影在對象上時的環(huán)境照明條件而受到影響。另外，用于圖像的光源將在圖像被投影到其上面時改變對象的外觀。例如，在不同光源下以數(shù)字方式對大徽章10進行拍照通過使色彩移位以照顧投影儀光源的光譜容量和攝影光源的光譜容量而影響被重新投影的圖像。圖3是示出高動態(tài)范圍透視法投影的一種可能方法的流程圖?？梢酝ㄟ^各種可能的系統(tǒng)實施方式來實施圖3的方法，所述系統(tǒng)實施方式包括圖4中示出的高動態(tài)范圍透視法投影系統(tǒng)。根據(jù)所采用的系統(tǒng)，可以采用或可以不采用圖3的各種操作來實現(xiàn)高動態(tài)范圍效果。圖4的系統(tǒng)包括視頻媒體服務器26或其它計算系統(tǒng)，其能夠諸如利用與服務器耦合的某種形式的存儲器28存儲并遞送圖像，無論是視頻圖像還是靜止圖像。視頻媒體服務器與一個或多個圖像投影儀30 (投影儀(O) 投影儀(η))相耦合，所述一個或多個圖像投影儀30被布置為在投影儀的視場中的對象32或場景上投射圖案化光或視頻圖像。該圖像投影儀可以是各種可能的類型，包括但不限于松下7700系列、7000 lumen、3芯片DLP?？梢允褂玫念愋偷妮^小投影儀包括松下5600系列5000 lumen、單片DLP。投影儀的視場是投影儀利用所投影的圖案化圖像照射的場景或圖像的區(qū)域?？梢杂脽o論是光學還是數(shù)字的變焦技術以及其它投影技術來改變視場。此外，投影儀可以具有指定分辨率。例如，投影儀可以具有1024 (像素寬度)X 768 (像素高度)的分辨率；然而，可以使用其它對比度和分辨 率比。投影儀具有未示出的投影儀透鏡。為了獲得場景/對象圖像以供投影在場景上，可以是數(shù)字或其它形式的圖像采集器34的照相機與投影儀共軸地對準以獲得具有投影儀的類似視場的場景圖像?？梢詫⒈疚乃懻摰募夹g應用于場景的一部分以將該技術用于傳統(tǒng)方法并將其與傳統(tǒng)方法融合。參照圖4的系統(tǒng)，現(xiàn)在描述圖3的方法。除參考圖4的系統(tǒng)之外，還參考其它各圖來討論圖3的方法。圖5是采用諸如圖4示出的透視法投影系統(tǒng)的一個特定示例的二維和三維對象的布景的數(shù)字照片，其中八個投影儀為對象的混合重疊圖像提供給定投影儀的視場。投影儀的近似位置及其相對于該布景的取向被示為標記為Pl P8的矩形。每個矩形還包括虛線，其示出投影儀透鏡的近似軸。圖6所示的布景的攝影圖像包括二維和三維對象，所述二維和三維對象包括前景三維樹38、跨過所繪出的河流(二維的)42的三維橋40(其中沿著河流具有巖石44和水岸線46)、小屋48和挨著該小屋的二維樹50。圖3的方法以從與投影儀共軸地對準的照相機獲得(一個或多個)對象的圖像的操作(操作300)開始。投影儀布置為在對象上投射圖案化光。獲得此類圖像可以首先涉及將照相機與投影儀共軸地定位。通過使照相機與投影儀共軸地對準，照相機可以獲得涵蓋投影儀的視場的圖像。圖6A 6H示出來自八個投影儀(Pl P8)的布景的各部分的照明。除照亮任何給定投影儀的視場內的區(qū)域和布景對象之外，還將該照明用于下面討論的過程中以將所述視場中的該布景的該部分的數(shù)字圖像與將被投影在該布景的該部分上的圖像配準。圖6A示出來自第一投影儀(Pl)的該布景的第一部分52的照明，包括前景樹38的前側和左側部分。圖6A所示的布景的被照亮部分與用于第一投影儀的視場相對應。來自各投影儀的視場一般是矩形的。然而，本文所討論的技術可以用于具有諸如圓形的不同形狀的視場的投影儀或其它圖像投影設備。在圖5和6A 61的示例中，投影儀被布置為在該布景上進行投影，以使得如圖5所示從前面觀看該布景時，該布景的特征被至少一個投影儀的視場覆蓋。圖6A 6H的示例中的投影儀以各種不同的取向(相對于地面及其它投影儀的角度)被布置且以不同的高度和投影儀之間的相對距離被設置。從前景樹上所示的光的角度可以看出，第一投影儀(Pl)被設置在照明區(qū)域52的上方和左側，從而使得投影相對于該布景的地面54處于一定的角度。任何給定實施方式可以是不同的。例如，投影儀的取向、投影儀的布置和投影儀的數(shù)目可以取決于表演空間的尺寸和觀看對象或布景的觀眾的視點，或者可以根據(jù)這些進行布置。例如，對于圖5所示的布景，可能該布景將被電影院中的、游樂園騎乘工具中的觀眾等觀看，在這種情況下，觀眾(可以是一個人或多個人)不能從所有可能的取向觀看該布景。例如，觀眾成員可能被禁止從后面觀看圖5的布景，并僅被允許從前面觀看該布景(該布景的前面是圖5的照片所示的視點)。因此，可以將投影儀布置為對將可被觀眾成員觀看的布景的各特征進行圖案照明，而觀眾不可觀看的該布景的特征不需要被投影儀照明。圖6B示出來自第二投影儀(P2)的該布景的第二部分56的照明，包括前景樹的后面部分。圖6B所示的布景的被照亮部分與用于第二投影儀的視場相對應。第二投影儀的視場在第一視場的后面，并且兩個視場的部分相重疊(例如，第一視場的后邊緣與第二視場的前邊緣重疊)。為了保證某個區(qū)域被照亮及由于其它因素，兩個或更多投影儀的視場可以重疊。當兩個或更多投影重疊時，可以執(zhí)行如下文詳細討論的各種圖像操作以引起任何預期的視覺結果，諸如使重疊區(qū)域混合以使得很少或不存在由于該重疊而導致的視覺效果。圖6c示出來自第三投影儀(P3)的該布景的第三部分58的照明，包括該布景的前右拐角區(qū)域中的河流42的部分。圖6C所示的布景的被照亮部分與用于第三投影儀的視場相對應。第二和第三投影儀一般垂直于該布景的地面。圖6D 6F分別示出來自第四(P4)、第五(P5 )和第六(P6 )投影儀的照明(60、62、64)。第五投影儀被直接設置在前中心布景的上方(基本上垂直于地面)。第四和第六投影儀兩者從該布景的右側照亮小屋48的部分?？梢钥闯?，第四投影儀照亮小屋的屋頂66的右側和橋的部分，而第六照相機照亮小屋的前面和在小屋左側的區(qū)域以及在小區(qū)前面的某區(qū)域。第四照相機的視場與第六照相機的視場重疊。圖6G和6H分別示出來自第七和第八投影儀的照明(68、70)。這些投影儀被設置在該布景的前方，并具有與其它投影儀相比更大的視場，如通過與第一至第六投影儀的照明區(qū)域相比第七和第八投影儀的照明區(qū)域的較大的相對尺寸所示的。為了實現(xiàn)較大的視場，與第一至第六投影儀相比，第七和第八投影儀被設置在與該布景和視場內的對象特征相距更大的相對距離處。因此，來自第七和第八投影儀的投影的像素水平分辨率將比被設置得更接近于該布景的那些投影儀更小。最后，圖61示出被所有投影儀照亮的布景?？梢钥吹剑髡彰鲄^(qū)域重疊，并且該布景的大多數(shù)特征被至少一個投影儀照亮，并且許多特征被不止一個投影儀照亮。存在未被照亮的某些區(qū)域，例如在小屋的右前側屋頂線之下存在小的陰影。 為了獲得用于高動態(tài)透視法投影目的的對象圖像，可以將每個投影儀的照明區(qū)域標記以允許照相機視場與投影儀視場對準并利用投影儀視場確定其尺寸。例如，圖7示出從投影儀的取向看的第六投影儀(P6，圖6F)的照明區(qū)域64。在本示例中，標記了照明區(qū)域的拐角處的布景的特征。例如，如果是照明區(qū)域的左下角，標記(拐角標記CM3)被設置在橋40的部分上，并且在右上角中，標記(拐角標記CM2)被設置在小屋48的屋頂66上?？梢允褂酶鞣N可能的標記，包括磁帶(圖7中使用)、反射器、紅外發(fā)射器等等。在采用自動化或手動的某種其它方法來生成用于投影儀的視場的圖像的情況下，可以消除標記。一旦投影儀的視場被識別，可以拍攝投影儀的視場內的對象的數(shù)字圖像。在一個特定方法中，數(shù)字照相機被布置為與投影儀共軸地對準。照相機被共軸地對準以使圖像相對于投影儀視場的失真和梯形失真最小化。照相機被定位為使得從照相機拍攝的圖像可以投影在投影儀的相同視場上。圖8示出來自與第六投影儀共軸地對準的數(shù)字照相機的圖像
72。通過投影儀視場的磁帶拐角標記(CMl CM4)可以看到，數(shù)字照相機的視場略大于投影儀視場。因此，獲得投影儀的視場之內的場景的圖像(操作300)。在一個示例中，可以拍攝照相機圖像以使兩個透鏡的節(jié)點被協(xié)同定位。這通常是困難的，因為節(jié)點通常位于透鏡元件內。然而，可以采用分束器或可移動反射鏡來獲得與投影儀節(jié)點協(xié)同定位的照相機的反射節(jié)點。在這種情況下，投影儀的投距越長，越不需要節(jié)點的協(xié)同定位。對于10 15英尺或以上的投影儀投距而言，可以在無需節(jié)點的協(xié)同定位的情況下得到令人滿意的圖像對準。接下來，可以對圖像進行操作，以使得圖像尺寸基本上與投影儀視場匹配(操作310)。這樣，從照相機投影的圖像將落入投影儀的視場內，并且被投影的圖像特征將落在實際的圖像特征上或非常接近實際的圖像特征。因此，被投影的圖案或其一部分將基本上與對象表面圖案對準(例如，在8個像素之內)?？梢詧?zhí)行或以其它方式獲得包括裁剪、旋轉和傾斜的各種動作以使圖像基本上與投影儀視場匹配。在一個示例中，如上文所討論的，基本上匹配意味著圖像的邊界與投影儀的視場邊界在約O 8個像素內對準?？梢杂衅渌鼘史秶詫崿F(xiàn)高動態(tài)效果。例如，當被投影的圖像和對象具有一致的色彩時，可以有更大得多的不對準。以較大的一致藍色的對象為例，不對準將僅僅導致藍色圖像被投影在藍色對象上，并且仍將跨越對象的大部分實現(xiàn)高動態(tài)效果。負面地影響高動態(tài)效果的圖像不對準還可能隨著色調的不對準而變，其中被投影在色調上的色調的較大光譜變化比較小光譜變化對高動態(tài)效果具有更多的負面影響。例如，導致在470nm藍色的表面上投射480nm的藍光的不對準可以產生可接受的高動態(tài)效果，而將700nm的紅光投射到470納米藍色的表面上對于高動態(tài)效果而言可能是不可接受的。可以使用對捕捉的圖像應用非線性變換的扭曲技術(warping technique)在一定程度上校正由于透鏡中的枕形失真、魚眼失真或不規(guī)則性而引起的任何不對準?？梢愿鶕?jù)觀看者距離和視覺敏銳度結合投影儀分辨率和投影區(qū)域的尺寸來計算、估計和/或調整可接受的誤差。在一個示例中，原始圖像被加載在諸如Adobe Photoshop 的圖像編輯程序36(圖4)中并將圖像裁剪至拐角標記。圖9示出在第六投影儀的視場的拐角標記處被裁剪的圖8的原始圖像。Photoshop是在美國和其它國家組成公司的Adobe系統(tǒng)的商標或注冊商標。在圖像編輯程序內，定義了裁剪線47 (上)、76 (下)、78 (左)和80 (右)。在裁剪之后，結果得到的裁剪圖像將在裁剪線處具有外邊界。由于照相機中心線與投影儀中心線之間的輕微共軸不對準，可以看到圖像不能在投影儀的視場邊緣處被精確地裁剪。請注意，照相機的變焦透鏡可能具有與投影透鏡不同的比，從而導致不同的光學性能特性。例如，左上側拐角標記(CMl)略低于左和上裁剪線(78、74)的交叉點處的左上拐角，而右下側拐角標記(CM4)略高于下和右裁剪線(76、80)的交叉點處的右下拐角，而左下和右上拐角標記(CM3)和(CM2)位于由裁剪線(76、78)和(74、80)產生的拐角處。當存在這樣的共軸不對準、并且裁剪后的圖像未精確地配合在投影儀的視場內時，可以對圖像進行旋轉、傾斜或以其它方式進行調整以使得拐角標記位于裁剪線的相關拐角處，如例如圖10中所示。在圖10中，可以看到圖像已被旋轉并略微傾斜以使得左上拐角標記(CMl)位于上和左側裁剪線之間的左上交叉點(拐角)處且下拐角標記(CM4)位于下和右側裁剪線之間的右下交叉點(拐角)處。在本示例中，裁剪后的圖像將是裁剪以及旋轉和/或傾斜的產物。在圖像被裁剪、旋轉和傾斜之后(如果執(zhí)行了那些操作中的任何操作或全部)，還可以對該圖像進行縮放以匹配投影儀的分辨率(操作330)。例如，第六投影儀具有1024 X 724的分辨率，并且圖11的圖像82是被縮放至1024 X 724的圖9的圖像(在裁剪、旋轉和傾斜之后)。縮放圖像以使得其與投影儀的分辨率匹配引起圖像像素與投影儀像素之間的一一對應?？梢栽诳s放之后執(zhí)行圖像的任何色彩校正?？梢詫⑺苽涞膱D像保存為用于相關投影儀的模板，此后，可以執(zhí)行其它的圖像處理以產生各種可能的視覺的和不可見的效果(操作340)。在一個示例中，所制備的圖像被保存為未經壓縮的原始圖像文件，以便于后續(xù)的圖像變更操作，所述后續(xù)的圖像變更操作由于壓縮技術和來自此類壓縮技術的結果產生的圖像變更可能是復雜的。然后，制備的圖像82被加載在視頻媒體服務器26中(操作350)并通過投影儀30被投影在布景上(操作360)。在系統(tǒng)具有不止一個投影儀的情況下，可以對每個投影儀執(zhí)行圖像制備過程(操作310 330)。作為上文闡述的操作的可替換方法，可以使用諸如Adobe After Effects 的工具來執(zhí)行某些操作。安裝在計算機上的After Effects程序可以被直接連接到投影儀并可以實時地或近實時地縮放和調整輸出。再次參照操作340，可以執(zhí)行的第一類型的圖像變更是色彩校正。可以將經色彩校正的圖像或原始制備圖像投影在給定對象上。各種問題可能促使對原始圖像的色彩校正，諸如由用于原始圖像的(一個或多個)照明光源引起的譜移和投影儀之間的色移。原始油漆涂層可能未表示原始設計意圖并因此可以在此階段進行色彩校正。另外，常規(guī)金屬鹵化物投影儀可能不具有與不同投影儀一致的色彩特性，即使當它們是相同的構造、型號和齡期時也是如此。此類色差可能是由燈的壽命、制造不一致性等引起的。這些色差可能導致來自每個投影儀的投影圖像的輕微譜移。因此，來自不同照相機的圖像投影在沒有色彩校正的情況下對于觀看者而言可能是顯著的。例如，如果來自具有不同色彩特性的投影儀的投影被并排地投影在場景上，則兩個投影圖像的重疊邊界將被觀察到是兩個投影圖像之間的色移。色彩校正可以以原始圖像上的層的形式產生經色彩校正的圖像(在裁剪、傾斜和縮放之后)。在一個示例中，在Adobe Photoshop 中產生色彩校正、混合的圖像(下文討論)及其它基礎或原始圖像變更作為獨立層，因此可以在不影響基礎圖像模板的情況下根據(jù)需要對其進行編輯和調整。對于每個投影儀而言，可能將獲得經色彩校正的圖像。在所有投影模板的色彩校正完成之后或不考慮色彩校正，還可以將重疊的圖像投影混合。在一個示例中，該過程可以是手動的，并因此可能涉及使用數(shù)字編輯程序36將所有投影儀的多個重疊部分混合的數(shù)字藝術家(artist)。還可以使混合自動化。在手動過程中，混合在迭代過程中產生，在相鄰投影儀之間來回工作，直至獲得無縫的表演環(huán)境為止。因此，混合可以以經色彩校正的圖像上的混合層的形式產生混合圖像。對于具有多個投影儀的系統(tǒng)中的每個投影儀而言，也可能獲得混合圖像。在類似于圖5所示的尖端多投影儀、三維環(huán)境中，當所有媒體模板被對準、色彩校正和混合時，可以采用附加的制作技術來增強投影環(huán)境的外觀。例如，可以應用劇場照明技術來產生另一層。此過程可以是手動或自動化的。在手動過程中，劇場照明設計者可以產生通常將在傳統(tǒng)制作期間發(fā)生的“照明”效果的圖像。照明可以涉及對環(huán)境進行陰影和著色處理。然而，不同于在劇場固定設備中放置彩色透明濾光板，可以(組合地)在圖像投影儀之間以及相對于每個圖案化圖像投影(對于每個投影儀而言)以像素水平應用照明。照明設計者可以直接與媒體設計者一起工作以對環(huán)境進行陰影和著色操作?？梢砸胝鎸嵉恼彰饕赃M一步增強投影環(huán)境。使用諸如Adobe Photoshop和Adobe After Effects的數(shù)字工具，設計者可以以數(shù)字方式賦予陰影和圖案。這允許設計者在之前從來沒有可用于照明設計者的水平創(chuàng)建時間、布局和空間的感覺。以像素水平工作，設計者可以調整色彩、對比度、色調和陰影。在常規(guī)劇場照明中，照明設計者必須選擇用于固定設備的彩色透明濾光板，以便色彩補充場景涂料。這些彩色透明濾光板將所有場景涂料“染色”，并且雖然可以產生漂亮的照明，但其在靈活性方面具有有限范圍。另外，這些“被染色”的源在其一次命中所有表面時限制可見光譜的不同部分的對比度和飽和度。陰影局限于安裝在照明固定設備中的靜態(tài)“Gobo (遮光片)”或圖案。最多，可以使這些常規(guī)金屬或玻璃圖案旋轉以模擬運動。除在對應于圖案圖像的對象表面上配準地重新投影圖案圖像之外，還可以操作圖案圖像以通過改變圖案圖像來執(zhí)行許多可能的視覺效果。利用視頻圖案圖像，可以使陰影自動化。例如，參照圖5，可以產生樹的樹枝的動畫陰影，并可以移動該動畫陰影以模擬有風的日子?？梢韵驁鼍疤砑诱彰?，并且可以改變每個圖案圖像以便在光照射時閃現(xiàn)成更明亮的色調，并且同樣地，陰影可以在適當?shù)奈恢瞄W現(xiàn)?？梢圆僮鲌鼍爸械墓獾母兄较颍瑹o論是來自感覺到的陽光還是路燈，并且所感覺到的方向可以改變，諸如路過的汽車前燈的影響。常規(guī)照明技術使用以可預測和熟悉的方式落在對象上的真實光。本文所討論的新技術可以提供諸如在繪畫和動畫片中看到的非現(xiàn)實主義的、藝術的照明效果以應用于場景、對
任雄圖5還示出位于小屋48后面的半圓中的稀松平紋織物81和該布景的其它特征。稀松平紋織物一般在劇院舞臺制造中用來實現(xiàn)各種照明和視覺效果。本質上，術語稀松平紋織物指的是具有跨越織物表面的一系列小孔的某種形式的材料(常常是織物)，非常像窗紗。森林場景被繪在圖5所示的稀松平紋織物上。在常規(guī)劇場照明中，可以使用投射在織物的前面上的光來使繪在稀松平紋布上的無論任何場景出現(xiàn)，并且當光被去除或稀松平紋織物后面的某特征被照亮時，繪在稀松平紋布上的場景變得對于觀看者而言基本上不那么可見，并且稀松平紋布后面的場景變得可見。依照本文所討論的實施例，可以將稀松平紋布的圖像投影到稀松平紋布上以使稀松平紋場景具有高動態(tài)效果。去除投影并照亮稀松平紋布后面的場景與常規(guī)照明技術相比具有更富戲劇性的視覺區(qū)別，這因為當將稀松平紋布的常規(guī)照明與稀松平紋布的高動態(tài)照明相比較時，稀松平紋布色彩遠遠不那么明亮，存在較小的對比度等。還可以以會抵消對象的反射色彩的方式來投影數(shù)字圖像。例如，通過諸如用AdobePhotoshop使數(shù)字圖像色調反轉，投影的圖案抵消對象圖案的值。此類技術將允許有以下視覺效果當在對象上對準地投影反轉圖像時使得全色的對象看起來變?yōu)楹诎咨?。圖12是圖5的場景的照片84，其中圖6A GH的八個投影儀在該布景上投影反轉的圖案圖像，使得該布景看起來是具有某些啞色的(降低的飽和度)大體上的黑白色；在這種情況下，以及在本文所討論的其它實施方式中，對象的圖像在對象上的重新投影減弱對象的視覺外觀，從而使得與直接從表面反射的光相比(在沒有重新投影的情況下)，反射光被減弱。還可以將反轉的輝度投影在場景、布景、對象等上，引起對比度的戲劇性下降，弱化對象的邊緣并隱藏紋理和圖案。還可以使空間對象看起來是平的。將反轉色調與反轉輝度組合是最初隱藏空間場景以用于戲劇性過渡(其中色調被投影在色調上)到動態(tài)范圍增強的外觀中的有效方法?？梢允褂弥T如Adobe After Effects的常規(guī)效果軟件在整個布景上應用特殊效果。在圖13A和13B的示例中，使得該布景(圖5)看起來是緩慢地浸入水中，因為圖案化藍色圖像86被以圖像跨越該布景而上升的方式被投影在該布景上。實際上，可以將活動視頻效果應用于環(huán)境的任何部分。在圖5所示的河流42的情況下，例如，可以從具有覆蓋河流且無縫地混合的視場的投影儀對流動的水進行投影。水將表現(xiàn)出深度、湍流和運動，水可以看起來是在河床中示出的實際雕刻的巖石周圍“形成漩渦”。在圖14 19中示出掩模和色彩操作的其它視覺變更技術的示例。首先，圖14示出樹的基礎圖像88 (從樹的前面拍攝的圖5的前景樹38的照片)。圖15示出供圖14的基礎樹圖像使用的照明層90。該層是在Photoshop中創(chuàng)建的并被保存為阿爾法通道。該色彩表示照明設計者的關于可能如何對樹進行照明的創(chuàng)造性輸入。數(shù)字藝術家用噴槍向樹噴射以顯示按照照明設計者的方向的冷側(左)和暖側(右)，意圖是陽光將來自右側。這是常規(guī)劇場照明到數(shù)字領域的過渡示例?；旧希瑥恼樟琳麄€布景的具有彩色透明濾光板的照明固定設備移動到準確定照亮設計者需要光的地方的數(shù)字視頻版本，直至像素水平?？梢砸勒毡疚乃U述的實施方式將樹的這些基礎圖像投影到樹上以進一步增強高動態(tài)效果或獨立于高動態(tài)效果。圖16示出圖案圖像投影92，其可以被存儲為基礎樹圖像88的單獨圖像層，以實現(xiàn)夜晚時間的黑暗和暴風雨藍的再現(xiàn)。與將樹的彩色圖像投影在樹上一起，或獨立于其，還可以使用圖15的圖像來將樹的圖像投影在樹上以實現(xiàn)樹的日出或日落著色。另一方面，可能使用圖16的圖像來實現(xiàn)樹的夜晚著色。應注意的是，樹圖像(88、90、92)被修剪至樹布景塊的邊緣。圖17示出數(shù)字藝術家如何可以創(chuàng)建單獨的樹圖像94以表示閃電(lightning)序列。加亮區(qū)96 (明亮區(qū)域)的位置表示虛擬閃電的來回方向。圖18示出圖5的布景上的原始投影圖案化圖像。換句話說，從照亮如圖6H所示的區(qū)域的投影儀P8的視點，圖18示出被投影在圖6H的區(qū)域上的圖6H的照明區(qū)域的圖像。圖19示出用于圖18的圖像的軟邊緣混合掩模98?？梢允褂密涍吘壔旌涎谀硐队皡^(qū)域重疊處的顯著的線或區(qū)域的出現(xiàn)。在此類重疊區(qū)域中，可以將對象的圖案化圖像重新投影在對象上兩次，產生其中圖案化圖像僅被投影在對象上一次的相鄰區(qū)域之間的視差?？梢允褂没旌涎谀硐蛙浕诵Ч鸒因此，如至少用圖12 19的示例所示的，除匹配對準的圖案化圖像的投影之外，本公開的方面涉及各種對象外觀增強技術，它們可以單獨地使用或與本文所討論的圖像重新投影技術相結合地使用。圖20 23是圖表，其示出與在對象的圖像被對準并重新投影在表面(紅色陰影曲線)上的情況下從對象表面獲取的光度計值相比的直接從對象表面(被白光照亮的藍色陰影曲線)獲取的光度計值(來自Photo Research公司的SpectraScan 分光福射度計PR-705)。每個圖表的橫軸是以納米為單位測量的波長，并且每個圖表的豎軸是每平方米的瓦特數(shù)。該數(shù)據(jù)是針對如圖24所示的具有已知色彩樣本的GretagMacbeth公司的“Macbeth”色彩圖表。對圖表的藍色102、綠色104、紅色106和白色108色彩樣本進行采樣。使用光度計來測量來自投影儀的純白光下的每個色彩方塊。然后，在相同的光下以數(shù)字方式對色彩圖表的各個色彩方塊進行拍照，并保存為原始未壓縮文件。結果得到的圖像文件被色彩平衡至最淡的灰色Macbeth色彩樣本110。結果得到的文件被重新投影在原始Macbeth圖表色彩樣本上并用光度計重新采樣。該圖表一般示出飽和度/色素(chromo)水平。每個圖表的尺度是從350 nM至1100 nM，在該范圍內均勻遞增。在圖例中，術語“藍色/RP”指示該圖表顯示被重新投影在相應色彩102、104、106、108的Macbeth圖表色彩樣本上的圖像。利用藍色，在來自投影儀的藍光下拍攝圖像。術語“藍色/w”指示在來自投影儀的白光下拍攝原始樣本。對于每組圖表(藍色(圖20)、綠色(圖21)、紅色(圖22)、和白色(圖23))而言,可以看到，與僅僅Macbeth色彩樣本(藍色曲線)相比，對于其中色彩被重新投影在樣本上的Macbeth色彩樣本的光度計測量結果(紅色曲線)而言，每平方米的瓦特值更大。增大的每平方米瓦特值測度每個特定波長下的光子量，并至少指示飽和度和色度。因此，該圖表示出針對被重新投影的色彩的更大的飽和度和色度。通過將典型場景表面的所繪的色彩重新投影回其本身上，可增強視覺飽和度和對比度。隨著照明(投影)的動態(tài)范圍的增大，場景/布景可能在其色彩再現(xiàn)方面變得更加生動和準確。在圖5等的所述小屋和森林等的情況下，視覺表示戲劇性地再現(xiàn)動畫藝術片的色彩深度和活力，從而很好地擴展超過常規(guī)劇場照明的范圍和能力?？梢杂脭?shù)字印刷的、棋盤格狀的稀松平紋織物覆蓋對象。例如，可以將織物粘貼到對象的表面，其中對象的底涂層是黑色的。作為一個可能的示例，可以用如圖25所示的紅-綠-藍圖案以數(shù)字方式印刷織物。每個分量的色彩范圍將被小心地與將被投影在布景上的數(shù)字圖像的RGB分量匹配?？梢砸詫τ谀切└鱾€色彩的低得多的反射率表示落在窄RGB通帶之間的色彩。數(shù)字圖像投影可以表現(xiàn)出與上述示例類似的高動態(tài)范圍和對比度并進一步允許掠過的環(huán)境變化，即火至冰，這可能不像上文所討論的那樣在對象表面被涂漆或灰階化時在視覺上有沖擊力。從遠處，具有此類棋盤格狀RGB稀松平紋布的對象在未用補充光照亮時看起來是深灰色或黑色的。這實現(xiàn)了在制造的特定時刻期間的“燈光熄滅(black out)”能力。圖26示出依照本公開的各方面配置的前投影/后投影屏幕112。前/后投影屏幕被配置為使得可以從前投影儀116或后投影儀118將圖像或視頻114投影到屏幕上。在圖26中，同時從前和后投影儀兩者將匹配圖像114A、114B或視頻投影到屏幕上，以便像素在投影屏幕上對準。如果屏幕被配置為用于針對圖26所示的箭頭的觀看，則前投影儀將以其預定取向投影圖像114或視頻，而圖像或視頻的鏡像114B被同時從后投影儀投影。這樣，來自后投影儀的圖像將與來自前投影儀的圖像對準。因此，例如，來自前投影儀的最左上方的像素將與來自后投影儀的最右上方的像素相同，等等。在如圖26所示的這樣的布置中，根據(jù)觀看者方向可以產生用于前投影屏幕或后投影屏幕的觀看者的高動態(tài)效果。本公開的方面提供許多可能的優(yōu)點和改進，并且可適用于許多可能的應用中。優(yōu)點和改進包括但不限于
投影環(huán)境內的高動態(tài)范圍色彩和對比度?！ぴ跍蚀_地表示陰影和光的方向的同時對“一天中的時間”的控制。·取消不想要的陰影的能力。·在需要的地方添加陰影和色彩的能力。 重疊視頻效果以模擬符合空間環(huán)境的氣氛效果的能力。陰影、火、風、水、閃電等。·控制獨立布景元素上的色彩和對比度直至像素的能力。潛在應用包括但不限于
包括黑暗騎乘設備的主題公園吸引物 我們的主題公園以及百老匯處的劇場制作和專業(yè)制作。
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模型的預先可視化一這種技術是可改變的且同樣地適用于小的模型。雖然已相對于特定裝置、配置、部件、系統(tǒng)和操作方法描述了本發(fā)明，但本領域普通技術人員在閱讀本公開時應認識到，可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下對本文所述的實施例和/或其操作進行一定的變更或修改。因此，由所附權利要求來定義本發(fā)明的適當范圍。本文所公開的各種實施例、操作、部件和配置一般是示例性的，而不限制范圍。
權利要求
1.一種投影系統(tǒng)，包括對象，其具有有著光學圖案的表面；以及投影儀，其朝著所述表面發(fā)射圖案化光，其中，所發(fā)射的光的圖案與表面的光學圖案對準，以影響從該表面反射的光的至少一個屬性；其中，所述光學圖案包括對象表面上的圖案化涂料。
2.一種用于投影的方法，包括從特定的有利位置捕捉對象的圖像；從所捕捉的圖像獲得可投影的圖像；從所述特定的有利位置處的投影儀將所述可投影的圖像投影到所述對象上并使其與所述對象對準。
3.權利要求2的方法，其中，捕捉圖像的動作包括從位于所述特定的有利位置處的照相機獲得圖像的照片，所述照相機被定位為與所述投影儀共軸對準。
4.權利要求2的方法，其中，捕捉圖像的動作包括使用位于所述特定的有利位置處的虛擬照相機來生成計算機圖形圖像。
5.權利要求2的方法，還包括使所述可投影的圖像與所述對象上的光學圖像對準。
6.權利要求4的方法，其中，所述對準動作還包括識別所捕捉的對象圖像中的對準標記；使用該對準標記來確定所述可投影的圖像的尺寸，以使得所述可投影的圖像中的對準標記與所述對象的相應位置對準。
7.權利要求6的方法，還包括對所述可投影的圖像進行裁剪、旋轉、傾斜和變形中的至少一個以與所述對象對準。
8.權利要求7的方法，還包括對所述可投影的圖像的分辨率進行縮放以匹配所述投影儀的分辨率。
9.一種投影系統(tǒng)，包括組合后投影或前投影屏幕，其限定第一投影表面和相對的第二投影表面；第一投影儀，其被定位為在所述第一投影表面上投影圖像；第二投影儀，其被定位并配置為與第一圖像的投影同時地在第二投影表面上投影所述圖像的鏡像，以使得鏡像投影與該圖像對準。
全文摘要
一種高動態(tài)范圍透視法圖像和視頻投影系統(tǒng)和方法，其涉及2D或3D對象或對象集合的圖像到對象上的投影，其方式為被投影的圖像組成部分基本上位于對象的實際圖像上。該投影增強或以其它方式改變對象的色調、對比度、明亮度、飽和度、輝度和/或其它可見特征?？梢詫⒁曈X的或非視覺的特征投影到對象上或對象周圍的區(qū)域上以增強或掩飾對象以及對象的周圍環(huán)境。
文檔編號G03B21/14GK103048859SQ20131001400
公開日2013年4月17日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權日2008年8月8日
發(fā)明者T.F.拉杜克, R.B.特納, S.T.科薩庫拉, B.L.喬利 申請人:迪士尼企業(yè)公司