一種基于3d建模和位置查表技術(shù)的圖像非線性幾何校正方法
【專利摘要】一種基于3D建模和位置查找表技術(shù)的圖像非線性幾何校正方法通過顯示分辨率個(gè)數(shù)的小矩形塊對(duì)曲面幕布進(jìn)行三維建模，小矩形塊的顏色由其位置標(biāo)識(shí)信息填充。以投影儀為視點(diǎn)進(jìn)行透視投影變換，視面緩沖數(shù)據(jù)將直接反映出圖像像素點(diǎn)位置變化情況。將圖像像素位置變化關(guān)系轉(zhuǎn)為像素?cái)?shù)據(jù)偏移地址查找表，根據(jù)查找表偏移值從原始圖像依次讀取像素?cái)?shù)據(jù)，即生成所需的幾何校正圖像。該方法精度高，能夠?qū)崿F(xiàn)像素級(jí)圖像幾何校正，實(shí)際圖像校正過程中采用位置查找表技術(shù)，圖像校正速度快，能滿足實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求。
【專利說明】一種基于3D建模和位置查表技術(shù)的圖像非線性幾何校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像顯示領(lǐng)域的非線性幾何校正方法【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種曲面投影系統(tǒng)中的圖像幾何變換方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的多投影機(jī)大屏幕拼接系統(tǒng)的投影幕通常為圓柱型或球型等曲面幕，由于普通投影儀只能適應(yīng)平面幕墻的投影，如果畫面直接投影到曲面幕上，畫面將出現(xiàn)嚴(yán)重的變形，在柱形幕上會(huì)明顯上下“鼓”起來，球形幕上則會(huì)在上下左右四個(gè)方向“鼓”起來，畫面內(nèi)部也都存在不均勻的情況，嚴(yán)重影響畫面質(zhì)量和展示效果。因而在畫面投影前需要進(jìn)行圖像幾何校正，抵消柱形幕或球形幕等曲面幕造成的幾何失真，使畫面能夠均勻無變形地展現(xiàn)在曲面幕上，保證畫面的質(zhì)量和震撼的展示效果。
[0003]由于幕的參數(shù)和投影機(jī)位置參數(shù)都會(huì)影響到畫面不同位置的變形程度，畫面變形情況由復(fù)雜三維空間眾多位置關(guān)系共同確定，無法用直接的表達(dá)描述這種變形關(guān)系，而且圖像變形又是幾何非線性的，這給圖像校正帶來了很大的困難。在視頻播放系統(tǒng)中，需要對(duì)每幀圖像實(shí)時(shí)校正，這要求圖像的校正算法擁有很高的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種以三維建模技術(shù)為基礎(chǔ)建立投影儀和幕墻的三維空間模型，結(jié)合投影透視變換技術(shù)，獲取圖像校正過程中每個(gè)象素位置的映射關(guān)系并生成圖像預(yù)變形的偏移地址查找表，實(shí)際圖像校正過程中通過查找表的方式快速實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)圖像的非線性幾何校正。
[0005]一種基于3D建模和位置查表技術(shù)的圖像非線性幾何校正方法，其步驟如下:
(1)用足夠數(shù)量，通常是投影儀分辨率個(gè)數(shù)，且位置編號(hào)的小矩形對(duì)曲面幕布進(jìn)行三維建模；
(2)通過透視投影變換獲取圖像幾何變形關(guān)系，并生成像素位置查找表；
(3)通過像素位置查找表依次從原圖選擇像素?cái)?shù)據(jù)，生成校正圖像。
[0006]所述步驟(I)中的用足夠數(shù)量(通常是投影儀分辨率個(gè)數(shù))的小矩形對(duì)曲面幕布進(jìn)行建模，建模工具可以選用OpenGL或Direct3D等常用建模工具，采用常用的頂點(diǎn)坐標(biāo)方式繪制小矩形，由這些小矩形共同“構(gòu)成”曲面幕，小矩形的填充顏色為其位置標(biāo)識(shí)值，設(shè)置投影儀位置為視點(diǎn)，投影區(qū)域和曲面幕相交的平面為視面完成三維建模。
[0007]所述步驟(2)中，通過透視投影變換后，在視面上將生成反映圖像位置變化關(guān)系的數(shù)據(jù)，將該位置變換關(guān)系轉(zhuǎn)換為像素?cái)?shù)據(jù)偏移地址查找表。位置偏移查找表實(shí)際存放的是目標(biāo)像素點(diǎn)在原始圖像數(shù)據(jù)中的偏移地址，如目標(biāo)圖像第5行(起始行為O行)第10列(起始列為O列)的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)原始圖像第3行第12列的像素點(diǎn)，則位置偏移值為:(每行像素?cái)?shù)X 3+12) X每像素占字節(jié)數(shù)。如果圖像分辨率為1920 X 1080，每像素占4字節(jié)，則該像素點(diǎn)位置偏移值為(1920X3+12) X4=23088,也即從原始圖像起始地址向后偏移23088字節(jié)的像素為目標(biāo)圖像第5行第10列的像素值。位置偏移查找表每個(gè)數(shù)據(jù)可以設(shè)置為4字節(jié)(無符號(hào)整形)，每個(gè)表項(xiàng)數(shù)據(jù)依順序表示每像素點(diǎn)在原始圖像的偏移地址。對(duì)于目標(biāo)像素點(diǎn)在原始圖像中沒有對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的情況(這時(shí)應(yīng)該設(shè)置目標(biāo)像素為全黑色)，可以定義一個(gè)特殊值來標(biāo)識(shí)(如OxFFFF_FFFF)。
[0008]所述步驟(3)中，位置查找表依次存放校正圖像每個(gè)像素點(diǎn)在原始圖像中的偏移地址，逐個(gè)讀取該表中偏移地址指向的像素值，組成新的圖像即為校正后圖像，該圖像通過投影機(jī)進(jìn)行投影，在曲面幕上將是均勻圖像，達(dá)到圖像非線性幾何校正的要求。
[0009]本發(fā)明的主要原理如下:用小矩形塊對(duì)弧幕進(jìn)行三維建模，小矩形塊數(shù)量為投影儀分辨率，小矩形塊顏色值為其位置編號(hào)；設(shè)置投影儀為視點(diǎn)，沿投影方向作透視投影變換，視面上將出現(xiàn)弧幕小矩形塊的“成像”，由于弧幕小矩形塊的顏色值是位置坐標(biāo)，因而視面的“成像”剛好反映了圖像的變形關(guān)系，根據(jù)這種變形關(guān)系生成圖像位置查找表；圖像位置查找表按照像素點(diǎn)順序存放各自像素點(diǎn)在校正前圖像數(shù)據(jù)中的地址偏移量，則根據(jù)查找表的偏移值逐個(gè)取原始圖像的像素?cái)?shù)據(jù)，就生成校正后的圖像，該圖像投影到弧幕上將是均勻無變形的。
[0010]本發(fā)明一種基于3D建模和位置查表技術(shù)的圖像非線性幾何校正方法的優(yōu)點(diǎn)是:由于該方法是建立在三維建模技術(shù)上，校正精度非常高，能夠?qū)崿F(xiàn)像素級(jí)校正，校正效果很好；又因?yàn)樯傻男Ｕ齾?shù)在實(shí)際校正過程中轉(zhuǎn)化為位置查找表，通過查找位置關(guān)系表就能完成圖像的非線性校正，圖像校正速度快，能滿足高分辨率視頻實(shí)時(shí)校正的需求；另外，該方法只需要借助三維建模工具(如OpenGL)對(duì)投影幕的曲面用小方塊進(jìn)行三維建模，以投影機(jī)位置為視點(diǎn)進(jìn)行透視變換，便可獲取圖像預(yù)變形關(guān)系，由于柱面、球面、二次曲線面、樣條曲線面、貝塞爾曲線面等投影幕面非常容易通過上述三維建模工具進(jìn)行建模，因而該方法適應(yīng)性強(qiáng)，很容易適應(yīng)各類不規(guī)則曲面投影幕。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是非線性幾何校正實(shí)現(xiàn)過程示意圖；
圖2-a是非線性幾何校正原理示意圖的原始圖像；
圖2-b是非線性幾何校正原理示意圖的非線性校正(預(yù)變形)；
圖2-c是非線性幾何校正原理示意圖的目標(biāo)均勻圖像(柱幕)；
圖3是本發(fā)明流程示意圖；
圖4是本發(fā)明中小矩形塊編號(hào)方法及透視投影變換后小矩形塊位置的變化的示意圖。
[0012]【具體實(shí)施方式】:
根據(jù)圖1-圖4所示，一種基于3D建模和位置查表技術(shù)的圖像非線性幾何校正方法，包括三個(gè)步驟:
(1)基于三維建模技術(shù)用小矩形塊對(duì)曲面幕進(jìn)行建模，小矩形塊數(shù)量為投影儀分辨率，并對(duì)每個(gè)小矩形塊根據(jù)位置順序依次編號(hào)，將各自的編號(hào)作為顏色值對(duì)小矩形進(jìn)行顏色填充；
(2)以投影儀為視點(diǎn)，投影區(qū)域和曲面幕相交平面為視面進(jìn)行透視投影變換，然后從視面緩沖區(qū)讀取透視變換數(shù)據(jù)，由于每個(gè)小矩形塊的顏色值是其位置編號(hào)，則視面數(shù)據(jù)直接反映了圖像像素點(diǎn)位置變化情況，即圖像幾何變形關(guān)系；
(3)根據(jù)圖像幾何變形關(guān)系生成圖像幾何校正查找表，查找表按順序依次存放目標(biāo)像素在原始圖像數(shù)據(jù)中的偏移值，根據(jù)查找表偏移值從原始圖像依次讀取像素顏色，即生成所需的幾何校正圖像。
[0013]一種基于3D建模和位置查表技術(shù)的圖像非線性幾何校正方法，具體步驟如下:
(I)用投影儀分辨率個(gè)數(shù)且位置編號(hào)的小矩形對(duì)曲面幕進(jìn)行三維建模
用投影儀分辨率個(gè)數(shù)的小矩形對(duì)曲面幕進(jìn)行建模，小矩形的填充顏色為其位置標(biāo)識(shí)值。如本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用中，圖像像素?cái)?shù)據(jù)為32位寬，曲面幕為圓柱面幕，則小方塊可依次
編號(hào)為0x8000_0000，0x8000_0004，0x8000_0008......其中最高位為I表示編號(hào)數(shù)據(jù)，步長(zhǎng)
為4表示顏色值為32位。設(shè)置投影機(jī)位置為視點(diǎn)，投影區(qū)域和曲面幕相交的平面為視面進(jìn)行三維建模。
[0014](2)通過透視投影變換獲取圖像幾何變形關(guān)系，并生成像素位置查找表
通過透視投影變換后，在視面上將生成反映圖像位置變化關(guān)系的數(shù)據(jù)，將該位置變換關(guān)系轉(zhuǎn)換為像素偏移地址查找表。如上面(I)步驟例子中，視面數(shù)據(jù)將由O和0χ80χχ_χχχχ組成，O表示無圖像數(shù)據(jù),用純黑色代替，0χ80χχ_χχχχ中的0χ00χχ_χχχχ表示該像素在原圖像中的偏移地址。
[0015](3)通過像素位置查找表依次從原圖選擇像素?cái)?shù)據(jù)，生成校正圖像
位置查找表逐個(gè)存放校正圖像每個(gè)像素點(diǎn)在原始圖像中的偏移地址，逐個(gè)讀取該表中偏移地址指向的像素值，組成新的圖像即為校正后的圖像。該圖像通過投影機(jī)進(jìn)行投影，在曲面幕上將是均勻圖像，達(dá)到圖像非線性幾何校正的要求。如上面(I)和(2)步驟實(shí)例中，圖像位置查找表由O和0χ00χχ_χχχχ組成，如果是0，目標(biāo)像素則設(shè)置為0χ0000_0000，如果是0χ00χχ_χχχχ,則從原始圖像數(shù)據(jù)中偏移地址為0χ00χχ_χχχχ的像素為該位置的像素?cái)?shù)據(jù)。遍歷整個(gè)位置查找表，則生成完整的校正圖像。
【權(quán)利要求】
1.一種基于3D建模和位置查表技術(shù)的圖像非線性幾何校正方法，其特征在于，該方法包含以下步驟: (1)用足夠數(shù)量通常是投影儀分辨率個(gè)數(shù)且位置編號(hào)的小矩形對(duì)曲面幕布進(jìn)行三維建模； (2)通過透視投影變換獲取圖像幾何變形關(guān)系，并生成像素位置查找表； (3)通過像素位置查找表依次從原圖選擇像素?cái)?shù)據(jù)，生成校正圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的基于3D建模和位置查表技術(shù)的圖像非線性幾何校正方法，其特征在于，所述步驟(I)中，用足夠數(shù)量通常是投影儀分辨率個(gè)數(shù)的小矩形對(duì)曲面幕布進(jìn)行建模，小矩形的填充顏色為其位置標(biāo)識(shí)值，設(shè)置投影機(jī)位置為視點(diǎn)，投影區(qū)域和曲面幕相交的平面為視面進(jìn)行三維建模。
3.如權(quán)利要求1所述的基于3D建模和位置查表技術(shù)的圖像非線性幾何校正方法，其特征在于，所述步驟(2)中，通過透視投影變換后，在視面上將生成反映圖像位置變化關(guān)系的數(shù)據(jù)，將該位置變換關(guān)系轉(zhuǎn)換為像素?cái)?shù)據(jù)偏移地址查找表。
4.如權(quán)利要求1所述的基于3D建模和位置查表技術(shù)的圖像非線性幾何校正方法，其特征在于，所述步驟(3)中，位置查找表依次存放校正圖像每個(gè)像素點(diǎn)在原始圖像中的偏移地址，逐個(gè)讀取該表中偏移地址指向的像素值，組成新的圖像即為校正后的圖像，該圖像通過投影機(jī)進(jìn)行投影，在曲面幕上將是均勻圖像，達(dá)到圖像非線性幾何校正的要求。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK103514628SQ201210221103
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】胡艷明, 熊庭剛, 樊宇, 王煒 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七0九研究所