本發(fā)明涉及影像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多路光機(jī)實(shí)現(xiàn)短焦距環(huán)幕輸出的投影方法、一種基于多路光機(jī)實(shí)現(xiàn)短焦距環(huán)幕輸出的投影設(shè)備、以及一種cave系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

cave投影系統(tǒng)是一種大型的vr系統(tǒng)(比如vr-platformcave)，具有高度的沉浸感、良好的交互手段，可以融合視覺、觸覺、聲音等，并且可以跟蹤頭部的6個自由度的運(yùn)動。cave沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)顯示系統(tǒng)的原理比較復(fù)雜，它是以計算機(jī)圖形學(xué)為基礎(chǔ)，把高分辨率的立體投影顯示技術(shù)、多通道視景同步技術(shù)、三維計算機(jī)圖形技術(shù)、音響技術(shù)、傳感器技術(shù)等完美地融合在一起，從而產(chǎn)生一個被三維立體投影畫面包圍的供多人使用的完全沉浸式的虛擬環(huán)境。目前，復(fù)雜場景的實(shí)時高分辨率多窗口內(nèi)容渲染主要應(yīng)用于cave系統(tǒng)。cave是一種大型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，具有高度的沉浸感、良好的交互手段，其中cave投影系統(tǒng)是由3個面以上(含3面)硬質(zhì)背投影墻組成的高度沉浸的虛擬演示環(huán)境，圍繞著觀察者具有多個圖像畫面的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，多個投影面組成一個虛擬空間。常見cave系統(tǒng)投影空間為標(biāo)準(zhǔn)立方體結(jié)構(gòu)，這4個獨(dú)立的投影通道最終形成空間連續(xù)的投影畫面。

如圖1所示，cave系統(tǒng)包括投影陣列及視覺平臺，其中，投影陣列包括多臺光機(jī)(6～10)，視覺平臺包括多個視覺平面(1～5)，視覺平面即投影屏幕。在一種cave系統(tǒng)的實(shí)例中，投影陣列包括5臺光機(jī)，5臺光機(jī)呈五邊形布置，視覺平面包括四臺橫向視覺投影屏幕(1～4)及一個底面視覺投影屏幕(5)，5臺光機(jī)分別投射至視覺平面的5個平面上，5臺光機(jī)分別與數(shù)據(jù)主機(jī)連接以形成投射圖像，使用時，用戶(11)站立于底面視覺投影屏幕(5)上，本發(fā)明所指用戶視線一般僅針對橫向視覺投影屏幕(1～4)。

目前，常見的一臺光機(jī)內(nèi)部只擁有一組光學(xué)引擎，配套一個鏡頭。受到德州儀器dlp技術(shù)的限制，目前光機(jī)單臺最高分辨率輸出為4k(即分辨率3840×2160)并且價格相當(dāng)昂貴。由于4k輸出光機(jī)才剛剛面世不久，還屬于測試階段。沒有很多透射比選型，也就是說沒有多種焦距鏡頭的選擇。如果需要實(shí)現(xiàn)分辨率超過4k的超高解析度輸出，只能通過多臺單體光機(jī)相互硬件融合或者軟件融合。但現(xiàn)有技術(shù)的投影設(shè)備融合方式具有如下缺陷在于，第一，單臺光機(jī)配套的單組光學(xué)引擎輸出的分辨率有一定限度。如，市面上常見的光機(jī)為1080×720與1920×1080.一些高端光機(jī)單臺可以實(shí)現(xiàn)4k(3840×2160)，但是價格昂貴。單臺光機(jī)實(shí)現(xiàn)4個4k屏幕輸出目前市面還沒有。第二，通過多臺單體光機(jī)相互融合。這種方法完全不能產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化。而且，光機(jī)與光機(jī)之間為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致時間久會造成光機(jī)之間的相對位置變化，這直接影響到畫面的拼接與融合。第三，同樣參數(shù)的光機(jī)，短焦距比正常焦距在硬件難度上和價位上都同比高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明技術(shù)方案所解決的技術(shù)問題為，如何提供一種基于單臺光機(jī)之間的融合投影方式以解決現(xiàn)有技術(shù)受光機(jī)投影屏幕分辨率局限的問題，并如何在其中實(shí)現(xiàn)優(yōu)化畫質(zhì)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明技術(shù)方案提供了一種基于多路光機(jī)實(shí)現(xiàn)短焦距環(huán)幕輸出的投影方法，基于cave系統(tǒng)，所述cave系統(tǒng)包括：視覺平臺及投影陣列，所述視覺平臺包括多個視覺平面，所述投影陣列包括多臺光機(jī)，包括：

將多臺光機(jī)對應(yīng)至一個視覺平面設(shè)置；

根據(jù)所述多臺光機(jī)兩兩相交投射至對應(yīng)視覺平面屏幕畫面的融合帶百分比及所預(yù)期的屏幕比例計算該視覺平面對應(yīng)光機(jī)的透射比的取值范圍；

基于各光機(jī)的透射比的取值范圍獲取各光機(jī)的設(shè)置參數(shù)；

依據(jù)所述光機(jī)的設(shè)置參數(shù)及光機(jī)光路覆蓋范圍在對應(yīng)視覺平面上的投影區(qū)域得到該光機(jī)投影時的空間位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍。

可選的，所述將多臺光機(jī)對應(yīng)至一個視覺平面設(shè)置包括：一個視覺平面被設(shè)置為四臺光機(jī)同時投射。

可選的，所述視覺平面對應(yīng)光機(jī)的透射比的取值范圍基于如下算式被計算：

設(shè)該光機(jī)的透射比為a，所預(yù)期的投影于所述視頻平面的投影屏幕比例為s，光機(jī)距離地面高度為z，該光機(jī)與其他光機(jī)投影畫面兩兩相交所形成的融合帶百分比為p，該光機(jī)所對應(yīng)視覺平面的墻寬為w，墻高為h，光機(jī)距離對應(yīng)視覺平面的水平距離為d，則該光機(jī)透射比a同時滿足：

(d/a)×2>＝w×(1+4×p)；

(d/a)/s×2>＝h×(1+3×p)。

可選的，所述各光機(jī)的設(shè)置參數(shù)包括：根據(jù)光機(jī)透射比的取值范圍確定的透射比及屏幕比例。

可選的，所述光機(jī)光路覆蓋范圍在對應(yīng)視覺平面上的投影區(qū)域為該光機(jī)投影時投影至對應(yīng)視覺平面所形成的可見投影區(qū)。

可選的，所述依據(jù)所述光機(jī)的設(shè)置參數(shù)及光機(jī)光路覆蓋范圍在對應(yīng)視覺平面上的投影區(qū)域得到該光機(jī)投影時的空間位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍包括：

根據(jù)所述光機(jī)對應(yīng)視覺平面的面積，調(diào)整所述光機(jī)的空間水平面位置及旋轉(zhuǎn)角度以計算所述光機(jī)光路覆蓋范圍是否容納在所述視覺平面的面積內(nèi)；

取使所述光機(jī)光路覆蓋范圍是否容納在所述視覺平面的面積內(nèi)的空間水平面位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍輸出。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明技術(shù)方案還提供了一種基于多路光機(jī)實(shí)現(xiàn)短焦距環(huán)幕輸出的投影設(shè)備，基于cave系統(tǒng)，所述cave系統(tǒng)包括：視覺平臺，所述視覺平臺包括多個視覺平面，所述投影設(shè)備包括多臺光機(jī)，其中多臺光機(jī)對應(yīng)至一個視覺平面設(shè)置。

可選的，一個視覺平面在投影時被設(shè)置為四臺光機(jī)同時投射。

可選的，所述視覺平臺包括四個橫向設(shè)置的視覺平面，所述投影設(shè)備包括16臺光機(jī)。

可選的，所述投影設(shè)備還包括：光機(jī)空間位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍信息輸出器，投影時所述視覺平面包括均等的若干子平面，每塊子平面對應(yīng)一光機(jī)被投影，光機(jī)投影至對應(yīng)子平面屏幕畫面之間具有融合帶，所述融合帶根據(jù)該光機(jī)空間位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍信息所述控制在預(yù)定寬度內(nèi)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明技術(shù)方案還提供了一種cave系統(tǒng)，其特征在于，包括：視覺平臺及如上所述的投影設(shè)備。

本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果至少包括：

本發(fā)明技術(shù)方案提供了一個光機(jī)的集成優(yōu)化方法，可以在現(xiàn)有通用光學(xué)硬件2k輸出的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)4個4k的超高解析度輸出；改變傳統(tǒng)單臺光機(jī)單臺光機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單臺光機(jī)內(nèi)擁有多臺光機(jī)組件的一對多的集成模式并完成超高分辨率視頻與圖片播放；徹底改變傳統(tǒng)硬件設(shè)計方式，以單臺光機(jī)為基礎(chǔ)，在光學(xué)元件著手實(shí)現(xiàn)單臺光機(jī)的高解析度輸出；而是通過多路光機(jī)集成，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)單臺光機(jī)目前實(shí)現(xiàn)不了的高分辨率視頻播放。

本發(fā)明在預(yù)設(shè)的場景中，可通過高度集成16個1920×1080通用分辨率光機(jī)實(shí)現(xiàn)具有輸出4個3840×2160分辨率的高解析度投影畫面功能的多光機(jī)光機(jī)；在不改變光學(xué)鏡頭內(nèi)部光學(xué)元件的情況下使透射比縮減一倍，實(shí)現(xiàn)正常焦距到短焦距的轉(zhuǎn)換。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1為一種cave系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明技術(shù)方案提供的一種基于多路光機(jī)實(shí)現(xiàn)短焦距環(huán)幕輸出的投影方法流程示意圖；

圖3為本發(fā)明技術(shù)方案提供的根據(jù)同一視覺平面對應(yīng)的四個光機(jī)中的兩兩光機(jī)獲取其中各個光機(jī)的設(shè)置參數(shù)、投影時的空間位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍的平面示意圖；

圖4為本發(fā)明技術(shù)方案提供的根據(jù)同一視覺平面對應(yīng)的四個光機(jī)中的兩兩光機(jī)獲取其中各個光機(jī)的設(shè)置參數(shù)、投影時的空間位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍的立體示意圖

圖5為本發(fā)明技術(shù)方案提供的同一視覺平面對應(yīng)的四個光機(jī)投影時所形成的投影屏幕示意圖；

圖6為本發(fā)明技術(shù)方案提供的獲取光機(jī)透射比的算法示意圖；

圖7為本發(fā)明技術(shù)方案中所述投影設(shè)備的頂視圖及內(nèi)部軸測圖示意圖；

圖8為本發(fā)明技術(shù)方案中所述投影設(shè)備的低視圖及內(nèi)部側(cè)視圖示意圖；

圖9為本發(fā)明技術(shù)方案中所述投影設(shè)備的光機(jī)布置拆解圖示意圖；

圖10～圖11為本發(fā)明技術(shù)方案中所述投影設(shè)備的光機(jī)布置的若干剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

正如背景技術(shù)所述，由于現(xiàn)有技術(shù)無法突破單光機(jī)光機(jī)的局限性，無法實(shí)現(xiàn)單臺光機(jī)輸出4個4k分辨率圖像與視頻，并且無法提高投影圖像畫質(zhì)，本發(fā)明技術(shù)方案旨在充分提高上述投影分辨率，并利用光機(jī)本身的基本參數(shù)，設(shè)置光機(jī)實(shí)現(xiàn)高分辨率投影的同時還實(shí)現(xiàn)整機(jī)焦距(透射比)比內(nèi)部單臺光機(jī)的鏡頭焦距(透射比)縮短一半的優(yōu)化效果，進(jìn)一步提升投影畫質(zhì)。本發(fā)明技術(shù)方案通過部件級別的光機(jī)陣列設(shè)計，以16個單位2k解析度的光機(jī)，實(shí)現(xiàn)體積僅為現(xiàn)有解決方案1/4、功耗僅為1/2、安裝部署簡易、校正方便簡潔的超高解析度超大幅面(4k×4)全景、無縫投影的單一設(shè)備。

為了更好的使本發(fā)明的技術(shù)方案清晰的表示出來，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

結(jié)合圖2所示的一種基于多路光機(jī)實(shí)現(xiàn)短焦距環(huán)幕輸出的投影方法，基于cave系統(tǒng)，其中cave系統(tǒng)包括：視覺平臺及投影陣列，所述視覺平臺包括多個視覺平面，所述投影陣列包括多臺光機(jī)，該投影方法，包括如下步驟：

步驟s100，將多臺光機(jī)對應(yīng)至一個視覺平面設(shè)置；

步驟s101，根據(jù)所述多臺光機(jī)兩兩相交投射至對應(yīng)視覺平面屏幕畫面的融合帶百分比及所預(yù)期的屏幕比例計算該視覺平面對應(yīng)光機(jī)的透射比的取值范圍；

步驟s102，基于各光機(jī)的透射比的取值范圍獲取各光機(jī)的設(shè)置參數(shù)；

步驟s103，依據(jù)所述光機(jī)的設(shè)置參數(shù)及光機(jī)光路覆蓋范圍在對應(yīng)視覺平面上的投影區(qū)域得到該光機(jī)投影時的空間位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍。

結(jié)合圖3～圖11作以下具體說明：

其中圖3、圖4及圖6示意了如何根據(jù)同一視覺平面對應(yīng)的四個光機(jī)中的兩兩光機(jī)獲取其中各個光機(jī)的設(shè)置參數(shù)、投影時的空間位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍。

圖5示意了同一視覺平面對應(yīng)的四個光機(jī)投影時所形成的投影屏幕(即圖5中四個子平面x1y1、x1y2、x2y1、x1y2)及其融合帶(即圖5中四個子平面重疊形成的縱、橫帶)。

圖7～11示意了本發(fā)明技術(shù)方案中所述投影設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，所述攝影設(shè)備中排列顯示的為16臺光機(jī)。

需要說明的是，本實(shí)施例所述cave系統(tǒng)具備4塊橫向視覺平面，每個橫向視覺平面投影設(shè)備以16臺光機(jī)構(gòu)成，每塊橫向視覺平面對應(yīng)4臺光機(jī)以形成4k效果投影屏幕，以為一種優(yōu)選方式，但可以理解的是，在其他實(shí)例中，可以據(jù)此設(shè)置原理進(jìn)行實(shí)施，但無論視覺平面的數(shù)目及平面對應(yīng)光機(jī)的數(shù)目，都應(yīng)包括在本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。

結(jié)合上述附圖，根據(jù)步驟s100，所述將多臺光機(jī)對應(yīng)至一個視覺平面設(shè)置包括：一個視覺平面被設(shè)置為四臺光機(jī)同時投射。

根據(jù)步驟s101，所述視覺平面對應(yīng)光機(jī)的透射比的取值范圍基于如下算式被計算：

設(shè)該光機(jī)的透射比為a，所預(yù)期的投影于所述視頻平面的投影屏幕比例為s，光機(jī)距離地面高度為z，該光機(jī)與其他光機(jī)投影畫面兩兩相交所形成的融合帶百分比(即一個投影畫面融合帶面積占該投影畫面所在面積的百分比)為p，該光機(jī)所對應(yīng)視覺平面的墻寬為w，墻高為h，光機(jī)距離對應(yīng)視覺平面的水平距離為d，則該光機(jī)透射比a同時滿足：

(d/a)×2>＝w×(1+4×p)；

(d/a)/s×2>＝h×(1+3×p)。

根據(jù)步驟s102，所述各光機(jī)的設(shè)置參數(shù)包括：根據(jù)光機(jī)透射比的取值范圍確定的透射比及屏幕比例，除了上述參數(shù)外，可根據(jù)上述參數(shù)毫無疑義推導(dǎo)得到的其他光機(jī)的設(shè)置參數(shù)也應(yīng)當(dāng)包括在上述光機(jī)的設(shè)置參數(shù)內(nèi)。

根據(jù)步驟s103，所述光機(jī)光路覆蓋范圍在對應(yīng)視覺平面上的投影區(qū)域為該光機(jī)投影時投影至對應(yīng)視覺平面所形成的可見投影區(qū)。所述依據(jù)所述光機(jī)的設(shè)置參數(shù)及光機(jī)光路覆蓋范圍在對應(yīng)視覺平面上的投影區(qū)域得到該光機(jī)投影時的空間位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍包括：

根據(jù)所述光機(jī)對應(yīng)視覺平面的面積，調(diào)整所述光機(jī)的空間水平面位置及旋轉(zhuǎn)角度以計算所述光機(jī)光路覆蓋范圍是否容納在所述視覺平面的面積內(nèi)；

取使所述光機(jī)光路覆蓋范圍是否容納在所述視覺平面的面積內(nèi)的空間水平面位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍輸出。

基于本發(fā)明技術(shù)方案的上述投影方法，一種基于多路光機(jī)實(shí)現(xiàn)短焦距環(huán)幕輸出的投影設(shè)備，可結(jié)合圖7～11，所述投影設(shè)備包括多臺光機(jī)，其中多臺光機(jī)對應(yīng)至一個視覺平面設(shè)置。

作為一種可選實(shí)例，一個視覺平面在投影時被設(shè)置為四臺光機(jī)同時投射。作為另一種可選實(shí)例，所述視覺平臺包括四個橫向設(shè)置的視覺平面，所述投影設(shè)備包括16臺光機(jī)。

不限于上述實(shí)施方式，在另一種投影設(shè)備的實(shí)施方案中，該投影設(shè)備除了上述結(jié)構(gòu)還包括：光機(jī)空間位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍信息輸出器。

在上述投影設(shè)備進(jìn)行投影時，所述視覺平面包括均等的若干子平面(結(jié)合圖5)，每塊子平面對應(yīng)一光機(jī)被投影，光機(jī)投影至對應(yīng)子平面屏幕畫面之間具有融合帶，所述融合帶的寬度根據(jù)該光機(jī)空間位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍信息所述控制在預(yù)定寬度內(nèi)。

如何將融合帶的寬度根據(jù)該光機(jī)空間位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍信息所述控制在預(yù)定寬度內(nèi)可參考本發(fā)明技術(shù)方案的投影方法中所記載的內(nèi)容，即可通過確定融合帶百分比將融合帶的寬度限定在預(yù)定寬度內(nèi)，從而通過本發(fā)明技術(shù)方案所記載方案推算出該光機(jī)空間位置及旋轉(zhuǎn)角度范圍信息，此處不再贅述。

基于上述投影設(shè)備，本發(fā)明技術(shù)方案也對cave系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新，其中，cave系統(tǒng)包括：視覺平臺及本發(fā)明技術(shù)方案所記載的投影設(shè)備。應(yīng)用例

結(jié)合圖3、圖4～圖6，本發(fā)明技術(shù)方案在應(yīng)用中，其基本流程包括光機(jī)透射比選擇、光機(jī)空間位置測算、整體布局導(dǎo)出三部分。

光機(jī)透射比選擇包括：

假定透射比為a，屏幕比例(寬比高)為s，光機(jī)距離地面高度為z，融合帶百分比為p：

計算過程按墻面(即本實(shí)施例所述視覺平面)逐一開展，選擇其中一面墻，假定墻寬為w，墻高為h，光機(jī)距離墻面水平距離為d。在該面墻上有4臺光機(jī)進(jìn)行投射，結(jié)合圖5，4臺光機(jī)的投射畫面兩兩相交，相交部分即為融合帶。在水平方向上，投射x1y1和x2y1畫面的兩個光機(jī)需要滿足：

(d/a)×2>＝w×(1+4×p)；

在垂直方向上，x1y1和x2y1畫面的兩個光機(jī)需要滿足：

(d/a)/s×2>＝h×(1+3×p)。

在墻高w、墻寬h，屏幕比例s，融合帶百分比p，光機(jī)距墻面距離d給定的情況下，可以根據(jù)上兩式，得出透射比a的取值范圍，從而以透射比、屏幕比例等基本參數(shù)，作為光機(jī)選擇的依據(jù)。

同理，可以得出x1y2和x2y2兩個光機(jī)的透射比a的取值范圍，從而以透射比、屏幕比例等基本參數(shù)，作為光機(jī)選擇的依據(jù)。

其他墻面的情況可以依次類推。

光機(jī)空間位置測算包括：

結(jié)合圖3，光機(jī)1位置根據(jù)光路覆蓋范圍在幕布上的投影區(qū)域逆推，得到坐標(biāo)光機(jī)1的理想位置apt’_o(xa’,ya’)和水平面上旋轉(zhuǎn)角度α。同理光機(jī)2，得到理想位置bpt’_o(xb’,yb’)與角度β。

同理在側(cè)視圖中，演示了垂直面上，根據(jù)投影區(qū)域得到光機(jī)與水平的旋轉(zhuǎn)角度θ。

整體布局導(dǎo)出的結(jié)果可參考圖7～11。通過對光機(jī)空間位置測算、透射比變換，結(jié)合光機(jī)物理尺寸和投射光線通路的空間情況等約束條件，對設(shè)備進(jìn)行整體布局、優(yōu)化，選擇符合尺寸設(shè)計要求的構(gòu)造進(jìn)行導(dǎo)出，最終導(dǎo)出所有16個光機(jī)的空間位置與空間旋轉(zhuǎn)角度。

以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。