1、影像拼接系统的发展现状
近几年来,多投影显示系统在人们的科学研究、生活与娱乐方面的应用越来越多，同时,由于近年来随着投影机价格的降低,多投影显示系统也将逐步走进普通中小型企业的承受范围,其高分辨率,高性价比等特点使多投影显示系统在大屏幕显示的市场竞争中具有极大的优势。
影像拼接系统主要是运用两台及以上的投影设备将影像投射到巨大的屏幕上面，这样可以让投影图像的分辨率和亮度都有所提高。投影设备可以选择单独工作也可以几台之间配合。国外对这方面的研究也很多,比较著名的有普林斯顿大学的大屏幕显示墙以及斯坦福大学的交互式投影工作平台等。肯塔基大学的组合显示系统、英国剑桥大学的iLamps、浙江大学CAD&CG实验室的大型环幕演示系统等[2]
2、影像拼接技术的关键问题
在多投影显示系统的技术领域中有两个方面最为核心，一个是几何校正技术，另一个就是颜色校正技术。当然有些时候关于处理重叠区域的融合技术也被人们认为是一方面，但是实际上这个方面是几何校正技术与颜色校正技术的综合运用。所以本文不单独讨论重叠区域融合技术。
2.1 几何校正
现阶段如果投影的屏幕是一般的平面情况，那么有很多的算法课解决。如果是非平面的话，可以依靠传感器实现投影屏幕。在多投影印象拼接系统中，往往最先考虑的就是几何校正。几何校正简单概括就是为了让画面不失真，将投影画面的一些影像的失真情况（畸变）做校正。由此可以看出几何校正实际上就是要建立一种坐标映射关系即点在图像坐标空间到投影缓存坐标空间函数。
建立这种映射的方法一般可以运用镜头去构造，当然也有一些研究人员使用交互式校正软件来进行建立坐标映射关系。本文采用后一种方式。
首先弄清楚我们需要的投射的影像与在屏幕上投影的影像被捕获后的影像之间的函数关系。通过对某一个参考点的坐标，并且用Bezier曲面函数来确定[1]。之后再得到投影的影像与屏幕画面通过捕获得到的目标区域的函数关系。这样我们就可以得到不同的投影设备的不同的像素点与实际要投影画面的对应函数映射。
2.1 颜色校正
颜色校正是指在在多投影影像拼接的时候让投影出的影像亮度与色度在一定程度上达到一致。但是现在市场上的不同厂家的投影仪甚至同一厂家的同一投影仪在使用年限不同情况下颜色色彩差别很大，如果想要是的投影出来的影像的全局色彩比较统一，衔接的区域显示效果自然平滑，那么就需要进行颜色的校正。
现在颜色校正的方法基本就是先生成1或者n张融合因子来将实现平滑过度。如今工程中能够为我们选择的投影仪有CRT投影仪、LCD投影仪、DLP投影仪。[3] [4]
CRT投影仪将输入信号分解成红(R)、绿（G）、蓝（B）三个荧光屏上面，然后利用放大器将光信号放大，最后将其汇聚到投影屏幕上。这种投影仪具有显示的色彩丰富、还原度高等特点并且据有丰富的几何失真调整能力。不足之处就是亮度较低、操作较复杂并且环境适应能力差。
LCD投影仪是运用分光镜把强光分成红(R)、绿（G）、蓝（B）三束光，然后经过信号转换再通过液晶单元的通断将三束光在棱镜中汇聚最后投影到屏幕上。
DLP投影仪是全数字反射式的投影技术，输出的处理器数字式的。这种技术使得图像的灰度级提高了很多，图像的画面稳定了很多，降低了很大的噪声。此类投影仪的对比度、清晰度都有了很大的提高，在色彩方面的反应也是比较匀称。
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3、颜色标定
3.1颜色的基本概念
对于颜色的定义现在最广为人们接受的就是三原色原理。人眼能够感知的色彩往往都是有三原色的红(R)、绿（G）、蓝（B）混合而成。当然几乎所有的颜色都可以分解成这三种基本颜色。科学表明人眼对三种颜色最为敏感。如果向黑色中加入红(R)、绿（G）、蓝（B）三种不同比例的颜色就可以形成新的颜色。我们现阶段应用最主要的就是在显示系统里。[5]
3.2颜色标定的方法
因为数字图像的存储大部分都是用针RGB系统来进行的，所以进行校正的过程也是对R、G、B单独进的。对于颜色标定业内一般是分为非重叠区域颜色标定和重叠区域颜色标定两个方面。那么下面分别介绍两种颜色标定的原理。
针对非重叠区域颜色标定来说，不同的N个投影仪之间颜色与色差会不一致。比如说有的太亮，有的太暗。如果想要这些投影仪之间的的这些差别减小，能够看上去一致。那么比较简单的设想就是让太暗的地方变亮（增加其亮度），让太亮的地方变暗（减少其亮度）。让不同的地方亮度趋于一致，那么就可以消除亮度色差。具体做法如下：
（1）将每个投影仪的单个行到颜色曲线进行单独的记录，将记录下来的通道颜色与对应的各通道在屏幕上的平均颜色拟合成一条多项式曲线，这样就可以得到我们所需要的颜色曲线。通过对红(R)、绿（G）、蓝（B）三色进行记录就可以得到三条颜色曲线。三条曲线之间相互独立。用函数公式3.1来表示
3.1
其中表示i表示红(R)、绿（G）、蓝（B）三个通道。v表示红(R)、绿（G）、蓝（B）三个颜色的变化范围。函数F（v,i）表示经摄像头采集后得到的投影仪区域画面的平均颜色。通过对每个通道的N条颜色曲线用一条曲线来表示就得到了虚拟颜色曲线。再将每台投影仪的颜色曲线进行校正之后再与虚拟颜色对比使他们一致就可以了。
针对重叠区域的颜色标定，因为几台投影仪在叠加的时候会使得重叠的区域亮度增加。如今比较常用的处理方法是划出不同投影仪投影内容的一个区域，这个区域为重叠区域。针对这个区域内的图像的所有点赋予它一个由它位置决定的权值。屏幕上由不同的投影仪映射到的点对应的权值和为1，那投影的颜色是由其颜色与权值决定，这样就可以解决重叠区域颜色标定问题。
除了上面两个方面外还需要解决摄像头颜色的标定问题。在采集投影出来的画面问题时会经历一个较为暗淡和一个较为亮的阶段。我们需要将不同曝光时间和光圈值下采集的数据映射到同一曝光时间和光圈值。一般来说我们需要先进行成像模型，再构造响应函数恢复最后再进行亮度恢复。
4总结
本文主要摄像头到投影仪的颜色变换，讨论了颜色标定的原理与实现方法。对颜色校正的重叠区域与非重叠区域实现方法进行分析。对于摄像机颜色标定问题进行分析和方法的概括性叙述，消除图像拍摄的时候不同的曝光时间与光圈值的处理方法。
参考文献
[1]面向多投影显示墙的画面校正技术[J]. 王修晖,华炜,林海,鲍虎军. 软件学报. 2007(11)
[2]多投影显示系统结构光几何校正算法[J]. 肖朝,杨红雨,梁海军,季玉龙,李新胜. 计算机辅助设计与图形学学报. 2013(06)
[3]基于图像匹配-点云融合的建筑物立面三维重建[J]. 王俊,朱利. 计算机学报. 2012(10)
[4]多投影仪自由立体显示的GPU几何及亮度校正技术[J]. 周艳霞,秦开怀,罗建利. 计算机辅助设计与图形学学报. 2011(04)
论文作者:汪 理
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第20期
论文发表时间:2020/4/28
标签：颜色论文; 投影仪论文; 技术论文; 区域论文; 亮度论文; 影像论文; 几何论文; 《科学与技术》2019年第20期论文;