專利名稱：自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維顯示系統(tǒng)和方法，特別是一種自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
投影顯示是三維立體顯示方式的一種。三維像顯示方式有多種，主要分為需要輔助工具的和不需要輔助工具的。早期的立體顯示輔助工具主要有頭盔式和眼鏡式，眼鏡式又有紅藍(lán)片，偏振片等多種。這些立體顯示方式由于需要配戴工具，束縛了人們觀看的自由性。
不需要輔助工具的三維顯示方式研究得到了廣泛的發(fā)展。這將使人們從眼鏡和頭盔中解放出來，能夠自由的觀看立體圖像，增強(qiáng)系統(tǒng)的易用性，互動(dòng)性和使用的樂趣。目前不需要輔助工具的三維顯示方式主要有全息顯示和體積顯示。這兩種顯示方式雖然可以讓人們從多角度獲取真實(shí)的立體感，但仍存在很多技術(shù)的局限性。目前全息顯示還主要運(yùn)用于顯示單色的，小范圍靜態(tài)物體。在可預(yù)見的將來，想要實(shí)現(xiàn)對(duì)于自然場景的大屏幕動(dòng)態(tài)顯示還是很難做到的。體積顯示因?yàn)轱@示中顯示的位置場景的位置以及光線發(fā)射源的位置都需要固定，因此不具有實(shí)際運(yùn)用的意義。另外，近年來興起的立體顯示器技術(shù)。這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了真彩圖像的立體顯示。但由于這種新型顯示器多運(yùn)用液晶顯示器，受到液晶平板顯示技術(shù)發(fā)展的制約，目前還不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的大屏幕立體顯示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)和方法，利用人眼雙目視差立體成像原理實(shí)現(xiàn)多視角，大屏幕，彩色，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維顯示。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)，由1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)(1)，一臺(tái)用于校準(zhǔn)的彩色CCD攝像機(jī)(5)，2-8臺(tái)投影儀(2)，一臺(tái)大屏幕顯示終端(3)，一塊校準(zhǔn)板(6)，一臺(tái)裝配有多通道同步圖像采集卡以及多路輸出顯卡的計(jì)算機(jī)(4)組成，校準(zhǔn)板用于投影儀(2)的校準(zhǔn)。其中，計(jì)算機(jī)(4)通過圖像采集卡與攝像機(jī)(1)連接并通過多路輸出顯示卡與投影儀(2)連接，計(jì)算機(jī)(4)內(nèi)有一套圖像源視頻編碼程序，一套投影儀校準(zhǔn)程序和一套立體圖像拼接程序。
本發(fā)明的系統(tǒng)特點(diǎn)是1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)(1)使用平行配置方式仿真人眼立體視覺成像原理，校準(zhǔn)板(6)由一塊平整的白板上繪有四個(gè)位置已知的標(biāo)志點(diǎn)組成，圖像源視頻編碼程序可合成多路視頻圖像以滿足投影需要，投影儀校準(zhǔn)程序校準(zhǔn)投影儀滿足拼接需要，立體圖像拼接程序使實(shí)現(xiàn)大屏幕立體投影。2-8臺(tái)投影儀(2)和觀察者分立于臺(tái)大屏幕顯示終端(3)兩側(cè)等。
本發(fā)明的自由多視點(diǎn)多投影三維顯示方法采用上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，具有如下特點(diǎn)①1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)(1)無需標(biāo)定；②仿效人眼立體視覺成像原理，利用特制大屏幕顯示終端(3)光學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)立體顯示。
③投影顯示系統(tǒng)在設(shè)備安裝完成后，校準(zhǔn)一次即可使用④擺脫三維重構(gòu)的巨大計(jì)算量，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示，⑤拍攝畫面不受環(huán)境復(fù)雜度等因素的影響，有很強(qiáng)的適應(yīng)性。
根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)，由1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)，一臺(tái)用于校準(zhǔn)的彩色CCD攝像機(jī)，2-8臺(tái)投影儀，一臺(tái)大屏幕顯示終端，一塊校準(zhǔn)板，一臺(tái)裝配有多通道同步圖像采集卡以及多路輸出顯卡的計(jì)算機(jī)組成，計(jì)算機(jī)通過圖像采集卡與攝像機(jī)連接并通過顯示卡與投影儀連接。其特征在于所述1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)以平行配置方式固定于同一水平高度，并會(huì)聚于同一平面。安裝位置需確保相鄰攝像機(jī)間隔約為人眼雙目距65mm，攝像機(jī)光軸互相平行。用校準(zhǔn)板和一臺(tái)用于校準(zhǔn)的彩色CCD攝像機(jī)對(duì)2-8臺(tái)投影儀進(jìn)行校準(zhǔn)。1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)通過與計(jì)算機(jī)上配置的多通道同步圖像采集卡相連，將2-10路視頻信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)，經(jīng)圖像源視頻編碼成為一路視頻。將分割后的視頻用2-8臺(tái)投影儀投射至顯示終端，拼接融合成大屏幕的顯示圖像。
在上述的自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)中，所述的大屏幕顯示終端為柱透鏡光柵板，在板的平板處覆有一層漫射層。
在上述的自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)中，所述2-8臺(tái)投影儀成方陣排列與大屏幕顯示終端后方，成背投方式。觀察者立于顯示終端前方觀看。
在上述的自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)中，所述的校準(zhǔn)板為一塊平整的白板上繪有四個(gè)位置已知的標(biāo)志點(diǎn)。校準(zhǔn)時(shí)將其置于大屏幕顯示終端的位置處。
一種自由多視點(diǎn)多投影三維顯示方法，采用上述的自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)進(jìn)行三維圖像顯示，其特征在于具體工作步驟為①1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)定位安裝后，使對(duì)焦于場景的同一平面；②2-8臺(tái)投影儀和大屏幕顯示終端定位安裝后，在大屏幕顯示終端位置處放置校準(zhǔn)板。計(jì)算機(jī)啟動(dòng)一套投影儀校準(zhǔn)程序，校準(zhǔn)投影儀。撤去校準(zhǔn)板，放上大屏幕顯示終端，投射投影儀的拼接校準(zhǔn)圖像，機(jī)械校準(zhǔn)投影儀與大屏幕顯示終端的相對(duì)位置；③用攝像機(jī)獲取2-10路視頻圖像計(jì)算機(jī)啟動(dòng)一套圖像源視頻編碼程序，根據(jù)預(yù)設(shè)的投影儀參數(shù)，大屏幕顯示終端參數(shù)，用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)數(shù)目和讀入的2-10路同步視頻的各自第一幀，編碼并輸出合成后的第一幀圖像；接著讀入下一幀編碼并輸出合成后的第二幀圖像，如此循環(huán)，完成對(duì)2-10路同步視頻的編碼，輸出編碼后的一路視頻；④計(jì)算機(jī)啟動(dòng)一套立體圖像拼接程序，實(shí)現(xiàn)大屏幕立體投影。
上述的投影儀校準(zhǔn)程序步驟如下①將2-8臺(tái)投影儀安裝后，對(duì)每臺(tái)分別進(jìn)行幾何校正a)在大屏幕顯示終端的位置處放置校準(zhǔn)板，板上繪有位置已知的四個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，用攝像機(jī)獲取圖像；b)提取用于校準(zhǔn)的攝像機(jī)成像面上四個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)，求解出攝像機(jī)空間到投影幕空間的變換矩陣；c)撤去校準(zhǔn)板，2-8臺(tái)投影儀依次投射棋盤模式校正圖像到大屏幕顯示終端上；d)用定位后的用于校準(zhǔn)的攝像機(jī)獲取圖像，抽取圖像中的特征點(diǎn)，求得每個(gè)投影儀空間到攝像機(jī)空間的變換矩陣；e)得出每個(gè)投影儀空間到投影幕空間變換矩陣，進(jìn)行幾何校正；②2-8臺(tái)投影儀幾何校正后，分別投射投影儀校準(zhǔn)圖像，校準(zhǔn)投影儀的相對(duì)位置，進(jìn)行機(jī)械校準(zhǔn)。
上述的圖像源視頻編碼程序步驟如下①讀取1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)采集的2-10路同步視頻各自的第一幀圖像。②計(jì)算大屏幕顯示終端的條狀光柵柵距。③對(duì)讀入的2-10幅圖像進(jìn)行編碼，合成為一幅圖像a)計(jì)算出使2-8臺(tái)投影儀投射在大屏幕顯示終端上的條狀圖紋圖像組能與大屏幕顯示終端柵距相匹配的條狀圖紋寬度，b)將讀取的2-10幅圖像分別分割成a)步驟中計(jì)算所得寬度的條狀圖紋，c)對(duì)獲取的所有條狀圖紋重新排列成一個(gè)個(gè)條狀圖紋圖像組，再由這些圖像組組成新的圖像，即編碼后的合成圖像。④使用雙線性插值對(duì)獲取的合成圖像進(jìn)行處理，得最終的輸出圖像；⑤讀取下一幀圖像，重復(fù)步驟上兩步，獲得最終合成的一路視頻。
上述的立體圖像拼接程序具有如下步驟①對(duì)2-8臺(tái)投影儀進(jìn)行顏色校正處理a)2-8臺(tái)投影儀依次投射帶顏色的棋盤模式校正圖像到大屏幕顯示終端上，b)抽取模式中顏色方塊的投影顏色值，分別計(jì)算每臺(tái)投影顏色和標(biāo)準(zhǔn)顏色的對(duì)應(yīng)性；c)計(jì)算亮度混合中的權(quán)重，進(jìn)行亮度邊緣融合。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)1.無需使用頭盔眼鏡等輔助觀察設(shè)備。設(shè)計(jì)考慮了人的生理特征及觀看舒適度，具有輔助式立體顯示的效果，卻能夠像觀看電視電影一樣的輕松觀看三維立體圖像。
2.實(shí)時(shí)顯示。無需清楚計(jì)算場景中各物體的具體信息，避免了圖像匹配等復(fù)雜的圖像處理步驟，擺脫多數(shù)三維顯示方式中巨大的數(shù)據(jù)計(jì)算量，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維立體顯示。
3.對(duì)使用環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。立體顯示過程中無需分割提取場景中各物體，更無需本別計(jì)算其三維信息。因此，即使再復(fù)雜的場景，本發(fā)明的處理過程不會(huì)產(chǎn)生更多的復(fù)雜度，顯示結(jié)果也不會(huì)受其影響。使用于任何場景的實(shí)時(shí)三維立體顯示。
系統(tǒng)設(shè)備簡單，校準(zhǔn)過程簡便精確。本系統(tǒng)只需在安裝之初校準(zhǔn)一次投影儀即可，攝像機(jī)無需標(biāo)定等復(fù)雜程序，校準(zhǔn)板使用的是成本較低而且便于攜帶的平面型模版。計(jì)算機(jī)內(nèi)的自適應(yīng)拼接校準(zhǔn)程序可自動(dòng)完成模版特征點(diǎn)的高精度提取及矩陣求解等全部計(jì)算工作，無需人工介入。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1示例使用的校準(zhǔn)模板及校準(zhǔn)方法示意圖。
圖3是圖1示例使用的拼接校準(zhǔn)投影圖。
圖4是三維投影成像原理圖。
圖5是圖1示例的投影儀校準(zhǔn)程序的流程圖。
圖6是圖1示例的圖像源編碼程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例結(jié)合

如下參見圖1，本自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)，由1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)(1)，一臺(tái)用于校準(zhǔn)的彩色CCD攝像機(jī)(5)，2-8臺(tái)投影儀(2)，一臺(tái)大屏幕顯示終端(3)，一塊校準(zhǔn)板(6)，一臺(tái)裝配有多通道同步圖像采集卡以及多路輸出顯卡的計(jì)算機(jī)(4)組成，校準(zhǔn)板用于投影儀(2)的校準(zhǔn)。其中，計(jì)算機(jī)(4)通過圖像采集卡與攝像機(jī)(1)連接并通過多路輸出顯示卡與投影儀(2)連接，計(jì)算機(jī)(4)內(nèi)有一套圖像源視頻編碼程序，一套投影儀校準(zhǔn)程序和一套立體圖像拼接程序。
本三維多投影顯示方法通過上述自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)實(shí)施，其步驟如下使用前，將所述1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)(1)以平行配置方式固定于同一水平高度，并會(huì)聚于同一平面。安裝位置需確保相鄰攝像機(jī)(1)間隔約為人眼雙目距65mm，攝像機(jī)光軸互相平行，見圖1。
安裝完1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)(1)后，對(duì)投影儀(2)進(jìn)行校準(zhǔn)。
參見圖2投影儀校準(zhǔn)步驟如下，參見圖5第一部分，將2-8臺(tái)投影儀(2)安裝后，對(duì)每臺(tái)分別進(jìn)行幾何校正第一步求出攝像機(jī)空間與投影幕空間的轉(zhuǎn)換。攝像機(jī)的位置未知；投影幕是平面的；攝像機(jī)空間到投影幕空間的變換是一個(gè)透視變換。
根據(jù)以上假設(shè)，可以用下面的公式表示攝像機(jī)空間內(nèi)的一點(diǎn)(xcameta，ycmera)到投影幕上的一個(gè)點(diǎn)(xdisplay，ydisplay)之間的變換關(guān)系C=c1,1c1,2c1,3c2,1c2,2c2,3c3,1c3,2c3,3]]>
xdisplay*wydisplay*ww=Cxcameraycamera1]]>在大屏幕顯示終端(3)的位置處放置校準(zhǔn)板(6)，板上繪有位置已知的四個(gè)標(biāo)志點(diǎn)。用攝像機(jī)獲取圖像，提取攝像機(jī)(5)成像面上四個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)，把這四個(gè)標(biāo)志點(diǎn)在投影幕空間的坐標(biāo)和它們?cè)跀z像機(jī)空間的對(duì)應(yīng)象素坐標(biāo)代入上面的方程就可以求解出攝像機(jī)空間到投影幕空間的變換矩陣C。
第二步求出每個(gè)投影儀空間到攝像機(jī)空間的變換。撤去校準(zhǔn)板(6)，2-8臺(tái)投影儀(2)依次投射棋盤模式校正圖像到大屏幕顯示終端(3)上，用定位后的攝像機(jī)(5)獲取圖像，抽取圖像中的特征點(diǎn)，求得每個(gè)投影儀空間到攝像機(jī)空間的變換矩陣Pi。
Pi=pi1,1pi1,2pi1,3pi2,1pi2,2pi2,3pi3,1pi3,2pi3,3]]>xcamera*Sycamera*SS=Pixprojectoryprojector1]]>Di＝CPiDi即是投影儀空間到投影幕空間的變換矩陣。因此只要知道投影儀的一個(gè)象素的位置，右乘Di，就可以算出它在投影幕上的位置。將上述過程反過來，根據(jù)一個(gè)象素期望出現(xiàn)在投影幕上的位置，來確定它在投影機(jī)空間中相應(yīng)的位置。具體的實(shí)現(xiàn)是將要顯示的圖像作為紋理貼到一個(gè)根據(jù)上述所求矩陣生成的網(wǎng)格上。
第二部分對(duì)2-8臺(tái)投影儀(2)幾何校正后，分別投射拼接校準(zhǔn)圖像進(jìn)行機(jī)械校準(zhǔn)。參見圖3。2-8臺(tái)投影分別投射如圖所示的校準(zhǔn)圖像。每幅圖像都是以單象素為寬度的條紋圖像，條紋縱橫相間。微調(diào)投影儀的位置，使2-8幅圖像的拼接處呈現(xiàn)全黑色圖像，即完成投影儀的機(jī)械校準(zhǔn)。
投影儀校準(zhǔn)完成后，進(jìn)行圖像源視頻編碼工作，通過攝像機(jī)(1)采集八路視頻圖像。
三維投影成像原理如圖4所示，在人眼三維成像視覺模型中，用1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)(1)代替人眼，獲取物體(xw，yw，zw)在αi方向的平面映像αi(ξ，η)。經(jīng)編碼處理后，將單幅圖像分割，可表示為 最終合成圖像是多幅平面映射像αi(ξ，η)的組合，其表達(dá)式為 受柱透鏡板作用，每個(gè)小柱透鏡又將(ξ，η)中的位于該處的 進(jìn)行分解。整個(gè)柱透鏡板把每個(gè)柱透鏡元對(duì)應(yīng)的非常細(xì)小的光束所攜帶的信息組合起來，沿原方向映射，在兩視網(wǎng)膜上分別成像φL(xL，yL)，φR(xR，yR)，經(jīng)中樞神經(jīng)作用，形成對(duì)應(yīng)的立體像。通過雙目移動(dòng)，獲取不同光束所攜帶的信息，從而得到信息量極為豐富的三維空間圖像。
圖像源視頻編碼抽樣程序步驟為，參見圖6第一步，先計(jì)算柱透鏡光柵板柵距D，光柵柵距正好為調(diào)整好后投射在顯示終端(3)上的一個(gè)像素寬度的整數(shù)N倍。N應(yīng)為用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)(1)臺(tái)數(shù)的整數(shù)倍。由此可算出，攝像機(jī)(1)獲取的圖像被割成的條狀圖紋的寬度d。
第二步，讀取1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)(1)采集的八路同步視頻各自的第一幀圖像；將讀取的八幅圖像分別分割成寬度為d的條狀圖紋，對(duì)獲取的所有條狀圖紋重新排列成一個(gè)個(gè)條狀圖紋圖像組，再由這些圖像組組成新的圖像，即編碼后的合成圖像。
第三步，使用雙線性插值法對(duì)獲取的合成圖像進(jìn)行重新采樣壓縮。(p′，q′)表示插值生成點(diǎn)，(p，q)，(p，q+1)，(p+1，q)，(p+1，q+1)為其鄰點(diǎn)。F(x，y)表示各點(diǎn)的灰度，則插值生成點(diǎn)的灰度為F(p′，q′)＝F(p，q)R(-a)R(b)+F(p，q+1)R(-a)R[-(1-b)]+F(p+1，q)R(1-a)R(b)+F(p+1，q+1)R(1-a)R[-(1-b)]R(x)是插值函數(shù)。
R(x)=x+1-1≤x≤01-x0≤x≤1]]>權(quán)值系數(shù)a和b分別是(p′，q′)點(diǎn)到(p，q)點(diǎn)在x軸和y軸方向上的距離。
得最終的輸出圖像；讀取下一幀圖像，重復(fù)這一步，獲得最終合成的一路視頻。
計(jì)算機(jī)(4)啟動(dòng)立體圖像拼接程序，將相鄰的圖像部分重疊，使顏色平滑地從一邊過渡到另一邊，進(jìn)行邊緣融合。
賦給重疊區(qū)每個(gè)象素的亮度一個(gè)權(quán)值，并使同一位置的權(quán)值和為1。所有投影儀的RGB三基色的色度是相同的。對(duì)于紅色來說就是將RGB顏色(r，0，0)轉(zhuǎn)變到CIE XYZ空間時(shí)，只有Y值不同，x、y是相同的。
投影儀的亮度計(jì)算如下公式L(r，g，b)＝L(r，0，0)+L(0，g，0)+L(0，0，b)其中L(r，g，b)是對(duì)輸入RGB值為(r，g，b)時(shí)，投影儀的輸出亮度(CIE Y)對(duì)于重疊去內(nèi)的某一象素P(d，w)，d為P到重疊去邊緣的距離，w為重疊區(qū)的寬度，使用兩度限性差值。
左邊圖像P點(diǎn)處的Alpha值αl＝(d/w)1/r右邊圖像P點(diǎn)處的Alpha值αr＝(1-d/w)1/gP點(diǎn)處兩個(gè)圖像的亮度相加k(cαl255)r+k(cαr255)r=(c(d/w)1/r255)r+k(c(1-d/w)1/r255)r]]>相加后的亮度正好等于不重疊時(shí)的亮度。
權(quán)利要求
1.一種自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)，由1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)(1)、一臺(tái)用于校準(zhǔn)的彩色CCD攝像機(jī)(5)、2-8臺(tái)投影儀(2)、一臺(tái)大屏幕顯示終端(3)、一塊校準(zhǔn)板(6)和一臺(tái)裝配有多通道同步圖像采集卡以及多路輸出顯卡的計(jì)算機(jī)(4)組成，計(jì)算機(jī)(4)通過圖像采集卡與攝像機(jī)(1)連接并通過顯示卡與投影儀(2)連接，其特征在于1)所述1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)(1)以平行配置方式固定于同一水平高度，并會(huì)聚于同一平面，安裝位置需確保相鄰攝像機(jī)(1)間隔約為人眼雙目距65mm，攝像機(jī)光軸互相平行；2)所述的一塊校準(zhǔn)板(6)和一臺(tái)用于校準(zhǔn)的彩色CCD攝像機(jī)(5)用于對(duì)所述的2-8臺(tái)投影儀(2)進(jìn)行校準(zhǔn)；3)所述的1-5對(duì)彩色CCD攝像機(jī)(1)通過計(jì)算機(jī)(4)上配置的多通道同步圖像采集卡，將2-10路視頻信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)(4)，經(jīng)圖像源視頻編碼成為一路視頻；將視頻分割后用2-8臺(tái)投影儀(2)投射至顯示終端(3)，拼接融合成大屏幕的顯示圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)，其特征在于所述的大屏幕顯示終端(3)為柱透鏡光柵板，在板的平面處覆有一層漫反射層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)，其特征在于所述2-8臺(tái)投影儀(2)成方陣排列位于大屏幕顯示終端(3)后方，成背投方式，觀察者立于顯示終端(3)前方觀看。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)，其特征在于所述的校準(zhǔn)板(6)為一塊平整的白板上繪有四個(gè)位置已知的標(biāo)志點(diǎn)，校準(zhǔn)時(shí)將其置于大屏幕顯示終端(3)的位置處。
5.一種自由多視點(diǎn)多投影三維顯示方法，采用權(quán)利要求1所述的自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)進(jìn)行三維圖像顯示，其特征在于具體工作步驟為①1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)(1)定位安裝后，使對(duì)焦于場景的同一平面；②2-8臺(tái)投影儀(2)和大屏幕顯示終端(3)定位安裝后，在大屏幕顯示終端(3)位置處放置校準(zhǔn)板(6)；計(jì)算機(jī)(4)啟動(dòng)一套投影儀校準(zhǔn)程序，校準(zhǔn)投影儀(2)；撤去校準(zhǔn)板(6)，放上大屏幕顯示終端(3)，投射投影儀(2)的拼接校準(zhǔn)圖像，機(jī)械校準(zhǔn)投影儀(2)與大屏幕顯示終端(3)的相對(duì)位置。③獲取2-10路視頻圖像計(jì)算機(jī)(4)啟動(dòng)一套圖像源視頻編碼程序，根據(jù)預(yù)設(shè)的投影儀(2)參數(shù)，大屏幕顯示終端(3)參數(shù)，攝像機(jī)(1)數(shù)目和讀入的2-10路同步視頻的各自第一幀，編碼并輸出合成后的第一幀圖像；接著讀入下一幀編碼并輸出合成后的第二幀圖像，如此循環(huán)，完成對(duì)2-10路同步視頻的編碼，輸出編碼后的一路視頻。④計(jì)算機(jī)(4)啟動(dòng)一套立體圖像拼接程序，實(shí)現(xiàn)大屏幕立體投影。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自由多視點(diǎn)多投影三維顯示方法，其特征在于所述的投影儀校準(zhǔn)程序步驟如下①將2-8臺(tái)投影儀(2)安裝后，對(duì)每臺(tái)分別進(jìn)行幾何校正a)在大屏幕顯示終端(3)的位置處放置校準(zhǔn)板(6)，板上繪有位置已知的四個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，用攝像機(jī)獲取圖像；b)提取用于校準(zhǔn)的攝像機(jī)(5)成像面上四個(gè)標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)，求解出攝像機(jī)空間到投影幕空間的變換矩陣；c)撤去校準(zhǔn)板(6)，2-8臺(tái)投影儀(2)依次投射棋盤模式校正圖像到大屏幕顯示終端(3)上；d)用定位后的用于校準(zhǔn)的攝像機(jī)(5)獲取圖像，抽取圖像中的特征點(diǎn)，求得每個(gè)投影儀空間到攝像機(jī)空間的變換矩陣；e)得出每個(gè)投影儀空間到投影幕空間變換矩陣，進(jìn)行幾何校正；②2-8臺(tái)投影儀(2)幾何校正后，分別投射投影儀校準(zhǔn)圖像，校準(zhǔn)投影儀(2)的相對(duì)位置，進(jìn)行機(jī)械校準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自由多視點(diǎn)多投影三維顯示方法，其特征在于所述的圖像源視頻編碼程序步驟如下①讀取1-5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)(1)采集的2-10路同步視頻各自的第一幀圖像；②計(jì)算大屏幕顯示終端(3)的條狀光柵柵距；③對(duì)讀入的2-10幅圖像進(jìn)行編碼，合成為一幅圖像a)計(jì)算出使2-8臺(tái)投影儀(2)投射在大屏幕顯示終端(3)上的條狀圖紋圖像組能與大屏幕顯示終端(3)柵距相匹配的條狀圖紋寬度，b)將讀取的2-10幅圖像分別分割成a)步驟中計(jì)算所得寬度的條狀圖紋，c)對(duì)獲取的所有條狀圖紋重新排列成一個(gè)個(gè)條狀圖紋圖像組，再由這些圖像組組成新的圖像，即編碼后的合成圖像；④使用雙線性插值對(duì)獲取的合成圖像進(jìn)行處理，得最終的輸出圖像；⑤讀取下一幀圖像，重復(fù)步驟③～④，獲得最終合成的一路視頻。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自由多視點(diǎn)多投影三維顯示方法，其特征在于所述的立體圖像拼接程序步驟如下①對(duì)2-8臺(tái)投影儀(2)進(jìn)行顏色校正處理a)2-8臺(tái)投影儀(2)依次投射帶顏色的棋盤模式校正圖像到大屏幕顯示終端(3)上；b)抽取模式中顏色方塊的投影顏色值，分別計(jì)算每臺(tái)投影顏色和標(biāo)準(zhǔn)顏色的對(duì)應(yīng)性；②計(jì)算亮度混合中的權(quán)重，進(jìn)行亮度邊緣融合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)和方法。本自由多視點(diǎn)多投影三維顯示系統(tǒng)由1－5對(duì)用于攝像的彩色CCD攝像機(jī)、一臺(tái)用于校準(zhǔn)的彩色CCD攝像機(jī)、2－8臺(tái)投影儀、一臺(tái)大屏幕顯示終端、一塊校準(zhǔn)板和一臺(tái)裝配有多通道同步圖像采集卡以及多路輸出顯卡的計(jì)算機(jī)組成，計(jì)算機(jī)通過圖像采集卡與攝像機(jī)連接并通過顯示卡與投影儀連接。三維多投影顯示方法包括圖像源視頻編碼，投影儀校準(zhǔn)，立體圖像拼接等步驟。本發(fā)明的三維多投影顯示系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)大屏幕，逼真的三維多投影顯示。
文檔編號(hào)G06F3/00GK1949166SQ20061011817
公開日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者張之江, 費(fèi)潔瑩, 于瀛潔, 馬赫, 張兆晨, 畢家瑜 申請(qǐng)人:上海大學(xué)