基于照相机技术的多重投影大尺度显示系统中的颜色校正

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近些年来,随着计算机的计算能力和存储能力的飞速发展,科学计算的规模越来越大,在气象、生物技术、油藏模拟、核技术等领域,用于计算的网格已达到百万、千万乃至数十亿。而与计算和存储的飞速发展相比,计算机显示尺度的发展相对滞后。如何能够快速、准确的显示海量数据已成为一个迫需解决的问题。目前广泛使用的大屏幕显示系统或者采用大的屏幕显示墙,或者采用高性能的投影仪,成本十分昂贵,难以普及。基于照相机的多重投影显示技术就是解决上述问题的良好途径。 除了在科学计算可视化这方面的应用以外,大尺度显示作为一种“半沉浸式”的虚拟环境,在虚拟现实、军事仿真、视频会议、工业设计、公共场合演示等方面也有着广泛的应用。 多投影仪拼接大屏幕显示系统的研究,在国外非常活跃。与此相关研究主要分为几何校正、颜色校正、亮度混合等。由于多投影仪阵列排列的随意性,所以要进行几何校正;由于多投影仪之间,尤其是不同类型投影仪之间颜色的差异,为了获得最后拼接图像颜色的一致性,所以要对投影仪进行颜色校正;由于投影的重叠区域亮度特别高,所以要进行亮度混合,从而获得无缝拼接。 著名的大屏幕显示系统,象Princeton大学的DisplayWall、Minnesota大学的PowerWall、AT&T实验室的InfoWall等。需要对投影仪阵列精确排列,而且占用区大的建筑空间,安装和操作这样的大屏幕显示系统成本仍然十分昂贵。 三菱公司的Raskar等人提出的低成本多投影仪拼接系统,采用一个摄像头,大大降低了拼接的成本,并且具有较大的灵活性。但是,没有对投影仪进行颜色校正,没有考虑摄像头几何曲解模型的参数,这些使多重投影仪拼接系统可以很好的改善。另外,目前被广泛采用的颜色校正的方法大多使用昂贵的硬件设施,这使得多投影仪拼接系统的成本大大增加。本文将在国内外这些研究基础之上,提出一种在多重投影大尺度无缝拼接系统中进行颜色校正的新方法: 利用3次B样条拟合的方法,对投影仪的颜色空间进行拟合。首先,以部分颜色值作为采样像素值,让投影仪分别投射这些颜色;然后,利用照相机捕捉投影仪对这些颜色的响应,从而利用样条拟合的方法得到投影仪对所有颜色的响应;最后,以其中一台投影仪的响应为基准,构造一个补偿映射,在其他投影仪投射图像之前,对其作用补偿映射,使其他投影仪对颜色的响应与基准投影仪相同,完成颜色校正。 本文的颜色校正的方法完全不同于目前广泛采用的颜色校正的方法。利用样条函数拟合的性质,可以减少采样点的数目,从而减少计算的复杂度,使得颜色校正的预处理阶段更加节省时间。并且,避免了颜色归一化方法中的gamma函数求解过程,减少了工作量。另外,本文所采用的方法利用照相机作为监视工具,大大降低了颜色校正的成本,同时,也给出了解决该问题的一种全新思路。
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