基于投影仪-相机系统的多投影颜色校正技术

为了消除多投影大屏幕显示系统的颜色差异对虚拟现实系统仿真环境沉浸感和真实感的影响,提出了一种基于投影仪-相机系统的颜色校正优化方法,综合考虑校正系统中相机和投影仪的非线性影响。针对以往算法中忽略相机影响的问题,提出基于Pedro图像分割的高动态范围图像合成优化算法,引入新的权重函数,建立相机输入输出像素映射关系;结合相机的非线性响应关系,利用YUV与RGB色彩空间的转换模型结合函数逼近的方法对投影仪亮度和色度同时校正,生成投影仪颜色查找表,并利用着色语言实现颜色校正的GPU渲染。最后以三通道环形多投影屏幕为实验平台验证本算法的有效性。

基于结构光的三维成像技术

就结构光三维成像的基本原理展开讨论,就投影图案的不同对结构光三维成像技术进行分类,对于每一类中选取其中具有代表性的几种方法进行描述,并给出三维成像技术的性能评价指标,对不同方法进行比较。介于定标精度对最终重建精度有着决定性的意义,我们对基于结构光三维成像系统的定标方法也作了简单介绍。

基于视觉的投影-摄像机指尖触控系统

文章提出了一种基于视觉的投影交互方法,通过判断用户手指与其在屏幕上投射阴影的融合程度来检测投影屏幕上是否有触控事件发生。为提升系统的鲁棒性,在检测阶段,将手指与其阴影同时从相机图像中分割出来,进而采用一种线性模型判断方法来判定手指与其阴影的融合程度,如果判定触碰事件发生,则通过指尖位置检测来判断触控的具体位置。该方法不需要用户使用任何辅助工具,即可用手指在投影屏幕上直接与显示画面实现交互操作。

一种基于颜色结构光的投影仪摄像头触摸板人机交互系统

本文提出了一种只用投影仪和单摄像头搭建的投影触摸板人机交互系统.本人机交互系统是利用投影仪摄像头系统对手指的运动进行捕捉,可以使任何平面变成触摸板.本文分析了系统测量三维坐标的误差,通过优化标定提高了测量精度.为了解决手指触碰的高度和位置的精准度问题,基于建立的手指模型利用颜色结构光来实时获取手指三维信息和寻找触碰点,并且利用卡尔曼滤波优化手指触碰后手指的运动轨迹,提高了手指触碰的精度在2mm以下99%准确率,触碰后的位置精度达到1个像素点,利用投影仪-摄像头系统实现了触摸板的功能和应用.

一种投影仪-摄像机系统的简易高精度标定方法

提出了一种投影仪-摄像机系统的简易高精度标定方法.系统标定的难点在于如何精确地建立投影仪和标定板平面之间的坐标对应关系.为了消除标定板图案对投影图案的干扰,提出了一种自适应的两步图案生成以及投影方法来建立坐标对应关系,提高了坐标对应关系的精度.该方法操作方便、简单,仅仅需要一个摄像机标定中常用的棋盘格标定板即可实现高精度标定,并不需要任何其他高精度设备.实验结果显示标定的最大重投影误差为0.554 2像素,均方根重投影误差为0.181 0像素.

一种基于空间编码结构光的稠密三维重建算法

基于结构光的三维重建技术具有准确度高、速度快、鲁棒性好等优点,被广泛应用于生物医疗、文物修复等领域,具有重要的理论意义和研究价值。随着科技迅速发展,高速运动目标的非接触检测和测量的需求逐渐增加,对特征少、速度快的目标三维重建成为解决问题的关键。相比于时间编码,空间编码仅需拍摄单幅编码图案,更适用于运动目标的三维重建。因此,基于空间编码结构光提出了一种稠密三维重建方法。首先,针对彩色条纹结构光受物体颜色影响的问题,设计一种单色正弦条纹加伪随机点的结构光编码模式,通过伪随机点识别条纹,降低目标物体的颜色干扰;其次,针对传统条纹方法得到的点云空间分辨率低的问题,提出一种基于局部相位匹配的稠密三维重建方法,通过获取相邻条纹间的像素相位信息进行像素匹配,提高点云空间分辨率。同时,该方法仅需要一个图像对来进行解码,且不需要对投影仪进行标定和颜色校正,可提高三维重建速度。实验结果表明了该算法的可行性和有效性。

投影相机建模系统的自标定方法

自标定方法可以得到相机系统的内部参数和/或外部参数,而不对场景结构作假设或作很少假设。本文提出一种新的自标定方法,用于投影相机建模系统。一个关键点在于投影仪既可以作为主动光源使用,也可以当做一个虚拟相机使用。首先,使用结构光方法从不同角度投影并拍摄一组图像。然后,通过将空间约束关系转换为内参约束,完成对系统的自标定。最后,利用估计的参数进行3D建模。实验结果验证了本文方法的可行性。

基于投影机-摄像机结构的光照补偿技术综述

随着投影机性能的不断提升以及计算机图形图像技术的不断发展,投影技术被应用到各种场合中,越来越多的日常表面被用作投影表面.通过适当的补偿技术,投影系统可以在几何结构不规则、反射条件不理想的表面上投射出接近于目标图像的画面.文中综述了近年来出现的基于投影机-摄像机结构的光照补偿技术.基于颜色混合矩阵的补偿技术使用少量的校正图案即可计算出系统的光照及反射信息,对于反射情况相对简单的应用可以进行高效的补偿,使系统实时稳定地输出几何、颜色无偏差的目标图像;在此基础上,使用同轴投影机-摄像机结构或者内嵌编码图像的方法进一步缩短标定所需时间,使得光照补偿技术可以扩展到移动投影系统的应用中.基于对目标图像预处理的相关优化技术可以在保证光照补偿精度的同时最大化地利用投影机的能量,尽可能扩大系统的动态范围.基于光线传输矩阵的补偿技术考虑了投影机-摄像机结构中的所有光照效应,采用相关的优化算法可以快速求取出系统光线传输矩阵的广义逆矩阵,以实时计算补偿图像;在此基础上,使用多通道投影系统可以有效地增加系统的分辨率,提高系统的动态范围,使得光照补偿技术可以应用到更多反射条件不理想的表面上.

面向投影—摄像交互环境下的多点手势识别系统

针对投影—摄像人机交互系统中手势指令描述困难、手势辨识度难以提高、多点手势交互实现困难的问题,将多点手势分解为2个或者2个以上的元手势的组合,它们之间满足一定的空间位置关系和时序逻辑;将经典的曲线形状描述方法Freeman链码应用于手势描述系统,采用该方法可以使手势描述满足形状不变性、唯一性和鲁棒性的特点;并结合改进的Hausdorff距离建立手势识别系统,在距离变换空间内,对交互人手势与事先建立的模板库进行匹配识别。实验结果表明,采用以上方法搭建的交互系统对手势具有较高的识别率,有很强的实用价值。

面向各向异性投影幕亮度一致性校正方法的研究

为了解决多投影机拼接融合显示系统中亮度分布不均匀及不同视角下的亮度差异问题,提出了一种多视角投影-摄像机系统的非线性最优化颜色校正方法,通过在多个位置放置摄像机进行多角度的观察,并对所有观察结果进行统一的优化处理,实现在各个方向上都能够满足要求的亮度调整方案。针对重叠区域高亮现象及重叠方向和形状的任意性问题,采用双三角函数法计算得到投影机的衰减矩阵,实现亮度融合。以双通道投影系统为实验平台验证了算法的可行性和有效性。

Design of Authoring Tool for Static and Dynamic Projection Mapping

This study introduces the design details of a tool to create interactive projection-mapping content in a convenient manner.For the proposed tool design,a homography-based camera–projector calibration method was applied with the use of red–green–blue-depth images from a Kinect V2 sensor that did not require accurate camera calibration prerequisites.In addition,the proposed tool simultaneously achieved static projection mapping that projected the image content onto a fixed object,and dynamic projection mapping that projected the image content onto a user’s body,by tracing the moving user.To verify the effectiveness of the proposed content-creation tool,users with no programming capabilities were employed to create contents that were projected onto various objects in fixed positions and a user’s body in various poses,thereby analyzing the tool’s completeness.Moreover,the projection accuracy was analyzed at different depth positions,and the projection-mapping accuracy was verified with the use of the proposed method.

相机投影仪结构光三维扫描系统标定

单相机投影仪组成的结构光三维测量系统,需要将投影仪看作反向相机与相机构成主动双目立体视觉系统,针对反向相机——投影仪的标定。本文提出相机投影仪结构光三维扫描系统标定,标定靶标为原点阵列,投影仪投射棋盘格图像到作为幕布的靶标上,相机获取靶标上的棋盘格和圆点阵列图像,由靶标圆点三维坐标和图像上提取的圆点图像坐标对相机进行标定。对图像进行校正,由校正后的圆点图像二维坐标和靶标三维圆点坐标建立平面投影映射,根据映射关系,确定靶标上棋盘格角点的三维坐标。置靶标与不同姿态位置,获取多组靶标上棋盘格角点的三维坐标,投影仪投射的棋盘格图像为已知,由此构成投影仪靶标所需三维点集合和二维点集合,采用相机的标定法对投影仪进行标定。该方法首先对相机进行标定,将校正后的图像用于投影仪标定,消除了相机畸变对投影仪标定的影响。减少了投影仪与相机的联合误差。

基于投影补偿网络的图像增强方法研究

在投影系统中,常常伴随着复杂的物理杂散光效应,从而使投影图像质量受到严重影响。互反射补偿就是为了消除这些杂散光的影响。通过改变输入图像,使投影出的图像和原图一致。这是解决投影图像退化的一个重要但常常被忽视的问题。传统的方法通常通过计算矩阵求逆来解决这个问题。本文首先设计一个深度卷积神经网络,即投影补偿网络(PCN)来学习求逆的过程。PCN由一系列卷积层提取图像特征。此外,在VGG网络上计算特征图的损失来提高感知质量。然后建立一个沉浸式多投影相机显示系统,并在这个系统上开展实验。最后通过图像质量评价指标证明所提出方法的有效性。

基于畸变规律的三维结构光测量系统标定

标定是结构光三维立体视觉测量系统中的关键一步,标定的准确性对测量系统至关重要。基于镜头的畸变规律,提出了一种新型的系统标定方法,即以光轴为中心分隔同心圆环,形成多个子标定区域,通过反向投影标定法一一进行标定。此法充分考虑到了大视场和透镜光学单元畸变不一的影响,提高了局部和全局标定精度。实验结果表明,在扩大视场约为1050mm×750mm时,分为两区域的投影仪标定精度提高了72.8%,系统测量精度达到28.9μm,展示了对畸变更好的处理效果。该方法不依赖任何特殊的标定设备,操作简单,准确易行,可同时满足大视场和高精度的测量要求,并增强了系统实时性。

一种基于结构光的牙齿三维测量系统

提出了一种基于结构光的牙齿三维轮廓测量系统。该系统由电荷耦合器件(CCD)相机和数字光处理(DLP)4500投影模块组成。采用格雷码与相移法结合的投影方法。基于张正友标定法提出一种快速、精确的相机与投影仪联合标定的方法。在系统标定的基础上进行牙模扫描实验,得到了牙模三维点云轮廓。实验结果表明,该系统能够对牙模进行精确的三维测量,为其以后在牙科领域的应用奠定基础。

一种投影仪相机系统几何配准的鲁棒算法

目前投影屏的反射及几何特性决定了投影仪投影图像的显示效果。为解除投影仪对标准屏幕的依赖性,借助数码相机可构成反馈系统对显示表面的缺陷进行辐射度补偿和图像校正,而其前提即是建立投影图像面与相机图像面像素之间的配准关系。为实现这一目的提出了一种能实现投影仪相机系统几何配准方法的鲁棒算法。通过设计黑白二色编码图像、显示采集编码图像的方式并对捕获图像进行二值化以及形态学处理以定位和识别采样色块,建立几何配准函数关系。该算法在平面、曲面以及无图案与有图案等各种显示表面的投影场景中得以验证,其平均配准误差稳定在0.2～1.0个像素单位,且不依赖于色块的数量而变化,并能在10s内完成整个配准关系的建立。实验表明该方法能在适用范围以及精度和效率等方面满足相机反馈式投影仪像面配准的应用需求。

投影显示亮度均匀性稳健校正方法

随着投影仪的发展,其显示质量越来越受到人们关注。投影显示中普遍存在亮度不均匀性问题,且大部分高灰度图像在亮度校正后易出现饱和。而一般的剪切法会极大地降低像面均匀性。为解决这个问题,基于投影仪相机系统建立系统光度学模型,在传统线性映射方法的基础上提出了一种亮度不均匀性校正的非线性稳定算法。实验表明,采用的投影仪在校正前其图像显示亮度从中心到边缘下降了近50%,像面不均匀性的相对均方根误差(RRMS)为17.7%;而饱和图像校正后像面的RRMS为1.69%,几乎达到了与未饱和图像(1.55%)相同的校正精度,同时基本保持了显示图像的平均亮度水平。