一種基于3d建模和位置查表技術的圖像非線性幾何校正方法
【專利摘要】一種基于3D建模和位置查找表技術的圖像非線性幾何校正方法通過顯示分辨率個數的小矩形塊對曲面幕布進行三維建模，小矩形塊的顏色由其位置標識信息填充。以投影儀為視點進行透視投影變換，視面緩沖數據將直接反映出圖像像素點位置變化情況。將圖像像素位置變化關系轉為像素數據偏移地址查找表，根據查找表偏移值從原始圖像依次讀取像素數據，即生成所需的幾何校正圖像。該方法精度高，能夠實現像素級圖像幾何校正，實際圖像校正過程中采用位置查找表技術，圖像校正速度快，能滿足實時系統(tǒng)的要求。
【專利說明】一種基于3D建模和位置查表技術的圖像非線性幾何校正方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像顯示領域的非線性幾何校正方法【技術領域】，特別是涉及一種曲面投影系統(tǒng)中的圖像幾何變換方法。
【背景技術】
[0002]現有的多投影機大屏幕拼接系統(tǒng)的投影幕通常為圓柱型或球型等曲面幕，由于普通投影儀只能適應平面幕墻的投影，如果畫面直接投影到曲面幕上，畫面將出現嚴重的變形，在柱形幕上會明顯上下“鼓”起來，球形幕上則會在上下左右四個方向“鼓”起來，畫面內部也都存在不均勻的情況，嚴重影響畫面質量和展示效果。因而在畫面投影前需要進行圖像幾何校正，抵消柱形幕或球形幕等曲面幕造成的幾何失真，使畫面能夠均勻無變形地展現在曲面幕上，保證畫面的質量和震撼的展示效果。
[0003]由于幕的參數和投影機位置參數都會影響到畫面不同位置的變形程度，畫面變形情況由復雜三維空間眾多位置關系共同確定，無法用直接的表達描述這種變形關系，而且圖像變形又是幾何非線性的，這給圖像校正帶來了很大的困難。在視頻播放系統(tǒng)中，需要對每幀圖像實時校正，這要求圖像的校正算法擁有很高的性能。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種以三維建模技術為基礎建立投影儀和幕墻的三維空間模型，結合投影透視變換技術，獲取圖像校正過程中每個象素位置的映射關系并生成圖像預變形的偏移地址查找表，實際圖像校正過程中通過查找表的方式快速實時實現圖像的非線性幾何校正。
[0005]一種基于3D建模和位置查表技術的圖像非線性幾何校正方法，其步驟如下:
(1)用足夠數量，通常是投影儀分辨率個數，且位置編號的小矩形對曲面幕布進行三維建模；
(2)通過透視投影變換獲取圖像幾何變形關系，并生成像素位置查找表；
(3)通過像素位置查找表依次從原圖選擇像素數據，生成校正圖像。
[0006]所述步驟(I)中的用足夠數量(通常是投影儀分辨率個數)的小矩形對曲面幕布進行建模，建模工具可以選用OpenGL或Direct3D等常用建模工具，采用常用的頂點坐標方式繪制小矩形，由這些小矩形共同“構成”曲面幕，小矩形的填充顏色為其位置標識值，設置投影儀位置為視點，投影區(qū)域和曲面幕相交的平面為視面完成三維建模。
[0007]所述步驟(2)中，通過透視投影變換后，在視面上將生成反映圖像位置變化關系的數據，將該位置變換關系轉換為像素數據偏移地址查找表。位置偏移查找表實際存放的是目標像素點在原始圖像數據中的偏移地址，如目標圖像第5行(起始行為O行)第10列(起始列為O列)的像素點對應原始圖像第3行第12列的像素點，則位置偏移值為:(每行像素數X 3+12) X每像素占字節(jié)數。如果圖像分辨率為1920 X 1080，每像素占4字節(jié)，則該像素點位置偏移值為(1920X3+12) X4=23088,也即從原始圖像起始地址向后偏移23088字節(jié)的像素為目標圖像第5行第10列的像素值。位置偏移查找表每個數據可以設置為4字節(jié)(無符號整形)，每個表項數據依順序表示每像素點在原始圖像的偏移地址。對于目標像素點在原始圖像中沒有對應像素點的情況(這時應該設置目標像素為全黑色)，可以定義一個特殊值來標識(如OxFFFF_FFFF)。
[0008]所述步驟(3)中，位置查找表依次存放校正圖像每個像素點在原始圖像中的偏移地址，逐個讀取該表中偏移地址指向的像素值，組成新的圖像即為校正后圖像，該圖像通過投影機進行投影，在曲面幕上將是均勻圖像，達到圖像非線性幾何校正的要求。
[0009]本發(fā)明的主要原理如下:用小矩形塊對弧幕進行三維建模，小矩形塊數量為投影儀分辨率，小矩形塊顏色值為其位置編號；設置投影儀為視點，沿投影方向作透視投影變換，視面上將出現弧幕小矩形塊的“成像”，由于弧幕小矩形塊的顏色值是位置坐標，因而視面的“成像”剛好反映了圖像的變形關系，根據這種變形關系生成圖像位置查找表；圖像位置查找表按照像素點順序存放各自像素點在校正前圖像數據中的地址偏移量，則根據查找表的偏移值逐個取原始圖像的像素數據，就生成校正后的圖像，該圖像投影到弧幕上將是均勻無變形的。
[0010]本發(fā)明一種基于3D建模和位置查表技術的圖像非線性幾何校正方法的優(yōu)點是:由于該方法是建立在三維建模技術上，校正精度非常高，能夠實現像素級校正，校正效果很好；又因為生成的校正參數在實際校正過程中轉化為位置查找表，通過查找位置關系表就能完成圖像的非線性校正，圖像校正速度快，能滿足高分辨率視頻實時校正的需求；另外，該方法只需要借助三維建模工具(如OpenGL)對投影幕的曲面用小方塊進行三維建模，以投影機位置為視點進行透視變換，便可獲取圖像預變形關系，由于柱面、球面、二次曲線面、樣條曲線面、貝塞爾曲線面等投影幕面非常容易通過上述三維建模工具進行建模，因而該方法適應性強，很容易適應各類不規(guī)則曲面投影幕。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是非線性幾何校正實現過程示意圖；
圖2-a是非線性幾何校正原理示意圖的原始圖像；
圖2-b是非線性幾何校正原理示意圖的非線性校正(預變形)；
圖2-c是非線性幾何校正原理示意圖的目標均勻圖像(柱幕)；
圖3是本發(fā)明流程示意圖；
圖4是本發(fā)明中小矩形塊編號方法及透視投影變換后小矩形塊位置的變化的示意圖。
[0012]【具體實施方式】:
根據圖1-圖4所示，一種基于3D建模和位置查表技術的圖像非線性幾何校正方法，包括三個步驟:
(1)基于三維建模技術用小矩形塊對曲面幕進行建模，小矩形塊數量為投影儀分辨率，并對每個小矩形塊根據位置順序依次編號，將各自的編號作為顏色值對小矩形進行顏色填充；
(2)以投影儀為視點，投影區(qū)域和曲面幕相交平面為視面進行透視投影變換，然后從視面緩沖區(qū)讀取透視變換數據，由于每個小矩形塊的顏色值是其位置編號，則視面數據直接反映了圖像像素點位置變化情況，即圖像幾何變形關系；
(3)根據圖像幾何變形關系生成圖像幾何校正查找表，查找表按順序依次存放目標像素在原始圖像數據中的偏移值，根據查找表偏移值從原始圖像依次讀取像素顏色，即生成所需的幾何校正圖像。
[0013]一種基于3D建模和位置查表技術的圖像非線性幾何校正方法，具體步驟如下:
(I)用投影儀分辨率個數且位置編號的小矩形對曲面幕進行三維建模
用投影儀分辨率個數的小矩形對曲面幕進行建模，小矩形的填充顏色為其位置標識值。如本發(fā)明的一個應用中，圖像像素數據為32位寬，曲面幕為圓柱面幕，則小方塊可依次
編號為0x8000_0000，0x8000_0004，0x8000_0008......其中最高位為I表示編號數據，步長
為4表示顏色值為32位。設置投影機位置為視點，投影區(qū)域和曲面幕相交的平面為視面進行三維建模。
[0014](2)通過透視投影變換獲取圖像幾何變形關系，并生成像素位置查找表
通過透視投影變換后，在視面上將生成反映圖像位置變化關系的數據，將該位置變換關系轉換為像素偏移地址查找表。如上面(I)步驟例子中，視面數據將由O和0χ80χχ_χχχχ組成，O表示無圖像數據,用純黑色代替，0χ80χχ_χχχχ中的0χ00χχ_χχχχ表示該像素在原圖像中的偏移地址。
[0015](3)通過像素位置查找表依次從原圖選擇像素數據，生成校正圖像
位置查找表逐個存放校正圖像每個像素點在原始圖像中的偏移地址，逐個讀取該表中偏移地址指向的像素值，組成新的圖像即為校正后的圖像。該圖像通過投影機進行投影，在曲面幕上將是均勻圖像，達到圖像非線性幾何校正的要求。如上面(I)和(2)步驟實例中，圖像位置查找表由O和0χ00χχ_χχχχ組成，如果是0，目標像素則設置為0χ0000_0000，如果是0χ00χχ_χχχχ,則從原始圖像數據中偏移地址為0χ00χχ_χχχχ的像素為該位置的像素數據。遍歷整個位置查找表，則生成完整的校正圖像。
【權利要求】
1.一種基于3D建模和位置查表技術的圖像非線性幾何校正方法，其特征在于，該方法包含以下步驟: (1)用足夠數量通常是投影儀分辨率個數且位置編號的小矩形對曲面幕布進行三維建模； (2)通過透視投影變換獲取圖像幾何變形關系，并生成像素位置查找表； (3)通過像素位置查找表依次從原圖選擇像素數據，生成校正圖像。
2.如權利要求1所述的基于3D建模和位置查表技術的圖像非線性幾何校正方法，其特征在于，所述步驟(I)中，用足夠數量通常是投影儀分辨率個數的小矩形對曲面幕布進行建模，小矩形的填充顏色為其位置標識值，設置投影機位置為視點，投影區(qū)域和曲面幕相交的平面為視面進行三維建模。
3.如權利要求1所述的基于3D建模和位置查表技術的圖像非線性幾何校正方法，其特征在于，所述步驟(2)中，通過透視投影變換后，在視面上將生成反映圖像位置變化關系的數據，將該位置變換關系轉換為像素數據偏移地址查找表。
4.如權利要求1所述的基于3D建模和位置查表技術的圖像非線性幾何校正方法，其特征在于，所述步驟(3)中，位置查找表依次存放校正圖像每個像素點在原始圖像中的偏移地址，逐個讀取該表中偏移地址指向的像素值，組成新的圖像即為校正后的圖像，該圖像通過投影機進行投影，在曲面幕上將是均勻圖像，達到圖像非線性幾何校正的要求。
【文檔編號】G06T17/00GK103514628SQ201210221103
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月29日 優(yōu)先權日:2012年6月29日
【發(fā)明者】胡艷明, 熊庭剛, 樊宇, 王煒 申請人:中國船舶重工集團公司第七0九研究所