本發(fā)明屬于投影儀畫面自動(dòng)矯正技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于圖像分析的投影儀畫面矯正及遮擋避讓方法。

背景技術(shù)：

投影儀畫面的自適應(yīng)幾何矯正是根據(jù)特定類型的表面信息對投影儀畫面進(jìn)行自動(dòng)地矯正，隨著可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)以及普適計(jì)算環(huán)境的推廣，以投影光學(xué)為核心技術(shù)的各種投影設(shè)備在日常生活中扮演著重要的角色。作為教育和科研領(lǐng)域的一種傳統(tǒng)輔助顯示設(shè)備,常規(guī)投影機(jī)可以提供大范圍可伸縮的投影圖像來適應(yīng)各種不同尺寸的投影顯示區(qū)域。近些年來，投影機(jī)在顯示流明、像素質(zhì)量、制造成本等多個(gè)方面有了突破進(jìn)展，但是將投影機(jī)應(yīng)用在日常生活環(huán)境以及特定功能可視化顯示環(huán)境中仍然會(huì)遇到各種問題，例如由計(jì)算機(jī)、投影儀構(gòu)成的演示系統(tǒng)在遇到幾何畸變和投影區(qū)域遮擋時(shí)，往往需要人工進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且很多時(shí)候投影區(qū)遮擋無法消除。

專利“2013103661247”公開了一種投影儀畫面自適應(yīng)幾何矯正的方法”，該發(fā)明對圖像進(jìn)行幾何矯正，主要依靠構(gòu)建圖像點(diǎn)云間的映射關(guān)系來進(jìn)行矯正，計(jì)算過程相對復(fù)雜，而本發(fā)明將各種圖像抽象為多邊形，構(gòu)建多邊形之間映射關(guān)系，計(jì)算更為簡單高效。另外，該發(fā)明沒有解決投影中常見的投影區(qū)遮擋問題，而本發(fā)明很好地實(shí)現(xiàn)了投影遮擋區(qū)域的自動(dòng)避讓。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種基于圖像分析的投影儀畫面矯正及遮擋避讓方法。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種基于圖像分析的投影儀畫面矯正及遮擋避讓方法，包括以下步驟：

步驟1：采用相機(jī)平面標(biāo)定法，標(biāo)定攝像頭的光學(xué)畸變參數(shù)，對攝像頭的徑向畸變和切向畸變進(jìn)行矯正；

步驟2：投影儀將計(jì)算機(jī)中的原圖像投影到投影平面上；

步驟3：攝像頭面對投影平面拍攝從而得到包含全部投影畫面的拍攝圖像并將拍攝圖像發(fā)送給計(jì)算機(jī)；

步驟4：計(jì)算機(jī)采用邊緣檢測方法識(shí)別拍攝圖像內(nèi)的投影區(qū)域從而得到投影區(qū)域圖像；

步驟5：計(jì)算機(jī)檢測投影區(qū)域圖像的四邊形外邊框是否為處于水平方向的矩形從而判斷投影區(qū)域圖像是否存在幾何畸變；

步驟6：將步驟5中存在幾何畸變的投影區(qū)域圖像與計(jì)算機(jī)中原圖像進(jìn)行特征匹配處理，計(jì)算投影區(qū)域圖像與原圖像之間二維位置坐標(biāo)的映射關(guān)系；

步驟7：分析投影區(qū)域內(nèi)的最大無畸變投影區(qū)域，提取最大無畸變投影區(qū)域的頂點(diǎn)坐標(biāo)；

步驟8：將頂點(diǎn)坐標(biāo)通過步驟6中的映射關(guān)系得到映射坐標(biāo)；將原圖像按照映射坐標(biāo)進(jìn)行反向變形處理，其相較原圖像縮小的部分用純色填充，得到輸出圖像，計(jì)算機(jī)將輸出圖像發(fā)送到投影儀，投影儀進(jìn)行投影，完成幾何矯正；

步驟9：獲取攝像頭新拍攝圖像中最大無畸變投影區(qū)域的圖像與計(jì)算機(jī)中原同幀圖像在相同分辨率下進(jìn)行幀差，幀差結(jié)果小于閾值的區(qū)域表明無遮擋物，大于閾值則表明有遮擋物，從而可以提取出遮擋物的輪廓；

步驟10：把最大無畸變投影區(qū)域減去步驟9中獲取的遮擋物區(qū)域得到未遮擋區(qū)域，從而計(jì)算出最大可投影區(qū)域，將最大可投影區(qū)域的頂點(diǎn)坐標(biāo)帶入步驟8，最終通過步驟8投影儀進(jìn)行投影，完成遮擋區(qū)域避讓。

優(yōu)選的，步驟6中所述計(jì)算投影區(qū)域圖像與原圖像之間二維位置坐標(biāo)的映射關(guān)系，具體為：設(shè)A’B’C’D’與ABCD間的關(guān)系如公式1，其中(x’,y’)為A’B’C’D’上點(diǎn)坐標(biāo)，(x,y)為ABCD上點(diǎn)坐標(biāo)，a0, a1, a2, b0, b1, b2,為待解變換參數(shù)；

（1）

將A’B’C’D’與ABCD上對應(yīng)的頂點(diǎn)坐標(biāo)帶入公式1，通過最小二乘法即可計(jì)算出a0, a1, a2, b0, b1, b2,從而得到映射關(guān)系。

優(yōu)選的，所述的步驟7包括：根據(jù)投影區(qū)域計(jì)算投影區(qū)域內(nèi)最大內(nèi)接矩形，然后根據(jù)原圖像長寬比要求對內(nèi)接矩形進(jìn)行長或?qū)挼目s小，縮小后的矩形坐標(biāo)即為最大無畸變投影區(qū)域的坐標(biāo)，從而分析出最大無畸變投影區(qū)域。

優(yōu)選的，步驟10中所述的計(jì)算出最大可投影區(qū)域包括：根據(jù)未遮擋區(qū)域計(jì)算未遮擋區(qū)域內(nèi)最大內(nèi)切矩形的坐標(biāo)，然后根據(jù)原圖像長寬比要求對內(nèi)切矩形進(jìn)行長或?qū)挼目s小，該縮小后的矩形坐標(biāo)即為最大可投影區(qū)域圖像的坐標(biāo)，從而分析出最大可投影區(qū)域。

本發(fā)明相較現(xiàn)有技術(shù)具有如下技術(shù)效果：

本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了無人為干預(yù)下的投影圖像幾何矯正和投影區(qū)遮擋的避讓，達(dá)到投影圖像的自適應(yīng)調(diào)整。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)有：對當(dāng)前使用的投影系統(tǒng)完全兼容，只需加裝一個(gè)普通攝像頭即可，對攝像頭拍攝位置和角度沒有嚴(yán)格要求，拍攝時(shí)只需包含全部投影畫面即可。本發(fā)明建立由拍攝圖像處理得到的投影區(qū)圖像和原圖像的映射關(guān)系，根據(jù)映射關(guān)系對原圖像進(jìn)行相應(yīng)反向變形和純色填充，快速實(shí)現(xiàn)幾何矯正。對目前只能通過手工調(diào)節(jié)，而且可能無法調(diào)好的投影區(qū)遮擋問題，本發(fā)明也通過對輸出圖像相應(yīng)的反向變形和純色填充來實(shí)現(xiàn)避讓，實(shí)現(xiàn)了通過計(jì)算機(jī)完成投影的自適應(yīng)調(diào)整，解決幾何畸變和投影區(qū)遮擋，無需人工干預(yù)。因此本發(fā)明方法簡單，矯正效果好，而且解決了投影區(qū)遮擋問題。

附圖說明

圖1為原圖像和投影區(qū)域圖像的示意圖。

圖2為投影區(qū)域圖像和最大無畸變投影區(qū)域的示意圖。

圖3為原圖像和輸出圖像的示意圖。

圖4為原圖像和最大無畸變投影區(qū)域的示意圖。

圖5為最大可投影區(qū)域的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

一種基于圖像分析的投影儀畫面矯正及遮擋避讓方法，包括以下步驟：

步驟1：采用相機(jī)平面標(biāo)定法，標(biāo)定攝像頭的光學(xué)畸變參數(shù)，對攝像頭的徑向畸變和切向畸變進(jìn)行矯正；

步驟2：投影儀將計(jì)算機(jī)中的原圖像投影到投影平面上；

步驟3：攝像頭面對投影平面拍攝從而得到包含全部投影畫面的拍攝圖像并將拍攝圖像發(fā)送給計(jì)算機(jī)；

步驟4：如圖1，計(jì)算機(jī)采用邊緣檢測方法識(shí)別拍攝圖像內(nèi)的投影區(qū)域從而得到投影區(qū)域圖像A’B’C’D’；

步驟5：如圖1，計(jì)算機(jī)檢測投影區(qū)域圖像A’B’C’D’的四邊形外邊框是否為處于水平方向的矩形從而判斷投影區(qū)域圖像A’B’C’D’是否存在幾何畸變；

步驟6：如圖1，將步驟5中存在幾何畸變的投影區(qū)域圖像A’B’C’D’與計(jì)算機(jī)中原圖像ABCD進(jìn)行特征匹配處理，計(jì)算投影區(qū)域圖像A’B’C’D’與原圖像ABCD之間二維位置坐標(biāo)的映射關(guān)系；具體如下：設(shè)A’B’C’D’與ABCD間的關(guān)系如公式1，其中(x’,y’)為A’B’C’D’上點(diǎn)坐標(biāo)，(x,y)為ABCD上點(diǎn)坐標(biāo)，a0, a1, a2, b0, b1, b2,為待解變換參數(shù)；

（1）

將A’B’C’D’與ABCD上對應(yīng)的頂點(diǎn)坐標(biāo)帶入公式1，通過最小二乘法即可計(jì)算出a0, a1, a2, b0, b1, b2,從而得到映射關(guān)系；

步驟7：如圖2，分析投影區(qū)域圖像A’B’C’D’內(nèi)的最大無畸變投影區(qū)域A1’B1’C1’D1’，提取最大無畸變投影區(qū)域A1’B1’C1’D1’的頂點(diǎn)坐標(biāo)；

步驟8：如圖3，將頂點(diǎn)坐標(biāo)通過步驟6中的映射關(guān)系得到映射坐標(biāo)；將原圖像ABCD按照映射坐標(biāo)進(jìn)行反向變形處理,得到圖像A1B1C1D1，圖像A1B1C1D1相較原圖像ABCD縮小的部分用純色填充，得到輸出圖像A11B11C11D11，計(jì)算機(jī)將輸出圖像A11B11C11D11發(fā)送到投影儀，投影儀進(jìn)行投影，完成幾何矯正；

步驟9：如圖4，獲取攝像頭新拍攝圖像中最大無畸變投影區(qū)域A1’B1’C1’D1’的圖像與計(jì)算機(jī)中同幀的原圖像ABCD在相同分辨率下進(jìn)行幀差，幀差結(jié)果小于閾值的區(qū)域表明無遮擋物，大于閾值則表明有遮擋物，從而可以提取出遮擋物的輪廓，如圖4中的A1’B1’C1’D1’內(nèi)的方格線條為遮擋物的輪廓；

步驟10：如圖4和圖5，根據(jù)步驟9中獲取的遮擋物輪廓和最大投影區(qū)域獲取未遮擋區(qū)域，其中最大投影區(qū)域?yàn)樽畲鬅o畸變投影區(qū)域A1’B1’C1’D1’，計(jì)算出最大可投影區(qū)域A2’B2’C2’D2’，將最大可投影區(qū)域A2’B2’C2’D2’的頂點(diǎn)坐標(biāo)帶入步驟8，最終通過步驟8投影儀進(jìn)行投影，完成遮擋區(qū)域避讓。

本實(shí)施例中，所述的步驟7包括：根據(jù)投影區(qū)域圖像A’B’C’D’計(jì)算投影區(qū)域內(nèi)最大內(nèi)接矩形并按原圖像ABCD長寬比進(jìn)行縮小，該縮小矩形的坐標(biāo)即為最大無畸變投影區(qū)域A1’B1’C1’D1’的坐標(biāo)，從而分析出最大無畸變投影區(qū)域A1’B1’C1’D1’。

本實(shí)施例中，步驟10中所述的計(jì)算出最大可投影區(qū)域A2’B2’C2’D2’包括：根據(jù)未遮擋區(qū)域計(jì)算未遮擋區(qū)域內(nèi)最大內(nèi)切矩形并按原圖像ABCD長寬比進(jìn)行縮小，該縮小矩形的坐標(biāo)即為最大可投影區(qū)域A2’B2’C2’D2’的坐標(biāo)，從而分析出最大可投影區(qū)域A2’B2’C2’D2’。

綜上，本發(fā)明提供了一種基于圖像分析的投影儀畫面矯正及遮擋避讓方法，包括：計(jì)算機(jī)判斷投影區(qū)域圖像是否存在幾何畸變；存在幾何畸變的投影區(qū)域圖像與原圖像進(jìn)行特征匹配處理，計(jì)算投影區(qū)域圖像與原圖像之間的映射關(guān)系；分析投影區(qū)域內(nèi)的最大無畸變投影區(qū)域，提取最大無畸變投影區(qū)域的頂點(diǎn)坐標(biāo)；將頂點(diǎn)坐標(biāo)通過映射關(guān)系得到映射坐標(biāo)；將原圖像按照映射坐標(biāo)進(jìn)行反向變形處理和邊緣填充，得到輸出圖像，計(jì)算機(jī)將輸出圖像發(fā)送到投影儀，投影儀進(jìn)行投影；獲取攝像頭新拍攝圖像中最大無畸變投影區(qū)域的圖像與計(jì)算機(jī)中原同幀圖像在相同分辨率下進(jìn)行幀差，提取出遮擋物的輪廓；獲取未遮擋區(qū)域，計(jì)算出最大可投影區(qū)域，通過映射關(guān)系再進(jìn)行反向變形處理和邊緣填充，得到輸出圖像，計(jì)算機(jī)將輸出圖像發(fā)送到投影儀，投影儀進(jìn)行投影；本發(fā)明的方法實(shí)用，矯正效果好，而且解決了投影區(qū)遮擋問題。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡采用等同替換等方式所獲得的技術(shù)方案，均落于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。