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

摘要

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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文摘

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1 引言

2 多重投影仪大尺度显示系统

3 颜色校正

4 基于B样条拟合的颜色校正方法

5 结论与设想

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢