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多投影仪显示系统异形重叠区域的边缘融合方法(2)
2012年3月23日    评论:    分享:

    来源:第三维度
    作者:张军,王邦平,李晓峰
    单位:四川大学计算机学院图形图像研究所
          四川大学视觉合成图形图像技术国防重点学科实验室

    3 实验结果及分析

    实验环境为川大智胜公司机场塔台模拟系统的24 个Panasonic SXGA + 7000 DLP 投影仪(自下向上分3 层:10 + 10 + 4) 以及类柱面和类球面组成的混合投影屏幕。该投影屏幕设计成直径13 m、高6. 5m,底部由高3. 8 m 的柱面构成,顶部由直径13 m、高2. 7 m 的椭球面构成( 图3)。实际施工时,顶部椭球面是由分段圆弧样条为母线的旋转曲面构成,再使用泥浆涂抹的方式平滑整个屏幕的接缝。同时由于屏幕过大而受重力影响较大,底部柱面也存在一定程度的形变。最终造成投影屏幕精确形状未知,只能假定其光滑性。所有实验结果均在一台CPU 主频为2. 5 GHz、2 G 内存的PC 上完成。

多投影仪显示系统异形重叠区域的边缘融合方法(2)
图3 实验环境系统设置
Fig. 3 The setup of the experimental system

    图4 为几何标定后的所有投影仪投影区域在特殊直角坐标系下的几何标定网格。其中包括许多形状复杂的“异形重叠区域”和最多达到6 个投影仪同时覆盖的“多重重叠区域”。

多投影仪显示系统异形重叠区域的边缘融合方法(2)
图4 所有24 个投影仪投影区域的几何标定网格
Fig. 4 All geometric calibration meshes of 24 projectors

    使用规则的融合区域时,由于其融合宽度过窄,式(6) 中误差项的存在绘制边缘融合效果出现过亮或过暗的带状区域,严重影响视觉效果(如图5(b))。采用本文方法得到的非规则融合区域可将融合区域宽度扩展到最大程度( 图6( a)),大大提高画面显示效果,见图6(b)。

多投影仪显示系统异形重叠区域的边缘融合方法(2)
图5 使用传统规则融合带的画面显示效果
Fig. 5 The display result using traditional method

多投影仪显示系统异形重叠区域的边缘融合方法(2)
图6 融合模板计算结果
Fig. 6 The results of fusion mask

    本文方法计算出的融合模板如图7。限于篇幅,没有给出所有24 个投影仪对应的融合模板,仅给出每层具有代表性的融合模板。

多投影仪显示系统异形重叠区域的边缘融合方法(2)
图7 使用非规则融合带的画面显示效果
Fig. 7 The display result using our method

    虽然目前已经出现了其他一些非规则图像融合算法[1 3 ],但大都针对静态图像的融合,对其计算速度没有特殊要求。而多投影仪拼接显示系统的边缘融合技术要求实时的进行图像融合(流畅的画面显示一般要求刷新速度要达到60 帧/s 以上),对计算速度有较高的要求。实际上,控制每个投影仪的计算机不但要完成画面的生成计算,而且要完成其几何校正、色彩校正和边缘融合计算,其负担较重。

    故在多投影仪拼接显示系统的边缘融合算法要求在线融合计算时必须足够快速。

    文献[13 ]这种多频带融合方法( Multi-bandBlending)虽然在离线计算时具有较好的效果,但由于高速在线计算时不能使用过多的频带而效果不理想(如图8(b))。本方法的复杂迭代计算过程是在离线时完成的,实时在线融合时仅涉及每个像素与融合模板的一次乘法,兼顾了融合效果和计算速度(如图8(c))。

多投影仪显示系统异形重叠区域的边缘融合方法(2)
图8 本文方法与文献[13]方法融合效果对比图
Fig. 8 The blending results of our method compared withthe results of reference[13]’s

    4 结论

    针对带有不规则、多重重叠区域的多投影仪画面拼接显示问题,从理论上证明了扩大系统融合区域宽度的重要性,并提出一种完全自动化的基于非线性最优化理论的边缘融合方法。该方法对融合区域的形状和重叠次数没有任何限制,可利用所有投影仪有效像素使融合区域宽度最大化。在大型虚拟现实仿真系统中的应用验证了本文算法的有效性,可在不改变原有系统几何和色彩校正的基础上,大幅提高显示画面的质量。

    参考文献:

    [1]Juang R,Majumder A. Photometric self-calibration of a projector-camera system[C]/ /Proceedings of IEEE Conferenceon Computer Vision and Pattern Recognition. 2007.

    [2]Raij A,Gill G,Majumder A,et al. PixelFlex2: A comprehensive,automatic,casually-aligned multi-projector display[C]/ /Proceeding IEEE International Workshop Projector-Camera System. Nice Acropolis,France: 2003.

    [3]Ramesh R,van Jeroen B,Paul B. iLamps: Geometricallyaware and self-configuring projectors [C ]/ /ACM SIGGRAPH2003 Proceedings. San Diego,California,USA:2003:809 - 818.

    [4]Michael B,Aditi M,Ruigang Y. Camera-based calibrationtechniques for seamless multi-projector displays[J]. IEEETransactions on Visualization and Computer Graphics,2005,11(2): 193 - 206.

    [5]Zhang J,Wang B,Li X. Geometric calibration of projectorimagery on curved screen based-on subdivision mesh[C]/ /Geometric Modeling and Processing 2008. Hangzhou:Springer-Verlag Berlin Heidelberg,2008:592 - 600.

    [6]Majumder A,Stevens R. Color non-uniformity in projectionbaseddisplays:analysis and solutions[J]. IEEE Transactionson Visualization and Computer Graphics,2004,10(2):177 - 188.

    [7]Majumder A. Contrast enhancement of multi-displays usinghuman contrast sensitivity[C]/ /IEEE International ConferenceConferenceon Computer Vision and Pattern Recognition. 2005:337- 382.

    [8]Wang Xiuhui,Hua Wei,Lin Hai,et al. Screen calibrationtechniques for multi-projector tiled display wall[J]. Journalof Software,2007,18(11): 2955 - 2964. [王修晖,华炜,林海,等. 面向多投影显示墙的画面校正技术[J]. 软件学报,2007,18(11): 2955 - 2964. ]

    [9]Zhang J,Wang B P,Yi C,et al. A practical color calibrationmethod for multi-projectors display[J]. Journal of ComputerApplications,2009,29(4): 982 - 986.[张军,王帮平,易成,等. 一种实用的多投影仪显示墙色彩校正方法[J]. 计算机应用,2009,29(4): 982 - 986. ]

    [10]Li K,Chen Y. Optical blending for multi-projector displaywall systems[C]/ /Lasers and Electro-Optics Society 199912th Annual Meeting. LEOS: IEEE,1999:281 - 282.

    [11]王彦飞. 反演问题的计算方法及其应用[M]. 北京: 高等教育出版社,2007.

    [12]张贤达. 矩阵分析与应用[M]. 北京: 清华大学出版社;Springer 出版社,2004.

    [13]Brown M,Lowe D G. Automatic panoramic image stitchingusing invariant features[J]. International Journal of ComputerVision,2007,74(1): 59 - 73.

其中,λ 为视觉上能容忍的最大亮度差异。根据本文对边缘融合效果分析后得到的准则2,需追加对

标签:GPU边缘融合
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