多投影系统颜色自动校正技术及应用的研究.pdf

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1、多投影系统颜色自动校正技术及应用的研究陈锋2015年12月中图分类号：TP391UDC分类号：多投影系统颜色自动校正技术及应用的研究作者姓名陈锋学院名称光电学院指导教师刘越教授答辩委员会主席姜志国教授申请学位工学博士学科专业光学工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月ResearchonKeyTechniquesandApplicationsofColorCorrectionforMulti-projectorSystemCandidateName:ChenFengSchoolorDepartment:SchoolofOptoelectronic

2、FacultyMentor:Prof.LiuYueChair,ThesisCommittee:Prof.JiangZhiguoDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor:OpticsEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:December，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为

3、获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要随着投影机性能的不断提升以及计算机图形图像技术的飞速发展，投影技术被更多地应用于展览展示、教育培训、文化娱乐、军事仿真等领域。采用投影拼接技术可以在日常表面生成超大分辨率与超大尺寸的显示画面，创造出更新颖、更具感染力的显示效果。近年来，基于相机反馈的多投影系统画面自动校正技术得到国内外众多学者的广泛关注，尽管可以通过透视变换、三维重建等方法对多投影系统存在的几何偏差进

4、行校正，但是由于受到投影机内部亮度不均匀，投影角度、投影表面反射率不统一，投影重叠区域以及交叉反射等因素的影响，应用于自然表面的多投影拼接系统在经过几何校正后依然存在投影画面颜色不一致的问题。为此本文针对不同光照条件和投影表面的多投影拼接系统颜色校正问题开展研究工作，研究成果有助于保证多投影系统在不同应用条件下获得与目标图像相匹配的显示效果。本文的创新点和主要工作如下：(1)提出了一种应用于无纹理表面的多投影系统颜色模型建立及图像校正方法。为了解决应用于无纹理表面的多投影系统画面在颜色上的偏差问题，本文在对多投影系统投影画面亮度、色度的变化情况进行深入分析的基础

5、上建立了参数化的数学模型，提出并实现了基于人眼视觉特性的全局亮度平滑算法以及基于色域匹配与色域渐变相结合的色度校正方法，保证了相邻投影像素的颜色偏差在人眼不可察觉的范围内。针对投影重叠区域形状不规则的多投影应用，提出基于阈值与平滑约束求取亮度衰减系数的优化方法，实现了投影画面亮度的平滑过渡。理论分析和实验结果表明本文提出的方法能够有效地校正无纹理表面多投影系统中画面的亮度与色度偏差，相比于同类方法，可以将具有不规则重叠区域的多投影系统画面颜色偏差减小30%以上。(2)提出了一种应用于纹理表面的多投影系统颜色模型建立及图像校正方法。为了消除投影表面纹理对投影图像的

6、影响，提出了基于多投影机-相机颜色模型的投影表面反射率估计方法以及颜色补偿图像的实时计算方法，实现了对目标图像的实时校正，通过对颜色耦合关系与表面反射率的分解进一步减小了系统的存储空间、提高了渲染效率。理论分析和实验结果表明本文提出的颜色补偿算法能够有效的消除表面纹理对于投影图像的影响，相比于同类方法，可以将系统亮度提高50%以上，使用内存减小约66.7%。I北京理工大学博士学位论文(3)提出了一种应用于全局光照条件下的多投影系统光线传输矩阵获取及图像校正方法。为了高效地计算每个投影像素在投影表面的能量分布情况，采用自适应分区域以及基于压缩感知的算法求取场景中的

7、几何映射以及颜色耦合信息。基于聚簇求逆以及光线传输矩阵逐项分解的补偿图像计算方法实现了对投影图像的实时校正。实验结果表明所提出的方法能够有效的消除多投影系统中投影表面纹理及全局光照效应对于投影图像的影响。在理论研究的基础上研制的自由表面投影拼接系统以及纹理表面交互绘制系统已成功应用于多项大型文化活动中，验证了本文所提出方法的准确性及可行性。关键词：多投影系统；几何校正；亮度平滑；色度校正；颜色补偿II北京理工大学博士学位论文AbstractWiththeincreasingcapabilitiesoftheprojectorsandthedevelopmento

8、fcomputergra