多通道投影图像的几何自动拼接技术.pdfVIP

2007年 12月 北 京 航 空 航 天 大 学 学报 December 2007 第33卷 第l2期 Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics Vo1．33 No．12 多通道投影图像的几何自动拼接技术 彭俊毅 陈 桓 戴树岭 (北京航空航天大学 自动化科学与电气工程学院，北京 100083) 摘 要：以低端摄像头产品为测量元件构造了实用的可扩展的多通道投影图像自动 拼接系统；利用二次校准方法细化求解一致性矩阵，在投影屏幕上实现了多通道投影图像间的 几何无缝拼接；特征图案的正确选择和二次校准方法最大限度地降低了摄像头性能对校准精 度的影响；在满足相邻投影图像有重叠区域和摄像头能拍摄到重叠区域两个基本条件时，系统 可实现自动拼接校准．实验表明，二次校准方法使校准时间明显缩短，使校准精度达到了亚像 素级；低端摄像头、高效率的特征提取方法和一致性矩阵求解算法使系统扩展成本大大降低． 关 键 词：特征提取；校准；多通道投影；投影屏幕；一致性 中图分类号：TP 391 文献标识码：A 文 章 编 号：l【)(】l一5965(2007)l2一l444—04 === 实现大屏幕显示可以采用高分辨率的大型投 分辨率和宽视场的“虚拟摄像头”．该算法具有很 影机，但它价格昂贵，分辨率和亮度有限．另一种 好的扩展性，但特征提取方案缺乏足够的可靠性． 实现途径是使用多台相对廉价的普通投影仪，将 为提高校准算法的实用性和可靠性，可采用 它们的投影拼接成一幅完整的图像，该技术面临 多个低端摄像头作为测量元件，通过预校准和二 的挑战是如何将各投影完整无缝地拼接起来． 次校准达到亚像素级的校准精度．由于采用了这 显卡性能的提高使得通过实时“预扭曲”输 种两级分阶式的校准方案和采样频率达30 Hz的 入图像来校正投影图像的方法成为了可能．北卡 视频摄像头作为测量元件，算法灵活、高效、稳定． 罗来纳大学的PixelFlex 系统使用单部宽视野的 黑白照相机和结构化的直线图案来求解一致性矩 1 校准算法 阵．这种方法的可扩展性比较差．普林斯顿大学在 1．1 系统组成 “可扩展显示墙” 项目里引入了“摄像头一致性 如图1所示，系统由3台分辨率为 1 024× 树”概念，通过一致性树算法得到了一个具有高 768的投影仪，3台普通计算机，2部摄像头组成． 收稿13期：2006—12-05 作者简介：彭俊毅(1966一)，男，陕西城固人，副教授，pengjunyi@buaa．edu．cn 第l2期 彭俊毅等：多通道投影图像的几何自动拼接技术 1445 在确保相邻投影区有一定重叠区域的前提下，3 各台投影仪到VDS参考系的一致性映射矩阵．视 台投影仪粗略并排摆放，组成一个3 X l的投影矩 口与3个四边形投影区在VDS参考系下的重叠 阵．位于中间位置的投影仪称为根节点投影仪，居 区对应于渲染时各投影仪所负责绘制的部分应用 其两侧的分别是左投影仪和右投影仪．组成的投 图像，分别以 。， 和 表示，系统运行时各投影 影显示墙拥有200万像素的分辨率和9 m 面积 仪分别以 。×1日 s， × 日 和R × H -l s绘 的显示区域．两部摄像头分别与左右PC相连，摄 制应用