多投影顯示系統的光反射機制及線上光照修正算法研究

《多投影顯示系統的光反射機制及線上光照修正算法研究》是依託杭州師範大學，由袁慶曙擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多投影顯示系統的光反射機制及線上光照修正算法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：袁慶曙
• 依託單位：杭州師範大學

項目摘要

多投影顯示系統線上校正是近年來的研究熱點，由於多種複雜形狀與表面的使用，給多投影顯示系統帶來了光多重反射、非朗伯面成像、背景紋理影響成像內容等問題，使得投影顯示內容與原始圖像有較大出入。本項目將研究多投影顯示系統的光反射機制及線上光照修正算法：研究基於運行時圖像的不可見編碼、幀差圖像校正圖案等生成技術；基於環境光、投影背光、投影面光反射係數，結合投影儀及相機的非線性回響曲線，研究拍攝圖像生成的目標預測方程；利用廣義卡爾曼濾波方法，建立投影光照的自回歸預測修正模型，在顯示系統運行過程中完成光照的修正補償。最終通過博物館數字陳展等套用進行測試與驗證。本項目的研究有利於解決線上的複雜紋理表面的投影修正問題及由於反射及互反射等原因造成的投影圖像亮度冗餘問題，為多投影顯示系統的推廣套用奠定良好的基礎。

結題摘要

近年來，在多投影顯示系統中，實物場景、球形幕、折牆面等複雜表面投影成像環境被廣泛套用，其幾何結構複雜、色彩紋理與材質複雜、反射係數與增益係數變化大，引起顯示時出現光的多重反射，使顯示內容與預期不符。 　　針對以上問題，研究了複雜表面的光反射機制，提出一種光互反射機理的描述模型，該模型首先對投影、相機系統進行非線性回響曲線標定，然後利用光傳輸矩陣對輸入的投影輻射度及相機拍攝的輻射度建立對應關係。 　　提出了一種適合投影-相機系統的自回歸反射疊代補償方法，該方法綜合考慮並利用了投影-相機系統的自反饋特性，建立“物理乘模擬法”，一旦給出一個輸入，即可快速得到其乘積輸出，避免了複雜的光傳輸矩陣乘運算。利用該方法，可多次疊代不斷逼近合理解，對多投影顯示系統的互反射光消除具有十分顯著的效果。在雙摺幕、球幕等非朗伯面實驗環境下對相關算法進行了測試，達到了很好的效果。 　　提出了一種基於運行時圖像的連續幾何校正中環境光的干擾消除方法。該方法以儘量保留運行時圖像特徵的最大動態範圍為目標，求解最佳曝光參數。在該曝光參數下設定投影-相機系統，可以儘可能保證投影圖像被相機拍攝後的亮度範圍，從而更好地確保在互反射情況下投影圖像的特徵被最大化地保留，也就是很好地消除基於運行時圖像的多投影校正過程中環境光的不良影響。 　　研究了一種基於投影相機系統的表面光譜反射率的估計方法，該方法不需要使用分光光度計，只需要利用色卡建立光譜反射率與投影相機顏色混合（PCCM）矩陣的訓練集，並對目標投影面的PCCM矩陣進行測量，就能完成具有互反射的投影表面的光譜反射率的估計。 　　研究工作基本覆蓋了計畫書內容，並達到了預期效果。此外，本項目相關研究工作成果也在中國扇子博物館（七折幕互反射）、衢州綠色產業集聚區展示中心數字沙盤（垂直大折幕互反射）得到推廣套用，達到了很好的效果，產生了一定的社會與經濟效益。