曲面多投影显示墙的画面校正研究

Large-scale multi-projector tiled display wall is an important solution to ease the contradiction between demands of ultra-high resolution display platforms and limited resolutions of single display devices. This project is devoted to researching on screen calibration for general-surface multi-projector tiled display wall. Based on the in-depth analysis of geometric projection data, mesh the screen surface, and establish local parametric models for each projector. Then create generalized color models for each projector using color samples taken by a digital camera. Finally, real-timely perform geometry and color calibration on the meshed screen to achieve seamless high-resolution and high-brightness display sreen.The development of related algorithms and software techniques will provide strong technical support for the digital design and assessment of virtual reality and digital media products.

由多台投影仪拼接实现的多投影显示墙已成为缓解单台显示设备分辨率的有限性和市场对超高分辨率显示平台的需求之间矛盾的重要解决方案。本项目致力于研究曲面多投影显示墙的画面校正算法。在对投影画面的几何投影数据进行深入分析的基础上，对屏幕曲面进行网格划分，并建立局部参数化模型；然后对数码相机采集的投影颜色信息进行统计分析，建立曲面多投影显示墙环境下各投影仪的广义颜色模型；最后对网格划分后的屏幕进行几何与颜色校正，生成视觉无缝的高分辨率、高亮度显示画面。通过该项目的研究，在理论方面将提出一种新的曲面多投影显示墙表示和处理方法，并探索实现任意曲面多投影显示墙画面校正的通用理论和算法。相关算法和软件的研制，将为数字化设计与可视化评估、虚拟现实和数字媒体相关产品的展示提供强有力的技术支撑。

使用投影仪阵列驱动的多投影显示墙系统是解决单台显示设备分辨率的有限性和市场对超高分辨率展示平台的需求之间矛盾的重要方法。与传统的液晶板拼接墙相比，多投影显示墙具有更好的灵活性和更高的无缝显示效果。但是，手工实现的多投影显示墙画面校正过程具有耗费时间长、劳动强度大和维护成本高等缺陷，尤其是当投影仪数量较多时（比如10台以上）。随着投影仪数量的增加，手工拼接的难度和耗费时间将成几何级数增长。针对上述问题，本项目从以下四个方面展开研究并取得了较为显著的成果:(1)几何校正, 本项目在分析了任意连续曲面投影幕的特点基础上, 提出了一种任意连续曲面幕三维重建算法, 用来构造投影幕的局部贝塞尔曲面模型；然后根据投影幕的局部模型, 基于最大化利用投影仪原始投影区域的原则, 设计了一种新颖的曲面拼接算法, 实现了任意连续曲面幕多投影显示墙的自动几何校正。(2)颜色校正, 本项目首先综合考虑影响投影效果的各种主要因素，建立每台投影仪的有理分式函数形式的广义颜色模型，并设计最优有理逼近算法对模型参数进行自动求解；然后根据投影仪的颜色模型和采样数据，求取显示墙的公共亮度响应(CAR)，并进行逐个像素的色彩调整。(3)校正数据的实时应用，本项目针对有绘制程序源代码的应用情景，对绘制引擎进行修改，基于GPU应用几何校正矩阵和颜色校正因子，从而对网格划分后的屏幕进行几何与颜色校正，生成视觉无缝的高分辨率、高亮度显示画面。(4)多投影显示墙环境下的人机交互技术，本项目重点研究了多投影显示墙下通过非接触式的手势、步态和体态实现的人机交互，以提高多投影显示墙系统的应用价值。本项目关于曲面多投影显示墙画面校正以及该环境下非接触式人机交互技术的研究将为多投影显示墙相关产品的应用推广提供强有力的技术支撑。