● 摘要
随着信息时代的到来，人们对于大面积、高分辨率的显示需求越来越多，因此作为一种重要的大屏幕显示技术，多投影显示系统在很多领域逐渐流行起来，例如军事仿真、基础科学研究、教育培训、虚拟装配、商业展示等。多投影显示系统通过将多个投影机的画面拼接在一起，获得具有超高分辨率的无缝画面，而这其中需要解决诸如校正、渲染、交互等难题。本文以自动校正多投影显示系统为研究对象，分析了在自动校正多投影系统中所面临的关键技术，在几何校正、颜色校正和画面渲染方面提出了一系列具有创新性的方法，主要包括：（1）针对参数化屏幕，即具有解析几何表面的屏幕，提出了一种几何校正方法。首先提取特征点，利用Grey Code编码结构光得到特征点分别在投影机和相机中的位置，并利用棋盘格内角点检测进一步获取特征点在相机中的亚像素级精确位置。其中不要求观察到完整特征图案，对相机的位置摆放限制较小，使得特征点提取更加灵活。其次通过两个相机组成双目立体视觉，对提取的特征点进行三维重构，获得特征点的三维坐标，并对屏幕解析模型参数以及投影机内外参数进行最优估计。由于屏幕是可解析的，因此不需要根据所获得的特征点网格来作为屏幕的几何模型，这样就避免了由于需要完整且精细的屏幕几何模型而要求获得屏幕上的所有特征点且特征点非常密集，从而使得几何校正对相机的要求降低。（2）针对多投影系统中的颜色变化，提出了一种基于人眼视觉感知的颜色校正方法。首先标定投影机ITF曲线，提出了ITF曲线统计模型——IPCM以及一种基于IPCM的ITF曲线标定方法。该方法测量多台投影机ITF曲线并通过主元分析建立IPCM主元向量，当测量某投影机的ITF曲线时，根据采样点估算IPCM中的待定系数。然后提出了一种基于人眼对比度敏感特性的空间亮度均衡方法，根据人眼的CSF曲线，利用小波变换对投影机的亮度空间分布进行滤波，从而实现了多投影系统亮度均衡。最后提出了一种基于双向三角函数（BTF）的非线性边缘融合方法，通过定义双向三角函数，并以双向三角函数为权值，计算每台投影机的边缘融合模板。该方法能够获得更加平滑的重合带过渡，从而实现真正的无缝拼接。（3）改进多投影系统校正中的2-pass方法，提出一种基于Deferred Shading的多投影系统实时渲染方法——DR-MPS，提高了系统的整体绘制效率，使各投影通道的绘制帧速率更稳定，帧速率差异更小，改善了由于渲染负载不平衡所导致的画面不同步。同时，提出了基于几何缓存超采样和边缘平滑的反走样方法，通过适当的几何缓存超采样，以及对各种类型的几何边界检测和低通滤波，有效抑制了边缘走样严重的问题。本文通过对自动校正多投影显示系统的深入研究，提供了一套完整的多投影显示系统搭建方法，并进行了大量的相关实验。实验结果证明，该方法能够实现几何对齐、颜色一致的无缝拼接显示，具有很强的实用性。