多投影显示系统的光反射机制及在线光照修正算法研究

多投影显示系统在线校正是近年来的研究热点，由于多种复杂形状与表面的使用，给多投影显示系统带来了光多重反射、非朗伯面成像、背景纹理影响成像内容等问题，使得投影显示内容与原始图像有较大出入。本项目将研究多投影显示系统的光反射机制及在线光照修正算法：研究基于运行时图像的不可见编码、帧差图像校正图案等生成技术；基于环境光、投影背光、投影面光反射系数，结合投影仪及相机的非线性响应曲线，研究拍摄图像生成的目标预测方程；利用广义卡尔曼滤波方法，建立投影光照的自回归预测修正模型，在显示系统运行过程中完成光照的修正补偿。最终通过博物馆数字陈展等应用进行测试与验证。本项目的研究有利于解决在线的复杂纹理表面的投影修正问题及由于反射及互反射等原因造成的投影图像亮度冗余问题，为多投影显示系统的推广应用奠定良好的基础。

近年来，在多投影显示系统中，实物场景、球形幕、折墙面等复杂表面投影成像环境被广泛应用，其几何结构复杂、色彩纹理与材质复杂、反射系数与增益系数变化大，引起显示时出现光的多重反射，使显示内容与预期不符。.　　针对以上问题，研究了复杂表面的光反射机制，提出一种光互反射机理的描述模型，该模型首先对投影、相机系统进行非线性响应曲线标定，然后利用光传输矩阵对输入的投影辐射度及相机拍摄的辐射度建立对应关系。.　　提出了一种适合投影-相机系统的自回归反射迭代补偿方法，该方法综合考虑并利用了投影-相机系统的自反馈特性，建立“物理乘模拟法”，一旦给出一个输入，即可快速得到其乘积输出，避免了复杂的光传输矩阵乘运算。利用该方法，可多次迭代不断逼近合理解，对多投影显示系统的互反射光消除具有十分显著的效果。在双折幕、球幕等非朗伯面实验环境下对相关算法进行了测试，达到了很好的效果。.　　提出了一种基于运行时图像的连续几何校正中环境光的干扰消除方法。该方法以尽量保留运行时图像特征的最大动态范围为目标，求解最佳曝光参数。在该曝光参数下设置投影-相机系统，可以尽可能保证投影图像被相机拍摄后的亮度范围，从而更好地确保在互反射情况下投影图像的特征被最大化地保留，也就是很好地消除基于运行时图像的多投影校正过程中环境光的不良影响。.　　研究了一种基于投影相机系统的表面光谱反射率的估计方法，该方法不需要使用分光光度计，只需要利用色卡建立光谱反射率与投影相机颜色混合（PCCM）矩阵的训练集，并对目标投影面的PCCM矩阵进行测量，就能完成具有互反射的投影表面的光谱反射率的估计。.　　研究工作基本覆盖了计划书内容，并达到了预期效果。此外，本项目相关研究工作成果也在中国扇子博物馆（七折幕互反射）、衢州绿色产业集聚区展示中心数字沙盘（垂直大折幕互反射）得到推广应用，达到了很好的效果，产生了一定的社会与经济效益。