多通道投影图像的畸变补偿模型及智能校正方法

Multi-channel projection technology and system have a tremendous application prospect in fields of commercial, military, and science, but the distortion correction of multi-channel projection image on natural surface still remains challenging. This project will search the impact mechanism of natural projection surface on images, design an approach of perception mechanism of depth and texture; discover the influencing mechanism of viewpoint on multi-projection images, establish a compensation model for distortion of multiple-projection images, design a geometric correction and color compensation algorithm for multi-projection images based on ideal viewpoint; build multiple calibration parameter correlation model, investigate the comprehensive corrective rule of geometric and color for multi-projection images, establish projection apparatus to feed back the correction model and the optimization algorithm, according to the established precision evaluation model. The innovation of this project addresses at that we propose an adaptive multi-channel encoding and decoding algorithm based on color structured light, a multi-channel geometric correction algorithm for projection images based on ideal viewpoint, and a color compensation algorithm for multi-channel projection images based on the depth of natural surface. By the execution of the project, the effect mechanism of natural surface and viewpoint from multi-projection images is expected to be revealed, design a smart distortion correction method for multi-projection images on natural surface, completely get rid of the constrain of projection apparatus, projection screen, viewpoint of projected images.

多通道投影技术及系统在商业、军事、科研等诸多领域都有着巨大的应用前景，但是自然介质上多通道投影图像的畸变校正仍是极具挑战性的难题。为此本项目探索自然投影介质对图像的影响机理，设计自然介质的深度和纹理材质感知方法；探索观看视点对多投影图像的影响机理，建立多投影图像畸变的补偿模型，设计基于理想视点的多投影图像几何校正和颜色补偿算法；建立多校正参数关联关系模型，探究多投影图像的几何和颜色综合校正规律，构建投影装置，根据建立的精度评估模型，反馈优化补偿模型和校正方法。本项目创新之处为：提出自适应彩色结构光多通道编解码算法、基于理想视点的多通道投影图像几何校正算法、基于自然介质深度的多通道投影图像颜色补偿算法。项目实施后，预计将揭示自然介质和观看视点对多投影图像的影响机理，设计自然介质上多投影图像畸变的智能校正新方法，彻底摆脱投影装置、投影屏幕、视点对投影图像的束缚。

伴随着计算机视觉技术以及高端投影显示装备的快速发展，多通道投影显示系统实现了高沉浸感、高分辨率、大规模复杂场景等的高真实感实时渲染呈现。借助于多投影融合显示技术的可视化区域广、自身布局灵活、扩展适应力强等核心优势，使其能够营造出新颖独特的视觉显示效果，并且在综合性大型活动开闭幕式、各领域博览会议、综艺表演现场、高端产品设计及展示等应用场景得到了广泛关注，此类系统或技术也将在武器装备的仿真训练、攻防可视化部署、增强现实击打目标伪装等方面展现其无穷魅力。. 为了能够实现对非规则自由表面的快速自主感知重构和非常规投影表面的多通道投影自主校正补偿，本项目对投影-相机视觉系统的成像机制、自然投影介质对纹理的影响机理、多投影融合图像的几何形态与相干颜色综合校正规律等进行了探索性分析，深入地开展了非规则表面多通道投影图像的畸变补偿技术研究、自主感知与智能校正技术研究，创新性地提出了解决本课题涉及技术问题的相关方法及核心算法。. 针对投影仪-摄像机系统参数标定过程的角点识别精度低、抗噪性差等问题，提出了角点亚像素提取与成像反馈式几何约束优化相结合的视觉系统标定方法，经实验数据验证可知，其系统参数标定精度达到了0.25像素。为了解决采集颜色码信息值与标准颜色码信息值因受干扰而存在色度偏差的识别问题，提出了多源层次化时序编解码的特征识别与条纹匹配算法，从而克服了颜色误判、颜色码识别错误、匹配失效等情况的非预期出现。对于非规则复杂投影表面的自适应几何校正问题，提出了基于拓扑结构分析的局部形态自主感知校正算法，有效地解决了非常规投影环境表面的‘普适性显示’问题。对于非规则自由曲面对多投影显示图像产生的不规则形变、纹理色彩干扰等问题，提出了基于决策引导样条插值的颜色补偿校正算法，有效地提高了观察者的视觉感知度和内容理解度。