本文關鍵詞：非平面投影系統(tǒng)幾何優(yōu)化關鍵技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：非平面投影技術憑借其逼真的顯示效果、靈活的場景布局和多樣的表現(xiàn)形式,彌補了傳統(tǒng)平面投影技術的不足,在虛擬現(xiàn)實、展覽展示、模擬仿真等領域具有廣闊的應用前景,受到國內(nèi)外眾多研究者的廣泛關注�，F(xiàn)有的非平面投影技術主要存在以下不足:首先,現(xiàn)有技術未能考慮投影機安放位置與投射角度對投影分辨率、成像清晰度等參數(shù)的影響,在量化評價投影機非理想光學特性條件下的投影效果方面缺乏理論指導,限制了投影顯示效果的進一步提升;其次,投影圖像的紋理細節(jié)與被投物體的空間外形難以匹配,特別當生成投影圖像所用的虛擬渲染模型與被投實物外形存在偏差時,無法對投影紋理誤差進行修正;最后,現(xiàn)有方法對柱面、球面這類可參數(shù)化描述的投影表面進行圖像拼接校正時,多使用手工校正方法而沒有建立誤差閉環(huán)控制系統(tǒng),導致校正工作效率低下且難以保證精度。為此本文針對非平面投影系統(tǒng)中的幾何校正關鍵技術展開研究,主要工作和創(chuàng)新點包括:(1)投影性能評價及投影機位姿優(yōu)化方法。為了定量描述投影機非理想光學特性對投影效果的影響,本文提出了投影分辨率、分辨率差異、投影距離差在內(nèi)的三種投影性能評價標準并給出了量化計算方法。構建了投影性能評價函數(shù),通過使用多初始值方法和蒙特卡洛方法對該評價函數(shù)進行最優(yōu)化求解,獲得使投影效果最佳的投影機位姿參數(shù)。實驗結果表明本文提出的投影性能評價標準可以準確描述投影機擺放位姿對投影分辨率的影響,所構建的投影機位姿優(yōu)化方法在不同面型屏幕以及不同投影機數(shù)量條件下均具有良好表現(xiàn),形成的優(yōu)化部署方案相較于隨機部署方案投影分辨率可提高30%以上,為實際投影機部署提供了理論指導。(2)基于重建的自由表面投影校正方法。針對無規(guī)則自由表面投影系統(tǒng),本文提出了一種利用三維重建獲取被投物體外形、通過模型匹配和空間坐標轉(zhuǎn)換獲得投影機視點下渲染模型圖像的投影幾何校正方法。為了消除重建模型與渲染模型之間存在的差異,提出一種基于后期圖像調(diào)整的紋理匹配誤差修正方法。實驗表明該方法對于改善自由表面投影中出現(xiàn)的幾何畸變具有顯著作用,可將投影圖像與投影表面之間的像素匹配誤差降低60%以上,實現(xiàn)了投影紋理與被投物體外形的精確對齊。(3)參數(shù)化表面自動投影校正方法。針對可使用解析表達式描述的參數(shù)化表面投影系統(tǒng),本文提出了一種非重建的參數(shù)化表面投影校正方法,該方法利用參數(shù)化表面的外形已知條件,顧及了參數(shù)化表面在加工、搬運中引入的傾斜、表面起伏等外形偏差對投影圖像的影響,根據(jù)投影機之間的內(nèi)在約束更新投影機位姿信息,利用攝像機建立的投影機像素映射關系修正屏幕外形誤差引起的投影圖像畸變,實現(xiàn)了參數(shù)化屏幕多投影機系統(tǒng)的自動拼接。實驗結果表明該方法在投影校正過程中具有耗時短、精度高的特點,在投影表面外形與理論參數(shù)模型出現(xiàn)偏差的條件下可將投影拼接誤差控制在投影系統(tǒng)分辨率的0.5%以下。
【關鍵詞】：非平面投影 投影性能評價 投影機位姿優(yōu)化 參數(shù)化表面 投影幾何校正
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-34
• 1.1 選題背景及意義12-13
• 1.2 研究現(xiàn)狀13-31
• 1.2.1 非重建的投影校正技術16-24
• 1.2.2 基于重建的投影校正技術24-30
• 1.2.3 研究現(xiàn)狀總結30-31
• 1.3 研究內(nèi)容及論文結構31-34
• 1.3.1 研究內(nèi)容31-32
• 1.3.2 論文結構32-34
• 第二章 基于投影機-攝像機結構的非平面投影校正34-60
• 2.1 投影校正系統(tǒng)處理流程34-38
• 2.2 硬件系統(tǒng)標定38-43
• 2.2.1 攝像機標定38-40
• 2.2.2 投影機標定40-43
• 2.3 投影表面三維重建43-50
• 2.3.1 結構光三維重建原理44-45
• 2.3.2 時域編碼45-46
• 2.3.3 空域編碼46-50
• 2.4 二維圖像調(diào)整50-53
• 2.4.1 Bezier曲線50-51
• 2.4.2 圖像變形51-53
• 2.5 投影光度校正53-59
• 2.5.1 攝像機亮度響應標定53-56
• 2.5.2 投影機顏色一致性校正56-57
• 2.5.3 投影亮度融合57-59
• 2.6 本章小結59-60
• 第三章 投影性能評價及投影機位姿優(yōu)化60-80
• 3.1 投影性能量化評價標準60-64
• 3.1.1 投影分辨率60-62
• 3.1.2 分辨率差異62-63
• 3.1.3 投影距離差63
• 3.1.4 投影性能評價函數(shù)63-64
• 3.2 投影機優(yōu)化部署求解64-69
• 3.2.1 基于采樣點的評價函數(shù)65-66
• 3.2.2 目標函數(shù)的最優(yōu)化求解66-69
• 3.3 實驗結果與分析69-79
• 3.3.1 多初始值方法驗證69-73
• 3.3.2 蒙特卡洛方法驗證73-75
• 3.3.3 不同面型及多投影機驗證75-78
• 3.3.4 實際投影效果仿真與驗證78-79
• 3.4 本章小結79-80
• 第四章 基于重建的自由表面投影校正80-102
• 4.1 概述80-82
• 4.2 被投表面三維模型獲取82-87
• 4.3 重建模型與渲染模型匹配87-91
• 4.3.1 相似尺度模型點云匹配88-89
• 4.3.2 非相似尺度模型點云匹配89-91
• 4.4 投影圖像幾何校正91-93
• 4.4.1 圖像校正優(yōu)化模型構建91-92
• 4.4.2 優(yōu)化約束設定92-93
• 4.5 實驗結果與分析93-101
• 4.5.1 實驗要求與設備標定93-94
• 4.5.2 模型重建與匹配94-96
• 4.5.3 圖像幾何校正96-101
• 4.6 本章小結101-102
• 第五章 參數(shù)化表面自動投影校正102-126
• 5.1 概述102-104
• 5.2 初始投影圖像生成104-110
• 5.2.1 投影表面參數(shù)化104-106
• 5.2.2 攝像機與投影機位姿標定106-108
• 5.2.3 投影機投影矩陣約束標定108-110
• 5.3 投影圖像幾何校正110-114
• 5.3.1 圖像拼接誤差111-112
• 5.3.2 多投影機擴展與優(yōu)化約束設定112-114
• 5.4 實驗結果與分析114-125
• 5.4.1 結構光映射114-117
• 5.4.2 投影機標定117-118
• 5.4.3 圖像幾何校正118-122
• 5.4.4 精度與速度122-125
• 5.5 本章小結125-126
• 結論126-130
• 參考文獻130-140
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單140-143
• 致謝143-144
• 作者簡介144

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

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  本文關鍵詞：非平面投影系統(tǒng)幾何優(yōu)化關鍵技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：259337