几何校正边缘融合软件详细介绍.doc

北京四维宇宙科技有限公司 www.4 四维宇宙多通道投影校正软件一、多通道投影校正软件功能简单介绍:无须修改程序，可自动实现矫正在视景仿真系统，科学可视化应用，虚拟展览，三维游戏娱乐等场合，为了使系统更具冲击力和沉浸感的视觉效果，往往采用多个投影机拼接成一个多通道投影显示系统，它可以显示更多的内容、达到更高的显示分辨率，看到更宽的视野。在该系统中，如果投影幕不是平面幕、或投影机的投影方向不正确，将导致在幕上的图像变形；多通道间的图像的拼接产生的白边活黑缝；另外各个投影机的投影亮度色彩等参数不一定一致，这些问题最终影响了该投影显示系统的沉浸感。为了解决这些问题，当前往往采用的几何校正工控机，对各通道的输出图像进行非线性几何校正，边缘融合以及颜色校准。但是，几何校正工控机成本较高，而且对计算机的输出视频的分辨率合刷新率有一定限制。在这里我们采用一种新的方法（多通道投影校正系统），完全使用软件来实现上述功能，它的功能包括如下：1、非线性几何校正可以使得投影机投影在任何曲面上，投影方向不受限制，将投影的图像经过矫正以获得一个视觉正确的图象。2、多通道边缘融合边缘融合可以任意设置通道之间的融合区域带，采用Alpha和Gamma两个参数对融合带中每个通道的亮度过渡进行控制，实现通道间的无缝过渡，从画面上几乎看不出融合区。3、多通道颜色一致性校正在多通道拼接显示系统中，由于每个投影通道的投影机内部参数有细微的差别，投影出的图像会出现不一致的现象，破环整个系统的沉浸感。在这里对每个通道采用亮度校正、对比度校正、灰度校正和颜色校正使整个屏幕的亮度、色彩、鲜艳度、均匀度都比较一致。二、投影校正软件与客户程序连接使用说明1、使用带投影校正功能的OpenGL32.dll方式(见例子TestOpenGL32DllInOpenGL)这种方法不需要在您的源程序里嵌入代码，只要在您的执行程序目录下加上带有校正功能的OpenGL.dll，即可使你的程序附有投影校正的功能，应用于多通道投影系统当中。应用在您的OpenGL程序、OpenGVS、Vega、VTree等支持OpenGL的程序中，具体步骤如下：1) 安装USB软件狗驱动程序（注意先安装微狗安装驱动，并插上USB软件狗）2) 在IG图形生成计算机插入USB软件狗3) 在IG图形生成计算机运行ProjectPattern.exe程序4) 在另一PC机运行ProjectAdjust.exe程序5) 进行非线性几何校正、多投影机间边缘融合及各投影机颜色校准6) 校正文件存盘，文件名必须为“ProjectAdust1.pa”7) 将OpenGL32.dll和ProjectAdust1.pa两个文件拷到支持OpenGL客户程序目录8) 在该目录新建一文本文件“PAChanNumSet.txt”，里面标上该PC机所在投影系统中的通道号9) 运行支持OpenGL客户程序，即可看到经过投影校正的效果10) 在支持OpenGL程序运行时的画面，进一步进行投影校正参数调整2、使用带投影校正功能的ProjectAdjust.dll方式(见例子TestProjectDllInOpenGL)在客户支持OpenGL的源程序中嵌入代码，具体步骤如下：1)-5) 步骤同“使用带投影校正功能的OpenGL32.dll方式”中的15步骤6) 在支持客户程序中加入头文件“ProjectAdjust.h”7) 在程序连接项中加入“ProjectAdjust.lib”或在程序源文件中加入 #pragma comment( lib, ProjectAdjust.lib )8) 在源程序初始化部分加入中投影校正初始化函数调用ProjectAdjustInit(ProjectAdjust1.pa,n)；其中ProjectAdjust1.pa为调试好的投影校正控制参数；n为投影通道号。9) 在源程序中SwapBuffers()前加入ProjectAdjustDraw();10) 在程序退出时调用：ProjectAdjustExit()11) 将ProjectAdjust.dll和ProjectAdust1.pa两个文件拷到支持OpenGL客户程序目录12) 运行支持OpenGL客户程序，即可看到经过投影校正的效果13) 在支持OpenGL程序运行时的画面，进一步进行投影校正参数调整三、多通道投影校正调试说明1、多通道投影校正系统建立一个多通道投影校正系统，应该包括一个给定的屏幕，一个给定的视点以及系统中包含的各个通道（没有数量限制）。为了调试准确，屏幕、视点以及各通道的参数必须与实际一致，与客户程序中的设置一致。打开ProjectAdjust.exe程序，新建一文件，可以通过菜单或工具条添加多通道投影校正系统中所需的屏幕、视点和各通道，在系统中屏幕和视点有且只有一个，通道至少一个，在“项目列表”将这些列表显示出来。选中某个投影通道，可以为该投影通道添加非线性几何校正、边缘融合、亮度校正、对比度校正、灰度校正和颜色校正。其中边缘融合只要有适合的通道与之融合，可以有左、右、上、下四条边缘融合，其他的校正项只能有一个。如果没有添加对应的校正项，默认不做对相应的校正工作。一般来说，先进行非线性几何校正，再进行颜色一致性校准，再对通道间进行边缘融合这样一个顺序来调试整个投影系统。选中某个项目，相应的项目属性属性表显示出来，可以对其进行修改和编辑，对各个属性设置详细说明如下。2、屏幕属性设置屏幕的类型：可选为平面幕，圆柱幕， 球 形幕（其中圆锥幕目前不能使用），幕的类型不一样，变形的情况也不一样。中心位置：屏幕放置的位置，平面幕指其中心点，圆柱幕指其中心线中点，球形幕指其圆心，单位为米。饶X，Y，Z轴旋转：指屏幕按绕坐标轴旋转一定的角度得到当前的位置状态，单位为度。平面幕中的宽度/高度：指幕的实际宽度和高度，单位为米。圆柱幕的半径/水平视场角/高度：球形幕的半径/水平视场角/垂直视场角：3、视点属性设置X,Y,Z位置：视点在坐标系的值，一般将视点的位置作为坐标系原点，单位米；绕X,Y,Z轴旋转的角度：视点绕坐标系的轴旋转，单位为度。4、投影通道属性设置：绕X,Y,Z轴通道旋转：用于设置视景通道对应的视见体绕X,Y,Z轴旋转，得到与客户程序一致的视见体，所以必须和客户场景绘制程序中的设置的旋转角度值对应一致；水平、垂直通道切变：用于设置多通道场景的视见体，必须和客户场景绘制程序中的设置的切变值对应一致；水平、垂直视场角：水平视场角和垂直 视场角只能选择设置一个，如选择设置水平视场，对应垂直视场角由视口的宽高比决定，设置的视场角必须与和客户场景绘制程序中设置的视场角对应一致通道号：在一个多通道投影校正实例中，通道号必须唯一，它和每个通道计算机中PAChanNumSet.txt文件中设置的数字一致，在正常运行中，具体的投影校正参数从ProjectAdjust1.pa中取出与通道号对应的参数。IP地址：对应投影通道的PC机的IP地址，用于在投影校正时，投影校正程序和投影测试图案程序之间的通信。5、非线性几何校正项属性设置控制点数：水平方向上或垂直方向上控制点的个数，在进行；曲率次数：水平方向上或垂直方向上由控制点表示投影NURBS映射网格的曲线的次数；整行移动：打勾后，选中控制点所在行一起移动；整列移动：打勾后，选中控制点所在列一起移动；X位置锁定：打勾后选中控制点只能在Y方向移动，X值锁定不变；Y位置锁定：打勾后选中控制点只能在X方向移动，Y值锁定不变。6、非线性几何校正映射网格控制点操作：每个控制网格点有个序号(xm,yn)，对应有坐标值，如左下角点为：（x0, y0）,其值默认为(-1.0, -1.0)；右上角点为：（x5, y5），其值默认为(1.0, 1.0)。1）在某点区域范围内点击鼠标左键，当点变为绿色表示已选中该点，状态栏显示该点的位置和坐标值；2）对于选中绿色点，可以按键盘的方向键来移动该点，每次移动0.001;3）对于选中绿色点，也可以按下鼠标左键，该点变为蓝色后进行拖动倒适当的位置，松开左键，该点恢复为绿色选中状态，4）当鼠标选中其他点或在其它区域点击时，上次选中的点自然退出选中状态调试界面图下面一个是调试的界面截图，一个是控制网格点曲率为1调试结果，一个是网格点曲率为4调试结果；对于柱幕、球幕等曲线幕，采用次数比较高得到的结果比较理想；对于不是太过复杂的曲面屏幕，采用5*5个控制点就能得到非常好的效果；对于平面幕，可以使用更少的控制点。调试结果图，由一样的控制网格点控制，左图曲率为1次，右图曲率为4次7、边缘融合：控制点数：其中一个方向上的控制点为固定为2个，另外一个方向由该参数设置，最小为2个，最大为5个，默认为2个，每个控制点只能在X或Y方向的一个方向移动；曲率次数：由于融合带曲面其中一个方向上的控制点固定为2个，其曲率也固定为1，另外一个方向由该参数设置，最小为1，最大为控制点个数减1；整行或整列移动：打勾后，选中控制点所在行一起移动；Alpha和Gamma参数：这两个参数来控制融合带灰度的变化过程，从融合带最边开始，其亮度为0.0，到融合带截止，其亮度保持原样，即认为为1.0。其过渡由下函数表示，示意图如下，x为融合带的位置，K、C为常数。不同Alpha和Gamma表示的曲线见图。边缘融合过渡函数示例图100%左图像0%亮度右图像边缘融合带融合终点融合起点融合终点融合起点位置位置0%100%亮度左图像右图像Alpha=2;Gamma=1位置0%100%亮度左图像右图像Alpha=2;Gamma=2位置0%100%亮度左图像右图像Alpha=1;Gamma=1位置0%100%亮度左图像右图像Alpha=1;Gamma=2融合起点8、边缘融合映射网格控制点操作：边缘融合是指相邻的两个通道图像故意让其相邻边缘的图像有一定的重叠部分，即融合带，使用由控制点控制的NURBS映射曲面来表示，控制点的移动操作与非线性几何校正映射网格控制点操作一致。9、亮度，对比度和Gamma校正属性设置在这里的亮度改变的是显卡的颜色输出，与显卡属性设置中的“颜色校正”调整的效果是一样的。亮度(Brightness)的红绿蓝校正值：整体提高或降低显卡颜色校正曲线的值，其值域范围为0.41.6。对比度(Contrast)的红绿蓝校正值：调整显卡颜色校正曲线的斜率，其值域范围为0.31.8灰度的红绿蓝校正值：通常所说的Gamma值，调整显卡颜色校正曲线的弯曲度，其值域范围为0.254.0，红绿蓝值一致锁定：当勾选上，调整红绿蓝中的一个颜色值，其他两个颜色值与其一致改变。10、颜色校正属性设置：颜色校正值：与对应的绘制程序输出的红绿蓝颜色值相乘，最大为1.0，最小为0.0，默认值是1.0，即保持原有输出颜色值。红绿蓝值一致锁定：当勾选上，调整红绿蓝校正中的一个颜色值，其他两个颜色值与其一致改变。11、投影测试图案的选择投影测试图案一共有8种：点（点与点之间的艰间距为3度视场角）、稀疏线图案（每占视场角3度一条线）、中等密度线图案（每占视场角2度一条线），稠密线图案（每占视场角1度一条线），颜色可调图案，黑白棋盘图案，水平灰度条图案，垂直灰度条图案。测试图案中的圆用于判断校准的高宽比是否失调，在调试时，投影出的图像中圆应该保持圆的形状。在进行非线性几何投影校正时，一般先使用稀疏线图案，对每个通道的出现的投影变形进行校准，同时对多通道之间的融合带的对应的线条进行重合校准；接着使用中等密度线图案和稠密线图案进一步校准。在进行多通道边缘融合时，一般使用颜色可调图案，在重叠的融合带出现亮边，使用上述第7和8进行调整。使用测试图案校准完毕，可以使用