投影仪阵列拼接显示系统的研究与实现

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大屏幕显示系统具有高分辨率、超大物理尺寸、沉浸感的特点,在众多领域都有实际的应用需求,比如虚拟现实,工业设计,娱乐等。但是传统的大屏幕显示系统是使用多个光学屏幕拼接或高分辨率投影设备来实现的,硬件设备昂贵。而使用多个投影仪进行无缝拼接显示来实现的大屏幕显示系统,具有安装使用简单方便,成本低廉,可扩展性强的特点。因此,对于投影仪阵列拼接显示系统的研究具有很好的实用价值和意义。多个投影仪组成的投影仪阵列在物理位置上的易变性和在投影图像颜色、亮度上的差异性是实现投影仪阵列拼接显示系统要解决的关键问题。并且随着投影仪阵列的规模不断增大,自动地完成投影仪阵列的安装校正工作也成为了研究的重点方向。投影仪阵列拼接显示系统的研究主要包含几个方面:几何校正、颜色校正、边缘融合以及实时并行显示。本文重点对几何校正、边缘融合和实时并行显示三个关键技术进行了探讨,提出了一套完整的几何校正和边缘融合算法,设计实现了一个能够进行实时并行显示的原型系统。首先,本文针对平面屏幕模型,使用最小二乘法计算出每一个投影仪对应的投影坐标系与屏幕坐标系之间的映射关系矩阵。然后在每一个投影仪显示图像之前进行校正变换让投影图像符合要求。整个几何校正过程只需要很少的人工操作,校正速度快。其次,本文提出了一种基于余弦函数的非线性亮度融合方法来进行投影图像重叠区域的边缘融合。并且在进行Gamma校正之后,消除了投影图像重叠区域的高亮现象,使其边界能够平滑过渡,达到了无缝拼接的目标。最后,在实时并行显示方面,本文利用GPU并行计算对几何校正和边缘融合两个处理过程进行加速,并且采用多线程处理机制,让原型系统实现了实时播放高分辨率视频的目标。本文实现的原型系统仅采用一个摄像头进行几何信息的采集,使用方便,所需硬件设备易于获得、成本低,可以广泛的应用于学校、商场和展览馆等场所。
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