多通道大屏幕圖像無縫拼接技術(shù)研究

摘 要：本文著重介紹了基于PC機(jī)大熒幕圖像顯示中利用多通道進(jìn)行無縫拼接的方法。利用普通的投影機(jī)和PC機(jī)一起構(gòu)造出系統(tǒng)的硬設(shè)備，利用線性函數(shù)的融合法和具有交互式特點的軟件幾何校正法，可以快速的在多通道中進(jìn)行圖像的融合拼接，這種拼接方法不僅可以提高拼接效率，而且在很大程度上降低了制造成本和后期維護(hù)成本，具有很高的市場推廣和應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：無縫拼接；多通道投影；邊緣融合；幾何校正

中圖分類號：TP391.41

隨著多媒體的發(fā)展，具有高分辨率、顯示面積廣等特點的大熒幕圖像顯示在諸如交通指揮、可視化計算、媒體展示等許多領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用。利用普通投影儀和PC機(jī)的拼接方法不僅可以提高拼接效率，而且在很大程度上降低了制造成本和后期維護(hù)成本，具有很高的市場推廣和應(yīng)用價值。利用線性函數(shù)的融合法和具有交互式特點的軟件幾何校正法，可以快速的在多通道中進(jìn)行圖像的融合拼接。

1 無縫拼接技術(shù)的概念和發(fā)展

無縫拼接技術(shù)一共經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，分別是純硬件融合拼接技術(shù)、純軟件融合處理技術(shù)以及軟硬件結(jié)合無縫處理技術(shù)。在純硬件融合拼接技術(shù)中最主要的就是利用光學(xué)的遮光進(jìn)行硬件處理，從而達(dá)到融合畫面的目的，而純軟件的融合處理技術(shù)則是必須通過電子線路的方式進(jìn)行圖像融合，而在軟件和硬件結(jié)合處理圖像融合的技術(shù)中則是整合了以上兩種處理方法的優(yōu)勢，既有對光學(xué)遮光的融合又有對電子線路的融合處理。

在拼接效果上來看，無縫拼接技術(shù)也經(jīng)歷了三個發(fā)展階段，分別是硬邊拼接、重疊拼接以及邊緣融合拼接。第一階段的硬邊拼接由于是明顯的物理拼接，無法實現(xiàn)畫面的全部呈現(xiàn)和一體化顯示。因為當(dāng)兩臺或者多臺投影機(jī)并列在一起進(jìn)行投影時，在大屏幕上就會出現(xiàn)黑色或者白色的線條，無法使受眾直觀的感受到這事一整幅的畫面。第二階段的重疊拼接則是由于在進(jìn)行投影的過程中沒有對相鄰?fù)队皟x之間的重合部分進(jìn)行淡進(jìn)淡出等拼接融合處理，這種處理方法存在著過亮區(qū)域的弊病，嚴(yán)重影響到無縫拼接的整體效果和實現(xiàn)。第三階段的邊緣融合拼接則很好的解決了硬邊拼接和重疊拼接的問題，具體的操作方法是將相鄰的兩個投影機(jī)中的一個重疊部分進(jìn)行線性衰減，而另一個則進(jìn)行線性亮度增加，由此就使得整幅畫面在受眾的視覺中產(chǎn)生出了一種畫面的完整性和一致性的錯覺。通過對邊緣的融合既能實現(xiàn)相鄰兩臺投影機(jī)的之間的完美融合又能夠徹底消除由重疊部分拼接而出現(xiàn)的過亮區(qū)域問題，最主要的是這種拼接方法既可以應(yīng)用在平面屏幕上，又可以應(yīng)用在柱形、圓形等曲面的屏幕中，所以邊緣融合技術(shù)具有更廣的實用性和操作性。本文將在下面的內(nèi)容中著重介紹這一方法的使用過程。

2 幾何校正

許多情況下投影儀的徑向變形和投影到球形屏幕時會造成圖像的畸變，所以在對圖像進(jìn)行無縫拼接時，首要解決的問題就是幾何校正，其主要對象是單個的投影畫面畸變校正和多通道之間的畫面對齊校正。

2.1 幾何校正的原理

在對圖像進(jìn)行幾何校正時，必須嚴(yán)格依照圖像所需要的校正關(guān)系等信息來進(jìn)行校正，根據(jù)投影機(jī)和顯示屏幕的相關(guān)參數(shù)來計算幾何校正的信息。

2.2 幾何校正的步驟

首先，利用采樣點組成規(guī)則的網(wǎng)格式圖案，并將其投影到屏幕中；其次，計算出實際投影點和幀緩存圖像的點之間存在的映射聯(lián)系，這種聯(lián)系可以通過投影的遠(yuǎn)近位置以及屏幕的尺寸等參數(shù)進(jìn)行計算得知。其后，參照實際投影點和幀緩存圖像點之間的映射關(guān)系，在進(jìn)行系統(tǒng)繪制的過程中，將畫面的每段映射紋理計算出來；最后，將經(jīng)過剛才幾何校正后的圖像進(jìn)行流水線繪制，確保再次投影的圖像得出滿意的效果。

3 圖像的對齊校正

圖像的對齊校正主要集中在相鄰的投影畫面之間，本文通過兩臺投影機(jī)的投影畫面進(jìn)行簡要介紹圖像對齊校正的過程，多通道之間的對齊校正方法也可以此類推。

（1）與幾何校正相同，在每一個的屏幕通道上都投射出由點與點組成的規(guī)則的網(wǎng)格圖案。

（2）通過繪制專門的調(diào)整網(wǎng)格位置和形狀的交互式程序，對網(wǎng)格進(jìn)行調(diào)整，使每個通道的投影網(wǎng)格對齊。

（3）將上一步驟中的網(wǎng)格進(jìn)行三角化，并保存由此得出的映射紋理的幾何頂點。

（4）分別復(fù)制每個通道中，每一幀的緩存圖像，并利用分段的紋理映射方法將圖像的紋理映射到相應(yīng)的幾何頂點中，其后再將其進(jìn)行各自的流水線繪制，得出的圖像就是對齊后的投影圖像。

4 圖像的邊緣融合

本文中，筆者利用線性函數(shù)的方法實現(xiàn)了相鄰?fù)ǖ乐g高亮重疊部分的邊緣融合。主要過程如下：

（1）將相鄰的兩個通道的投影面都轉(zhuǎn)換成白屏狀態(tài)；

（2）對通道一和通道二之間的高亮部分進(jìn)行ALPHA調(diào)整，使其亮度有所衰減；

（3）將調(diào)整ALPHA后的效果圖分別采用位圖的形式保存在相應(yīng)的通道一和通道二的PC中；

（4）在繪制系統(tǒng)的過程中，將每一個投影面的每一幀圖像都調(diào)整到融合效果位圖的程度上，然后利用紋理映射進(jìn)行多次亮度融合。

邊緣融合的技術(shù)特點：

（1）畫面的完整度較好，畫面顯示更大。多通道的大屏幕由多臺投影儀拼接投射的畫面自然比一臺投影儀投影出來的畫面更大，可視性更廣、更加實用，而且艷麗光鮮的色彩畫面也一定更能給人們帶來超強(qiáng)的視覺沖擊盛宴，使用了無縫拼接技術(shù)融合在一起的多通道大屏幕畫面更是為畫面的完美和色彩的一致提供了最大化的技術(shù)保障。

（2）分辨率更高。多通道大屏幕的處理器一般都是具有高分辨率的計算機(jī)或者投影儀矩陣，這些矩陣的每一個通道都可以產(chǎn)生出三個以上的1600*1200像素的圖像，而在通過邊緣融合之后，至少可以減去25%的像素，那么減去多余像素后的圖像則能夠產(chǎn)生出4000*1200的高分辨率。

（3）提升整體畫面的分辨率。每一個投影儀投射出圖像的一個部分，當(dāng)多臺投影機(jī)經(jīng)過邊緣融合之后，投射出的圖像的分辨率則比沒有經(jīng)過處理的圖像的分辨率高出許多。例如，一臺投影儀的分辨率是800*600，當(dāng)三臺投影儀通過邊緣融合了25%之后，圖像的分辨率怎提升到了2000*600。

5 結(jié)束語

在本文中，筆者提出了通過利用普通投影儀和PC機(jī)的拼接方法，解決多通道下大屏幕圖像的無縫拼接方法及其系統(tǒng)的設(shè)計，對多通道大屏幕圖像的幾何校正、對齊校正和重合區(qū)域邊緣融合等一些關(guān)鍵性的問題，采用靈活的軟件處理方法進(jìn)行了系統(tǒng)的修正與解決。最后的實驗結(jié)果證明，這種方法在解決多通道大屏幕圖像的無縫拼接問題上有著一定的可行性和有效性，解決了傳統(tǒng)的幾何校正、對齊校正和邊緣融合等問題繁雜的步驟劣勢。此系統(tǒng)緊緊采用了普通的投影儀和廉價的PC機(jī)，相比較其他的解決方案，此方法更具有廉價、便捷、易維護(hù)等特點，具有良好的市場推廣和利用價值。

參考文獻(xiàn)：

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[2]俞凌云，王毅剛，王亢.大屏幕無縫拼接系統(tǒng)的應(yīng)用軟件平臺開發(fā)[J].計算機(jī)應(yīng)用，2008（09）.

作者簡介：張沛沛（1989.01-），女，河北滄州人，研究方向：嵌入式軟件與系統(tǒng)。

作者單位：北京工業(yè)大學(xué)，北京 100022