[发明专利]投影图像几何畸变自动校正系统及其校正方法

权利要求书

1.一种投影图像几何畸变自动校正系统，其特征在于：包括测控计算机、投影仪、角度检测系统、图像融合计算机和成像计算机；其中，所述测控计算机是系统检测与控制的核心，是大屏幕显示图像自动校正系统的硬件控制平台，测控计算机上安装有几何畸变自动校正软件，测控计算机控制成像计算机输出要检测的控制点，并通过投影仪在投影屏幕上显示出该控制点，工作时全系统中只有一个控制点；所述投影仪是被校正对象，用于显示系统投影图像，与系统之间通过LAN总线进行通信；所述角度检测系统包括高精度机器视觉云台和数字相机；所述高精度机器视觉云台通过RS232总线与测控计算机连接，测控计算机发出动作指令，控制云台动作，使其达到指定角度；所述数字相机安装在高精度机器视觉云台上，与测控计算机之间通过USB总线或LAN总线进行通信，用于采集该角度一定范围内的目标图像；所述图像融合计算机安装有图像融合软件，用于完成投影图像的边缘融合与畸变校正，与系统之间通过LAN总线连接；所述成像计算机是图像源，用于生成几何畸变校正所需要的校正图像，与系统之间通过LAN总线连接；

所述几何畸变自动校正软件包括数字相机图像采集与处理单元、云台控制单元、投影仪设置模块和投影仪校正处理单元；其中，所述数字相机图像采集与处理单元，用于完成控制点图像的采集、处理，并计算图像中控制点的像素坐标值，最后将像素坐标值传递给投影仪校正处理单元作为控制点理论位置计算参数；所述云台控制单元，用于控制云台搭载数字相机的成像中心指向控制点理论位置，但由于显示系统受到曲面投影屏幕和光学效应影响，导致数字相机的中心并没有指向该控制点中心应该存在的水平、垂直角度方向，即存在着畸变误差；所述投影仪设置模块，用于实现投影仪基本功能参数设置，并把水平和垂直投影视场传递给投影仪校正处理单元作为控制点理论位置计算参数；所述投影仪校正处理单元，用于将投影仪设置模块提供的数据与其他系统参数一起进行计算得出控制点理论位置，然后控制云台转向此位置，再触发数字相机图像采集与处理单元工作，数字相机图像采集与处理单元传回控制点实际位置数据，最后使用控制点的理论位置和实际位置数据计算得出畸变校正矩阵，传送给图像融合计算机。

2.根据权利要求1所述的一种投影图像几何畸变自动校正系统，其特征在于：所述数字相机图像采集与处理单元包括：数字相机参数设置模块、图像采集模块、图像处理模块；其中，所述数字相机参数设置模块，用于参数设置；所述图像采集模块，用于控制数字相机进行图像采集，分为单帧采集和连续采集；所述图像处理模块，用于对图像采集模块所采集的图像进行处理。

3.根据权利要求1所述的一种投影图像几何畸变自动校正系统，其特征在于：所述云台控制单元包括：云台状态读取模块、云台预备对准模块；其中，所述云台状态读取模块，用于读取高精度机器视觉云台当前的水平角度和垂直角度；所述云台预备对准模块，用于精确控制云台动作，直至图像内控制点中心与数字相机所采集的图像十字中心点重合。

4.根据权利要求1所述的一种投影图像几何畸变自动校正系统，其特征在于：所述投影仪校正处理单元包括：控制点角度矩阵模块、图像畸变检测模块、图像畸变校正模块；其中，所述控制点角度矩阵模块，用于根据投影仪的参数设置和其他系统参数，计算云台的转动角度；所述图像畸变检测模块，用于检测云台经过虚拟投影平面打出的标准点和投影仪经过虚拟投影平面打出的实际投影点，计算每个控制点的畸变角度或畸变像素数，求得投影仪水平畸变校正矩阵和垂直畸变校正矩阵；所述图像畸变校正模块，用于对图像畸变检测模块所求得的投影仪水平畸变校正矩阵和垂直畸变校正矩阵进行进一步的数据处理，从而得到正确可靠的图像畸变校正矩阵，最后将畸变校正矩阵通过LAN总线发送到图像融合计算机。

5.权利要求1所述的投影图像几何畸变自动校正系统的校正方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤S1，测控计算机控制成像计算机输出要检测的控制点，并通过投影仪在投影屏幕上显示出该控制点，工作时全系统中只有一个控制点，即知道该像素在空间点应该存在的位置；

步骤S2，测控计算机发出移动指令，控制角度检测系统上的高精度机器视觉云台转至预定位置，即使数字相机的中心指向该像素应该存在的水平、垂直角度方向，由于显示系统受到曲面投影屏幕和光学效应影响，导致数字相机的中心并没有指向该像素中心应该存在的水平、垂直角度方向，也就是存在着畸变误差；

步骤S3，测控计算机通过数字相机图像采集与处理单元检测分析出像素的亮点信号的中心坐标；

步骤S4，测控计算机通过数字相机图像采集与处理单元计算出像素的亮点信号的中心坐标在空间坐标系的坐标；

步骤S5，与该像素在空间点应该存在的理论位置进行对比，计算出该像素的角度误差和相对像素的位置误差，形成矩阵形式的误差表；

步骤S6，将该矩阵传给图像融合计算机，由图像融合计算机完成畸变校正过程，最后通过投影仪将图像显示在投影屏幕上。