無縫數字大屏幕顯示系統項目可行性研究報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 大大降低。整個融合參數的確定僅僅需要幾分鐘而已。因此，基于計算機視覺的圖像融合方法具有方便、快捷、準確的特點。 圖3 投影圖像的校正 圖4 基于照相機的校正系統(2)邊緣融合經過幾何校正，投影幕上得到的圖像是非扭曲的。相鄰的兩個子圖像有兩種排列方法：圖像不重疊，讓它們緊密地排列在一起；相鄰的圖像部分重疊。第一種方法被稱之為硬拼，處理簡單，但會形成一條無法消除的縫，因為人的視覺特性對顏色的突變非常敏感，所以兩臺投影儀之間的色差必須小于人眼對于突變的閾值，這一點是很難做到的。另外，即使兩個投影儀的顏色一樣，兩個子圖像的邊緣距離只有與圖像內部兩個象素之間的距離相近時，才不會感覺到縫隙，這一點也是很難做到的。根據人眼對顏色緩慢變化要遲鈍得多的特性，將相鄰的圖像部分重疊，使顏色平滑地從一邊過渡到另一邊，這種方法被稱之為邊緣融合（軟拼）。具體實現時，可以采取Alpha Mask的方法，賦給重疊區每個象素的亮度一個權值，并使同一位置的權值和為1。在討論之前，假定：（a）所有投影儀的RGB三基色的色度是相同的。對于紅色來說就是將RGB顏色（r，0，0）轉變到CIE XYZ空間時，只有Y值不同，x、z是相同的（對于同一型號的投影儀來說，亮度Y的差異比色度x、z的差異要明顯得多；（b）投影儀的亮度響應（Luminance Response）對紅綠藍三通道是相互獨立的，即L（r，g，b）=L（r，0，0）+L（0，g，0）+L（0，0，b）其中L（r，g，b）是對輸入RGB值為（r，g，b）時，投影儀的輸出亮度（CIE Y）（實際的投影儀并不滿足這個條件，因為每個投影儀都有一個最低亮度（black offset），即L（0，0，0）≠0。并且DLP投影儀有4個通道而不是3個。這里為了討論的方便，假設滿足上述條件，實際的LCD投影儀也接近此假設；（c）投影儀內的每個象素，其亮度響應滿足如下形式：L=k（c/255）γ，L為投影儀輸出亮度（CIE Y），c為輸入的r、g或b，k與r為與投影儀相關的常數；（d）所有投影儀的所有象素k值相同。有了上面的假設，先來考慮左右兩個圖像重疊的情況。如圖3 所示，對于重疊區內的某一象素P（d，w），d為P到重疊區邊緣的距離，W為重疊區的寬度，使用亮度線性插值，則左邊圖像P點處的Alpha值，右邊圖像P點處的Alpha值。將P點處兩個圖像的亮度相加：相加后的亮度正好等于不重疊時的亮度。由于假定投影儀的三通道是相互獨立的，上面的算法對于任意的（r，g，b）都適用。 圖5 邊緣融合4 個圖像重疊時，只要分別從兩個方向作線性插值，上述算法仍然適用。(3)顏色校正Alpha值的推導依賴于投影儀的亮度響應滿足L=k的形式，然而投影儀并不滿足這種形式，每臺投影儀都有自己獨特的亮度響應曲線。圖6中，g（c）、h（c）分別是兩臺投影儀的實際亮度響應曲線，他們不僅曲線的形狀不同，而且亮度范圍也不一樣。要使投影儀顯示的亮度統一，取兩者的公共亮度區間作為期望亮度區間，然后將兩臺投影儀的實際輸出亮度都映射到f（c）所表示的這個公共亮度區間內(，γ為期望的任意值)。具體的映射方法：對校正前的輸入象素P(r,0,0),期望的亮度響應為f（r），因此在曲線g（c）和h（c）上各找到一點Q1（r1，0，0），Q2（r2，0，0）使得f(r)=g(r1)=h(r2)，即 、(r1，0，0)、(r2，0，0)即為校正后新的輸入值。 圖 6 亮度響應曲線可以用色度儀分別測出每個顏色通道的每個輸入等級的亮度響應，作圖得到曲線g（c）、h（c）。知道了投影儀的每個通道的實際亮度響應曲線，以及公共的期望亮度響應曲線，就可以對每臺投影儀的每個通道建立一個查找表。實時融合顯示（大量圖像數據實時計算問題）無縫正投影（或背投影）大屏幕圖像融合與播放服務器投影機…投影機擴展融合工作站投影機…投影機…擴展融合工作站投影機…投影機在整個投影儀圖像融合顯示過程中，必須要對每一個投影儀圖像的每一象素的顏色、亮度、對比度等信息進行計算處理，計算量非常大，而且所有的計算處理必須在40ms以內完成，隨著投影儀數量的增多，單臺圖像融合服務器顯然是不可能勝任這樣的計算工作，我們采用了計算機網絡技術和分布式計算技術，增加圖像融合工作站，將任務分配給圖像融合服務器和圖像融合工作站，讓它們分布式計算。通常每一臺圖像融合服務器或圖像融合工作站負責4臺投影儀圖像的計算處理，但為了減輕圖像融合服務器的負擔，一般圖像融合服務器只負責2～3臺投影儀圖像的計算處理。圖7 分布式實時圖像融合顯示系統組成圖分布式計算的同步問題本系統使用了時間戳技術來保持所有結點之間的同步，在系統初始化時對圖像融合服務器和圖像融合工作站進行校時，使圖像融合服務器結點和各圖像融合工作站結點的時鐘嚴格保持一致。這里設圖像融合服務器的時鐘為Tc，設某個圖像融合工作站結點的時鐘為Tr，校時的目的就是為了精確的得出Toffset=TcTr的值。首先測試該圖像融合工作站結點和圖像融合服務器之間的平均反應時間tdelay=tread+tnet+twrite，該反應時間由數據包的讀出、寫入以及網絡延時三部分構成。圖像融合服務器發出一個數據包，圖像融合工作站結點將該數據包立即彈回，送出和收到之間的時間差為TrecvTsend，由上面的定義不難看出Trecv Tsend =2tdelay，所以多次測試的結果表示為：為了避免由于網絡的抖動引起的偶然誤差，需要統計平均反應時間的方差：當時，認為發生了偶然誤差，需要重新進行測試。這里h是常數，可以根據實際的網絡環境和所需要達到的精度進行調節。在獲得了平均網絡反應能力后，圖像融合工作站結點向圖像融合服務器發送一個帶有自己時鐘的數據包，圖像融合服務器收到數據包后立即提取自己的時鐘，這樣就可以獲得圖像融合服務器和圖像融合工作站結點之間的時鐘偏差。多次測試的結果為：同樣也需要計算的值：并在時認為發生了偶然誤差, 重新進行測試.該方法的測試結果表明校時后圖像融合服務器和圖像融合工作站結點之間的時鐘誤差僅為2毫秒。這樣的誤差在幀率低于100時人眼是無法感覺到這種誤差的存在的，我們的原型系統的幀率維持在70左右，已經達到了相當不錯的效果。數字大屏幕顯示系統與應用系統的銜接問題本系統提供了一個虛擬WINDOWS / UNIX／LINUX操作系統窗口，通過該“虛擬操作系統窗口”可以方便地與現有WINDOWS / UNIX／LINUX操作系統平臺下工作的各種網絡通信管理系統（例如，NEC、DDN、PCM等等）銜接。該虛擬WINDOWS / UNIX／LINUX操作系統窗口可以方便地使用各種高分辨率圖像顯示硬件和軟件，從而把高分辨率的畫面實時地在大屏幕上顯示出來。本系統提供了一個RGB顯示接口，通過該顯示接口可以把其他特殊應用系統在計算機屏幕上顯示的圖像直接輸入到本系統的圖像采集、分割子系統，從而可以把畫面實時地在大屏幕上顯示出來。（1）VGA視頻陣列切換機利用VGA視頻陣列切換機可以方便地接受WINDOWS/UNIX／LINUX操作系統平臺下工作的各種網絡通信管理系統（例如，SDH、PCM、RPR、RF、TXDD、西門子、廣哈、時鐘、調度臺等等）輸出VGA視頻信號；接著通過選擇，輸出其中的1~4路VGA信號至‘視頻信號解壓、采集、畫面分割子系統’；然后，由該子系統對輸入的VGA信號進行實時數據采集、畫面分割；最后，可以把高分辨率的畫面實時地在大屏幕上顯示出來。從而既保持了原有各個網絡系統的物理上的隔離，同時又實現了大屏幕圖像融合顯示系統與現有各類網絡應用系統的柔性銜接。（2）遠程圖像監控系統遠程圖像監控系統網絡可以方便地與‘畫面分割子系統’服務器提供的虛擬網絡控制臺和“虛擬操作系統平臺”連接。通過視頻圖像實時解壓軟件或者硬件解壓卡，可以把通過網絡傳送來的監控畫面實時地在大屏幕上顯示出來。 另外，本系統也可以接收16路模擬監控視頻信號，進行實時顯示。在大屏幕上顯示的圖像可以自由拖動、無級縮放。（3）視頻圖像播放系統通過“畫面分割子系統”服務器上提供的視頻信號接口和“虛擬操作系統平臺”，視頻圖像播放系統可以接收高清電視、DVD、VCD、VCR模擬的或者數字的影視信號，在大屏幕上播放。（4）獨立的PC機圖像通過“畫面分割子系統”服務器上提供的“虛擬操作系統平臺”，可以直接使用Microsoft公司提供的媒體播放器MediaPlayer在大屏幕上觀察各種格式的圖片。（5）遠程會議系統應用通過“畫面分割子系統”服務器上提供的數字或者模擬的視頻接口，以及“虛擬操作系統平臺”，系統可以用于遠程視頻會議系統，直接在大屏幕上播放器多媒體講稿，顯示各個會場的現場圖像。投影機的安裝與調整大屏幕幾何尺寸的設置連接和調整數碼照相機初始化屏幕畫面照片DVI顯示卡的配置服務器配置程序的