一种投影仪颜色校正方法.pdf

本发明提出了一种投影仪颜色校正方法，使用测光表调整相机的光圈、曝光时间等参数；将相机获取的投影图像与原始图像比较，利用非线性最优化方法拟合出亮度响应曲线；利用亮度响应曲线对原始图像进行校正，得到适合于人眼视觉的高质量投影图像。此方法的优点在于使用计算机软件的方法，解决了单投影或多投影显示系统中出现的颜色差异问题，提高了画面质量和视觉效果，避免了使用昂贵且复杂的专业光学设备，同时也大幅度减少了采用HDR方法时所需要的照片数量(HDR方法需要拍摄数十张图像，本方法只需要一张)，操作简单，易于实施

1.  一种投影仪颜色校正方法，其特征在于，其构成和实现步骤如下：
本发明由6部分组成：测光表(1)，投影屏幕(2)，照相机(3)，计算机组(4)、显示系统(5)和标定图像(8)；其中，计算机组(4)由N个计算机(6)组成(N为正整数)；显示系统(5)由N个投影仪(7)组成；标定图像(8)存储在计算机(6)中。
实现步骤：
步骤1：本发明方法(100)部分，得到亮度响应曲线(简称ITF曲线)，具体步骤如下：
步骤110：开始；
步骤120：计算机(6)读取标定图像(8)；
步骤121：计算机(6)计算标定图像(8)中每个采样点(采样点数取决于标定图像(8)的颜色级数，范围为1到256)的图像坐标(横坐标和纵坐标)；
步骤122：计算机(6)根据每个采样点的图像坐标，提取其待投颜色值；
步骤130：计算机(6)将标定图像(8)通过投影仪(7)投影到投影屏幕(2)上显示，得到投影显示图像；
步骤131：测光表(1)在投影屏幕(2)前，正对投影仪(7)，测光表(1)测量环境光；将测光表(1)读出的曝光时间与光圈组合设置到照相机(3)中；
步骤132：使用照相机(3)拍摄投影屏幕(2)上的投影显示图像，获得和标定图像(8)有颜色差异的投影图像，简称为投影图像；
步骤133：计算机(6)计算每个采样点在投影图像中相应的坐标；
步骤134：计算机(6)根据每个采样点在投影图像中相应的坐标，提取其在投影图像中的颜色值，此颜色值简称为投影颜色值；
步骤140：每个采样点的待投颜色值和投影颜色值组成颜色值对，利用这些颜色值对，拟合出ITF曲线(此曲线为待投颜色值和投影颜色值之间的对应关系)；
步骤150：求解ITF曲线的反函数曲线，建立颜色查找表(此颜色查找表为投影颜色值和待投颜色值之间的对应关系)。
步骤2：本发明方法(200)部分，对计算机(6)中的原始图像进行实时颜色校正，得到校正后的待投图像，通过投影仪(7)投影在投影屏幕(2)上正确显示，具体步骤如下：
步骤210：在计算机(6)上，输入需要经投影仪(7)投影在投影屏幕(2)上的原始图像；
步骤220：计算机(6)读取原始图像中每一点的颜色值，即投影颜色值；
步骤230：利用本方法(100)部分求得的ITF曲线的颜色查找表，获得投影颜色值对应的待投颜色值；
步骤240：记录原始图像每一点的待投颜色值，得到待投图像，通过投影仪(7)将待投图像投影到投影屏幕(2)上，显示校正后的投影图像。

2.  如权利要求1所述的实现步骤可以在计算机组(4)和显示系统(5)之间实现。

一种投影仪颜色校正方法
技术领域
本发明涉及一种方便快捷的投影仪颜色校正方法，广泛适用于各类投影仪等与显示技术有关的虚拟现实、军事仿真、视频会议、工业设计等领域，解决投影仪自身亮度非线性响应、输出颜色随使用时间变化、多投影仪间颜色差异等问题，实现低成本、易实施、好操作的投影仪颜色校正。
背景技术
随着虚拟现实技术迅速发展，视觉显示越来越受到人们的重视。知觉和心理学研究表明，人们能够很容易的感觉到2％的亮度差异和2nm的光波长变化带来的颜色差异。然而对于投影显示技术，随着投影仪使用时间的增加，投影仪的颜色会变暗(这与投影仪内部的灯泡的使用寿命有关)；单台投影仪内的亮度非线性响应；同时，由于投影仪的厂商、种类、服役时间等得不同，投影仪之间也会存在亮度和颜色上的差异。即使是同一厂商生产的同样种类的投影仪，也会存在或多或少的差异。因此，针对投影仪等显示系统中颜色差异的校正方法应运而生。
颜色校正方法大致可分为硬件光学设备方法和软件技术方法两类，前者基于测光仪、分光辐射度计等专业光学设备，后者基于高动态范围(HDR，high dynamicrange)图像技术。颜色校正的主要问题是如何获取投影仪的亮度响应(ITF，intensity transfer function)曲线。Wallace等人使用彩色照度计测量投影仪的颜色空间，通过非参数模型确定投影仪到标准空间的颜色映射。Majumder等人使用分光辐射度计来测量投影仪的颜色特性，并建立RGB三通道的颜色查找表，从而实现颜色空间的映射。这两种方法的不足之处是依赖于昂贵的专业光学设备，操作复杂，成本高。Raij A等人使用了HDR技术，对投影仪的RGB值递增时的输出亮度进行采样，得到一些HDR图像，进而得到投影仪的近似ITF曲线，不足之处就是需要大量的采样图像，在实际中难以应用。如何实现低成本、高效率、易实施的颜色校正至关重要。
发明内容
本发明的目的是为了解决单投影或多投影显示系统中出现的颜色差异问题，提高显示系统的视觉感受，降低技术成本，简化操作方法。
本发明提供了一种投影仪颜色校正方法，使用测光表调整相机的光圈、曝光时间等参数；将相机获取的投影图像与原图像比较，利用非线性最优化方法拟合出亮度响应曲线(简称ITF曲线)；对原始图像，利用ITF曲线进行校正，得到适合于人眼视觉的高质量投影图像。通过使用该发明，提高了画面质量和视觉效果，减少了显示系统的颜色差异，避免了使用昂贵的复杂光学设备，同时也大幅度减少了采用HDR方法时所需要的照片数量(HDR方法需要拍摄数十张图像，本方法只需要一张)，操作简单，易于实施。
1.如图1所示，本发明由6部分组成：测光表(1)，投影屏幕(2)，照相机(3)，计算机组(4)、显示系统(5)和标定图像(8)；其中，计算机组(4)由N个计算机(6)组成(N为正整数)；显示系统(5)由N个投影仪(7)组成；标定图像(8)存储在计算机(6)中。
2.实现步骤：
步骤1：本发明方法(100)部分，得到亮度响应曲线(简称ITF曲线)，具体步骤如下：
步骤110：开始；
步骤120：计算机(6)读取标定图像(8)；
步骤121：计算机(6)计算标定图像(8)中每个采样点(采样点数取决于标定图像(8)的颜色级数，范围为1到256)的图像坐标(横坐标和纵坐标)；
步骤122：计算机(6)根据每个采样点的图像坐标，提取其待投颜色值；
步骤130：计算机(6)将标定图像(8)通过投影仪(7)投影到投影屏幕(2)上显示，得到投影显示图像；
步骤131：测光表(1)在投影屏幕(2)前，正对投影仪(7)，测光表(1)测量环境光；将测光表(1)读出的曝光时间与光圈组合设置到照相机(3)中；
步骤132：使用照相机(3)拍摄投影屏幕(2)上的投影显示图像，获得和标定图像(8)有颜色差异的投影图像，简称为投影图像；
步骤133：计算机(6)计算每个采样点在投影图像中相应的坐标；
步骤134：计算机(6)根据每个采样点在投影图像中相应的坐标，提取其在投影图像中的颜色值，此颜色值简称为投影颜色值；
步骤140：每个采样点的待投颜色值和投影颜色值组成颜色值对，利用这些颜色值对，拟合出ITF曲线(此曲线为待投颜色值和投影颜色值之间的对应关系)；
步骤150：求解ITF曲线的反函数曲线，建立颜色查找表(此颜色查找表为投影颜色值和待投颜色值之间的对应关系)。
步骤2：本发明方法(200)部分，对计算机(6)中的原始图像进行实时颜色校正，得到校正后的待投图像，通过投影仪(7)投影在投影屏幕(2)上正确显示，具体步骤如下：
步骤210：在计算机(6)上，输入需要经投影仪(7)投影在投影屏幕(2)上的原始图像；
步骤220：计算机(6)读取原始图像中每一点的颜色值，即投影颜色值；
步骤230：利用本方法(100)部分求得的ITF曲线的颜色查找表，获得投影颜色值对应的待投颜色值；
步骤240：记录原始图像每一点的待投颜色值，得到待投图像，通过投影仪(7)将待投图像投影到投影屏幕(2)上，显示校正后的投影图像。
上述的实现步骤可以在计算机组(4)和显示系统(5)之间实现。
有益效果
本发明的目的是提供一种方便快捷的投影仪颜色校正方法。其优点在于使用计算机软件的方法，解决了单投影或多投影显示系统中出现的颜色差异问题，提高了画面质量和视觉效果，避免了使用昂贵且复杂的专业光学设备，同时也大幅度减少了采用HDR方法时所需要的照片数量(HDR方法需要拍摄数十张图像，本方法只需要一张)，操作简单，易于实施，且可扩展能力强。
附图说明
图1为投影仪颜色校正系统构成图。此图也是说明书摘要附图。其中：1为测光表，2为投影屏幕，3为照相机，4为计算机组，5为显示系统，6为计算机，7为投影仪，8为标定图像。
图2为标定图像。
图3为本发明方法的流程图。
图4为颜色校正效果对比图。其中：第一幅为待投影图像，第二幅为未校正的投影结果图像，第三幅为校正后的投影结果图像。
具体实施方式
步骤1：本发明方法(100)部分，得到ITF曲线，具体步骤如下：
步骤110：开始；
步骤120：计算机(6)读取标定图像(8)；
步骤121：计算机(6)计算标定图像(8)中每个采样点(采样点数取决于标定图像(8)的颜色级数，范围为1到256)的图像坐标(横坐标和纵坐标)；
步骤122：计算机(6)根据每个采样点的图像坐标，提取其待投颜色值；
步骤130：计算机(6)将标定图像(8)通过投影仪(7)投影到投影屏幕(2)上显示，得到投影显示图像；
步骤131：测光表(1)在投影屏幕(2)前，正对投影仪(7)，测光表(1)测量环境光；将测光表(1)读出的曝光时间与光圈组合设置到照相机(3)中；
步骤132：使用照相机(3)拍摄投影屏幕(2)上的投影显示图像，获得和标定图像(8)有颜色差异的投影图像，简称为投影图像；
步骤133：计算机(6)计算每个采样点在投影图像中相应的坐标；
步骤134：计算机(6)根据每个采样点在投影图像中相应的坐标，提取其在投影图像中的颜色值，此颜色值简称为投影颜色值；
步骤140：每个采样点的待投颜色值和投影颜色值组成颜色值对，利用这些颜色值对，拟合出ITF曲线；
步骤150：求解ITF曲线的反函数曲线，建立颜色查找表。
步骤2：本发明方法(200)部分，对计算机(6)中的原始图像进行实时颜色校正，得到校正后的待投图像，通过投影仪(7)投影在投影屏幕(2)上正确显示，具体步骤如下：
步骤210：在计算机(6)上，输入需要经投影仪(7)投影在投影屏幕(2)上的原始图像；
步骤220：计算机(6)读取原始图像中每一点的颜色值，即投影颜色值；
步骤230：利用本方法(100)部分求得的ITF曲线的颜色查找表，获得投影颜色值对应的待投颜色值；
步骤240：记录原始图像每一点的待投颜色值，得到待投图像，通过投影仪(7)将待投图像投影到投影屏幕(2)上，显示校正后的投影图像。