多通道大屏幕图像无缝拼接技术研究

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摘 要：本文着重介绍了基于PC机大荧幕图像显示中利用多通道进行无缝拼接的方法。利用普通的投影机和PC机一起构造出系统的硬设备，利用线性函数的融合法和具有交互式特点的软件几何校正法，可以快速的在多通道中进行图像的融合拼接，这种拼接方法不仅可以提高拼接效率，而且在很大程度上降低了制造成本和后期维护成本，具有很高的市场推广和应用价值。

关键词：无缝拼接；多通道投影；边缘融合；几何校正

中图分类号：TP391.41

随着多媒体的发展，具有高分辨率、显示面积广等特点的大荧幕图像显示在诸如交通指挥、可视化计算、媒体展示等许多领域中得以广泛应用。利用普通投影仪和PC机的拼接方法不仅可以提高拼接效率，而且在很大程度上降低了制造成本和后期维护成本，具有很高的市场推广和应用价值。利用线性函数的融合法和具有交互式特点的软件几何校正法，可以快速的在多通道中进行图像的融合拼接。

1 无缝拼接技术的概念和发展

无缝拼接技术一共经历了三个发展阶段，分别是纯硬件融合拼接技术、纯软件融合处理技术以及软硬件结合无缝处理技术。在纯硬件融合拼接技术中最主要的就是利用光学的遮光进行硬件处理，从而达到融合画面的目的，而纯软件的融合处理技术则是必须通过电子线路的方式进行图像融合，而在软件和硬件结合处理图像融合的技术中则是整合了以上两种处理方法的优势，既有对光学遮光的融合又有对电子线路的融合处理。

在拼接效果上来看，无缝拼接技术也经历了三个发展阶段，分别是硬边拼接、重叠拼接以及边缘融合拼接。第一阶段的硬边拼接由于是明显的物理拼接，无法实现画面的全部呈现和一体化显示。因为当两台或者多台投影机并列在一起进行投影时，在大屏幕上就会出现黑色或者白色的线条，无法使受众直观的感受到这事一整幅的画面。第二阶段的重叠拼接则是由于在进行投影的过程中没有对相邻投影仪之间的重合部分进行淡进淡出等拼接融合处理，这种处理方法存在着过亮区域的弊病，严重影响到无缝拼接的整体效果和实现。第三阶段的边缘融合拼接则很好的解决了硬边拼接和重叠拼接的问题，具体的操作方法是将相邻的两个投影机中的一个重叠部分进行线性衰减，而另一个则进行线性亮度增加，由此就使得整幅画面在受众的视觉中产生出了一种画面的完整性和一致性的错觉。通过对边缘的融合既能实现相邻两台投影机的之间的完美融合又能够彻底消除由重叠部分拼接而出现的过亮区域问题，最主要的是这种拼接方法既可以应用在平面屏幕上，又可以应用在柱形、圆形等曲面的屏幕中，所以边缘融合技术具有更广的实用性和操作性。本文将在下面的内容中着重介绍这一方法的使用过程。

2 几何校正

许多情况下投影仪的径向变形和投影到球形屏幕时会造成图像的畸变，所以在对图像进行无缝拼接时，首要解决的问题就是几何校正，其主要对象是单个的投影画面畸变校正和多通道之间的画面对齐校正。

2.1 几何校正的原理

在对图像进行几何校正时，必须严格依照图像所需要的校正关系等信息来进行校正，根据投影机和显示屏幕的相关参数来计算几何校正的信息。

2.2 几何校正的步骤

首先，利用采样点组成规则的网格式图案，并将其投影到屏幕中；其次，计算出实际投影点和帧缓存图像的点之间存在的映射联系，这种联系可以通过投影的远近位置以及屏幕的尺寸等参数进行计算得知。其后，参照实际投影点和帧缓存图像点之间的映射关系，在进行系统绘制的过程中，将画面的每段映射纹理计算出来；最后，将经过刚才几何校正后的图像进行流水线绘制，确保再次投影的图像得出满意的效果。

3 图像的对齐校正

图像的对齐校正主要集中在相邻的投影画面之间，本文通过两台投影机的投影画面进行简要介绍图像对齐校正的过程，多通道之间的对齐校正方法也可以此类推。

（1）与几何校正相同，在每一个的屏幕通道上都投射出由点与点组成的规则的网格图案。

（2）通过绘制专门的调整网格位置和形状的交互式程序，对网格进行调整，使每个通道的投影网格对齐。

（3）将上一步骤中的网格进行三角化，并保存由此得出的映射纹理的几何顶点。

（4）分别复制每个通道中，每一帧的缓存图像，并利用分段的纹理映射方法将图像的纹理映射到相应的几何顶点中，其后再将其进行各自的流水线绘制，得出的图像就是对齐后的投影图像。

4 图像的边缘融合

本文中，笔者利用线性函数的方法实现了相邻通道之间高亮重叠部分的边缘融合。主要过程如下：

（1）将相邻的两个通道的投影面都转换成白屏状态；

（2）对通道一和通道二之间的高亮部分进行ALPHA调整，使其亮度有所衰减；

（3）将调整ALPHA后的效果图分别采用位图的形式保存在相应的通道一和通道二的PC中；

（4）在绘制系统的过程中，将每一个投影面的每一帧图像都调整到融合效果位图的程度上，然后利用纹理映射进行多次亮度融合。

边缘融合的技术特点：

（1）画面的完整度较好，画面显示更大。多通道的大屏幕由多台投影仪拼接投射的画面自然比一台投影仪投影出来的画面更大，可视性更广、更加实用，而且艳丽光鲜的色彩画面也一定更能给人们带来超强的视觉冲击盛宴，使用了无缝拼接技术融合在一起的多通道大屏幕画面更是为画面的完美和色彩的一致提供了最大化的技术保障。

（2）分辨率更高。多通道大屏幕的处理器一般都是具有高分辨率的计算机或者投影仪矩阵，这些矩阵的每一个通道都可以产生出三个以上的1600*1200像素的图像，而在通过边缘融合之后，至少可以减去25%的像素，那么减去多余像素后的图像则能够产生出4000*1200的高分辨率。

（3）提升整体画面的分辨率。每一个投影仪投射出图像的一个部分，当多台投影机经过边缘融合之后，投射出的图像的分辨率则比没有经过处理的图像的分辨率高出许多。例如，一台投影仪的分辨率是800*600，当三台投影仪通过边缘融合了25%之后，图像的分辨率怎提升到了2000*600。

5 结束语

在本文中，笔者提出了通过利用普通投影仪和PC机的拼接方法，解决多通道下大屏幕图像的无缝拼接方法及其系统的设计，对多通道大屏幕图像的几何校正、对齐校正和重合区域边缘融合等一些关键性的问题，采用灵活的软件处理方法进行了系统的修正与解决。最后的实验结果证明，这种方法在解决多通道大屏幕图像的无缝拼接问题上有着一定的可行性和有效性，解决了传统的几何校正、对齐校正和边缘融合等问题繁杂的步骤劣势。此系统紧紧采用了普通的投影仪和廉价的PC机，相比较其他的解决方案，此方法更具有廉价、便捷、易维护等特点，具有良好的市场推广和利用价值。

参考文献：

[1]俞凌云，刚，王亢.大屏幕投影系统中基于软件的无缝拼接技术[J].计算机仿真，2009（05）.

[2]俞凌云，刚，王亢.大屏幕无缝拼接系统的应用软件平台开发[J].计算机应用，2008（09）.

作者简介：张沛沛（1989.01-），女，河北沧州人，研究方向：嵌入式软件与系统。

作者单位：北京工业大学，北京 100022