促进交互字幕投影技术发展的LCD

液晶显示板装在字慕投影仪上并与具有光学反馈功能的个人计算机连接。由于采用了激光指示器,这种显示板可能是字幕投影技术的最佳改进。 Proxima公司的全色显示器取代了幻灯片,它含有菜单和其它交互方案。用附加计算机的键盘和鼠标器可控制显示器,或用投影平面上的LED(或激光指示器)和安装在投影仪上的探测器阵列也可控制显示。平板LCD是采用有源矩阵薄膜晶体管技术显示各种IBM-PC兼容计算机(运转Windows3.0或苹果Macintosh计算机)的屏幕输出。全色VersacolorⅡ型的分辨率为720×480像素。Ovation型能投影视频信号,显示器的响应时间为40ms。     

用射影不变性纠正鱼眼镜头畸变

计算机视觉通常采用针孔摄像机模型，但对于存在较大畸变的鱼眼镜头或广角镜头，必须首先纠正镜头畸变才能应用针孔模型。为了从同时存在透视变形和鱼眼畸变的图像中纠正鱼眼畸变，采用了以下射影不变性：空间中直线的投影为直线；平行直线束的投影平行或相交于一点；直线段投影的交比不变。首先，用待纠正的鱼眼镜头对一幅等间隔正交网格图成像，提取网格结点作为控制点，然后用射影不变性求解畸变模型，达到纠正畸变的目的。该算法巧妙地运用三次方程的Cardan解法。大大提高了速度。结果表明，运用该方法纠正鱼眼镜头畸变速度快、精度高。     

真三维显示器中的同步照明光学系统

在基于多投影机旋转屏的真三维显示器中需要有一种高亮度、窄脉冲工作的白光光源。提出了一种同步照明光学系统,它采用高亮度、连续白光UHP灯作为投影光源,场镜与球面反射镜绕屏幕转轴交替排列,两个透镜组与屏幕同步转动,只有在屏幕正对着投影机时,光束才能从对应的场镜出射照明相应的投影机。该照明光学系统仅用一个光源就能满足真三维显示器中所有投影机照明的需要,并从结构上保证了屏幕转动与投影机投影之间严格同步。该系统成功地应用到了基于多投影机旋转屏的真三维显示器中,三维图像清晰明亮,色彩丰富。论述了系统的工作原理和系统结构,并对投影结果进行了分析。     

一种新的反向投影条纹生成方法研究

反向条纹投影技术是一种应用于在线或批量检测的快速而稳定的光学三维面形检测技术.提出了一种新的产生反向条纹的算法,新的算法建立投影器坐标系与摄像机坐标系的正向映射变换关系,通过投影器坐标系上一个像素点的两套相位值,找到其在摄像机坐标系中对应的位置,即产生投影器坐标系像素点在摄像机坐标系中的注册.由于期望在摄像机中观察到的条纹图像只是简单的正弦条纹图像,直接读取注册点的期望条纹相位,很容易产生反向条纹.计箅机模拟和反向条纹投影实验中的相位标准差分别达到7.044×10-6 rad和3.34×10-2rad,比以前的方法在精度上有了较大的提高,并简要分析了精度提高的原因.计算机模拟和实物测试实验都验证了该方法的可行性.     

面向各向异性投影幕亮度一致性校正方法的研究

为了解决多投影机拼接融合显示系统中亮度分布不均匀及不同视角下的亮度差异问题,提出了一种多视角投影-摄像机系统的非线性最优化颜色校正方法,通过在多个位置放置摄像机进行多角度的观察,并对所有观察结果进行统一的优化处理,实现在各个方向上都能够满足要求的亮度调整方案。针对重叠区域高亮现象及重叠方向和形状的任意性问题,采用双三角函数法计算得到投影机的衰减矩阵,实现亮度融合。以双通道投影系统为实验平台验证了算法的可行性和有效性。     

交流电大小、方向变化演示仪

针对教科版高中物理演示交变电流的实验仪器存在的一些不足,对交流电大小变化的演示实验装置进行了改进,方法是利用满天星激光笔将原仪器看不见摸不着的磁感线用清晰可见的光点直观地展示出来。为了观察交变电流方向的变化则将两只红、绿发光二极管并联在线圈闭合回路中,利用红、绿发光二极管交替发光来演示电流方向变化,另外将大指针检流计串联在闭合线圈回路中来演示线圈切割磁场产生的感应电流大小呈周期性变化。     

基于改进射影控制的降阶高压直流附加控制器设计

针对电力系统控制器设计中,控制器阶数过高且影响控制品质的问题,提出一种基于射影定理的降阶控制器设计新方法,并对射影定理做出改进,实现抑制低频振荡的高压直流附加阻尼控制.通过总体最小二乘-旋转不变技术分析系统振荡特性并辨识出相关模型,再基于极点配置得到状态反馈矩阵,最后利用改进的射影控制理论设计输出反馈降阶控制器,同时将控制器与传统的带观测器的极点配置控制方法进行比较.仿真验证表明,基于射影控制理论的控制器效果较好,控制器阶数较低,鲁棒性强,便于工程实现.     

单相机监控偏折术测量方法

基于相位测量偏折术的测量原理,针对移动屏幕偏折术测量方法中的重复标定问题,提出了基于单相机监控的偏折术测量方法。通过辅助相机监控LCD显示屏幕的两个位置,通过PnP方法和坐标系变换确定LCD显示屏幕在主相机中的位姿关系。利用绝对相位追踪对应同一像素的LCD显示屏幕两个位置上的同名相位点,确定入射光线,最终确定法线和梯度信息,并根据径向基函数插值法精确重建镜面面形。采用镜面标定法对具有不同视场的主辅相机进行标定。该方法只需标定一次,不会产生重复标定误差。仿真和实验验证了该方法的可行性,初步实验结果验证该方法具有较高的检测精度。     

一种单摄像机虚拟鼠标的标定方法

建立单摄像机虚拟鼠标的数学模型,提出一种虚拟鼠标的现场标定方法.以二维实体靶标为中介.利用计算机屏幕生成的虚拟靶标,确定摄像机坐标系到屏幕坐标系的变换.建立空间三维控制点图像坐标到鼠标指针的映射,实现了单摄像机虚拟鼠标的现场标定.提出的方法无需高成本的辅助设备,现场操作简单.在30 cm作用距离内采用640 pixel×480 pixel图像中50个特征点,当图像噪声方差达到1 pixel时,试验中控制点映射为屏幕坐标的均方根(RMS)误差小于3 pixel.该方法应用于研发的虚拟鼠标演示程序.表明切实可行,适用于虚拟鼻尖鼠标的现场标定.     

光点定位中的曲面拟合迭代算法

在光电检测系统中,需要对光点信号的位置实现亚像素定位。光纤从一端照明,由光纤另一端出射光点,由面阵CCD摄像机获取光点的灰度分布。基于最小二乘法,采用高斯曲面拟合算法拟合其分布,用高斯拟合函数的极值点作为光点的定位点。实验结果表明,采用多次迭代算法可以提高定位精度;拟合算法的稳定性(标准差)为0.7μm.高斯曲面拟合算法具有重复精度高、稳定性好的特点。     

Laser spot location method for a laser pointer interaction application using a diffractive optical element

A diffractive optical element (DOE) is applied to effectively locate a laser pointer spot on a projection screen for laser pointer interaction applications. The DOE is placed in front of a digital web camera to blur the background image while transforming the laser spot into a large diffractive pattern, such as a circle. To calculate the diffractive pattern position on the screen, only a simple subtraction method using two successive digital images with the laser ON and OFF, respectively, is needed. This approach also improves the compressed digital image transmission latency.     

基于交比不变性的投影仪标定

提出了一种新的投影仪标定方法以提高数字光栅投影三维测量中投影仪标定的准确性.该方法结合二次投影技术和交比不变性进行投影仪标定.采用二次投影技术解决投射图案与标定板图案互相干扰的问题;采用交比不变性以避免引入相机的标定误差.接着进行了对比实验,以验证所提方法的有效性.选取需要相机参数的传统投影仪标定方法以及根据全局单应性...     

基于投影强度的快速高动态范围三维形状测量

条纹投影轮廓术由于具有速度快、精度高、对环境光照和表面纹理具有鲁棒性等优点,在许多领域得到了广泛应用。但是,它容易受到高动态范围(high dynamic range, HDR)对象的影响。因此提出了一种快速计算最佳投影亮度的方法。通过求解相机与投影仪之间的响应关系,结合所提出的一个简便的投影亮度确定方法,可以得到测量所需要的投影亮度。再基于所提出的图像融合算法融合求得的各个亮度下的原始图片,从而获得高质量的融合图片,实现对HDR物体的高精度的三维重构。相较于传统方法,无需盲目投射和拍摄大量图片或计算复杂的单应性矩阵,仅需要投影一张均匀白光至被测物体,即可快速求解出相机和投影仪之间的响应函数,从而获得所需的投影亮度,使得测量速度有极大的提升。     

An eye behavior measuring device for VR system

This work presents an eye-tracking and pupil size-measuring device that interfaces with a computer for applications useful in psychometry, ophthalmology, physiology and virtual reality (VR) systems. This system utilizes a change-coupled device (CCD) camera, appropriate lenses, PC with frame grabber and a DSP unit with various types of VR equipment, i.e., HMD, simulator or LCD projection device. The digital signal processing unit is used to calculate the average brightness and contrast of the VR video image. A CCD camera with various attachments can be mounted on various VR systems to capture the human eye image for testing. An image capture card and a personal computer are used to analyze the test image. From the eye digital image, the computer obtains data on the pupil size and a trace of the tested eye. A pattern recognition computer program and five measurement parameters are used to distinguish the position of the pupil, calculate the pupil location coordinate and analyze the physical conditions of the user. These data can be plotted against the average brightness and contrast of the VR video image in real time. This information is shown on the screen of a personal computer and used for cross-link analysis. This eye-tracking interface can determine the position of a subject's pupil and map that position into a display point on a computer screen. The pupil size and location data versus the average brightness and contrast of a VR video image are computed in real time.     

A novel device for head gesture measurement system in combination with eye-controlled human–machine interface

This study describes the design and combination of an eye-controlled and a head-controlled human–machine interface system. This system is a highly effective human–machine interface, detecting head movement by changing positions and numbers of light sources on the head. When the users utilize the head-mounted display to browse a computer screen, the system will catch the images of the user's eyes with CCD cameras, which can also measure the angle and position of the light sources. In the eye-tracking system, the program in the computer will locate each center point of the pupils in the images, and record the information on moving traces and pupil diameters. In the head gesture measurement system, the user wears a double-source eyeglass frame, so the system catches images of the user's head by using a CCD camera in front of the user. The computer program will locate the center point of the head, transferring it to the screen coordinates, and then the user can control the cursor by head motions. We combine the eye-controlled and head-controlled human–machine interface system for the virtual reality applications.     

一种三维数字成像系统的多视点姿态估计方法

为校准多视场深度数据,提出基于条纹投影的三维数字成像系统的多视点姿态估计方法。该方法至少在两个视点分别向被测物体投射出一组正交条纹图,利用条纹投影和相位重建技术,将相位图映射为物体的三维空间坐标。进而,利用投影仪的投射过程是摄像机成像过程的逆过程,建立投影仪的投射平面和摄像机的成像平面的对应关系,将“极线几何约束”应用到基于条纹投影的主动三维视觉的姿态估计问题,并在考虑测量数据受噪声影响的条件下,建立了求解视点姿态参量的数学模型。通过优化求解非线性方程可以获得多视点的姿态估计参量。所设计的实验及结果证明了所提出方法的有效性。     

基于激光点云多条件约束的相机检校方法

为了克服相机检校对二维/三维检校场的依赖,提出一种基于激光点云多条件约束的相机检校方法。该方法通过对相机获取的多视影像进行光束法平差获得初始相机参数;利用影像点云与其最邻近的激光点云之间的位置关系,以共线方程为基础模型,建立多条件约束的相机检校数学模型;使用不等式约束的最小二乘方法平差迭代解算相机参数。将本文方法与基于三维控制场的检校精度进行了实验对比分析,结果表明本文方法与基于三维控制场的检校精度相当,两者反投影平均误差相差小于0.1 pixel,验证了本文方法在没有传统检校场的情况下进行相机检校的可行性。     

激光投影成像式运动目标位姿测量与误差分析

为了实现室内运动目标位姿的高精度测量,建立了一套激光投影成像式位姿测量系统.该系统利用两两共线且交叉排列在同一平面上的点激光投射器作为合作目标捷联在运动目标上,通过与光斑接收幕墙的配合共同组成运动目标位姿测量基线放大系统,利用高速摄像机实时记录幕墙上投影光斑的位置,利用摄像机标定结果求解投影光斑的世界坐标,利用投影光斑之间构成的单位向量建立运动目标位姿解算模型.最后,根据测量原理推导了图像坐标提取、摄像机外部参数标定、光束直线度与目标位姿解算结果之间的误差传递函数.实验结果表明,当摄像机的视场范围为14 000mm×7 000mm时,测量系统的姿态角测量精度为1′(1δ),位置测量精度为5mm,且误差大小与目标位姿测量误差传递函数理论计算值一致,验证了本文提出的目标位姿测量方法与测量误差传递模型的准确性,能够满足目标位姿测量高精度的要求.     

融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法

为解决现有激光扫描投影系统中需要手动标定的问题,提出了融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法.首先建立了融合单目视觉技术的激光扫描投影系统模型,给出了融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法;其次建立了单目相机与激光扫描投影系统、被投影物体之间的数学模型;最后运用Matlab软件进行模拟仿真,证明融合单目视觉的激光扫...     

基于无穷单应的大视场摄像机标定方法

在大视场摄像机标定中,常常会出现由于场景过于单一而很难达到自标定所需要的场景约束和运动约束条件、立体标定所需要的强立体条件或者平面靶板标定所需要的绝对共面条件,如指向高空区域的摄像机标定任务就很难满足上述要求,因而大视场摄像机标定需要较为弹性的标定算法。提出一种基于无穷单应的大视场摄像机标定方法,该方法最少只需要4个非共线控制点和摄像机粗略的位置即可求解无穷单应,并且提出一种坐标变换方法以保证线性求解和优化无穷单应时的稳定性。从无穷单应中分解得到摄像机参数初始值,通过Levenberg-Marquardt(LM)优化算法最终实现摄像机的标定。在优化过程中,通过假设图像中心为主点和采用一阶径向畸变模型,相对增加了优化过程中的剩余自由度,能够实现4个像点为观测值的参数优化。相比于强立体或共面的条件,此方法所需条件很容易满足。仿真和实际实验验证了此方法的正确性和高精度,以及重复测量实验的灵活易实施。