一种投影区域非平面调整方法、介质及系统与流程

本发明属于投影，具体而言，涉及一种投影区域非平面调整方法、介质及系统。

背景技术：

1、随着社会的快速发展,投影技术在各个领域得到了广泛应用,包括教育、娱乐、展示、会议等诸多场景。相比传统的平面投影,非平面投影可以为用户带来更沉浸式的视觉体验,更好地贴合投影区域的实际环境。然而,由于投影区域通常具有一定的几何不规则性,如曲面、折面等,如何实现对投影图像的有效非平面调整一直是业界面临的一大技术难题。现有的非平面投影技术主要有以下几种方案:

2、1.基于手动校正的方案:在投影前,由工作人员通过手动调节投影机的位置和角度,或者对输入图像进行人工变形,尽量使投影效果符合投影区域的几何形状。这种方法需要大量人工干预,操作繁琐,且难以适应投影区域实时发生的几何变化。

3、2.基于预设模板的方案:事先建立一些常见的几何模型模板,如圆柱面、球面等,在实际投影时根据检测到的投影区域几何信息,选择合适的模板进行图像变换。这种方法局限性强,无法适应复杂多样的投影环境。

4、3.基于摄像头反馈的方案:采用摄像头实时监测投影图像在投影区域上的失真程度,并根据反馈信息对输入图像进行动态校正。该方法可以实现一定程度的自适应,但往往无法准确捕捉投影区域的全局几何形状,校正效果有限。

5、总的来说,现有的非平面投影技术大多存在难以实现对投影图像的全局非平面调整,校正效果局限性强，难以应对投影区域实时发生的几何变化,无法动态自适应调整投影效果的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种投影区域非平面调整方法、介质及系统，能够解决现有技术存在难以实现对投影图像的全局非平面调整,校正效果局限性强，难以应对投影区域实时发生的几何变化,无法动态自适应调整投影效果的技术问题。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明的第一方面提供一种投影区域非平面调整方法，其中，包括以下步骤：

4、s10、采用激光扫描仪对投影区域进行扫描，获取表面的高程数据，并将获取的高程数据转换为数学模型，利用微分几何和曲面理论建立投影区域的曲面模型；

5、s20、根据曲面模型，计算出投影区域各点的曲率和扭曲量；

6、s30、将原始图像数据加载到gpu显存中，将曲面模型参数和曲率扭曲数据加载到gpu常量内存中，以供cuda核心访问；

7、s40、划分线程网格，将图像像素分配到不同线程块中进行并行处理，每个线程根据所分配的像素点在曲面模型上的位置和曲率扭曲量，计算出其在理想平面上的对应位置；

8、s50、将计算得到的像素位置存储到共享内存中，实现线程块内部主要区域和边界区域的数据连续性，确保曲面上相邻像素在重映射后保持连续性，线程块完成内部数据连接后，将结果存回全局内存中；

9、s60、对全局内存中的数据进行线程块间边界区域数据连续性处理，实现整个图像数据的连续性，将连接后的图像数据经过几何变换，生成经过非平面调整的投影图像数据；

10、s70、将调整后的投影图像数据发送至投影仪，完成投影，实时监测投影区域表面的变化，重新获取高程数据，动态调整曲面模型参数和投影图像参数，自适应调整投影效果；

11、s80、采用迭代优化算法，不断优化曲面模型和非平面调整参数，提高投影质量。

12、其中，所述步骤s10，具体包括：

13、步骤101、采用激光扫描仪对投影区域进行扫描，获取该区域表面的三维高程数据；

14、步骤102、将获取的高程数据进行数学建模，利用微分几何和曲面理论建立投影区域的非平面曲面模型，精确描述投影区域的几何形状。

15、其中，所述步骤s20的具体步骤包括：

16、步骤201、根据建立的曲面模型，利用微分几何中的曲率公式，对曲面模型进行微分运算，得到每个位置点的主曲率和高斯曲率；

17、步骤202、将计算得到的曲率数据存储在gpu的常量内存中。

18、其中，所述步骤s30的具体步骤包括：

19、步骤301、将待投影的原始图像数据复制到gpu的显存中；

20、步骤302、将所述曲面模型参数复制到gpu的常量内存中。

21、其中，所述步骤s40的具体步骤包括：

22、步骤401、根据gpu硬件的特性，将整个图像划分为多个线程块，每个线程块负责处理图像中的一部分像素；

23、步骤402、在每个线程块内部再细分为多个线程，每个线程负责计算一个像素点在理想平面上的映射位置；

24、步骤403、利用曲面模型参数，结合所述像素点在曲面上的坐标位置，通过微分几何公式计算出该点在理想平面上的对应坐标。

25、其中，所述步骤s50的具体步骤包括：

26、步骤501、每个线程块将计算得到的像素映射位置存储到本块的共享内存中，利用共享内存的低延迟、高带宽特点确保线程块内部的数据快速交互；

27、步骤502、线程块内部处理两类像素：主要区域的像素存储到共享内存中；而边界区域的像素需要与相邻线程块进行数据交换,确保曲面上相邻像素在重映射后保持连续性；

28、步骤503、线程块将计算结果从共享内存转存到全局内存中,以供后续处理使用。

29、其中，所述步骤s60的具体步骤包括：

30、步骤601、对存储在全局内存中的像素映射结果,进行线程块间的数据连接操作,确保位于不同线程块之间的边界像素在重映射后保持连续；

31、步骤602、利用每个像素在理想平面上的对应位置,对原始图像数据进行几何变换,生成最终的非平面调整后的投影图像数据。

32、其中，所述步骤s70的具体步骤包括：

33、步骤701、将步骤s60中计算得到的经过非平面调整的投影图像数据发送至投影仪,完成实际的投影过程；

34、步骤702、采用摄像头或其他传感设备实时监测投影区域表面的几何变化,一旦发现表面形状发生变化,立即重新执行步骤s10至s60,获取新的高程数据,更新曲面模型参数和投影图像参数,从而动态调整投影效果。

35、所述步骤s80的具体步骤包括：

36、步骤801、采用基于梯度下降法的迭代优化算法,以投影质量作为优化目标函数；

37、步骤802、在每次迭代中,根据当前的曲面模型和非平面调整参数,计算出投影图像与理想投影效果之间的差异,并利用梯度信息调整模型参数,逐步缩小差异,从而提高投影质量；

38、步骤803、当投影质量高于预设的质量阈值时,则认为已经达到理想效果,停止迭代。

39、本发明的第二方面提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令运行时，用于执行上述的一种投影区域非平面调整方法。

40、本发明的第三方面提供一种投影区域非平面调整系统，其中，包含上述的计算机可读存储介质。

41、与现有技术相比较，本发明提供的一种投影区域非平面调整方法、介质及系统的有益效果是：

42、1.精确获取投影区域的三维高程数据,建立非平面曲面模型:通过激光扫描仪对投影区域进行高密度扫描,获取该区域表面的三维高程数据,并采用三次b样条曲面进行精确建模,可以充分描述投影区域的复杂几何形状。相比现有技术仅能使用简单的预设几何模型,本方法可以适应更加复杂多样的投影环境。

43、2.基于gpu的并行计算实现全局非平面调整:将图像数据和几何参数加载到gpu显存和常量内存中,充分发挥gpu的并行计算能力,将整个投影图像的非平面调整过程划分为多个线程块和线程进行并行处理。这不仅大幅提高了计算效率,而且通过共享内存和边界处理,确保了整个图像在几何变换后保持良好的连续性,避免了明显的失真和断裂。相比现有基于cpu的串行处理方式,本方法的计算速度和图像质量均有显著提升。

44、3.实现投影效果的实时动态自适应调整:本方法能够实时监测投影区域表面的几何变化,并动态更新曲面模型参数和投影图像参数,持续优化投影效果。一旦发现投影区域表面形状发生变化,立即重新获取高程数据,更新几何模型,重新计算非平面调整结果。这种实时自适应调整机制,可以确保投影效果始终符合投影区域的实际几何形状,即使在动态变化的环境中也能保持最佳投影质量。相比现有的静态校正方法,本方法具有更强的适应性和鲁棒性。

45、4.采用迭代优化算法进一步提高投影质量:除了实时自适应调整,本方法还采用基于梯度下降法的迭代优化算法,以投影质量指标为目标函数,不断优化曲面模型参数和非平面调整参数。通过动态调整优化步长,可以快速收敛到最优的投影效果。相比现有的静态校正方法,本方法可以持续提升投影质量,满足更高的视觉体验要求。

46、综上所述,本发明提出的投影区域非平面调整方法,充分利用了激光扫描、gpu并行计算、实时自适应调整和迭代优化等技术手段,可以精准获取投影区域的几何信息,快速高效地实现对投影图像的全局非平面调整,并能动态适应投影环境的变化,最终显著提升了投影质量和适应性,解决了现有技术存在难以实现对投影图像的全局非平面调整,校正效果局限性强，难以应对投影区域实时发生的几何变化,无法动态自适应调整投影效果的技术问题。

技术特征：

1.一种投影区域非平面调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种投影区域非平面调整方法，其特征在于，所述步骤s10，具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种投影区域非平面调整方法，其特征在于，所述步骤s20的具体步骤包括：

4.根据权利要求1所述的一种投影区域非平面调整方法，其特征在于，所述步骤s30的具体步骤包括：

5.根据权利要求1所述的一种投影区域非平面调整方法，其特征在于，所述步骤s40的具体步骤包括：

6.根据权利要求1所述的一种投影区域非平面调整方法，其特征在于，所述步骤s50的具体步骤包括：

7.根据权利要求1所述的一种投影区域非平面调整方法，其特征在于，所述步骤s60的具体步骤包括：

8.根据权利要求1所述的一种投影区域非平面调整方法，其特征在于，所述步骤s70的具体步骤包括：

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有程序指令，所述程序指令运行时，用于执行权利要求1-8任一项所述的一种投影区域非平面调整方法。

10.一种投影区域非平面调整系统，其特征在于，包含权利要求9所述的计算机可读存储介质。

技术总结
本发明提供了一种投影区域非平面调整方法、介质及系统，属于投影技术领域，本方法采用激光扫描仪对投影区域进行高程扫描,建立投影区域的非平面曲面模型。根据曲面模型计算出各点的曲率和扭曲量,并将相关数据加载到GPU。通过线程并行处理,根据像素在曲面模型上的位置和曲率,计算出它们在理想平面上的对应位置,实现图像数据的连续性。最后将调整后的投影图像发送至投影仪,并通过实时监测和参数动态调整,不断优化投影效果。本发明提供的一种投影区域非平面调整方法、介质及系统解决了现有技术存在难以实现对投影图像的全局非平面调整,校正效果局限性强，难以应对投影区域实时发生的几何变化,无法动态自适应调整投影效果的技术问题。

技术研发人员：周安斌,晏武志,潘见见
受保护的技术使用者：山东金东数字创意股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23