臺灣博碩士論文加值系統

曲面屏幕漸漸的廣泛應用於高解析度沉浸式視覺化環境(High-Resolution Immersive Visualization Environment)和虛擬實境(Virtual Reality)，許多畫面變形調整的問題也因而產生。
本研究希望將虛擬實境(Virtual Reality)場景透過投影機投射於模擬操作艙四周環境中的不規則表面，實現包覆式沉浸的環場虛擬實境，增加身歷其境的真實性。對於任意曲面屏幕的非線性投影影像扭曲失真，目前投影影像矯正技術有限，並且擁有過多的限制條件與幾何校正的方法非常花費人力和成本。因此，本研究使用攝影機拍攝利用電腦視覺領域中數位影像處理辨識技術，藉由顏色與紋理特徵資訊，量測出特徵點的影像空間位置，進行幾何校正；換言之，以電腦自動化幾何校正代替人力操作。最後，經由幾何校正計算後得到投影變形影像的幾何形狀，再透過Bezier數學式建構平滑曲面，使得矯正後的變形影像具有更好的連續性，最後，將影像投影至任意曲面屏幕，完成投影影像矯正處理程序。本研究嘗試利用FPGA硬體設計、繪圖程式設計、動畫引擎軟體設計完成即使投影影像變形處理運算。

The non-planar screen display is now popularly applied in many applications, such as large surrounding screen display, virtual reality and other immersive visualization environment. Researchers use theories of non-linear image distortion and manual modification to correct the distorted display but the technologies are not matured and require time and manpower. Therefore, this proposed project takes the advantages of computer vision to design a simple routine using the digital image processing methods, such as positioning point, the grain and color information, theory of Bezier and B-Spline to construct and correct the final projection image automatically. This automatic image correction procedure can be done with low-cost equipment and save time with traditional manual modification. Finally, will the aid of computer vision capture the correction vector information with image processing techniques, this developed system can project the corrected image on the non-planar screen without any distortion.

中文摘要 i　
英文摘要 ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機與目的 2
1.3文獻探討 2
第二章 投影與校正 6
2.1 平面投影(Plane Projection) 6
2.1.1 正交和傾斜投影 6
2.1.2 透視投影變換 7
2.1.2.1座標系統(Coordinate Systems) 8
2.1.2.2映射矩陣(Mapping Matrix) 9
2.1.3 平面透視投影幾何校正 12
2.1.4 影像變形 13
2.2 任意曲面投影(Arbitrary Curve Projection) 14
2.2.1 曲面投影與平面投影之間的問題 14
2.2.2 曲面投影幾何校正 15
2.2.3 校正矩形切割 16
2.2.4 曲面影像變形 17
2.2.5 貝茲曲線(Bezier curve)拼接 17
2.2.5.1 貝茲曲線 18
2.2.5.2 逆向工程 19
2.2.5.3 貝茲曲線網格 20
2.2.5.4 影像變形 22
2.3 幾何校正 22
2.3.1幾何校正定位 22
2.3.2演算法 23
第三章 標誌圖案辨識 26
3.1 標誌圖案架構 26
3.2 數位影像處理技術 26
3.2.1 邊緣偵測 26
3.2.1.1 Canny邊緣偵測 27
3.2.2 線段檢測 31
3.2.2.1 Hough轉換 31
3.3 辨識定位演算法 34
第四章 攝影機校準 37
4.1 校準程序 38
4.2 校準板設計 38
4.2.1 圖樣特徵 39
4.3 校準板的擺放設計 41
第五章 即時數位影像變形處理平台設計 45
5.1 嵌入式硬體處理系統 43
5.1.1相關理論介紹 43
5.1.1.1 FPGA 45　
5.1.1.2類比視訊訊號格式【NTSC】 46
5.1.1.3數位視訊訊號格式【ITU-R BT.656】 49
5.1.1.4類比視訊訊號格式【VGA】 51
5.1.1.5同步動態記憶體工作說明【SDRAM】 55
5.1.2系統平台介紹 60
5.1.2.1 DE2-70多媒體開發平台介紹 60
5.1.2.2影像處理解碼晶片 61
5.1.2.3 通訊介面 62
5.1.3 週邊元件設計驗證 62
5.1.3.1 VGA控制晶片設計測試 62
5.1.3.2 ITU-656晶片設計測試 65
5.1.3.3 SDRAM控制晶片設計測試 70
5.1.4 嵌入式系統平台設計驗證 73
5.1.5 遭遇的問題 76
5.1.5.1 SDRAM頻寬 77
5.2 繪圖程式設計與實現 78
5.2.1投影影像變形架構 79
5.2.2桌面擷取 79
5.2.3貼圖 80
5.2.4效能測試 80
5.3 動畫引擎軟體設計與實現 81
5.3.1相關軟體介紹 81
5.3.1.1 建模軟體3ds MAX 81
5.3.1.2 虛擬實境開發軟體Virtools　 82
5.3.2實現方法 83
第六章 實驗結果與分析 85
6.1 實驗設備介紹 85
6.1.1攝影機校準板 85
6.1.2 PTZ平台 86
6.2曲面投影校正 87
6.3汽車前擋風玻璃投影校正 92　
第七章 結論與未來展望 94
7.1 結論 94
7.2 未來展望 94
參考文獻 97
作者簡介 99　

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