Automatic Calibration of Multi-Projector-Systems

Projektionssysteme werden in vielen Bereichen von Industrie, Forschung und Entwicklung, aber auch Kunst, Kultur und Lehre eingesetzt. Für alle diese Anwendungsbereiche sind die qualitativen Ansprüche bzw. die Komplexität der Anwendungsfälle dermaßen hoch, dass herkömmliche Ein-Projektor-Systeme für diese Fälle nicht mehr ausreichen. Sowohl zur Erhöhung der Helligkeit als auch der Auflösung, zur Darstellung dreidimensionaler stereoskopischer Inhalte, aus Redundanzgründen oder um eine scharfgestellte Projektion auf einer dreidimensionalen Projektionsfläche zu gewährleisten, müssen daher Multiprojektorsysteme eingesetzt werden. Die Teilprojektionen eines solchen Systems liefern dabei aber ohne komplizierte Anpassungen keine homogene Gesamtprojektion. Es treten Pixelversätze, Helligkeitsunterschiede und Abweichungen von der Geometrie der Projektionsfläche auf. Aus diesem Grund müssen Multiprojektorsysteme pixelgenau kalibriert werden. Die Kalibrierung ist nicht trivial und erfolgt durch entweder manuelle, semiautomatische oder automatische Verfahren. Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei neuartige, robuste, automatische, kamerabasierte Verfahren zur zeitsparenden und exakten Einrichtung von Multiprojektorsystemen entwickelt. Die Verfahren lösen das Problem der Kalibrierung für regelmäßig geformte zwei- und dreidimensionale sowie beliebig geformte Projektionsflächen.Projection systems are widely used in many application areas of industry, research & development, art & culture or teaching. Single channel systems are not adequate for complex use cases. For increasing the brightness or resolution, for displaying three-dimensional stereoscopic content, for obtaining redundancy or for guaranteeing a focused projection on a three-dimensional projection surface, multi channel systems have to be used. However, without adaptations the partial projections of such a system do not result in a homogenous projection. Visible artifacts due to pixel offsets, brightness differences, and deviations from the geometry of the projection surface may occur. In order to eliminate such effects a multi channel system has to be pixel-perfectly calibrated. In most cases this calibration is a non-trivial task which has to be solved either with manual, semiautomatic or fully automatic algorithms. This thesis describes three novel, robust, automatic, camera-based algorithms for fast and exact calibration of multi projector systems. These three algorithms solve the mentioned problems for regular formed two- and three-dimensional as well as for arbitrarily formed projection surfaces