非平面投影技术凭借其逼真的显示效果、灵活的场景布局和多样的表现形式,弥补了传统平面投影技术的不足,在虚拟现实、展览展示、模拟仿真等领域具有广阔的应用前景,受到国内外众多研究者的广泛关注。现有的非平面投影技术主要存在以下不足:首先,现有技术未能考虑投影机安放位置与投射角度对投影分辨率、成像清晰度等参数的影响,在量化评价投影机非理想光学特性条件下的投影效果方面缺乏理论指导,限制了投影显示效果的进一步提升;其次,投影图像的纹理细节与被投物体的空间外形难以匹配,特别当生成投影图像所用的虚拟渲染模型与被投实物外形存在偏差时,无法对投影纹理误差进行修正;最后,现有方法对柱面、球面这类可参数化描述的投影表面进行图像拼接校正时,多使用手工校正方法而没有建立误差闭环控制系统,导致校正工作效率低下且难以保证精度。为此本文针对非平面投影系统中的几何校正关键技术展开研究,主要工作和创新点包括:(1)投影性能评价及投影机位姿优化方法。为了定量描述投影机非理想光学特性对投影效果的影响,本文提出了投影分辨率、分辨率差异、投影距离差在内的三种投影性能评价标准并给出了量化计算方法。构建了投影性能评价函数,通过使用多初始值方法和蒙特卡洛方法对该评价函数进行最优化求解,获得使投影效果最佳的投影机位姿参数。实验结果表明本文提出的投影性能评价标准可以准确描述投影机摆放位姿对投影分辨率的影响,所构建的投影机位姿优化方法在不同面型屏幕以及不同投影机数量条件下均具有良好表现,形成的优化部署方案相较于随机部署方案投影分辨率可提高30%以上,为实际投影机部署提供了理论指导。(2)基于重建的自由表面投影校正方法。针对无规则自由表面投影系统,本文提出了一种利用三维重建获取被投物体外形、通过模型匹配和空间坐标转换获得投影机视点下渲染模型图像的投影几何校正方法。为了消除重建模型与渲染模型之间存在的差异,提出一种基于后期图像调整的纹理匹配误差修正方法。实验表明该方法对于改善自由表面投影中出现的几何畸变具有显著作用,可将投影图像与投影表面之间的像素匹配误差降低60%以上,实现了投影纹理与被投物体外形的精确对齐。(3)参数化表面自动投影校正方法。针对可使用解析表达式描述的参数化表面投影系统,本文提出了一种非重建的参数化表面投影校正方法,该方法利用参数化表面的外形已知条件,顾及了参数化表面在加工、搬运中引入的倾斜、表面起伏等外形偏差对投影图像的影响,根据投影机之间的内在约束更新投影机位姿信息,利用摄像机建立的投影机像素映射关系修正屏幕外形误差引起的投影图像畸变,实现了参数化屏幕多投影机系统的自动拼接。实验结果表明该方法在投影校正过程中具有耗时短、精度高的特点,在投影表面外形与理论参数模型出现偏差的条件下可将投影拼接误差控制在投影系统分辨率的0.5%以下。