JP2004287433A - 画像を表示面上に表示する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】まず、複数のプロジェクタPiにより、構造化パターンが表示面上に投影される。構造化パターンの入力画像が取得される。各入力画像は、プロジェクタのうちの対応する1台に対して固定の物理的関係にあるカメラCiによって取得される。対応が三角形分解されて、二次伝達TPiCkが決定される。二次伝達Tの二次伝達パラメータが決定される。プロジェクタからの出力画像が、二次伝達および二次伝達パラメータに従ってワーピングされる。
【選択図】図1
Description
プロジェクタは、小型化、軽量化、鮮明化、かつ低価格化しつつある。装置が小型化されると、フォームファクタの柔軟性により新たな使用形態および新たな用途が生まれる。たとえば、将来のプロジェクタは、固定位置あるいはモバイルセットアップで使用することが可能であろう。
ますます、コンピュテーションは、よく組織されたメインフレームの集合ではなく、異種のそれ自体で完全なコンピューティングユニットのクラスタにわたって分散されるようになっている。より低価格でより強力なコンピュータの進歩により、この傾向は加速している。
近年、物理的な環境を補強する表示装置、たとえば固定設置用の大型モニタ、投影スクリーン、LCD、またはプラズマスクリーン、およびモバイル用途のハンドヘルドPDAがより人気となっている。はめ込み(immersion)は、こういったディスプレイの大半の必須目標ではない。
従来技術による表示システムによっては、高度センサおよびさらなる演算を用いるものがあり(上記Underkoffler他によって記された「I/O bulb」を参照のこと)、これは同じ場所にあるプロジェクタおよびカメラを使用する。傾斜センサを使用して、自動キーストン(keystone:台形歪み)補正を行うことができる。Raskar著「A Self Correcting Projector」IEEE Computer Vision and Pattern Recognition、2001を参照のこと。
図1は、本発明による幾何学的形状認識プロジェクタ100を示す。プロジェクタ100は、前面投影モードおよび後面投影モードの両方で使用可能であり、また単体で使用しても、または他の同様のプロジェクタと組み合わせて共同して使用してもよいことに留意されたい。
プロジェクタ100は、スマートキーストン補正、位置付けを補償した画像輝度、自動明度、ズーム、およびフォーカス、幾何学的形状およびテクスチャキャプチャのための3Dスキャン、およびカメラサブシステム160のためのスマートフラッシュを含む複数の機能を実行することができる。この最後の機能の場合、プロジェクタの機能はカメラ機能の補助である。この場合、プロジェクタは単に、カメラで観察しているシーンの特定エリアを照らすだけである。
図2Aおよび図2Bに示すように、プロジェクタ100は、単体で使用することもでき、または無線Ethernet(登録商標)、RF、または赤外線等のネットワーク210を介して互いに通信する、自己構成可能なアドホックネットワーク化プロジェクタクラスタ200内で使用することもできる。クラスタ200として構成された場合、プロジェクタ100は、図2Bに点描で示される1つのシームレスな複合画像201として知覚されるものを表示する。複合画像201は実際には、表示面230または他の物理的な物体上の複数の投影画像220から構成される。表面230は二次面であってもよいことに留意する。この例では、2台のプロジェクタが下から投影し、逆になったキーストンから観察されるように、1台のプロジェクタが上から投影している。
プロジェクタ100が無計画に、おそらくモバイルセットアップで使用される場合、平面の表示面を常に利用できるとは限らない。実際には、部屋の隅、円柱、またはドーム形状の天井に画像を表示することが望まれることがある。したがって、歪みが最小化されるような出力画像の補正が必要になる。複数のプロジェクタが使用される場合は、おそらく一貫しない照明強度を有するプロジェクタによって生成される複数の出力画像をシームレスに併合することがさらに問題となる。これは、「理想的な」場所に配置された、すなわち投影中心(CoP)が平面の表示面に対して実質的に直交する状態の1台のプロジェクタに関して出力画像がプレワーピング(is pre-warped)される従来技術の問題と異なることに留意する。
本発明の方法は、表示面の被照明領域にわたっての歪みが最小の画像を表示する。たとえば、映画スクリーンのような平面の表面上でのソリューションは、まるで観客が正面から平行して映画を見ているかのように画像を投影することである。プロジェクタがスキューしている場合は、キーストン補正が適用される。
∂u/∂x=∂v/∂y、かつ∂u/∂y=−∂v/∂x
であることを確実にすることである。
図3は、本発明の等角投影方法300のステップを示す。
図4に示すように、2D位置付けRtexを決定するステップは以下である。
X=p1+x(p2−p1)+y(p3−p1)
を決定する(410)。
[010]T=xj(p2−p1)+yj(p3−p1)
を解くことによって見つける。
時により、一方の方向における画像特徴の形状を、他方の方向での歪みを犠牲にして維持することが望ましいことがある。たとえば、球面セグメント等、略垂直であるが非可展面上に投影されるバナーテキストでは、キャラクタが水平方向において歪んだとしても、すべてのテキストキャラクタが同じ高さに見えなくてはならない。
重み・∂v/∂y−定数
の形の4つの偏導関数で表現する。
図5に示すように、本発明の幾何学的形状認識プロジェクタ100のクラスタ200を使用して、平面の湾曲した表示面501上にレンダリングすることができる。
アドホッククラスタ200を使用してのシームレスな複数プロジェクタによる重複表示は、多くの利点を提供する。クラスタにより、非常に広いアスペクト比が可能であり(図2A、図2B参照)、また、プロジェクタと表示面の間の距離が短くてもよい。また、異種のプロジェクタおよびより高次の表面を使用することも可能である。本明細書では、異種のプロジェクタにより、異なる表示特徴、たとえば、光強度、アスペクト比、およびピクセル解像度を有するプロジェクタを意味する。クラスタにより、ピクセル解像度の増大および表示の明化が可能である。さらに、複数のクラスタを使用することも可能である。
図6は、プロジェクタのクラスタ200を形成する方法600を示す。この方法は「較正(calibrate:キャリブレーション)メッセージの受信(610)に応答する。較正メッセージは、クラスタ200に入りたいプロジェクタUkによって同報通信することができる。代替として、較正メッセージは、位置付けがセンサ195に従って変更されたときに、すでにクラスタに入っている任意のプロジェクタによって同報通信されてもよい。さらに、このメッセージは、環境中のある他の発信源によって、たとえば、表示面の形状または位置付けが変更されたことを示すために同報通信されてもよい。もちろん、ユーザがプロジェクタを無計画に配置した後で、最初の具体化でクラスタを形成する必要のあるときに、メッセージを同報通信することもできる。メッセージは、m台のプロジェクタすべてが近傍にある無線Ethernet(登録商標)、RF、または赤外線等の近接ネットワーク210を介して受信される。
図7に示すように、重複する画像の画像見当合わせを行う。画像間の関係はホモグラフィとして表現される。3Dの不透明な平面の表面の任意の2つの透視図間の写像は、規模に応じて定義される3×3行列として表現される平面投影伝達を用いて表現することができる。
本発明では、環境センサがない状態で、表示スクリーンとすべてのプロジェクタの間の相対的な3D配置を計算して、シームレスな1つの表示画像にする。わかっている配置がない状態で、計算されるソリューションはホモグラフィによる変換まで正確であり、表示面上で歪んで見える。さらに、表面が垂直面である場合、本発明の手法は投影画像をそれぞれの垂直軸および水平軸に自動的に位置合わせする。
Hij(GjHij−Gi)=0
である。
環境からのユークリッド情報がない状態で、スクリーンに対するプロジェクタPjの3D配置を計算することによってHi0を見つける。3Dでの配置決定には雑音があるが、本発明のプロジェクタ間の画像伝達は、前と同じ、すなわちシームレスな1つの出力画像を確保した全体伝達に基づいたままである。ホモグラフィHi0を決定する本発明の手法は、Raskar他著「A Self Correcting Projector」IEEE Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR)、2001に記載の方法に基づいている。
図9に示すように、レンダリングに適した投影行列をプロジェクタに見つけることは、まず、スクリーン上のプロジェクタの寄与領域を計算すること、そしてそれから完全な表示範囲をプロジェクタ画像中に再投影することを含む。
図10は、おそらく凹面状の多角形L1001内の、所定のアスペクト比aを有する最大の軸位置合わせされた矩形Sを特定する方法を示す。多角形Lは、投影された四辺形の連合体によって形成される。3つの未知数:位置について2つ、および矩形Sのスケールについて1つ、に対しての解は、不等式を書くことによって得ることができる。数式は凹面上の多角形の場合はわずかに異なる。
このセクションでは、ドーム、円筒形のスクリーン、楕円体、または放物面等、二次面上で画像を自動的に見当合わせする方法について述べる。コンピュータビジョンでは、画像伝達に二次面を使用するいくつかの従来技術による方法が既知である。Shashua他著「The Quadric Reference Surface:Theory and Applications」International Journal of Computer Vision(IJCV)、23(2)、185-198、1997を参照のこと。
3Dの不透明な二次面Qの任意の2つの透視図間の写像は、二次伝達を使用して表現することができる。平面伝達は、4つ以上のピクセルの対応から計算することができるが、二次伝達Tでは9つ以上の対応が必要である。
A=B−eqT
および
E=qqT−Q33
を定義することによって、不明確な部分を除去することができ、また、本発明で使用する
図11に示す本発明の方法1100は、まず、カメラとプロジェクタの間の対応を決定する(1110)。次に、三角形分解し、3Dでの二次伝達式を生成する(1120)。次に、二次伝達パラメータを決定し、この二次伝達パラメータを使用して入力画像をワーピングする(1140)。
レンダリングについて、二次伝達を極平面すなわちAを介してのホモグラフィに、Eおよびeによって定義されるピクセルあたりのシフトを加えたものとして取り扱う。平面表示の場合のクラスタと同様に、外部環境センサまたはシーンにおけるユークリッドマーカのいずれの助けもなく、このホモグラフィをプロジェクタUkにおける内部センサの示度とともに利用して、出力画像を表示面の水平軸および垂直軸に位置合わせする。
Claims (11)
- 複数のプロジェクタPiにより複数の構造化パターンを表示面上に投影すること、
それぞれ、前記複数のプロジェクタのうちの対応する1台と固定の物理的関係にあるカメラCiによって取得される、前記構造化パターンの複数の入力画像を取得すること、
前記対応を三角形分解して二次伝達TPiCkを決定すること、
前記二次伝達Tの二次伝達パラメータを決定すること、及び
前記二次伝達及び前記二次伝達パラメータに従って、前記複数のプロジェクタの複数の入力画像をワーピングすること
を含む画像を表示面上に表示する方法。 - 前記複数のプロジェクタは前記構造化パターンを順次投影し、
前記複数のカメラは、順次投影される構造化パターンそれぞれの前記入力画像を同時に取得する
請求項1記載の画像を表示面上に表示する方法。 - 特定のプロジェクタPiと特定のカメラCkの間の剛体伝達変換ГPi Ck=ГPi CkГPi Ciを決定すること
をさらに含む請求項1記載の画像を表示面上に表示する方法。 - 4×4行列Qによって前記表示面を表現すること、及び
XTQX=0となるような4×1ベクトルXによって前記表示面上のポイントを表現すること
をさらに含む請求項1記載の画像を表示面上に表示する方法。 - 前記伝達パラメータを非線形的に改良すること
をさらに含む請求項1記載の画像を表示面上に表示する方法。 - 前記表示面は二次表示面である
請求項1記載の画像を表示面上に表示する方法。 - 前記二次表示面は、ドーム形状面、円筒形状面、楕円形状面、及び放物線状面からなる群から選択される
請求項6記載の画像を表示面上に表示する方法。 - 前記ワーピングされた出力画像をレンダリングすること
をさらに含む請求項1記載の画像を表示面上に表示する方法。 - 前記出力画像は、前記表示面の垂直軸及び水平軸に位置合わせされる
請求項7記載の画像を表示面上に表示する方法。 - 前記ドームはフライトシミュレータの構成要素である
請求項1記載の画像を表示面上に表示する方法。 - 前記ドームはエンターテイメントシステムの構成要素である
請求項1記載の画像を表示面上に表示する方法。
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