JP2006521070A - プロジェクタのセットからクラスタを形成する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セット中の各プロジェクタは、カメラサブシステムに対して固定された物理的関係にあるプロジェクタサブシステムと、メッセージを送受信する通信サブシステムとを含む。プロジェクタにおいて通信サブシステムを介して較正メッセージが受信される。プロジェクタによって通信サブシステムを用いて準備完了メッセージがブロードキャストされる。プロジェクタの各々によってプロジェクタサブシステムを用いて表示面上に構造化パターンが順次投影される。プロジェクタの各々によってカメラサブシステムを用いて構造化パターンの入力画像が順次取得される。プロジェクタは入力画像に従って互いに、および表示面とグローバルアライメントされる。
Description
プロジェクタは小型化、軽量化、高輝度化および低価格化が進んでいる。デバイスが小型になると、フォームファクタの柔軟性が新たな使用モードおよび新たな応用を生む。例えば、将来のプロジェクタは、固定された場所でまたはモバイルセットアップで用いることができる。
コンピューティングはますます、よくまとまったメインフレームのセットではなく異機種の独立型(self-sufficient)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ている。より低価格で高性能のコンピュータの進化がこのトレンドを加速している。
最近では、物理的環境を増強するディスプレイデバイス、例えば据え付け用の大型モニタ、投影スクリーン、LCDまたはプラズマスクリーン、ならびに移動用途のハンドヘルドPDAがより普及してきた。これらのディスプレイのほとんどは、必ずしも没入を目的としていない。
従来技術のディスプレイシステムのなかには、改良型センサおよびさらなる計算を用いるものもある。上記Underkoffler等によって記載される、同じ場所に配置されたプロジェクタおよびカメラを用いる「I/Oバルブ」を参照のこと。チルトセンサを自動キーストン(台形歪)補正に用いることができる。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、幾何学的形状を認識するプロジェクタ100を示す。プロジェクタ100は、正面投影モードと背面投影モードの両方で、また単独でまたは他の同様のプロジェクタと協働して組み合わせて用いることができることに留意すべきである。
プロジェクタ100は、カメラサブシステム160用のスマートキーストン補正、向きにより補償された画像強度、自動輝度、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を取り込む3D走査、およびスマートフラッシュを含むいくつかの機能を行うことができる。この最後の機能に関して、プロジェクタ機能はカメラ機能の補助である。ここではプロジェクタは、カメラによって観察されるシーンの特定のエリアを照明するに過ぎない。
図2Aおよび図2Bに示すように、プロジェクタ100は単独で、またはワイヤレスイーサネット(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されたプロジェクタのクラスタ200で用いることができる。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において点描で示す単一のシームレスな合成画像201の知覚を表示する。合成画像201は実際には、表示面230または他の物理的物体上の複数の投影画像220で構成される。なお、表面230は二次曲面とすることができる。この例では、逆さまのキーストンから認められるように、2台のプロジェクタが下から、1台が上から投影している。
プロジェクタ100を無造作に、おそらくはモバイルセットアップで用いる場合、平坦な表示面がいつも利用できるとは限らない。実際には、部屋の角、柱、またはドーム形の天井に画像を表示することが望ましい場合がある。したがって、出力画像を補正して歪を最小化することが必要になる。複数のプロジェクタを用いる場合はさらに、おそらくは照明強度が適合しない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合成することが問題となる。なおこれは、「理想的な」場所に配置された、すなわち投影中心(CoP)が平坦な表示面に略垂直である単一のプロジェクタに対して出力画像が事前にワーピングされる従来技術の問題とは異なる。
本発明の方法は、表示面の照明された領域全体に歪を最小にした画像を表示する。例えば、映画のスクリーンのような平面において、解は、観客が映画を正面から平行に(in a front-to-parallel fashion)見ているかのように画像を投影することである。プロジェクタが傾いている場合、キーストン補正を適用する。
図3は本発明の等角投影法300のステップを示す。
図4に示すように、2Dの向きRtexを判定するステップは以下の通りである。
X=p1+x(p2−p1)+y(p3−p1)
[0 1 0]T=xj(p2−p1)+yj(p3−p1)
を最小二乗法で解くことによって見つける。
時には、他の方向に歪を生じても一方向において画像特徴の形状を維持することが望ましい。例えば、略垂直であるが展開できない面(球面セグメント等)上に投影されるバナーテキストは、同じ高さのテキスト文字が、水平方向に歪んだとしても全て見えなければならない。
weight*∂v/∂y−const
図5に示すように、本発明の、幾何学的形状を認識するプロジェクタ100のクラスタ200を用いて、平坦なおよび湾曲した表示面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を用いたシームレスなマルチプロジェクタ重複ディスプレイは多くの利点を提供する。クラスタは、非常に高いアスペクト比(図2Aおよび図2Bを参照)ならびにプロジェクタと表示面の間の短い距離を可能にする。本発明では、異機種プロジェクタおよびより高次の表面を用いることもできる。異機種プロジェクタとは、表示特性(例えば光強度、アスペクト比、およびピクセル解像度)の異なるプロジェクタを意味する。クラスタは、より高いピクセル解像度およびより高輝度なディスプレイを可能にする。さらに、複数のクラスタを用いることもできる。
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。本方法は、「較正」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によってブロードキャストされることができる。別法として、較正メッセージは、既にクラスタ内にある任意のプロジェクタによって、その向きが変わったときにセンサ195に従ってブロードキャストされることができる。さらにメッセージは、環境内の他の何らかの発信源によって、例えば表示面の形状または向きが変わったことを示すためにブロードキャストされることができる。当然ながらメッセージは、ユーザがプロジェクタを無造作に配置した後で、最初のインスタンシエーションにおいてクラスタを形成する必要があるときにブロードキャストされることもできる。メッセージは、近くにあるm台のプロジェクタ全てにおけるワイヤレスイーサネット(登録商標)、RF、または赤外線等の近接(proximity)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位置合わせを行う。画像間の関係はホモグラフィとして表される。3Dでの不透明な平面の2つの任意の透視ビュー間の写像は、あるスケールまで定義された3×3行列として表される平面投影伝達を用いて表すことができる。
本発明では、環境センサを用いずに、表示面と全てのプロジェクタの間の相対的な3Dポーズを計算して、シームレスな単一の表示画像を可能にする。既知のポーズがない場合、計算される解が正しいのはホモグラフィによる変換までであり、表示面上では歪んで見える。さらに、表面が垂直面である場合、本発明の手法は、投影画像を自動的に水平軸および垂直軸とアライメントする。
本発明では、環境からのユークリッド情報を用いずに、スクリーンに対するプロジェクタPjの3Dポーズを計算することによってHi0を見つける。3Dでポーズを求めると雑音が多くなるが、本発明によるプロジェクタ間の画像伝達は以前、すなわちシームレスな単一の出力画像を保証するグローバル伝達に基づく場合と変わらない。本発明による、ホモグラフィHi0を求める手法は、Raskar等著「A Self Correcting Projector」(IEEE Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2001)により記載される方法に基づく。
図9に示すように、あるプロジェクタについてレンダリングに適した投影行列を見つけることは、スクリーン上におけるプロジェクタの貢献領域をまず計算し、次にその完全な表示範囲をプロジェクタ画像に再投影することを伴う。
図10は、おそらくは凹形のポリゴンL1001内の所定のアスペクト比aを有する最大の軸合わせされた矩形Sを見つける方法を示す。ポリゴンLは、投影された四辺形の結合によって形成される。3つの未知数(2つが位置で1つが矩形Sのスケール)の解は、不等式を示すことによって得ることができる。数式は、凹形のポリゴンの場合ではわずかに異なる。
このセクションでは、二次曲面(ドーム、円筒形スクリーン、楕円、または放物面等)の上に画像を自動的に位置合わせする方法を説明する。コンピュータビジョンにおいて、画像伝達に二次曲面を用いるいくつかの従来技術の方法が既知である。Shashua等著「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での不透明な二次曲面Qの2つの任意の透視ビュー間の写像は、二次伝達を用いて表すことができる。平面伝達は4個以上のピクセルの対応性から計算することができるが、二次伝達Tは9個以上の対応性を必要とする。
図11に示す本発明の方法1100は、カメラとプロジェクタの間の対応性をまず求める1110。次に、3Dにおいて三角形分割を行って二次伝達式を生成する1120。次に、二次伝達パラメータを求め、この二次伝達パラメータを用いて入力画像をワーピングする1140。
レンダリングのために、二次伝達を、極平面を介してのホモグラフィ、すなわちEおよびeによって定義されるピクセル毎のシフトをAに加えたものとして処理する。平面ディスプレイ用のクラスタと同様に、本発明では、シーン中のいかなる外部環境センサまたはユークリッドマーカの助けも借りることなく、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読取値とともに利用して、出力画像を表示面の水平軸および垂直軸とアライメントする。
Claims (16)
- プロジェクタのセットからクラスタを形成する方法であって、前記セット中の各プロジェクタは、カメラサブシステムに対して固定された物理的関係にあるプロジェクタサブシステムと、メッセージを送受信する通信サブシステムとを含み、
各プロジェクタにおいて前記通信サブシステムを用いて較正メッセージを受信すること、
前記較正メッセージに応答して各プロジェクタから前記通信サブシステムを用いて準備完了メッセージをブロードキャストすること、
各プロジェクタにおいて前記プロジェクタサブシステムを用いて構造化パターンを表示面上に順次投影すること、
各プロジェクタにおいて前記カメラサブシステムを用いて前記構造化パターンの入力画像を順次取得すること、
及び
前記入力画像に従って前記プロジェクタを互いに、かつ前記表示面とグローバルアライメントすること
を含むプロジェクタのセットからクラスタを形成する方法。 - 前記構造化光パターン及び前記入力画像の結合がポリゴンを形成するように前記プロジェクタを配置することをさらに含む
請求項1記載の方法。 - 特定の構造化パターンの場合に前記プロジェクタのサブセットが前記画像を取得する
請求項1記載の方法。 - 前記アライメントすることは、前記プロジェクタのセットにおいて同時に行われる
請求項1記載の方法。 - 前記構造化パターンはチェッカー盤パターンである
請求項1記載の方法。 - 前記ポリゴン内の最大矩形を見つけること、
及び
前記グローバルアライメントにより前記最大矩形内で複数の出力画像から単一の知覚される表示画像を合成することをさらに含む
請求項1記載の方法。 - 前記プロジェクタのセットは異機種である
請求項1記載の方法。 - 前記プロジェクタは異なる表示特性を有する
請求項7記載の方法。 - 前記異なる表示特性は、強度、アスペクト比、及びピクセル解像度を含む
請求項8記載の方法。 - 前記表示面は二次である
請求項1記載の方法。 - 各ホモグラフィが1つのプロジェクタからの前記構造化パターンを別のプロジェクタの前記入力画像に伝達する、複数のホモグラフィを求めることをさらに含む
請求項1記載の方法。 - 各ホモグラフィに信頼度の値を割り当てることをさらに含む
請求項11記載の方法。 - 前記信頼度の値は、前記表示面上における前記1つのプロジェクタの前記構造化画像と前記別のプロジェクタの前記入力画像との間の重複率に関係する
請求項12記載の方法。 - 前記信頼度の値は、前記1つのプロジェクタの前記パターン中の特徴の総数に対する、前記別のプロジェクタの前記入力画像中に取得された前記1つのプロジェクタの前記構造化パターンの特徴の数の比である
請求項13記載の方法。 - 前記単一の知覚される表示画像を前記表示面の水平軸及び垂直軸とアライメントすることをさらに含む
請求項6記載の方法。 - 前記1つのプロジェクタからの出力画像をグローバル基準枠に伝達するグローバルホモグラフィを求めることをさらに含む
請求項12記載の方法。
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