JP2007259472A - プロジェクタの投射面色補正方法、プロジェクタの投射面色補正システムおよびプロジェクタの投射面色補正用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】カラー画像を投射するプロジェクタにおいて、壁等の投射面に色がある場合、正しい色再現がされない。
【解決手段】
壁色記憶手段４に記憶されている投射面の分光反射率あるいは光源下の色情報を用い、行列計算手段５は変換行列を計算し、入力画像の原色の混合量Ｒ,Ｇ,Ｂは、補正された混合量Ｒ',Ｇ',Ｂ'に変換され、プロジェクタにより投影される。これにより、壁に色がある場合でも、測色的に正しい色再現がされる。
【選択図】図１

Description

本発明はプロジェクタの投射面色補正方法、プロジェクタの投射面色補正システムおよびプロジェクタの投射面色補正用プログラムに関し、特にカラー画像を色のある壁等に投影した場合に、良好な色再現を実現できる、プロジェクタの投射面色補正方法、プロジェクタの投射面色補正システムおよびプロジェクタの投射面色補正用プログラムに関する。

従来の補正回路付プロジェクタの一例が、特許文献１（特開平４−５３３７４号公報）「補正回路付プロジェクタ」に記載されている。図４に示すように、この従来の補正回路付プロジェクタは、プロジェクタ１０から投射面Ｓに投射された画像を情報検出部１１により読み取り、補正回路１２が白バランス調整と輝度調整を行なう。色と輝度が調整された画像がドライバ１３を介して再びプロジェクタ１０により、投射される。

ここで、白バランス調整がどのように行なわれるかは全く述べられていないので、どのように実現されるかは不明であるが、テレビジョン技術等で一般に行なわれる白バランス（ホワイトバランス）調整は、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３種の原色光の強度を調整し、例えば投射面Ｓの影響で白が黄色を帯びている場合には、青光を通常のｍｂ倍にして、白色光を投影したときに投影面上で白色が得られるものと推察される。

すなわち、本来の各画素の赤，緑，青の強度がＲ,Ｇ,Ｂであるとき、式（１）のような補正が行なわれ、Ｒ’,Ｇ’,Ｂ’の強度の色光が投影される。ここで、ｍｒ，ｍｇ，ｍｂは比例係数である。

これにより、白色は正しい色に表示される。

特開平４−５３３７４号公報

上記に示した従来の方法の問題点は、白色のみが厳密な補正の対象となっており、カラー画像中のその他の色は近似的にバランスのみが補正される。そのため、例外的な場合を除き、カラー画像の正しい色再現を行なうことはできない。

本発明の目的は、色再現の原理に基づいてプロジェクタの色補正を行なうことができるプロジェクタの投射面色補正方法、プロジェクタの投射面色補正システムおよびプロジェクタの投射面色補正用プログラムを提供することにある。

本発明は、カラー画像を壁面等の投射面に投射して画像を表示するプロジェクタにおいて、本来の(例えば白い)投射面に投射する原色の混合量を、投射面の色情報を含めた原色の混合により同等の色を再現する原色の混合量に変換することにより、投射面の色補正を行なう。

また、本発明はカラー画像を壁面等の投射面に投射して画像を表示するプロジェクタにおいて、本来の投射面に投射する原色の混合量を、投射面の色情報を含めた原色の混合により同等の色を再現する原色の混合量に変換し、更に、該変換により再現範囲外に出た色を色域圧縮することにより、再現範囲内で色再現を行なう。
また、本発明はカラー画像を壁面等の投射面に投射して画像を表示するプロジェクタにおいて、カラーセンサにより壁面等の投射面の分光情報あるいは色情報を測定し、該測定情報を用いて自律的に投射面の色補正を行なう。

本発明は、壁等の色のついた投射面に対して、その色を測定しておく、あるいは、カラーセンサによりその色を測定することによって、原色光の色の変化を計算することにより、測色的に正しい色再現を行なうことを可能とするため、色のついた投射面に対しても良い色再現を行なうことができる効果がある。
また、壁色の濃度が高い場合、色再現域が狭くなり違和感の高い画像となるが、公知の色域圧縮手段を利用することで、違和感を減少させた色再現が可能である。

最初に、本発明の投射面色補正システムの補正の原理を色再現の理論にのっとり説明する。本来、カラープロジェクタは、ＣＲＴ等と同様に３種類の原色光の混合により所望の色を投影する。３種の原色光の単位強度あたりの分光強度を、Ｉｒ，Ｉｇ，Ｉｂとし、それぞれの相対強度をＲ，Ｇ，Ｂとすれば、プロジェクタから投射される任意の光Ｉは、式（２）のように書かれる。

ここで、たとえば、

であり、それぞれの要素は各波長における光の強度を示す。この光を測色すると、ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ座標系により、式（３）のようになる。

ここで、

は等色関数である。

測色的な色再現としては、投射面上でこの３刺激値ＸＩ,ＹＩ,ＺＩを実現すればよい。投射面が白色のスクリーンのようなものであれば問題ないが、例えばクリーム色の壁のような場合には、そのままでは色は次のようになる。壁の分光反射率をβ、

であると、各原色光は壁の色により成分が変化し、式（５）のような色光として目に見える。

混合された光も式（６）のＩ’となり、測色値は式（７）のようになる。

この三刺激値は元の値とは異なっており、異なった色になる。

しかし、上記の解析から、双方の色再現範囲内で再現色を一致させるには、式（６）の各原色の相対強度をＲ,Ｇ,Ｂと異なるＲ',Ｇ',Ｂ'として得られたI’に対して式（７）を適用した三刺激値が一致すればよいため、式（８）が成立すればよいことが分かる。

これをＲ',Ｇ',Ｂ'について解くと、式（９）が解である。

あるいは、

ここで、

式（１１）に現れる要素は、プロジェクタの分光強度と投射面の分光反射率が既知、測定可能、あるいは、プロジェクタの原色値とプロジェクタの原色光が投射面で反射される色が既知、測定可能であれば、計算することができる。因みにプロジェクタの原色値は、CIE1931-XYZ系で、

で、プロジェクタの原色光が投射面で反射される色は、同じく、

で表わされるため、式（１１）は、式（１１’）とも書ける。

念のために述べれば、従来の技術である白バランスの補正は、以下のように説明される。プロジェクタの各原色光の相対強度が１のときに色が白になるように本来の設計がされていると仮定する。すると、白を表示する際のプロジェクタの相対強度Ｒ'ｗ,Ｇ'ｗ,Ｂ'ｗは、式（９）にＲ＝Ｇ＝Ｂ＝１を代入することにより、式（１２）のように求まる。

そして、このように正規化された相対強度に対して従来と同じ比率で三原色強度を変化させ、投射されることになるため、例えばkを定数として式（１）に式（１３）を代入した形となる。

反射された光は式（６）の代わりに式（１４）のようになる。

その三刺激値は、

となり、式（３）のＸＹＺ値とは、一般には比例しない。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明の第１の実施の形態の色補正型プロジェクタ１を、図１を参照して説明する。色補正型プロジェクタ１には、三原色映像信号Ｒ,Ｇ,Ｂが入力される。従来型プロジェクタ２は、本来はこの三原色映像信号Ｒ,Ｇ,Ｂが入力されれば、白いスクリーン上に正しい色の画像が表示される。この三原色映像信号Ｒ,Ｇ,Ｂは色変換手段３に入力され、式（１１）に示された３×３の行列Ａにより、三原色映像信号Ｒ',Ｇ',Ｂ'に変換され、従来型プロジェクタ２に印加される。壁色記憶手段４は壁色に関する情報を記憶しており、行列計算手段５は該情報により行列Ａを求め、色変換手段に出力する。上記色変換手段３は、該Ａを用いて上記変換を行なう。

先に述べたように、壁色記憶手段４が記憶している情報は、壁色に関する分光反射率でもよいし、従来型プロジェクタ２で用いている光源の三原色光が壁で反射された反射光の三刺激値等の色に関する情報でもよい。

行列計算手段５の働きは、壁色記憶手段４が記憶している情報が壁色に関する分光反射率ならば、この情報と既知である等色関数と従来型プロジェクタ２で用いられている光源の三原色光の分光強度とから式（１１）により行列Ａを計算するように構成される。また、壁色記憶手段４が記憶している情報が光源の三原色光が壁で反射された反射光の三刺激値等の色に関する情報ならば、行列計算手段５の働きは、この情報と既知である従来型プロジェクタ２で用いられている光源の三原色光の色情報とから式（１１’）により行列Ａを計算するように構成される。

尚、上記の説明では、色補正型プロジェクタ１は、その中に従来型プロジェクタ２および色変換手段３、壁色記憶手段４、行列計算手段５を含んでおり、外部から与えられる三原色信号は、従来型プロジェクタ２を用いて白いスクリーンに画像を投影する場合と同じ信号であるように構成されている。しかし、例えば、従来型プロジェクタ２がコンピュータの表示装置として用いられている場合には、色変換手段３、壁色記憶手段４、行列計算手段５は、コンピュータ内のプログラムとして実行し、その変換結果である(Ｒ',Ｇ',Ｂ')値を、従来型プロジェクタ２に与えることで全く同じ効果が実現できる。

本発明の第２の形態の自律色補正型プロジェクタ７を図２を参照して説明する。自律色補正型プロジェクタ７は、前述の色補正型プロジェクタ１に対して、カラーセンサ６が付加されている。カラーセンサ６は色補正型プロジェクタ１が投射面８に画像を投射するエリアの中心部の色を測定する。自律色補正型プロジェクタ７の実施例を以下に説明する。以下では、色補正型プロジェクタ１に外部から与えられるＲ，Ｇ，Ｂの信号はそれぞれ０から１の値をとると仮定する。０が最暗値、１が最明値である。実際には、例えば、ディジタル値で８ビットのエンコード方法が用いられる場合には、この２５５倍した値が用いられる。

壁のような投射面８が定まった状態で、較正モードとなり、プロジェクタはまず（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１，０，０）で原色の赤を、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（０，１，０）で原色の緑を、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（０，０，１）で原色の青を投射面８に投射し、そのときの投射面の色をカラーセンサにより、測定する。この測定により、投射面８に対する（Ｘ'ｒＹ'ｒＺ'ｒ）,（Ｘ'ｇＹ'ｇＺ'ｇ）,（Ｘ'ｂＹ'ｂＺ'ｂ）が求まる。このデータは、色補正型プロジェクタ１の壁色記憶手段４に伝えられる。行列計算手段５は、この値と既知である本来の三刺激値である、（ＸｒＹｒＺｒ）,（ＸｇＹｇＺｇ）,（ＸｂＹｂＺｂ）を用いて式（１１’）により補正行列Ａを計算する。

尚、上記の説明では、自律色補正型プロジェクタ７は、その中に色補正型プロジェクタ１とカラーセンサ６を含んでいるが、プロジェクタがコンピュータの表示装置として用いられているような場合、カラーセンサ６はコンピュータに接続し、壁色に関する情報をコンピュータから色補正型プロジェクタ１に与えるように構成しても、全く同じ効果が実現できる。また、前に記述したように、色変換手段３、壁色記憶手段４、行列計算手段５を、コンピュータ内のプログラムとして実行している場合には、カラーセンサからの入力値を用いて色変換までのすべての処理をプログラムで実行し、その変換結果である（Ｒ'，Ｇ'，Ｂ'）値を、従来型プロジェクタ２に与えることでも全く同じ効果が実現できる。

本発明によれば、色のついた壁にカラー画像を投影する場合においても、プロジェクタで測色的に正しい色でカラー画像を投影することが可能となる。但し、元の画像の（Ｒ，Ｇ，Ｂ）値に対して式（１１）のような変換により（Ｒ'，Ｇ'，Ｂ'）という、各原色を制御する値が得られるが、変換行列Ａによってはいずれかの値が制御範囲である０〜１の範囲を越えることが予想される。これは、壁等の色によりプロジェクタの色再現範囲が狭くなることを意味している。通常、壁等に使われている色は濃度の低いものであるので、画像の色再現に与える影響は小さいが、濃度の高い色の壁等への投射の場合には、色再現域が狭くなることによる影響は大きくなる。

このように色再現域が狭いデバイスに対して、元の画像を違和感なく再現するための手法として、従来、ＣＲＴなどのカラーモニタに表示されるべき画像を色再現域が狭いカラープリンタ等に違和感なく出力するために種々の画像の変換方法が知られている。例えば、特願平０５−１２７６４０「自動色再現域変換方法、自動色再現域変換装置および自動色変換装置」には、そのような場合の最適な色変換を行なう方法が記述されている。

本発明の色補正型プロジェクタ１の色変換手段３に色再現域変換の機能を含めた実施例を図３を参照して説明する。このでは、入力となる本来の（Ｒ，Ｇ，Ｂ）値に対して行列変換手段３１が式（１１）あるいは式（１１’）の変換を施して（Ｒ''，Ｇ''，Ｂ''）を出力する。これらの値は０〜１の外の色再現域外の値を持っていることがあるが、更に色域圧縮手段３２がこれに適用され再現域内の値（Ｒ'，Ｇ'，Ｂ'）が出力されて従来型プロジェクタ２に印加される。このような構成にすると、濃度の高い色の壁に対しても違和感の小さいカラー画像を表示することが可能である。

本発明では、基本的な原色の混合量を変換するには行列演算を用いているが、この演算の一部または全部を代表的な値についてＬＵＴ(LookUpTable)を検索しその間を内挿するような計算で実現することも可能である。このような実現方法を用いると、上述の色再現域変換の部分も同時にＬＵＴに含めて実現することが可能である。

本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明の色補正型プロジェクタの色変換手段に色再現域変換の機能を含めた実施例を示すブロック図である。 従来例を説明するブロック図である。

符号の説明

１色補正型プロジェクタ
２従来型プロジェクタ
３色変換手段
４壁色記憶手段
５行列計算手段
６カラーセンサ
７自律色補正型プロジェクタ
８投射面

Claims (12)

1. カラー画像を色補正して投影画像を作成し、前記投影画像を投射面に投射して画像を表示するプロジェクタにおいて、
   前記カラー画像の原色の混合量を第１の三刺激値に変換し、
   前記投射面の色情報に基づいて投射面で表示される画像の第２の三刺激値と前記投影画像の原色の混合量との関係を表す行列を作成し、
   前記第１の三刺激値に前記行列を乗じることにより前記カラー画像の原色の混合量を前記投影画像の原色の混合量に変換することを特徴とするプロジェクタの投射面色補正方法。
2. 前記カラー画像の原色の混合量を前記投影画像の原色の混合量に変換することにより再現範囲外に出た色を色域圧縮し、再現範囲内で色再現を行なうことを特徴とする請求項１記載のプロジェクタの投射面色補正方法。
3. カラー画像を色補正して投影画像を作成し、前記投影画像を投射面に投射して画像を表示するプロジェクタにおいて、カラーセンサにより前記投射面の分光情報あるいは色情報を測定し、該測定情報を用いることを特徴とする請求項１または２記載のプロジェクタの投射面色補正方法。
4. カラー画像を色補正して投影画像を作成し、前記投影画像を投射面に投射して画像を表示するプロジェクタにおいて、
   前記カラー画像の原色の混合量を第１の三刺激値に変換する第１の変換行列と、
   前記投射面の色情報に基づいて投射面で表示される画像の第２の三刺激値と前記投影画像の原色の混合量との関係を表す第２の変換行列と、
   前記第1の変換行列と前記第2の変換行列とから第３の変換行列を計算し、
   前記第３の変換行列によって、前記カラー画像の原色の混合量を前記投影画像の原色の混合量に変換することを特徴とするプロジェクタの投射面色補正方法。
5. カラー画像を色補正して投影画像を作成し、前記投影画像を投射面に投射して画像を表示するプロジェクタの投射面色補正システムにおいて、
   前記カラー画像の原色の混合量を第１の三刺激値に変換する第１の原色変換構築手段と、
   前記投射面の色情報に基づいて投射面で表示される画像の第２の三刺激値と前記投影画像の原色の混合量との関係を表す行列を作成する第２の原色変換構築手段と、
   前記第１の三刺激値に前記行列を乗じることにより前記カラー画像の原色の混合量を前記投影画像の原色の混合量に変換する色変換手段と、を含むことを特徴とするプロジェクタの投射面色補正システム。
6. 前記色変換手段により再現範囲外に出た色を再現範囲内の色に変換する色域圧縮手段をさらに含むことを特徴とする請求項５記載のプロジェクタの投射面色補正システム。
7. 前記投射面の分光情報あるいは色情報を測定するカラーセンサをさらに含むことを特徴とする請求項５または６記載のプロジェクタの投射面色補正システム。
8. カラー画像を色補正して投影画像を作成し、前記投影画像を投射面に投射して画像を表示するプロジェクタの投射面色補正システムにおいて、
   前記カラー画像の原色の混合量を第１の三刺激値に変換する第１の変換行列を作成する第１の原色変換構築手段と、
   前記投射面の色情報に基づいて投射面で表示される画像の第２の三刺激値と前記投影画像の原色の混合量との関係を表す第２の変換行列を作成する第２の原色変換構築手段と、
   前記第1の変換行列と前記第2の変換行列とから第３の変換行列を計算する第３の原色変換構築手段と、
   前記第３の変換行列によって、前記カラー画像の原色の混合量を前記投影画像の原色の混合量に変換する色変換手段と、を含むことを特徴とするプロジェクタの投射面色補正システム。
9. カラー画像を色補正して投影画像を作成し、前記投影画像を投射面に投射して画像を表示するプロジェクタにおいてコンピュータにより実行される投射面色補正プログラムであって、
   前記カラー画像の原色の混合量を第１の三刺激値に変換する第１の原色変換構築処理と、
   前記投射面の色情報に基づいて投射面で表示される画像の第２の三刺激値と前記投影画像の原色の混合量との関係を表す行列を作成する第２の原色変換構築処理と、
   前記第１の三刺激値に前記行列を乗じることにより前記カラー画像の原色の混合量を前記投影画像の原色の混合量に変換する変換処理と、をコンピュータに実行させるためのプロジェクタの投射面色補正プログラム。
10. 前記変換処理により再現範囲外に出た色を再現範囲内の色に変換する処理をさらにコンピュータに実行させるための請求項９記載のプロジェクタの投射面色補正プログラム。
11. 前記投射面の分光情報あるいは色情報をカラーセンサにより測定する処理をコンピュータに実行させるための請求項９または１０記載のプロジェクタの投射面色補正プログラム。
12. カラー画像を色補正して投影画像を作成し、前記投影画像を投射面に投射して画像を表示するプロジェクタにおいてコンピュータにより実行される投射面色補正プログラムであって、
    前記カラー画像の原色の混合量を第１の三刺激値に変換する第１の変換行列を作成する第１の原色変換構築処理と、
    前記投射面の色情報に基づいて投射面で表示される画像の第２の三刺激値と前記投影画像の原色の混合量との関係を表す第２の変換行列を作成する第２の原色変換構築処理と、
    前記第1の変換行列と前記第2の変換行列とから第３の変換行列を計算する第３の原色変換構築処理と、
    前記第３の変換行列によって、前記カラー画像の原色の混合量を前記投影画像の原色の混合量に変換する変換する変換処理と、をコンピュータに実行させるためのプロジェクタの投射面色補正プログラム。

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