JP2008225554A - プロジェクタシステム - Google Patents

Abstract

【課題】光学的フィルタを使用せずにレーザーポインタの検出精度を向上させる。
【解決手段】レーザーポインタを検出できる、受光器４０のシャッタースピードおよびの撮影イメージに対するぼかし処理の程度を最適化処理により検出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、イメージを投影するプロジェクタシステム、特にコンピュータの表示器に表示されたイメージと同じイメージをプロジェクタにより物体の表面（以下、プロジェクタスクリーンと称する）に投影するプロジェクタシステムに関する。

従来のプロジェクタシステムは、パソコンなどのコンピュータで作成した図、文書などをプロジェクタスクリーンに投影することができるので、講演会など広い場所でプレゼンテーションに用いられてきた。

このようなプロジェクタシステムでは、説明者が投影イメージを指し示す場合には、長い棒を使用してプロジェクタスクリーン上の特定の位置を指し示さなければならない。このため、投影するイメージのページめくりなどのためにパソコンを操作する者と、説明を行う者の２人がプレゼンテーションに必要であった。

このような不具合を解消するために、レーザーペンと呼ばれる携帯型の赤外線発光装置を使用して遠隔で、プロジェクタスクリーン上にレーザ光を発射し、特定色のスポット（丸い点）の形態で投影することで、プロジェクタスクリーン上の任意の位置を閲覧者に知らせるプロジェクタシステムが提案されている（特許文献１）。

このような従来例のシステム構成を図１に示す。図１において、１０は統制するイメージを発生するパーソナルコンピュータ(以下、パソコンと略記する)である。パソコン１０は表示器に表示する１画面分のイメージの画像データを格納するメモリ（ＲＡＭ）を有している。この画像データは１画面を構成する画素、それぞれについての輝度データと色成分データ（ＲＧＢデータ）である。

パソコン１０にはイメージ表示用ソフトウェアプログラム（ワープロソフト、作画ソフトなど、以下表示用ソフトと略記する）と共に、プロジェクタ２０を制御するためのプロジェクタ用ソフトウェア(以下、プロジェクタ用ソフトと略記する)が搭載されている。プロジェクタソフトをパソコン内のＣＰＵが実行することによりメモリに格納された画像データ（一般に画像信号と呼ばれる）の形態の投影用イメージがパソコン１０からプロジェクタ２０に送られる。

２０はプロジェクタであり、液晶表示器（ＬＣＤ）および光源を有する。液晶表示器の裏から３原色（ＲＧＢ）の光源の光を照射すると、液晶表示器の画素の中で開となっている画素は光を通過させて、その後、３原色の透過光は、合成光学系を経てプロジェクタスクリーン６０に透過光５０が投影される。液晶表示器の各画素（１画素についてＲＧＢ３つの画素）を上述の画像データにより開閉すると共に、３原色の光源の輝度を画像データに基づいて調整することでパソコンから送られた画像データ形態のイメージがプロジェクタスクリーン６０上に可視のイメージとして投影される。

３０はレーザ光６０を発射する光学手段であり、一般的にはレーザーペンという名称がいきわたっているので、本願明細書では以下、レーザーペン３０と呼ぶことにする。４０は受光器であり、１画面分の光センサを有する受光器、たとえば、ＣＣＤと呼ばれる受光器を使用することができる。受光器４０はレーザーペン３０からの反射光７０のみを透過させ、プロジェクタ２０から投影される光の反射光を遮断するフィルタを有する。受光器４０のＣＣＤの受光画面の中の特定画素に反射光７０が入射すると、ＣＣＤは各画素の光センサへの入射光を電気信号(光電変換信号)に変換して出力する。

各画素から出力される光電変換信号の電圧が、その画素入射光の輝度を表す。各画素の光電変換信号はアナログ信号であるので、受光器４０内のＡ／Ｄ変換器により電圧を数値で表すデジタル信号に変換する。このようにして受光器４０が発生した１画面分のデジタル信号（以下撮影イメージと称する）はパソコン１０に送られる。パソコン１０のプロジェクタソフトは、受信した撮影イメージの中の各画素の画像データの示す輝度値を、予め定めた閾値と比較し、閾値より大きい輝度値を有する画素位置を検出する。プロジェクタスクリーン６０を見ている人は、プロジェクタスクリーン６０上のレーザ光の照射イメージにより説明者が指示しようとしていた位置を知ることができる。この位置に表示されるレーザ光の照射イメージを以後、レーザーポインタと呼ぶことにする。

また、受光器の撮影イメージ中で上述の方法でレーザーポインタの位置を検出すると、パソコン１０は、レーザーポインタの位置に関する情報をマウスなどのポインティングデバイスと同様に取り扱う。

上述したプロジェクタシステムにより、説明者はパソコン１０を操作しながら、レーザーペン３０を操作して、プロジェクタスクリーン６０上に投影されたイメージの任意位置を指定するだけでなく、パソコン１０に対して位置情報を入力することができるようになってきた。

特開平１１−８５３９５号公報

受光器４０でプロジェクタスクリーン上のレーザーポインタのイメージを確実に撮像するためには、受光器に光学的フィルタを設置し、赤外光(レーザ光)のみを受光器４０に導くことが好ましいのであるが、システムが高くなってしまうという欠点がある。

光学的フィルタを設けない場合には、プロジェクタスクリーン６０に対して、プロジェクタ２０から投影されるイメージも受光器４０により撮影されてしまう。この結果、レーザーポインタのイメージを受光器の撮影結果の中で検出しようとすると、その検出誤差が悪くなるという不具合が生じる。

そこで、本発明の目的は、光学的フィルタを設けることなく、レーザーポインタの検出精度を向上させるプロジェクタシステムを提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、イメージをプロジェクタスクリーン上に投影すると共に、レーザーペンにより前記プロジェクタスクリーン上にレーザーポインタとして照射されたレーザ光の反射光を受光器により受光し、該受光器で検出した受光画面上の前記レーザーポインタの位置を前記プロジェクタスクリーン上の前記レーザーポインタの位置に変換することにより前記前記プロジェクタスクリーン上の前記レーザーペンによる指定位置を検出するプロジェクタシステムにおいて、
ぼかし処理の程度を初期値から最終値まで変更しながら繰り返し指示する第１の指示手段と、
前記受光器の受光画面上の全画素の画像データに対して、前記第１の指示手段に指示された程度のぼかし処理を施す画像処理手段と、
当該ぼかし処理が施された後の全画像データの輝度の平均値を計算する第１の計算手段と、
各画素の画像データの輝度と第１の計算手段により計算された輝度の平均値との差分値を計算する第２の計算手段と、
第２の計算手段により得られた差分値をあらかじめ定めた閾値と比較し、該閾値よりも大きくなる差分値を有する前記レーザ光の画像候補の個数を計数する計数手段と、
前記計数手段により計数される画像候補の個数が１個になった否かを判定する判定手段と、
該判定手段により肯定判定が得られた時には前記第１の指示手段による指示を終了させ、否定判定が得られた場合には前記第１の指示手段による指示を続行させる制御手段と
を備えたことを特徴とする。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
(第１の実施形態)
本発明第１の実施形態のハードウェアに関するプロジェクタシステムの構成は図１の従来技術とほぼ同様とすることでき、本願明細書の背景技術で説明しているので、ここでは詳細な説明を省略する。

本発明を説明するために、図１のパソコン１０の内部構成を簡単に説明する。パソコン１０に限らず、ＣＰＵを使用した情報処理機器、あるいは論理演算回路を組み合わせた電子回路などもパソコン１０として使用することができる。

１０００はパソコン１０のハードディスク１０３０に搭載されたプログラムを実行するＣＰＵである。

１０１０はシステムメモリであり、ＲＯＭやＲＡＭで構成される。システムメモリ１０１０内には、ＣＰＵ１０００が実行するプログラムをロードするための記憶領域、ディスプレイ１０２０に表示するイメージを記憶するための記憶領域、ＣＰＵ１０００が情報処理を実行するときに使用する種々の情報を記憶する記憶領域が設けられている。その他、プロジェクタスクリーン表示(投影)用のイメージを記憶する記憶領域も設けられている。

１０２０はディスプレイであり、プロジェクタ２０により投影する投影用イメージと同じイメージを表示する。

１０３０は後述(図３)のプログラムを保存するためのハードディスクである。ＣＰＵ１０００が実行するプログラムはハードディスク１０３０からシステムメモリ１０１０にロードされた後ＣＰＵ１０００により実行される。

１０４０は入出力インターフェースであり、受光器４０からの撮影イメージを入力すると共に、受光器１０へシャッタースピードの指示信号を出力する。本実施形態では受光器４０で使用するＣＣＤにはシャッタースピードをパソコン１０からの指示信号で可変設定できる市販のものを使用する。また、入出力インターフェース１０４０から投影用イメージをプロジェクタ２０に送信する。入出力インターフェース１０４０にはマウスやキーボードなど従来周知の入出力デバイスも接続可能である。

図３は本発明第１の実施形態において、パソコン１０に搭載するソフトウェアの構成を示す。図２において、２０００はプロジェクタ用プログラムであり、投影用イメージ発生プログラム(後述)２０１０により作成した投影用イメージをプロジェクタ２０へ送信するためのプログラムである。このための機能は従来と同様である。本発明第１の実施形態では、従来のプロジェクタ用プログラムの機能に加えて、受光器４０のＣＣＤのシャッタースピードおよびレーザーポインタの検知のための画像処理で適用するぼかし処理の程度を最適化するための機能(図４)がプロジェクタ用プログラム内に備わっている。

２０１０は投影用イメージ発生プログラムであり、投影すべきイメージを作成する周知のプログラムである。たとえば、ワープロソフト、帳票処理ソフト、作画ソフト、プレゼンテーション用コンテンツ作成ソフトなどがよく知られている。これらソフトにより作成された投影用イメージは、パソコン１０の表示器に表示するために使用されるシステムメモリ１０１０内の記憶領域に格納されるので、この記憶領域を介して投影用イメージがプロジェクタ用プログラム２０００に引き渡される（プロジェクタ用プログラム２０００が記憶領域から読み出す）。

２０２０は、たとえば、マイクロソフト社のウィンドウズ(登録商標)などのオペレーティングシステム２０２０であり、オペレーティングシステム上で上述のプログラムが稼動する。

図４はレーザーポインタを検出するために最適な受光器４０のＣＣＤのシャッタースピードおよびぼかしの程度（ぼかしの範囲）を決定するためのプログラムであり、プロジェクタ用プログラム２０００が起動したときに、初期処理として実行される。この時点では、プロジェクタ２０を介してプロジェクタスクリーン６０上には予め用意された投影用イメージが表示されており、説明者はレーザーペン３０で、プロジェクタスクリーン６０上の任意の位置を指定しているものとする。

図４において、パソコン１０のＣＰＵ１０００(以下、単にＣＰＵと略記する)はＳ１０でシャッタースピードを初期値設定し、Ｓ２０でぼかしの程度を初期値設定する。この例では、ぼかし処理を受光器４０の撮影イメージに施すために、注目画素および近傍の画素との画像データの重み付平均演算（注：周知）により注目画素の画像データの値を修正する。好適なぼかしの程度、すなわち、検出すべきレーザーポインタの画像が見つかるまで、上記重み付け平均演算で使用する近傍画素の範囲を大きくしていくことが、本実施形態の第１の新規特徴となる。

ＣＰＵは受光器４０かららの撮影イメージをシステムメモリ１０１０に記憶した後、記憶した撮影イメージに対して上述のぼかし処理を施す。なお、初期設定ではぼかしなしなので、撮影イメージの画像データがそのままぼかし処理後の画像データとなる（Ｓ３０）。

ＣＰＵはぼかし処理後の画像データを使用して、レーザーポインタのイメージを検出する。具体的には以下の処理をＳ４０内で実行する。
（１）ぼかし処理が施された後の全画像データの輝度の平均値を計算する（このときのＣＰＵが本発明の第１の計算手段として機能）。
（２）各画素の画像データの輝度と計算された輝度の平均値との差分値を計算する（このときのＣＰＵが本発明の第２の計算手段と機能）。
（３）得られた差分値をあらかじめ定めた閾値と比較し、該閾値よりも大きくなる差分値を有する前記レーザ光の画像候補の個数を計数する（このときのＣＰＵが本発明の計数手段として機能）。

なお、この実施形態では、レーザーポインタのイメージが閉区画を構成し、その閉区画内の画素数が所定数以上ある部分イメージをレーザーポインタのイメージの候補とする。閉区画を検出し、閉区画内の画総数を計数する処理事態は周知であるので、ここでは詳述しない。当業者であれは用意に理解し得よう。

レーザ光はとても細い光であるので、受光器４０で査定されるレーザーポインタのイメージは小さい点のイメージとなってしまう。この実施形態ではぼかし処理を受光器４０の撮影データに施すことにより、点のイメージを拡大する。これにより、投影イメージが撮影イメージの中に混在してもレーザーポインタのイメージを検出する精度が高くなる。また、レーザーポインタのイメージ以外の投影イメージについてはぼかし処理により画像データが平滑化されるので、輝度が大きい画素データは値が小さくなる。また、全体画像データ平均値と各画素の差分値を閾値比較するので、レーザーポインタではない投影イメージの一部部分が、レーザーポインタのイメージの候補となる確率が低くなる。さらに後述のシャッタースピードを変えることにより、レーザ光に近い成分を持つ投影イメージ以外は受光器４０で撮像されなくなる。これらの点が本実施形態の第２の新規特徴となる。

このようにして、Ｓ４０でレーザーポインタの候補のイメージの個数を計数するとＳ５０では計数した個数が１個になったか否か(１個であるか否か)を判定する。このときのＣＰＵが本発明の判定手段として機能する。

レーザ光がとても細く、Ｓ４０の画像処理では検出できなかった場合には計数値は０(ゼロ)であり、逆に、背景イメージ中の部分イメージがレーザーポインタのイメージ候補と誤判定された場合には計数値は２個以上となる。

このような場合、Ｓ５０の判定処理はＮＯとなるので、ＣＰＵはＳ６０へと進め、ここで、現在のぼかしの程度が最終値ではないことを確認してＳ６５で、現在のぼかしの程度を大きくするように設定値を大きくする。現在は初期設定のぼかし無しなので、Ｓ６５ではぼかし処理に使用する近傍画素として、注目画素をとりまく８つの画素を設定する。手順はＳ３０に戻るので、以下撮影イメージに対して設定されたぼかしの程度で、ぼかし処理をＣＰＵにより実行する。遅いレーザ光の場合にはＳ３０〜Ｓ５０→Ｓ６０→Ｓ６５→Ｓ３０の手順を繰り返し実行することで、真のレーザーポインタのイメージがぼかし処理により拡大されるので、Ｓ５０で、候補イメージがゼロから１つになったことが判定されて（ＹＥＳ判定）、このときのぼかしの程度が、以後、レーザーポインタの検出で固定的に使用される。Ｓ６５ではぼかしの程度を更新的に指示しているので、Ｓ２０，Ｓ６５の処理を実行するときのＣＰＵが本発明の第１の指示手段として機能する。

ぼかしの程度を上げ（範囲を広げ）てもレーザーポインタのイメージを検出できない場合には、ぼかしの程度は最終値まで到達する。この場合は、ループ処理をとめるべくＳ６０で、ぼかしの程度が最終値に到達したことを判定する。ＹＥＳ判定が得られた場合には、ＣＰＵはシャッタースピードがその最終値に到達していないことをＳ７０で判定し、Ｓ８０でシャッタースピードの設定値を更新し。借田スピードをすこしだけ上げる。これにより、受光器４０の撮影イメージは全体がこれまでよりも暗いものとなる。

手順はＳ８０からＳ２０に戻り、ぼかしの程度が初期値に戻される。以下、再び、Ｓ３０〜Ｓ５０→Ｓ６０→Ｓ６５→Ｓ３０の手順が繰り返されて、ぼかしの程度を順次に上げて、レーザーポインタのイメージの検出が行われる。

このようにして、ぼかしの程度を順次に上げ、また、シャッタースピードをあげてもレーザーポインタのイメージが検出できない場合には、指示しているぼかしの程度およびシャッタースピードは最終値に到達するので、手順はＳ６０の判定処理、Ｓ７０の判定処理が共にＹＥＳ判定となり、手順はＳ２００へと移行する。Ｓ２００でＣＰＵはディスプレイ１０２０にレーザーポインタを検出できない旨のエラーメッセージを表示すると共に予め用意してあるシャッタースピードおよびぼかしの程度に固定設定して本手順を終了する。

上述の処理手順において、Ｓ１０，Ｓ８０の処理を実行するときのＣＰＵが本発明の第２の指示手段に相当する。

撮影イメージが明るくて、投影イメージの一部分がレーザーポインタのイメージと誤検出されるような場合には、シャッタースピードを速くすることで投影イメージが暗くなり、誤検出が回避される点に留意されたい。

(その他の実施形態)
（１）上述の実施形態では、ぼかしの程度を先に変動させ、後で、シャッタースピードを変動させているが、変動順序を逆にしてもよい。
（２）ぼかし処理にはガウスのぼかし処理や他のぼかし処理が広く知られているので、受光器４０の特性に合わせ、適宜、好適なぼかし処理を選択すればよい。
（３）上述の実施形態では、図４の処理手順はプロジェクタの使用開始時に実行しているが、投影用イメージを順次に切り替えるごとに行ってもよい。

従来例のハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明第１の実施形態のパソコン１０のハードウェアの概略の構成を示すブロック図である。 本発明第１の実施形態のソフトウェアの構成を示すブロック図である。 本発明第１の実施形態の最適化処理の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０００ ＣＰＵ
１０１０ システムメモリ
１０２０ ディスプレイ
１０３０ ハードディスク
１０４０ 入出力インターフェース

Claims (2)

1. イメージをプロジェクタスクリーン上に投影すると共に、レーザーペンにより前記プロジェクタスクリーン上にレーザーポインタとして照射されたレーザ光の反射光を受光器により受光し、該受光器で検出した受光画面上の前記レーザーポインタの位置を前記プロジェクタスクリーン上の前記レーザーポインタの位置に変換することにより前記前記プロジェクタスクリーン上の前記レーザーペンによる指定位置を検出するプロジェクタシステムにおいて、
   ぼかし処理の程度を初期値から最終値まで変更しながら繰り返し指示する第１の指示手段と、
   前記受光器の受光画面上の全画素の画像データに対して、前記第１の指示手段に指示された程度のぼかし処理を施す画像処理手段と、
   当該ぼかし処理が施された後の全画像データの輝度の平均値を計算する第１の計算手段と、
   各画素の画像データの輝度と第１の計算手段により計算された輝度の平均値との差分値を計算する第２の計算手段と、
   第２の計算手段により得られた差分値をあらかじめ定めた閾値と比較し、該閾値よりも大きくなる差分値を有する前記レーザ光の画像候補の個数を計数する計数手段と、
   前記計数手段により計数される画像候補の個数が１個になった否かを判定する判定手段と、
   該判定手段により肯定判定が得られた時には前記第１の指示手段による指示を終了させ、否定判定が得られた場合には前記第１の指示手段による指示を続行させる制御手段と
   を備えたことを特徴とするプロジェクタシステム。
2. 請求項１に記載のプロジェクタシステムにおいて、前記受光器はシャッター速度を外部からの指示に応じて可変設定可能であり、前記シャッタースピードを初期値から予め定めた値まで変更しながら繰り返し指示する第２の指示手段と、前記第１の指示手段による指示が行われている間は、前記第２の指示手段は受光器に対して指示すべきシャッタースピードを固定し、前記第１の指示手段の指示するぼかしの程度が前記特定値に到達したときに指示すべきシャッタースピードを変更し、その後前記第１の指示手段は初期値からぼかしの程度を指示することを特徴とするプロジェクタシステム。

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