JP2013061420A - プロジェクタ、及び画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】画素の欠損や画像の劣化を抑制することができる、プロジェクタ、及び画像処理装置を提供する。
【解決手段】入力画像信号を構成する各画素に対し、予め設定された補正パラメータkxを用いて所定のデジタル変換処理を施して出力画像信号を生成する画像処理部5と、出力画像信号を構成する各画素の位置情報に従って光源から照射される光を投影レンズ7に導くLCOS6と、を備えており、LCOS6の有効画素領域は、入力画像信号の有効画素領域の外周部にマージン領域を付加した大きさの領域で構成されていることを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】入力画像信号を構成する各画素に対し、予め設定された補正パラメータkxを用いて所定のデジタル変換処理を施して出力画像信号を生成する画像処理部5と、出力画像信号を構成する各画素の位置情報に従って光源から照射される光を投影レンズ7に導くLCOS6と、を備えており、LCOS6の有効画素領域は、入力画像信号の有効画素領域の外周部にマージン領域を付加した大きさの領域で構成されていることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本実施形態は、プロジェクタ、及び画像処理装置に関する。
従来、プロジェクタの投影レンズは、理想像(プロジェクタに入力された画像)と実際の像(プロジェクタを通して投影される画像)との差異(収差)を抑制させるために、多くの枚数で構成されている。しかし、倍率色収差を抑制するためには、屈折率の異なる素材のレンズの組を多数使用するためにレンズ枚数が多くなり、装置の大型化や製造コストの増大が問題となる。また、樽型や糸巻き型などの歪曲収差を抑制するためには、レンズの材質を工夫したり非球面レンズを採用したりするが、そのレンズの設計コストや製造コストが増大してしまう。
そこで、近年では、光学系の要因で発生する倍率色収差や歪曲収差によって画像に歪みなどが生じる場合、入力画像に対して光学系の前処理としてデジタルの画像処理を行い、光学系で生じる歪みと逆方向の歪みを入力画像に予め与えておく方法が一般的に用いられている。例えば、光学系で画像が樽型に歪む歪曲収差が発生する場合、光学系の前段階でデジタル補正処理を施して画像を糸巻き型に変換させておく。
従来のプロジェクタでは、入力画像の有効画素範囲外には画素データを移動させることができない。このため、入力画像にデジタル補正処理を施して歪みを持たせる場合、有効画素領域範囲外に移動する画素については画素データを欠損させるか、画像処理後の全ての画素データの移動先が有効画素領域に入るように入力画像を縮小させておき、光学系を通すことで、持たせた歪みと逆側に画像を引き延ばして投影する方法が用いられている。
しかしながら、画素データを欠損させる方法については、投影後の画像において当該画素が表示されないという問題があった。また、入力画像を縮小させてからデジタル補正処理で逆方向の歪みをもたせる方法については、画像を縮小・拡大する際に画質が劣化してしまうという問題があった。
そこで、本実施形態は、以上の点に鑑みてなされたもので、画素の欠損や画像の劣化を抑制することができる、プロジェクタ、及び画像処理装置を提供することを目的とする。
本実施形態のプロジェクタは、入力画像信号を構成する各画素に対し、予め設定された補正パラメータを用いて所定のデジタル変換処理を施し、出力画像信号を生成する画像処理部と、前記出力画像信号を構成する各画素の位置情報に従って光源から照射される光を投影レンズに導くLCOSと、を備えており、前記LCOSの有効画素領域は、前記入力画像信号の前記有効画素領域の外周部にマージン領域を付加した大きさの領域で構成されていることを特徴とする。
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
まず、図1を参照して、本実施形態のプロジェクタの構成を説明する。図1は、第1の実施形態に係わるプロジェクタの構成の一例を説明する図である。
まず、図1を参照して、本実施形態のプロジェクタの構成を説明する。図1は、第1の実施形態に係わるプロジェクタの構成の一例を説明する図である。
プロジェクタ1は、投影する画像を構成する入力画像信号を入力する入力部2と、プロジェクタ1内部の各部位を制御して画像などのデータの送受信を実行する中央処理装置(以下、CPUと示す)3と、フレームメモリDDRと、入力画像信号に対してデジタル画像処理を施す画像処理部と、反射型の液晶パネルであるLCOS6と、投影レンズ7とを備えて構成されている。フレームメモリDDRは、例えばDDR(Double Date Rate)モードのSDRAMで構成されている。なお、本実施形態においては、フレームメモリDDRは2系統のフレームメモリDDR0、DDR1から構成されている。
なお、図示しないが、プロジェクタ1には光源装置や各種要素レンズなどを備えた照明光学部、照明光学部の制御を行う制御部なども備えている。投影レンズ7や照明光学部などは、少なくとも歪曲収差や倍率色収差を補正するための光学的な技巧(例えば色消しレンズや非球面レンズなど)は具備しておらず、画像を投影するために必要なレンズのみが配置されている。また、プロジェクタ1には、図示しない電源装置が接続されており、各部位に必要な電力が供給されている。
図2はLCOS6の画素領域を説明する概略図である。図2に示すように、LCOS6は入力画像の有効画素領域6aに対して周囲にマージン領域を付加した投影画素領域を持つように構成されている。すなわち入力画像の有効画素領域6aがw0×h0である場合、LCOS6の画素領域は(w0+2×w1)×(h0+2×h1)となる。具体的には、例えば入力画像がFullWideVGA(有効画素領域6a:854画素×480画素)であり、マージン領域を縦横共に入力画像の10%とする場合、LCOS6の画素領域は縦が854×1.1=940画素、横が480×1.1=528画素となる。なお、LCOS6のマージン領域のサイズは、投影レンズ7の倍率色収差や歪曲収差などの歪み特性や歪み補正範囲などを考慮して決定される。
次に、デジタル補正に係る画像について説明する。図3は、デジタル補正による画素の移動を説明するイメージ図であり、(a)は入力画像のイメージ、(b)はデジタル補正処理を施さないで投影した場合の画像のイメージ、(c)はデジタル補正処理を施した後の画像のイメージ、(d)はデジタル補正処理を施した画像を投影した場合の画像のイメージをそれぞれ示している。例えば、図3(a)に示すように、有効画素領域6aよりも一回り小さい矩形の中に、左下部に円、右上部に三角形、右下部に正方形が描かれている画像P1がプロジェクタ1に入力された場合について考える。
図3(a)の画像P1を、画像処理部5でデジタル補正を施さずに投影レンズ7を通した場合、例えば図3(b)に示すような画像P2が投影されるとする。すなわち、投影レンズ7などの光学系により画像に対して樽型の歪曲収差が生じてしまうとする。これに対し、画像処理部5では入力画像信号に補正のための逆方向の歪みを与えた画像P3を生成する。図3(b)の画像P2の場合は、図3(c)に示すように、糸巻き型の歪みを与えた画像P3を生成する。
画像P1に対して補正のための歪みを与えると、補正後の画像P3を構成する画素の一部(図3(c)では、画像P3の矩形を構成する辺のうち4つの頂点付近に存在する部分に位置する画素)が有効画素領域6aの外部に移動させられてしまう場合がある。このように、デジタル補正によって有効画素領域6aの外部に画素が移動される場合、従来は、移動後の画像を縮小して有効画素領域6aに収まるように画像処理を施したり、有効画素領域6a外部の画素データは欠損させたりしていたが、第1の実施形態のプロジェクタ1では、有効画素領域6aの外周にマージン領域を付加した画素領域を持つLCOS6を備えているため、歪みの生じた画像を縮小させたり有効画素領域6a外に移動させた画素を欠損させたりすることなく、補正画像を生成することができる。
そして、デジタル補正によって施された糸巻き型の画像P3を、図3(b)に示すような樽型の歪みを生じさせる投影レンズ7を介して投影させると、補正された画像P3の歪みは投影レンズ7で歪曲収差が打ち消されて、図3(d)に示すような入力画像P1と同様の画像P4が投影される。
なお、画像処理部5では入力画像の縮小・拡大処理を施していないため、デジタル補正において画質の劣化がないことは言うまでもない。また、有効画素領域6aの外部に移動させられた画素(LCOS6の画素領域のうち有効画素領域6aの外側に設けられたマージン領域に存在する画素)も、欠損することなく投影することができる。
図4は、画像処理部5の構成を説明する図である。図4の画像処理部5は、入力画像信号にデジタル補正を施す光学補正回路としての演算部51と、デジタル補正に用いる補正パラメータを格納するフラッシュメモリ52と、入力画像信号を逐次格納する入力補充バッファ53と、演算部51でデジタル補正処理を施した出力画像信号を逐次格納する出力バッファ54とを備えている。
フラッシュメモリ52に格納される補正パラメータは、投影レンズ7の特性などを考慮して、入力部2を介して外部から予め設定される。補正パラメータは、主にプロジェクタ1の開発時及び製造時に設定されるが、投影レンズ7など光学系を交換した場合や、画質を調整する際にも変更することが可能になされている。
入力補充バッファ53には、フレームメモリDDR0、DDR1に順次格納された入力画像信号が書き込まれる。また、出力バッファ54には演算部51からデジタル補正処理が施された出力画像信号が書き込まれ、フレームメモリDDR0、DDR1に読み出される。なお、入力補充バッファ53及び出力バッファ54はダブルバッファで構成されている。
画像処理部5は、フラッシュメモリ52に格納されている補正パラメータと以下に示す補正式(1)〜(3)を用いて、入力画像信号の各画素に位置の変換を行う。画像中心からの距離をr、補正パラメータをkx(x=0〜3)、デジタル補正前の入力画像信号における各画素の水平方向の座標位置をxd、デジタル補正前の各画素の垂直方向の座標位置をyd、デジタル補正後の各画素の水平方向の座標位置をxu、デジタル補正後の各画素の垂直方向の座標位置をyuとした場合、第一の座標(xd、yd)及び第二の座標(xu、yu)は、
xd=(k0+k1×r^2+k2×r^4+k3×r^6)xu … (1)
yd=(k0+k1×r^2+k2×r^4+k3×r^6)yu … (2)
r^2=x^2+y^2 … (3)
(ただし、各座標位置は画像中心を原点とする。)
の関係式で表される。なお、補正パラメータkxは色(RGB)ごとに異なる。従って、実際のデジタル補正処理では、R画像信号、G画像信号、B画像信号のそれぞれについて式(1)〜(3)に適切な補正パラメータを代入し、座標変換が行われる。
xd=(k0+k1×r^2+k2×r^4+k3×r^6)xu … (1)
yd=(k0+k1×r^2+k2×r^4+k3×r^6)yu … (2)
r^2=x^2+y^2 … (3)
(ただし、各座標位置は画像中心を原点とする。)
の関係式で表される。なお、補正パラメータkxは色(RGB)ごとに異なる。従って、実際のデジタル補正処理では、R画像信号、G画像信号、B画像信号のそれぞれについて式(1)〜(3)に適切な補正パラメータを代入し、座標変換が行われる。
次に、本実施形態におけるプロジェクタ1の動作について説明する。ここでは、特に画像処理部5とフレームメモリDDR0、DDR1とにおける画像信号の読み書きについて説明する。
図5は、フレームメモリDDR0、DDR1における画像信号の読み書きのタイミングの一例を説明する概略図である。図5に示す一例では、画像信号の読み書きはフレーム単位のパイプライン処理で実行される。図5は横軸を時間とし、横軸1マス分はパイプライン処理の1ステージに対応している。また、図5の縦軸は逐次的な命令列を示しており、上段にフレームメモリDDR0における画像信号の読み書きに関する命令列を、下段にフレームメモリDDR1における画像信号の読み書きに関する命令列を示している。なお、各ステージの動作速度は例えば60fps程度である。
図5中で用いている記号(W、T、R)の意味(処理内容)は次の通りである。
W…外部入力からフレームメモリDDR0、DDR1に対して1フレーム分の画像信号が書き込まれる
T…フレームメモリDDR0、DDR1に書き込まれた補正前の入力画像信号(1フレーム分)が演算部51でデジタル補正処理され、フレームメモリDDR0、DDR1に1フレーム分の補正後の出力画像信号が書き込まれる
R…フレームメモリDDR0、DDR1からデジタル補正後の出力画像信号が1フレーム分読み出される
次に、図5に示すパイプライン処理における画像信号の流れについて説明する。図6は、画像処理部5及びフレームメモリDDR0、DDR1における画像信号の処理の流れを説明する概略図である。
W…外部入力からフレームメモリDDR0、DDR1に対して1フレーム分の画像信号が書き込まれる
T…フレームメモリDDR0、DDR1に書き込まれた補正前の入力画像信号(1フレーム分)が演算部51でデジタル補正処理され、フレームメモリDDR0、DDR1に1フレーム分の補正後の出力画像信号が書き込まれる
R…フレームメモリDDR0、DDR1からデジタル補正後の出力画像信号が1フレーム分読み出される
次に、図5に示すパイプライン処理における画像信号の流れについて説明する。図6は、画像処理部5及びフレームメモリDDR0、DDR1における画像信号の処理の流れを説明する概略図である。
図6において、フレームメモリDDR0、DDR1はそれぞれ色別に、デジタル補正前の入力画像信号を各1フレーム分格納するメモリと、デジタル補正後の出力画像信号を1フレーム分格納するメモリとを内部に備えている。
すなわち、フレームメモリDDR0は、デジタル補正前のR画像信号用メモリR0bとデジタル補正後のR画像信号用メモリR0aとからなるR画像信号用メモリR0と、デジタル補正前のG画像信号用メモリG0bとデジタル補正後のG画像信号用メモリG0aとからなるG画像信号用メモリG0と、デジタル補正前のB画像信号用メモリB0bとデジタル補正後のB画像信号用メモリB0aとからなるB画像信号用メモリB0とから構成されている。
また、フレームメモリDDR1は、デジタル補正前のR画像信号用メモリR1bとデジタル補正後のR画像信号用メモリR1aとからなるR画像信号用メモリR1と、デジタル補正前のG画像信号用メモリG1bとデジタル補正後のG画像信号用メモリG1aとからなるG画像信号用メモリG1と、デジタル補正前のB画像信号用メモリB1bとデジタル補正後のB画像信号用メモリB1aとからなるB画像信号用メモリB1と、から構成されている。
ここでは、図5に示すパイプライン処理において3ステージ目の画像信号の処理の流れを一例にあげて説明する。3ステージ目はフレームメモリDDR0ではRとW、フレームメモリDDR1ではTの処理が行われる。なお、演算部51におけるデジタル補正処理(座標位置変換処理)は、色ごとに異なる補正パラメータkxが用いられる。このため、フレームメモリDDR0、DDR1には予め色別に分けられた画像が読み込まれ、以降の処理も色別に行われる。
フレームメモリDDR0では、例えばG画像についてRとWの処理が行われる。すなわち、R処理として、すでに画像処理部5においてデジタル補正処理が施されたG画像信号がG画像信号用メモリG0aから1フレーム分読みだされ、外部出力(CPU3)に対して書き込まれる。同時に、W処理として、外部入力(CPU3)から次の1フレーム分のG画像信号がG画像信号用メモリG0bに対して書き込まれる。
一方、フレームメモリDDR1では、例えばR画像についてTの処理が行われる。すなわち、R画像信号用メモリR1bに書き込まれているデジタル補正前の入力画像信号(1フレーム分)が入力補充バッファ53に読み出され、演算部51でR画像用の補正パラメータkxを用いて式(1)〜(3)に従ってデジタル補正処理が施され、補正後のR画像信号が出力バッファ54を介してR画像信号用メモリR1aに書き込まれる。
このように、入力画像信号に対して逐次デジタル補正処理を行い、投影レンズ7で生じる歪曲収差と逆の歪み特性を持たせた出力画像信号を、LCOS6に出力する。
このように、本実施形態においては、LCOS6の画素領域が入力画像の有効画素領域6aに対して縦横共にある程度マージン領域を備えた大きな領域になされているので、入力画像信号にデジタル補正処理を施して歪みを持たせる場合に、有効画素領域範囲外に移動する画素についても画素データを欠損させずに処理することが可能となる。また、補正後の出力画像信号を入力画像の有効画素領域に収めるために縮小処理を施す必要がなくなるため、縮小・拡大の過程で生じる画質の劣化を防ぐことができる。
なお、第1の実施形態ではデジタル補正処理で用いる式(1)(2)として、4つの補正パラメータkx(x=0〜3)を用いて距離rが6乗の項まで算出しているが、さらに補正パラメータを追加して距離rが8乗以降の項まで算出してもよい。例えば、補正パラメータk4を追加すると、距離rが8乗の項まで算出することができ、補正処理に用いる式は以下に示す式(4)(5)のようになる。
xd=(k0+k1×r^2+k2×r^4+k3×r^6+k4×r^8)xu
… (4)
yd=(k0+k1×r^2+k2×r^4+k3×r^6+k4×r^8)yu
… (5)
補正パラメータを増やして多次の項を追加することにより近似精度が向上し、投影される画像の歪みがより少なくなる。
… (4)
yd=(k0+k1×r^2+k2×r^4+k3×r^6+k4×r^8)yu
… (5)
補正パラメータを増やして多次の項を追加することにより近似精度が向上し、投影される画像の歪みがより少なくなる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態のプロジェクタ1は、投影レンズ7で発生する歪曲収差が画像中心を主点(投影レンズ7の光学的な中心)とする補正式を用いて画像処理を行っているが、第2の実施形態においては、光軸ずれなどが発生して主点が画像中心でない場合についても画像処理が可能である点が異なっている。すなわち、第2の実施形態のプロジェクタは、演算部51で用いられる補正式が第1の実施形態と異なる。第1の実施形態と同じ構成要素は、同じ符号を付して説明は省略する。
第1の実施形態のプロジェクタ1は、投影レンズ7で発生する歪曲収差が画像中心を主点(投影レンズ7の光学的な中心)とする補正式を用いて画像処理を行っているが、第2の実施形態においては、光軸ずれなどが発生して主点が画像中心でない場合についても画像処理が可能である点が異なっている。すなわち、第2の実施形態のプロジェクタは、演算部51で用いられる補正式が第1の実施形態と異なる。第1の実施形態と同じ構成要素は、同じ符号を付して説明は省略する。
図7は、第2実施形態に係わるデジタル補正による画素の移動を説明するイメージ図であり、(a)は入力画像のイメージ、(b)はデジタル補正処理を施さないで投影した場合の画像のイメージ、(c)はデジタル補正処理を施した後の画像のイメージ、(d)はデジタル補正処理を施した画像を投影した場合の画像のイメージをそれぞれ示している。例えば、図7(a)に示すように、図3(a)と同様、有効画素領域6aよりも一回り小さい矩形の中に、左下部に円、右上部に三角形、右下部に正方形が描かれている画像P1がプロジェクタ1に入力された場合について考える。
図7(a)の画像P1を、画像処理部5でデジタル補正を施さずに投影レンズ7を通した場合、例えば図7(b)に示すような画像P2´が投影されるとする。すなわち、投影レンズ7などの光学系により画像に対して樽型の歪曲収差が生じてしまい、かつ投影レンズ7などの光学系の光軸が中心から左側にずれているとする。
これに対し、画像処理部5では画像に補正のための逆方向の歪みを与えた画像P3´を生成する。図7(b)の画像P2´の場合は、図7(c)に示すように、縦軸が中心よりも左側にずれた糸巻き型の歪みを与えた画像P3´を生成する。
第2の実施形態のデジタル補正処理では、具体的には図7(c)に示すように、補正処理後の画像の有効画素領域における左上隅部を画像原点とし、主点Omの座標を(xm、ym)とする。また、有効画素領域の縦h0または横w0のうち長さが長いほうの辺の半分の長さをLhalfとする。図7(c)に示す例では、h0>w0であるため、Lhalf=h0/2となる。さらに、入力画像左上を原点とするラスタスキャン順の画素位置座標を(x、y)とする。このとき、デジタル補正後の出力画像信号の各画素の座標位置(xu、yu)は、以下の式(6)(7)で算出される。
xu=(x・xm)/Lhalf … 式(6)
yu=(y・ym)/Lhalf … 式(7)
式(6)(7)で算出されるxu、yuをそれぞれ式(1)(2)に代入することにより、デジタル補正前後における画像信号の各画素の座標位置の変換を行うことができる。
yu=(y・ym)/Lhalf … 式(7)
式(6)(7)で算出されるxu、yuをそれぞれ式(1)(2)に代入することにより、デジタル補正前後における画像信号の各画素の座標位置の変換を行うことができる。
そして、デジタル補正によって施された糸巻き型の画像P3´を、図7(b)に示すような光軸が中心から左側にずれており、かつ樽型の歪みを生じさせる投影レンズ7を介して投影させると、補正された画像P3´の歪みは投影レンズ7で歪曲収差が打ち消されて、図7(d)に示すような入力画像P1と同様の画像P4が投影される。
このように、第2の実施形態においては、光軸ずれなどにより主点が画像中心以外の場所に存在する場合もデジタル補正処理を施して画像に適切な歪みを与えることができ、画質を劣化させたり画素を欠損させたりすることなく歪みを抑制した画像を投影することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として例示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…プロジェクタ、2…入力部、3…CPU、5…画像処理部、6…LCOS、7…投影レンズ、DDR0、DDR1…フレームメモリ、
Claims (5)
- 入力画像信号を構成する各画素に対し、予め設定された補正パラメータを用いて所定のデジタル変換処理を施し、出力画像信号を生成する画像処理部と、
前記出力画像信号を構成する各画素の位置情報に従って光源から照射される光を投影レンズに導くLCOSと、
を備え、前記LCOSの画素領域は、前記入力画像信号の有効画素領域の外周部にマージン領域を付加した大きさの領域で構成されており、前記補正パラメータは、前記入力画像信号を構成する色画像ごとに設定されており、前記画像処理部は、前記投影レンズの収差の光学的な中心である主点が前記出力画像信号の任意の場所に存在する場合、前記出力画像信号を構成する各画素の座標を、前記主点の座標位置と、前記LCOSの画素領域の横方向の長さまたは縦方向の長さと、前記入力画像の左上隅部を原点とするラスタスキャン順の画素位置座標とから算出することを特徴とする、プロジェクタ。 - 入力画像信号を構成する各画素に対し、予め設定された補正パラメータを用いて所定のデジタル変換処理を施し、出力画像信号を生成する画像処理部と、
前記出力画像信号を構成する各画素の位置情報に従って光源から照射される光を投影レンズに導くLCOSと、
を備えており、前記LCOSの画素領域は、前記入力画像信号の有効画素領域の外周部にマージン領域を付加した大きさの領域で構成されていることを特徴とする、プロジェクタ。 - 前記補正パラメータは、前記入力画像信号を構成する色画像ごとに設定されていることを特徴とする、請求項2に記載のプロジェクタ。
- 入力画像信号を構成する画素の第一の座標を、前記入力画像の有効画素領域の外周部にマージン領域を付加した大きさの投影画素領域内に、予め設定された補正パラメータと、前記各画素の画像中心からの距離とを用いて第二の座標に変換して出力画像信号を生成することを特徴とする画像処理装置。
- 前記変換によって前記入力画像に生じる歪みの光学的な中心である主点が前記有効画素領域の任意の場所に存在する場合、前記第二の座標を、前記主点の座標位置と、前記投影画素領域の横方向の長さまたは縦方向の長さと、前記入力画像の左上隅部を原点とするラスタスキャン順の画素位置座標とから算出することを特徴とする、請求項4に記載の画像処理装置。
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JP2017203804A (ja) * | 2016-05-09 | 2017-11-16 | キヤノン株式会社 | 投影装置及び投影方法 |
JP2018124424A (ja) * | 2017-02-01 | 2018-08-09 | セイコーエプソン株式会社 | 画像表示装置およびその調整方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20141202 |