JP2014171234A - 表示の形状及び色の自動較正及び修正のためのシステム及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プロセッサに接続された感知装置は、表示特性を感知するために使用でき、それからこれらの感知装置は歪みデータを計算し、表示歪みに関して修正するための予備補正マップを生成するために使用される。
【選択図】図1
Description
本出願は、2006年8月11日に出願された米国仮特許出願第60/836,940号と2007年5月11日に出願された米国仮特許出願第60/917,525号からの優先権を主張する。
画像の異なる部分を湾曲した画面の対応する部分に投影するために多数のプロジェクタを使用し、
湾曲した画面上に画像全体を最適化された焦点によって形成するために実質的に画像の各部分を湾曲した画面の対応する部分に焦点合わせすることを備える方法を提供する。
湾曲した画面から投影画像の焦点面までの複数の距離を測定し、
最適化された焦点を得るために複数の距離の関数が最小化されるまで焦点面をシフトすることを備える方法を提供する。
distortion)み成分として考慮される最大3本の異なる軸に起こり得るであろう。
メラの修正と同様に行われる必要がある。
左上:(0,0)
右上:(WD,0)
左下:(0,HD)
右下:(WD,HD) (2)
左上:(xcTL d,ycTL d)
右上:(xcTR d,ycTR d)
左下:(xcBL d,ycBL d)
右下:(xcBR d,ycBR d) (3)
に記述され得る。
fD:(xi 0,yi 0)→(xdi 0,ydi 0) (4)
これは、修正(fD C)が方程式(5)で指定される、方程式(4)で与えられたものの逆数であることを意味する。
fD C :(xdi 0,ydi 0)→(xi 0,yi 0) (5)
ディジタルワーピングユニット15は、表示に先立って入力画像をワープする(予め歪ませる)ために入力画像に修正fD Cを加えるであろう。
歪みマップ自体(fW≡(fC D)-1=fD)であるので、逆アーキテクチャ修正ユニットによって必要とされるマップ又はワーピングデータは単に表示歪みマップである。したがって較正データ発生器12によって生成されるべきグリッドデータは方程式(6)で定義される。
fW:(xi 0,yi 0)→(xdi 0,ydi 0) (6)
fF:(xi 0,yi 0)→(xci 0,yci 0) (7)
全画像マップと呼ばれるこのマップは、表示歪みマップfDと、カメラ歪みマップの減算
が方程式(8)で定義される必要なfWを与えるカメラ歪みマップfCとの組合せであると見ることができる。
fC:(xdi 0,ydi 0)→(xci 0,yci 0)
fF=fCfD=fCfW⇒fW=fC -1fF (8)
yci 0)を抽出するために、先ずテストパターンのWC×HCカメラ画像が分析される;こ
れはfFを与えるであろう。カメラ空間における形状中心は、表示歪みとカメラ歪みによ
ってマッピングされた後に入力空間における形状中心の対応する位置である。画面16をオーバーフローする画像領域に関してこれらの形状は、使用可能ではないであろう。これら外に広がる形状は通常、おそらく異なる平面上の背景にあるので、背面投影TVあるいは前面投影システムでは目に見えないであろう。したがってEFGH(図5参照)と定義された画面16内の形状だけが分析される。
される。カメラが光学歪みを有さなければ、カメラ歪みはfC Pとラベル付けされた遠近法歪みであって、4隅の方程式(3)で定義された座標だけがfCを決定するために必要で
ある。カメラも光学歪みを有するならば追加のマーカーが必要である。フレーム境界EFGHは、そのエッジのライン方程式によってパラメータ化され得る十分なマーカーを与え得る。エッジ方程式はまた、4隅を決定し、またどの形状が画面16内にあるかを決定するために使用され得る。表示空間内の例えば(xdi CC,ydi CC)などの既知の座標を有する物理的矩形グリッドもまた、カメラ空間内で(xci CC,yci CC)と画像形成される追加マーカーを与えるために画面16に付与又は投影され得る。このグリッドは、カメラ較正(CC)グリッドと見ることができる。フレーム座標と境界とを決定することは、表示特徴記述とも呼ばれる。
(lTx(t),lTy(t))→上部エッジ
(lRx(t),lRy(t))→右エッジ
(lBx(t),lBy(t))→底部エッジ
(lLx(t),lLy(t))→左エッジ
(xci CC,yci CC),i=1・・・NCC→カメラ較正グリッド (9)
fC=fC OfC K:(xdi CC,ydi CC)→(xci CC,yci CC) (10)
ある。上記の抽出プロセスは、変域座標に関するいかなる情報も与えない。中心は必ずしも、入力テストパターンにおける形状順序付けに一致した順序で決定されないであろう。
i=(r−1)N+s (11)
上部エッジ⇔{(0,0),(WD,0)}を通る直線
右エッジ⇔{(WD,0),(WD,HD)}を通る直線
底部エッジ⇔{(0,HD),(WD,HD)}を通る直線
左エッジ⇔{(0,0),(0,HD)}を通る直線
できる。
純粋な遠近法カメラ歪み(すなわちfC=fC P)の最も一般的なシナリオには、4隅の点
だけが必要とされる。
(xd cTL,yd cTL)→(0,0)
(xd cTR,yd cTR)→(WD,0)
(xd cBL,yd cBR)→(0,HD)
(xd cBR,yd cBR)→(WD,HD) (12)
れる。一つの方法は、CCグリッドが単にエッジ上だけでなく内部の点における歪みに関する情報を与えるので、CCグリッドを使用することである。CCグリッドは方程式(10)で与えられる。このグリッドは、所与の1セットの基底関数によって適合(最小二乗の意味において)又は内挿され得る。一つの選択は、方程式(14)に定義されるグリッドに対してスプライン適合を取得するか、内挿を行うためにスプラインベースを使用することである。
fc I-1:(xci CC,yci CC)→(xdi CC,ydi CC),グリッドへの補間式又はフィット
xd=fcx I-1(xc,yc)
yd=fcy I-1(xc,yc)
fC -1=(fcx -1,fcy -1)=(fcx I-1,fcy I-1) (14)
マッピングfWは下記のような連結によって得られる、fW:(xi 0,yi 0)→(xdi 0,
ydi 0)。ここで(xdi 0,ydi 0)は方程式(15)によって与えられる。
この連結は、その変域のために全画像マップ値域を使用してカメラ逆歪みマップを評価する。
最も一般的な3原色RGBに関しては、(I1,I2,I3)=(R,G,B)である。
ここで各グリッドのための点の数は、使用されるテストパターンと行われる何らかの再サンプリングとに依存して異なる可能性がある。
ての原色に共通である能動矩形のための座標を決定する。それからこれらの座標は、方程式(18)にしたがってグリッドをスケール決めしてシフトするために使用される。
これらのセットのデータはワープ発生器13によって使用される。
分析される色を識別する。Cki 0で表された元の色値はまた、テストパターンがよく定義
されているので既知である。これは、色歪みマップと呼ばれる色の不均一歪みを記述するグリッドデータである方程式(25)という結果をもたらす。
fDc:(xi 0,yi 0,Cki 0)→(xi 0,yi 0,C’ki 0) (25)
i=1...M×N×S、に加えて
(xi 0,yi 0)=(xi+(s-1)(M×N) 0,yi+(s-1)(M×N) 0) (26)
空間座標は、各セットに関して同じである。以下の論議は各セット(すなわちテストパターン)に適用される。
ここでC’kjは中心の近隣の捕捉された画像における色値である。最も近い4個の点に亘る平均のためにフィルタ係数はaj=1/4,j=1・・・4である。
C’ki 0⇒C’ki 0=Fk(C’1i 0,C’2i 0,...,C’ki 0) (28)
関数である。これらのパラメータは、各中心座標に関して、また各原色に関して異なっている。通常、fI -1は、一般性を失わずに多項式ベースであると想定できる電子修正ユニ
ットによって使用される表現によって決定されるであろう。上記の表現はまた、あるいくつかの場合に、出力における元のC’ik 0値を減らすことが必要であり得るか、あるいは望まれ得るので、最終的な一定の色レベルの調整を考慮している。ここでこれらのパラメータは、逆数値を増加又は減少させるために単純なスケールファクタによって調整され得る。
これは、較正データ発生器12’のデータ出力である。
くことができる。
方程式(39)は、aiによって与えられる表面係数と呼ばれる組合せの係数と基底関数
Bi(x,y),i=1・・・Lとの線形結合である2次元表面関数を変域(x,y)上
で定義する。これらの係数は、一定であって変域上で変化しない。基底関数は線形である必要はなく、これらの結合だけが線形である。少なくともあるいくつかの場合には、基底関数は非常に非線形であり得る、したがって方程式(39)に示された形式は修正グリッドを表現するために十分に一般的である。基底関数とそれらの数は、ハードウエアに実現されて評価されるので電子修正ユニットによって定義される。ワープ発生器13は、必要とされる係数を決定する。
係数への変換を意味する。
ui⇒ai (41)
この表現の効率は、各ピクセルに介してグリッド値が記憶される必要がある場合に表面係数が1グループのピクセルに対するグリッド値の計算を考慮し、それによって比較的遥かに少ない数の表面係数が記憶される必要があるという事実からの結果である。
容易に適応できる多項式形式に関する表記が使用されるであろう。したがって全表面は、方程式(42)で指定される形式を取る。
単一表面は、全出力画像(変域)に等しい単一パッチに対応する。例示的パッチ分割は、図12に示されている。
D={xp 0、yp 0、xp 1、yp 1},p=1...P
(43)
パッチ p={(x、y)|xp 0≦x≦xp 1,yp 0≦y≦yp 1}
Errori=|ui−u(xi,yi)| (44)
等しければ、すなわちmaxi(Errori)≦Emaxであれば、表面係数は保持され、
ワープデータとしてワープ発生器13から出力される。最大誤差がより大きければ、パッチ幾何学配置は、更に細かく分割することによって改善され、係数は誤差に関して再計算されて再分析される。
得る。複雑なフィルタは、その形状が表面のローカル・ヤコビ行列式に依存する楕円形近隣を使用することができ、フィルタ係数は巧妙なフィルタ生成アルゴリズムを使用して得ることができる。この場合、ヤコビ行列式を推定するために、近隣座標(uj∈Γ,vj∈Γ)が必要になる可能性がある。同様に単純な色修正は方程式(49)で定義されるように単に線形修正を使用することを含む。
最後にディジタルワーピングユニットは、方程式(53)を使用してこの多項式を評価して色修正を適用するであろう。
’k di)をワープ発生器13に与えることによって達成できる。
Claims (26)
- 画面を有する表示装置と共に使用するための表示較正システムであって、
前記画面の形状、サイズ、境界及び方向のうちの少なくとも一つに関する情報を感知するように構成された、少なくとも一つの感知装置と、
前記少なくとも一つの感知装置に接続され、前記少なくとも一つの感知装置によって感知された情報に基づいて表示装置特性を計算するように構成された、少なくとも一つのプロセッサと、
を備える表示較正システム。 - 前記少なくとも一つの感知装置は更に、前記画面上に表示されたテスト画像を感知するように構成されており、
前記少なくとも一つのプロセッサは更に、前記感知されたテスト画像と前記表示装置特性とに基づいて表示歪みを計算するように構成されている、
請求項1に記載の表示較正システム。 - 前記少なくとも一つのプロセッサは更に、表示に先立って予備補正マップを入力画像データに適用したとき、前記画面上に結果として得られる表示画像が実質的に歪み無しとなるよう、前記表示歪みに基づいて前記予備補正マップを生成するように構成されている、
請求項2に記載の表示較正システム。 - 前記表示歪みは、時間的に変化し、
前記表示較正システムは、変化する歪みを予め補正するために前記表示装置を動的に較正するように構成されている、
請求項3に記載の表示較正システム。 - 前記少なくとも一つのプロセッサは、表示画像が画面より大きいオーバーフロー状態、前記表示画像が画面より小さいアンダーフロー状態、及び、前記表示画像の一部が前記画面をオーバーフローし前記表示画像の他の一部が前記画面をアンダーフローする不整合状態のうちの少なくとも一つに関して修正するように構成されている、
請求項3に記載の表示較正システム。 - 前記表示装置は、ハウジングを有する背面投影表示装置であり、
前記表示較正システムは、前記ハウジング内に配置される、
請求項3に記載の表示較正システム。 - 前記少なくとも一つの感知装置は更に、輝度情報と色情報とのうちの少なくとも一つを感知するように構成されており、
前記少なくとも一つのプロセッサは更に、輝度不均一性と色不均一性とのうちの少なくとも一つをそれぞれ予め補正するように構成されている、
請求項3に記載の表示較正システム。 - 前記表示システムは更に、更なる歪みを有する光学部品を備え、
前記少なくとも一つのプロセッサは更に、前記更なる歪みと前記表示歪みとの両者を予め補正するために、前記更なる歪みを前記表示歪みに統合するように構成されている、
請求項3に記載の表示較正システム。 - 前記表示歪みは、幾何学歪み、光学歪み、集束不良、位置合わせ不良、及び、横の色収差のうちの少なくとも一つを含む、
請求項2に記載の表示較正システム。 - 前記少なくとも一つの感知装置は、前記画面上の複数の点までの距離を感知するように構成されており、
前記少なくとも一つのプロセッサは、前記距離に基づいて前記画面の相対位置と相対方向とを計算するように構成されている、
請求項1に記載の表示較正システム。 - 前記少なくとも一つの感知装置は、種々の焦点距離における前記画面上のテスト画像の異なる部分を感知するように構成されており、
前記少なくとも一つのプロセッサは、前記テスト画像の異なる部分における最も高いコ
ントラストを決定し、前記画面の形状と相対方位とを計算するために決定された前記最も高いコントラストに基づいて、前記画面の異なる部分までの距離を計算するように構成されている、
請求項2に記載の表示較正システム。 - 前記少なくとも一つの感知装置は、センサー歪みを有し、
前記少なくとも一つのプロセッサは更に、前記センサー歪みを計算し、前記表示歪みを計算する際、前記センサー歪みを考慮するように構成されている、
請求項2に記載の表示較正システム。 - 前記センサー歪みは、前記画面の法線方向に平行でない軸を有する少なくとも一つの感知装置によって引き起こされる、
請求項12に記載の表示較正システム。 - 前記少なくとも一つの画像感知装置は、前記少なくとも一つのプロセッサによって知られた異なる位置に配置された、複数の画像感知装置を備え、
前記少なくとも一つのプロセッサは、異なる感知装置によって異なって感知されたテスト画像を比較し、前記異なる感知装置の位置と前記異なって感知された画像とに基づいて、前記表示歪みを計算するように構成されている、
請求項2に記載の表示較正システム。 - 前記少なくとも一つの画像感知装置は、前記画面上に4個のマーカーを有するテスト画像に関する情報を感知するように構成されており、
前記少なくとも一つのプロセッサは、前記感知された情報に基づいて台形歪みを計算するように構成されている、
請求項2に記載の表示較正システム。 - 前記少なくとも一つの感知装置は更に、輝度情報と色情報とのうちの少なくとも一つを感知するように構成されており、
前記少なくとも一つのプロセッサは更に、前記予備補正マップに起因する輝度不均一性と色不均一性とのうちの少なくとも一つに関して修正するように構成されている、
請求項3に記載の表示較正システム。 - 画面を有する表示装置と共に使用するための表示較正システムであって、
前記画面上に表示されたテスト画像から情報を感知するように構成された、少なくとも一つの感知装置と、
前記少なくとも一つの感知装置に接続され、前記感知された情報に基づいて表示歪みを計算し、表示に先立って予備補正マップを入力画像データに適用したとき、前記画面上に結果として得られる表示画像が実質的に歪み無しとなるよう、前記表示歪みを補正するための表面関数によって実現される前記予備補正マップを生成するように構成された、少なくとも一つのプロセッサと、
を備える表示較正システム。 - 前記少なくとも一つのプロセッサは更に、種々の表示歪みを統合し、前記統合された歪みを予め補正する表面関数を生成するように構成されている、
請求項17に記載の表示較正システム。 - 前記表面関数は多項式である、請求項17に記載の表示較正システム。
- 前記少なくとも一つのプロセッサは更に、オーバースキャン状態とアンダースキャン状態とのうちの少なくとも一つを更に補正するために、前記表面関数を調整するように構成されている、
請求項17に記載のシステム。 - 画面を有する表示装置と共に使用するための表示較正システムであって、
前記画面上に表示されたテスト画像から情報を感知するように構成された、少なくとも一つの画像感知装置と、
前記少なくとも一つの画像感知装置に接続され、前記感知された情報に基づいて表示歪みを計算し、各パッチにおける前記表示歪みのひどさにしたがって前記画面を複数のパッチに分割し、表示に先立って予備補正マップを入力画像データに適用したとき、前記画面上に結果として得られる表示画像が実質的に歪み無しとなるよう、各パッチにおける前記表示歪みに関する前記予備補正マップを生成するように構成された、少なくとも一つのプロセッサと、
を備える表示較正システム。 - 画面を有する表示装置と共に使用するための表示較正システムであって、
前記画面上に表示されたテスト画像から、少なくとも一つの色成分に関して独立して色情報を感知するように構成された、少なくとも一つの画像感知装置と、
前記少なくとも一つの画像感知装置に接続され、前記感知された色情報に基づいて色不均一性を計算し、表示に先立って少なくとも一つの色修正マップを入力画像データに適用したとき、前記画面上に結果として得られる表示画像が実質的に少なくとも一つの色の不均一性を有さないよう、前記少なくとも一つの色成分に関する前記少なくとも一つの色修正マップを生成するように構成された、少なくとも一つのプロセッサと、
を備える表示較正システム。 - 画面を有する表示装置と共に使用するための表示較正システムであって、
前記画面上に表示された個別の色成分テスト画像から情報を感知するように構成された、少なくとも一つの画像感知装置と、
前記少なくとも一つの画像感知装置と前記表示装置とに接続され、前記感知された情報に基づいて少なくとも一つの色成分に関して幾何学的表示歪みを独立に計算し、表示に先立って少なくとも一つの色修正マップを入力画像データに適用したとき、前記画面上に結果として得られる表示画像が実質的に少なくとも一つの色依存性幾何学歪みを有さないよう、前記少なくとも一つの色成分に関する前記少なくとも一つの色修正マップを独立して生成するように構成された、少なくとも一つのプロセッサと、
を備える表示較正システム。 - 湾曲した画面を有する投影システムにおいて使用するための表示較正方法であって、
画像の異なる部分を、前記湾曲した画面の対応する部分に投影するために、複数のプロジェクタを使用し、
前記画像全体を、前記湾曲した画面上に最適化された焦点により形成するために、前記画像の各部分を、前記湾曲した画面の対応する部分上に実質的に焦点を合わせる、
ことを備える表示較正方法。 - 焦点を最適化して幾何学歪みを最小にするために、各プロジェクタの投影軸が、前記湾曲した画面の対応する部分に実質的に垂直になるよう、前記複数のプロジェクタの各々を独立に位置決めして方向付けする、
ことを更に備える請求項24に記載の方法。 - 湾曲した画面を有する投影システムにおいて使用するための表示較正方法であって、
前記湾曲した画面から投影画像の焦点面までの複数の距離を測定し、
最適化された焦点を得るために、前記複数の距離の関数が最小化されるまで前記焦点面をシフトする、
表示較正方法。
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