JP2019204017A

JP2019204017A - 画像投射装置の色補正方法

Info

Publication number: JP2019204017A
Application number: JP2018099734A
Authority: JP
Inventors: 涼平三反▲崎▼; Ryohei Mitanzaki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-11-28

Abstract

【課題】投射面からの反射光を検出して投射面の色補正処理を行う機能を有する画像投射装置で、投射環境に限定されず投射面および環境光の影響、投射画像により色補正処理を切り替える補正処理判定手段を提供すること。【解決手段】投射面1に映像を表示する表示する画像投射装置は、投射面1のスペクトル情報を検出する測色手段107と、画像投射装置と投射面1までの距離を検出する測距手段108と、投射光のスペクトルを演算する第１の演算手段109と、画像投射装置が非投射時に測色手段により検出した第1の測色結果と画像投射装置が投射時に測色手段により検出した第2の測色結果と測距手段108により検出した測距情報とをもとに色補正方法を切り替える補正処理判定手段113と、を有し、補正処理判定手段の判定結果に応じて、壁色補正或いは外光補正を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、投射面からの反射光を検出して色調補正処理を行う機能を有する画像投射装置に関する。

画像投射装置は、投射面が有色の場合や、照明や太陽光等の環境光がある環境下で使用されるが、実際の投射面の色や環境光の影響を考慮して投射画像を色補正する必要がある。従来はカラーセンサを用いて投射面の色を検出し、ある色の投射面に対して環境光の明るさや色温度を変えて記録した参照テーブルと比較して環境光の有無を判断し環境光補正と壁色補正を切り替えている。

特開2012-248910号公報

特許文献１に開示された方法では、カラーセンサを用いてスクリーンが有色か、環境光が存在するか判断してスクリーン色補正と外光補正のモードを切り替えている。この判断は、白色や緑色、黄色などのいくつかの色の基準スクリーンに対しそれぞれ明るさや色温度を変えた幾つかの基準の環境光を照射している状態で測定した基準値と測定したセンサ値を比較して行っている。しかしながら実際の投射環境では投射面の材質や色は無数にあり、また環境光の明るさや色も多々存在する。よって実際の環境が判定用の環境と同じとは限らず、補正モードの切り替えを誤る場合がある。したがって、このような投射環境の影響まで考慮されていない特許文献１に記載された画像投射装置ではスクリーン色や環境光の色の種類に対応しきれないため、切り替え精度の向上には限界がある可能性がある。

本発明は、スクリーンや環境光の種類に関わらず高精度な色補正判定できる画像投射装置を提供することを目的とする。

本発明の画像投射装置は、投射面に映像を表示する表示する画像投射装置であって、
投射面のスペクト情報を検出する測色手段と、
画像投射装置と投射面までの距離を検出する測距手段と、
投射光のスペクトルを演算する第１の演算手段と、
画像投射装置が非投射時に測色手段により検出した第１の測色結果と、画像投射装置が投射時に測色手段により検出した第２の測色結果と、前記測距手段により検出した測距情報とをもとに色補正方法を切り替える補正処理判定手段と、
を有し、
補正処理判定手段の判定結果に応じて、壁色補正或いは外光補正を行う事を特徴とする。

本発明の画像投射装置によれば、未知のスペクトルをもつ環境光や投射面の反射スペクトルにおいても最適な色補正処理を選択できる。

一実施形態の画像投射装置のブロック図である。一実施形態の測色センサが測定するスペクトルの一例である。一実施形態のフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
（実施例１）
図1は本発明の実施例を示すブロック図である。画像投射装置は、画像を投射面1に投射する液晶プロジェクタ2から構成される。

画像投射装置は不図示のパーソナルコンピュータ（PC）や映像機器等の画像供給装置からのDVI、HDMI（登録商標）、アナログ等の入力映像信号を入力IF部100で受信する。受信したWXG、SXGA、WUVGA等種々の入力映像信号は入力信号処理部101で所定フォーマットのデジタル映像信号に変換する。パネル駆動部102はデジタル映像信号に対して、画像表示素子としての液晶パネル103の駆動に適した解像度変換処理やフレームレート変換処理等を行い液晶パネル駆動信号を生成する。また色補正処理部104でデジタル映像信号を補正処理する。

液晶パネル103は高圧水銀ランプ、レーザ素子等の光源を含む照明光学系105から発せられた光により照明され、パネル駆動部102からの液晶パネル駆動信号による制御に基づき入射光を変調する。なお、通常液晶パネル103は赤用、緑用、青用の3枚で構成されるが、その相違は、本発明とは無関係であるので説明を省略する。液晶パネル103を出射した光束は投射レンズ106から投射光L1として投射面1に投射される。

測色センサ107は分光センサであり複数の異なる波長領域に感度をもち、投射面からの反射光から可視域のスペクトル(380〜780nm)の検出を行う。また測色センサ107は投射面1からの反射光のスペクトルのみを検出できるよう不図示光学系で構成されている。なお測色センサ107の検出範囲は投射面全域に限らず、中心位置或いはエリアごとに分割して測定してもよい。

ここでプロジェクタの投射環境を考える。投射面1の分光反射率をR1とする。プロジェクタは非投射の状態で、照明や太陽光などの外乱光である環境光が存在するとき測色センサ107が検出する値Aは、環境光L2が投射面1によりR1で反射された値となる。プロジェクタから投射光を照射すると、測色センサ107が検出する値Bは環境光と同様に投射光L1が投射面1により反射されるため、投射光L1と環境光L2がそれぞれR1で反射された光の和となる。

ここで投射光L1の波長ごとの光強度は下記条件より求める。まず測距センサ108で距離情報Cを取得し、投射光演算部109へ渡す。次に投射光演算部109は不揮発性メモリ110に保存された所定の映像データに基づく投射光テーブル111を読みだす。このとき投射光テーブル111は光源劣化情報やズーム比、ユーザの設定した色補正情報や、イメージモード、レンズ情報(交換レンズ)等から値を更新する。取得した距離情報Cと投射光テーブル111の値を元に投射光演算部109は投射光L1の光強度を演算する。

図2は投射環境に存在する光の例である。図2(a)は投射光L1の分光スペクトル、(b)は環境光L2のスペクトルであり、(c)は投射面1の分光反射率R1の一例である。この場合実際に測色センサ107で検出されるスペクトルA,Bの値の例は(d),(e)となる。(f)は環境光が存在しない状態で投射したとき検出できるスペクトルL1×R1である。なお(e)のとき環境光は投射光に対して影響が無視できない程度に十分輝度が大きいものとする。このとき検出したA,Bからは環境光L2のスペクトルと投射面1の分光反射率R1を区別できないことがわかる。つまりこの場合の検出光は、投射面の物体色(R1)に依存するのか、環境光の光源色(L2のスペクトル)に依存するのか区別できない。

この問題を説明する。図3(f)のように検出光が投射面の物体色にのみ依存する場合は単純に投射光のR,G,Bゲインの値を調整するだけで良い。しかし例えば図3(e)のように光源色に依存する場合は投射光の光以外の範囲(650nm以上)で環境光が存在する可能性がある。また環境光によりオフセットがかかった状態なのでコントラストが低下する。よって光源色が問題となるときはゲイン補正だけでなくできるだけ輝度を落とさず色域補正や色温度補正等の色補正が必要となる。そのためこれらを判別して適切な補正方法を選択する手段が必要となる。

ここでA、Bのそれぞれの関係を式にすると以下の形となる。
A(λ)=L2(λ)×R1(λ) (2a)
B(λ)=(L1(λ)+L2(λ))×R1(λ) (2b)
L1(λ):波長λのときの投射光出力
L2(λ): 波長λのときの環境光出力
R1(λ): 波長λのときの投射面の分光反射率
A(λ):非投射時に検出される波長λのときの出力
B(λ):投射時に検出される波長λのときの出力

なお上式は波長単位Δλで分割して（例えば、20nm毎）光強度を計算する。またΔλは測色センサの分解能に依存する。ここで上記の2式(2a),(2b)において、投射光L1の光強度が既知であれば変数は2値のみとなりR1、L2を演算することができる。

この場合、式を変形して
L2(λ)=A(λ)/(B(λ)-A(λ))L1(λ) (2c)
R1(λ)=(B(λ)-A(λ))/L1(λ) (2d)
となる。

したがって精度良く補正するために投射光L1の光強度の情報が必要となる。ここで光強度は距離の2乗に逆比例して減衰するため、前述のように測距センサ108により距離情報Cを取得する。なおここでは測距手段は限定せず、ユーザが距離情報を入力してもよい。

次に投射光演算部109は不揮発性メモリ110に保存されている投射光テーブル111と距離情報Cを用いて演算を行いL1を算出する。ここで投射光テーブル111は、いくつかの基準距離から所定の基準白色投射光を基準投射面に投射した時に測色センサ107により得られる出力テーブルであり、工場等での調整工程にて測定し不揮発性メモリ110に記憶した値である。また出力テーブルと記述したが、近似関数の係数でもよい。より精度良く演算するために光源劣化情報やズーム比、ユーザの設定した色補正情報や、イメージモード、レンズ情報等の値からデータの更新を行う。

次に検出データ演算部112で、投射光演算部109で算出した投射光L1と測色センサ107が検出した値A、Bを用いて波長ごとに環境光L2のスペクトルと光強度、投射面の反射スペクトルR1をそれぞれ演算する。ここで演算方法は前述の式(2c),(2d)を用いる。

次に補正処理方法判定部113にて、算出した投射光L1、環境光L2のスペクトル形状と光強度、投射面の反射スペクトルR1を比較し補正方法を決定する。このとき補正に必要なパラメータも演算し、色補正処理部104に渡す。

例えば環境光の影響が小さく、投射面の反射スペクトルR1のみが見え方に寄与するならば、投射面のどの波長の反射率が大きいかパラメータを算出し、R,G,Bゲインのみの1D-LUT輝度補正テーブルにより色補正する方法(環境光補正)を選択する。また、環境光L2の影響が基準値以上ならば、環境光L2のどの波長成分が大きいかパラメータを算出し、環境光の影響を補正するための色域補正や色温度補正等を含む3D-LUT色補正テーブルと前述のR、G,Bの1D-LUT輝度補正テーブルにより色補正する方法(壁色補正)を選択する。

色補正処理部104は内部に複数の補正処理方法と基準色度を有し、補正処理判定部113で決定した補正処理方法とパラメータに基づき、デジタル映像信号を基準色度となるように補正処理する。

図3は、本実施例の自動色補正のフローチャートである。
まずステップS01では投射面との距離情報Cを取得する。前述のように距離情報Cは測距センサ108で測定する。あるいはメニュー画面でユーザが入力する。

次にステップS02では、不揮発性メモリ110に保存された投射光テーブル111を読みだす。このとき前述のように投射光テーブル111は光源劣化情報やズーム比、ユーザの設定した色補正情報や、イメージモード、レンズ情報等から値を更新する。

ステップS03では、取得した距離情報Cと投射光テーブル111の値を元に投射光L1のスペクトルと光強度を演算する。単純に距離情報のみを用いる場合、保存された基準投射光のテーブルに対して距離の2乗に逆比例した値を算出するだけで図2(a)の値が導出できる。光源劣化情報等の情報を用いた場合は、劣化情報等に応じてスペクトル形状が変化する点を考慮し演算を行う。

次にステップS04では、プロジェクタが投射状態のときは投射を止めるか黒投影の状態に変更し、測色センサ107を駆動してスペクトルAを検出する。このとき測色センサ107の蓄積時間は不図示のマイクロコンピュータにより制御される。また次のステップS05での飽和を避けるため、蓄積時間はステップS03で得られた投射光L1の値に基づき決定される。

ステップS05では、投射レンズ106から基準白色投射光を投射し、測色センサ107で投射時のスペクトルBを検出する。なお光強度の比較をするため、蓄積時間はステップS04と同じ時間とする。

次のステップS06ではBの測定で測色センサが飽和していた場合、S06aで蓄積時間を短くしてS04に戻る。次のステップS07では、Bの値からプロジェクタが調整可能なR,G,Bの波長帯域のいずれか一つの値が検出できなかった場合は色補正ができないためS07aで警告表示を出して終了する。例えばBのみ反射する投射面上では、R,Gが存在しないため色補正ができないためである。

次にステップS08では得られたA,Bの値から式(2c)に基づき環境光L2のスペクトル形状と光強度を演算し、ステップS09では演算したL2の値と式(2d)により投射面の反射スペクトルR1を演算する。これにより図2中の(b),(c)を得ることができる。

ステップS10は補正処理方法判定部113の動作であり、得られたスペクトル情報に基づき補正方法を決定する。まずS08で得られた環境光L2の情報から、輝度が基準値より大きいか分析する。この基準値は投射光L1の輝度に対して30%以下とする。具体的には図2のL1とL2のそれぞれのスペクトル情報に対し等色関数をかけ、XYZ色空間座標に変換して判定する。基準値以上である場合、環境光補正を行うステップS11aに移行し、基準値以下である場合壁色補正を行うステップS11bへ移行する。なお基準値は30%以下に限らない。

ステップS11aは色補正処理部104内の不図示の環境光補正処理部の動作である。S11aではまずL2のどの波長成分の光が大きいかを分析する。例えば図2のL2では450nm(青)と550nm(緑)付近に鋭いピークがあるためG,Bゲインを持ち上げる必要がある。また650nm以上の範囲にも光が存在する。よってR,G,Bゲインだけでは対応しきれないため、色域補正やγ調整、色温度補正等のパラメータも調整する必要がある。これらの項目を補正処理方法判定部113内の不図示のメモリに記憶する。

次にBをXYZ色空間に変換し色度を得て、目標色度と一致させるために前述の環境光補正用のパラメータ値を決める。ただし環境光によりコントラストが低下するため、できるだけ低下しないように補正する。そのため目標色度に補正すると輝度が低下するような場合は許容色差を設定し輝度を優先する。また投射面の分光反射率R1を分析し、分光反射率に応じて環境光パラメータが崩れないようにR,G,Bゲインを変化させる。

ステップS11bは色補正処理部104内の不図示の壁色補正処理部の動作である。ステップS11bでは観測画像は図2(f)の状態なので単純にR,G,Bゲインをそれぞれの波長の反射率に合わせて変化する。ここで補正処理方法は2者択一で判定しているが、環境光補正と壁色補正に限らずアナログ的に判定してもよく、また複数の補正処理方法を有していてもよい。

本実施例において測色センサ107は分光センサとしたが、例えばカラーセンサやカメラ等でもよく、センサは限定されない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

1：投射面
2：液晶プロジェクタ
104：色補正処理部
107：測色センサ
108：測距センサ
109：投射光演算部
111：投射光テーブル
112：検出データ演算部
113：補正処理方法判定部
L1：投射光
L2：環境光
R1：投射面の分光反射率
A：非投射時に測色センサ107で検出するスペクトル
B：投射時に測色センサ107で検出するスペクトル

Claims

投射面に映像を表示する表示する画像投射装置であって、
投射面のスペクトル情報を検出する測色手段と、
画像投射装置と投射面までの距離を検出する測距手段と、
投射光のスペクトルを演算する第１の演算手段と、
画像投射装置が非投射時に測色手段により検出した第１の測色結果と、画像投射装置が投射時に測色手段により検出した第２の測色結果と、前記測距手段により検出した測距情報とをもとに色補正方法を切り替える補正処理判定手段と、
を有し、
補正処理判定手段の判定結果に応じて、壁色補正或いは外光補正を行うことを特徴とする画像投射装置。
前記投射光のスペクトルを演算するための基準テーブルを有し、前記第１の演算手段は前記基準テーブルと前記測距情報に基づいて投射光のスペクトルを演算することを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
前記基準テーブルは、ランプ劣化情報とレンズズーム比情報、ユーザ設定した色補正状況、イメージモード、レンズ情報を記憶して基準テーブルを更新することを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
前記第１、第２の測色結果を記憶する測定値記憶手段を有し、前記第１の演算手段により求めた投射光のスペクトルと、前記第１、第２の測色結果を用いて環境光のスペクトルと投射面の反射スペクトルを演算する第２の演算手段をもつことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像投射装置。
前記補正処理判定手段は、前記第１、第２の演算手段より得た投射光と環境光のスペクトル形状と光強度と、投射面の反射スペクトルに応じて色補正方法を切り替えることを特徴とする請求項４に記載の画像投射装置。
前記測距手段は、測距センサを用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像投射装置。
前記測距情報は、ユーザがメニュー画面より入力することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像投射装置。
前記測色手段は、１つのセンサで行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の画像投射装置。