JP4961628B2 - 投射映像補正システム及びその方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射映像補正システム及びその方法に関し、特にプロジェクタにより投射されるスクリーンの位置や傾きに起因する映像の幾何歪みと投射位置ずれとを補正する投射映像補正システム及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶プロジェクタなどの投射型表示装置では、スクリーンを適切な位置に設置しないと、投射された映像に台形歪みなどの幾何歪みが生じたり、スクリーン領域から投射映像がはみ出すなどの不具合があった。
【０００３】
このような台形歪みを補正する方法としては、電気的に台形歪み補正する補正方法または光学的に台形歪み補正する補正方法といった２つの方法が一般的に知られている。
【０００４】
図１０には、従来の台形歪み補正装置の概略構成が示されている。
電気的に台形歪みを補正する方法は、図１０に示されるように、映像回路６１により液晶パネル５５の表示面に投射映像とは逆の台形歪みのある映像画面を表示し、これを拡大投射することにより、投射画面の台形歪みを補正するものである。
【０００５】
光学的に台形歪み補正する方法は、図１０に示されるように、液晶プロジェクタ本体５１内に設けられるコンデンサレンズ５６の傾きを調整することにより、映像の台形歪みを補正するものである。
【０００６】
また、コンデンサレンズ５６を傾けることなく、液晶パネル５５自体を傾けるような構造を採用することで、映像の台形歪みを補正するものである。
【０００７】
例えば、以上のような方法により台形歪み補正を行うもとのとして、特開２０００−１２２６１７号公報には、自動的に投射画面に生じた台形歪み補正を行う台形歪み補正装置が開示されている。
【０００８】
図１０に基づいて、上記従来の台形歪み補正装置を説明する。
図１０に示されるように、従来の台形歪み補正装置では、液晶プロジェクタ本体５１前面の異なる位置に複数設けられた第１の距離センサ８０及び第２の距離センサ８１から構成されている。各距離センサ８０，８１は、スクリーン５９との距離をそれぞれ検出する。
【０００９】
制御マイコン８２は、これら各距離センサ８０，８１の検出結果に基づいてスクリーン５９に対する液晶プロジェクタ本体５１の傾斜角を算出し、この算出された傾斜角に基づき、液晶パネル５５の投射映像光が本体５１の傾斜角に起因する投射画面の台形歪み形状とは逆の台形歪み形状となるように、各ライン毎の画素データの間引き調整が可能な映像処理回路６１を制御する。これにより、ユーザの煩雑な操作を必要とせず、自動的に投射画面に生じた台形歪み補正を行う。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例に示される台形歪み補正装置は、以下に示されるような問題点を有していた。
【００１１】
従来の電気的あるいは光学的に歪みを補正する方法では、光軸回りの回転補正、垂直方向だけでなく水平方向の傾きで生じる幾何歪みに対する補正が困難であるため、プロジェクタの投射領域内で任意の傾き、位置にある投射スクリーンに対しての映像補正ができないという第１の問題があった。
【００１２】
また、従来の１台の液晶プロジェクタでは、１つのスクリーン、１つの入力映像に対してしか補正できないため、プロジェクタ投射領域内で任意の傾き、位置にある複数の投射スクリーンに対しての自動映像補正ができないという第２の問題があった。
【００１３】
本発明は、上述される問題点に鑑みて成されたものであり、プロジェクタの投射領域に配置される任意の大きさの投射スクリーンの形状、傾き、及び設置位置に応じて、投射映像を補正する投射映像補正システム及びその方法を提供することを目的とする。
【００１６】
前記課題を解決するために、請求項１にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、プロジェクタの投射領域に存在するスクリーンを撮影する複数の撮影手段と、複数の撮影手段により撮影されたスクリーンの映像から該スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、検出手段により検出されたスクリーンの位置及び形状に基づいてプロジェクタから投射する映像を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、前記プロジェクタの投射領域に存在する前記スクリーンの像を抽出するスクリーン像抽出手段と、前記スクリーン像抽出手段により抽出された前記スクリーンの像から該スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、前記プロジェクタの投射領域に存在する複数の前記スクリーンを個々に撮影する複数の撮影手段と、前記複数の撮影手段により撮影された個々の前記スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された個々の前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する各スクリーン毎に異なる映像を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、複数の前記スクリーンは、個々のスクリーン毎に異なる識別マークを有し、前記検出手段により前記識別マークに基づいて個々のスクリーンの位置を検出することを特徴とする。
請求項５にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、前記プロジェクタの投射領域に存在する複数の前記スクリーンの三次元空間位置を測定する三次元空間位置測定手段と、前記三次元空間位置測定手段により測定された個々の前記スクリーンの三次元空間位置に基づいて各スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記各スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する該各スクリーン毎に異なる映像を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
請求項６にかかる発明は、前記三次元空間位置測定手段は、前記各スクリーン毎に設けられ、該各スクリーン毎の三次元空間位置の情報を送信する送信部と、前記送信部から送信される前記各スクリーン毎の三次元空間位置の情報を受信する受信部と、から構成されることを特徴とする。
請求項７にかかる発明は、複数の前記スクリーンは、個々のスクリーン毎に異なる識別マークを有し、前記検出手段により前記識別マークに基づいて個々のスクリーンの位置を検出することを特徴とする。
請求項８にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、前記プロジェクタは、前記スクリーンに対して参照パターンを投射し、前記参照パターンを投射された前記スクリーンを撮影する撮影手段と、前記参照パターンと前記撮影手段により撮影された前記スクリーンに投射された参照パターンとの比較結果並びに前記プロジェクタ及び前記撮影手段の配置情報とに基づいて前記スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記スクリーンの位置に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
請求項９にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、前記プロジェクタの投射領域に存在する前記スクリーンを少なくとも２以上の異なる角度から撮影する撮影ステップと、前記撮影ステップにより撮影された夫々の前記スクリーンの映像から該スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正ステップと、を有することを特徴とする。
請求項１０にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、前記プロジェクタの投射領域に存在する前記スクリーンの像を抽出するスクリーン像抽出ステップと、前記スクリーン像抽出ステップにより抽出された前記スクリーンの像から該スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正ステップと、を有することを特徴とする。
請求項１１にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、前記プロジェクタの投射領域に存在する複数の前記スクリーンを個々に撮影する撮影ステップと、前記撮影ステップにより撮影された個々の前記スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された個々の前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する各スクリーン毎に異なる映像を補正する補正ステップと、を有することを特徴とする。
請求項１２にかかる発明は、複数の前記スクリーンは、個々のスクリーン毎に異なる識別マークを有し、前記検出ステップにより前記識別マークに基づいて個々のスクリーンの位置を検出することを特徴とする。
請求項１３にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、前記プロジェクタの投射領域に存在する複数の前記スクリーンの三次元空間位置を測定する三次元空間位置測定ステップと、前記三次元空間位置測定ステップにより測定された個々の前記スクリーンの三次元空間位置に基づいて各スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された前記各スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する該各スクリーン毎に異なる映像を補正する補正ステップと、を有することを特徴とする。
請求項１４にかかる発明は、複数の前記スクリーンは、個々のスクリーン毎に異なる識別マークを有し、前記検出ステップにより前記識別マークに基づいて個々のスクリーンの位置を検出することを特徴とする。
請求項１５にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、前記プロジェクタから前記スクリーンに対して参照パターンを投射する投射ステップと、前記参照パターンを投射された前記スクリーンを撮影する撮影ステップと、前記参照パターンと前記撮影ステップにより撮影された前記スクリーンに投射された参照パターンとの比較結果並びに前記プロジェクタ及び前記撮影ステップの配置情報とに基づいて前記スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された前記スクリーンの位置に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正ステップと、を有することを特徴とする。
【００５４】
〈作用〉
本発明の投射映像補正システムは、プロジェクタと、予め大きさが既知のスクリーンと、スクリーン位置を検出するためのカメラと、カメラにより撮影されたスクリーン映像からスクリーンの配置される位置を算出するスクリーン位置算出部と、スクリーンの傾き・位置に対応して入力映像を加工生成する投射映像生成部と、から構成される。このような構成を採用し、プロジェクタ及びスクリーンの光学系を空間シミュレーションすることで、プロジェクタが投射スクリーンに対して投射すべき映像を加工生成する。
【００５５】
【発明の実施形態】
次に、添付図面を参照しながら本発明の実施形態である投射映像補正システム及びその方法を詳細に説明する。図１から図８を参照すると、本発明に係る投射映像補正システム及びその方法の実施の形態が示されている。
【００５６】
〈第１の実施形態〉
図１は、本発明の実施形態である投射映像補正システムの概略を示すブロック構成図である。図１において、本発明の第１の実施形態である投射映像補正システムは、プロジェクタ１と、投影映像生成部２と、スクリーン３と、カメラ４と、スクリーン位置検出部５と、を有して構成されている。
【００５７】
プロジェクタ１は、後述される投影映像生成部２によって加工処理が施された映像信号が入力され、当該入力された映像信号に基づいてスクリーン３に対して映像を投射する。
【００５８】
投影映像生成部２は、後述されるスクリーン位置検出部５で検出されたスクリーン３の位置情報に基づいて、プロジェクタ１からスクリーン３に投射した際に、補正処理が施された映像が表示されるように入力映像を加工処理し、プロジェクタ１に映像信号を出力する。
【００５９】
スクリーン３は、プロジェクタ１の投影領域内、及びカメラ４の撮影領域内の任意の位置に設置される映像投影可能な物体／面であり、その大きさは既知のものとする。
【００６０】
カメラ４は、任意の位置に設置されるスクリーン３を撮影し、当該撮影したスクリーン３のカメラ映像をスクリーン位置検出部５へ出力する。
【００６１】
スクリーン位置検出部５は、カメラ４により撮影したスクリーン３のカメラ映像が入力され、この入力されたカメラ映像を処理することにより、スクリーン３の位置情報を検出する。
【００６２】
図２は、本発明の第１の実施形態におけるスクリーン位置検出部及び投影映像生成部の処理例を示すフローチャートである。なお、図２において、ステップＳ１００として示されるステップＳ１０１からステップＳ１０６までの処理をスクリーン位置検出部５で行い、ステップＳ１１０として示されるステップＳ１１１からステップＳ１１４までの処理を投影映像生成部２で行うものとする。
【００６３】
スクリーン位置検出部５の処理例を以下に示す。
まず、カメラ４からスクリーン３を撮影したカメラ映像を取り込む（ステップＳ１０１）。次に、取り込んだカメラ映像から長方形形状のスクリーン３の３つ頂点（端点）のカメラ映像座標を検出する（ステップＳ１０２）。例えば、検出された３つの頂点をそれぞれ別の色で着色して映像処理することにより、カメラ映像中における３つの頂点の位置を容易に検出することができる。
【００６４】
カメラ空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）の座標系は、カメラレンズ位置を原点として、光軸方向を＋Ｚ軸、ＸＹ軸はカメラ映像におけるＸＹ軸とそれぞれ平行な座標系のことである。
【００６５】
任意のカメラ空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、カメラ映像中から検出した頂点座標（ｐ，ｑ）に対応するとすれば、あるパラメータｒ、関数Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとを使って、（Ｆｙ（ｐ，ｑ，ｒ）， Ｆｚ（ｐ，１，ｒ））のように表現できることが知られている。
【００６６】
各関数Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚは、カメラの光学モデルによって定まるが、ここでは、カメラ４の光学モデルがレンズの歪み無視できる理想的な透視変換モデルとした場合を例にして、図３を参照しながら説明する。
【００６７】
図３は、本発明の第１の実施形態におけるカメラの光学モデルの例を示す図である。図３において、カメラ映像中の座標ｙは、カメラ撮像面４１では、ｑ＝ｙ＊ｆ／ｚに対応付けられる。ここで、ｒ＝ｚ／ｆとおけば、（ｘ，ｙ，ｚ）＝（ｒ＊ｐ，ｒ＊ｑ，ｒ＊ｆ）となり、３つの頂点では、３つのパラメータとなる。つまり、カメラ空間座標におけるスクリーンの横方向のベクトルｕ及び縦方向のベクトルｖを３つのパラメータで表現することができる。スクリーンの大きさは既知であるので、幅をＷとすると｜ｕ｜＝ Ｗ、高さをＨとすると｜ｖ｜＝Ｈ、また、ｕとｖとは互いに垂直なので、ｕ・ｖ＝０となり、以上３つの方程式を生成することができる（ステップＳ１０３）。
【００６８】
ステップＳ１０３により生成された３つの方程式は、３元２次方程式となり、３つのパラメータの解を求めることができる（ステップＳ１０４）。例えば、ニュートン法などの手法が適用可能で、３つのパラメータｒの解の範囲が予測できるので、適切な初期値を与えることが可能となり、適切な解を求めることができる。
【００６９】
以上の３つのパラメータが定まると、上述の３頂点のカメラ空間座標を算出することができる（ステップＳ１０５）。
【００７０】
例えば、上述の例では、カメラレンズの歪みを無視した場合を示したが、カメラレンズの歪みを考慮したとしても、変数パラメータの数は変わらないので、同様の手法によってカメラ空間座標を算出することができる。
【００７１】
次に、上述のされる３つの頂点の座標値をカメラ空間座標系からプロジェクタ空間座標系に変換する（ステップＳ１０６）。ここでは、カメラ４とプロジェクタ１の位置関係は予め計測済みで、変換行列も算出済みであるとする。プロジェクタ座標系もカメラ座標系と同様に、プロジェクタレンズ位置を原点として、光軸方向を＋Ｚ軸、ＸＹ軸はプロジェクタ映像におけるＸＹ軸とそれぞれ平行な座標系のことである。
【００７２】
投影映像生成部２の処理例を以下に示す。
プロジェクタ座標系において、プロジェクタ光学系のシミュレーション処理を行う。まず、ステップＳ１０６においてカメラ座標系からプロジェクタ座標系に変換した３つの頂点座標から、長方形のスクリーンのもう１つの頂点座標を算出し、仮想的なスクリーン面としてのポリゴンを生成する（ステップＳ１１１）。
【００７３】
次に、入力映像を３次元グラフィックス処理のテクスチャマッピング手法を用いて、上述のポリゴンに貼り付けて、仮想の投影表示された映像を生成する（ステップＳ１１２）。
【００７４】
次に、プロジェクタ１のプロジェクタレンズ焦点距離の位置に仮想的なスクリーンを設け、プロジェクタ光学系の透視変換処理で仮想の投影表示された映像をそのスクリーン面にレンダリングすることで、プロジェクタ１の入力となる映像を生成する（ステップＳ１１３）。
【００７５】
図４は、本発明の第１の実施形態におけるレンダリング処理を示す図である。上述の図３の場合と比較すると、スクリーン３対しては仮想投影映像（テクスチャ映像）３１があり、カメラ撮像面４１に対してはプロジェクタ１の液晶パネル面１１がある。プロジェクタ１もカメラ４と同様の透視変換の光学モデルであるので、液晶パネル１１の各画素は、テクスチャ映像３１を透視変換することで算出することができる。
【００７６】
ステップＳ１１３で生成された映像は、プロジェクタ１に出力される（ステップＳ１１４）。もし、スクリーン位置を繰り返し算出する必要があれば、ステップＳ１１１に戻る。もし、スクリーン位置が同じで、映像のみを更新する場合は、ステップＳ１１２からステップＳ１１４までの処理を繰り返せばよい。
【００７７】
また、本発明の第１の実施形態において、複数のスクリーンが存在する場合であっても、例えば、各スクリーンに識別可能なマークを付しておき、映像処理の際に各スクリーンの位置を個別に検出し、当該各スクリーンに対応したポリゴンを配置して、それぞれに入力映像をテクスチャマッピングすることで、上述のステップＳ１１３と同様の処理でプロジェクタ１への入力となる投影映像を補正することが可能である。
【００７８】
本発明の第１の実施形態によれば、配置されたスクリーンの位置を検出し、プロジェクタとスクリーンとの空間配置及び光学系をシミュレーションすることで映像補正を行うように構成することで、プロジェクタ投射領域内の任意の位置にあるスクリーンに対して、スクリーン上に歪み及び投射位置ずれのない正常な映像を表示することができる。
【００７９】
〈第２の実施形態〉
図５は、本発明の第２の実施形態である投射映像補正システムの概略を示すブロック構成図である。図５において、本発明の第２の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムは、プロジェクタ１と、投影映像生成部２と、スクリーン位置検出部５と、スクリーン６と、マルチカメラ７と、を有して構成されている。
【００８０】
本発明の第２の実施形態は、本発明の第１の実施形態における既知の大きさのスクリーン３及びカメラ４の代わりに、任意の大きさのスクリーン６及びステレオカメラなどのマルチカメラ７を置き換えた構成となっている。
【００８１】
スクリーン位置検出部５は、スクリーン６をマルチカメラ７で撮影し、そのカメラ映像に処理を施し、三角測量の原理を応用することで、スクリーン６の形状を検出し、必要であれば、当該検出した形状を長方形に近似させる。このような複数カメラを利用した撮影物体の形状測定は、当該技術分野においては周知の手法を用いる。
【００８２】
但し、スクリーンに何も目印がない場合は、どの辺が上辺であるかを特定することができず、スクリーンの向き（設置方向）まで検出できないので、スクリーン方向の検出処理を行う必要がある。
【００８３】
図６は、本発明の第２の実施形態におけるスクリーン方向検出の処理例を示すフローチャートである。図６に示されるスクリーン方向検出は、図２に示されるスクリーン位置検出部５による処理の後段に設けられる。
【００８４】
図６において、スクリーン位置検出部５は、各辺のＹ座標平均値を求める（ステップＳ１２１）、次に、ステップＳ１２２では、唯一のＹ座標平均値が最大の辺を選択するが、同じ値の辺があれば、各辺のＺ座標平均値を求める（ステップＳ１２３）。
【００８５】
ここで、唯一の辺を選択（特定）できた場合には、ステップＳ１２５に進む。ステップＳ１２３に進んだ場合、Ｚ座標平均値の最大値の辺を選択し（ステップＳ１２４）、ステップＳ１２５に進む。ステップＳ１２５では、選択した辺を上辺として、図２のステップＳ１１１へ処理を移行する。プロジェクタの投影される側がスクリーン表面である。
【００８６】
また、スクリーン面上に何らかの目印（マーキング）が施されている場合には、映像処理によってスクリーンの向きを検出することも可能である。
【００８７】
スクリーンの形状及び向きを検出した後は、本発明の第１の実施形態における投影映像生成部２と同様の処理を行うことで、プロジェクタ１の入力となる映像信号を生成する。
【００８８】
本発明の第２の実施形態によれば、スクリーンの形状及び方向をマルチカメラを使って検出するように構成しているため、プロジェクタ投射領域内の任意の位置に設けられた任意の形状のスクリーンに対して、当該スクリーン上に投射される映像に歪み及び投射位置ずれがなく、正常な映像を表示することができる。
【００８９】
このとき、マルチカメラを距離計測レンジファインダに置き換えて構成することも可能である。距離計測用レンジファインダは、レーザや超音波により、プロジェクタの投射領域に設けられるスクリーンの位置及び形状を測定するものであり、測定された結果に基づいて上述されるような投射映像の補正を行う。
【００９０】
また、本実施形態では、複数のスクリーンがあっても、例えば各スクリーンに識別可能なマークを付しているため、映像処理の際、各スクリーン毎に個別に位置を検出でき、各スクリーンに対応したポリゴンを配置し、それぞれに入力映像をテクスチャマッピングすることで、ステップＳ１１３と同様の処理によってプロジェクタの入力となる投影映像を生成することが可能である。
【００９１】
〈第３の実施形態〉
図７は、本発明の第３の実施形態である投射映像補正システムの概略を示すブロック構成図である。図７において、本発明の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムは、プロジェクタ１と、投影映像生成部２と、スクリーン位置検出部５と、三次元位置センサ（トランスミッタ）８と、三次元位置センサ（レシーバ）９と、スクリーン１０と、を有して構成されている。
【００９２】
本発明の第３の実施形態においては、上述される本発明の第１及び第２の実施形態において、スクリーン位置を検出するために用いられたカメラに代えて、スクリーン１０に接続された三次元位置センサ（トランスミッタ）８及び三次元位置センサ（レシーバ）９が設けられた構成となっている。
【００９３】
三次元位置センサ（レシーバ）９は、三次元位置センサ（トランスミッタ）８が発信する無線、超音波、磁場などの信号を受信する。その受信データを使って、スクリーン位置検出部５において、三次元位置センサ（トランスミッタ）８の位置・傾きを検出する。ただし、１つのスクリーンに対して、１つの三次元位置センサを使う場合、スクリーンの大きさを検出することできないので、予めスクリーンの大きさ情報をスクリーン位置検出部５で保持しておく必要がある。
【００９４】
本発明の第３の実施形態では、スクリーンの位置を三次元位置センサを使って検出するように構成しているため、映像処理ではスクリーン位置の検出が困難な場合でも、安定してスクリーン位置を検出することができ、スクリーン上に歪み及び投射位置ずれなく正常な映像を表示することができる。
【００９５】
〈第４の実施形態〉
図８は、本発明の第４の実施形態である投射映像補正システムの概略を示すブロック構成図である。図８において、本発明の第４の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムは、プロジェクタ１と、投影映像生成部２と、スクリーン位置検出部５と、各スクリーン１０ａ〜１０ｃ毎に接続されている三次元位置センサ（トランスミッタ）８ａ〜８ｃと、三次元位置センサ（レシーバ）９と、複数のスクリーン１０ａ〜１０ｃと、を有して構成されている。
【００９６】
複数の三次元位置センサ（トランスミッタ）８ａ〜８ｃは、互いに区別するために、異なる番号が割り当てられており、各番号と、スクリーンの大きさと、入力映像の対応が記述された情報がスクリーン位置検出部５で保持されている。
【００９７】
三次元位置センサ（レシーバ）９は、各三次元位置センサ（トランスミッタ）８ａ〜８ｃの位置を各番号別に検出する。よって、各スクリーン１０ａ〜１０ｃの配置を検出することができる。
【００９８】
次に、プロジェクタ光学系のシミュレーション処理を行うが、本発明の第１の実施形態と同様に、各スクリーン１０ａ〜１０ｃに対応するポリゴンを生成し、各ポリゴンに各入力映像のテクスチャマッピング処理を行い、レンダリングすることで、プロジェクタ１の入力となる映像を生成する。
【００９９】
本発明の第４の実施形態では、複数のスクリーンの位置を検出するように構成されているため、プロジェクタの投射領域内に複数の異なる位置・方向にある複数のスクリーンに、異なる映像を歪み及び投射位置ずれなく正常に表示することができる。
【０１００】
〈第５の実施形態〉
図９は、本発明の第５の実施形態である投射映像補正システムの概略を示すブロック構成図である。図９において、本発明の第５の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムは、プロジェクタ１と、投影映像生成部２と、スクリーン位置検出部５と、マルチカメラ７と、各スクリーン１０ａ〜１０ｃ毎に接続された三次元位置センサ（トランスミッタ）８ａ〜８ｃと、三次元位置センサ（レシーバ）９と、複数のスクリーン１０ａ〜１０ｃと、を有して構成されている。
【０１０１】
マルチカメラ７は、本発明の第２の実施形態で用いられるものと同様に、各スクリーン１０ａ〜１０ｃを撮影し、そのカメラ映像にスクリーン位置検出部５で処理を施し、三角測量の原理を応用することで、各スクリーン１０ａ〜１０ｃの形状を検出し、必要であれば、当該検出した形状を長方形に近似させる。このような複数カメラを利用した撮影物体の形状測定は、当該技術分野においては周知の手法を用いる。
【０１０２】
複数の三次元位置センサ（トランスミッタ）８ａ〜８ｃは、それぞれ複数のスクリーン１０ａ〜１０ｃ毎に設けられており、互いに区別するための異なる番号が割り当てられており、当該各番号と、入力映像の対応が記述された情報がスクリーン位置検出部５で保持されている。
【０１０３】
三次元位置センサ（レシーバ）９は、各三次元位置センサ（トランスミッタ）８ａ〜８ｃの位置を各番号別に検出する。よって、各スクリーン１０ａ〜１０ｃの配置及びその方向を検出することができる。
【０１０４】
次に、プロジェクタ光学系のシミュレーション処理を行うが、本発明の第１の実施形態と同様に、各スクリーン１０ａ〜１０ｃに対応するポリゴンを生成し、各ポリゴンに各入力映像のテクスチャマッピング処理を行い、レンダリングすることで、プロジェクタ１の入力となる映像を生成する。
【０１０５】
本発明の第５の実施形態では、複数の任意の大きさのスクリーンの位置を検出するように構成されているため、プロジェクタの投射領域内に複数の異なる位置・方向にある複数の任意の大きさのスクリーンに、異なる映像を歪み及び投射位置ずれなく正常に表示することができる。
【０１０６】
なお、上述される各実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。例えば、予めプロジェクタから任意の大きさのスクリーン（投射可能な媒体）に投射する参照パターンを用意しておき、実際に参照パターンを投射したスクリーンの状況をカメラにより撮影し、この撮影したスクリーン上に投射されている参照パターンと元の参照パターンとの比較結果並びにプロジェクタとカメラの配置関係に基づいてスクリーンの位置及び形状を検出することも可能である。
【０１０７】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の投射映像補正システム及びその方法によれば、プロジェクタの投影領域内に存在するスクリーンの位置を検出し、プロジェクタとスクリーンの光学系モデルをシミュレーションすることによって、入力映像を加工処理して、プロジェクタに出力しているため、プロジェクタの投影領域内にある任意の位置・傾きのスクリーン面に対して、歪み及びずれなく正常な映像を投影することができる。
【０１０８】
また、本発明の投射映像補正システム及びその方法によれば、プロジェクタの投影領域内にあるスクリーン形状を検出し、プロジェクタとスクリーンの光学系モデルをシミュレーションすることによって、入力映像を加工処理して、プロジェクタに出力しているため、プロジェクタの投影領域内にある任意の位置・形状のスクリーン面に対して、歪み及び投射位置ずれなく正常な映像を投影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムの概略を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における動作例を示す流れ図である。
【図３】本発明の第１のカメラの光学モデルの例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるプロジェクタとスクリーンとの空間配置及び光学系をシミュレーションする例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムの概略を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態のスクリーン方向検出の動作示す流れ図である。
【図７】本発明の第３の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムの概略を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムの概略を示すブロック図である。
【図９】本発明の第５の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムの概略を示すブロック図である。
【図１０】従来のプロジェクタシステムの概略を説明する図である。
【符号の説明】
１ プロジェクタ
２ 投影映像生成部
３、６、１０、５９ スクリーン
４ カメラ
５ スクリーン位置検出部
７ マルチカメラ
８ 三次元位置センサ送信部
９ 三次元位置センサ受信部
１１ プロジェクタ液晶パネル面
３１ テクスチャ映像
４１ カメラ撮像面
５１ 本体
５２ 投射レンズ
５３ 光源
５４ 可視光
５５ 液晶パネル
５６ コンデンサレンズ
５７ パネル透過光
５８ 光軸
６０ 投射画面
６１ 映像回路
６２ 入力端子
８０ 第１の距離センサ
８１ 第２の距離センサ
８２ 制御マイコン
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射映像補正システム及びその方法に関し、特にプロジェクタにより投射されるスクリーンの位置や傾きに起因する映像の幾何歪みと投射位置ずれとを補正する投射映像補正システム及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶プロジェクタなどの投射型表示装置では、スクリーンを適切な位置に設置しないと、投射された映像に台形歪みなどの幾何歪みが生じたり、スクリーン領域から投射映像がはみ出すなどの不具合があった。
【０００３】
このような台形歪みを補正する方法としては、電気的に台形歪み補正する補正方法または光学的に台形歪み補正する補正方法といった２つの方法が一般的に知られている。
【０００４】
図１０には、従来の台形歪み補正装置の概略構成が示されている。
電気的に台形歪みを補正する方法は、図１０に示されるように、映像回路６１により液晶パネル５５の表示面に投射映像とは逆の台形歪みのある映像画面を表示し、これを拡大投射することにより、投射画面の台形歪みを補正するものである。
【０００５】
光学的に台形歪み補正する方法は、図１０に示されるように、液晶プロジェクタ本体５１内に設けられるコンデンサレンズ５６の傾きを調整することにより、映像の台形歪みを補正するものである。
【０００６】
また、コンデンサレンズ５６を傾けることなく、液晶パネル５５自体を傾けるような構造を採用することで、映像の台形歪みを補正するものである。
【０００７】
例えば、以上のような方法により台形歪み補正を行うもとのとして、特開２０００−１２２６１７号公報には、自動的に投射画面に生じた台形歪み補正を行う台形歪み補正装置が開示されている。
【０００８】
図１０に基づいて、上記従来の台形歪み補正装置を説明する。
図１０に示されるように、従来の台形歪み補正装置では、液晶プロジェクタ本体５１前面の異なる位置に複数設けられた第１の距離センサ８０及び第２の距離センサ８１から構成されている。各距離センサ８０，８１は、スクリーン５９との距離をそれぞれ検出する。
【０００９】
制御マイコン８２は、これら各距離センサ８０，８１の検出結果に基づいてスクリーン５９に対する液晶プロジェクタ本体５１の傾斜角を算出し、この算出された傾斜角に基づき、液晶パネル５５の投射映像光が本体５１の傾斜角に起因する投射画面の台形歪み形状とは逆の台形歪み形状となるように、各ライン毎の画素データの間引き調整が可能な映像処理回路６１を制御する。これにより、ユーザの煩雑な操作を必要とせず、自動的に投射画面に生じた台形歪み補正を行う。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例に示される台形歪み補正装置は、以下に示されるような問題点を有していた。
【００１１】
従来の電気的あるいは光学的に歪みを補正する方法では、光軸回りの回転補正、垂直方向だけでなく水平方向の傾きで生じる幾何歪みに対する補正が困難であるため、プロジェクタの投射領域内で任意の傾き、位置にある投射スクリーンに対しての映像補正ができないという第１の問題があった。
【００１２】
また、従来の１台の液晶プロジェクタでは、１つのスクリーン、１つの入力映像に対してしか補正できないため、プロジェクタ投射領域内で任意の傾き、位置にある複数の投射スクリーンに対しての自動映像補正ができないという第２の問題があった。
【００１３】
本発明は、上述される問題点に鑑みて成されたものであり、プロジェクタの投射領域に配置される任意の大きさの投射スクリーンの形状、傾き、及び設置位置に応じて、投射映像を補正する投射映像補正システム及びその方法を提供することを目的とする。
【００１６】
前記課題を解決するために、請求項１にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、プロジェクタの投射領域に存在するスクリーンを撮影する複数の撮影手段と、複数の撮影手段により撮影されたスクリーンの映像から該スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、検出手段により検出されたスクリーンの位置及び形状に基づいてプロジェクタから投射する映像を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、前記プロジェクタの投射領域に存在する前記スクリーンの像を抽出するスクリーン像抽出手段と、前記スクリーン像抽出手段により抽出された前記スクリーンの像から該スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、前記プロジェクタの投射領域に存在する複数の前記スクリーンを個々に撮影する複数の撮影手段と、前記複数の撮影手段により撮影された個々の前記スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された個々の前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する各スクリーン毎に異なる映像を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、複数の前記スクリーンは、個々のスクリーン毎に異なる識別マークを有し、前記検出手段により前記識別マークに基づいて個々のスクリーンの位置を検出することを特徴とする。
請求項５にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、前記プロジェクタの投射領域に存在する複数の前記スクリーンの三次元空間位置を測定する三次元空間位置測定手段と、前記三次元空間位置測定手段により測定された個々の前記スクリーンの三次元空間位置に基づいて各スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記各スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する該各スクリーン毎に異なる映像を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
請求項６にかかる発明は、前記三次元空間位置測定手段は、前記各スクリーン毎に設けられ、該各スクリーン毎の三次元空間位置の情報を送信する送信部と、前記送信部から送信される前記各スクリーン毎の三次元空間位置の情報を受信する受信部と、から構成されることを特徴とする。
請求項７にかかる発明は、複数の前記スクリーンは、個々のスクリーン毎に異なる識別マークを有し、前記検出手段により前記識別マークに基づいて個々のスクリーンの位置を検出することを特徴とする。
請求項８にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、前記プロジェクタは、前記スクリーンに対して参照パターンを投射し、前記参照パターンを投射された前記スクリーンを撮影する撮影手段と、前記参照パターンと前記撮影手段により撮影された前記スクリーンに投射された参照パターンとの比較結果並びに前記プロジェクタ及び前記撮影手段の配置情報とに基づいて前記スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記スクリーンの位置に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正手段と、を有することを特徴とする。
請求項９にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、前記プロジェクタの投射領域に存在する前記スクリーンを少なくとも２以上の異なる角度から撮影する撮影ステップと、前記撮影ステップにより撮影された夫々の前記スクリーンの映像から該スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正ステップと、を有することを特徴とする。
請求項１０にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、前記プロジェクタの投射領域に存在する前記スクリーンの像を抽出するスクリーン像抽出ステップと、前記スクリーン像抽出ステップにより抽出された前記スクリーンの像から該スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正ステップと、を有することを特徴とする。
請求項１１にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、前記プロジェクタの投射領域に存在する複数の前記スクリーンを個々に撮影する撮影ステップと、前記撮影ステップにより撮影された個々の前記スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された個々の前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する各スクリーン毎に異なる映像を補正する補正ステップと、を有することを特徴とする。
請求項１２にかかる発明は、複数の前記スクリーンは、個々のスクリーン毎に異なる識別マークを有し、前記検出ステップにより前記識別マークに基づいて個々のスクリーンの位置を検出することを特徴とする。
請求項１３にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、前記プロジェクタの投射領域に存在する複数の前記スクリーンの三次元空間位置を測定する三次元空間位置測定ステップと、前記三次元空間位置測定ステップにより測定された個々の前記スクリーンの三次元空間位置に基づいて各スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された前記各スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する該各スクリーン毎に異なる映像を補正する補正ステップと、を有することを特徴とする。
請求項１４にかかる発明は、複数の前記スクリーンは、個々のスクリーン毎に異なる識別マークを有し、前記検出ステップにより前記識別マークに基づいて個々のスクリーンの位置を検出することを特徴とする。
請求項１５にかかる発明は、プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、前記プロジェクタから前記スクリーンに対して参照パターンを投射する投射ステップと、前記参照パターンを投射された前記スクリーンを撮影する撮影ステップと、前記参照パターンと前記撮影ステップにより撮影された前記スクリーンに投射された参照パターンとの比較結果並びに前記プロジェクタ及び前記撮影ステップの配置情報とに基づいて前記スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、前記検出ステップにより検出された前記スクリーンの位置に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正ステップと、を有することを特徴とする。
【００５４】
〈作用〉
本発明の投射映像補正システムは、プロジェクタと、予め大きさが既知のスクリーンと、スクリーン位置を検出するためのカメラと、カメラにより撮影されたスクリーン映像からスクリーンの配置される位置を算出するスクリーン位置算出部と、スクリーンの傾き・位置に対応して入力映像を加工生成する投射映像生成部と、から構成される。このような構成を採用し、プロジェクタ及びスクリーンの光学系を空間シミュレーションすることで、プロジェクタが投射スクリーンに対して投射すべき映像を加工生成する。
【００５５】
【発明の実施形態】
次に、添付図面を参照しながら本発明の実施形態である投射映像補正システム及びその方法を詳細に説明する。図１から図８を参照すると、本発明に係る投射映像補正システム及びその方法の実施の形態が示されている。
【００５６】
〈第１の実施形態〉
図１は、本発明の実施形態である投射映像補正システムの概略を示すブロック構成図である。図１において、本発明の第１の実施形態である投射映像補正システムは、プロジェクタ１と、投影映像生成部２と、スクリーン３と、カメラ４と、スクリーン位置検出部５と、を有して構成されている。
【００５７】
プロジェクタ１は、後述される投影映像生成部２によって加工処理が施された映像信号が入力され、当該入力された映像信号に基づいてスクリーン３に対して映像を投射する。
【００５８】
投影映像生成部２は、後述されるスクリーン位置検出部５で検出されたスクリーン３の位置情報に基づいて、プロジェクタ１からスクリーン３に投射した際に、補正処理が施された映像が表示されるように入力映像を加工処理し、プロジェクタ１に映像信号を出力する。
【００５９】
スクリーン３は、プロジェクタ１の投影領域内、及びカメラ４の撮影領域内の任意の位置に設置される映像投影可能な物体／面であり、その大きさは既知のものとする。
【００６０】
カメラ４は、任意の位置に設置されるスクリーン３を撮影し、当該撮影したスクリーン３のカメラ映像をスクリーン位置検出部５へ出力する。
【００６１】
スクリーン位置検出部５は、カメラ４により撮影したスクリーン３のカメラ映像が入力され、この入力されたカメラ映像を処理することにより、スクリーン３の位置情報を検出する。
【００６２】
図２は、本発明の第１の実施形態におけるスクリーン位置検出部及び投影映像生成部の処理例を示すフローチャートである。なお、図２において、ステップＳ１００として示されるステップＳ１０１からステップＳ１０６までの処理をスクリーン位置検出部５で行い、ステップＳ１１０として示されるステップＳ１１１からステップＳ１１４までの処理を投影映像生成部２で行うものとする。
【００６３】
スクリーン位置検出部５の処理例を以下に示す。
まず、カメラ４からスクリーン３を撮影したカメラ映像を取り込む（ステップＳ１０１）。次に、取り込んだカメラ映像から長方形形状のスクリーン３の３つ頂点（端点）のカメラ映像座標を検出する（ステップＳ１０２）。例えば、検出された３つの頂点をそれぞれ別の色で着色して映像処理することにより、カメラ映像中における３つの頂点の位置を容易に検出することができる。
【００６４】
カメラ空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）の座標系は、カメラレンズ位置を原点として、光軸方向を＋Ｚ軸、ＸＹ軸はカメラ映像におけるＸＹ軸とそれぞれ平行な座標系のことである。
【００６５】
任意のカメラ空間座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、カメラ映像中から検出した頂点座標（ｐ，ｑ）に対応するとすれば、あるパラメータｒ、関数Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚとを使って、（Ｆｙ（ｐ，ｑ，ｒ）， Ｆｚ（ｐ，１，ｒ））のように表現できることが知られている。
【００６６】
各関数Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚは、カメラの光学モデルによって定まるが、ここでは、カメラ４の光学モデルがレンズの歪み無視できる理想的な透視変換モデルとした場合を例にして、図３を参照しながら説明する。
【００６７】
図３は、本発明の第１の実施形態におけるカメラの光学モデルの例を示す図である。図３において、カメラ映像中の座標ｙは、カメラ撮像面４１では、ｑ＝ｙ＊ｆ／ｚに対応付けられる。ここで、ｒ＝ｚ／ｆとおけば、（ｘ，ｙ，ｚ）＝（ｒ＊ｐ，ｒ＊ｑ，ｒ＊ｆ）となり、３つの頂点では、３つのパラメータとなる。つまり、カメラ空間座標におけるスクリーンの横方向のベクトルｕ及び縦方向のベクトルｖを３つのパラメータで表現することができる。スクリーンの大きさは既知であるので、幅をＷとすると｜ｕ｜＝ Ｗ、高さをＨとすると｜ｖ｜＝Ｈ、また、ｕとｖとは互いに垂直なので、ｕ・ｖ＝０となり、以上３つの方程式を生成することができる（ステップＳ１０３）。
【００６８】
ステップＳ１０３により生成された３つの方程式は、３元２次方程式となり、３つのパラメータの解を求めることができる（ステップＳ１０４）。例えば、ニュートン法などの手法が適用可能で、３つのパラメータｒの解の範囲が予測できるので、適切な初期値を与えることが可能となり、適切な解を求めることができる。
【００６９】
以上の３つのパラメータが定まると、上述の３頂点のカメラ空間座標を算出することができる（ステップＳ１０５）。
【００７０】
例えば、上述の例では、カメラレンズの歪みを無視した場合を示したが、カメラレンズの歪みを考慮したとしても、変数パラメータの数は変わらないので、同様の手法によってカメラ空間座標を算出することができる。
【００７１】
次に、上述のされる３つの頂点の座標値をカメラ空間座標系からプロジェクタ空間座標系に変換する（ステップＳ１０６）。ここでは、カメラ４とプロジェクタ１の位置関係は予め計測済みで、変換行列も算出済みであるとする。プロジェクタ座標系もカメラ座標系と同様に、プロジェクタレンズ位置を原点として、光軸方向を＋Ｚ軸、ＸＹ軸はプロジェクタ映像におけるＸＹ軸とそれぞれ平行な座標系のことである。
【００７２】
投影映像生成部２の処理例を以下に示す。
プロジェクタ座標系において、プロジェクタ光学系のシミュレーション処理を行う。まず、ステップＳ１０６においてカメラ座標系からプロジェクタ座標系に変換した３つの頂点座標から、長方形のスクリーンのもう１つの頂点座標を算出し、仮想的なスクリーン面としてのポリゴンを生成する（ステップＳ１１１）。
【００７３】
次に、入力映像を３次元グラフィックス処理のテクスチャマッピング手法を用いて、上述のポリゴンに貼り付けて、仮想の投影表示された映像を生成する（ステップＳ１１２）。
【００７４】
次に、プロジェクタ１のプロジェクタレンズ焦点距離の位置に仮想的なスクリーンを設け、プロジェクタ光学系の透視変換処理で仮想の投影表示された映像をそのスクリーン面にレンダリングすることで、プロジェクタ１の入力となる映像を生成する（ステップＳ１１３）。
【００７５】
図４は、本発明の第１の実施形態におけるレンダリング処理を示す図である。上述の図３の場合と比較すると、スクリーン３対しては仮想投影映像（テクスチャ映像）３１があり、カメラ撮像面４１に対してはプロジェクタ１の液晶パネル面１１がある。プロジェクタ１もカメラ４と同様の透視変換の光学モデルであるので、液晶パネル１１の各画素は、テクスチャ映像３１を透視変換することで算出することができる。
【００７６】
ステップＳ１１３で生成された映像は、プロジェクタ１に出力される（ステップＳ１１４）。もし、スクリーン位置を繰り返し算出する必要があれば、ステップＳ１１１に戻る。もし、スクリーン位置が同じで、映像のみを更新する場合は、ステップＳ１１２からステップＳ１１４までの処理を繰り返せばよい。
【００７７】
また、本発明の第１の実施形態において、複数のスクリーンが存在する場合であっても、例えば、各スクリーンに識別可能なマークを付しておき、映像処理の際に各スクリーンの位置を個別に検出し、当該各スクリーンに対応したポリゴンを配置して、それぞれに入力映像をテクスチャマッピングすることで、上述のステップＳ１１３と同様の処理でプロジェクタ１への入力となる投影映像を補正することが可能である。
【００７８】
本発明の第１の実施形態によれば、配置されたスクリーンの位置を検出し、プロジェクタとスクリーンとの空間配置及び光学系をシミュレーションすることで映像補正を行うように構成することで、プロジェクタ投射領域内の任意の位置にあるスクリーンに対して、スクリーン上に歪み及び投射位置ずれのない正常な映像を表示することができる。
【００７９】
〈第２の実施形態〉
図５は、本発明の第２の実施形態である投射映像補正システムの概略を示すブロック構成図である。図５において、本発明の第２の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムは、プロジェクタ１と、投影映像生成部２と、スクリーン位置検出部５と、スクリーン６と、マルチカメラ７と、を有して構成されている。
【００８０】
本発明の第２の実施形態は、本発明の第１の実施形態における既知の大きさのスクリーン３及びカメラ４の代わりに、任意の大きさのスクリーン６及びステレオカメラなどのマルチカメラ７を置き換えた構成となっている。
【００８１】
スクリーン位置検出部５は、スクリーン６をマルチカメラ７で撮影し、そのカメラ映像に処理を施し、三角測量の原理を応用することで、スクリーン６の形状を検出し、必要であれば、当該検出した形状を長方形に近似させる。このような複数カメラを利用した撮影物体の形状測定は、当該技術分野においては周知の手法を用いる。
【００８２】
但し、スクリーンに何も目印がない場合は、どの辺が上辺であるかを特定することができず、スクリーンの向き（設置方向）まで検出できないので、スクリーン方向の検出処理を行う必要がある。
【００８３】
図６は、本発明の第２の実施形態におけるスクリーン方向検出の処理例を示すフローチャートである。図６に示されるスクリーン方向検出は、図２に示されるスクリーン位置検出部５による処理の後段に設けられる。
【００８４】
図６において、スクリーン位置検出部５は、各辺のＹ座標平均値を求める（ステップＳ１２１）、次に、ステップＳ１２２では、唯一のＹ座標平均値が最大の辺を選択するが、同じ値の辺があれば、各辺のＺ座標平均値を求める（ステップＳ１２３）。
【００８５】
ここで、唯一の辺を選択（特定）できた場合には、ステップＳ１２５に進む。ステップＳ１２３に進んだ場合、Ｚ座標平均値の最大値の辺を選択し（ステップＳ１２４）、ステップＳ１２５に進む。ステップＳ１２５では、選択した辺を上辺として、図２のステップＳ１１１へ処理を移行する。プロジェクタの投影される側がスクリーン表面である。
【００８６】
また、スクリーン面上に何らかの目印（マーキング）が施されている場合には、映像処理によってスクリーンの向きを検出することも可能である。
【００８７】
スクリーンの形状及び向きを検出した後は、本発明の第１の実施形態における投影映像生成部２と同様の処理を行うことで、プロジェクタ１の入力となる映像信号を生成する。
【００８８】
本発明の第２の実施形態によれば、スクリーンの形状及び方向をマルチカメラを使って検出するように構成しているため、プロジェクタ投射領域内の任意の位置に設けられた任意の形状のスクリーンに対して、当該スクリーン上に投射される映像に歪み及び投射位置ずれがなく、正常な映像を表示することができる。
【００８９】
このとき、マルチカメラを距離計測レンジファインダに置き換えて構成することも可能である。距離計測用レンジファインダは、レーザや超音波により、プロジェクタの投射領域に設けられるスクリーンの位置及び形状を測定するものであり、測定された結果に基づいて上述されるような投射映像の補正を行う。
【００９０】
また、本実施形態では、複数のスクリーンがあっても、例えば各スクリーンに識別可能なマークを付しているため、映像処理の際、各スクリーン毎に個別に位置を検出でき、各スクリーンに対応したポリゴンを配置し、それぞれに入力映像をテクスチャマッピングすることで、ステップＳ１１３と同様の処理によってプロジェクタの入力となる投影映像を生成することが可能である。
【００９１】
〈第３の実施形態〉
図７は、本発明の第３の実施形態である投射映像補正システムの概略を示すブロック構成図である。図７において、本発明の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムは、プロジェクタ１と、投影映像生成部２と、スクリーン位置検出部５と、三次元位置センサ（トランスミッタ）８と、三次元位置センサ（レシーバ）９と、スクリーン１０と、を有して構成されている。
【００９２】
本発明の第３の実施形態においては、上述される本発明の第１及び第２の実施形態において、スクリーン位置を検出するために用いられたカメラに代えて、スクリーン１０に接続された三次元位置センサ（トランスミッタ）８及び三次元位置センサ（レシーバ）９が設けられた構成となっている。
【００９３】
三次元位置センサ（レシーバ）９は、三次元位置センサ（トランスミッタ）８が発信する無線、超音波、磁場などの信号を受信する。その受信データを使って、スクリーン位置検出部５において、三次元位置センサ（トランスミッタ）８の位置・傾きを検出する。ただし、１つのスクリーンに対して、１つの三次元位置センサを使う場合、スクリーンの大きさを検出することできないので、予めスクリーンの大きさ情報をスクリーン位置検出部５で保持しておく必要がある。
【００９４】
本発明の第３の実施形態では、スクリーンの位置を三次元位置センサを使って検出するように構成しているため、映像処理ではスクリーン位置の検出が困難な場合でも、安定してスクリーン位置を検出することができ、スクリーン上に歪み及び投射位置ずれなく正常な映像を表示することができる。
【００９５】
〈第４の実施形態〉
図８は、本発明の第４の実施形態である投射映像補正システムの概略を示すブロック構成図である。図８において、本発明の第４の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムは、プロジェクタ１と、投影映像生成部２と、スクリーン位置検出部５と、各スクリーン１０ａ〜１０ｃ毎に接続されている三次元位置センサ（トランスミッタ）８ａ〜８ｃと、三次元位置センサ（レシーバ）９と、複数のスクリーン１０ａ〜１０ｃと、を有して構成されている。
【００９６】
複数の三次元位置センサ（トランスミッタ）８ａ〜８ｃは、互いに区別するために、異なる番号が割り当てられており、各番号と、スクリーンの大きさと、入力映像の対応が記述された情報がスクリーン位置検出部５で保持されている。
【００９７】
三次元位置センサ（レシーバ）９は、各三次元位置センサ（トランスミッタ）８ａ〜８ｃの位置を各番号別に検出する。よって、各スクリーン１０ａ〜１０ｃの配置を検出することができる。
【００９８】
次に、プロジェクタ光学系のシミュレーション処理を行うが、本発明の第１の実施形態と同様に、各スクリーン１０ａ〜１０ｃに対応するポリゴンを生成し、各ポリゴンに各入力映像のテクスチャマッピング処理を行い、レンダリングすることで、プロジェクタ１の入力となる映像を生成する。
【００９９】
本発明の第４の実施形態では、複数のスクリーンの位置を検出するように構成されているため、プロジェクタの投射領域内に複数の異なる位置・方向にある複数のスクリーンに、異なる映像を歪み及び投射位置ずれなく正常に表示することができる。
【０１００】
〈第５の実施形態〉
図９は、本発明の第５の実施形態である投射映像補正システムの概略を示すブロック構成図である。図９において、本発明の第５の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムは、プロジェクタ１と、投影映像生成部２と、スクリーン位置検出部５と、マルチカメラ７と、各スクリーン１０ａ〜１０ｃ毎に接続された三次元位置センサ（トランスミッタ）８ａ〜８ｃと、三次元位置センサ（レシーバ）９と、複数のスクリーン１０ａ〜１０ｃと、を有して構成されている。
【０１０１】
マルチカメラ７は、本発明の第２の実施形態で用いられるものと同様に、各スクリーン１０ａ〜１０ｃを撮影し、そのカメラ映像にスクリーン位置検出部５で処理を施し、三角測量の原理を応用することで、各スクリーン１０ａ〜１０ｃの形状を検出し、必要であれば、当該検出した形状を長方形に近似させる。このような複数カメラを利用した撮影物体の形状測定は、当該技術分野においては周知の手法を用いる。
【０１０２】
複数の三次元位置センサ（トランスミッタ）８ａ〜８ｃは、それぞれ複数のスクリーン１０ａ〜１０ｃ毎に設けられており、互いに区別するための異なる番号が割り当てられており、当該各番号と、入力映像の対応が記述された情報がスクリーン位置検出部５で保持されている。
【０１０３】
三次元位置センサ（レシーバ）９は、各三次元位置センサ（トランスミッタ）８ａ〜８ｃの位置を各番号別に検出する。よって、各スクリーン１０ａ〜１０ｃの配置及びその方向を検出することができる。
【０１０４】
次に、プロジェクタ光学系のシミュレーション処理を行うが、本発明の第１の実施形態と同様に、各スクリーン１０ａ〜１０ｃに対応するポリゴンを生成し、各ポリゴンに各入力映像のテクスチャマッピング処理を行い、レンダリングすることで、プロジェクタ１の入力となる映像を生成する。
【０１０５】
本発明の第５の実施形態では、複数の任意の大きさのスクリーンの位置を検出するように構成されているため、プロジェクタの投射領域内に複数の異なる位置・方向にある複数の任意の大きさのスクリーンに、異なる映像を歪み及び投射位置ずれなく正常に表示することができる。
【０１０６】
なお、上述される各実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。例えば、予めプロジェクタから任意の大きさのスクリーン（投射可能な媒体）に投射する参照パターンを用意しておき、実際に参照パターンを投射したスクリーンの状況をカメラにより撮影し、この撮影したスクリーン上に投射されている参照パターンと元の参照パターンとの比較結果並びにプロジェクタとカメラの配置関係に基づいてスクリーンの位置及び形状を検出することも可能である。
【０１０７】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の投射映像補正システム及びその方法によれば、プロジェクタの投影領域内に存在するスクリーンの位置を検出し、プロジェクタとスクリーンの光学系モデルをシミュレーションすることによって、入力映像を加工処理して、プロジェクタに出力しているため、プロジェクタの投影領域内にある任意の位置・傾きのスクリーン面に対して、歪み及びずれなく正常な映像を投影することができる。
【０１０８】
また、本発明の投射映像補正システム及びその方法によれば、プロジェクタの投影領域内にあるスクリーン形状を検出し、プロジェクタとスクリーンの光学系モデルをシミュレーションすることによって、入力映像を加工処理して、プロジェクタに出力しているため、プロジェクタの投影領域内にある任意の位置・形状のスクリーン面に対して、歪み及び投射位置ずれなく正常な映像を投影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムの概略を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における動作例を示す流れ図である。
【図３】本発明の第１のカメラの光学モデルの例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態におけるプロジェクタとスクリーンとの空間配置及び光学系をシミュレーションする例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムの概略を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態のスクリーン方向検出の動作示す流れ図である。
【図７】本発明の第３の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムの概略を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムの概略を示すブロック図である。
【図９】本発明の第５の実施形態であるプロジェクタ映像補正システムの概略を示すブロック図である。
【図１０】従来のプロジェクタシステムの概略を説明する図である。
【符号の説明】
１ プロジェクタ
２ 投影映像生成部
３、６、１０、５９ スクリーン
４ カメラ
５ スクリーン位置検出部
７ マルチカメラ
８ 三次元位置センサ送信部
９ 三次元位置センサ受信部
１１ プロジェクタ液晶パネル面
３１ テクスチャ映像
４１ カメラ撮像面
５１ 本体
５２ 投射レンズ
５３ 光源
５４ 可視光
５５ 液晶パネル
５６ コンデンサレンズ
５７ パネル透過光
５８ 光軸
６０ 投射画面
６１ 映像回路
６２ 入力端子
８０ 第１の距離センサ
８１ 第２の距離センサ
８２ 制御マイコン
Claims (15)
- プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、
前記プロジェクタの投射領域に存在する前記スクリーンを撮影する複数の撮影手段と、
前記複数の撮影手段により撮影された前記スクリーンの映像から該スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする投射映像補正システム。 - プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、
前記プロジェクタの投射領域に存在する前記スクリーンの像を抽出するスクリーン像抽出手段と、
前記スクリーン像抽出手段により抽出された前記スクリーンの像から該スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする投射映像補正システム。 - プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、
前記プロジェクタの投射領域に存在する複数の前記スクリーンを個々に撮影する複数の撮影手段と、
前記複数の撮影手段により撮影された個々の前記スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された個々の前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する各スクリーン毎に異なる映像を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする投射映像補正システム。 - 複数の前記スクリーンは、
個々のスクリーン毎に異なる識別マークを有し、
前記検出手段により前記識別マークに基づいて個々のスクリーンの位置を検出することを特徴とする請求項３記載の投射映像補正システム。 - プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、
前記プロジェクタの投射領域に存在する複数の前記スクリーンの三次元空間位置を測定する三次元空間位置測定手段と、
前記三次元空間位置測定手段により測定された個々の前記スクリーンの三次元空間位置に基づいて各スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記各スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する該各スクリーン毎に異なる映像を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする投射映像補正システム。 - 前記三次元空間位置測定手段は、
前記各スクリーン毎に設けられ、該各スクリーン毎の三次元空間位置の情報を送信する送信部と、
前記送信部から送信される前記各スクリーン毎の三次元空間位置の情報を受信する受信部と、
から構成されることを特徴とする請求項５記載の投射映像補正システム。 - 複数の前記スクリーンは、
個々のスクリーン毎に異なる識別マークを有し、
前記検出手段により前記識別マークに基づいて個々のスクリーンの位置を検出することを特徴とする請求項５または６記載の投射映像補正システム。 - プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正システムであって、
前記プロジェクタは、前記スクリーンに対して参照パターンを投射し、
前記参照パターンを投射された前記スクリーンを撮影する撮影手段と、
前記参照パターンと前記撮影手段により撮影された前記スクリーンに投射された参照パターンとの比較結果並びに前記プロジェクタ及び前記撮影手段の配置情報とに基づいて前記スクリーンの位置及び形状を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記スクリーンの位置に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする投射映像補正システム。 - プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、
前記プロジェクタの投射領域に存在する前記スクリーンを少なくとも２以上の異なる角度から撮影する撮影ステップと、
前記撮影ステップにより撮影された夫々の前記スクリーンの映像から該スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにより検出された前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正ステップと、
を有することを特徴とする投射映像補正方法。 - プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、
前記プロジェクタの投射領域に存在する前記スクリーンの像を抽出するスクリーン像抽出ステップと、
前記スクリーン像抽出ステップにより抽出された前記スクリーンの像から該スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにより検出された前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正ステップと、
を有することを特徴とする投射映像補正方法。 - プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、
前記プロジェクタの投射領域に存在する複数の前記スクリーンを個々に撮影する撮影ステップと、
前記撮影ステップにより撮影された個々の前記スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにより検出された個々の前記スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する各スクリーン毎に異なる映像を補正する補正ステップと、
を有することを特徴とする投射映像補正方法。 - 複数の前記スクリーンは、
個々のスクリーン毎に異なる識別マークを有し、
前記検出ステップにより前記識別マークに基づいて個々のスクリーンの位置を検出することを特徴とする請求項１１記載の投射映像補正方法。 - プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、
前記プロジェクタの投射領域に存在する複数の前記スクリーンの三次元空間位置を測定する三次元空間位置測定ステップと、
前記三次元空間位置測定ステップにより測定された個々の前記スクリーンの三次元空間位置に基づいて各スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにより検出された前記各スクリーンの位置及び形状に基づいて前記プロジェクタから投射する該各スクリーン毎に異なる映像を補正する補正ステップと、
を有することを特徴とする投射映像補正方法。 - 複数の前記スクリーンは、
個々のスクリーン毎に異なる識別マークを有し、
前記検出ステップにより前記識別マークに基づいて個々のスクリーンの位置を検出することを特徴とする請求項１３記載の投射映像補正方法。 - プロジェクタから任意の大きさのスクリーンに投射する映像を補正する投射映像補正方法であって、
前記プロジェクタから前記スクリーンに対して参照パターンを投射する投射ステップと、
前記参照パターンを投射された前記スクリーンを撮影する撮影ステップと、
前記参照パターンと前記撮影ステップにより撮影された前記スクリーンに投射された参照パターンとの比較結果並びに前記プロジェクタ及び前記撮影ステップの配置情報とに基づいて前記スクリーンの位置及び形状を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにより検出された前記スクリーンの位置に基づいて前記プロジェクタから投射する映像を補正する補正ステップと、
を有することを特徴とする投射映像補正方法。
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