JP5406904B2 - 画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像投影装置、特にそのキャリブレーション技術に関する。

従来より、透過型スクリーンを用い、観察者が観察する面側（前面側）とは反対の面側（背面側）からプロジェクタによってスクリーンに画像を投影する背面投射型のディスプレイ装置がある。さらに、このシステムを発展させたものとして、複数のプロジェクタからの画像をスクリーン上に投影して１枚の画像として表示する、高精細の背面投射型の大画面ディスプレイ装置もある。

この背面投射型の大画面ディスプレイ装置では、複数の投影画像を繋ぎ合わせて（貼り合わせて）１枚の画像を構成することから、以下のような対策を講じる必要がある。

第１に、各投影画像の歪みを補正するための対策が必要であり、投影画像に歪みが生じないようにプロジェクタの角度を調整する方法、投影画像に生じる歪みを打ち消すような歪みを予め原画に与えておく方法が提案されている。いずれの方法においても、投影された画像の歪みに関する情報を検出する手段が必要であり、デジタルカメラやスクリーン上に配置されたセンサを用いる方法が従来より提案されている。

第２に、各投影画像の繋ぎ合わせに関する補正を行うための対策が必要であり、隣接する画像どうしがオーバーラップする領域を設けて、各画像をスムーズに繋ぎ合わせる技術が提案されている。この技術では、オーバーラップする領域の情報を検出するための手段が必要であり、デジタルカメラによって撮影された画像から補正値を抽出する方法が従来より提案されている。

第３に、各投影画像の色補正を行うための対策が必要であり、プロジェクタから基準画像をスクリーン上に投影し、投影された基準画像全体をデジタルカメラで撮影し、撮影された画像から補正値を抽出し、この補正値を用いて色補正を行う方法が提案されている。

上述した一連の補正を行うための補正値取得作業（調整作業）をキャリブレーションと呼ぶが、このキャリブレーションは、画像投影システムの設置時に行われる他、経時変化による影響が生じたときにも行われる。

しかしながら、従来の画像投影システムは、デジタルカメラをスクリーンの外側（前面側）に設置してキャリブレーションを実行するものであり、キャリブレーションを実行する際に使用者がデジタルカメラの設置位置、角度、ピント等を調整しなければならず、調整に対する使用者の負担が過大なものであった。

そこで、デジタルカメラをスクリーンの内側（背面側）の筐体内部に予め固定しておき、キャリブレーションを実行する際の調整作業の負担を軽減するような構成も考えられる。しかしながら、この場合には、スクリーンに投影された画像を見る方向（前面側）とは異なった方向からスクリーン上の画像を撮影することになるため、適正な調整を行うことが困難になるという問題が生じる。

本発明は上記従来の課題に対してなされたものであり、キャリブレーションを実行する際に用いるデジタルカメラをスクリーンの背面側の筐体内に設置した場合でも、適正な調整を行うことが可能な背面投射型の画像投影システムを提供することを目的としている。

本発明は、透過型のスクリーンの背面側から該スクリーンに画像を投影する画像投影システムであって、上記スクリーンに背面側から画像を投影する投影手段と、基準画像の基準画像情報を発生する基準画像発生手段と、上記スクリーンを筐体内部から撮影可能であり、上記基準画像発生手段からの基準画像情報を受けて上記投影手段から上記スクリーンに投影された基準画像を撮影する撮影手段と、上記投影手段から上記スクリーンに投影された基準画像に対して外光の影響を取り除く除去手段と、上記除去手段によって外光の影響が除去された基準画像の画像情報に基づいて補正値を演算する補正値演算手段と、上記補正値演算手段によって得られた補正値情報を記憶する補正値記憶手段と、映像信号源からの画像情報を補正して上記投影手段に供給するために、該画像情報に対して上記補正値記憶手段に記憶された補正値情報を用いて補正を行う補正手段と、を有することを特徴とする。

上記除去手段としては、以下の態様があげられる。

（１）上記スクリーンを通して上記撮影手段へ到達する外光を遮蔽可能な手段。

（２）上記投影手段から上記スクリーンへ画像を投影しない状態で上記撮影手段によって上記スクリーンを撮影したときに得られる画像情報と、上記投影手段から上記スクリーンに基準画像を投影した状態で上記撮影手段によって上記スクリーンを撮影したときに得られる画像情報とに基づいて、外光の影響を除去するための演算を行う手段。

また、上記画像投影システムは、上記投影手段から上記スクリーンに基準画像を投影した状態で上記スクリーンの背面側及び前面側それぞれからスクリーンを撮影したときのそれぞれの画像情報に基づいて得られる情報を記憶する手段を、さらに有していてもよい。

本発明によれば、基準画像撮影用の撮影手段をスクリーンの背面側に設けて基準画像の撮影を行うようにしても、外光の影響を除去することによって適正な補正データを得ることができるため、適正な調整を行うことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る画像投影システムの基本的な構成例を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る画像投影システムの基本的な構成例を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る画像投影システムの機能的構成を示した図である。 図３の構成による動作を示したフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る画像投影システムの基本的な構成例を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

［実施形態１］
（装置構成）
図１は、第１の実施形態に係る画像投影システムの基本的な構成例を示した図である。本画像投影システムは、複数のプロジェクタからの画像を透過型スクリーンの背面側からスクリーン上に投影して１枚の画像として表示する背面投射型の画像投影システムであり、特に断らない限り他の実施形態も同様の画像投影システムを想定する。

ディスプレイ部１００の筐体１０１内部にはプロジェクタ１０２が設置されており（図では一つのプロジェクタのみ描かれているが、実際には複数のプロジェクタが配置されている）、このプロジェクタ１０２から出射された画像がミラー１０３及びミラー１０４を介して透過型のスクリーン１０５上に投影されるようになっている。また、筐体１０１内部からスクリーン１０５の背面側を撮影できるように、デジタルカメラ１０６が所定の位置（筐体１０１内部の所定位置）に固定されている。

また、ディスプレイ部１００には、スクリーン１０５全面を覆うことが可能な遮蔽シート（遮光シート）１０７が取り付けられており、この遮蔽シート１０７によりスクリーン１０５の前面側から筐体内部へ侵入する外光を遮蔽できるようになっている。この遮蔽シート１０７は、巻き取りローラー１０８によって巻き取ることができるため、必要に応じてスクリーン１０５全面を覆うことが可能である。スクリーン１０５が配置されている部分以外は筐体１０１によって外光が遮蔽されているため、遮蔽シート１０７を全閉状態にした場合には、デジタルカメラ１０６に対する外光の影響が除去される。なお、遮蔽シートの他、開閉可能な遮蔽扉を用いて外光を遮蔽するようにしてもよい。また、遮蔽シートや遮蔽扉は、未使用時におけるスクリーンの保護や鑑賞用にも使用できるようにしてもよい。

デジタルカメラ１０６の出力は処理部１２０に接続されており、ＩＥＥＥ１３９４或いはＲＳ２３２Ｃといった一般的なシリアル通信インターフェースによって、撮影された画像の画像データを処理部１２０に送信できるように構成されている。

処理部１２０の補正値演算回路１２１には、上述したシリアル通信インターフェースを介してデジタルカメラ１０６から出力される画像データが入力されるようになっている。この補正値演算回路１２１には、基準画像発生回路１２２が接続されており、デジタルカメラ１０６から送られてくる画像データと基準画像発生回路１２２からの基準画像データに基づいて、所定の補正値演算処理が行われるようになっている。すなわち、調整作業（キャリブレーション）を行う際には、遮蔽シート１０７を全閉状態にしてプロジェクタ１０２からスクリーン１０５に基準画像が投影されるため、デジタルカメラ１０６で撮影された外光の影響が除去された基準画像の画像データと、基準画像発生回路１２２からの基準画像データとの差異に対応した補正値が補正値演算処理によって求められる。

補正値演算回路１２１には補正値テーブル１２３が接続されており、補正値演算回路１２１で得られた補正値データが記憶されるようになっている。この補正値テーブル１２３は、ＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリを用いて構成することができる。

補正値テーブル１２３には補正回路１２４が接続されている。この補正回路１２４には映像信号（映像データ）が入力するようになっており、補正値テーブル１２３に記憶されている補正値データを用いて映像信号に対して補正が加えられる。

補正回路１２４から出力される映像信号は、スイッチ１４０を介してプロジェクタ１０２に入力するようになっている。また、スイッチ１４０が基準画像発生回路１２２側にある場合には、基準画像発生回路１２２からの基準画像データがプロジェクタ１０２に入力するようになっている。

（動作）
次に、本実施形態の動作を説明する。

調整作業（キャリブレーション）時には、スイッチ１４０を基準画像発生回路１２２側にするとともに、巻き取りローラー１０８から遮蔽シート１０７を引き出してスクリーン１０５の全面を覆い、筐体１０１の内部に外光が入らないようにする。

続いて、プロジェクタ１０２から基準画像をスクリーン１０５上に投影して、デジタルカメラ１０６でスクリーン１０５に投影されている基準画像を撮影し、撮影された基準画像の画像データを補正値演算回路１２１に送信する。補正値演算回路１２１では、デジタルカメラ１０６から送られてきた外光の影響が除去された基準画像の画像データと、基準画像発生回路１２２からの基準画像データとから補正値を算出し、得られた補正値データを補正値テーブル１２３に格納する。さらに、スイッチ１４０を補正回路１２４側に切り替えて、調整作業が終了する。

実際に映像をスクリーンに投影する時には、巻き取りローラー１０８によって遮蔽シート１０７を巻き取り、スクリーン１０５の前面側から映像を見ることができるようにする。このような状態で補正回路１２４に映像信号を入力することにより、補正値テーブル１２３に記憶されている補正値データを用いて映像信号に補正が加えられ、補正された映像信号に基づく画像がプロジェクタ１０２からスクリーン１０５に投影される。

このように本実施形態では、遮蔽シート等の遮蔽部材によって外光の影響を除去するようにしたので、基準画像撮影用のデジタルカメラをスクリーンの背面側に設けて基準画像の撮影を行うようにしても、適正な補正データを取得することができ、適正な調整を行うことが可能となる。

［実施形態２］
（装置構成）
図２は、第２の実施形態に係る画像投影システムの基本的な構成例を示した図である。なお、図１に示した第１の実施形態の構成要素と対応する構成要素については同一の参照番号を付している。

ディスプレイ部１００の基本的な構成は、図１に示した第１の実施形態と同様である。ただし、第１の実施形態では遮蔽シートによって機械的に外光の影響を除去するようにしたが、本実施形態では処理部１２０内での処理によって外光の影響を除去するようにしている。そのため、電源スイッチ１０９によってプロジェクタ１０２をオン・オフさせて調整作業を行うようになっている。

具体的には、電源スイッチ１０９をオフにしてプロジェクタ１０２からスクリーン１０５に画像を投影しない状態（プロジェクタ１０２の光量をゼロにした状態）でデジタルカメラ１０６によってスクリーン１０５を撮影する処理と、電源スイッチ１０９をオンにしてプロジェクタ１０２からスクリーン１０５に基準画像を投影した状態でデジタルカメラ１０６によってスクリーン１０５を撮影する処理とを行うようになっている。なお、電源１０９スイッチにはリレー等を用いることができ、電気的にコントロールすることが可能である。

処理部１２０及びスイッチ１４０についても、補正値演算回路１２１、基準画像発生回路１２２、補正値テーブル１２３及び補正回路１２４の基本的な構成は、図１に示した第１の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では処理部１２０内の処理によって外光の影響を除去するようにしていることから、バンク切替回路１２５、フレームメモリ１２６及び外光除去回路１２７を備えている。

すなわち、デジタルカメラ１０６から出力される画像データは、バンク切替回路１２５に入力するようになっており、バンク切替回路１２５では、電源スイッチ１０９のオン・オフ状態に対応してそれぞれデジタルカメラ１０６から出力される両画像データに対し、フレームメモリ１２６への格納先を切り替えるようになっている。フレームメモリ１２６は外光除去回路１２７に接続されており、外光除去回路１２７ではフレームメモリ１２６に格納された両画像データを用いて、外光の影響を除去する演算が行われるようになっている。

（動作）
次に、本実施形態の動作を説明する。

調整作業（キャリブレーション）時には、まず、電源スイッチ１０９をオフ状態にしてプロジェクタ１０２の光量をゼロにし、プロジェクタ１０２からスクリーン１０５に画像を投影しないようにする。このような状態下において、デジタルカメラ１０６によってスクリーン１０５を背面側から撮影し、撮影された画像の画像データをバンク切替回路１２５を介してフレームメモリ１２６の一方のバンクに格納する。このようにして、外光成分のみが反映された画像データが得られる。

続いて、電源スイッチ１０９をオン状態にし、基準画像発生回路１２２からスイッチ１４０を介してプロジェクタ１０２に基準画像データを供給し、プロジェクタ１０２からスクリーン１０５に基準画像を投影する。このような状態下において、デジタルカメラ１０６によってスクリーン１０５を背面側から撮影し、撮影された基準画像の画像データをバンク切替回路１２５を介してフレームメモリ１２６の他方のバンクに格納する。このようにして、外光成分が反映された基準画像の画像データが得られる。

続いて、フレームメモリ１２６の両バンクに格納された両画像データを用いて外光除去回路１２７で演算処理を行い、外光成分の影響が除去された基準画像の画像データを得る。すなわち、フレームメモリ１２６の両バンクに格納された両画像データには、いずれも外光成分が含まれているため、両画像データを用いて演算処理を行うことにより、外光成分の影響が除去された基準画像の画像データを得ることができる。

外光除去回路１２７で得られた外光の影響が除去された基準画像の画像データは補正値演算回路１２１に送られる。補正値演算回路１２１では、外光除去回路１２７からの外光の影響が除去された基準画像の画像データと、基準画像発生回路１２２からの基準画像データとから補正値を算出し、得られた補正値データを補正値テーブル１２３に格納する。さらに、スイッチ１４０を補正回路１２４側に切り替えて、調整作業が終了する。

実際に映像をスクリーンに投影する時には、補正回路１２４に映像信号を入力することにより、補正値テーブル１２３に記憶されている補正値データを用いて映像信号に補正が加えられ、補正された映像信号に基づく画像がプロジェクタ１０２からスクリーン１０５に投影される。

なお、上述した例では、調整作業時において電源スイッチ１０９のオフ状態とオン状態に対応してそれぞれ１回ずつスクリーン１０５を撮影するようにしたが、それぞれ複数回ずつ撮影を行い、加重平均処理等によって精度を向上させることも可能である。

このように本実施形態では、外光除去回路によって外光の影響を除去するようにしたので、基準画像撮影用のデジタルカメラをスクリーンの背面側に設けて基準画像の撮影を行うようにしても、適正な補正データを取得することができ、適正な調整を行うことが可能となる。

（機能的構成及びフローチャート）
図３は第２の実施形態に係る画像投影システムの機能的構成を示した図であり、図４は図３の構成による動作を示したフローチャートである。以下、これらの図を用いて説明を行う。

調整作業時には、光源スイッチ部２０１をオフ状態にして画像投影部２０２の光量をゼロにし、画像投影部２０２から透過型表示部２０３に画像を投影しないようにする（Ｓ１１）。続いて、撮像部２０４によって透過型表示部２０３を背面側から撮影し（Ｓ１２）、撮影された画像の画像データを記憶領域切替部２０５を介して第１記憶部２０６に格納する（Ｓ１３）。

次に、信号切替部２０７を基準画像発生部２０８側に切り替え（Ｓ１４）、光源スイッチ部２０１をオン状態にして画像投影部２０２の光源を発光させ、透過型表示部２０３に基準画像を投影する（Ｓ１５）。続いて、撮像部２０４によって透過型表示部２０３を背面側から撮影し（Ｓ１６）、撮影された画像の画像データを第２記憶部２０９に格納する（Ｓ１７）。

次に、第１記憶部２０６及び第２記憶部２０９に格納された画像データを用いて外光除去演算部２１０で外光の影響を除去する演算を行い、演算結果を補正値演算部２１１に転送する（Ｓ１８）。

続いて、補正値演算部２１１により、外光除去演算部２１０からの外光の影響が除去された基準画像の画像データと、基準画像発生部２０８からの基準画像データとから補正値を算出し、得られた補正値を補正値記憶部２１２に格納する（Ｓ１９）。

最後に、信号切替部２０７を補正部２１３側に切り替えることにより（Ｓ２０）、実際に映像を透過型表示部２０３に投影する際には、映像信号源２１４からの信号が補正部２１３で補正され、補正された映像信号に基づく画像が画像投影部２０２から透過型表示部２０３に投影されることになる。

［実施形態３］
（装置構成）
図５は、第３の実施形態に係る画像投影システムの基本的な構成例を示した図である。本実施形態は、図２に示した第２の実施形態に対し、さらに新たな構成要素を付加したものである。したがって、図２に示した第２の実施形態の構成要素と対応する構成要素については同一の参照番号を付している。

ディスプレイ部１００、処理部１２０及びスイッチ１４０の基本的な構成は、図２に示した第２の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、処理部１２０内に不揮発性メモリとしてフラッシュメモリ１２８をさらに設けた構成となっている。

このフラッシュメモリ１２８は、スクリーン１０５の背面側から見た画像と前面側（観察面側）から見た画像との差異を補正するために設けられたものである。すなわち、プロジェクタ１０２からスクリーン１０５に画像を投影した場合、スクリーン１０５の特性等により、スクリーン１０５の背面側と前面側とでは画像特性に差異が生じるため、工場出荷時に予め補正データを作成しておき、これをフラッシュメモリ１２８に格納しておくようにしている。

補正データの作成及び作成された補正データのフラッシュメモリ１２８への書きみは、検査装置１６０によって行われる。この検査装置１６０は、フレームメモリ１６１、１６２、差分回路１６３及びフラッシュメモリライタ１６４からなる。

フレームメモリ１６１はデジタルカメラ１０６でスクリーン１０５の裏面側から基準画像を撮影して得られた画像データを記憶するものであり、フレームメモリ１６２はデジタルカメラ１７０でスクリーン１０５の前面側から基準画像を撮影して得られた画像データを記憶するものである。フレームメモリ１６１及び１６２には差分回路１６３が接続されており、この差分回路１６３では、フレームメモリ１６１及び１６２に記憶されたそれぞれの画像データどうしの差分演算が行われる。差分回路１６３にはフラッシュメモリライタ１６４が接続されており、差分回路１６３で得られた差分データをフラッシュメモリ１２８に書き込むようになっている。

（動作）
次に、本実施形態の動作を説明する。

工場出荷段階においては、以下のようにしてフラッシュメモリ１２８に補正データ（差分データ）が書き込まれる。まず、暗室等の外光の影響を受けない場所でプロジェクタ１０２からスクリーン１０５に基準画像を投影し、スクリーン１０５の裏面側及前面側からそれぞれデジタルカメラ１０６及び１７０によって基準画像を撮影し、得られた基準画像データをそれぞれフレームメモリ１６１及び１６２に格納する。続いて、差分回路１６３によりこれらの基準画像データから差分データを作成し、フラッシュメモリライタ１６４によって差分データをフラッシュメモリ１２８に書き込む。差分データが書き込まれたフラッシュメモリ１２８は、処理部１２０内に実装される。

このようにして工場出荷された画像投影システムを使用する場合の基本的な動作については、第２の実施形態で説明した動作と同様である。ただし、フラッシュメモリ１２８に差分データが記憶されていることから、調整作業時に外光除去回路１２７で演算を行う際に、フラッシュメモリ１２８に記憶された差分データも参照した演算が行われることになる。

なお、上述した例では、検査装置１６０内のフラッシュメモリライタ１６４によってフラッシュメモリ１２８に差分データを書き込むようにしたが、処理部１２０内にフラッシュメモリ１２８への書き込み機能を設けるようにしてもよい。この場合には、検査装置１６０で得られた差分データを処理部１２０に伝送し、処理部１２０内に実装されたフラッシュメモリ１２８に対して差分データが書き込まれる。

このように本実施形態では、スクリーンの背面側及び前面側から基準画像を撮影し、それぞれの基準画像データの差分データをフラッシュメモリに予め記憶しておくようにしたので、背面側と前面側との画像特性の差異を補正することができ、より適正な調整を行うことが可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣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。

１００ ディスプレイ部
１０１ 筐体
１０２ プロジェクタ
１０３、１０４ ミラー
１０５ スクリーン
１０６ デジタルカメラ
１０７ 遮蔽シート
１０８ 巻き取りローラー
１０９ 電源スイッチ
１２０ 処理部
１２１ 補正値演算回路
１２２ 基準画像発生回路
１２３ 補正値テーブル
１２４ 補正回路
１２５ バンク切替回路
１２６ フレームメモリ
１２７ 外光除去回路
１２８ フラッシュメモリ
１４０ スイッチ
１６０ 検査装置
１６１、１６２ フレームメモリ
１６３ 差分回路
１６４ フラッシュメモリライタ
１７０ デジタルカメラ

Claims (1)

1. スクリーンの背面に光を投影するように構成した、画像投影装置の筺体内のプロジェクタと、
   該プロジェクタをオフにする間に、前記スクリーンの前記背面の第１の画像を撮影するように構成し、且つ、更に、前記プロジェクタが第３の画像を前記スクリーンの前記背面に投影する間に、前記スクリーンの前記背面の第２の画像を撮影するように構成した、第１のカメラと、
   前記プロジェクタが前記第３の画像を前記スクリーンの前記背面に投影する間に、外光成分が反映されていない前記スクリーンの前面の第５の画像を撮影するように構成した、第２のカメラと、
   前記第１の画像の画像データと、前記第２の画像の画像データと、前記第２の画像の画像データと前記第５の画像の画像データとの間の差分データと、に基づいて、前記スクリーンの前記背面に投影された画像に対する外光による影響を除去した第４の画像の画像データを得るように演算するように構成した、外光による影響を除去する外光影響除去手段と、
   前記第３の画像の画像データ及び前記第４の画像の画像データに基づいて補正値を演算するように構成した、演算手段と、
   演算した前記補正値に基づいて入力した映像信号を補正するように構成した、補正手段と、を有し、
   前記プロジェクタを、前記スクリーンの前記背面に補正した前記映像信号に基づく画像を投影するように構成した、画像投影装置。

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