JP6603320B2 - 距離画像取得装置付きプロジェクタ装置及びプロジェクションマッピング方法 - Google Patents
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Description
図1は本発明に係る距離画像取得装置付きプロジェクタ装置の外観を示す平面図である。
図2は上記距離画像取得装置付きプロジェクタ装置1の内部構成例を示すブロック図である。
本実施形態の第1のプロジェクタ装置10Aは、表示用光学素子が1枚の単板式のプロジェクタ装置である。第1のプロジェクタ装置10Aの第1の光源14Aは、例えば、投影光として白色光を発光する発光ダイオードにより構成されており、タイミングジェネレータ15Aから加えられるタイミング信号によりパルス発光できるようになっている。また、第1の光源14Aと第1の表示用光学素子13Aとの間には、第1の光源14Aから出射される白色光を赤(R)、緑(G)、青(B)の色に分解するRGBのダイクロイックミラー(図示せず)が配置されており、RGBのダイクロイックミラーは、白色光をRGB光に色分解し、かつ色毎に角度の異なるRGB光を第1の表示用光学素子13Aに入射させる。
第1のTOFカメラ20Aは、物体に光を照射し、その反射光をセンサで受光するまでの時間を測定することにより物体までの距離(3次元の距離画像)を求めるものであり、本実施形態の第1のTOFカメラ20Aは、第1のプロジェクタ装置10Aから投影される遠距離用の投影画像であって、パルス発光される投影画像が遠距離の投影対象物に照射され、その反射光を複数の画素を有する第1の距離画像センサ23Aにより受光し、第1の距離画像センサ23Aの画素毎の受光量(受光強度)から遠距離の投影対象物の距離画像を取得する。
次に、TOFカメラにより3次元の距離画像を取得する基本原理について説明する。以下、第1のTOFカメラ20Aにより遠距離の投影対象物の距離画像を取得する場合について説明するが、第2のTOFカメラ20Bも同様に近距離の投影対象物の距離画像を取得することができる。
[数1]
D=L1÷L2
により算出する。
次に、CPU30の投影画像生成部30Bについて詳述する。
図9は、距離画像取得装置付きプロジェクタ装置1からそれぞれ異なる距離1、距離2、及び距離3の投影対象物に投影画像を投影する場合に関して示している。
図12は、距離画像取得装置付きプロジェクタ装置1から距離1の投影対象物(面1)、距離2の投影対象物、及び距離1から距離2にわたって距離が連続的に変化する斜めの投影対象物(面1−2)に投影画像を投影する場合に関して示している。
図15(A)は、図9に示した投影対象物の表面に投影する投影画像の一例を模式的に示した図であり、図10に示した投影画像と同じ投影画像である。
図16は、TOF法による測距範囲とステレオ測距範囲とを示す図である。
次に、本発明に係るプロジェクションマッピング方法について説明する。
図19は、人の目のRGBの各色に対する分光感度例を示すグラフである。
Claims (13)
- 第1の投影画像を表示する第1の表示用光学素子と、前記第1の表示用光学素子に投影光を入射させる第1の光源と、前記第1の表示用光学素子から出射される第1の投影画像を第1の投影対象物に投影する第1の投影レンズと、投影光路上に配置され、赤色、緑色、及び青色の透過波長域を有する第1のバンドパス光学フィルタと、を備えた第1のプロジェクタ装置と、
複数の受光素子が2次元状に配列された第1の距離画像センサと、前記第1の投影対象物にて反射する前記第1の投影画像を前記第1の距離画像センサに結像させる第1の結像レンズと、撮像光路上に配置され、前記第1のバンドパス光学フィルタと同じ特性を有する第2のバンドパス光学フィルタと、前記第1の光源をパルス駆動し、前記第1の光源から出射され、前記第1の投影対象物にて反射して前記第1の距離画像センサに入射するパルス光の飛翔時間に対応する第1の情報を前記第1の距離画像センサから取得し、前記取得した第1の情報に基づいて第1の距離画像を生成する第1の距離画像生成部と、を備えた第1の距離画像取得装置と、
第2の投影画像を表示する第2の表示用光学素子と、前記第2の表示用光学素子に投影光を入射させる第2の光源と、前記第2の表示用光学素子から出射される第2の投影画像を前記第1の投影対象物よりも近い第2の投影対象物に投影する第2の投影レンズと、投影光路上に配置され、前記第1のバンドパス光学フィルタの透過波長域と重複しない赤色、緑色、及び青色の透過波長域を有する第3のバンドパス光学フィルタと、を備えた第2のプロジェクタ装置と、
複数の受光素子が2次元状に配列された第2の距離画像センサと、前記第2の投影対象物にて反射する前記第2の投影画像を前記第2の距離画像センサに結像させる第2の結像レンズと、撮像光路上に配置され、前記第3のバンドパス光学フィルタと同じ特性を有する第4のバンドパス光学フィルタと、前記第2の光源をパルス駆動し、前記第2の光源から出射され、前記第2の投影対象物にて反射して前記第2の距離画像センサに入射するパルス光の飛翔時間に対応する第2の情報を前記第2の距離画像センサから取得し、前記取得した第2の情報に基づいて第2の距離画像を生成する第2の距離画像生成部と、を備えた第2の距離画像取得装置と、
からなり、
前記第1のプロジェクタ装置は、前記第1の距離画像取得装置により取得された前記第1の距離画像に応じて前記第1の投影レンズの焦点調節を行う第1の焦点調節部を備え、
前記第2のプロジェクタ装置は、前記第2の距離画像取得装置により取得された前記第2の距離画像に応じて前記第2の投影レンズの焦点調節を行う第2の焦点調節部を備えた距離画像取得装置付きプロジェクタ装置。 - 前記第1のバンドパス光学フィルタ及び第2のバンドパス光学フィルタは、前記第3のバンドパス光学フィルタ及び第4のバンドパス光学フィルタよりも透過波長域幅が広い請求項1に記載の距離画像取得装置付きプロジェクタ装置。
- 前記第1のバンドパス光学フィルタの透過率と前記第1の距離画像センサの分光感度とを掛け合わせた積分感度は、前記第3のバンドパス光学フィルタの透過率と前記第2の距離画像センサの分光感度とを掛け合わせた積分感度よりも大きい請求項2に記載の距離画像取得装置付きプロジェクタ装置。
- 前記第1の投影レンズにより焦点の合う第1の合焦範囲は、前記第2の投影レンズにより焦点の合う第2の合焦範囲よりも遠い請求項1から3のいずれか1項に記載の距離画像取得装置付きプロジェクタ装置。
- 前記第1の合焦範囲と前記第2の合焦範囲とは連続し、又は一部が重複する請求項4に記載の距離画像取得装置付きプロジェクタ装置。
- 前記第1のプロジェクタ装置は、前記第1の投影対象物に投影する前記第1の投影画像であって、前記第1の投影対象物の領域外を黒画像にした前記第1の投影画像を、前記第1の距離画像に基づいて生成する第1の投影画像生成部を備え、
前記第2のプロジェクタ装置は、前記第2の投影対象物に投影する前記第2の投影画像であって、前記第2の投影対象物の領域外を黒画像にした前記第2の投影画像を、前記第2の距離画像に基づいて生成する第2の投影画像生成部を備えた請求項1から5のいずれか1項に記載の距離画像取得装置付きプロジェクタ装置。 - 前記第1の投影画像生成部と前記第2の投影画像生成部とは、それぞれ前記第1の投影対象物と前記第2の投影対象物との境界部分において、前記黒画像以外の前記第1の投影画像と前記黒画像以外の前記第2の投影画像とが重複する前記第1の投影画像と前記第2の投影画像とを生成し、かつ前記第1の投影画像と前記第2の投影画像との前記重複する境界部分の輝度を、それぞれ半減させた前記第1の投影画像と前記第2の投影画像とを生成する請求項6に記載の距離画像取得装置付きプロジェクタ装置。
- 前記第1のプロジェクタ装置は、前記第1の投影対象物と前記第2の投影対象物との境界部分の距離が連続的に変化する場合において、前記第1の投影画像の前記境界部分に対応する画像の輝度を連続的に減少させて黒画像にした前記第1の投影画像を、前記第1の距離画像に基づいて生成する第1の投影画像生成部を備え、
前記第2のプロジェクタ装置は、前記第2の投影画像の前記境界部分に対応する画像の輝度を連続的に減少させて黒画像にした前記第2の投影画像を、前記第2の距離画像に基づいて生成する第2の投影画像生成部を備えた請求項1から5のいずれか1項に記載の距離画像取得装置付きプロジェクタ装置。 - 前記第1の距離画像センサのセンサ出力と前記第2の距離画像センサのセンサ出力とを使用した三角測距法に基づいて前記第1の距離画像取得装置により取得可能な距離よりも遠い距離を測距する三角測距部を備えた請求項1から8のいずれか1項に記載の距離画像取得装置付きプロジェクタ装置。
- 静的測距モードを選択する測距モード選択部と、
前記静的測距モードが選択されると、前記第1のプロジェクタ装置及び前記第2のプロジェクタ装置からそれぞれ前記第1の投影画像及び前記第2の投影画像を投影する前に、前記第1のプロジェクタ装置及び前記第2のプロジェクタ装置のうちの少なくとも一方から全画面一様光量を投影対象物にパルス照射させ、前記第1の距離画像取得装置及び前記第2の距離画像取得装置の少なくとも一方により前記第1の投影対象物及び前記第2の投影対象物の前記第1の距離画像及び第2の距離画像を取得させる制御部と、
を備えた請求項1から9のいずれか1項に記載の距離画像取得装置付きプロジェクタ装置。 - 動的測距モードを選択する測距モード選択部と、
前記動的測距モードが選択されると、前記第1のプロジェクタ装置及び前記第2のプロジェクタ装置からそれぞれ前記第1の投影画像及び前記第2の投影画像をそれぞれ第1の投影対象物及び第2の投影対象物に連続してパルス照射させ、前記第1の距離画像取得装置及び前記第2の距離画像取得装置により前記第1の距離画像及び前記第2の距離画像を連続して取得させる制御部と、
を備えた請求項1から9のいずれか1項に記載の距離画像取得装置付きプロジェクタ装置。 - 前記第1のバンドパス光学フィルタから前記第4のバンドパス光学フィルタは、それぞれ480nm以下の青色、500nm以上580nm以下の緑色、及び590nm以上の赤色の3原色域に透過波長域を持つ請求項1から11のいずれか1項に記載の距離画像取得装置付きプロジェクタ装置。
- 第1の投影レンズにより焦点の合う第1の合焦範囲内の第1の投影対象物に第1の投影画像を合焦させて投影する第1のプロジェクタ装置と、前記第1の投影対象物の距離に対応する第1の情報であって、前記第1の投影対象物との間の光の飛翔時間に対応する第1の情報を取得し、前記取得した第1の情報に基づいて第1の距離画像を生成する第1の距離画像取得装置と、前記第1の合焦範囲よりも近い第2の投影レンズにより焦点の合う第2の合焦範囲内の第2の投影対象物に第2の投影画像を合焦させて投影する第2のプロジェクタ装置と、前記第2の投影対象物の距離に対応する第2の情報であって、前記第2の投影対象物との間の光の飛翔時間に対応する第2の情報を取得し、前記取得した第2の情報に基づいて第2の距離画像を生成する第2の距離画像取得装置と、からなる距離画像取得装置付きプロジェクタ装置を使用したプロジェクションマッピング方法であって、
前記第1のプロジェクタ装置の第1の光源をパルス駆動し、赤色、緑色、及び青色の透過波長域を有する第1のバンドパス光学フィルタを介して前記第1の投影画像を投影するステップと、
前記第2のプロジェクタ装置の第2の光源をパルス駆動し、前記第1のバンドパス光学フィルタの透過波長域と重複しない赤色、緑色、及び青色の透過波長域を有する第3のバンドパス光学フィルタを介して前記第2の投影画像を投影するステップと、
前記第1の距離画像取得装置が、前記第1のバンドパス光学フィルタと同じ特性を有する第2のバンドパス光学フィルタを介して前記投影された前記第1の投影画像の前記第1の投影対象物からの反射光を受光し、前記第1の投影対象物の距離に対応する第1の距離画像を生成するステップと、
前記第2の距離画像取得装置が、前記第3のバンドパス光学フィルタと同じ特性を有する第4のバンドパス光学フィルタを介して前記投影された前記第2の投影画像の前記第2の投影対象物からの反射光を受光し、前記第2の投影対象物の距離に対応する第2の距離画像を生成するステップと、
前記第1のプロジェクタ装置が、前記第1の投影対象物に投影する前記第1の投影画像であって、前記第1の投影対象物の領域外を黒画像にした前記第1の投影画像を、前記第1の距離画像に基づいて生成するステップと、
前記第2のプロジェクタ装置が、前記第2の投影対象物に投影する前記第2の投影画像であって、前記第2の投影対象物の領域外を黒画像にした前記第2の投影画像を、前記第2の距離画像に基づいて生成するステップと、
前記第1のプロジェクタ装置が、前記第1の距離画像取得装置により取得された前記第1の距離画像に応じて前記第1の投影レンズの焦点調節を行う第1の焦点調節ステップと、
前記第2のプロジェクタ装置が、前記第2の距離画像取得装置により取得された前記第2の距離画像に応じて前記第2の投影レンズの焦点調節を行う第2の焦点調節ステップと、を含み、
前記第1の距離画像取得装置及び前記第2の距離画像取得装置は、それぞれ前記第1の距離画像及び前記第2の距離画像を連続して生成し、
前記第1のプロジェクタ装置及び前記第2のプロジェクタ装置は、それぞれ前記連続して生成された前記第1の距離画像及び前記第2の距離画像に基づいて前記第1の投影画像及び前記第2の投影画像を連続して生成し、連続して生成した前記第1の投影画像及び前記第2の投影画像を前記第1の投影対象物及び前記第2の投影対象物に投影するプロジェクションマッピング方法。
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