WO2014050415A1 - 画像投影システムおよび投影位置調整方法 - Google Patents

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WO2014050415A1
WO2014050415A1 PCT/JP2013/073030 JP2013073030W WO2014050415A1 WO 2014050415 A1 WO2014050415 A1 WO 2014050415A1 JP 2013073030 W JP2013073030 W JP 2013073030W WO 2014050415 A1 WO2014050415 A1 WO 2014050415A1
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WO
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projection
image
screen
lens
distortion
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Application number
PCT/JP2013/073030
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English (en)
French (fr)
Inventor
百代 長瀬
古木　一朗
信浩 木村
古賀　宗典
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三菱電機株式会社
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141—Constructional details thereof
    • H04N9/3147—Multi-projection systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3179—Video signal processing therefor
    • H04N9/3185—Geometric adjustment, e.g. keystone or convergence
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    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3191—Testing thereof
    • H04N9/3194—Testing thereof including sensor feedback

Definitions

  • the present invention relates to a stacking type image projection system and a projection position adjustment method for displaying a plurality of projection images projected from a plurality of projectors on a screen.
  • Patent Documents 1 and 2 as techniques for automatically aligning the positions of projection images of a plurality of projectors.
  • a parameter for correcting the positional deviation of the projection area of each projector with respect to the screen and the distortion caused by the projection angle of each projector with respect to the screen is calculated, and the projected image is deformed based on this parameter. Therefore, the projection images of multiple projectors were combined.
  • Patent Document 2 an inspection pattern projected on a screen is imaged, a positional deviation is detected from the captured image, and the positional deviation is corrected optically and mechanically.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems.
  • the image quality (resolution) of the projection image is not reduced as much as possible.
  • Another object is to perform pixel alignment with high accuracy.
  • An image projection system includes a display element that displays an image, a projection lens that projects the display of the display element onto a screen, and a position and size of a projected image on the screen by moving the position of the projection lens according to a lens driving command
  • a plurality of lens drive units that correct one or both of the projection region correction unit and a projection region correction unit that deforms an image displayed on the display element according to a projection region correction command and corrects distortion of the projected image on the screen.
  • a projector an imaging device that captures a screen in a state where a plurality of projection images are projected from the plurality of projectors, and a screen and a plurality of projection images based on the screen and the plurality of projection images that are captured in the captured image captured by the imaging device; Command for moving the projection lens so that the And calculates the projection area correction command for deforming the image displayed on the display device so that a plurality of projection images overlap, in which and a projection position adjustment device for transmitting to a plurality of projectors.
  • a screen is captured in a state in which a plurality of projection images are projected from a plurality of projectors, and the screen and the plurality of projection images are displayed based on the screen and the plurality of projection images reflected in the captured image.
  • Multiple projections deformed on the image displayed on the screen and projected onto the screen through the projection lens In which and a projection area correction step of correcting the distortion of the.
  • the method of adjusting the position and size of the projection image by moving the position of the projection lens of the projector, and the image to be displayed on the display element of the projector since the projection image is adjusted by performing both the deformation method and the method for correcting the distortion of the projection image, the image can be adjusted with high accuracy without degrading the image quality (resolution) of the projection image as much as possible.
  • a projection system can be provided.
  • the position and size of the projection image are adjusted by moving the position of the projection lens of the projector, and then displayed on the display element of the projector. Since the image to be deformed is corrected to correct the distortion of the projected image, the amount of deformation of the image can be reduced, and pixel alignment is performed with high accuracy without reducing the image quality (resolution) of the projected image as much as possible.
  • a projection position adjusting method can be provided.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams for explaining types of displacement between a screen and a projected image.
  • FIGS. 5A and 5B show positional displacement
  • FIG. 5C and 9 show lens distortion
  • FIG. 6 is a flowchart showing an operation of the projection position adjusting apparatus according to the first embodiment. It is a flowchart explaining the setting process of the screen shown in FIG. It is a flowchart explaining the calculation process of the projection lens center position shown in FIG. 7 is a flowchart illustrating a rough adjustment process of a projected image position / size shown in FIG. 6. It is a figure explaining the process which calculates the shift
  • FIG.15 (a) shows the projector display element before correction
  • FIG.15 (b) shows the projector display after correction
  • FIG. 15C shows the element
  • FIG. 15D shows the projection image at that time.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the image projection system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an installation example of the digital camera 2 and the projectors 4 and 5 with respect to the screen in the image projection system according to the first embodiment.
  • the image projection system according to the first embodiment includes two projectors 4 and 5 that project an image on a screen, and images (projections) that the projectors 4 and 5 project onto the screen.
  • a projection position adjustment apparatus 1 that adjusts the position and distortion of the image
  • an image signal distributor 3 that distributes an image signal output from the projection position adjustment apparatus 1 to the projectors 4 and 5, and a digital that captures a scene including a screen.
  • a camera (imaging device) 2 a display 6 that displays information output from the projection position adjustment device 1, and an input device 7 that receives a user input operation are provided.
  • the projection position adjusting apparatus 1 receives a captured image of a scene from the digital camera 2, detects misalignment and distortion of each projected image of the projectors 4 and 5 with respect to the screen from the captured image, and performs various corrections for correcting them.
  • the command is calculated and transmitted to the projectors 4 and 5.
  • the projection position adjusting apparatus 1 transmits an image signal (or video signal) to be projected on the screen to the image signal distributor 3.
  • the projection position adjusting device 1 transmits information such as a captured image received from the digital camera 2 to the display 6 and receives a user input operation from the input device 7.
  • the digital camera 2 captures a scene including a screen in accordance with the imaging command transmitted from the projection position adjustment apparatus 1 and transmits the captured image to the projection position adjustment apparatus 1.
  • the image signal distributor 3 duplicates the image signal transmitted from the projection position adjusting device 1 and transmits it to each of the two projectors 4 and 5.
  • the projector 4 receives the image signal from the image signal distributor 3 and projects it on the display element, and enlarges it through the projection lens and projects it onto the screen.
  • the projector 4 receives various commands for adjusting misalignment and distortion of the projected image from the projection position adjusting apparatus 1, and mechanically adjusts the position of the projection lens based on these commands, and on the display element.
  • the projection range is electrically deformed and projected onto the screen.
  • the projector 5 is the same as the projector 4.
  • the display 6 receives the captured image of the digital camera 2 and other information from the projection position adjusting apparatus 1 and displays it on the screen to present it to the user.
  • the input device 7 includes a keyboard and a mouse, and receives a user operation and transmits it to the projection position adjusting device 1.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of the projection position adjusting apparatus 1.
  • the control command transmission unit 11 transmits various commands to the projectors 4 and 5.
  • the projector display processing unit 12 generates display contents to be projected on the projectors 4 and 5 and transmits the display contents.
  • the pattern image display control unit 121 receives the pattern image generated by the uniform white image generation unit 122 or the gray code generation unit 123 and transmits the pattern image to the image signal distributor 3.
  • the uniform white image generation unit 122 generates an image whose entire surface is white.
  • the gray code generation unit 123 generates an image in which the gray code is visualized in white and black in the horizontal direction or the vertical direction.
  • the display display processing unit 13 performs processing for generating display contents to be displayed on the display 6 and designating a screen area from the captured image of the digital camera 2.
  • the camera image display control unit 131 receives a captured image of the digital camera 2 from a camera signal transmission / reception unit 141 described later, and transmits it to the display 6.
  • the screen position designation unit 132 receives position information of the four corners of the screen from the input device 7. Convert to coordinates on the captured image.
  • the screen position storage unit 133 stores the coordinates of the four corners of the screen calculated by the screen position specifying unit 132.
  • the camera image processing unit 14 performs an imaging instruction to the digital camera 2 and processing of the captured image.
  • the camera signal transmission / reception unit 141 transmits an imaging command that instructs the digital camera 2 to perform imaging and receives a captured image.
  • the corner detection unit 142 performs image processing on the captured image, and calculates the coordinates of the four corners of the projected image projected from the projectors 4 and 5 onto the screen.
  • the area calculation unit 143 calculates the area of the projected image and the area of the screen from the captured image.
  • the control command calculation unit 15 uses, from various data, a positional deviation correction command for correcting the horizontal and vertical positional deviations of the projected image with respect to the screen, a size deviation correction command for adjusting the difference in the size of the projected image with respect to the screen, and the projection
  • a lens distortion correction command for correcting the distortion of the projection image caused by the distortion of the lens and a projection angle distortion correction command for correcting the distortion of the projection image caused by the deviation of the projection angle are calculated.
  • the positional deviation correction command and the size deviation correction command are commands for moving the position of the projection lens, and are collectively referred to as a lens driving command.
  • the lens distortion correction command and the projection angle distortion correction command are commands for deforming an image signal to be displayed on the display element, and are collectively referred to as a projection area correction command.
  • the projective transformation formula calculation unit 151 calculates a projective transformation formula between coordinate systems from the correspondence of four or more points.
  • the projection conversion unit 152 converts a point in one coordinate system into a point in another coordinate system using the projection conversion formula calculated by the projection conversion formula calculation unit 151.
  • the lens distortion correction simulation unit 153 uses the center position of the projection lens and the distortion strength k to determine the position of each pixel of the projection image on the display element when the projection lens has a distortion of the intensity k. Simulate.
  • the error evaluation unit (lens distortion calculation unit) 154 calculates a mean square error between the given point groups, and calculates a lens distortion correction command from the intensity k when the error is the smallest.
  • the corner position determination unit 155 determines whether the screen is inside the captured image from the positional relationship between the coordinates of the four corners of the screen on the captured image and the coordinates of the four corners of the projected image.
  • the lens position storage unit 156 stores the projection lens center position of the projectors 4 and 5 in the screen coordinate system.
  • An area ratio look-up table (hereinafter referred to as LUT) storage unit 157 stores the correspondence between the area ratio of the screen and the projected image and an appropriate size deviation correction command in a look-up table format.
  • the horizontal / vertical movement LUT storage unit 158 stores the correspondence between the amount of deviation of the projected image with respect to the screen and an appropriate position deviation correction command in a lookup table format.
  • the pixel correspondence storage unit 159 stores the correspondence between the display element of the projector 4 and the image sensor of the digital camera 2 and the correspondence between the display element of the projector 5 and the image sensor of the digital camera 2 in units of one pixel.
  • the correspondence calculation unit 160 obtains the correspondence between the display element of the projector 4 and the image sensor of the digital camera 2 and the correspondence between the display element of the projector 5 and the image sensor of the digital camera 2 in units of pixels, and stores the corresponding pixels.
  • the data is stored in the unit 159.
  • the positional deviation calculation unit 161 calculates a deviation amount of the projected image with respect to the screen, and acquires a positional deviation correction command corresponding to the deviation amount from the horizontal / vertical movement LUT storage unit 158.
  • the projection angle distortion calculation unit 162 calculates the projection angle distortion of the projection image on the screen, and calculates a projection angle distortion correction command for correcting this distortion.
  • the size deviation calculation unit 163 calculates the area ratio between the screen and the projection image, and acquires a size deviation correction command corresponding to the area ratio from the area ratio LUT storage unit 157.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the internal configuration of the projector 4. Since the internal configuration of the projector 4 is the same as the internal configuration of the projector 5, the illustration and description of the internal configuration of the projector 5 are omitted.
  • control command receiving unit 41 receives various lens distortion correction commands transmitted from the control command transmitting unit 11 of the projection position adjusting apparatus 1.
  • the projection image receiving unit 42 receives an image signal from the image signal distributor 3.
  • the lens driving unit 43 receives a lens driving command (including one or both of a positional deviation correction command and a size deviation correction command) from the control command receiving unit 41, and moves the projection lens of the projector 4 in three axial directions. Move to.
  • the three-axis direction is a projection optical axis direction and a two-axis direction (horizontal direction and vertical direction) on a plane orthogonal to the projection optical axis.
  • the projection size deviation correction unit 431 moves the projection lens in the direction of the projection optical axis in accordance with the size deviation correction command, and adjusts the size of the projection image projected on the screen.
  • the positional deviation correction unit 432 adjusts the position of the projected image projected on the screen by moving the projection lens in the horizontal and vertical directions in accordance with the positional deviation correction command.
  • FIG. 5 shows the types of deviation between the screen and the projected image.
  • the horizontal / vertical position shift refers to a state in which there is a shift between the position of the projected image projected by the projector 4 and the position of the screen.
  • the projection size deviation refers to a state in which a deviation occurs between the size of the projected image projected by the projector 4 and the size of the screen.
  • a projection area correction unit 44 receives a projection area correction command (including one or both of a lens distortion correction command and a projection angle distortion correction command) from the control command reception unit 41 and distributes an image signal.
  • the image signal is received from the device 3, and the image signal is electrically deformed in accordance with the projection area correction command.
  • the lens distortion correction unit 441 deforms the four sides of the image signal displayed on the display element into an arcuate shape in accordance with the lens distortion correction command, and corrects a deviation (lens distortion) caused by the distortion of the projection lens of the projector 4.
  • the lens distortion correction unit 441 deforms an image signal to be displayed on the display element, for example, by calculating an arithmetic expression using the distortion intensity k of the projection lens included in the lens distortion correction command as a parameter.
  • the projection angle distortion correction unit 442 deforms the positions of the four corners of the image signal so as to move inward in the image, and the optical axis of the projector 4 does not face the screen surface ( Correct distortion caused by non-orthogonal).
  • the lens distortion refers to a state in which distortion is generated on the four sides of the projection image projected by the projector 4 with respect to the rectangular screen as shown in FIG.
  • a pincushion type distortion is generated in which the four sides of the projected image are distorted inward with respect to the four sides of the screen.
  • a distorted barrel-shaped distortion may occur.
  • the projection angle distortion refers to a state in which a projection image projected by the projector 4 is distorted into a trapezoidal shape with respect to a rectangular screen.
  • the lens position storage unit 45 stores the current position of the projection lens on the display element of the projector 4, that is, the position of the projection lens in the projector coordinate system.
  • the projection unit 46 includes a display element and the like, and projects the image signal corrected by the projection region correction unit 44 onto the screen.
  • the projection position adjusting device 1 sets the position of the screen on the captured image (camera coordinate system) (step ST1), and then calculates the center position of the projection lenses of the projectors 4 and 5 in the screen coordinate system (step ST1). Step ST2). Subsequently, the projection position adjusting device 1 instructs the projectors 4 and 5 to move the position of the projection lens, thereby roughly adjusting the position and size of the projected image with respect to the screen (step ST3), and then the projection position adjusting device.
  • step ST4 instructs the projectors 4 and 5 to correct the distortion of the projection image caused by the distortion of the projection lens.
  • the projection position adjusting device 1 instructs the projectors 4 and 5 to accurately match the position and size of the projected image with respect to the screen (step ST5), and finally correct the distortion of the projection angle (step ST6).
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining the screen setting process (step ST1) shown in FIG.
  • the projection position adjusting apparatus 1 first, an imaging command is transmitted from the camera signal transmission / reception unit 141 to the digital camera 2, and the digital camera 2 captures a screen to acquire a captured image (step ST101).
  • the captured image is transmitted and displayed on the display 6 by the camera signal transmission / reception unit 141 (step ST102).
  • the user designates the positions of the four corners of the screen by moving the cursor of the mouse (input device 7) to the four corners of the screen on the captured image displayed on the display 6 and clicking.
  • the screen position designation unit 132 acquires the mouse click coordinate position input from the input device 7 and uses it as the coordinates of the four corners of the screen on the captured image.
  • the projective transformation formula calculation unit 151 generates a projective transformation matrix (screen-camera coordinate transformation formula; S ⁇ C transformation formula) between the coordinates of the four corners of the screen on the captured image and the screen rectangle (step ST105).
  • the screen rectangle is information representing the actual size of the screen.
  • the screen position storage unit 133 stores the coordinates of the four corners of the screen on the captured image calculated by the screen position specifying unit 132 and the S ⁇ C conversion formula generated by the projection conversion formula calculation unit 151 (step ST106).
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the calculation processing (step ST2) of the projection lens center position shown in FIG.
  • a lens position acquisition command is transmitted from the control command transmission unit 11 to the projector 4, and the control command reception unit 41 that has received this command stores the projection lens stored in the lens position storage unit 45.
  • the current center position is acquired and returned to the projection position adjusting apparatus 1 (step ST202).
  • the uniform white image generation unit 122 generates a uniform white pattern image and transmits it from the pattern image display control unit 121 to the projector 4 via the image signal distributor 3, and the projector 4 displays the pattern image on the screen. Is projected (step ST203).
  • the camera signal transmission / reception unit 141 transmits an imaging command to the digital camera 2, and acquires a captured image obtained by imaging the screen on which the pattern image is projected (step ST204).
  • the corner detection unit 142 detects the coordinates of the four corners of the projection image (pattern image) in the acquired captured image (step ST205), and the projective transformation equation calculation unit 151 detects the coordinates of the four corners of the projection image and the projector projection.
  • a projection transformation matrix (projector-camera coordinate transformation formula; P ⁇ C transformation formula) with the image rectangle is generated (step ST206).
  • the projector projection image rectangle is information indicating the number of pixels (resolution) in the vertical and horizontal directions of the display elements of the projectors 4 and 5.
  • Projection conversion unit 152 converts the projection lens center position of the projector coordinate system acquired in step ST202 into a camera coordinate system using the P ⁇ C conversion formula (step ST207), and is further stored in screen position storage unit 133. Conversion to the screen coordinate system is performed using the S ⁇ C conversion formula (step ST208). The coordinates of the projection lens center position in the converted screen coordinate system are stored in the lens position storage unit 156 as the target lens center position of the projector 4 (step ST209).
  • the projection position adjusting apparatus 1 finishes the processes of steps ST201 to ST209 for the projector 4, it performs the same process for the projector 5 and stores the target lens center position of the projector 5 in the lens position storage unit 156.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating the rough adjustment processing (step ST3) of the projected image position / size shown in FIG.
  • the area calculation unit 143 acquires the coordinates of the four corners of the screen on the captured image stored in the screen position storage unit 133, and the area of a quadrangle surrounded by the coordinates of the four corners ( That is, the screen area is obtained (step ST301).
  • the uniform white image generation unit 122 generates a uniform white pattern image, transmits the pattern image display control unit 121 to the projector 4 via the image signal distributor 3, and the projector 4 projects the pattern image on the screen. (Step ST303). Thereafter, the camera signal transmission / reception unit 141 transmits an imaging command to the digital camera 2 to acquire a captured image obtained by imaging the screen on which the pattern image is projected (step ST304).
  • the area calculation unit 143 extracts a region of the projected image (pattern image) in the captured image acquired in step ST304, and calculates the projected image area based on the extracted number of pixels (step ST305).
  • the projected image area may be calculated from the coordinates of the four corners of the projected image in the captured image without being limited to the method of calculating the projected image area from the number of pixels.
  • a corresponding appropriate size deviation correction command is acquired from the area ratio LUT storage unit 157 (step ST307).
  • control command transmission unit 11 transmits a lens position acquisition command to the projector 4, and the control command reception unit 41 that has received this command acquires the current center position of the projection lens stored in the lens position storage unit 45. Then, it is returned to the projection position adjusting apparatus 1 (step ST308). In subsequent step ST309, a deviation d between the acquired current projection lens center position and the target lens center position stored in the lens position storage unit 156 is calculated.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the process of calculating the lens center position shift d (step ST309).
  • the projective transformation unit 152 acquires the target lens center position of the screen coordinate system stored in the lens position storage unit 156 (FIG. 10A), and uses the previously obtained S ⁇ C conversion formula to obtain the camera coordinate system. (FIG. 10B), and further converted into the projector coordinate system using the C ⁇ P conversion formula (FIG. 10C).
  • the positional deviation calculation unit 161 compares the projection lens center position of the projector coordinate system calculated by the projection conversion unit 152 with the target lens center position of the projector coordinate system stored in the lens position storage unit 156, so that the projector 4, the deviation d of the current projection lens center position with respect to the target lens center position is obtained (FIG. 10C).
  • the target lens center position in the screen coordinate system is converted into the camera coordinate system using the S ⁇ C conversion formula
  • the current projection lens center position in the projector coordinate system is converted into the camera coordinate system using the C ⁇ P conversion formula. Conversion may be performed to obtain a deviation d between the target lens center position and the current projection lens center position in the camera coordinate system.
  • the positional deviation calculation unit 161 compares
  • ⁇ threshold tR are satisfied (step ST310 “YES”), the coarse adjustment of the position and size of the projected image of the projector 4 is finished, and then the projector 5 The position and size of the projected image are roughly adjusted.
  • step ST310 “NO”) when the deviation d ⁇ threshold tD and the area ratio
  • FIG. 11 is a flowchart for explaining the projection lens distortion adjustment method (step ST4) shown in FIG.
  • n is a variable of the number of projectors.
  • n initial value (1), end value (2), and increase / decrease number (1), and steps ST401 to ST405 are repeated until the processing for two projectors 4 and 5 is completed.
  • n is a variable of the number of pattern images based on the gray code.
  • n initial value (1), end value (20), and increase / decrease number (1), and steps ST402 to ST404 are repeated until 20 types of gray code pattern images have been captured.
  • the gray code generation unit 123 generates a pattern image based on the gray code, and transmits the pattern image from the pattern image display control unit 121 to the projector 4 via the image signal distributor 3. This pattern image is projected onto (step ST403).
  • the camera signal transmission / reception unit 141 transmits an imaging command to the digital camera 2 to acquire a captured image obtained by imaging the screen on which the pattern image is projected (step ST404).
  • the correspondence calculation unit 160 After capturing 20 types of gray code pattern images in steps ST402 to ST404, the correspondence calculation unit 160 subsequently processes these captured images to display the display elements of the projector 4 and the image sensor of the digital camera 2. Correspondence is determined in units of one pixel and stored in the pixel correspondence storage unit 159. Since a method for obtaining the correspondence between the pixels of the projector and the digital camera using the Gray code is known, detailed description is omitted.
  • steps ST 401 to ST 405 When the processing of steps ST 401 to ST 405 is completed for the projector 4, the same processing is performed for the projector 5, and the correspondence between the pixels of the projector 5 and the digital camera 2 is obtained and stored in the pixel correspondence storage unit 159.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining processing (steps ST406 to ST410) for calculating a shift (error) d (k) due to distortion of the projection lenses of the projectors 4 and 5.
  • the projection image is rectangular, if the projection lens is distorted, the projected image does not become rectangular on the screen and is distorted into a pincushion shape as shown in FIG.
  • the degree of distortion of the projection images of the projectors 4 and 5 differs depending on the intensity of the distortion of the projection lens, the projection image is displaced between the projectors 4 and 5 due to the distortion of the projection lens. .
  • 12 (a) as shown in FIG. 12 (a), the position of each pixel of the projection image when the distortion of intensity k is applied on the display element of the projector 4 and the intensity k on the display element of the projector 5 are calculated.
  • the position of each pixel of the projected image when the above distortion is applied (coordinates A1 and A2 on the display elements of the projectors 4 and 5 shown in FIG. 12) is calculated (step ST408).
  • the projection conversion unit 152 uses the pixel correspondence relationship between the projector 4 and the digital camera 2 and the pixel correspondence relationship between the projector 5 and the digital camera 2 stored in the pixel correspondence storage unit 159 and the intensity k of the projector 4.
  • the simulation result image when the distortion is applied is projected onto the display element of the projector 5, and then projective transformation is performed so that the display element 4 corner of the projector 4 and the display element 4 corner of the projector 5 overlap each other (step ST409).
  • the error evaluation unit 154 calculates the average of the positional shifts (error d (k)) of the pixels of the projector 4 and the projector 5 when the distortion of intensity k is applied (step ST410).
  • the average of the pixel position deviation is calculated (steps ST407 to ST410).
  • the error evaluation unit 154 calculates the average value of the previous intensity positional deviation (error d (k ⁇ 1)) and the current value.
  • the control command transmission unit 11 transmits the determined lens distortion correction amount (lens distortion correction command) to each of the projectors 4 and 5 (step ST412).
  • FIG. 13 is a flowchart for explaining the fine adjustment processing (step ST5) of the projection image position / size shown in FIG.
  • the area calculation unit 143 obtains the coordinates of the four corners of the screen stored in the screen position storage unit 133, and obtains an area of a quadrangle surrounded by the coordinates of the four corners (ie, the screen area). (Step ST501).
  • the uniform white image generation unit 122 generates a uniform white pattern image, transmits the pattern image display control unit 121 to the projector 4 via the image signal distributor 3, and the projector 4 projects the pattern image on the screen. (Step ST503). Thereafter, the camera signal transmission / reception unit 141 transmits an imaging command to the digital camera 2 to acquire a captured image obtained by capturing the screen on which the pattern image is projected (step ST504).
  • the corner detection unit 142 detects the coordinates of the four corners of the projection image (pattern image) in the acquired captured image (step ST505), and the projective transformation equation calculation unit 151 detects the coordinates of the four corners of the projection image and the projector projection.
  • a projection transformation matrix (P ⁇ C conversion formula) with the image rectangle is generated, and the projection transformation unit 152 converts the coordinates of the four corners of the projected image of the camera coordinate system into the screen coordinate system using the P ⁇ C conversion formula.
  • the corner position determination unit 155 determines whether or not the coordinates of the four corners of the screen are inside the coordinates of the four corners of the projected image in the screen coordinate system (step ST506).
  • the corner position determination unit 155 causes the positional deviation of FIG. 5A and the projected size deviation of FIG. It is determined that In that case, the positional deviation calculation unit 161 calculates the horizontal and vertical movement amounts that can cover the four corners most efficiently with respect to the positional deviation of the projected image, and an appropriate positional deviation correction command corresponding to the movement amount. Is acquired from the horizontal / vertical movement LUT storage unit 158 (step ST507).
  • the amount of movement may be calculated based on the shift between the center position of the screen and the center position of the projection image, or may be calculated based on the shift between the coordinates of the four corners of the screen and the coordinates of the four corners of the projection image. Good.
  • step ST507 the position deviation calculation unit 161 calculates the position of the projection image in the screen coordinate system after the projector 4 has corrected the position of the projection image in accordance with the obtained position deviation correction command.
  • the misalignment correction unit 161 transmits the misalignment correction command acquired from the horizontal / vertical movement LUT storage unit 158 from the control command transmitting unit 11 to the projector 4 (step ST508).
  • the size deviation calculation unit 163 calculates an enlargement ratio at which the screen can cover the projection image based on the position of the projection image after correction according to the position deviation correction command, and obtains an appropriate ratio from the area ratio LUT storage unit 157.
  • a size deviation correction command is acquired (step ST509), and transmitted from the control command transmitter 11 to the projector 4 (step ST510). Thereafter, the process is started again from step ST503, and the adjustment is repeated until both conditions of step ST506 and step ST513 described later are satisfied.
  • step ST506 when the coordinates of the four corners of the screen are inside the projection image (step ST506 “YES”), the area calculation unit 143 calculates the area of the projection image (step ST511). Subsequently, the size deviation calculation unit 163 calculates an area ratio r between the projected image area and the screen area (step ST512), and compares the area ratio r with a preset threshold value tr (step ST513).
  • step ST513 the size deviation calculation unit 163 calculates a reduction ratio that fits the projected image on the screen, and refers to the area ratio LUT storage unit 157.
  • An appropriate size deviation correction command is acquired (step ST514), and transmitted from the control command transmission unit 11 to the projector 4 (step ST515). Thereafter, the process is started again from step ST503.
  • FIG. 14 is a flowchart for explaining the projection angle distortion adjustment process (step ST6) shown in FIG.
  • n is a variable of the number of projectors.
  • n initial value (1), end value (2), and increase / decrease value (1), and steps ST601 to ST607 are repeated until the adjustment of the two projectors 4 and 5 is completed.
  • the uniform white image generation unit 122 generates a uniform white pattern image, transmits the pattern image display control unit 121 to the projector 4 via the image signal distributor 3, and the projector 4 projects the pattern image on the screen.
  • the camera signal transmission / reception unit 141 transmits an imaging command to the digital camera 2 to acquire a captured image obtained by imaging the screen on which the pattern image is projected (step ST603).
  • the corner detection unit 142 detects the coordinates of the four corners of the projection image (pattern image) in the captured image acquired in step ST603 (step ST605).
  • the projection transformation formula calculation unit 151 calculates a projection transformation matrix (P (C transformation formula) between the coordinates of the four corners of the projection image and the projector projection image rectangle, and the projection transformation unit 152 projects the projection image of the camera coordinate system.
  • the coordinates of the four corners are converted into the projector coordinate system by the P ⁇ C conversion formula (step ST605).
  • the projection conversion unit 152 uses a deviation between the shape of the projection image and the shape of the display element of the projector 4 when the projection image is converted into the projector coordinate system as a projection angle distortion correction command (step ST606), and the control command transmission unit 11 To the projector 4 (step ST607).
  • the projection position adjusting apparatus 1 finishes the processes of steps ST601 to ST607 for the projector 4, it performs the same process for the projector 5 and corrects the projection angle distortion of the projector 5.
  • the image projection system includes a display element that displays an image, a projection lens that projects the display of the display element onto the screen, and a position of the projection lens that moves according to the lens driving command.
  • the lens drive unit 43 that corrects either or both of the position and size of the projected image of the lens and the image displayed on the display element according to the projection area correction command are deformed to correct the distortion of the projected image on the screen.
  • the projectors 4 and 5 having the projection area correction unit 44, the digital camera 2 that captures the screen in a state where the projection images are projected from the projectors 4 and 5, the screen and the projections that are captured in the captured image captured by the digital camera 2 A lens drive that moves the position of the projection lens so that the projected image and the screen overlap based on the image
  • a projection position adjusting device 1 that calculates a command and a projection area correction command for deforming an image displayed on the display element so that the projection image overlaps the screen and each projection image, and transmits the command to the projectors 4 and 5. did. For this reason, by deforming the image, local distortion can be corrected, and pixel alignment between the projected images can be performed with high accuracy. Further, by adjusting the position and size of the projected image by moving the projection lens first, the amount of image deformation can be reduced as much as possible, and the deterioration of the image quality (resolution) of the projected image can be suppressed. .
  • each of the projectors 4 and 5 includes the lens position storage unit 45 that holds the latest absolute position of the projection lens each time the projection lens is moved by the lens driving unit 43.
  • the correspondence calculation unit 160 calculates the relative positional relationship between the screen and the projectors 4 and 5 from the screen and the projected image shown in the captured image, and the positional deviation calculation unit 161 is based on the relative positional relationship.
  • the deviation between the target position of the projection lens set on the screen and the current absolute position of the projection lens held in the lens position storage unit 45 is calculated, and a positional deviation correction command for correcting this deviation is calculated. Configured. For this reason, even when the position of the projection lens is corrected, the corrected center position of the projection lens can be aligned with the initially set target lens center position.
  • the projection position adjusting apparatus 1 includes the pixel correspondence relationship between the display element of the projector 4 and the image sensor of the digital camera 2, and the relationship between the display element of the projector 5 and the image sensor of the digital camera 2.
  • a correspondence calculation unit 160 that calculates the pixel correspondence is provided, and the error evaluation unit (lens distortion calculation unit) 154 is based on the pixel correspondence calculated by the correspondence calculation unit 160 and is based on the image sensor. , 5 is calculated, and a lens distortion correction command for correcting the distortion shift is calculated. For this reason, when correcting the distortion of the projection lens of the projectors 4 and 5, the influence of the distortion of the lens of the digital camera 2 can be suppressed, and the pixels can be aligned with high accuracy.
  • the error evaluation unit (lens distortion calculation unit) 154 is based on a captured image (gray code pattern image) captured after correcting the position of each projection lens of the projectors 4 and 5.
  • the lens distortion correction command is calculated. For this reason, the positional relationship between the display elements of the projectors 4 and 5 due to lens distortion of the digital camera 2 can be maintained. Further, by correcting the position and size of the projected image in advance, it is possible to reduce the amount of image deformation as much as possible, and to suppress a decrease in image quality (resolution) of the projected image.
  • the projection angle distortion calculation unit 162 calculates a projection angle distortion correction command using a captured image captured after correcting the positions of the projection lenses of the projectors 4 and 5. Configured. For this reason, by correcting the position and size of the projected image in advance, the amount of image deformation can be reduced as much as possible, and the deterioration of the image quality (resolution) of the projected image can be suppressed.
  • the target lens center position in the screen coordinate system is shown in FIG. 8 from the current absolute position of the projection lens (position of the projector coordinate system) stored in the lens position storage unit 45 of the projectors 4 and 5.
  • the calculation is not limited to this method.
  • the user manually measures the positional relationship between the screen and the projector, inputs it to the projection position adjusting device 1, and calculates the target lens center position in the screen coordinate system based on the input positional relationship. It is also possible to do.
  • the pixel correspondence between the digital camera 2 and the projectors 4 and 5 is obtained using the Gray code according to the flowchart of FIG.
  • the correspondence between the digital camera 2 and the projectors 4 and 5 may be obtained using a pattern image such as a fine checker pattern or a pattern in which circular markers are arranged instead of the pattern image based on the gray code.
  • the resolution when these pattern images are used is inferior to that when gray codes are used.
  • step ST3 after the rough adjustment of the position and size of the projected image is performed in step ST3, the adjustment is performed again in step ST5.
  • the procedure is limited to this procedure. It is not a thing. For example, when the positions and sizes of the projection images of the projectors 4 and 5 are approximately the same at the initial installation stage, the coarse adjustment process in step ST3 can be omitted.
  • step ST4 in FIG. 6 the projection lens distortion correction (step ST4 in FIG. 6) and the projection angle distortion correction (step ST6 in FIG. 6) are reversed, the positions of the four corners of the projected image after correction are shifted from the positions of the four corners of the screen. Since there is a possibility of a large shift, it is desirable to perform in this order.
  • the display element before the lens distortion correction of the projector 4 is shown in FIG. 15A
  • the projection image at that time is shown in FIG. 15B
  • the display element after the lens distortion correction is shown in FIG.
  • the projected image is shown in FIG.
  • the projection lens of the projector 4 after the lens distortion correction is a lens that causes pincushion distortion as shown in FIG. 15B
  • projection is performed as shown in FIGS. 15A to 15C in step ST4.
  • the projection angle distortion calculation unit 162 uses the captured image captured after correcting the distortion of each projection image due to the distortion of each projection lens of the projectors 4 and 5 to issue a projection angle distortion correction command. It is desirable to be configured to calculate.
  • the two projectors 4 and 5 are arranged in the horizontal direction.
  • the present invention is not limited to this, and the projectors are arranged in the vertical direction. Also good. Two or more projectors may be used.
  • the image projection system includes a method for adjusting the position and size of a projection image by moving the position of the projection lens of the projector when a plurality of projection images are superimposed on the screen, and a display on the display element of the projector.
  • the method is such that the projected image is adjusted by performing both a method of correcting the distortion of the projected image by deforming the image to be corrected, and pixel alignment is performed with high accuracy without reducing the image quality (resolution) of the projected image as much as possible. Therefore, it is suitable for use in a stacking type image projection system.
  • 1 projection position adjustment device 2 digital camera, 3 image signal distributor, 4, 5 projector, 6 display, 7 input device, 11 control command transmission unit, 12 projector display processing unit, 13 display display processing unit, 14 camera image processing Unit, 15 control command calculation unit, 41 control command reception unit, 42 projection image reception unit, 43 lens drive unit, 44 projection area correction unit, 45 lens position storage unit, 46 projection unit, 121 pattern image display control unit, 122 White image generation unit, 123 Gray code generation unit, 131 Camera image display control unit, 132 Screen position designation unit, 133 Screen position storage unit, 141 Camera signal transmission / reception unit, 142 Corner detection unit, 143 Area calculation unit, 151 Projective transformation Formula calculator, 152 Shadow conversion unit, 153 Lens distortion correction simulation unit, 154 Error evaluation unit, 155 Corner position determination unit, 156 Lens position storage unit, 157 Area ratio LUT storage unit, 158 Horizontal / vertical movement LUT storage unit, 159 Pixel correspondence storage unit, 160 Correspondence calculation unit, 161 position deviation calculation unit, 162 projection angle distortion calculation unit, 163 size

Landscapes

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Abstract

　プロジェクタ４，５からスクリーンに投影された各投影像を撮像した撮像画像に基づいて、位置ずれ計算部１６１が各投影像の位置ずれを補正するコマンドを算出し、サイズずれ計算部１６３が各投影像のサイズのずれを補正するコマンドを算出する。プロジェクタ４，５はこれらコマンドに従って各投影レンズの位置を移動し、各投影像の位置とサイズを補正する。補正後に撮像された撮像画像に基づいて、誤差評価部１５４が投影レンズの歪みに起因する投影像の歪みを補正するコマンドを算出し、投影角歪み計算部１６２が投影角度に起因する投影像の歪みを補正するコマンドを算出する。プロジェクタ４，５がこれらコマンドに従って各表示素子に表示する各画像を変形し、各投影像の歪みを補正する。

Description

画像投影システムおよび投影位置調整方法
　この発明は、複数のプロジェクタから投影される複数の投影像をスクリーン上に重ねて表示するスタッキング型の画像投影システムおよび投影位置調整方法に関するものである。
　輝度を高めることを目的として、複数台のプロジェクタから投影される映像をスクリーン上に重ねて表示するスタッキング投影型マルチプロジェクションシステムがある。このスタッキング投影型マルチプロジェクションシステムでは、画像コンテンツの画質劣化を防ぐために、スクリーンにおいて、複数のプロジェクタの画素同士の位置を一致させる必要がある。
　複数のプロジェクタの投影像の位置を自動的に合わせる技術として、例えば特許文献１，２がある。特許文献１では、スクリーンに対する各プロジェクタの投影領域の位置ずれと、スクリーンに対する各プロジェクタの投影角度に起因する歪みとを補正するためのパラメータを算出し、このパラメータに基づいて投影画像を変形させることで、複数プロジェクタの投影像を合わせていた。
　また、特許文献２では、スクリーンに投影した検査パターンを撮像し、撮像した画像から位置ずれを検出し、位置ずれを光学的および機械的に補正していた。
特開２００４－３２６６５号公報 特開平８－１６８０３９号公報
　しかしながら、上記特許文献１のように画像を変形して補正する場合には、画像の解像度が著しく低下するという課題があった。また、上記特許文献２のように投影レンズを機械的に移動させて補正する場合には、直線的な誤差は平行移動で除去できるが、レンズ歪みなどの局所的な画像歪みは補正できないという課題があった。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、複数のプロジェクタから投影される複数の投影像をスクリーンに重畳する際に、投影像の画質（解像度）をできるだけ低下させずに、高精度に画素合わせを行うことを目的とする。
　この発明に係る画像投影システムは、画像を表示する表示素子、表示素子の表示をスクリーンに投影する投影レンズ、レンズ駆動用コマンドに従って投影レンズの位置を移動してスクリーン上の投影像の位置およびサイズのいずれか一方、または両方を補正するレンズ駆動部、ならびに、投影領域補正用コマンドに従って表示素子に表示する画像を変形してスクリーン上の投影像の歪みを補正する投影領域補正部を有する複数のプロジェクタと、複数のプロジェクタから複数の投影像が投影された状態でスクリーンを撮像する撮像装置と、撮像装置が撮像した撮像画像に写るスクリーンおよび複数の投影像に基づいて、スクリーンおよび複数の投影像が重なるように投影レンズの位置を移動するレンズ駆動用コマンド、ならびに、スクリーンおよび複数の投影像が重なるように表示素子に表示する画像を変形する投影領域補正用コマンドを算出して、複数のプロジェクタへ送信する投影位置調整装置とを備えるものである。
　この発明に係る投影像の投影位置調整方法は、複数のプロジェクタから複数の投影像が投影された状態でスクリーンを撮像し、当該撮像画像に写るスクリーンおよび複数の投影像に基づいて、スクリーンおよび複数の投影像が重なるように複数のプロジェクタの各投影レンズの位置を移動させ、スクリーン上の複数の投影像の位置およびサイズのいずれか一方、または両方を補正するレンズ駆動ステップと、レンズ駆動ステップで複数のプロジェクタの各投影レンズの位置を移動した後にスクリーンを撮像し、当該撮像画像に写るスクリーンおよび複数の投影像に基づいて、スクリーンおよび複数の投影像が重なるように複数のプロジェクタの各表示素子に表示する画像を変形させ、投影レンズを通してスクリーンに投影された複数の投影像の歪みを補正する投影領域補正ステップとを備えるものである。
　この発明によれば、複数の投影像をスクリーン上に重畳する際に、プロジェクタの投影レンズの位置を移動させて投影像の位置とサイズを調整する方法と、プロジェクタの表示素子に表示する画像を変形させて投影像の歪みを補正する方法とを両方行って投影像を調整するようにしたので、投影像の画質（解像度）をできるだけ低下させずに、高精度に画素合わせを行うができる画像投影システムを提供することができる。
　この発明によれば、複数の投影像をスクリーン上に重畳する際に、先ず、プロジェクタの投影レンズの位置を移動させて投影像の位置とサイズを調整し、その後で、プロジェクタの表示素子に表示する画像を変形させて投影像の歪みを補正するようにしたので、画像の変形量を低減できるようになり、投影像の画質（解像度）をできるだけ低下させずに、高精度に画素合わせを行う投影位置調整方法を提供することができる。
この発明の実施の形態１に係る画像投影システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態１の画像投影システムにおいて、スクリーンに対するデジタルカメラおよび２台のプロジェクタの設置例を示す斜視図である。 図１の投影位置調整装置の内部構成を示すブロック図である。 図１のプロジェクタの内部構成を示すブロック図である。 スクリーンと投影像とのずれの種類を説明する図であり、図５（ａ）に位置ずれ、図５（ｂ）にサイズずれ、図５（ｃ）９にレンズ歪み、図５（ｄ）に投影角歪みを示す。 実施の形態１の投影位置調整装置の動作を示すフローチャートである。 図６に示すスクリーンの設定処理を説明するフローチャートである。 図６に示す投影レンズ中心位置の計算処理を説明するフローチャートである。 図６に示す投影像位置・サイズの粗調整処理を説明するフローチャートである。 図９のレンズ中心位置のずれを計算する処理を説明する図である。 図６に示す投影レンズ歪みの調整方法を説明するフローチャートである。 図１１の投影レンズの歪みに起因したずれを計算する処理を説明する図である。 図６に示す投影像位置・サイズの微調整処理を説明するフローチャートである。 図６に示す投影角歪みの調整処理を説明するフローチャートである。 投影レンズの糸巻型歪みに起因したずれの調整方法を説明する図であり、補正前のプロジェクタ表示素子を図１５（ａ）、そのときの投影像を図１５（ｂ）、補正後のプロジェクタ表示素子を図１５（ｃ）、そのときの投影像を図１５（ｄ）に示す。
　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、本実施の形態１に係る画像投影システムの構成を示すブロック図である。図２は、本実施の形態１に画像投影システムにおいて、スクリーンに対するデジタルカメラ２およびプロジェクタ４，５の設置例を示す斜視図である。図１および図２に示すように、本実施の形態１に係る画像投影システムは、スクリーンに画像を投影する２台のプロジェクタ４，５と、各プロジェクタ４，５がスクリーンに投影する画像（投影像）の位置および歪みなどを調整する投影位置調整装置１と、投影位置調整装置１の出力する画像信号をプロジェクタ４，５に分配する画像信号分配器３と、スクリーンを含むシーンを撮像するデジタルカメラ（撮像装置）２と、投影位置調整装置１の出力する情報を表示するディスプレイ６と、ユーザの入力操作を受け付ける入力装置７とを備える。
　投影位置調整装置１は、デジタルカメラ２からシーンの撮像画像を受け取り、この撮像画像からスクリーンに対するプロジェクタ４，５の各投影像の位置ずれおよび歪みなどを検出し、これらを補正するための各種のコマンドを計算し、プロジェクタ４，５へ送信する。また、投影位置調整装置１は、スクリーンに投影する画像信号（または映像信号）を画像信号分配器３へ送信する。さらに、投影位置調整装置１は、デジタルカメラ２から受け取った撮像画像等の情報をディスプレイ６へ送信すると共に、入力装置７からユーザの入力操作を受信する。
　デジタルカメラ２は、投影位置調整装置１から送信された撮像コマンドに応じて、スクリーンを含むシーンの撮像を行い、撮像画像を投影位置調整装置１へ送信する。
　画像信号分配器３は、投影位置調整装置１から送信された画像信号を複製し、２台のプロジェクタ４，５それぞれへ送信する。
　プロジェクタ４は、画像信号分配器３から画像信号を受け取って表示素子に投影し、投影レンズを通して拡大してスクリーンへ投影する。また、プロジェクタ４は、投影位置調整装置１から投影像の位置ずれおよび歪みなどを調整するための各種のコマンドを受け取り、このコマンドに基づいて投影レンズの位置を機械的に調整すると共に表示素子上の投影範囲を電気的に変形し、スクリーンへ投影する。プロジェクタ５も、プロジェクタ４と同様である。
　ディスプレイ６は、デジタルカメラ２の撮像画像およびその他の情報を投影位置調整装置１から受け取って画面表示することにより、ユーザに提示する。また、入力装置７は、キーボードおよびマウスなどで構成され、ユーザの操作を受け付けて投影位置調整装置１へ送信する。
　次に、投影位置調整装置１の構成について説明する。
　図３は、投影位置調整装置１の内部構成を示すブロック図である。
　図３において、制御コマンド送信部１１は、プロジェクタ４，５へ各種のコマンドを送信する。
　プロジェクタ表示処理部１２は、プロジェクタ４，５に投影させる表示内容の生成、および表示内容の送信を行う。パターン画像表示制御部１２１は、一様白色画像生成部１２２またはグレイコード生成部１２３にて生成されたパターン画像を受け取り、画像信号分配器３へ送信する。一様白色画像生成部１２２は、全面が白色の画像を生成する。グレイコード生成部１２３は、グレイコードを水平方向または垂直方向に白色と黒色とで可視化した画像を生成する。
　ディスプレイ表示処理部１３は、ディスプレイ６に表示させる表示内容の生成、およびデジタルカメラ２の撮像画像からスクリーンの領域を指定する処理を行う。カメラ画像表示制御部１３１は、後述するカメラ信号送受信部１４１よりデジタルカメラ２の撮像画像を受け取り、ディスプレイ６に送信する。ユーザが入力装置７を介して、ディスプレイ６に表示された撮像画像のうちのスクリーン４隅に相当する位置を指定すると、スクリーン位置指定部１３２はスクリーン４隅の位置情報を入力装置７より受け取り、撮像画像上の座標に変換する。スクリーン位置記憶部１３３は、スクリーン位置指定部１３２の算出したスクリーン４隅の座標を保存する。
　カメラ画像処理部１４は、デジタルカメラ２への撮像指示、および撮像した画像の処理を行う。カメラ信号送受信部１４１は、デジタルカメラ２へ撮像を指示する撮像コマンドの送信と、撮像画像の受信を行う。コーナー検出部１４２は、撮像画像に対する画像処理を行って、プロジェクタ４，５からスクリーンに投影した投影像の４隅の座標を算出する。面積計算部１４３は、撮像画像から投影像の面積およびスクリーンの面積を計算する。
　制御コマンド計算部１５は、各種のデータより、スクリーンに対する投影像の水平方向および垂直方向の位置ずれを補正する位置ずれ補正コマンド、スクリーンに対する投影像のサイズの違いを調整するサイズずれ補正コマンド、投影レンズの歪みに起因する投影像の歪みを補正するレンズ歪み補正コマンド、および、投影角度のずれに起因する投影像の歪みを補正する投影角歪み補正コマンドを計算する。
　なお、位置ずれ補正コマンドおよびサイズずれ補正コマンドは、投影レンズの位置を移動させるためのコマンドであり、総称してレンズ駆動用コマンドと呼ぶ。一方、レンズ歪み補正コマンドおよび投影角歪み補正コマンドは、表示素子上に表示する画像信号を変形させるためのコマンドであり、総称して投影領域補正用コマンドと呼ぶ。
　射影変換式計算部１５１は、４点以上の点の対応関係から、座標系間の射影変換式を算出する。射影変換部１５２は、射影変換式計算部１５１で算出した射影変換式を用いて、ある座標系の点を別の座標系の点へ変換する。レンズ歪み補正模擬部１５３は、投影レンズの中心位置と歪みの強度ｋとを用いて、投影レンズに強度ｋの歪みが生じているときの、投影画像の各画素の表示素子上での位置を模擬する。誤差評価部（レンズ歪み計算部）１５４は、与えられた点群同士の平均二乗誤差を計算し、誤差が最も小さくなるときの強度ｋからレンズ歪み補正コマンドを計算する。コーナー位置判定部１５５は、撮像画像上のスクリーン４隅の座標と投影像４隅の座標との位置関係から、スクリーンが撮像画像の内側におさまっているかを判定する。
　レンズ位置記憶部１５６は、スクリーン座標系でのプロジェクタ４，５の投影レンズ中心位置を保存する。面積比ルックアップテーブル（以下、ＬＵＴ）記憶部１５７は、スクリーンと投影像の面積比と適切なサイズずれ補正コマンドとの対応関係を、ルックアップテーブル形式で保存している。水平垂直移動ＬＵＴ記憶部１５８は、スクリーンに対する投影像のずれ量と適切な位置ずれ補正コマンドとの対応関係を、ルックアップテーブル形式で保存している。画素対応記憶部１５９は、プロジェクタ４の表示素子とデジタルカメラ２の撮像素子の対応関係、およびプロジェクタ５の表示素子とデジタルカメラ２の撮像素子の対応関係を、一画素単位で保存している。対応関係計算部１６０は、プロジェクタ４の表示素子とデジタルカメラ２の撮像素子の対応関係、およびプロジェクタ５の表示素子とデジタルカメラ２の撮像素子の対応関係を、一画素単位で求め、画素対応記憶部１５９に保存する。
　位置ずれ計算部１６１は、スクリーンに対する投影像のずれ量を計算し、このずれ量に対応する位置ずれ補正コマンドを水平垂直移動ＬＵＴ記憶部１５８から取得する。投影角歪み計算部１６２は、スクリーンに対する投影像の投影角歪みを計算し、この歪みを補正する投影角歪み補正コマンドを計算する。サイズずれ計算部１６３は、スクリーンと投影像の面積比を計算し、この面積比に対応するサイズずれ補正コマンドを面積比ＬＵＴ記憶部１５７から取得する。
　次に、プロジェクタ４，５の構成について説明する。
　図４は、プロジェクタ４の内部構成を示すブロック図である。プロジェクタ４の内部構成はプロジェクタ５の内部構成と同一であるため、プロジェクタ５の内部構成については図示および説明を省略する。
　図４において、制御コマンド受信部４１は、投影位置調整装置１の制御コマンド送信部１１から送信された各種のレンズ歪み補正コマンドを受信する。投影画像受信部４２は、画像信号分配器３から画像信号を受信する。
　レンズ駆動部４３は、制御コマンド受信部４１からレンズ駆動用コマンド（位置ずれ補正コマンドおよびサイズずれ補正コマンドのうちのいずれか一方、または両方を含む）を受け取り、プロジェクタ４の投影レンズを３軸方向に移動させる。ここで、３軸方向とは、投影光軸方向、および投影光軸に直交する面上の２軸方向（水平方向および垂直方向）とする。投影サイズずれ補正部４３１は、サイズずれ補正コマンドに従って、投影光軸方向に投影レンズを動かし、スクリーンに投影される投影像のサイズを調整する。位置ずれ補正部４３２は、位置ずれ補正コマンドに従って、水平垂直方向に投影レンズを動かし、スクリーンに投影される投影像の位置を調整する。
　ここで、図５に、スクリーンと投影像とのずれの種類を示す。水平垂直方向の位置ずれとは、図５（ａ）に示すように、プロジェクタ４が投影する投影像の位置とスクリーンの位置とにずれが生じている状態を指す。投影サイズずれとは、図５（ｂ）に示すように、プロジェクタ４が投影する投影像の大きさとスクリーンの大きさとにずれが生じている状態を指す。
　図４において、投影領域補正部４４は、制御コマンド受信部４１から投影領域補正用コマンド（レンズ歪み補正コマンドおよび投影角歪み補正コマンドのうちのいずれか一方、または両方を含む）を、画像信号分配器３から画像信号を受け取り、投影領域補正用コマンドに従って画像信号を電気的に変形する。レンズ歪み補正部４４１は、レンズ歪み補正コマンドに従って、表示素子上に表示する画像信号の４辺を弓形に変形させ、プロジェクタ４の投影レンズの歪みによって発生したずれ（レンズ歪み）を補正する。このレンズ歪み補正部４４１は、例えば、レンズ歪み補正コマンドに含まれる投影レンズの歪み強度ｋをパラメータにした演算式を計算することにより、表示素子上に表示する画像信号を変形する。投影角歪み補正部４４２は、投影角歪み補正コマンドに従って、画像信号の４隅の位置を当該画像の内側方向へ移動させるように変形させ、プロジェクタ４の光軸がスクリーン面に正対していない（直交していない）ことにより発生した歪みを補正する。
　なお、レンズ歪みとは、図５（ｃ）に示すように、長方形状のスクリーンに対し、プロジェクタ４が投影する投影像の４辺に歪みが生じている状態を指す。図５（ｃ）ではスクリーンの４辺に対して投影像の４辺が内側に歪む糸巻型の歪曲が生じているが、反対に、スクリーンの４辺に対して投影像の４辺が外側に歪む樽型の歪曲が生じる場合もある。投影角歪みとは、図５（ｄ）に示すように、長方形状のスクリーンに対し、プロジェクタ４が投影する投影像が台形状に歪んでいる状態を指す。
　図４において、レンズ位置記憶部４５は、プロジェクタ４の表示素子上における投影レンズの現在の位置、即ち、プロジェクタ座標系における投影レンズの位置を記憶している。投影部４６は、表示素子等を有し、投影領域補正部４４で補正された画像信号をスクリーンに投影する。
　次に、図６に示すフローチャートを参照しながら、画像投影システムの動作を説明する。スクリーンに対する投影像の位置合わせは以下の順序で行われる。先ず、投影位置調整装置１が、撮像画像上（カメラ座標系）においてスクリーンの位置を設定し（ステップＳＴ１）、次に、スクリーン座標系におけるプロジェクタ４，５の投影レンズの中心位置を計算する（ステップＳＴ２）。続いて、投影位置調整装置１がプロジェクタ４，５に指示して投影レンズの位置を移動させることにより、スクリーンに対する投影像の位置およびサイズを粗調整し（ステップＳＴ３）、その後、投影位置調整装置１がプロジェクタ４，５に指示して投影レンズの歪みに起因する投影像の歪曲を補正する（ステップＳＴ４）。続いて、投影位置調整装置１がプロジェクタ４，５に指示して、スクリーンに対する投影像の位置およびサイズを正確に合わせ（ステップＳＴ５）、最後に投影角の歪みを補正する（ステップＳＴ６）。
　図７は、図６に示すスクリーンの設定処理（ステップＳＴ１）を説明するフローチャートである。投影位置調整装置１において、先ず、カメラ信号送受信部１４１からデジタルカメラ２へ撮像コマンドを送信し、デジタルカメラ２にスクリーンを撮像させ、撮像画像を取得する（ステップＳＴ１０１）。この撮像画像を、カメラ信号送受信部１４１がディスプレイ６に送信し表示させる（ステップＳＴ１０２）。ユーザは、マウス（入力装置７）のカーソルをディスプレイ６に表示された撮像画像上のスクリーン４隅に移動してクリックするなどして、スクリーン４隅の位置を指定する。
　ステップＳＴ１０３，ＳＴ１０４のループ処理において、ｎはマウスクリック座標位置の取得回数の変数である。また、ｎ＝初期値（１）、終了値（４）、増減数（１）とし、マウスクリック座標位置を４回、即ち、スクリーン４隅分取得するまで、ステップＳＴ１０３，ＳＴ１０４を繰り返す。スクリーン位置指定部１３２は、入力装置７から入力されるマウスクリック座標位置を取得して、撮像画像上のスクリーン４隅の座標とする。
　続いて、射影変換式計算部１５１が、撮像画像上のスクリーン４隅の座標とスクリーン矩形との射影変換行列（スクリーン－カメラ座標変換式；Ｓ⇔Ｃ変換式）を生成する（ステップＳＴ１０５）。スクリーン矩形とは、スクリーンの実際の縦横の大きさを表す情報である。スクリーン位置記憶部１３３は、スクリーン位置指定部１３２が算出した撮像画像上のスクリーン４隅の座標と、射影変換式計算部１５１が生成したＳ⇔Ｃ変換式とを保存する（ステップＳＴ１０６）。
　図８は、図６に示す投影レンズ中心位置の計算処理（ステップＳＴ２）を説明するフローチャートである。ステップＳＴ２０１～ＳＴ２０９のループ処理において、ｎはプロジェクタ台数の変数である。また、ｎ＝初期値（１）、終了値（２）、増減数（１）とし、プロジェクタ４，５の２台分の調整が終了するまで、ステップＳＴ２０１～ＳＴ２０９を繰り返す。
　投影位置調整装置１において、先ず、制御コマンド送信部１１からプロジェクタ４へレンズ位置取得コマンドを送信し、このコマンドを受信した制御コマンド受信部４１がレンズ位置記憶部４５に保存されている投影レンズの現在の中心位置を取得して投影位置調整装置１へ返送する（ステップＳＴ２０２）。
　続いて、一様白色画像生成部１２２が一様白色のパターン画像を生成し、パターン画像表示制御部１２１から画像信号分配器３を介してプロジェクタ４へ送信し、プロジェクタ４がスクリーンにこのパターン画像を投影する（ステップＳＴ２０３）。その後、カメラ信号送受信部１４１がデジタルカメラ２へ撮像コマンドを送信して、パターン画像が投影されているスクリーンを撮像した撮像画像を取得する（ステップＳＴ２０４）。
　続いて、コーナー検出部１４２が、取得した撮像画像における投影像（パターン画像）の４隅の座標を検出し（ステップＳＴ２０５）、射影変換式計算部１５１がこの投影像４隅の座標とプロジェクタ投影像矩形との射影変換行列（プロジェクタ－カメラ座標変換式；Ｐ⇔Ｃ変換式）を生成する（ステップＳＴ２０６）。プロジェクタ投影像矩形とは、プロジェクタ４，５の表示素子の縦横の画素数（解像度）を表す情報である。
　射影変換部１５２は、ステップＳＴ２０２で取得したプロジェクタ座標系の投影レンズ中心位置を、Ｐ⇔Ｃ変換式を用いてカメラ座標系に変換し（ステップＳＴ２０７）、さらに、スクリーン位置記憶部１３３に保存されているＳ⇔Ｃ変換式を用いてスクリーン座標系に変換する（ステップＳＴ２０８）。変換したスクリーン座標系における投影レンズ中心位置の座標を、プロジェクタ４の目標レンズ中心位置として、レンズ位置記憶部１５６に保存する（ステップＳＴ２０９）。
　投影位置調整装置１は、プロジェクタ４についてステップＳＴ２０１～ＳＴ２０９の処理を終えると、プロジェクタ５について同様の処理を行い、プロジェクタ５の目標レンズ中心位置をレンズ位置記憶部１５６に保存する。
　図９は、図６に示す投影像位置・サイズの粗調整処理（ステップＳＴ３）を説明するフローチャートである。投影位置調整装置１において、先ず、面積計算部１４３が、スクリーン位置記憶部１３３に保存されている撮像画像上のスクリーン４隅の座標を取得し、この４隅の座標で囲まれる四角形の面積（即ち、スクリーン面積）を求める（ステップＳＴ３０１）。
　ステップＳＴ３０２～ＳＴ３１２のループ処理において、ｎはプロジェクタ台数の変数である。また、ｎ＝初期値（１）、終了値（２）、増減値（１）とし、プロジェクタ４，５の２台分の粗調整が終了するまで、ステップＳＴ３０２～ＳＴ３１２を繰り返す。
　一様白色画像生成部１２２は、一様白色のパターン画像を生成し、パターン画像表示制御部１２１から画像信号分配器３を介してプロジェクタ４へ送信し、プロジェクタ４がスクリーンにこのパターン画像を投影する（ステップＳＴ３０３）。その後、カメラ信号送受信部１４１がデジタルカメラ２へ撮像コマンドを送信して、パターン画像が投影されているスクリーンを撮像した撮像画像を取得する（ステップＳＴ３０４）。
　続いて、面積計算部１４３が、ステップＳＴ３０４で取得した撮像画像における投影像（パターン画像）の領域を抽出し、抽出した画素数を基に投影像面積を計算する（ステップＳＴ３０５）。なお、画素数から投影像面積を計算する方法に限らず、撮像画像における投影像の４隅の座標から投影像面積を計算してもよい。
　続いて、サイズずれ計算部１６３が、面積計算部１４３の求めた投影像面積とスクリーン面積との面積比ｒ（＝スクリーン面積／投影像面積）を計算し、（ステップＳＴ３０６）、面積比ｒに対応する適正なサイズずれ補正コマンドを、面積比ＬＵＴ記憶部１５７から取得する（ステップＳＴ３０７）。
　続いて、制御コマンド送信部１１からプロジェクタ４へレンズ位置取得コマンドを送信し、このコマンドを受信した制御コマンド受信部４１がレンズ位置記憶部４５に保存されている投影レンズの現在の中心位置を取得して投影位置調整装置１へ返送する（ステップＳＴ３０８）。続くステップＳＴ３０９において、取得した現在の投影レンズ中心位置と、レンズ位置記憶部１５６に保存されている目標レンズ中心位置とのずれｄを計算する。
　図１０は、レンズ中心位置のずれｄを計算する処理（ステップＳＴ３０９）を説明する図である。
　射影変換部１５２は、レンズ位置記憶部１５６に保存されているスクリーン座標系の目標レンズ中心位置を取得し（図１０（ａ））、先に求めたＳ⇔Ｃ変換式を用いてカメラ座標系へ変換し（図１０（ｂ））、さらにＣ⇔Ｐ変換式を用いてプロジェクタ座標系へ変換する（図１０（ｃ））。続いて位置ずれ計算部１６１が、射影変換部１５２の計算したプロジェクタ座標系の投影レンズ中心位置とレンズ位置記憶部１５６に保存されているプロジェクタ座標系の目標レンズ中心位置とを比較して、プロジェクタ４について目標レンズ中心位置に対する現在の投影レンズ中心位置のずれｄを求める（図１０（ｃ））。
　あるいは、スクリーン座標系の目標レンズ中心位置をＳ⇔Ｃ変換式を用いてカメラ座標系に変換すると共に、プロジェクタ座標系の現在の投影レンズ中心位置をＣ⇔Ｐ変換式を用いてカメラ座標系に変換して、カメラ座標系において目標レンズ中心位置と現在の投影レンズ中心位置とのずれｄを求めてもよい。
　続いて位置ずれ計算部１６１は、求めたずれｄと予め設定されている閾値ｔＤとの比較、および、ステップＳＴ３０６で求めた面積比ｒについて、｜ｒ－１｜と予め設定されている閾値ｔＲとの比較を行う（ステップＳＴ３１０）。ずれｄ＜閾値ｔＤ、かつ、面積比｜ｒ－１｜＜閾値ｔＲを満たす場合（ステップＳＴ３１０“ＹＥＳ”）、プロジェクタ４の投影像の位置とサイズの粗調整を終了し、続いて、プロジェクタ５の投影像の位置とサイズの粗調整を行う。
　一方、ずれｄ＜閾値ｔＤ、かつ、面積比｜ｒ－１｜＜閾値ｔＲを満たさない場合（ステップＳＴ３１０“ＮＯ”）、位置ずれ計算部１６１が、ずれｄに対応する適切な位置ずれ補正コマンドを水平垂直移動ＬＵＴ記憶部１５８から取得し、制御コマンド送信部１１がプロジェクタ４へ送信する（ステップＳＴ３１１）。また、制御コマンド送信部１１は、ステップＳＴ３０７で求めたサイズずれ補正コマンドをプロジェクタ４へ送信する（ステップＳＴ３１２）。そして、位置ずれ補正およびサイズ調整後のプロジェクタ４に対して、再びステップＳＴ３０３から処理を開始し、ステップＳＴ３１０の条件を満たすまで位置ずれ補正およびサイズ調整を繰り返す。
　図１１は、図６に示す投影レンズ歪みの調整方法（ステップＳＴ４）を説明するフローチャートである。ステップＳＴ４０１～ＳＴ４０５のループ処理において、ｎはプロジェクタ台数の変数である。また、ｎ＝初期値（１）、終了値（２）、増減数（１）とし、プロジェクタ４，５の２台分の処理が終了するまで、ステップＳＴ４０１～ＳＴ４０５を繰り返す。また、ステップＳＴ４０２～ＳＴ４０４のループ処理において、ｎはグレイコードに基づくパターン画像数の変数である。また、ｎ＝初期値（１）、終了値（２０）、増減数（１）とし、２０種類のグレイコードパターン画像を撮像終了するまで、ステップＳＴ４０２～ＳＴ４０４を繰り返す。
　投影位置調整装置１において、先ず、グレイコード生成部１２３がグレイコードに基づくパターン画像を生成し、パターン画像表示制御部１２１から画像信号分配器３を介してプロジェクタ４へ送信し、プロジェクタ４がスクリーンにこのパターン画像を投影する（ステップＳＴ４０３）。その後、カメラ信号送受信部１４１がデジタルカメラ２へ撮像コマンドを送信して、パターン画像が投影されているスクリーンを撮像した撮像画像を取得する（ステップＳＴ４０４）。
　ステップＳＴ４０２～ＳＴ４０４において２０種類のグレイコードのパターン画像を撮像し終えると、続いて、対応関係計算部１６０がこれらの撮像画像を処理して、プロジェクタ４の表示素子とデジタルカメラ２の撮像素子の対応関係を１画素単位で決定し、画素対応記憶部１５９へ保存する。なお、グレイコードを利用してプロジェクタとデジタルカメラの画素間の対応関係を求める方法は既知のため、詳細な説明は省略する。
　プロジェクタ４についてステップＳＴ４０１～ＳＴ４０５の処理を終了すると、続いてプロジェクタ５についても同様の処理を行い、プロジェクタ５とデジタルカメラ２の画素間の対応関係を求めて画素対応記憶部１５９へ保存する。
　図１２は、プロジェクタ４，５の投影レンズの歪みに起因したずれ（誤差）ｄ（ｋ）を計算する処理（ステップＳＴ４０６～ＳＴ４１０）を説明する図である。
　例えば投影用の画像が長方形の場合、投影レンズの歪みがあると、スクリーン上で投影像が長方形にならず、図１２（ａ）に示すような糸巻型に歪曲したりする。また、プロジェクタ４，５の投影像の歪曲の度合いは、投影レンズの歪みの強度に応じて異なるため、投影像は、プロジェクタ４，５間で投影レンズの歪みに起因したずれが生じることになる。
　そこで、先ず、レンズ歪み補正模擬部１５３が、投影レンズの歪みを強度ｋ＝１に設定し（ステップＳＴ４０６）、強度ｋをインクリメントして（即ち、ｋの初期値は０となる）（ステップＳＴ４０７）、図１２（ａ）に示すように、プロジェクタ４の表示素子上で、強度ｋの歪みを付与したときの投影画像の各画素の位置を計算すると共に、プロジェクタ５の表示素子上で強度ｋの歪みを付与したときの投影画像の各画素の位置（図１２に示すプロジェクタ４，５の表示素子上の座標Ａ１，Ａ２）を計算する（ステップＳＴ４０８）。
　続いて、射影変換部１５２が、画素対応記憶部１５９に保存したプロジェクタ４とデジタルカメラ２の画素対応関係、および、プロジェクタ５とデジタルカメラ２の画素対応関係を用いて、プロジェクタ４の強度ｋの歪みを付与したときのシミュレーション結果画像をプロジェクタ５の表示素子上に投影し、続けて、プロジェクタ４の表示素子４隅とプロジェクタ５の表示素子４隅とが重なるよう射影変換を施す（ステップＳＴ４０９）。その後、誤差評価部１５４が、強度ｋの歪みを付与したときのプロジェクタ４とプロジェクタ５の各画素の位置のずれ（誤差ｄ（ｋ））の平均を算出する（ステップＳＴ４１０）。
　１巡目の今回は歪みの強度ｋ＝０のため（ステップＳＴ４１１“ＹＥＳ”）、再びステップＳＴ４０７に戻り、２順目で、強度ｋ＝１の歪みを付与したときのプロジェクタ４，５の各画素の位置ずれの平均を算出する（ステップＳＴ４０７～ＳＴ４１０）。
　２巡目以降（図１２（ｂ）に示す強度ｋ＝１のとき等）では、誤差評価部１５４が、前回の強度の位置ずれの平均値（誤差ｄ（ｋ－１））と、今回の強度の位置ずれの平均値（誤差ｄ（ｋ））とを比較して（ステップＳＴ４１１）、位置ずれの平均値が最小になる場合のｋ＝ｋ－１をレンズ歪み補正量に決定する。決定したレンズ歪み補正量（レンズ歪み補正コマンド）は、制御コマンド送信部１１がプロジェクタ４，５それぞれへ送信する（ステップＳＴ４１２）。
　図１３は、図６に示す投影像位置・サイズの微調整処理（ステップＳＴ５）を説明するフローチャートである。投影位置調整装置１において、先ず、面積計算部１４３が、スクリーン位置記憶部１３３に保存したスクリーン４隅の座標を取得し、４隅の座標で囲まれる四角形の面積（即ち、スクリーン面積）を求める（ステップＳＴ５０１）。
　ステップＳＴ５０２～ＳＴ５１５のループ処理において、ｎはプロジェクタ台数の変数である。また、ｎ＝初期値（１）、終了値（２）、増減値（１）とし、プロジェクタ４，５の２台分の微調整が終了するまで、ステップＳＴ５０２～ＳＴ５１５を繰り返す。
　一様白色画像生成部１２２は、一様白色のパターン画像を生成し、パターン画像表示制御部１２１から画像信号分配器３を介してプロジェクタ４へ送信し、プロジェクタ４がスクリーンにこのパターン画像を投影する（ステップＳＴ５０３）。その後、カメラ信号送受信部１４１がデジタルカメラ２へ撮像コマンドを送信して、パターン画像が投影されているスクリーンを撮像した撮像画像を取得する（ステップＳＴ５０４）。
　続いて、コーナー検出部１４２が、取得した撮像画像における投影像（パターン画像）の４隅の座標を検出し（ステップＳＴ５０５）、射影変換式計算部１５１がこの投影像４隅の座標とプロジェクタ投影像矩形との射影変換行列（Ｐ⇔Ｃ変換式）を生成し、射影変換部１５２がＰ⇔Ｃ変換式を用いて、カメラ座標系の投影像４隅の座標をスクリーン座標系に変換する。
　続いて、コーナー位置判定部１５５が、スクリーン座標系において、スクリーン４隅の座標が投影像４隅の座標の内側に入っているかどうかを判定する（ステップＳＴ５０６）。スクリーン４隅の座標が投影像内側に入っていない場合（ステップＳＴ５０６“ＮＯ”）、コーナー位置判定部１５５は、図５（ａ）の位置ずれおよび図５（ｂ）の投影サイズずれが生じていると判定する。その場合、位置ずれ計算部１６１は、投影像の位置ずれについて、最も効率的に４隅をカバーできる水平方向および垂直方向の移動量を計算し、この移動量に対応する適切な位置ずれ補正コマンドを水平垂直移動ＬＵＴ記憶部１５８から取得する（ステップＳＴ５０７）。なお、移動量は、スクリーンの中心位置と投影像の中心位置のずれに基づいて計算してもよいし、スクリーン４隅の座標と投影像４隅の座標とのずれに基づいて計算してもよい。
　また、位置ずれ計算部１６１は、ステップＳＴ５０７において、求めた位置ずれ補正コマンドに応じてプロジェクタ４が投影像の位置を補正した後の投影像のスクリーン座標系における位置を計算しておく。
　そして、位置ずれ計算部１６１が水平垂直移動ＬＵＴ記憶部１５８から取得した位置ずれ補正コマンドを、制御コマンド送信部１１からプロジェクタ４へ送信する（ステップＳＴ５０８）。
　また、サイズずれ計算部１６３は、位置ずれ補正コマンドに応じた補正後の投影像の位置に基づいて、スクリーンが投影像をカバー可能な拡大率を計算し、面積比ＬＵＴ記憶部１５７から適正なサイズずれ補正コマンドを取得して（ステップＳＴ５０９）、制御コマンド送信部１１からプロジェクタ４へ送信する（ステップＳＴ５１０）。その後ステップＳＴ５０３から再度処理を開始し、ステップＳＴ５０６および後述するステップＳＴ５１３の両条件を満たすまで、調整を繰り返す。
　一方、スクリーン４隅の座標が投影像内側に入っている場合（ステップＳＴ５０６“ＹＥＳ”）、面積計算部１４３が投影像の面積を計算する（ステップＳＴ５１１）。続いてサイズずれ計算部１６３が、投影像面積とスクリーン面積との面積比ｒを計算し（ステップＳＴ５１２）、面積比ｒと予め設定されている閾値ｔｒとを比較する（ステップＳＴ５１３）。
　面積比ｒが閾値ｔｒ以下の場合（ステップＳＴ５１３“ＹＥＳ”）、プロジェクタ４のレンズ歪みの調整を終了し、プロジェクタ５のレンズ歪みの調整に移る（ステップＳＴ５０２）。一方、面積比ｒが閾値ｔｒより大きい場合（ステップＳＴ５１３“ＮＯ”）、サイズずれ計算部１６３は、投影像がスクリーンにおさまるような縮小率を計算し、面積比ＬＵＴ記憶部１５７を参照して適切なサイズずれ補正コマンドを取得し（ステップＳＴ５１４）、制御コマンド送信部１１からプロジェクタ４へ送信する（ステップＳＴ５１５）。その後ステップＳＴ５０３から再度処理を開始する。
　図１４は、図６に示す投影角歪みの調整処理（ステップＳＴ６）を説明するフローチャートである。ステップＳＴ６０１～ＳＴ６０７のループ処理において、ｎはプロジェクタ台数の変数である。また、ｎ＝初期値（１）、終了値（２）、増減値（１）とし、プロジェクタ４，５の２台分の調整が終了するまで、ステップＳＴ６０１～ＳＴ６０７を繰り返す。
　一様白色画像生成部１２２は、一様白色のパターン画像を生成し、パターン画像表示制御部１２１から画像信号分配器３を介してプロジェクタ４へ送信し、プロジェクタ４がスクリーンにこのパターン画像を投影する（ステップＳＴ６０２）。その後、カメラ信号送受信部１４１がデジタルカメラ２へ撮像コマンドを送信して、パターン画像が投影されているスクリーンを撮像した撮像画像を取得する（ステップＳＴ６０３）。
　続いて、コーナー検出部１４２が、ステップＳＴ６０３で取得した撮像画像における投影像（パターン画像）の４隅の座標を検出する（ステップＳＴ６０５）。その後、射影変換式計算部１５１が、この投影像４隅の座標とプロジェクタ投影像矩形との射影変換行列（Ｐ⇔Ｃ変換式）を算出し、射影変換部１５２が、カメラ座標系の投影像４隅の座標を、Ｐ⇔Ｃ変換式によりプロジェクタ座標系へ変換する（ステップＳＴ６０５）。
　射影変換部１５２は、投影像をプロジェクタ座標系へ変換したときの、投影像の形状とプロジェクタ４の表示素子の形状のずれを、投影角歪み補正コマンドとし（ステップＳＴ６０６）、制御コマンド送信部１１からプロジェクタ４へ送信する（ステップＳＴ６０７）。
　投影位置調整装置１は、プロジェクタ４についてステップＳＴ６０１～ＳＴ６０７の処理を終えると、プロジェクタ５について同様の処理を行い、プロジェクタ５の投影角歪みを補正する。
　以上より、実施の形態１によれば、画像投影システムは、画像を表示する表示素子、表示素子の表示をスクリーンに投影する投影レンズ、レンズ駆動用コマンドに従って投影レンズの位置を移動してスクリーン上の投影像の位置およびサイズのいずれか一方、または両方を補正するレンズ駆動部４３、ならびに、投影領域補正用コマンドに従って表示素子に表示する画像を変形してスクリーン上の投影像の歪みを補正する投影領域補正部４４を有するプロジェクタ４，５と、プロジェクタ４，５から各投影像が投影された状態でスクリーンを撮像するデジタルカメラ２と、デジタルカメラ２が撮像した撮像画像に写るスクリーンおよび各投影像に基づいて、スクリーンおよび各投影像が重なるように投影レンズの位置を移動するレンズ駆動用コマンド、ならびに、スクリーンおよび各投影像が重なるように表示素子に表示する画像を変形する投影領域補正用コマンドを算出して、プロジェクタ４，５へ送信する投影位置調整装置１とを備えるように構成した。このため、画像を変形することにより、局所的な歪みを補正でき、投影像間の画素合わせを高精度に実施することができる。また、先に、投影レンズの移動により投影像の位置とサイズを調整しておくことで、画像変形量をできるだけ少なくすることができ、投影像の画質（解像度）の低下を抑制することができる。
　また、実施の形態１によれば、プロジェクタ４，５それぞれは、レンズ駆動部４３により投影レンズを移動する都度、投影レンズの最新の絶対位置を保持するレンズ位置記憶部４５を有し、投影位置調整装置１において対応関係計算部１６０が撮像画像に写るスクリーンおよび投影像からスクリーンとプロジェクタ４，５との相対的な位置関係を算出し、位置ずれ計算部１６１が相対的な位置関係に基づいて、スクリーン上に設定された投影レンズの目標位置とレンズ位置記憶部４５に保持された投影レンズの現在の絶対位置とのずれを計算し、このずれを補正する位置ずれ補正コマンドを算出するように構成した。このため、投影レンズの位置が補正された場合でも、補正後の投影レンズの中心位置を、最初に設定しておいた目標レンズ中心位置へ位置合わせすることができる。
　また、実施の形態１によれば、投影位置調整装置１は、プロジェクタ４の表示素子とデジタルカメラ２の撮像素子との画素対応関係、およびプロジェクタ５の表示素子とデジタルカメラ２の撮像素子との画素対応関係を計算する対応関係計算部１６０を有し、誤差評価部（レンズ歪み計算部）１５４は、対応関係計算部１６０の計算した画素対応関係に基づいて、撮像素子を基準にしたプロジェクタ４，５の投影像間の歪みのずれを計算し、この歪みのずれを補正するレンズ歪み補正コマンドを算出するように構成した。このため、プロジェクタ４，５の投影レンズの歪みを補正する際に、デジタルカメラ２のレンズの歪みの影響を抑制することができ、高精度に画素合わせ可能となる。
　また、実施の形態１によれば、誤差評価部（レンズ歪み計算部）１５４は、プロジェクタ４，５の各投影レンズの位置を補正した後に撮像された撮像画像（グレイコードパターン画像）に基づいて、レンズ歪み補正コマンドを算出するように構成した。このため、デジタルカメラ２のレンズ歪みによるプロジェクタ４，５の表示素子間の位置関係を保つことができる。また、先に投影像の位置およびサイズを補正しておくことで、画像変形量をできるだけ少なくすることができ、投影像の画質（解像度）の低下を抑制することができる。
　また、実施の形態１によれば、投影角歪み計算部１６２は、プロジェクタ４，５の各投影レンズの位置を補正した後に撮像された撮像画像を用いて、投影角歪み補正コマンドを算出するように構成した。このため、先に投影像の位置およびサイズを補正しておくことで、画像変形量をできるだけ少なくすることができ、投影像の画質（解像度）の低下を抑制することができる。
　なお、実施の形態１では、スクリーン座標系における目標レンズ中心位置を、プロジェクタ４，５のレンズ位置記憶部４５に記憶されている現在の投影レンズの絶対位置（プロジェクタ座標系の位置）から図８のフローチャートに沿って算出しているが、この方法に限定されるものではない。例えば、ユーザがスクリーンとプロジェクタとの位置関係を手動で測定して、投影位置調整装置１へ入力し、位置調整装置１が入力された位置関係に基づいてスクリーン座標系における目標レンズ中心位置を算出することも可能である。
　また、実施の形態１では、投影レンズの歪み強度を算出する際に、図１１のフローチャートに沿って、グレイコードを利用してデジタルカメラ２とプロジェクタ４，５との画素対応関係を求めているが、この方法に限定されるものではない。例えば、グレイコードに基づくパターン画像の代わりに、細かいチェッカーパターン、または円系マーカを並べたようなパターンといったパターン画像を用いて、デジタルカメラ２とプロジェクタ４，５との対応関係を求めてもよい。ただし、これらのパターン画像を用いた場合の分解能はグレイコードを用いる場合より劣る。
　また、実施の形態１では、図６に示したように、ステップＳＴ３において投影像の位置とサイズの粗調整を行った後に、ステップＳＴ５において再度調整を行っているが、この手順に限定されるものではない。例えば、初期の設置段階でプロジェクタ４，５の投影像それぞれの位置とサイズがおおよそ合致している場合には、ステップＳＴ３の粗調整処理を省略することが可能である。
　なお、投影レンズ歪みの補正（図６のステップＳＴ４）と投影角歪みの補正（図６のステップＳＴ６）は、順序を逆にすると補正後の投影像４隅の位置がスクリーン４隅の位置から大きくずれてしまう可能性があるため、この順序で行うことが望ましい。
　ここで、プロジェクタ４のレンズ歪み補正前の表示素子を図１５（ａ）、そのときの投影像を図１５（ｂ）に示し、レンズ歪み補正後の表示素子を図１５（ｃ）、そのときの投影像を図１５（ｄ）に示す。レンズ歪み補正後のプロジェクタ４の投影レンズが、図１５（ｂ）のように糸巻型の歪みを引き起こすレンズである場合、ステップＳＴ４にて図１５（ａ）から図１５（ｃ）のように投影画像の表示領域を変形してレンズ歪みを補正することで、投影像４隅の位置が図１５（ｂ）から図１５（ｄ）のように移動する。そのため、もし、ステップＳＴ６の投影角歪み補正を行った後にステップＳＴ４のレンズ歪み補正を行うと、ステップＳＴ６の投影角歪み補正でスクリーン４隅の位置と合わせたはずの投影像４隅の位置が移動してしまうことになる。
　以上のことから、投影角歪み計算部１６２は、プロジェクタ４，５の各投影レンズの歪みに起因した各投影像の歪みを補正した後に撮像された撮像画像を用いて、投影角歪み補正コマンドを算出するように構成することが望ましい。
　また、実施の形態１では、図２の設置例に示したように、２台のプロジェクタ４，５を水平方向に並べているが、これに限定されるものではなく、垂直方向に並べる等してもよい。また、２台以上のプロジェクタを使用してもよい。
　上記以外にも、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。
　この発明に係る画像投影システムは、複数の投影像をスクリーン上に重畳する際に、プロジェクタの投影レンズの位置を移動させて投影像の位置とサイズを調整する方法と、プロジェクタの表示素子に表示する画像を変形させて投影像の歪みを補正する方法とを両方行って投影像を調整するように構成し、投影像の画質（解像度）をできるだけ低下させずに、高精度に画素合わせを行うができるので、スタッキング型の画像投影システムに用いるのに適している。
　１　投影位置調整装置、２　デジタルカメラ、３　画像信号分配器、４，５　プロジェクタ、６　ディスプレイ、７　入力装置、１１　制御コマンド送信部、１２　プロジェクタ表示処理部、１３　ディスプレイ表示処理部、１４　カメラ画像処理部、１５　制御コマンド計算部、４１　制御コマンド受信部、４２　投影画像受信部、４３　レンズ駆動部、４４　投影領域補正部、４５　レンズ位置記憶部、４６　投影部、１２１　パターン画像表示制御部、１２２　一様白色画像生成部、１２３　グレイコード生成部、１３１　カメラ画像表示制御部、１３２　スクリーン位置指定部、１３３　スクリーン位置記憶部、１４１　カメラ信号送受信部、１４２　コーナー検出部、１４３　面積計算部、１５１　射影変換式計算部、１５２　射影変換部、１５３　レンズ歪み補正模擬部、１５４　誤差評価部、１５５　コーナー位置判定部、１５６　レンズ位置記憶部、１５７　面積比ＬＵＴ記憶部、１５８　水平垂直移動ＬＵＴ記憶部、１５９　画素対応記憶部、１６０　対応関係計算部、１６１　位置ずれ計算部、１６２　投影角歪み計算部、１６３　サイズずれ計算部、４３１　投影サイズずれ補正部、４３２　位置ずれ補正部、４４１　レンズ歪み補正部、４４２　投影角歪み補正部。

Claims (12)

  1. 　複数のプロジェクタから投影される複数の投影像をスクリーン上で重ねて表示する画像投影システムにおいて、
    　画像を表示する表示素子、前記表示素子の表示をスクリーンに投影する投影レンズ、レンズ駆動用コマンドに従って前記投影レンズの位置を移動して前記スクリーン上の投影像の位置およびサイズのいずれか一方、または両方を補正するレンズ駆動部、ならびに、投影領域補正用コマンドに従って前記表示素子に表示する前記画像を変形して前記スクリーン上の投影像の歪みを補正する投影領域補正部を有する複数のプロジェクタと、
    　前記複数のプロジェクタから複数の投影像が投影された状態で前記スクリーンを撮像する撮像装置と、
    　前記撮像装置が撮像した撮像画像に写る前記スクリーンおよび前記複数の投影像に基づいて、前記スクリーンおよび前記複数の投影像が重なるように前記投影レンズの位置を移動する前記レンズ駆動用コマンド、ならびに、前記スクリーンおよび前記複数の投影像が重なるように前記表示素子に表示する前記画像を変形する前記投影領域補正用コマンドを算出して、前記複数のプロジェクタへ送信する投影位置調整装置とを備える
    　ことを特徴とする画像投影システム。
  2. 　前記投影位置調整装置は、前記レンズ駆動用コマンドの１つとして、前記スクリーンと前記プロジェクタの投影レンズとの位置関係に起因して生じる、前記スクリーンに対する前記投影像の位置ずれを補正する位置ずれ補正コマンドを算出する位置ずれ計算部を有し、
    　前記複数のプロジェクタの前記レンズ駆動部それぞれは、前記位置ずれ補正コマンドに従って前記投影レンズを光軸方向に直交する面上の２軸方向に移動して、前記スクリーンに対する前記投影像の位置を補正する
    　ことを特徴とする請求項１記載の画像投影システム。
  3. 　前記投影位置調整装置は、前記レンズ駆動用コマンドの１つとして、前記スクリーンと前記プロジェクタの投影レンズとの位置関係に起因して生じる、前記スクリーンに対する前記投影像のサイズのずれを補正するサイズずれ補正コマンドを算出するサイズずれ計算部を有し、
    　前記複数のプロジェクタの前記レンズ駆動部それぞれは、前記サイズずれ補正コマンドに従って前記投影レンズを光軸方向に移動して、前記スクリーンに対する前記投影像のサイズを補正する
    　ことを特徴とする請求項１記載の画像投影システム。
  4. 　前記投影位置調整装置は、前記投影領域補正用コマンドの１つとして、前記プロジェクタの投影レンズの歪みに起因して生じる前記投影像の歪みを補正するレンズ歪み補正コマンドを算出するレンズ歪み計算部を有し、
    　前記複数のプロジェクタの前記投影領域補正部それぞれは、前記レンズ歪み補正コマンドに従って前記表示素子に表示する画像を変形し、前記投影像の歪みを補正する
    　ことを特徴とする請求項１記載の画像投影システム。
  5. 　前記投影位置調整装置は、前記投影領域補正用コマンドの１つとして、前記スクリーンに対する前記プロジェクタの投影角度に起因して生じる前記投影像の歪みを補正する投影角歪み補正コマンドを算出する投影角歪み計算部を有し、
    　前記複数のプロジェクタの前記投影領域補正部それぞれは、前記投影角歪み補正コマンドに従って前記表示素子に表示する画像を変形し、前記投影像の歪みを補正する
    　ことを特徴とする請求項１記載の画像投影システム。
  6. 　前記複数のプロジェクタそれぞれは、前記レンズ駆動部により前記投影レンズを移動する都度、前記投影レンズの最新の絶対位置を保持するレンズ位置記憶部を有し、
    　前記投影位置調整装置の位置ずれ計算部は、前記撮像画像に写る前記スクリーンおよび前記投影像から前記スクリーンと前記プロジェクタとの相対的な位置関係を算出し、当該相対的な位置関係に基づいて、前記スクリーン上に設定された前記投影レンズの目標位置と前記レンズ位置記憶部に保持された前記投影レンズの絶対位置とのずれを計算し、当該ずれを補正する前記位置ずれ補正コマンドを算出する
    　ことを特徴とする請求項２記載の画像投影システム。
  7. 　前記投影位置調整装置は、前記プロジェクタの表示素子と前記撮像装置の撮像素子との画素対応関係を計算する対応関係計算部を有し、
    　前記レンズ歪み計算部は、前記対応関係計算部の計算した画素対応関係に基づいて、前記撮像素子を基準にした前記複数のプロジェクタの投影像間の歪みのずれを計算し、当該歪みのずれを補正する前記レンズ歪み補正コマンドを算出する
    　ことを特徴とする請求項４記載の画像投影システム。
  8. 　前記レンズ歪み計算部は、前記複数のプロジェクタの各投影レンズの位置を補正した後に撮像された撮像画像を用いて、前記レンズ歪み補正コマンドを算出することを特徴とする請求項４記載の画像投影システム。
  9. 　前記投影角歪み計算部は、前記複数のプロジェクタの各投影レンズの歪みに起因した各投影像の歪みを補正した後に撮像された撮像画像を用いて、前記投影角歪み補正コマンドを算出することを特徴とする請求項５記載の画像投影システム。
  10. 　前記投影角歪み計算部は、前記複数のプロジェクタの各投影レンズの位置を補正した後に撮像された撮像画像を用いて、前記投影角歪み補正コマンドを算出することを特徴とする請求項５記載の画像投影システム。
  11. 　複数のプロジェクタからスクリーンに投影する複数の投影像が重なるように調整する投影位置調整方法であって、
    　前記複数のプロジェクタから複数の投影像が投影された状態で前記スクリーンを撮像し、当該撮像画像に写る前記スクリーンおよび前記複数の投影像に基づいて、前記スクリーンおよび前記複数の投影像が重なるように前記複数のプロジェクタの各投影レンズの位置を移動させ、前記スクリーン上の前記複数の投影像の位置およびサイズのいずれか一方、または両方を補正するレンズ駆動ステップと、
    　前記レンズ駆動ステップで前記複数のプロジェクタの各投影レンズの位置を移動した後に前記スクリーンを撮像し、当該撮像画像に写る前記スクリーンおよび前記複数の投影像に基づいて、前記スクリーンおよび前記複数の投影像が重なるように前記複数のプロジェクタの各表示素子に表示する画像を変形させ、前記投影レンズを通して前記スクリーンに投影された前記複数の投影像の歪みを補正する投影領域補正ステップとを備える
    　ことを特徴とする投影位置調整方法。
  12. 　前記投影領域補正ステップでは、
    　前記複数のプロジェクタの各投影レンズの歪みに起因して生じる前記複数の投影像の歪みを補正するレンズ歪み補正ステップと、
    　前記レンズ歪み補正ステップで前記複数のプロジェクタの前記複数の投影像の歪みを補正した後に前記スクリーンを撮像し、当該撮像画像に基づいて、前記スクリーンに対する前記複数のプロジェクタの各投影角度に起因して生じる前記複数の投影像の歪みを補正する投影角歪み補正ステップとを有する
    　ことを特徴とする請求項１１記載の投影位置調整方法。
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