(57)【要約】 【課題】  スクリーンの明るさの分布に応じてスクリーンの傾きに起因する画像歪み補正を行うプロジェクタにおいて、補正のロバスト性を向上させる技術を提供する。【解決手段】  本発明は、プロジェクタである。このプロジェクタは、予め想定された仮想投影面と現実の投影面の間の傾斜によって生ずる入力画像に対する出力画像の歪みを補正する。この補正は、補正用画像が投影された現実の投影面における明るさのピーク位置の画像投射部から見た角度に応じて仮想投影面と現実の投影面の間の傾斜に起因する画像の歪み量を推定する。このプロジェクタでは、ピーク位置移動量に応じて生ずる画像投射部からピーク位置を見る角度の変化量が、スクリーンの傾斜角度により近くなるように補正用画像が修正される。【選択図】  図５
2006295292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロジェクタであって、
予め設定された所定の位置関係で配置された仮想投影面に、入力画像に応じて画像を投射するように構成された画像投射部と、
現実の投影面に投射された出力画像を撮像する出力画像撮像部を備え、前記撮像された画像に応じて明るさに相関を有する明るさ情報を含む撮像情報を出力する撮像情報生成部と、
前記仮想投影面と前記現実の投影面との間の傾斜によって生ずる前記入力画像に対する前記出力画像の歪みを、前記撮像情報に応じて補正する歪み補正部と、
を備え、
前記歪み補正部は、
前記出力画像の歪みの補償に使用するための補正用画像を前記画像投射部に供給する補正用画像供給部と、
前記補正用画像を用いた前記撮像情報に応じて、前記仮想投影面における明るさのピーク位置から前記現実の投影面における明るさのピーク位置へのピーク位置の移動量であるピーク位置移動量を決定するとともに、前記決定されたピーク位置移動量に応じて前記出力画像の歪みが補償されるように前記入力画像を予め歪ませる画像処理部と、
を有し、
前記補正用画像供給部は、前記ピーク位置移動量に応じて生ずる前記画像投射部から前記ピーク位置を見る角度の変化量が、前記傾斜の角度により近くなるように前記補正用画像を修正する補正用画像修正部を備えることを特徴とする、プロジェクタ。
【請求項２】
請求項１記載のプロジェクタであって、
前記補正用画像供給部は、前記画像投射部の投射特性が点光源に近づくように前記補正用画像を修正する、プロジェクタ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプロジェクタであって、
前記補正用画像供給部は、前記撮像情報に基づいて生成された撮像明度分布と理想明度分布とに応じて、前記撮像明度分布が前記理想明度分布に近づくように前記補正用画像を修正し、
前記理想明度分布は、前記画像投射部と前記撮像情報生成部の少なくとも一方の特性に応じて予め設定されている、プロジェクタ。
【請求項４】
請求項１または２に記載のプロジェクタであって、
前記補正用画像供給部は、前記撮像情報に基づいて生成された撮像明度分布と理想明度分布とに応じて、前記撮像明度分布が点光源時明度分布よりも前記理想明度分布に近づくように前記補正用画像を修正し、
前記点光源時明度分布は、前記画像投射部の光軸上における明度を明度Ｂｒとしたとき、前記光軸からの角度θだけ離れた位置において、前記明度Ｂｒ×ＣＯＳ3θの明度を有するように構成された明度分布であり、
前記理想明度分布は、前記明度Ｂｒ×ＣＯＳ3.75θの明度を有するように構成された明度分布である、プロジェクタ。
【請求項５】
請求項３または４に記載のプロジェクタであって、
前記補正用画像供給部は、前記撮像明度分布と前記理想明度分布の形状の一致性が所定の基準に達するまで前記修正を繰り返す処理モードを有する、プロジェクタ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のプロジェクタであって、
前記画像処理部は、
前記補正用画像を用いた前記撮像情報に応じて、前記現実の投影面における明るさのピーク位置の前記画像投射部から見たピーク位置角度を決定するピーク位置角度決定部と、
前記仮想投影面における明るさのピーク位置の前記画像投射部から見た角度である基準ピーク位置角度からの、前記決定されたピーク位置角度までの角度の移動量であるピーク位置角度移動量に応じて、前記傾斜の角度を推定する傾斜角度推定部と、
前記推定された傾斜の角度に応じて、前記出力画像の歪みが補償されるように前記入力画像を予め歪ませる画像変形部と、
を有する、プロジェクタ。
【請求項７】
予め設定された所定の位置関係で配置された仮想投影面に、入力画像に応じて画像を投射するように構成された画像投射部を用いて画像を投影する方法であって、
現実の投影面に投射された出力画像を撮像する出力画像撮像工程と、
前記撮像された画像に応じて明るさに相関を有する明るさ情報を含む撮像情報を出力する撮像情報生成工程と、
前記仮想投影面と前記現実の投影面との間の傾斜によって生ずる前記入力画像に対する前記出力画像の歪みを、前記撮像情報に応じて補正する歪み補正工程と、
を備え、
前記歪み補正工程は、
前記出力画像の歪みの補償に使用するための補正用画像を前記画像投射部に供給する補正用画像供給工程と、
前記補正用画像を用いた前記撮像情報に応じて、前記仮想投影面における明るさのピーク位置から前記現実の投影面における明るさのピーク位置へのピーク位置の移動量であるピーク位置移動量を決定するとともに、前記決定されたピーク位置移動量に応じて前記出力画像の歪みが補償されるように前記入力画像を予め歪ませる画像処理工程と、
を有し、
前記補正用画像供給工程は、前記ピーク位置移動量に応じて生ずる前記画像投射部から前記ピーク位置を見る角度の変化量が、前記傾斜の角度により近くなるように前記補正用画像を修正する補正用画像修正工程を含むことを特徴とする、画像投影方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタの台形補正技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スクリーンに映像を投射するプロジェクタが急速に普及している。プロジェクタは、一般に、スクリーンに正対して配置されることが前提として設計されているため、プロジェクタがスクリーンに正対して配置されていない場合には画像が歪むことになる。
【０００３】
一方、プロジェクタがスクリーンに正対して配置されていない場合には、画像だけでなく輝度分布も変動することになる。さらに、プロジェクタに撮像装置を装備する場合には、スクリーンの左右で撮像距離が異なるので、逆二乗の定理によってもスクリーンの左右で撮像装置の受光量も変動することになる。このような受光量の変動は、プロジェクタの光軸に対するスクリーンの傾きの推定に利用することも可能である。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２４１８７４号公報
【０００５】
しかし、受光量の変動は、スクリーンの傾きだけでなく、プロジェクタの投射光学系や撮像装置の撮像光学系の固体差、あるいは経年変化といった要因によっても変動してしまうという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、スクリーンの明るさの分布に応じてスクリーンの傾きに起因する画像歪み補正を行うプロジェクタにおいて、補正のロバスト性を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、プロジェクタを提供する。このプロジェクタは、
予め設定された所定の位置関係で配置された仮想投影面に、入力画像に応じて画像を投射するように構成された画像投射部と、
現実の投影面に投射された出力画像を撮像する出力画像撮像部を備え、前記撮像された画像に応じて明るさに相関を有する明るさ情報を含む撮像情報を出力する撮像情報生成部と、
前記仮想投影面と前記現実の投影面との間の傾斜によって生ずる前記入力画像に対する前記出力画像の歪みを、前記撮像情報に応じて補正する歪み補正部と、
を備え、
前記歪み補正部は、
前記出力画像の歪みの補償に使用するための補正用画像を前記画像投射部に供給する補正用画像供給部と、
前記補正用画像を用いた前記撮像情報に応じて、前記仮想投影面における明るさのピーク位置から前記現実の投影面における明るさのピーク位置へのピーク位置の移動量であるピーク位置移動量を決定するとともに、前記決定されたピーク位置移動量に応じて前記出力画像の歪みが補償されるように前記入力画像を予め歪ませる画像処理部と、
を有し、
前記補正用画像供給部は、前記ピーク位置移動量に応じて生ずる前記画像投射部から前記ピーク位置を見る角度の変化量が、前記傾斜の角度により近くなるように前記補正用画像を修正する補正用画像修正部を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明のプロジェクタでは、前記画像投射部から前記ピーク位置を見る角度の前記ピーク位置移動量に応じた変化量が、前記傾斜の角度により近くなるように前記補正用画像を修正する補正用画像修正部を備えているので、プロジェクタの個体差や経年変化に起因して生ずる傾斜の測定誤差をも小さくすることができる。この結果、スクリーンの傾斜に起因する画像の歪みの補償を高いロバスト性で実現することができる。
【０００９】
ここで、「補正用画像の修正」は、全白パターンその他の予め準備された基準パターンに基づいて補正用画像データを生成する処理をも含む広い概念である。また、「明るさ情報」とは、照度や輝度、明度、あるいは撮像素子の受光エネルギといった光の強度に関する物理量に相関を有する値を含む広い概念である。
【００１０】
上記プロジェクタにおいて、
前記補正用画像供給部は、前記画像投射部の投射特性が点光源に近づくように前記補正用画像を修正するようにしても良い。
【００１１】
こうすれば、試行錯誤の多大な負担を回避して、画像投射部からピーク位置が見える角度のピーク位置移動量に応じた変化量をスクリーンの傾斜の角度に近づけることができる。本願の発明者は、画像投射部の投射特性を点光源に近づければ、画像投射部からピーク位置が見える角度のピーク位置移動量に応じた変化量が、スクリーンの傾斜の角度により近くなることを理論的に解析して見いだしたからである。
【００１２】
上記プロジェクタにおいて、
前記補正用画像供給部は、前記撮像情報に基づいて生成された撮像明度分布と理想明度分布とに応じて、前記撮像明度分布が前記理想明度分布に近づくように前記補正用画像を修正し、
前記理想明度分布は、前記画像投射部と前記撮像情報生成部の少なくとも一方の特性に応じて予め設定されているようにしても良い。
【００１３】
このように理想明度分布を予め設定しておけば、撮像明度分布を理想明度分布に近づけるように修正することによって、簡易に画像投射部からピーク位置が見える角度のピーク位置移動量に応じた変化量をスクリーンの傾斜の角度に近づけることができる。
【００１４】
ここで、「撮像情報生成部の特性」は、周辺光量の低下といった撮像光学系の特性や電子回路における処理特性を含む。「画像投射部の特性」は、投射光学系の特性や電子回路における処理特性を含む。電子回路の特性には、たとえば撮像部の周辺光量の補償処理の特性や画像投射部の液晶パネルの特性が含まれる。
【００１５】
上記プロジェクタにおいて、
前記補正用画像供給部は、前記撮像情報に基づいて生成された撮像明度分布と理想明度分布とに応じて、前記撮像明度分布が点光源時明度分布よりも前記理想明度分布に近づくように前記補正用画像を修正し、
前記点光源時明度分布は、前記画像投射部の光軸上における明度を明度Ｂｒとしたとき、前記光軸からの角度θだけ離れた位置において、前記明度Ｂｒ×ＣＯＳ3θの明度を有するように構成された明度分布であり、
前記理想明度分布は、前記明度Ｂｒ×ＣＯＳ3.75θの明度を有するように構成された明度分布であるようにしても良い。
【００１６】
こうすれば、簡易かつ一律に理想明度分布を準備することができる。本方法は、発明者によって新たに見いだされた以下の２つの着眼点によって実現された。すなわち、第１に画像投射部や撮像情報生成部の特性が、主として撮像光学系や投射光学系といった光学系の特性に依存するという点と、第２に、投射光学系や撮像光学系といった光学系の特性がプロジェクタや台形補正用撮像装置という同一の用途で使用される限りにおいて近似するという点である。
【００１７】
ここで、「点光源時明度分布」は、画像投射部の投射特性や撮像光学系の特性を考慮しない場合に想定される撮像明度分布である。一方、「理想明度分布」は、画像投射部の投射特性や撮像光学系の特性を考慮した場合に想定される撮像明度分布である。
【００１８】
上記プロジェクタにおいて、
前記補正用画像供給部は、前記撮像明度分布と前記理想明度分布の形状の一致性が所定の基準に達するまで前記修正を繰り返す処理モードを有するようにしても良い。
【００１９】
こうすれば、撮像明度分布を理想明度分布に近づけるための処理のロバスト性を高めることができる。現実に修正された補正用画像に基づいて、形状の一致性が所定の基準に達していることが確認されるからである。
【００２０】
上記プロジェクタにおいて、前記画像処理部は、
前記撮像情報に応じて、前記現実の投影面における明るさのピーク位置の前記画像投射部から見たピーク位置角度を決定するピーク位置角度決定部と、
前記仮想投影面における明るさのピーク位置の前記画像投射部から見た角度である基準ピーク位置角度からの、前記決定されたピーク位置角度までの角度の移動量であるピーク位置角度移動量に応じて、前記傾斜の角度を推定する傾斜角度推定部と、
前記推定された傾斜の角度に応じて、前記出力画像の歪みが補償されるように前記入力画像を予め歪ませる画像変形部と、
を有するようにしても良い。
【００２１】
なお、本発明は、プロジェクタやプロジェクタ制御装置、それらの方法または装置の機能をコンピュータに実現させるためのコンピュータプログラムやファームウェア、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、記憶装置を備える消耗品容器等の種々の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．プロジェクタの基本的構成とスクリーン傾斜角の推定原理：
Ｂ．本発明の第１実施例における補正用画像生成処理：
Ｃ．本発明の第１実施例における台形歪み補正処理：
Ｄ．本発明の第２実施例における補正用画像生成処理：
Ｅ．変形例：
【００２３】
Ａ．プロジェクタの基本的構成とスクリーン傾斜角の推定原理：
図１は、本発明の一実施例としての液晶プロジェクタ１０の構成を示すブロック図である。液晶プロジェクタ１０は、スクリーンＳＣ上に画像を投写するための光学系１００と、投写光を制御する制御系２００とを備えている。光学系１００は、照明光学系１１０と、液晶パネル（ＬＣＤ）１２０と、投写光学系１３０と備えている。制御系２００は、コントローラ２１０と、画像処理部２２０と、液晶パネル（ＬＣＤ）ドライバ２３０と、補正用画像修正部２６０と、撮像部２５０と、を備えている。
【００２４】
コントローラ２１０は、図示しないＣＰＵやメモリを備えている。コントローラ２１０は、画像処理部２２０と、ＬＣＤドライバ２３０と、補正用画像修正部２６０と、を制御する。
【００２５】
画像処理部２２０は、外部から与えられた入力画像信号を処理してＬＣＤドライバ２３０への入力信号を生成する。入力画像信号の処理には、画質調整処理や台形補正処理といった種々の画像処理が含まれている。画質調整処理には、たとえば輝度調整や色温度補正といった処理がある。台形補正処理とは、スクリーンＳＣが液晶プロジェクタ１０の光学系１００の光軸に対して正対しない場合に生ずる画像の歪み（台形歪み）を補正するための処理である。
【００２６】
ＬＣＤドライバ２３０は、画像処理部２２０から入力された画像データに基づいて、液晶パネル１２０を駆動するための駆動信号を生成する。この駆動信号は、液晶パネル１２０に供給されて、液晶パネル１２０が有する各画素の透過光量の制御に使用される。液晶パネル１２０を透過した光は、投写光学系１３０に照射される。
【００２７】
投写光学系１３０は、液晶パネル１２０から照射された光をスクリーンＳＣ上に投写する。スクリーンＳＣへの光の照射状態は、撮像部２５０によって撮像される。なお、本実施例では、光学系１００、ＬＣＤドライバ２３０、および画像処理部２２０は、特許請求の範囲における「画像投射部」に相当する。
【００２８】
図２は、本発明の実施例における撮像部２５０の撮像状態を示す説明図である。撮像部２５０は、液晶プロジェクタ１０の投写光学系１３０の近傍において、投写光学系１３０と平行の光軸を有するように装備されている。撮像部２５０は、投写光学系１３０の照射範囲Ｚｐを包含する視野角を有している。
【００２９】
本実施例では、撮像部２５０は、ハッチングされた領域を観測領域としている。この観測領域は、投写光学系１３０とほぼ同一の高さに設定された領域である。この観測領域は、横方向に分割された１５個の画素ブロックＢ１〜Ｂ１５から構成されている。本実施例では、この領域内で離散的に明るさの観測が行われる。なお、観測方法については後に詳述する。
【００３０】
図３は、液晶プロジェクタ１０が点光源であると仮定した場合の仮想投影面の投射状態を示す説明図である。図３（ａ）は、液晶プロジェクタ１０と仮想スクリーンＳＣｉと円筒スクリーンＳＣｃの相対的な位置を上方から見た図である。仮想スクリーンＳＣｉとは、仮想投影面に配置された現実のスクリーンＳＣである。円筒スクリーンＳＣｃとは、液晶プロジェクタ１０の点光源の位置を通る垂線を軸とする円筒状のスクリーンである。仮想スクリーンＳＣｉと円筒スクリーンＳＣｃの投影面は、本実施例では、鏡面反射光を排除するために、いずれも完全拡散面としている。
【００３１】
液晶プロジェクタ１０は、左右に６０度の照射範囲を有している。本実施例では、仮想スクリーンＳＣｉと円筒スクリーンＳＣｃの投影面の各位置は、投写光学系１３０の点光源の位置を中心とする各座標で規定されるものとしている。
【００３２】
図３（ｂ）は、仮想スクリーンＳＣｉと円筒スクリーンＳＣｃとにおける投影面の各位置の照度を示している。照度分布Ｌｓｉは、仮想スクリーンＳＣｉにおける照度分布を示している。照度分布Ｌｓｃは、円筒スクリーンＳＣｃにおける照度分布を示している。図３（ｂ）から分かるように、円筒スクリーンＳＣｃにおける照度分布Ｌｓｃがフラットなのに対して、仮想スクリーンＳＣｉにおける照度分布Ｌｓｉは観測対象位置が中心点Ｐｃｌ（θ＝０の位置）において最大であり、中心点Ｐｃｌから遠ざかる（θの絶対値が大きくなる）に従って小さくなっている。
【００３３】
このような照度分布となるのは、点光源によって照らされる完全拡散面の照度は、ランベルトの余弦法則と逆二乗の法則とに従うからである。ランベルトの余弦法則とは、観測点が発光点から受光する光束が、受光面（スクリーンＳＣｉ、ＳＣｃ）の法線と観測点と発光面を結ぶ線との間の角度θの余弦に比例するという法則である。一方、逆二乗の法則とは、観測点が発光面から受光する光束が、観測点と発光面の間の距離の二乗に反比例するという法則である。
【００３４】
この結果、仮想スクリーンＳＣｉの投影面の各部の照度は、正面の位置の照度にＣＯＳ3θ÷Ｒ０2（＝ＣＯＳθ÷（Ｒ０÷ＣＯＳθ）2）を乗じた値となっている。一方、円筒スクリーンＳＣｃは、前述のように液晶プロジェクタ１０の点光源の位置を通る垂線を軸とする円筒状のスクリーンなので、距離Ｒ０が一定であるとともに、角度θが常にゼロとなる。このため、円筒スクリーンＳＣｃにおける照度分布がフラットとなるのである。
【００３５】
図４は、投写光学系１３０の光軸に対して角度αで傾いた現実のスクリーンＳＣｒへの投射状態を示す説明図である。図４（ａ）は、液晶プロジェクタ１０とα度の傾きを有する現実のスクリーンＳＣｒの相対的な位置を上方から見た図である。図４（ｂ）は、仮想スクリーンＳＣｉにおける照度分布Ｌｓｉと現実のスクリーンＳＣｒにおける照度分布Ｌｓｒとを比較して示している。照度分布Ｌｓｉは、図３（ｂ）の照度分布Ｌｓｉと同一である。
【００３６】
照度分布Ｌｓｒは、液晶プロジェクタ１０の点光源が現実のスクリーンＳＣｒに正対する点Ｐ１において最大照度を有するとともに、点Ｐ１から遠ざかるに従って小さくなっている。ランベルトの余弦法則と逆二乗の法則によれば、点光源に正対する点Ｐ１において最大照度となるとともに、点Ｐ１から遠ざかるに従って照度が小さくなるからである。
【００３７】
このように、光源が点光源である場合には、ランベルトの余弦法則と逆二乗の法則によって、常に点光源に正対する位置が最大照度を有することが分かる。このことは、液晶プロジェクタ１０が点光源として光を照射すれば、液晶プロジェクタ１０の光軸と最大照度位置のズレと現実のスクリーンＳＣｒの傾斜角度が常に一致することを示している。
【００３８】
本願の発明者は、かかる観点に着目して、液晶パネル（ＬＣＤ）１２０をスクリーンＳＣに投影させるための投射光学系を備えた液晶プロジェクタ１０を、敢えて点光源として機能させることによって、現実のスクリーンＳＣｒの傾斜角度を推定するという非凡な方法を創作した。本願の発明者は、液晶プロジェクタ１０を点光源として機能させれば、液晶プロジェクタ１０の光軸と最大照度位置のズレと現実のスクリーンＳＣｒの傾斜角度が一致して、高い精度で現実のスクリーンＳＣｒの傾斜角度を推定することができることを見いだしたからである。
【００３９】
Ｂ．本発明の第１実施例における補正用画像生成処理：
図５は、本発明の第１実施例における補正用画像生成処理の内容を示す説明図である。本発明の各実施例は、液晶プロジェクタ１０を点光源として機能させるための補正用画像を生成するとともに、補正用画像を用いて現実のスクリーンＳＣｒの傾斜角度を推定するように構成されている。各実施例では、液晶プロジェクタ１０を点光源として機能させるための補正用画像を如何にして生成するかがポイントとなる。
【００４０】
ステップＳ１００では、ユーザは、仮想投影面に現実の投影面であるスクリーンＳｃを設置する。仮想投影面への設置は、たとえばスクリーンＳｃの中心を液晶プロジェクタ１０の光軸に合わせるとともに、液晶プロジェクタ１０の光学系１００を調整してピントを合わせることによって行われる。
【００４１】
ステップＳ２００では、液晶プロジェクタ１０は、全黒パターン画像をスクリーンＳＣに投影するとともに、撮像部２５０を用いて撮像処理を行う。全黒パターン画像を撮像するのは、全白画像との差分を求めて環境光による影響を抑制するためである。全黒パターン画像は、液晶パネル１２０の透過光量を最小値とするように構成された画像である。
【００４２】
ステップＳ３００では、液晶プロジェクタ１０は、全白パターン画像をスクリーンＳＣに投影するとともに、撮像部２５０を用いて撮像処理を行う。全白パターン画像を撮像するのは、本実施例では、全白パターン画像を基準（あるいは初期状態）として補正用画像を生成するからである。全白パターンは、液晶パネル１２０の透過光量を最大値とするように構成された画像である。なお、後述するように、全白パターン画像以外の画像パターンを基準として補正用画像を生成するようにしても良い。
【００４３】
ステップＳ４００では、液晶プロジェクタ１０は、撮像明度分布算出処理を行う。撮像明度分布算出処理とは、スクリーンＳＣの照度分布を撮像部２５０によって撮像して、画素値に変換された明度の分布を算出する処理である。
【００４４】
図６は、本発明の第１実施例における撮像明度分布算出処理の内容を示す説明図である。ステップＳ４１０では、液晶プロジェクタ１０は、画素ブロック化処理を行う。画素ブロック化処理とは、撮像部２５０によって取得された画像データを画素ブロックＢ１〜Ｂ１５（図２）毎に取り扱えるようにピクセルデータから画素ブロックＢ１〜Ｂ１５毎のデータに変換する処理である。画素ブロックＢ１〜Ｂ１５の各々は、複数の画素の集合である。
【００４５】
画素ブロック化処理を行う主な理由は、ピクセル単位の明度値が受けやすい局所ノイズの影響を抑制するためである。画素ブロック化処理は、さらに、データ数を削減させることができるため、以降の処理負担を軽減させることができるという利点をも有する。
【００４６】
ステップＳ４２０では、液晶プロジェクタ１０は、画素ブロックの位置を算出する。画素ブロック位置の算出は、たとえば画素ブロックの中心線分を算出するとともに、算出された中心線分に基づいて中心座標を求めることによって行われる。
【００４７】
ステップＳ４３０では、液晶プロジェクタ１０は、画素ブロック値を算出する。画素ブロック値の算出は、たとえば画素ブロックに含まれる画素値の平均値として算出することができる。画素ブロック値は、全白パターン画像をスクリーンＳＣに投影した際における全白ブロック値と、全黒パターン画像をスクリーンＳＣに投影した際の全黒ブロック値と、に基づいて算出される。画素ブロック値は、本実施例では、全白ブロック値から全黒ブロック値を減ずることによって算出される。全黒ブロック値を減ずるのは、環境光による影響を抑制するためである。
【００４８】
ステップＳ４４０では、液晶プロジェクタ１０は、画素ブロック位置と画素ブロック値とを用いて撮像明度分布を算出する。この撮像明度分布は、本実施例では、説明を分かりやすくするために画素ブロック値の最大値と全黒ブロック値の最小値とを用いて１から０への正規化が行われている。
【００４９】
図７は、本発明の第１実施例における補償量算出処理の内容を示す説明図である。この図は、各画素ブロックの正規化された画素値Ｐｂ１〜Ｐｂ１５と、理想明度分布と、各画素値Ｐｂ１〜Ｐｂ１５の各々を理想明度分布に近づけるための補償量Ｃｂ１〜Ｃｂ１５とが示されている。理想明度分布は、詳細については後述するが、補償量Ｃｂ１〜Ｃｂ１５の全てが正となるように正規化が行われている。なお、画素値Ｐｂ１〜Ｐｂ１５と補償量Ｃｂ１〜Ｃｂ１５の一部については、図が煩雑とならないように一部が省略されている。
【００５０】
ステップＳ５００では、液晶プロジェクタ１０は、理想明度分布を算出する。理想明度分布とは、液晶プロジェクタ１０が点光源として機能していると仮定した場合に、撮像部２５０で観測されるべき明度分布である。従って、画素値Ｐｂ１〜Ｐｂ１５の分布と理想明度分布の分布形状が一致すれば、光学系１００は、点光源として機能していることを意味することになる。補償量Ｃｂ１〜Ｃｂ１５は、画素値Ｐｂ１〜Ｐｂ１５の分布形状を理想明度分布の形状に近づけるための補償量である。この補償は、液晶パネル１２０の透過光量を調整することによって行われる。
【００５１】
理想明度分布は、本実施例では、液晶プロジェクタ１０が点光源として機能していると仮定した場合に生ずる理想スクリーン照度分布が、撮像部２５０によって画素値に変換された明度の分布である。すなわち、理想明度分布は、本実施例では、理想スクリーン照度分布に対して撮像部２５０が有する撮像光学系としての特性が加味された分布である。
【００５２】
図８は、本発明の第１実施例における理想スクリーン照度分布と理想撮像明度分布の関係を示す説明図である。理想スクリーン照度分布とは、点光源によって光を仮想スクリーンＳＣｉに照射した場合の照度分布Ｌｓｉを正規化した値である。理想撮像明度分布とは、照度分布Ｌｓｉを撮像部２５０によって撮像して、画素値に変換した明度の分布を正規化した値である。これらの値は、両者の関係を分かりやすくするために、それぞれの最大値を用いて１から０への正規化が行われている。
【００５３】
本実施例では、理想明度分布は、画像投射部の光軸上における明度を明度Ｂｒとしたとき、光軸からの角度θだけ離れた位置において、明度Ｂｒ×ＣＯＳ3.75θの明度を有する明度分布として構成されている。こうすれば、簡易かつ一律に理想明度分布を準備することができるからである。
【００５４】
この理想明度分布の構成方法は、発明者によって新たに見いだされた以下の２つの着眼点によって実現された。すなわち、第１に撮像情報生成部の特性が、主として撮像光学系の特性に依存するという点と、第２に、撮像光学系の光学系の特性が台形補正用撮像装置という同一の用途で使用される限りにおいて近似するという点である。
【００５５】
理想撮像明度分布と理想スクリーン照度分布の形状の不一致は、撮像部２５０における周辺光量の低下に起因するものである。ただし、理想撮像明度分布と理想スクリーン照度分布は、スクリーン上における各位置の明度と照度の値は、スクリーンＳＣが仮想投影面に設置されていれば相互に線形の関係にあることが分かっている。この関係に着目すれば、スクリーンＳＣが仮想投影面に設置されていることを前提として、理想撮像明度分布と撮像明度分布とを一致させれば、理想スクリーン照度分布とスクリーン照度分布とを一致させることができることが分かる。なお、本実施例においては、理想スクリーン照度分布を周辺光量の低下が無い撮像部で取得した際に得られるべき明度分布は、特許請求の範囲における「点光源時明度分布」に相当する。
【００５６】
このように、スクリーンＳＣが仮想投影面に設置されているときにおいて、撮像明度分布を理想撮像明度分布に近づけるように、液晶パネル１２０の透過光量を調整すれば、光学系１００の投射特性を擬似的に点光源に近づけることができることが分かる。
【００５７】
理想明度分布は、補償量Ｃｂ１〜Ｃｂ１５の全てが正となるように理想撮像明度分布を再正規化することによって調整される。再正規化は、この例では、理想撮像明度分布の最大値を用いて０．７から０への再正規化が行われている。これにより、最も小さな補償量Ｃｂ１０（図９）が正となっている。このように、補償量Ｃｂ１〜Ｃｂ１５の全てが正となるように正規化が行われているのは、液晶パネル１２０の透過光量の調整は、減らすことはできても増やすことができない、すなわち、単方向性を有することを考慮したためである。
【００５８】
ステップＳ６００（図５）では、液晶プロジェクタ１０は、設定階調値算出処理を実行する。設定階調値算出処理とは、光学系１００の投射特性を擬似的に点光源に近づけるように液晶パネル１２０の透過光量を調整するための設定階調値を算出する処理である。
【００５９】
設定階調値は、階調数が０〜２５５の２５６階調の場合には、たとえば以下の計算式を用いて算出することができる。
計算式：設定階調値＝２５５−（１−補償量）×２５５÷γ値。
ここで、γ値は、設定階調値と光学系１００が有する図示しないランプの輝度の関係を表すガンマ曲線の係数である。
【００６０】
ステップＳ７００（図５）では、液晶プロジェクタ１０は、補正用画像生成処理を実行する。補正用画像生成処理とは、算出された設定階調値を用いて補正用画像データを生成する処理である。補正用画像データの生成は、具体的には、たとえば各画素ブロックＢ１〜Ｂ１５に属する画素の画素値を設定階調値とすることによって行われる。
【００６１】
各画素ブロックの数は、本実施例では、説明を分かりやすくするために１５個としているが、ブロック数を多くすればより精密な調整が可能となる。ただし、ブロック数を多くすれば計算処理の負担が多くなるため、計測精度と処理負担のトレードオフの問題となる。ただし、プロジェクタの台形補正への実装上は、８０個程度で性能的に飽和することが発明者によって見いだされた。
【００６２】
ステップＳ８００では、液晶プロジェクタ１０は、補正用画像生成処理を格納する。補正用画像生成処理は、補正用画像修正部２６０が有する図示しない不揮発性メモリに格納される。これにより、電源をオフにしても補正用画像生成処理が保存された状態を維持できるので、補正用画像生成処理がたとえば生産工程の機能確認試験等において一度実行するだけでも本発明の効果を得ることができる。
【００６３】
Ｃ．本発明の第１実施例における台形歪み補正処理：
図９は、本発明の実施例における台形歪み補正処理のルーチンを示すフローチャートである。本実施例では、説明を分かりやすくするために垂直方向の傾きはないものと仮定としている。このため、本発明の実施例における台形歪み補正処理では、横方向のスクリーンの傾きのみが計測されることになる。
【００６４】
ステップＳ９１０では、液晶プロジェクタ１０は、補正用画像をスクリーンＳＣに投影する。補正用画像は、前述の方法で生成された画像であり、光学系１００の投射特性を擬似的に点光源に近づけるように構成されている。
【００６５】
ステップＳ９２０では、撮像部２５０（図１、図２）は、撮像処理を行う。撮像処理は、補正用画像が投影された領域のうち所定の撮像領域からの光量を計測する処理である。所定の撮像領域は、本実施例では、図２に示されたハッチング領域としている。なお、計測された光量は、特許請求の範囲における「明るさ情報」に相当する。
【００６６】
ステップＳ９３０では、液晶プロジェクタ１０は、全黒パターン画像をスクリーンＳＣに投影する。全黒パターン画像は、液晶パネル１２０の透過光量を最小値とするように構成された画像である。
【００６７】
ステップＳ９４０では、撮像部２５０は、撮像処理を行う。全黒パターン画像を撮像するのは、補正用画像との差分を求めて環境光による影響を抑制するためである。
【００６８】
ステップＳ９５０では、補正用画像修正部２６０は、センサ受光量解析処理を行う。センサ受光量解析処理とは、補正用画像と全黒パターン画像とを投影して取得した受光量の差を図示しないセンサの瞬時視野毎に取得するとともに、投写光学系１３０の光学的中心である主点を基準とした角座標系にマッピングする処理である。
【００６９】
ステップＳ９６０では、補正用画像修正部２６０は、スクリーンＳＣの傾きを推定する。スクリーンＳＣの傾きは、投写光学系１３０の光軸に対する受光量のピーク位置の角度に一致する。
【００７０】
ピーク位置の決定は、たとえば図１０（ａ）に示されるように角座標系にマッピングされた受光量の単純比較と補完処理によって決定しても良いし（δ２’）、たとえば図１０（ｂ）に示されるように最小二乗法を用いた曲線近似法（カーブフィッティング）によって決定（δ２’’）するようにしても良い。前者は、アルゴリズムが簡単で計算処理が単純であるという利点があり、後者は、受光量の計測ノイズによるスクリーンＳＣの角度の推定誤差が小さくなるという利点がある。曲線近似法には、さらに、ピーク位置近傍に大きなノイズが乗った場合でもノイズの影響を小さくすることができるという効果をも有する。
【００７１】
このようにして推定されたスクリーンＳＣの傾きは、補正用画像修正部２６０（図１）から画像処理部２２０に送られる。
【００７２】
ステップＳ９７０では、画像処理部２２０は、台形補正量を決定する。台形補正とは、スクリーンＳＣの傾きによって生ずる画像の歪みが少なくなるように（すなわち補償されるように）、予め投影する画像を逆方向に画像を歪ませる処理である。台形補正量は、この逆方向の歪み量を意味する。
【００７３】
図１１は、本発明の実施例におけるスクリーンＳＣの傾きと台形補正量の間の関係を示す説明図である。図１１から分かるように、スクリーンＳＣの傾きが大きくなるにしたがって補正量が大きくなる。スクリーンＳＣの傾きが大きくなるにしたがって補正量が大きくなるのは、スクリーンＳＣの傾きが大きくなると投写光学系１３０の主点からスクリーンＳＣの投影面への距離が左右で大きく異なることになるからである。
【００７４】
ステップＳ９８０では、液晶プロジェクタ１０は、台形補正済みの画像を投影する。台形補正済みの画像の投影は、決定された台形補正量で画像処理部２２０が投影画像を予め歪ませてから投影することによって行われる。
【００７５】
このように、本実施例では、明るさのピーク位置の移動量が仮想投影面と現実の投影面の間の角度のズレに一致するように構成された補正用画像を用いて角度のズレが計測されるので、ピーク位置の移動量に基づいて直接的に角度のズレを計測することができる。
【００７６】
Ｄ．本発明の第２実施例における補正用画像生成処理：
図１２は、本発明の第２実施例における補正用画像生成処理の内容を示す説明図である。第２実施例の補正用画像生成処理は、第１実施例の補正用画像生成処理と同様の方法で生成された補正用画像を検証しつつ、補正用画像が所定の基準に達するまで繰り返し演算が行われる点で第１実施例の補正用画像生成処理と異なる。
【００７７】
この繰り返し演算は、全白パターン画像撮像処理（ステップＳ３００、図５）を補正用画像撮像処理（ステップＳ３００ａ）に変更するとともに、補正用画像生成処理（ステップＳ７００）を補正用画像修正処理（ステップＳ７００ａ）と補正用画像が所定の基準に達っしているか否かを判断する処理（ステップＳ６５０）（以下では、補正用画像評価処理と呼ぶ。）に変更することによって実現されている。
【００７８】
補正用画像撮像処理（ステップＳ３００ａ）は、全白パターン画像の代わりに補正用画像データをスクリーンＳＣに投影する点で第１実施例の全白パターン画像撮像処理（ステップＳ３００）と異なる。ただし、補正用画像データが図示しないメモリに格納されていない場合には、全白パターン画像が投影される。一方、補正用画像修正処理（ステップＳ７００ａ）は、全白パターン画像の代わりに補正用画像データを基準とする点で第１実施例の補正用画像生成処理（ステップＳ７００）と異なる。
【００７９】
補正用画像評価処理（ステップＳ６５０）は、補正用画像撮像処理（ステップＳ３００ａ）で投影された補正用画像による撮像明度分布と理想撮像明度分布との間の形状の差が十分に小さいか否かを検証する処理である。この検証処理は、各画素ブロックの補償量に基づいて判断される。両者の形状の差は、たとえば各画素ブロックの補償量の２乗和が所定の閾値より小さいか否かで判断することができる。
【００８０】
このようにして、両者の形状の差が十分に小さくなるまで、補正用画像撮像処理（ステップＳ３００ａ）から補正用画像修正処理（ステップＳ７００ａ）までの処理が繰り返される（ステップＳ６５０）。
【００８１】
このように、第２実施例では、現実に修正された補正用画像に基づいて、形状の一致性が所定の基準に達していることが確認されるので、撮像明度分布を理想明度分布に近づけるための処理のロバスト性を高めることができるという利点がある。
【００８２】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、たとえば次のような変形も可能である。
【００８３】
Ｅ−１．上述の各実施例では、画像投射部の光軸上における明度を明度Ｂｒとしたとき、光軸から角度θだけ離れた位置において、明度Ｂｒ×ＣＯＳ3.75θの明度を有するように構成された明度分布を理想明度分布としているが、たとえば仮想投影面に配置されたスクリーンに対して点光源で実際に光を照射して撮像部によって取得された明度分布を理想明度分布とするように構成しても良いし、あるいは撮像部の光学特性に基づいて解析によって理想明度分布を算出するようにしても良い。
【００８４】
Ｅ−２．上述の各実施例では、撮像部の光学特性を考慮して理想明度分布が設定されているが、たとえば画像投射部の特性をも考慮して理想明度分布を設定するようにしても良い。上述の各実施例は、補正用画像を用いて投射光学系を擬似的に点光源として機能させるように構成されているが、完全に点光源として機能させることができない場合も想定されるからである。
【００８５】
なお、画像投射部は、その特性が主として投射光学系といった光学系の特性に依存するという点と、投射光学系の特性がプロジェクタという同一の用途で使用される限りにおいて近似するという点においては撮像部と同様である。本願の発明者は、このことも実験によって確認しているので、明度Ｂｒ×ＣＯＳ3.75θのような一律の明度分布は、画像投射部の特性をも考慮して設定することもできる。
【００８６】
また、撮像部や画像投射部の特性には、光学的な特性だけでなく電子回路の特性を含むようにしても良い。電子回路の特性には、たとえば撮像部の周辺光量の補償処理の特性や画像投射部の液晶パネルの特性が含まれる。一般に、本発明で使用される理想明度分布は、画像投射部（電子回路を含む）と撮像情報生成部（電子回路を含む）の少なくとも一方の特性に応じて予め設定されていれば良い。
【００８７】
Ｅ−３．上述の各実施例では、画像投射部の投射特性が点光源に近づくように補正用画像を修正しているが、たとえば照度比や照度分布の均一性に着目し、これを調整することによってピーク位置移動量が角度のズレに近くなるように補正用画像を修正するように構成しても良い。一般に、本発明における補正用画像の修正は、画像投射部からピーク位置を見る角度のピーク位置移動量に応じた変化量が、仮想投影面からのスクリーンの傾斜角度により近くなるように構成されていれば良い。
【００８８】
Ｅ−４．上述の実施例では、水平方向のスクリーンＳＣの傾きだけを推定して横方向の台形補正のみを実行しているが、縦方向の台形補正を組み合わせるようにしても良い。縦方向の角度の推定は、液晶プロジェクタ１０が、たとえば重力の方向や縦方向に光軸を調整するティルト機構が内蔵するセンサーを用いて計測するようにしても良いし、あるいは、明るさのピーク位置の上下方向の移動量に応じて計測するようにしても良い。さらに、上述の実施例に準じて縦方向の台形補正を単独で行うようにしても良い。
【００８９】
なお、特許請求の範囲における「仮想投影面と現実の投影面の間の傾斜」は、横方向と縦方向の少なくとも一方に発生する傾斜を意味している。
【００９０】
Ｅ−５．上述の実施例では、画像投射部は、その光軸がスクリーンＳＣに対して横方向に垂直に正対して配置されるように構成されているが、たとえば横方向に斜めに配置されることを前提とするように構成しても良い。本発明で使用する画像投射部は、予め設定された所定の位置関係で配置された仮想投影面に画像を投射するように構成されていればよく、仮想投影面は画像投射部の光軸に垂直に正対している必要はない。
【００９１】
Ｅ−６．上述の実施例では、全黒パターンを投影して撮像することによって環境光の影響を抑制しているが、全黒パターンの投影は必須ではなく省略することもできる。全黒パターンの投影には、環境光の影響を抑制して計測精度を高めることができるという利点がある。
【００９２】
Ｅ−７．液晶プロジェクタその他のプロジェクタは、さらに、現実の投影面が仮想投影面に一致するように配置された状態において、撮像情報に応じて補正用画像を再構成する作動モードである較正モードを有するようにすることが好ましい。
【００９３】
この較正モードは、現実の投影面が仮想投影面に一致するように配置された状態であることをプロジェクタに知らせるための入力を行う手段（たとえばスイッチやインターフェース画面）を付与することによって実現することができる。こうすれば、照明光学系や液晶パネル（あるいはＤＭＤ（登録商標）パネル）といった光学系部品の経年変化による計測精度の低下を抑制することができるからである。
【００９４】
Ｅ−８．上述の実施例では、本発明は液晶プロジェクタ１０として構成されているが、たとえばＤＬＰ（登録商標）方式や三管方式といった他の方式のプロジェクタとして構成することもできる。さらに、上述の実施例では、本発明はフロント方式のプロジェクタとして構成されているが、たとえばリア方式のプロジェクタにも適用することができる。
【００９５】
Ｅ−９．上述の実施例では、ピーク位置の移動量を表す変数として角度を用いているが、たとえば撮像装置が有する図示しないセンサの画素位置を用いて台形補正量を決定するように構成しても良い。一般に、本発明の画像処理部は、ピーク位置移動量に応じて出力画像の歪みが補償されるように入力画像を予め歪ませるように構成されていればよい。
【００９６】
本発明の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。この発明において、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピュータ内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピュータに固定されている外部記憶装置も含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一実施例としての液晶プロジェクタ１０の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施例における撮像部２５０の撮像状態を示す説明図。
【図３】液晶プロジェクタ１０が点光源であると仮定した場合の仮想投影面の投射状態を示す説明図。
【図４】投写光学系１３０の光軸に対して角度αで傾いた現実のスクリーンＳＣｒへの投射状態を示す説明図。
【図５】本発明の第１実施例における補正用画像生成処理の内容を示す説明図。
【図６】本発明の第１実施例における撮像明度分布算出処理の内容を示す説明図。
【図７】本発明の第１実施例における補償量算出処理の内容を示す説明図。
【図８】本発明の第１実施例における理想スクリーン照度分布と理想撮像明度分布の関係を示す説明図。
【図９】本発明の実施例における台形歪み補正処理のルーチンを示すフローチャート。
【図１０】本発明の実施例におけるピーク位置の決定の様子を示す説明図。
【図１１】本発明の実施例におけるスクリーンＳＣの傾きと台形補正量の間の関係を示す説明図。
【図１２】本発明の第２実施例における補正用画像生成処理の内容を示す説明図。
【符号の説明】
【００９８】
１０…液晶プロジェクタ
１００…光学系
１１０…照明光学系
１２０…液晶パネル
１３０…投写光学系
２００…制御系
２１０…コントローラ
２２０…画像処理部
２３０…ＬＣＤドライバ
２３０…ドライバ
２５０…撮像部
２６０…補正用画像修正部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006295292.tif 000011
【図１０】
2006295292.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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