(57)【要約】【課題】  外光の明るさや照明光の入り込みに関わらずに自動キャリブレーションを確実に行う。【解決手段】  ズームレンズを備え、投写面に画像を投写する投写レンズと、投写面における画像を撮像するイメージセンサと、を有し、イメージセンサで撮像された撮像画像と投写面における画像の相関関係を確立するために、複数のキャリブレーションポイントを含むテストパターンを投写するキャリブレーションの際に、ズームレンズの位置を、実際の投写が行われる第１の位置に対して、より小さな画像が投写される第２の位置として前記テストパターンを投写し、その時にイメージセンサにより得られた画像から取得された各キャリブレーションポイントの座標値を、第１の位置と第２の位置から補正する。【選択図】  図６
2018151457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子黒板システムを構成するプロジェクタであって、
ズームレンズを備え、投写面に画像を投写する投写レンズと、
前記ズームレンズの位置を可変とするズーム機構と、
前記投写面における前記画像を撮像するイメージセンサと、
前記ズーム機構を介して前記ズームレンズの位置を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記イメージセンサで撮像された撮像画像と前記投写面における前記画像の相関関係を確立するために、複数のキャリブレーションポイントを含むテストパターンを投写するキャリブレーションの際に、前記ズーム機構を介して前記ズームレンズの位置を、実際の投写が行われる第１の位置に対して、より小さな画像が投写される第２の位置として前記テストパターンを投写し、その時に前記イメージセンサにより得られた画像から取得された各キャリブレーションポイントの座標値を、前記第１の位置と第２の位置から補正する、プロジェクタ。
【請求項２】
請求項１記載のプロジェクタにおいて、
前記ズームレンズの位置を検出する位置センサを備え、前記制御部は前記位置センサの出力により前記ズームレンズの位置を検出する、プロジェクタ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
前記制御部は、前記第２の位置として投写される画像が最小となる位置とする、プロジェクタ。
【請求項４】
ズームレンズを備え、投写面に画像を投写する投写レンズと、
前記ズームレンズの位置を可変とするズーム機構と、
前記投写面における前記画像を撮像するイメージセンサと、を有する電子黒板システムを構成するプロジェクタで行われるキャリブレーション方法であって、
前記イメージセンサで撮像された撮像画像と前記投写面における前記画像の相関関係を確立するために、複数のキャリブレーションポイントを含むテストパターンを投写するキャリブレーションの際に、前記ズーム機構を介して前記ズームレンズの位置を、実際の投写が行われる第１の位置に対して、より小さな画像が投写される第２の位置として前記テストパターンを投写し、その時に前記イメージセンサにより得られた画像から取得された各キャリブレーションポイントの座標値を、前記第１の位置と第２の位置から補正する、キャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子黒板システムに関し、特に、電子黒板用のプロジェクタ、該プロジェクタで行われるキャリブレーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開２０１１−１２６２２５号公報）に開示されるようなプロジェクタ用の電子黒板システムとして、現在主流なのは、押下する事で赤外線を発光するペン先を有する電子ペンを使用し、その発光光をＣＭＯＳイメージセンサ等の赤外線撮像カメラで取得し、押下した座標を割り出す手法である。
【０００３】
図１（ａ）は電子黒板システムに使用されるプロジェクタの外観を示す斜視図である。プロジェクタ１０１には投写レンズ１０２および赤外線撮像を行うカメラユニット１０３が設けられている。図１（ｂ）は、スクリーン１０４における投写レンズ１０２により映像が投写される投写範囲１０５およびカメラユニット１０３による撮像範囲１０６を示す図である。図１（ｂ）に示されるように、撮像範囲１０６は投写範囲１０５よりも広く設定される。
【０００４】
投写レンズ２０２より投写した画像と、カメラユニット１０３で撮像した画像については相関関係を確立する必要があり、キャリブレーションを実施することが必要となる。
【０００５】
キャリブレーションはプロジェクタによりテストパターンを投写面に表示させ、カメラユニットで投写面におけるテストパターンの位置を取得する事により行うことが多い。
【０００６】
図２は、図１に示したプロジェクタ１０１で表示されるキャリブレーション用のテストパターンを示す図である。カメラユニット１０３によるカメラ取り込みエリア２０２内に、投写レンズ１０２によりテストパターン２０１が投写される。カメラ取り込みエリア２０２は撮像範囲１０６に対応し、テストパターン２０１は投写範囲１０５に対応する。また、テストパターン２０１は電子黒板システムとして動作するときに電子ペン（不図示）が使用される領域でもある。
【０００７】
テストパターン２０１としては、ポイントＡのみのテストパターン２０１を表示させてカメラユニット１０３で撮影し、表示位置を取得し、次にポイントＢのみのテストパターン２０１を表示させてカメラユニット１０３で撮影し、表示位置を取得、という様に各ポイントの表示位置をカメラユニット１０３で撮影し、表示位置を取得する事で、投射画面と撮像画面の相関関係を確立する事で、キャリブレーションが実施される。
【０００８】
人手を介することのない自動キャリブレーションでは、プロジェクタ１０１の投写レンズ１０２より投射したテストパターンをカメラユニット１０３で取り込むため、可視光を処理する事になる。一方、マニュアルのキャリブレーションでは、電子ペンを使用して各ポイントをペンで押下して行うため、赤外光を処理することとなる。また、電子黒板機能使用時も電子ペンを使用する為、赤外光を処理することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１２６２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
自動キャリブレーションは可視光を取り込むため、実施環境により動作不良を引き起こす事が問題となっている。具体的には、外光の影響によりカメラで取り込んだテストパターンのコントラストが低下し、テストパターンが識別できない。
【００１１】
外光が明るいと、図１に示したスクリーン１０４自体が明るくなり、図２に示したカメラ取り込みエリア２０２に対するテストパターン２０１のコントラストが低下し、テストパターン２０１の識別が困難になる。
【００１２】
また、カメラ取り込みエリア２０１に、入り込んだ他の光源をテストパターン２０１と識別することが出来ないという問題もある。
【００１３】
図３に示すように、周囲に設けられた蛍光灯などの照明光３０１や、スクリーン１０４で反射された反射光３０２が入り込むと、これらの光とテストパターン１０２の識別が出来なくなり、動作不良が発生する。
【００１４】
マニュアルキャリブレーションの時や電子ペン機能を使用する時には赤外光を処理する為、カメラユニット１０３のレンズ前に可視光カットフィルター等を設置する事で、外光や他光源の影響を排除しているが、自動キャリブレーション実施時には可視光を処理する為、影響を排除できない事が問題となっている。
【００１５】
プロジェクタより投射するテストパターンの明るさを上げる事により、外光や外部光源に対するコントラストを高めて、確実にテストパターンを識別できるが、単にプロジェクタからの投射光の光出力をアップすることによってテストパターンの明るさを上げた場合には、装置の大型化や消費電力の上昇等が発生することが懸念される。
本発明は、装置の大型化や消費電力の上昇を招来することなく、外光の明るさや照明光の入り込みに関わらずに自動キャリブレーションを確実に行うことのできる電子黒板システム用のプロジェクタ、該プロジェクタで行われるキャリブレーション方法を実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によるプロジェクタは、電子黒板システムを構成するプロジェクタであって、
ズームレンズを備え、投写面に画像を投写する投写レンズと、
前記ズームレンズの位置を可変とするズーム機構と、
前記投写面における前記画像を撮像するイメージセンサと、
前記ズーム機構を介して前記ズームレンズの位置を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記イメージセンサで撮像された撮像画像と前記投写面における前記画像の相関関係を確立するために、複数のキャリブレーションポイントを含むテストパターンを投写するキャリブレーションの際に、前記ズーム機構を介して前記ズームレンズの位置を、実際の投写が行われる第１の位置に対して、より小さな画像が投写される第２の位置として前記テストパターンを投写し、その時に前記イメージセンサにより得られた画像から取得された各キャリブレーションポイントの座標値を、前記第１の位置と第２の位置から補正する。
【００１７】
本発明によるキャリブレーション方法は、ズームレンズを備え、投写面に画像を投写する投写レンズと、
前記ズームレンズの位置を可変とするズーム機構と、
前記投写面における前記画像を撮像するイメージセンサと、を有する電子黒板システムを構成するプロジェクタで行われるキャリブレーション方法であって、
前記イメージセンサで撮像された撮像画像と前記投写面における前記画像の相関関係を確立するために、複数のキャリブレーションポイントを含むテストパターンを投写するキャリブレーションの際に、前記ズーム機構を介して前記ズームレンズの位置を、実際の投写が行われる第１の位置に対して、より小さな画像が投写される第２の位置として前記テストパターンを投写し、その時に前記イメージセンサにより得られた画像から取得された各キャリブレーションポイントの座標値を、前記第１の位置と第２の位置から補正する。
【発明の効果】
【００１８】
上記のように構成される本発明においては、外光の明るさや照明光の入り込みに関わらずに自動キャリブレーションが確実に行われる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は電子黒板システムに使用されるプロジェクタの外観を示す斜視図、（ｂ）は、スクリーン１０４における投写レンズ１０２により映像が投写される投写範囲１０５およびカメラユニット１０３による撮像範囲１０６を示す図である。
【図２】図１に示したプロジェクタ１０１で表示されるキャリブレーション用のテストパターンを示す図である。
【図３】カメラ取り込みエリア２０１に、入り込んだ外乱光を示す図である。
【図４】本発明で行われる自動キャリブレーション時の投写エリアを示す図である。
【図５】本発明で行われる自動キャリブレーション時の投写エリアを示す図である。
【図６】本発明によるプロジェクタの一実施形態の要部構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施形態において自動キャリブレーションを行う際の制御部６０４の制御動作を示すフローチャートである。
【図８】図７のステップＳ７１０で行われる座標補正方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図４および図５は本発明で行われる自動キャリブレーション時の投写エリアを示す図、図６は本発明によるプロジェクタの一実施形態の要部構成を示すブロック図である。
【００２１】
本発明においては、テストパターンを投写してカメラユニットで取り込む際に、投射レンズのズーム比を変更してテストパターンの画像を小さくして投写する事で、テストパターンを明るくし、外光に対するコントラストを高める。例えば、図４に示すような、ズーム比を１／２としたテストパターン４０１の画面の明るさは、それまでのテストパターン２０１の４倍となり、コントラストを４倍にする事が出来る。
【００２２】
本発明では、実際に電子ペン機能を使用するテストパターン２０１の投写領域と、キャリブレーションを実施するテストパターン４０１の投写領域が異なる事で、投射画面と撮像画面の相関関係がずれてしまう。このため、このずれを、ズーム比を自動で検出して図５に示すように補正する事で相関関係を確立することとしている。
【００２３】
次に、上記のテストパターンの投写および補正を行う本実施形態のプロジェクタの構成について、図６を参照して説明する。
【００２４】
本実施形態のプロジェクタは、イメージセンサ６０１と、モーター６０２と、モーター駆動回路６０３と、制御部６０４と、テストターン生成回路６０５と、表示デバイス６０６と、ズーム駆動回路６０７と、投写レンズ６０８と、位置センサ６０９とを備えている。
【００２５】
プロジェクタには図６に示した構成の他に、外部からの映像信号の受付部や、映像信号に応じて表示デバイス６０６を駆動する表示デバイス駆動回路などが設けられているがこれらはすべて一般的な構成のものであり、また、本発明の動作には特に関与しないため、図示および説明は省略する。
【００２６】
イメージセンサ６０１は、図１に示したカメラユニット１０３を構成するもので、可視光による投写画面や電子ペンの赤外光を撮像し、その結果を制御部６０４へ出力する。
【００２７】
制御部６０４は、テストパターン生成回路６０５にテストパターンの生成を行わせる。テストパターン生成回路６０５により生成されたテストパターンは、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の画像生成用の光学デバイスである表示デバイス６０６に供給されて画像光となり、投写レンズ６０８（図１に示した投写レンズ１０２に相当する）により拡大投写される。
【００２８】
投写レンズ６０８は移動可能なズームレンズを含む複数のレンズからなり、該ズームレンズが投写方向に移動することにより投写倍率が可変とされる。ズーム駆動部６０７の制御によりズーム位置が決定される。投写レンズ６０８のズームレンズの位置（以下、ズーム位置と称する）は位置センサ６０９により検出されて制御部６０４に送出される。
【００２９】
モーター６０２、モーター駆動部６０３、および、ズーム駆動部６０７はズーム機構を構成するもので、制御部６０４は、モーター駆動回路６０３を介してズーム駆動部６０７の動作を決定するモーター６０２を駆動し、ズーム駆動部６０７により投写レンズ６０８のズーム状態を制御している。また、投写レンズ６０８の投写倍率およびこれに対応するイメージセンサ６０１の取得値、これらより算出した値を保管する機能も有する。
【００３０】
図７は本実施形態において自動キャリブレーションを行う際の制御部６０４の制御動作を示すフローチャートである。
【００３１】
自動キャリブレーションが開始されると（ステップＳ７０１）、制御部６０４は、キャリブレーションのためのテストパターン４０１を表示する前の、電子黒板システムとして動作するときに電子ペンが使用される領域でもあるテストパターン２０１を投写する投写レンズ６０８の現在のズーム位置「Ａ」を取得する（ステップＳ７０２）。
【００３２】
次に、投写レンズ６０８のズーム位置を投写画像が最小となる位置（Ｔｅｌｅ端）へ移動させ（ステップＳ７０３）、そのときのズーム位置「Ｂ」を取得する（ステップＳ７０４）。
【００３３】
次に、電子ペン機能を使用するズーム位置「Ａ」と投写画像が最小となる位置（Ｔｅｌｅ端）「Ｂ］からズーム倍率Ｃ（＝Ａ／Ｂ）を算出する（ステップＳ７０５）。
【００３４】
次に、テストパターン４０１を表示させ（ステップＳ７０６）、表示されているキャリブレーションポイントの画像を取得する（ステップＳ７０７）。本実施形態で用いられるテストパターン４０１はキャリブレーションポイントを９つ含むものであるため、各ポイントのテストパターンの表示と撮像を順番に繰り返し、９ポイント終了した時点でテストパターンの表示を終了し（ステップＳ７０８）、次の処理へ移行する。
【００３５】
次に、ステップＳ７０７で取得された画像より、各キャリブレーションポイントの座標（ｘ、ｙ）を算出する（ステップＳ７０９）。
【００３６】
次に、ステップＳ７０９で算出した各キャリブレーションポイントの座標（ｘ、ｙ）を、ステップＳ７０５で求めたズーム倍率Ｃより、電子ペン機能を使用するズーム位置での座標（Ｘ，Ｙ）を補正計算し（ステップＳ７１０）、保管する（ステップＳ７１１）。
【００３７】
次に、投写レンズ６０８のズーム位置を、電子ペン機能を使用するズーム位置「Ａ」として（ステップＳ７１２）、キャリブレーションを終了する（Ｓ７１３）。
【００３８】
図８は、図７のステップＳ７１０で行われる座標補正方法を説明するための図であり、例としてズーム倍率が「２倍」の場合のテストパターンを示す図である。
【００３９】
座標の基準座標（０，０）を「Ｅ」とした場合、キャリブレーションポイントの各座標にズーム倍率「２」をかける事で補正が行われる。
【００４０】
・ポジション「Ａ」：キャリブレーション位置座標「−ｘ，＋ｙ」⇒補正座標「Ｘ，Ｙ」＝「−２ｘ，＋２ｙ」
・ポジション「Ｂ」：キャリブレーション位置座標「０，＋ｙ」⇒補正座標「Ｘ，Ｙ」＝「０，＋２ｙ」
・ポジション「Ｃ」：キャリブレーション位置座標「＋ｘ，＋ｙ」⇒補正座標「Ｘ，Ｙ」＝「＋２ｘ，＋２ｙ」
・ポジション「Ｄ」：キャリブレーション位置座標「＋ｘ，０」⇒補正座標「Ｘ，Ｙ」＝「＋２ｘ，０」
・ポジション「Ｅ」：キャリブレーション位置座標「０，０」⇒補正座標「Ｘ，Ｙ」＝「０，０」
・ポジション「Ｆ」：キャリブレーション位置座標「−ｘ，０」⇒補正座標「Ｘ，Ｙ」＝「−２ｘ，０」
・ポジション「Ｇ」：キャリブレーション位置座標「−ｘ，−ｙ」⇒補正座標「Ｘ，Ｙ」＝「−２ｘ，−２ｙ」
・ポジション「Ｈ」：キャリブレーション位置座標「０，−ｙ」⇒補正座標「Ｘ，Ｙ」＝「０，−２ｙ」
・ポジション「Ｉ」：キャリブレーション位置座標「＋ｘ，−ｙ」⇒補正座標「Ｘ，Ｙ」＝「＋２ｘ，−２ｙ」
本説明では説明を簡素化する為、投射画面の打ち上げ角度が「０°」で、スクリーンとプロジェクタが直行し、画面が歪んでいない場合を条件としたが、画面の打ち上げ（レンズシフト時）や斜め投射等で画面が歪んだ場合でも補正可能となる。この場合には、打ち上げ角度、倍率、スクリーンと投射軸の関係より計算式を算出し補正することとなる。
【００４１】
なお、上記の実施形態では、自動キャリブレーションの際に投写レンズ６０８のズーム位置を投写画像が最小となる位置（Ｔｅｌｅ端）へ移動させることとして説明したが、これに限定されるものではない。実際の投写が行われる位置よりも小さな画像が投写される位置であれば、テストパターンの明るさを実際の投写時よりもより明るくすることができ、本発明の効果が実現される。
【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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