(57)【要約】【課題】原画像から画像を抽出することが可能な範囲を算出すること。【解決手段】本開示の投影システムは、原画像から抽出した抽出画像に基づいて射影変換前画像を生成し、パラメータを用いた射影変換処理を射影変換前画像に施して出力画像を生成し、投影装置に出力画像を出力させて投影面に投影画像を投影させる。原画像の所定範囲から抽出画像を抽出した場合、射影変換前画像が投影面の所定位置になるように、投影画像が投影面に投影される。所定範囲の白画像を前記射影変換前画像として射影変換処理を施して出力画像を取得し、前記出力画像における縁の黒画素の幅を検出し、前記出力画像の座標系における前記幅の長さを、前記抽出画像の座標系における長さに変換することによって、前記原画像から前記抽出画像を抽出することが可能な範囲を算出する。【選択図】図１０
2018077431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影装置と、
射影変換のためのパラメータを記憶する記憶部と、
原画像から抽出した抽出画像に基づいて射影変換前画像を生成し、前記パラメータを用いた射影変換処理を前記射影変換前画像に施して出力画像を生成し、前記投影装置に前記出力画像を出力させて投影面に投影画像を投影させる制御部と、
を備え、
前記制御部が前記原画像の所定範囲から前記抽出画像を抽出した場合、前記射影変換前画像が前記投影面の所定位置になるように、前記投影画像が前記投影面に投影されるとともに、
前記制御部は、
前記所定範囲の白画像を前記射影変換前画像として前記射影変換処理を施して前記出力画像を取得し、
前記出力画像における縁の黒画素の幅を検出し、
前記出力画像の座標系における前記幅の長さを、前記抽出画像の座標系における長さに変換することによって、前記原画像から前記抽出画像を抽出することが可能な範囲を算出する
ことを特徴とする投影システム。
【請求項２】
請求項１に記載の投影システムであって、
前記投影装置は、第１投影部と、第２投影部とを有し、
前記制御部は、前記第１投影部及び前記第２投影部にそれぞれ前記出力画像を出力させて前記投影面に１枚の画像として前記投影画像を投影させる際に、
前記原画像から前記抽出画像を抽出する範囲を前記所定範囲から変更することによって、前記第１投影部が前記抽出画像に相当する画像を投影する範囲と、前記第２投影部が前記抽出画像に相当する画像を投影する範囲とを重複させる
ことを特徴とする投影システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の投影システムであって、
前記制御部は、
前記原画像から前記抽出画像を抽出する範囲を前記所定範囲から変更することによって、前記射影変換前画像を構成する画素の座標が、前記所定範囲から前記抽出画像を抽出した場合の座標からＶ画素分だけ変化するとき、
前記射影変換前画像に対して、前記Ｖ画素分の並進処理と前記パラメータを用いた射影変換処理とを施して前記出力画像を生成する
ことを特徴とする投影システム。
【請求項４】
透明な底面を有し、光硬化性樹脂を貯留する樹脂槽と、
前記底面を投影面として投影画像を投影する投影装置と、
射影変換のためのパラメータを記憶する記憶部と、
原画像から抽出した抽出画像に基づいて射影変換前画像を生成し、前記パラメータを用いた射影変換処理を前記射影変換前画像に施して出力画像を生成し、前記投影装置に前記出力画像を出力させて前記投影面に前記投影画像を投影させる制御部と、
を備え、
前記制御部が前記原画像の所定範囲から前記抽出画像を抽出した場合、前記射影変換前画像が前記投影面の所定位置になるように、前記投影画像が前記投影面に投影されるとともに、
前記制御部は、
前記所定範囲の白画像を前記射影変換前画像として前記射影変換処理を施して前記出力画像を取得し、
前記出力画像における縁の黒画素の幅を検出し、
前記出力画像の座標系における前記幅の長さを、前記抽出画像の座標系における長さに変換することによって、前記原画像から前記抽出画像を抽出することが可能な範囲を算出する
ことを特徴とする造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影システム及び造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光硬化性樹脂に光（可視光や紫外光など）を照射して立体物（３次元形状造形物）を造形する造形装置が知られている。例えば特許文献１、２には、複数の投影装置（プロジェクタ）を備えた造形装置が記載されている。このような造形装置には、投影面に画像を投影する投影システムが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１６６１０号公報
【特許文献２】特開２０１５−２０１７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
画像を投影面に投影すると、投影面に投影された画像（投影画像）が歪むことがあるため、予め画像に射影変換処理を施して、投影画像の歪みを補正することがある。このような場合、投影システムには、予め所定の射影変換処理を施すためのパラメータが記憶されている。
【０００５】
原画像から抽出して得られた画像（抽出画像・射影変換前画像）に対して射影変換処理を施して出力画像を生成し、この出力画像を投影装置に投影させることによって、抽出画像に相当する画像を投影面に投影させることがある。この場合、射影変換処理に用いられるパラメータは、原画像の所定範囲から抽出画像を抽出することを想定して設定されたパラメータであるが、同じパラメータを用いつつ、原画像から画像を抽出する範囲を変更したいことがある。
【０００６】
本発明は、原画像から抽出した抽出画像に相当する画像を投影面に投影させる際に、原画像から画像を抽出することが可能な範囲を算出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための主たる発明は、投影装置と、射影変換のためのパラメータを記憶する記憶部と、原画像から抽出した抽出画像に基づいて射影変換前画像を生成し、前記パラメータを用いた射影変換処理を前記射影変換前画像に施して出力画像を生成し、前記投影装置に前記出力画像を出力させて投影面に投影画像を投影させる制御部と、を備え、前記制御部が前記原画像の所定範囲から前記抽出画像を抽出した場合、前記射影変換前画像が前記投影面の所定位置になるように、前記投影画像が前記投影面に投影されるとともに、前記制御部は、前記所定範囲の白画像を前記射影変換前画像として前記射影変換処理を施して前記出力画像を取得し、前記出力画像における縁の黒画素の幅を検出し、前記出力画像の座標系における前記幅の長さを、前記抽出画像の座標系における長さに変換することによって、前記原画像から前記抽出画像を抽出することが可能な範囲を算出することを特徴とする投影システムである。
【０００８】
本発明の他の特徴については、本明細書の記載により明らかにする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、原画像から抽出した抽出画像に相当する画像を投影面に投影させる際に、原画像から画像を抽出することが可能な範囲を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施形態の造形装置１の構成の説明図である。
【図２】図２は、並進処理部３５Ｄ及び範囲検出部３５Ｇを除いた通常の画像処理部３５の機能の説明図である。
【図３】図３は、射影変換処理の説明図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、投影面での第１プロジェクタ２１及び第２プロジェクタ２２の投影範囲と造形範囲との位置関係を示す図である。
【図５】図５Ａは、上記のようにスライス画像を２分割した場合の説明図である。図５Ｂは、スライス画像から一部の領域が重複するように画像を抽出した場合の問題点を示す図である。
【図６】図６は、並進処理の説明図である。
【図７】図７Ａは、画像処理部３５が行う並進処理と射影変換処理の説明図である。図７Ｂは、画像処理部３５が行う別の並進処理及び射影変換処理の説明図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、投影面での第１プロジェクタ２１及び第２プロジェクタ２２の投影範囲と造形範囲との位置関係を示す図である。
【図９】図９は、Ｖ１の上限値の算出方法のフロー図である。
【図１０】図１０は、Ｖ１の上限値の算出の様子の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＝＝＝開示の概要＝＝＝
本明細書の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
【００１２】
投影装置と、射影変換のためのパラメータを記憶する記憶部と、原画像から抽出した抽出画像に基づいて射影変換前画像を生成し、前記パラメータを用いた射影変換処理を前記射影変換前画像に施して出力画像を生成し、前記投影装置に前記出力画像を出力させて投影面に投影画像を投影させる制御部と、を備え、前記制御部が前記原画像の所定範囲から前記抽出画像を抽出した場合、前記射影変換前画像が前記投影面の所定位置になるように、前記投影画像が前記投影面に投影されるとともに、前記制御部は、前記所定範囲の白画像を前記射影変換前画像として前記射影変換処理を施して前記出力画像を取得し、前記出力画像における縁の黒画素の幅を検出し、前記出力画像の座標系における前記幅の長さを、前記抽出画像の座標系における長さに変換することによって、前記原画像から前記抽出画像を抽出することが可能な範囲を算出することを特徴とする投影システムが明らかとなる。このような投影システムによれば、原画像から抽出した抽出画像に相当する画像を投影面に投影させる際に、原画像から画像を抽出することが可能な範囲を算出することができる。
【００１３】
前記投影装置は、第１投影部と、第２投影部とを有し、前記制御部は、前記第１投影部及び前記第２投影部にそれぞれ前記出力画像を出力させて前記投影面に１枚の画像として前記投影画像を投影させる際に、前記原画像から前記抽出画像を抽出する範囲を前記所定範囲から変更することによって、前記第１投影部が前記抽出画像に相当する画像を投影する範囲と、前記第２投影部が前記抽出画像に相当する画像を投影する範囲とを重複させる
ことが望ましい。これにより、投影された２つの画像の境界が目立たずに済む。
【００１４】
前記制御部は、前記原画像から前記抽出画像を抽出する範囲を前記所定範囲から変更することによって、前記射影変換前画像を構成する画素の座標が、前記所定範囲から前記抽出画像を抽出した場合の座標からＶ画素分だけ変化するとき、前記射影変換前画像に対して、前記Ｖ画素分の並進処理と前記パラメータを用いた射影変換処理とを施して前記出力画像を生成することが望ましい。これにより、射影変換処理のパラメータを変更せずに、原画像から画像を抽出する範囲を任意に変更可能にすることが可能である。
【００１５】
透明な底面を有し、光硬化性樹脂を貯留する樹脂槽と、前記底面を投影面として投影画像を投影する投影装置と、射影変換のためのパラメータを記憶する記憶部と、原画像から抽出した抽出画像に基づいて射影変換前画像を生成し、前記パラメータを用いた射影変換処理を前記射影変換前画像に施して出力画像を生成し、前記投影装置に前記出力画像を出力させて前記投影面に前記投影画像を投影させる制御部と、を備え、前記制御部が前記原画像の所定範囲から前記抽出画像を抽出した場合、前記射影変換前画像が前記投影面の所定位置になるように、前記投影画像が前記投影面に投影されるとともに、前記制御部は、前記所定範囲の白画像を前記射影変換前画像として前記射影変換処理を施して前記出力画像を取得し、前記出力画像における縁の黒画素の幅を検出し、前記出力画像の座標系における前記幅の長さを、前記抽出画像の座標系における長さに変換することによって、前記原画像から前記抽出画像を抽出することが可能な範囲を算出することを特徴とする造形装置が明らかとなる。このような造形装置によれば、原画像から抽出した抽出画像に相当する画像を投影面に投影させる際に、原画像から画像を抽出することが可能な範囲を算出することができる。
【００１６】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜造形装置１の基本構造と基本動作＞
図１は、本実施形態の造形装置１の構成の説明図である。本実施形態の造形装置１は、光硬化性樹脂１１Ａを貯留した樹脂槽１１の透明な底面に光を順次照射し、硬化した樹脂を引き上げながら積層させて立体物を造形する装置である。造形装置１は、樹脂槽１１と、ホルダ１２と、昇降装置１３と、投影装置２０と、制御部３０とを有する。なお、造形装置１には、投影装置２０と制御部３０とを備えた投影システムが含まれている。
【００１７】
樹脂槽１１は、光硬化性樹脂１１Ａを貯留するための容器である。樹脂槽１１の底面は、光を透過可能な材料で構成されており、投影装置２０から照射される光を透過可能である。このため、投影装置２０から光が照射されると、樹脂槽１１に貯留された光硬化性樹脂１１Ａ（詳しくは、樹脂槽１１の底面と、ホルダ１２又は硬化樹脂の下面との間の光硬化性樹脂１１Ａ）が硬化することになる。
【００１８】
ホルダ１２は、造形物（硬化した樹脂）を保持する部材である。ホルダ１２は、下面に造形物を吊り下げるように保持する。ホルダ１２は、昇降装置１３によって上下方向に移動可能である。造形時には、ホルダ１２は、投影装置２０から光が照射されるごとに、所定の距離（硬化した樹脂層の厚さに相当する分）だけ上に引き揚げられる。これにより、ホルダ１２の下側において、造形物が下方に成長するように形成される。
【００１９】
昇降装置１３は、ホルダ１２を上下方向に移動させる装置である。造形時には、昇降装置１３は、ホルダ１２を間欠的に上昇させる。
【００２０】
投影装置２０は、樹脂槽１１の底面に画像を投影する装置である。以下の説明では、投影面（ここでは樹脂槽１１の底面）に投影される画像のことを「投影画像」と呼ぶことがある。投影画像の明るい箇所（画素）には光が照射され、露光された箇所の光硬化性樹脂１１Ａが硬化することになる。投影装置２０は、第１プロジェクタ２１と、第２プロジェクタ２２とを有し、２つのプロジェクタから投影された画像を１枚の画像として樹脂槽１１の底面に投影する。第１プロジェクタ２１及び第２プロジェクタ２２の構成は共通しており、互いに対向して配置されている。第１プロジェクタ２１は、画像を出力するための第１出力部２１Ａを有し、第２プロジェクタ２２は、画像を出力するための第２出力部２２Ａを有する。投影装置２０は、第１ミラー２３１及び第２ミラー２３２を有する。第１ミラー２３１は、第１プロジェクタ２１の第１出力部２１Ａから出力された画像を反射して、樹脂槽１１の底面に画像を投影する。第２ミラー２３２は、第２プロジェクタ２２の第２出力部２２Ａから出力された画像を反射して、樹脂槽１１の底面に画像を投影する。
【００２１】
制御部３０は、造形装置１の制御を司るコントローラーである。制御部３０は、例えば、制御プログラムをインストールしたコンピューターである。制御部３０は、例えば、昇降制御部３１及び投影制御部３２を有する。昇降制御部３１は、昇降装置１３の駆動を制御する機能を有する。投影制御部３２は、投影装置２０の動作を制御する機能を有する。
【００２２】
また、制御部３０は、各種データを記憶する記憶部３３を有する。記憶部３３は、例えば、３次元データ記憶部３３Ａ、２次元データ記憶部３３Ｂ及びパラメータ記憶部３３Ｃを有する。３次元データ記憶部３３Ａには、造形対象物の３次元データが記憶されている。２次元データ記憶部３３Ｂには、２次元画像が記憶されている。２次元画像としては、例えば、３次元データから形成したスライス画像（後述）や、スライス画像から抽出された抽出画像（後述）や、射影変換前画像（後述）及び射影変換後画像（後述）や、第１プロジェクタ２１の第１出力部２１Ａや第２プロジェクタ２２の第２出力部２２Ａから出力させる出力画像（後述）などが含まれる。パラメータ記憶部３３Ｃには、各種パラメータが記憶されており、後述する射影変換のためのパラメータなどが記憶されている。
【００２３】
制御部３０は、画像処理部３５を有する。画像処理部３５は、スライス画像取得部３５Ａと、抽出処理部３５Ｂと、反転処理部３５Ｃと、並進処理部３５Ｄと、射影変換部３５Ｅと、画像出力部３５Ｆと、範囲検出部３５Ｇとを有する。図２は、並進処理部３５Ｄ及び範囲検出部３５Ｇを除いた通常の画像処理部３５の機能の説明図である。ここでは、一例として、造形対象物が柱状の「２」であるものとする。なお、図２に示すように、第ｉプロジェクタ（ｉは１又は２）の出力部における座標系のことを「Ｕｉ−Ｖｉ座標系」と呼ぶことがある。なお、各座標系の原点位置を丸印で示すことがある。また、投影面（樹脂槽１１の底面）における座標系のことを「Ｕ’−Ｖ’座標系」と呼ぶことがある。
【００２４】
スライス画像取得部３５Ａは、造形対象物の３次元データに基づいて、形成対象の層における２次元画像（スライス画像）を取得する機能を有する。例えば、スライス画像取得部３５Ａは、柱状の「２」を示す３次元データに基づいて、白抜きの「２」を示す２次元のスライス画像を生成する。ここでは、スライス画像は、１３６６×１５３６ピクセルの解像度で構成されている。最初の２次元画像であるスライス画像のことを「原画像」と呼ぶことがある。また、以下の説明では、スライス画像の座標系のことを「Ｘ０−Ｙ０座標系」と呼ぶことがある。また、Ｘ０−Ｙ０座標系における座標を「座標（ｘ，ｙ）」で示すことがある。なお、Ｘ０−Ｙ０座標系の原点位置は、スライス画像の角（図２のスライス画像では左上の角）に位置する。
【００２５】
抽出処理部３５Ｂは、スライス画像に基づいて、それぞれのプロジェクタの出力対象となる画像（抽出画像）を抽出する機能を有する。ここでは、抽出処理部３５Ｂは、スライス画像を２分割し、第１プロジェクタ２１の出力対象として、スライス画像の上側半分の領域を抽出するとともに、第２プロジェクタ２２の出力対象として、スライス画像の下側半分の領域を抽出する。ここでは、スライス画像を２分割した画像は、いずれも１３６６×７６８ピクセルの解像度で構成されている。なお、抽出処理部３５Ｂは、ここではスライス画像を２分割しているが、後述するように、任意の領域から画像を抽出することができる。
【００２６】
以下の説明では、第ｉプロジェクタ（ｉは１又は２）の抽出画像における座標系のことを「Ｘｉ−Ｙｉ座標系」と呼ぶことがある。また、Ｘｉ−Ｙｉ座標系における座標を「座標（ｘｉ，ｙｉ）」又は「座標（ｘ，ｙ）」で示すことがある。なお、Ｘｉ−Ｙｉ座標系の原点位置は、抽出画像の角（図２の抽出画像では左上の角）に位置する。
【００２７】
反転処理部３５Ｃは、抽出画像を所定方向に反転させる機能を有する。ここでは、反転処理部３５Ｃは、第１プロジェクタ２１のための抽出画像に対しては上下反転処理を施すとともに、第２プロジェクタ２２のための抽出画像に対しては左右反転処理を施している。なお、投影装置２０におけるプロジェクタの配置次第によって、反転処理部３５Ｃは無くても良い。
【００２８】
反転処理後の画像の解像度は、抽出画像の解像度（例えば、ここでは１３６６×７６８ピクセルの解像度）と同じになる。以下の説明では、反転処理後の画像の座標系は、「Ｘｉ−Ｙｉ座標系」とする。Ｘｉ−Ｙｉ座標系の原点位置は、反転処理後の画像（射影変換前の画像）の角（図２の反転画像では左上の角）に位置する。
【００２９】
射影変換部３５Ｅは、抽出画像（反転後の抽出画像）に射影変換処理を施す機能を有する。射影変換処理は、投影される画像の歪み（台形歪み等）を補正するための処理である。
【００３０】
図３は、射影変換処理の説明図である。図中の左に示すように、矩形の画像（出力画像）をそのままプロジェクタから出力しても、投影面における画像（投影画像）が歪むことがある。そこで、投影面における画像の歪みを予め計測しておき、歪みに応じたパラメータからなる射影変換行列によって画像を補正し、射影変換後の画像をプロジェクタから出力させることによって、投影面における画像の歪みを抑制することができる（図３の右図参照）。
【００３１】
ここで、射影変換前の画像の座標を（ｘｉ,ｙｉ）とし、射影変換後の画像の座標を（ｘｉ’,ｙｉ’）とし、射影変換行列をＨｉとすると、射影変換前後の座標の関係は次式に示す通りである。
【００３２】
【数１】
2018077431.tif 000003
【００３３】
なお、射影変換行列Ｈｉを構成するパラメータ（ｈ１１ｉ〜ｈ３３ｉ）は、投影面における画像の歪みに応じて予め求められた値であり、パラメータ記憶部３３Ｃに記憶されている。また、パラメータ記憶部３３Ｃには、第１プロジェクタ２１のための射影変換行列Ｈ１のためのパラメータと、第２プロジェクタ２２のための射影変換行列Ｈ２のパラメータとが予め用意されている。
【００３４】
射影変換後の画像の２次元データを生成するためには、射影変換後の画素（ピクセル）の座標値（ｘｉ’及びｙｉ’）が整数である必要がある。このため、射影変換部３５Ｅは、例えば次の処理を行う。まず、射影変換部３５Ｅは、射影変換行列Ｈｉに基づいて、射影変換後の画像を構成する各画素の整数座標Ｐ’（ｘｉ’,ｙｉ’）に対応する射影変換前の画像の座標Ｐ（ｘｉ,ｙｉ）を算出する（逆変換）。次に、射影変換部３５Ｅは、算出された座標Ｐ（ｘｉ,ｙｉ）の周辺の整数座標の画素（例えば図３に示すＰａ〜Ｐｄ）の階調値に基づいて、座標Ｐ（ｘｉ,ｙｉ）における階調値を補間し、その補間値を射影変換後の画像の整数座標Ｐ（ｘｉ’,ｙｉ’）における階調値とする。なお、補間処理としては、例えばバイリニア補間処理が用いられる。このようにして、射影変換部３５Ｅは、射影変換後の画像を構成する各画素の階調値を求めることによって、射影変換後の画像を生成する。
【００３５】
なお、射影変換後の画像の整数座標（ｘｉ’,ｙｉ’）に対応する射影変換前の画像の座標（ｘｉ,ｙｉ）が、射影変換前の画像の領域外の座標になることがある。このような場合には、図３に示すように、射影変換前の画像の領域外の画素の階調値を黒（最も暗い輝度値）として、射影変換後の画像の整数座標（ｘｉ’,ｙｉ’）における階調値を補間する。
【００３６】
射影変換後の画像は、第１プロジェクタ２１及び第２プロジェクタ２２に出力する画像の解像度と同じである。具体的には、射影変換後の画像は、いずれも１３６６×７６８ピクセルの解像度で構成されている。
【００３７】
画像出力部３５Ｆは、射影変換後の画像のデータを第１プロジェクタ２１及び第２プロジェクタ２２にそれぞれ出力する機能を有する。画像出力部３５Ｆは、必要に応じて、射影変換後の画像に対してシェーディング補正処理などを施した上で、画像のデータを第１プロジェクタ２１及び第２プロジェクタ２２にそれぞれ出力しても良い。以下の説明では、説明の簡略化のため、射影変換後の画像データがプロジェクタに出力されるものとし、プロジェクタに出力される出力画像の座標系を「Ｘｉ’−Ｙｉ’座標系」として説明することがある。
【００３８】
図２に示すように、第１プロジェクタ２１は、射影変換後の画像に基づいて、出力部から画像（出力画像）を出力する。同様に、第２プロジェクタ２２は、射影変換後の画像に基づいて、出力部から画像（出力画像）を出力する。２つのプロジェクタから投影された画像は、１枚の画像として投影面となる樹脂槽１１の底面に投影される。
【００３９】
図４Ａ及び図４Ｂは、投影面での第１プロジェクタ２１及び第２プロジェクタ２２の投影範囲と造形範囲との位置関係を示す図である。図４Ａには、投影範囲が実線で示されており、造形範囲が点線で示されている。
【００４０】
投影範囲は、各プロジェクタが投影可能な範囲である（図４Ａの実線参照）。既に説明したように、矩形の画像をプロジェクタから出力しても、投影面における画像が歪んでしまう。このため、投影範囲は、歪んだ四角形になっている。第１プロジェクタ２１の投影範囲と、第２プロジェクタ２２の投影範囲は、Ｖ軸方向に重複（隣接）しており、重複範囲はＵ軸方向に延びた帯形状になっている。
【００４１】
造形範囲は、スライス画像（または抽出画像）に相当する画像が投影される範囲である（図４Ａの点線参照）。造形範囲は、前述の射影変換処理により、ほぼ矩形の範囲になるように補正されている。図４Ａでは、第１プロジェクタ２１の造形範囲と第２プロジェクタ２２の造形範囲とがＶ軸方向に隣接しており、境界線がＵ軸方向に沿っている。言い換えると、スライス画像から２分割された２つの抽出画像がＶ軸方向に隣接するように、射影変換行列Ｈｉ（Ｈ１及びＨ２）を構成するパラメータ（ｈ１１ｉ〜ｈ３３ｉ：前述の数１参照）が設定されている。但し、後述するように、第１プロジェクタ２１の造形範囲と第２プロジェクタ２２の造形範囲とが重複することもあり得る。
【００４２】
投影範囲のうちの造形範囲外の領域は、光の照射されない領域である。前述の射影変換の際に、図３に示すように射影変換前の画像の領域外の画素の階調値を黒（最も暗い輝度値）に設定したため、投影範囲のうちの造形範囲外の領域に光が照射されないことになる。
【００４３】
＜抽出領域を変更したときの問題点＞
図５Ａは、上記のようにスライス画像を２分割した場合の説明図である。図５Ａに示す処理は、既に上述した処理である。図５Ａの左図は、スライス画像を示している。ここでは、スライス画像は１３６６×１５３６ピクセルの解像度で構成されている。図５Ａの中央の図は、２分割したスライス画像に対して反転処理した後の画像を示しており、射影変換処理前の画像を示している。射影変換前の画像は、いずれも１３６６×７６８ピクセルの解像度で構成されている。また、射影変換前の画像における原点位置（Ｘｉ−Ｙｉ座標系の原点位置）は、図中の左上に位置している。また、射影変換前の画像におけるＸｉ軸は、２分割されたスライス画像の境界線に相当する位置にある。図５Ａの右図は、投影面上の投影画像の説明図である。既に説明したように、スライス画像から２分割された２つの抽出画像がＶ軸方向に隣接するように、射影変換行列Ｈｉ（Ｈ１及びＨ２）を構成するパラメータ（ｈ１１ｉ〜ｈ３３ｉ：前述の数１参照）が設定されている。この結果、第１プロジェクタ２１の造形範囲には、スライス画像の上半分に相当する画像（抽出画像に相当）が投影され、第２プロジェクタ２２の造形範囲には、スライス画像の下半分に相当する画像（抽出画像に相当）が投影され、スライス画像から２分割された２つの抽出画像がＶ軸方向に隣接している。
【００４４】
図５Ｂは、スライス画像から一部の領域が重複するように画像を抽出した場合の問題点を示す図である。
【００４５】
図５Ｂの左図は、スライス画像を示している。図５Ｂに示すように、ここでは、抽出処理部３５Ｂは、第１プロジェクタ２１の出力対象として、所定範囲となる２分割時の境界線よりもＹ０軸方向にＶ１ピクセル多くなるように、スライス画像の上側の１３６６×（７６８＋Ｖ１）ピクセルの画像を抽出する。このときＹ０軸方向にＶ１ピクセル多くした領域は、第２プロジェクタ２２の出力対象として抽出される領域と重複することになる。また、抽出処理部３５Ｂは、第２プロジェクタ２２の出力対象として、２分割時の境界線よりもＹ０軸方向にＶ２ピクセル多くなるように、スライス画像の上側の１３６６×（７６８＋Ｖ２）ピクセルの画像を抽出する。このときＹ０軸方向にＶ２ピクセル多くした領域は、第１プロジェクタ２１の出力対象として抽出される領域と重複することになる。このため、２つの抽出画像は、Ｙ０軸方向にＶ１＋Ｖ２ピクセルだけ重複している。
【００４６】
なお、本実施形態では、抽出する範囲が所定範囲（１３６６×７６８ピクセル）の境界線からＶｉ（Ｖ１又はＶ２）ピクセル分だけ変更しているが、このＶｉの値は、任意に設定可能（変更可能）である。但し、Ｖｉの値には、設定可能な範囲（上限値）があるため、抽出処理部３５Ｂは、設定可能な範囲内においてＶｉの値を任意に設定することになる。設定可能なＶｉの上限値の算出方法については、後述する。
【００４７】
図５Ｂの中央図は、抽出画像に対して反転処理した後の画像を示しており、射影変換処理前の画像を示している。射影変換前の画像は、いずれも１３６６×（７６８＋Ｖｉ）ピクセルの解像度で構成されている。また、射影変換前の画像における原点位置（Ｘｉ−Ｙｉ座標系の原点位置）は、図中の左上に位置している。
【００４８】
図５Ｂの中央図の射影変換処理前の画像を構成する画素の座標は、図５Ａの場合（所定範囲から抽出画像を抽出した場合）と比べて、Ｙｉ軸方向にＶｉピクセル分だけ変化している。例えば、図５Ａの中央図の射影変換前の画像における原点の画素は、図５Ｂの中央図の射影変換処理前の画像では、Ｙｉ軸方向にＶｉピクセル分だけ移動している。
【００４９】
図５Ｂの右図は、投影面上の投影画像の説明図である。既に説明したように、２つの抽出画像がＶ軸方向に隣接するように、射影変換行列Ｈｉ（Ｈ１及びＨ２）を構成するパラメータ（ｈ１１ｉ〜ｈ３３ｉ：前述の数１参照）が設定されている。このため、図５Ｂの中央図に示す画像を用いて前述の射影変換処理を施しただけでは、図５Ｂの右図に示すように、第１プロジェクタ２１の造形範囲と第２プロジェクタ２２の造形範囲とが重複せず、スライス画像とは異なる画像が投影面に投影されてしまう。この理由は、図５Ｂの中央図の射影変換処理前の画像を構成する画素の座標が、図５Ａの中央図の画像と比べてＶｉピクセル分だけ変化しているにも関わらず、図５Ｂの中央図の射影変換処理前の画像に対して前述と同じ射影変換処理を施したために、投影面における画像の位置がずれてしまったからである。
【００５０】
＜並進処理について＞
図５Ｂに示す問題を解決するために、本実施形態の画像処理部３５は、並進処理部３５Ｄを有している（図１参照）。図６は、並進処理の説明図である。
【００５１】
図６の左図は、スライス画像を示しており、図５Ｂの左図と同じ画像である。ここでは、抽出処理部３５Ｂは、第１プロジェクタ２１の出力対象として、２分割時の境界線よりもＹ０軸方向にＶ１ピクセル多くなるように、スライス画像の上側の１３６６×（７６８＋Ｖ１）ピクセルの画像を抽出する。また、抽出処理部３５Ｂは、第２プロジェクタ２２の出力対象として、２分割時の境界線よりもＹ０軸方向にＶ２ピクセル多くなるように、スライス画像の下側の１３６６×（７６８＋Ｖ２）ピクセルの画像を抽出する。
【００５２】
図６の中央図は、抽出画像に対して反転処理した後の画像を示しており、並進処理前の画像を示している。並進処理前の画像は、いずれも１３６６×（７６８＋Ｖｉ）ピクセルの解像度で構成されている。また、並進処理前の画像における原点位置（Ｘｉ−Ｙｉ座標系の原点位置）は、図中の左上に位置している。
【００５３】
図６の右図は、反転処理後の画像に対して並進処理した後の画像を示している。並進処理後の画像では、並進処理前の画像と比べて、原点の位置がＹｉ軸方向にＶｉピクセル分だけ移動している。言い換えると、並進処理後の画像を構成する画素の座標は、Ｙｉ軸方向にマイナスＶｉピクセル分だけ変更されている。
【００５４】
ここで、並進処理前の画像の座標を（ｘｉ,ｙｉ）とし、並進処理後の画像の座標を（ｘｉ”,ｙｉ”）とし、並進行列をＴｉとすると、並進処理前後の座標の関係は次式に示す通りである。
【００５５】
【数２】
2018077431.tif 000004
【００５６】
なお、並進処理部３５Ｄは、抽出画像の抽出範囲に応じて、並進行列Ｔｉを構成するパラメータＶｉ（Ｖ１及びＶ２）を設定することになる。
【００５７】
図７Ａは、画像処理部３５が行う並進処理と射影変換処理の説明図である。ここでは、画像処理部３５は、反転処理後の画像（並進処理前の画像）に対して並進処理を施し、並進処理後の画像に対して射影変換処理を施して出力画像を生成している。このとき、射影変換部３５Ｅは、例えば次の処理を行う。まず、射影変換部３５Ｅは、射影変換行列（逆行列）に基づいて、射影変換後の画像を構成する各画素の整数座標Ｐ’（ｘｉ’,ｙｉ’）に対応する射影変換前の画像（並進処理後の画像）の座標Ｐ”（ｘｉ”,ｙｉ”）を算出する。次に、射影変換部３５Ｅは、算出された座標Ｐ”（ｘｉ”,ｙｉ”）の周辺の整数座標の画素の階調値に基づいて、座標Ｐ”（ｘｉ”,ｙｉ”）における階調値を補間し、その補間値を射影変換後の画像の整数座標Ｐ’（ｘｉ’,ｙｉ’）における階調値とする。このようにして、射影変換部３５Ｅは、射影変換後の画像を構成する各画素の階調値を求めることによって、出力画像を生成する。
【００５８】
図７Ｂは、画像処理部３５が行う別の並進処理及び射影変換処理の説明図である。ここでは、反転処理後の画像（並進処理前の画像）の座標を（ｘｉ,ｙｉ）とし、並進処理及び射影変換処理後の画像の座標を（ｘｉ’,ｙｉ’）とし、並進行列をＴｉとし、射影変換行列をＨｉとすると、並進処理及び射影変換処理の前後の座標の関係が次式に示す通りであることを利用している。
【００５９】
【数３】
2018077431.tif 000005
【００６０】
すなわち、画像処理部３５は、並進行列Ｔｉ及び射影変換行列Ｈｉに基づいて、射影変換後の画像（出力画像）を構成する各画素の整数座標Ｐ’（ｘｉ’,ｙｉ’）に対応する並進処理前の画像の座標Ｐ（ｘｉ,ｙｉ）を算出する（逆変換）。次に、画像処理部３５は、算出された座標Ｐ（ｘｉ,ｙｉ）の周辺の整数座標の画素の階調値に基づいて、座標Ｐ（ｘｉ,ｙｉ）における階調値を補間し、その補間値を射影変換後の画像の整数座標Ｐ’（ｘｉ’,ｙｉ’）における階調値とする。このようにしても、画像処理部３５は、並進処理及び射影変換処理後の画像を構成する各画素の階調値を求めることによって、出力画像を生成することができる。
【００６１】
図８Ａ及び図８Ｂは、投影面での第１プロジェクタ２１及び第２プロジェクタ２２の投影範囲と造形範囲との位置関係を示す図である。図８Ａには、投影範囲が実線で示されており、造形範囲が点線で示されている。
【００６２】
図８Ａに示す投影範囲は、図４Ａと同じ範囲である。一方、図８Ａに示す第１プロジェクタ２１の造形範囲は、図４Ａと比べて、第２プロジェクタ２２の造形範囲の側（図中の下側）に広がっている。これは、抽出処理部３５Ｂが抽出画像を抽出する際に、２分割時の境界線よりもＹ０軸方向にＶ１ピクセル多くなるように画像を抽出するとともに、射影変換処理の際に射影変換前の画像をＶ１ピクセル分だけ並進処理したためである（図６参照）。同様に、図８Ａに示す第２プロジェクタ２２の造形範囲は、図４Ａと比べて、第１プロジェクタ２１の造形範囲の側（図中の上側）に広がっている。これも、抽出処理部３５Ｂが抽出画像を抽出する際に、２分割時の境界線よりもＹ０軸方向にＶ２ピクセル多くなるように画像を抽出するとともに、射影変換処理の際に射影変換前の画像をＶ２ピクセル分だけ並進処理したためである（図６参照）。この結果、本実施形態では、第１プロジェクタ２１の造形範囲と、第２プロジェクタ２２の造形範囲とが、Ｖ軸方向に重複することになる。造形範囲の重複範囲は、Ｕ軸方向に延びた帯形状になり、造形範囲との重複範囲の幅は、スライス画像におけるＶ１＋Ｖ２ピクセル分の幅に相当する。
【００６３】
本実施形態では、抽出範囲の変更分に相当するＶｉピクセル分の並進処理を行うことにより、射影変換処理のパラメータを変更しなくても、投影面における画像の位置ずれを抑制できる。また、本実施形態では、第１プロジェクタ２１と第２プロジェクタ２２の造形範囲を重複させることによって、２つのプロジェクタから投影された画像を１枚の画像として投影させたときに、２つの造形範囲の境界が目立たずに済む。また、上記の投影システムを備えた造形装置１によれば、硬化した樹脂層にスジが形成されずに済む。
【００６４】
＜抽出可能な範囲の算出方法＞
上記の通り、第１プロジェクタ２１の造形範囲を第２プロジェクタ２２の造形範囲と重複させる場合、画像処理部３５の抽出処理部３５Ｂは、２分割時の境界線（基準となる境界線）よりもＹ０軸方向にＶ１ピクセル多くなるように、スライス画像の上側の１３６６×（７６８＋Ｖ１）ピクセルの画像を抽出する。同様に、第２プロジェクタ２２の造形範囲を第１プロジェクタ２１の造形範囲と重複させる場合、画像処理部３５の抽出処理部３５Ｂは、２分割時の境界線（基準となる境界線）よりもＹ０軸方向にＶ２ピクセル多くなるように、スライス画像の下側の１３６６×（７６８＋Ｖ２）ピクセルの画像を抽出する。言い換えると、Ｖｉ（Ｖ１及びＶ２、ｉ＝１，２）は、抽出画像を抽出する範囲を規定するための値であるとともに、造形範囲の重複量を規定するための値である。なお、以下の説明では、設定可能なＶ１の上限値について説明するが、Ｖ２の場合も同様である。
【００６５】
図９は、Ｖ１の上限値の算出方法のフロー図である。図１０は、Ｖ１の上限値の算出の様子の説明図である。
【００６６】
まず、範囲算出部３５Ｇは、射影変換前画像として所定範囲の白画像を用意する（Ｓ００１）。このときの白画像は、図１０に示すように、１３６６×７６８ピクセルの範囲（所定範囲）である。
【００６７】
次に、範囲算出部３５Ｇは、射影変換部３５Ｅに、射影変換前の白画像に対して射影変換処理を施させて、出力画像を生成させる（Ｓ００２）。このときの射影変換処理は、図３で説明した射影変換処理と同様である。射影変換後の出力画像は、第１プロジェクタ２１に出力する画像の解像度と同じであり、具体的には１３６６×７６８ピクセルの解像度で構成されている。
【００６８】
図１０に示す出力画像では、上縁（図中の点線参照：投影画像において第２プロジェクタ２２の造形範囲と隣接する側の淵）の画素の階調値は、黒（最も暗い輝度値）を示している。出力画像における黒画素の座標（整数座標：Ｘ１’−Ｙ１’座標系）に対応する射影変換前画像の座標（Ｘ１−Ｙ１座標系）は、白画像の領域外である。出力画像の上縁の黒画素の幅の分だけ、第１プロジェクタ２１の造形範囲を第２プロジェクタ２２の造形範囲と重複させることが可能である。
【００６９】
そこで、次に、範囲算出部３５Ｇは、出力画像の上縁（投影画像において第２プロジェクタ２２の造形範囲と隣接する側）における黒画素の幅（Ｙ１’方向の幅）を検出する（Ｓ００３）。図１０に示すように、範囲算出部３５Ｇは、出力画像の原点からＸ１’方向に沿う走査ライン上の各画素の階調値が黒か否かを判別する。また、範囲算出部３５Ｇは、走査ライン上の全画素の階調値が黒であれば、走査ラインを１画素ずらし、Ｘ１’方向に沿う走査ライン上の各画素の階調値が黒か否かを判別することを繰り返す。そして、範囲算出部３５Ｇは、最初に階調値が黒とは異なる画素を検出したときには、その検出画素のＹ１’座標値よりも１小さい数を「出力画像における黒画素のＹ１’方向の幅」とする。
【００７０】
次に、範囲算出部３５Ｇは、Ｓ００３で検出された幅（Ｙ１’座標系での長さ）を、Ｙ１座標系の長さに変換する。例えば、第１プロジェクタ２１の照射範囲のＵ方向（Ｙ方向に相当）の長さが設計上４５ｍｍに設定されており、第１プロジェクタ２１の造形範囲のＵ方向（Ｙ方向に相当）の長さが４２ｍｍに設定されており、Ｓ００３において黒以外の階調値の画素として最初に検出された画素のＹ１’座標が２９であるとき、上限値となるＶ１は、次の式に基づいて、３０画素と算出される。
【００７１】
４２（ｍｍ）：４５（ｍｍ）＝２９−１（画素）：Ｖ１（画素）
Ｖ１＝３０（画素）
【００７２】
上記の処理により、範囲算出部３５Ｇは、設定可能なＶ１の上限値を算出することができる。なお、第１プロジェクタ２１の造形範囲を第２プロジェクタ２２の造形範囲と重複させる場合には、前述の画像処理部３５の抽出処理部３５Ｂは、Ｖ１を３０ピクセル以下の範囲で設定し、２分割時の境界線（基準となる境界線）よりもＹ０軸方向にＶ１多くなるように、スライス画像の上側の１３６６×（７６８＋Ｖ１）ピクセルの画像を抽出する。
【００７３】
＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。上記の構成は、適宜組み合わせて実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７４】
なお、前述の実施形態では、投影装置２０と制御部３０とを備えた投影システムが造形装置１に用いられていたが、投影システムは、これに限られるものではない。例えば、大型スクリーンに投影画像を投影する大型プロジェクタとして用いられてもよい。また、前述の実施形態では、投影システムは、２つのプロジェクタ（投影部）を備えていたが、プロジェクタの数は１台でもよいし、２台以上であってもよい。
【００７５】
また、前述の実施形態では、スライス画像（原画像）から抽出画像を抽出する範囲を所定範囲（１３６６×７６８ピクセル）から変更するとき、Ｙｉ方向（Ｙ１方向又はＹ２方向）に抽出する範囲を広げていた。但し、抽出する範囲の変更方向は、Ｘｉ方向（Ｘ１方向又はＸ２方向）でも良い。この場合、範囲算出部３５Ｇは、前述のＳ００３の処理では、出力画像のＸｉ方向の縁における黒画素の幅（Ｘｉ’方向の幅）を検出し、Ｓ００４では、Ｓ００３で検出された幅（Ｘｉ’座標系での長さ）を、Ｘｉ座標系の長さに変換すると良い。
【００７６】
また、前述の実施形態では、第１プロジェクタ２１及び第２プロジェクタ２２の射影変換前画像（反転処理後の画像）に対して、いずれにも並進処理を施していた。但し、抽出画像を抽出する範囲を所定範囲（１３６６×７６８ピクセル）から変更した場合であっても、射影変換前画像を構成する画素の座標が、仮に所定範囲から抽出画像を抽出した場合の座標から変化していなければ、図５Ｂの右図に示すような画像の位置ずれの問題が生じないため、並進処理を行わなくてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１  造形装置、１１  樹脂槽、１１Ａ  光硬化性樹脂、
１２  ホルダ、１３  昇降装置、２０  投影装置、
２１  第１プロジェクタ（第１投影部）、２１Ａ  第１出力部、
２２  第２プロジェクタ（第２投影部）、２２Ａ  第２出力部、
２３１  第１ミラー、２３２  第２ミラー、
３０  制御部、３１  昇降制御部、３２  投影制御部、
３３  記憶部、３３Ａ  ３次元データ記憶部、
３３Ｂ  ２次元データ記憶部（画像記憶部）、３３Ｃ  パラメータ記憶部、
３５  画像処理部、３５Ａ  スライス画像取得部、
３５Ｂ  抽出処理部、３５Ｃ  反転処理部、
３５Ｄ  並進処理部、３５Ｅ  射影変換部、３５Ｆ  画像出力部
【図１】
2018077431.tif 000006
【図２】
2018077431.tif 000007
【図３】
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【図４】
2018077431.tif 000009
【図５】
2018077431.tif 000010
【図６】
2018077431.tif 000011
【図７】
2018077431.tif 000012
【図８】
2018077431.tif 000013
【図９】
2018077431.tif 000014
【図１０】
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