(57)【要約】複数のプロジェクタ（１２）から投影された複数のカラー画像を繋ぎ合わせて一つのカラー画像を表示するマルチプロジェクションシステムであって、プロジェクタから投影されたカラー画像を構成する複数の基本色に対応した複数のフィルタ特性を有する光学部を備え、光学部を介した各基本色の画像を撮影する画像撮影部（１４）と、プロジェクタから投影された黒レベル画像を画像撮影部で撮影することで得られた各基本色のオフセット光の輝度分布に基づいて、各基本色のオフセット補正データを算出する算出部（１５）とを備える。
2003103298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプロジェクタから投影された複数のカラー画像を繋ぎ合わせて一つのカラー画像を表示するマルチプロジェクションシステムであって、
前記プロジェクタから投影されたカラー画像を構成する複数の基本色に対応した複数のフィルタ特性を有する光学手段を備え、前記光学手段を介した各基本色の画像を撮影する画像撮影手段と、
前記プロジェクタから投影された黒レベル画像を前記画像撮影手段で撮影することで得られた各基本色のオフセット光の輝度分布に基づいて、各基本色のオフセット補正データを算出する算出手段と、
を備えたことを特徴とするマルチプロジェクションシステム。
【請求項２】
前記算出手段で算出されたオフセット補正データを用いて、前記プロジェクタに入力した画像信号を補正する補正手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチプロジェクションシステム。
【請求項３】
前記複数のフィルタ特性の各波長域は、互いにオーバーラップしない
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチプロジェクションシステム。
【請求項４】
前記光学手段は、前記複数のフィルタ特性に対応した複数のフィルタを有し、該複数のフィルタは機械的操作によって切り替え可能である
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチプロジェクションシステム。
【請求項５】
前記光学手段は、前記複数のフィルタ特性を電気的に設定可能なチューナブルフィルタを有する
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチプロジェクションシステム。
【請求項６】
前記算出手段は、前記複数のプロジェクタの投影範囲全体にわたって、各基本色のオフセット輝度レベルが各基本色のオフセット光の輝度分布の最大値に等しくなるように、各基本色のオフセット補正データを算出する
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチプロジェクションシステム。
【請求項７】
前記プロジェクタから投影された各基本色の各信号レベルの画像を前記画像撮影手段で撮影することで得られた各画像の輝度分布に基づいて、前記プロジェクタのガンマ特性を算出する手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチプロジェクションシステム。
【請求項８】
前記光学手段は、６５０ｎｍから所定波長までの光を透過しないフィルタ特性をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチプロジェクションシステム。
【請求項９】
複数のプロジェクタから投影された複数のカラー画像を繋ぎ合わせて一つのカラー画像を表示するマルチプロジェクションシステムにおける補正データ取得方法であって、
前記プロジェクタから黒レベル画像を投影する工程と、
前記黒レベル画像を、前記カラー画像を構成する複数の基本色に対応した複数のフィルタ特性を有する光学手段によって、各基本色の画像に分離する工程と、
前記分離された各基本色の画像を撮影する工程と、
前記各基本色の画像を撮影することで得られた各基本色のオフセット光の輝度分布に基づいて、各基本色のオフセット補正データを算出する工程と、
を備えたことを特徴とするマルチプロジェクションシステムにおける補正データ取得方法。
【請求項１０】
前記オフセット補正データを算出する工程は、前記プロジェクタのガンマ特性を算出する工程とともに行われる
ことを特徴とする請求項９に記載のマルチプロジェクションシステムにおける補正データ取得方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、複数台のプロジェクタから投影された画像によって表示を行うマルチプロジェクションシステム及びマルチプロジェクションシステムにおける補正データ取得方法に関する。
背景技術
マルチプロジェクションシステムでは、複数台のプロジェクタからスクリーン上に画像を投影して一つの画像を合成する。そのため、投影された各画像間の繋ぎ目が目立たないようにする等の対策を講じる必要がある。そこで、スクリーン上にキャリブレーション用の画像を投影し、投影された画像をデジタルカメラ等の撮影手段で撮影し、撮影によって得られた画像データに基づいて各種の補正を行っている（例えば、特開２００２−７２３５９、特開２００２−１１６５００参照）。
プロジェクタからは、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号レベルがいずれもゼロである黒レベル画像であっても、一定の輝度を有する光が出力されている。したがって、この黒レベルの補正（オフセット補正）を行う必要がある。しかしながら、従来はＲ、Ｇ、Ｂの各色を分離せずにキャリブレーション用画像の撮影を行っていたため、暗い画像を表示した場合に、プロジェクタ内或いはプロジェクタ間において色むらが生じ、表示品質の劣化を招いていた。
本発明の目的は、プロジェクタ内或いはプロジェクタ間での色むらを低減し、表示品質を向上させることが可能なマルチプロジェクションシステム及びマルチプロジェクションシステムにおける補正データ取得方法を提供することである。
発明の開示
本発明の第１の視点は、複数のプロジェクタから投影された複数のカラー画像を繋ぎ合わせて一つのカラー画像を表示するマルチプロジェクションシステムであって、前記プロジェクタから投影されたカラー画像を構成する複数の基本色に対応した複数のフィルタ特性を有する光学手段を備え、前記光学手段を介した各基本色の画像を撮影する画像撮影手段と、前記プロジェクタから投影された黒レベル画像を前記撮影手段で撮影することで得られた各基本色のオフセット光の輝度分布に基づいて、各基本色のオフセット補正データを算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする。
前記発明の好ましい態様は、以下の通りである。
・前記算出手段で算出されたオフセット補正データを用いて、前記プロジェクタに入力した画像信号を補正する補正手段をさらに備える。
・前記複数のフィルタ特性の各波長域は、互いにオーバーラップしない。
・前記光学手段は、前記複数のフィルタ特性に対応した複数のフィルタを有し、該複数のフィルタは機械的操作によって切り替え可能である。
・前記光学手段は、前記複数のフィルタ特性を電気的に設定可能なチューナブルフィルタを有する。
・前記算出手段は、前記複数のプロジェクタの投影範囲全体にわたって、各基本色のオフセット輝度レベルが各基本色のオフセット光の輝度分布の最大値に等しくなるように、各基本色のオフセット補正データを算出する。
・前記プロジェクタから投影された各基本色の各信号レベルの画像を前記撮影手段で撮影することで得られた各画像の輝度分布に基づいて、前記プロジェクタのガンマ特性を算出する手段をさらに備える。
・前記光学手段は、６５０ｎｍから所定波長までの光を透過しないフィルタ特性をさらに有する。
本発明の第２の視点は、複数のプロジェクタから投影された複数のカラー画像を繋ぎ合わせて一つのカラー画像を表示するマルチプロジェクションシステムにおける補正データ取得方法であって、前記プロジェクタから黒レベル画像を投影する工程と、前記黒レベル画像を、前記カラー画像を構成する複数の基本色に対応した複数のフィルタ特性を有する光学手段によって、各基本色の画像に分離する工程と、前記分離された各基本色の画像を撮影する工程と、前記各基本色の画像を撮影することで得られた各基本色のオフセット光の輝度分布に基づいて、各基本色のオフセット補正データを算出する工程と、を備えたことを特徴とする。
前記方法において、前記オフセット補正データを算出する工程は、前記プロジェクタのガンマ特性を算出する工程とともに行われることが好ましい。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るマルチプロジェクションシステムの機能的な構成を示したブロック図である。
本実施形態のマルチプロジェクションシステムの基本的な構成は、通常のマルチプロジェクションシステムと同様であり、システム全体の制御を行う制御部１１、スクリーン上に投影する画像を表示する画像表示部１２、キャリブレーションパターン（キャリブレーション用の画像）を生成するキャリブレーションパターン生成部１３、画像表示部１２からスクリーン上に投影されたキャリブレーションパターンを撮影する画像撮影部１４、撮影されたキャリブレーションパターンに基づいて各種画像補正データを算出する画像補正データ算出部１５及び、算出された画像補正データを用いて入力画像データを補正して出力画像データを生成する画像変換部１６を備えている。
図２は、本発明の実施形態に係るマルチプロジェクションシステムの具体的な構成を説明するための説明図である。
パーソナルコンピュータ（ＰＣ）２１は、図１に示した制御部１１、キャリブレーションパターン生成部１３及び画像補正データ算出部１５の機能を備えたものであり、システム全体の制御を行う他、各種キャリブレーションパターンの生成機能、各種演算機能を備えている。パーソナルコンピュータ２１には補助装置２２が接続されている。この補助装置２２は、図１に示した画像変換部１６及び画像表示部１２の一部の機能を備えたものである。
プロジェクタ２３ａ、２３ｂ及び２３ｃは、図１に示した画像表示部１２に対応するものである。プロジェクタ２３ａ、２３ｂ及び２３ｃからアーチ型のスクリーン２４に投影された各画像は、画像間で繋ぎ目を有するようにして（オーバーラップするようにして）、スクリーン２４上で一つの画像として合成される。これらのプロジェクタ２３ａ、２３ｂ及び２３ｃからは、スクリーン２４上に、通常の画像の他、キャリブレーション時にはキャリブレーションパターンが投影される。なお、図に示した例では、３台のプロジェクタを横方向に配置しているが、プロジェクタの台数や配置の仕方は種々変更可能である。
カメラ２５は、図１に示した画像撮影部１４に対応するものであり、プロジェクタ２３ａ、２３ｂ及び２３ｃからスクリーン２４上に投影されたキャリブレーションパターンを撮影する。このカメラ２５には、例えばデジタルカメラが用いられる。撮影によって得られた画像データはパーソナルコンピュータ２１に送られ、各種画像補正データが算出される。
図３は、図１に示した画像補正データ算出部１５及び画像変換部１６の詳細を示したブロック図である。
画像補正データ算出部１５は、各プロジェクタから投影される画像間の位置関係を補正するためのデータを算出する幾何補正データ算出部３１、各プロジェクタから投影される画像の色補正を行うためのデータを算出するマトリックスデータ算出部３２、各プロジェクタから投影される画像のゲイン（輝度）を補正するためのデータを算出するゲイン補正データ算出部３３、各プロジェクタから投影される画像の黒レベル（オフセットレベル）を補正するためのデータを算出するオフセット補正データ算出部３４及び、各プロジェクタから投影される画像のガンマ特性を補正するためのデータを算出するガンマ補正データ算出部３５を備えている。この画像補正データ算出部１５では、画像撮影部（キャリブレーション用のカメラ）１４で撮影された画像の画像データに基づいて、各補正データの算出処理が行われる。
画像変換部１６は、幾何補正部４１、マトリックス補正部４２、ゲイン補正部４３、オフセット補正部４４及びガンマ補正部４５を備えている。この画像変換部１６は、画像補正データ算出部１５で算出された各補正データを用いて入力画像データ（入力画像信号）に対して各補正処理を行い、補正処理がなされた画像データを出力画像データ（出力画像信号）として出力する。
すなわち、幾何補正データ算出部３１、マトリックスデータ算出部３２、ゲイン補正データ算出部３３、オフセット補正データ算出部３４及びガンマ補正データ算出部３５で算出された各補正データはそれぞれ、幾何補正データ保存部４１ａ、マトリックスデータ保存部４２ａ、ゲイン補正データ保存部４３ａ、オフセット補正データ保存部４４ａ及びガンマ補正データ保存部４５ａに送られる。そして、これらの補正データを用いて、幾何補正データ作用部４１ｂ、マトリックスデータ作用部４２ｂ、ゲイン補正データ作用部４３ｂ、オフセット補正データ作用部４４ｂ及びガンマ補正データ作用部４５ｂにより、入力画像データに対して補正処理が行われる。
図４は、図２に示したキャリブレーション用のカメラ２５の一例を模式的に示した図である。
カメラ２５は、ＣＣＤ等からなる撮像部５１、撮像部５１に撮影画像を結像させるためのレンズ５２、所定の特性を有する複数枚のフィルタ５４を備えたフィルタターレット５３及び、図２のパーソナルコンピュータ２１からの制御信号を受けてフィルタターレット５３を制御することで、所望のフィルタ５４を撮像部５１とレンズ５２との間に介在させるフィルタ制御部５５を備えている。
フィルタターレット５３に設けられた複数枚のフィルタ５４のうち、３枚のフィルタは、プロジェクタが投影するカラー画像の基本色（原色）である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）用のフィルタである。これらの３枚のフィルタ５４は、オフセットの色むらを補正するために用いられる。ガンマ特性を測定する際に、Ｒ用のフィルタを用いることでＲ成分を、Ｇ用のフィルタを用いることでＧ成分を、Ｂ用のフィルタを用いることでＢ成分を、それぞれ選択的に取得することができる。
このように、フィルタ５４をＲ、Ｇ及びＢに切り替えることにより、Ｒ、Ｇ及びＢの各信号レベルがいずれもゼロである黒レベル画像（オフセット画像）を投影したときに、オフセット光のＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分を分離して取得することが可能である。したがって、このようにして得られたＲ、Ｇ及びＢの各データを用いてオフセット補正を行うことにより、プロジェクタ内或いはプロジェクタ間の色むら（オフセット光の色むら）を低減することができ、表示品質の向上をはかることができる。
なお、フィルタ５４は通常のカラーフィルタでもよいし、狭い波長域の光のみを選択的に透過するバンドパスフィルタでもよい。また、図４に示した例では、Ｒ、Ｇ及びＢ用のフィルタの他に２枚のフィルタが設けられている。これら２枚のフィルタは、例えば幾何補正用のフィルタ及びホワイトバランス調整用のフィルタとしてそれぞれ用いられるものであり、必ずしも設ける必要はない。
図５は、図２に示したキャリブレーション用のカメラ２５の他の例を模式的に示した図である。
図５に示した例では、図４に示したフィルタターレット５３の代わりに、図２のパーソナルコンピュータ２１からの制御信号によって透過光の波長域を電気的に切り替えることのできるチューナブルフィルタ５６を設けている。このチューナブルフィルタ５６には、例えば液晶チューナブルフィルタを用いることができる。チューナブルフィルタ５６を用いた場合には、図４に示したような複数のフィルタ５４を用いる必要がないため、カメラ２５を小型化することが可能である。
図６は、プロジェクタ及びフィルタのスペクトル特性を示したものである。横軸は波長、縦軸は強度である。
図６に示すように、プロジェクタのＲ、Ｇ及びＢの特性に対応するように、フィルタのＲ、Ｇ及びＢの特性が設定されている。また、Ｒ、Ｇ及びＢの各フィルタ特性は、それぞれの波長域が互いにオーバーラップしないように設定されている。また、プロジェクタのＲ、Ｇ及びＢの特性どうしがオーバーラップしている波長域を含まないように、Ｒ、Ｇ及びＢの各フィルタ特性が設定されている。このような特性を有するプロジェクタを用いることで、オフセット光のＲ成分、Ｇ成分及びＢ成分を精度良く取得することができる。
なお、測定する信号のＳ／Ｎ比を考慮すると、各フィルタは、プロジェクタのランプの輝線スペクトルを含むような特性を有していることが好ましい。また、各フィルタは、プロジェクタの各波長域をできるだけ広くカバーするような特性を有していることが好ましい。
なお、Ｒフィルタは、理想的には、図６に示したように６５０ｎｍ以上の波長の光を遮断するものであるが、通常のＲフィルタは、図１０に示すように、波長６５０ｎｍ以上の光を透過してしまう場合も多い。この場合、波長６５０ｎｍ以上のプロジェクタ光を遮断することができないため、オフセット光のＲ成分を正確に取得することができず、補正精度の悪化を招くおそれがある。このような場合には、図１０に示すような特性を有するフィルタをさらに設けることが望ましい。例えば、図１１に示すように、撮像部５１とフィルタターレット５３との間に波長６５０ｎｍ以上の光を遮断するフィルタ６０を設定可能な構造を採用すればよい。これにより、オフセット光のＲ成分を正確に取得することができ、補正精度の悪化を防止することができる。なお、フィルタ６０は、波長６５０ｎｍ以上のプロジェクタ光を遮断できればよく、６５０ｎｍ以上の波長域の光を全て遮断する必要はない。例えば、６５０ｎｍから７８０ｎｍまでの波長の光を遮断できる特性を備えていればよい。
図７は、プロジェクタに入力するＲ、Ｇ及びＢの各信号レベルがゼロであるオフセット画像を、Ｒ、Ｇ及びＢの各フィルタを用いて撮影したときの、輝度分布を示した図である。横軸は各プロジェクタによって投影される画像の水平方向の座標を、縦軸は輝度を示している。なお、図７の例では、説明の簡単化のため、図２に示した３台のプロジェクタ２３ａ、２３ｂ及び２３ｃのうち、２台のプロジェクタ（プロジェクタＸ、プロジェクタＹ）について示している。図７に示すように、Ｒ、Ｇ及びＢの輝度比は、プロジェクタ内及びプロジェクタ間で異なっており、これがオフセット光の色むらとなって現れる。
本実施形態では、図８に示すようにして、上述したようなＲ、Ｇ及びＢの輝度比の違いに起因して生じるオフセット光の色むらを抑制している。すなわち、Ｒ、Ｇ及びＢそれぞれの目標オフセット輝度レベルが、Ｒ、Ｇ及びＢそれぞれの輝度分布の最大輝度レベルに一致するようにしている。これにより、投影範囲全体にわたってＲ、Ｇ及びＢの輝度比が等しくなるため、プロジェクタ内及びプロジェクタ間におけるオフセット光の色むらを抑制することができる。
次に、本実施形態に係るマルチプロジェクションシステムの動作を、図９に示したフローチャートを参照して説明する。
まず、図１の画像撮影部（カメラ）１４にフィルタＲをセットする（Ｓ１）。続いて、入力信号の測定階調ｉ（第０階調〜第２５５階調）を設定する（Ｓ２）。続いて、キャリブレーションパターン生成部１３により赤色のカラーパッチＲ（ｉ）を設定し、画像表示部（プロジェクタ）１２からスクリーンに全面赤の画像を投影する（Ｓ３）。さらに、画像撮影部１４によりスクリーンに投影されたＲのカラーパッチを撮影し、撮影された画像の画像データをファイルに保存する（Ｓ４）。上述したＳ２〜Ｓ４のステップを、測定階調ｉを順次増加させて繰り返す（Ｓ５）。これにより、Ｒについてのガンマ特性が得られる。
なお、Ｓ３及びＳ４のステップは、入力信号の測定階調ｉを第０階調から第２５５階調まで１階調刻みで増加させて行うようにしてもよいが、例えば第０階調、第１５階調、第３１階調、………、といったように、任意の刻みで増加させて行うようにしてもよい。ただし、最小階調（第０階調）及び最大階調（第２５５階調）での測定は必ず行うようにする。
次に、画像撮影部１４にフィルタＧをセットする（Ｓ６）。そして、上述したＳ２〜Ｓ５のステップと同様にして、ＧについてＳ７〜Ｓ１０のステップを実行することで、Ｇについてのガンマ特性を取得する。
さらに、画像撮影部１４にフィルタＢをセットする（Ｓ１１）。そして、上述したＳ２〜Ｓ５のステップと同様にして、ＢについてＳ１２〜Ｓ１５のステップを実行することで、Ｂについてのガンマ特性を取得する。
次に、画像補正データ算出部１５により、入力信号の第０階調での測定によって得られたデータに基づき、Ｒ、Ｇ及びＢそれぞれについて、図７に示したようなオフセットレベルを画素毎に算出する（Ｓ１６）。続いて、算出されたオフセットレベルに基づき、図８で説明したような目標オフセットレベルを設定する（Ｓ１７）。
次に、プロジェクタ番号ｊ（ｊ＝０〜Ｐ、プロジェクタの台数に対応）を設定する（Ｓ１８）。続いて、画像補正データ算出部１５により、プロジェクタｊについてのオフセット補正データを、Ｒ、Ｇ及びＢそれぞれについて算出する。例えば、Ｓ１６のステップで得られた画素毎のオフセットレベルと、Ｓ１７のステップで得られた目標オフセットレベルとの差分に対応したデータを、オフセット補正データとして算出する（Ｓ１９）。さらに、画像変換部１６にプロジェクタｊのオフセット補正データを保存する（Ｓ２０）。上述したＳ１８〜Ｓ２０のステップを、各プロジェクタｊ（ｊ＝０〜Ｐ）について順次繰り返す（Ｓ２１）。
以上のようにして、Ｒ、Ｇ及びＢそれぞれのガンマ特性とともに、Ｒ、Ｇ及びＢそれぞれのオフセット補正データが得られる。
このように、本実施形態では、画像表示部（プロジェクタ）のＲ、Ｇ及びＢに対応したＲ、Ｇ及びＢのフィルタを画像撮影部（カメラ）に設け、これらのフィルタを順次切り替えてＲ、Ｇ及びＢそれぞれのオフセット光データを取得し、取得したオフセット光データを用いてオフセット補正データを算出する。これにより、プロジェクタ内及びプロジェクタ間の色むら（オフセット光の色むら）を低減することができる。
なお、上述した実施形態では、図８に示すように、Ｒ、Ｇ及びＢそれぞれの目標オフセット輝度レベルが、Ｒ、Ｇ及びＢそれぞれの輝度分布の最大輝度レベルに一致するようにしている。したがって、黒の画像が明るく見えてしまうおそれがある。このような場合には、キャリブレーションを行った後、各プロジェクタに同じ透過率を有するＮＤフィルタを装着するようにしてもよい。このように、ＮＤフィルタを装着することで、画像の輝度を下げることができるため、クリアな黒を表示することができる。また、キャリブレーション後にＮＤフィルタを装着することで、キャリブレーション時の撮影時間が長くならないようにすることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
産業上の利用可能性
本発明によれば、プロジェクタ内或いはプロジェクタ間の色むらを低減することができ、表示品質に優れたマルチプロジェクションシステムを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施形態に係るマルチプロジェクションシステムの機能的な構成を示したブロック図である。
図２は、本発明の実施形態に係るマルチプロジェクションシステムの具体的な構成を説明するための説明図である。
図３は、図１に示したマルチプロジェクションシステムの構成の一部について、その詳細を示したブロック図である。
図４は、図２に示したキャリブレーション用のカメラの一例を模式的に示した図である。
図５は、図２に示したキャリブレーション用のカメラの他の例を模式的に示した図である。
図６は、本発明の実施形態に係るマルチプロジェクションシステムにおけるプロジェクタ及びフィルタのスペクトル特性の一例を示した図である。
図７は、本発明の実施形態に係り、プロジェクタのオフセット光の輝度分布を示した図である。
図８は、本発明の実施形態に係り、オフセット光の輝度分布と目標オフセット輝度との関係を示した図である。
図９は、本発明の実施形態に係るマルチプロジェクションシステムの動作を示したフローチャートである。
図１０は、本発明の実施形態に係るマルチプロジェクションシステムにおけるプロジェクタ及びフィルタのスペクトル特性の他の例を示した図である。
図１１は、図２に示したキャリブレーション用のカメラのさらに他の例を模式的に示した図である。
【図１】
2003103298.tif 000003
【図２】
2003103298.tif 000004
【図３】
2003103298.tif 000005
【図４】
2003103298.tif 000006
【図５】
2003103298.tif 000007
【図６】
2003103298.tif 000008
【図７】
2003103298.tif 000009
【図８】
2003103298.tif 000010
【図９】
2003103298.tif 000011
【図１０】
2003103298.tif 000012
【図１１】
2003103298.tif 000013
【国際調査報告】
2003103298.tif 000014
2003103298.tif 000015
2003103298.tif 000016
2003103298.tif 000017