(57)【要約】【課題】プロジェクタ本体をプロジェクタロボット上に搭載し、プロジェクタ本体と投影画面間に遮蔽体が存在するとき、これを検知してプロジェクタ本体をプロジェクタロボットで移動させ、遮蔽体の影のない投影画像を得る自律走行型プロジェクタ装置及びその移動方法を提供する。【解決手段】プロジェクタロボットは、投影面に投影された画像を撮影する画像入力部と、画像入力部にて撮影された画像と画像ソースとの差分処理を行ない、プロジェクタ本体の投影角度を変更すべきかどうかを判断する調整部と、調整部にて前記プロジェクタ本体の投影面に対する投影角度を変更する必要があると判断されたとき、差分処理による差を解消する方向に移動する移動部とを備えてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影する画像や映像よりなる画像ソースをスクリーン等の投影面に投影するとともに、自動フォーカス機能等の内部補正機能を含むプロジェクタ本体と、該プロジェクタ本体を搭載し、適切な投影画像を得るべくこれを移動させるプロジェクタロボットとからなる自律移動型プロジェクタ装置であって、
前記プロジェクタロボットは、
前記投影面に投影された画像を撮影する画像入力部と、
該画像入力部にて撮影された画像と前記画像ソースとの差分処理を行ない、前記プロジェクタ本体の投影角度を変更すべきかどうかを判断する調整部と、
該調整部にて前記プロジェクタ本体の前記投影面に対する投影角度を変更する必要があると判断されたとき、前記差分処理による差を解消する方向に移動する移動部と、
を備えてなることを特徴とする自律移動型プロジェクタ装置
【請求項２】
前記移動部は、前記プロジェクタ本体を、前記投影面の中心を中心とする同心円上を移動させる、前記投影面側に位置する前輪とその反対側に位置する後輪とを備えてなることを特徴とする請求項１記載の自律移動型プロジェクタ装置
【請求項３】
前記移動部は、前記プロジェクタロボットに搭載される前記プロジェクタ本体の傾きを調整する補助輪を備えてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の自律移動型プロジェクタ装置
【請求項４】
投影する画像や映像よりなる画像ソースをスクリーン等の投影面に投影するとともに、自動フォーカス機能等の内部補正機能を含むプロジェクタ本体と、該プロジェクタ本体を搭載し、適切な投影画像を得るべくこれを移動させるプロジェクタロボットとからなる自律移動型プロジェクタ装置の移動方法であって、
前記プロジェクタ本体による画像投影を開始する第１ステップと、
前記画像ソースの内部補正を行なう第２ステップと、
前記投影面に投影された画像を撮影する第３ステップと、
前記画像ソースと前記投影画像の差分処理を行う第４ステップと、
影等による前記投影画像の欠落を検出する第５ステップと、
差分が検出されたとき前記投影画における差分の大きい領域を判定する第６ステップと、
差分の大きい領域をもとに移動方向を決定する第７ステップと、
決定された方向にプロジェクタロボットを移動させる第８ステップと、
を含み、前記第２ステップないし第８ステップの処理が繰り返されることを特徴とする自律移動型プロジェクタ装置の移動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律移動型プロジェクタ装置及びその移動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタに関する技術として、オートフォーカスや歪み補正、スクリーンサイズ補正等の内部補正機能は公知である（特許文献１）。プロジェクタとカメラを搭載した移動ロボットによる遠隔支援ロボットの技術として、プロジェクタとカメラの光軸の一致技術、視野共有機能、視野誘導機能の評価を行った論文が知られている（非特許文献１）。また、実物体に情報を投影することで人間の生活を支援する情報を提示する実物体プロジェクションシステムについても知られている（非特許文献２〜６）。
【０００３】
即ち、非特許文献２には、ロボットの環境認識の手法としてビジュアルマーカを採用した手法が開示されており、非特許文献３には、ソフトウェアARToolKitによりビジュアルマーカに追従し指定の位置に情報を投影する技術が開示されている。非特許文献４には、平面２自由度における追従投影精度を向上するためのハードウェアとソフトウェアによる２段階の調整を行う手法とシステムの冗長性を利用した障害物回避及びサーボ駆動限界の回避技術が開示されている。非特許文献５には、冗長性を利用したカメラとマーカ間の距離を適切に保ちながら投影を行う技術が開示され、シミュレーションにおける考察が述べられている。また、非特許文献６には、追従投影範囲を空間３自由度へ拡張し、実験により追従性能及び冗長制御の妥当性に述べられている。
【０００４】
しかし、プロジェクタと投影面の間に人間を含む遮蔽体が存在すると投影画像の一部が欠落してしまう（その影が映ってしまう）という問題がある。また遮蔽体が人間の場合、プロジェクタの光が視界に入るため、非常に眩しいといった問題も生じる。これを解決する方法として、背面投影型プロジェクタ等が開発されているが、特殊なスクリーンが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2008-33136号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】町野保, 南條義人, 柳原義正, 河田博昭, 岩城敏, 下倉健一朗, 武藤伸洋, “カメラとプロジェクタを搭載した移動ロボットによる実空間視野共有型コラボレーションシステム”, 日本ロボット学会誌, Vol.28, No.6, pp.746-755 (2010)
【非特許文献２】出戸智洋, 岩城敏, “カメラとプロジェクタを搭載した実世界指向情報提示移動ロボットに関する研究 ―第一報:ビジュアルマーカによる環境情報構造化―”, 電気・情報関連学会中国支部連合大会 (2009)
【非特許文献３】出戸智洋, 岩城敏, “カメラとプロジェクタを搭載した実世界指向情報提示移動ロボットに関する研究 ―第二報:ビジュアルマーカを用いた情報の投影手法―”, 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会 (2010)
【非特許文献４】T.Izumi, S.Iwaki,K.Tsuji, T.Sugiyama, “Robust projection method for a mobile robot with camera andprojector based on a structured-environment approach”,IEEE/SICE International Symposium on System Integration (2011)
【非特許文献５】辻和也, 谷口和弘, 岩城敏, “カメラとプロジェクタを搭載した移動ロボットの環境情報構造化によるロバストプロジェクション―カメラ マーカ間距離を考慮した方式―”, 第14回IEEE広島支部学生シンポジウム(2012)
【非特許文献６】KazuyaTsuji, Takatoshi Sugiyama, Kazuhiro Taniguchi,Satoshi Iwaki,“Robust Projection Method for a MobileRobot with a Camera and a Projector Based on a Structured-Environment ApproachExperiments of the Modified Method Considering a Distance between a Marker anda Robot”,Proceedings of 9th International Workshop onRobot Motion and Control (2013)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、プロジェクタ本体とプロジェクタロボットを連動させ、プロジェクタロボットを移動、したがってプロジェクタ本体を移動させることで、プロジェクタ本体と投影面との間に人間等の遮蔽体が介在したときに生じる影等投影画面の欠落を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、投影する画像や映像よりなる画像ソースをスクリーン等の投影面に投影するとともに、自動フォーカス機能等の内部補正機能を含むプロジェクタ本体と、該プロジェクタ本体を搭載し、適切な投影画像を得るべくこれを移動させるプロジェクタロボットとからなる自律移動型プロジェクタ装置であって、前記プロジェクタロボットは、前記投影面に投影された画像を撮影する画像入力部と、該画像入力部にて撮影された画像と前記画像ソースとを比較して差分処理を行ない、前記プロジェクタ本体の投影角度を変更すべきかどうかを判断する調整部と、該調整部にて前記プロジェクタ本体の前記投影面に対する投影角度を変更する必要があると判断されたとき、前記差分処理による差を解消する方向に移動する移動部と、を備えてなるものである。
【０００９】
本発明において、前記移動部は、前記プロジェクタ本体を、前記投影面の中心を中心とする同心円上を移動させる、前記投影面側に位置する前輪とその反対側に位置する後輪とを備えてなるものである。
【００１０】
また本発明において、前記移動部は、前記プロジェクタロボットに搭載される前記プロジェクタ本体の傾きを調整する補助輪を備えてなるものである。
【００１１】
更に、本発明は、投影する画像や映像よりなる画像ソースをスクリーン等の投影面に投影するとともに、自動フォーカス機能等の内部補正機能を含むプロジェクタ本体と、該プロジェクタ本体を搭載し、適切な投影画像を得るべくこれを移動させるプロジェクタロボットとからなる自律移動型プロジェクタ装置の移動方法であって、前記プロジェクタ本体による画像投影を開始する第１ステップと、前記画像ソースの内部補正を行なう第２ステップと、前記投影面に投影された画像を撮影する第３ステップと、
前記画像ソースと前記投影画像を比較して差分処理を行う第４ステップと、影等による前記投影画像の欠落を検出する第５ステップと、差分が検出されたとき前記投影画における差分の大きい領域を判定する第６ステップと、差分の大きい領域をもとに移動方向を決定する第７ステップと、決定された方向にプロジェクタロボットを移動させる第８ステップと、を含み、前記第２ステップないし第８ステップの処理が繰り返されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プロジェクタ本体と投影面との間に遮蔽体が存在するとき、これを検知してプロジェクタロボットを自律移動させ、したがってプロジェクタ本体を遮蔽体の影が入らない位置に移動させるから、欠落のないきれいな画像を投影面に投影させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る自律移動型プロジェクタ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】プロジェクタ本体の正面図である。
【図３】プロジェクタ本体の背面図である。
【図４】プロジェクタ本体の側面図である。
【図５】本発明に係る自律移動型プロジェクタ装置の移動方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】画像ソースの画像である。
【図７】遮蔽体が存在しないときの投影画像である。
【図８】遮蔽体（人の手）が存在し投影画像に影が入ったときの投影画像である。
【図９】画像ソースと投影画像の差分を画像処理により抽出した画像である。
【図１０】差分抽出画像の２値化を行なった画像である。
【図１１】２値化画像を右領域と左領域に分けた状態を示す画像である。
【図１２】プロジェクタロボットの移動方向を説明するための上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る自律移動型プロジェクタ装置について説明する。図１において、１は、プロジェクタ本体で、従来より知られている一般的なプロジェクタが使用される。すなわちこのプロジェクタ本体１には、投影したい画像や映像（画像ソース）がケーブル、無線等を介して入力される。プロジェクタ本体１には、従来技術の内部補正、例えばオートフォーカス、台形ゆがみ補正等の処理がなされ、スクリーン等の画像投影部２に投影される。
【００１５】
３は、プロジェクタ本体１が搭載されるプロジェクタロボットで、画像投影面２に投影された画像を撮影するカメラよりなる画像入力部４と、この画像入力部４にて撮影された画像と画像ソースの差分処理を行い、プロジェクタ本体１による投影角度を変更すべきか否かを判断する調整部５と、この調整部５によって投影角度の変更が必要（遮蔽体あり）と判断されたときプロジェクタロボット３を移動させる移動部６からなる。プロジェクタ本体１における従来の内部補正機能は、調整部５に内蔵させることもできる。調整部５にて画像ソースと投影画像の差分処理を行い、プロジェクタロボット３を移動させ、移動させた位置にて、再度画像入力部４により投影画像を撮影し、差分処理を行い、その差に基づいて、移動部６を作動させてプログラムロボット３及びプロジェクタ本体１を移動させる、という動作が繰り返される。
【００１６】
図２ないし図４において、プロジェクタ本体１は、プロジェクタロボット３上に搭載される。実際にはプロジェクタ本体１は、プロジェクタロボット３上に載置されるのみでよい。また掛け金等で着脱可能に固定されてもよい。７はプロジェクタ本体１の前面に配置された投射レンズ、４はカメラよりなる画像入力部である。
【００１７】
プロジェクタロボット３における移動部６は、具体的には、プロジェクタ本体１を、投影面２の中心を中心とする同心円上を移動させる一対の車輪、すなわち投影面２側に位置する前輪８とその反対側に位置する後輪９と、これらを駆動するモータ（図示せず）とからなる。１０，１０は、移動部６を構成する補助輪で、前輪８．後輪９の配置方向と直行する配置方向に設けられ、その高さ変更によりプロジェクタ本体１の傾きを調整する。
【００１８】
次に、図５を参照して、本実施形態に係る自律移動型プロジェクタ装置の移動方法をステップ順に説明する。
S1:プロジェクタ本体１による画像投影を開始する第１ステップ
S2:画像ソースの内部補正を行なう第２ステップ
S3:投影面２に投影された画像を画像入力部４にて撮影する第３ステップ
S4:調整部５にて画像ソースと投影画像を比較して差分処理を行う第４ステップ
S5:影等による投影画像の欠落を検出し、欠落があれば(Yes)、次のステップS6へ進み、欠落がなければ(No)移動動作は行なわないとする第５ステップ
S6:差分が検出されたとき投影画像における差分の大きい領域を判定する第６ステップ
S7:差分の大きい領域をもとに移動方向を決定する第７ステップ
S8:移動部６を作動させ、決定された方向にプロジェクタロボット３を移動させる第８ステップ
第２ステップS2ないし第８ステップS8の処理を繰り返す。
【００１９】
差分処理
画像ソースと投影画像の差分処理を行うことにより、遮蔽体により欠落した個所を検出する。図６は、画像ソース（欠落なし）を、図７は、遮蔽体のない場合の投影画像を、図８は、遮蔽体例えば手を投射光の中にかざし、その影が入った投影画像を示す。画像ソースと遮蔽体のない投影画像を比較すると、濃淡などの小さな差分は生じているが、大きな差分はないことが分かる。一方、遮蔽体によって遮られた投影画像は、手やその影によって投影画像の一部が欠け、大きな差分が発生する。
【００２０】
プロジェクタ本体１による投影画像は、環境光等の外乱により濃淡やコントラスト等の小さな差分は必然的に生ずる。そのため本実施形態では、大きな差分のみ検出することとし、その差分の位置によりプロジェクタロボット３の移動方向を決定する。
【００２１】
図８に示す投影画像においては、画像の右半分に大きな差分が存在するため、プロジェクタロボット３を左側へ移動させ投影させると、手の影は投影画像の右側へフェードアウトしていき、図７に示す欠落のない投影画像を得ることができる。
【００２２】
差分領域の判定
プロジェクタロボット３の移動方向は、画像ソースと投影画像の差分の位置によって決定される。そのため、投影画像のどの部分に差分が存在しているかを知る必要がある。図９は、画像ソース（図６）と投影画像（遮蔽体あり、図８）の差分を画像処理により抽出した画像であり、図１０は、この差分抽出画像を２値化した画像である。図１０中、白色部分が大きな差分を表している。図１１に示すように、この画像を右領域と左領域に分け、それぞれの領域内に存在する白色のピクセル数を比較し、白色ピクセル数の多い領域（図１１では右領域）を差分が大きく存在する領域とする。
【００２３】
右領域が差分の大きい領域と判定されたときは、プロジェクタロボット３は左方向に移動し、逆に左領域が差分の大きい領域と判定されたときは、プロジェクタロボット３は右方向に移動する。これにより投影画像の視認性が改善される。
【００２４】
車輪速度算出
プロジェクタ本体１の投影角度を変更するための移動経路は、図１２に示すように、投影面２の中心Pを中心とした同心円Aの円周上である。これにより投影開始時にセットした投影距離Bを維持したまま投影角度の変更を行うことができる。画像ソースと投影画像の差分が右領域に大きく存在するときは時計回りに、左領域に大きく存在するときは反時計回りに移動する。なお、投影角度の変更に伴うヨコ台形ゆがみについては、内部補正機能で台形補正を行うため、プロジェクタ本体１のヨコ台形補正機能の補正限界が移動限界となる。
【００２５】
時計回りのときの前輪８、後輪９の車輪速度を数式１に、反時計回りのときの前輪８、後輪９の車輪速度を数式２に示す。前輪８と後輪９の回転速度を調整する（後輪９の回転速度を前輪８の回転速度よりわずかに速くする）ことにより、移動方向を同心円Aに沿った曲線とすることができる。ここでVFront  VRearは前輪８、後輪９の車輪速度、vは旋回速度、ρは旋回半径（投影距離B）、dは車輪軸の半分の長さ、ｋはゲインを示す。
【数１】
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【数２】
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【符号の説明】
【００２６】
１      プロジェクタ本体
２      投影面（スクリーン）
３      プロジェクタロボット
４      画像入力部（カメラ）
５      調整部
６      移動部
７      投射レンズ
８      前輪
９      後輪
１０      補助輪
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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