(57)【要約】【課題】斜め投射の場合に、投射手段のズーム位置に応じたキーストン歪み補正を容易に行う。【解決手段】ＬＣＤパネル３の表示画像３ａを、光を利用して外部のスクリーン１０１に投射する投射手段５と、そのズーム位置を検出する検出手段７と、画像変換手段２ａとを有する。画像変換手段２ａは、スクリーン上の歪み画像のサイズを変化させるように規定されたパラメータ（たとえば投射距離）を有し、その値をズーム位置で調整し、調整後のパラメータを用いてパネル表示画像３ａのアドレスを生成する。入力される画像データを変換して得られたデータを、この生成したアドレスに割り当てることにより表示画像３ａを生成する。歪み画像のアドレスがズーム位置の情報を含むため、いかなるズーム位置でも歪み補正の精度が高い。【選択図】  図１
2004350154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示手段と、
当該画像表示手段の表示画像を、光を利用して外部の投射面に投射する投射手段と、
前記投射手段のズーム位置を検出する検出手段と、
前記投射面上の歪み画像のサイズを変化させるように規定されたパラメータを有し、当該パラメータの値を前記検出されたズーム位置で調整し、調整後のパラメータを用いて前記表示画像のアドレスを生成し、入力される画像データを変換して得られた前記表示画像のデータを前記生成したアドレスに割り当てる画像変換手段と、
を有する画像投射装置。
【請求項２】
前記画像変換手段が、
前記投射面上の歪み画像のアドレスを、前記画像表示手段と前記投射面との相対関係情報に基づいて生成するアドレス生成手段と、
前記歪み画像のアドレスと所望の画像のアドレスとの対応関係から決められる前記画像表示手段のアドレスに、投射したときに前記投射面上で歪みが補正される表示画像を補間処理により生成する補間手段と、を有し、
前記アドレス生成手段が用いる前記相対関係情報に、前記投射手段のズーム位置に応じて前記歪み画像のサイズを変化させるように規定された前記パラメータを含む
請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記パラメータは、前記ズーム位置に応じて変化するように正規化された投射距離である
請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記パラメータは、前記ズーム位置が変化したときの最大の投射距離と最小の投射距離とを、合計が１となる係数で加重平均して求めた投射距離である
請求項３に記載の画像投射装置。
【請求項５】
前記ズーム位置が変化したときの最大の投射距離と最小の投射距離を変更可能に設定する手段をさらに有する
請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項６】
前記パラメータが前記画像表示手段の解像度により正規化されている
請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項７】
画像表示手段に表示した表示画像を、光を利用した投射手段により外部の投射面に投射したときに、当該投射面上で歪みが補正されるように投射前の前記表示画像を補正する画像処理装置であって、
前記投射面上の歪み画像のサイズを変化させるように規定されたパラメータを有し、当該パラメータの値を前記検出されたズーム位置で調整し、調整後のパラメータを用いて前記表示画像のアドレスを生成し、入力される画像データを変換して得られた前記表示画像のデータを前記生成したアドレスに割り当てる画像変換手段を
有する画像処理装置。
【請求項８】
前記画像変換手段が、
前記投射面上の歪み画像のアドレスを、前記画像表示手段と前記投射面との相対関係情報に基づいて生成するアドレス生成手段と、
前記歪み画像のアドレスと所望の画像のアドレスとの対応関係から決められる前記画像表示手段のアドレスに、投射したときに前記投射面上で歪みが補正される表示画像を補間処理により生成する補間手段と、を有し、
前記アドレス生成手段が用いる前記相対関係情報に、前記投射手段のズーム位置に応じて前記歪み画像のサイズを変化させるように規定された前記パラメータを含む
請求項７に記載の画像処理装置。
【請求項９】
画像表示手段に表示した表示画像を、光を利用した投射手段により外部の投射面に投射したときに、当該投射面上で歪みが補正されるように投射前の前記表示画像を補正する画像処理方法であって、
前記投射手段のズーム位置を検出するステップと、
前記投射面上の歪み画像のサイズを変化させるように規定されたパラメータの値を前記検出されたズーム位置で調整するステップと、
調整後のパラメータを用いて前記表示画像のアドレスを生成し、入力される画像データを変換して得られた前記表示画像のデータを前記生成したアドレスに割り当てる画像変換のステップと、
を含む画像処理方法。
【請求項１０】
前記画像を変換するステップが、さらに、
前記投射面上の歪み画像のアドレスを、前記画像表示手段と前記投射面との相対関係情報に基づいて生成するアドレス生成のステップと、
前記歪み画像のアドレスと所望の画像のアドレスとの対応関係から決められる前記画像表示手段のアドレスに、投射したときに前記投射面上で歪みが補正される表示画像を補間処理により生成するステップと、を含み、
前記アドレス生成のステップで用いる前記相対関係情報に、前記投射手段のズーム位置に応じて前記歪み画像のサイズを変化させるように規定された前記パラメータを含む
請求項９に記載の画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネル等の画像表示手段を有し、当該画像表示手段に表示した表示画像を、光を利用して外部の投射面に投射したときの投射の角度に応じて生じる投射面上の歪みを補正することができる画像投射装置、画像処理装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆるプロジェクターと称される画像投射装置は、画像表示手段、たとえばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）パネルを有している。画像表示手段に画像を表示させ、その画像を外部のスクリーン等の投射面に投影する。このとき、スクリーンに対するプロジェクターからの画像の投射角度が斜めであると、本来、矩形状であるはずの画像がスクリーン上で台形状に歪む。
このため、液晶パネル上での画像を逆に歪ませてスクリーン上の画像の台形歪みを補正するいわゆるキーストン補正機能を備えた液晶プロジェクターが知られている。
【０００３】
鉛直または水平のキーストン歪み補正では、スクリーン上の投射映像と逆方向に意図的に歪ませた画像を液晶パネル上で生成する。正矩形の入力画像を意図的に歪ませる画像変換は、通常、プロジェクターが有する画素数変換機能を利用して行う。たとえば、鉛直のキーストン歪み補正は、元画像の１フレーム内の単数または複数の水平ラインデータに対して、補間処理や間引き処理をディジタル的に施すことにより台形歪みの逆変換を実行させることにより実現されている。
【０００４】
たとえば図１４（Ａ）に示すように、スクリーン１０１に向かって斜め左下にプロジェクター１を配置し、その位置からスクリーン１０１に画像を投射した場合、スクリーン１０１上では水平方向と鉛直方向の歪みが合成され投影画像が複雑に歪む。図１４（Ａ）では、この歪み画像の形状を、スクリーン１０１上の斜線を含む画像形状で表している。この歪み画像を正矩形の形状に補正するには、鉛直と水平の両方向でキーストン歪み補正を行う必要がある。このキーストン歪み補正によって、図１４（Ｂ）に示す入力画像を元に、ＬＣＤパネル上で図１４（Ｃ）に示すように意図的に逆に歪ませた表示画像が生成される。この表示画像を投射すると、図１４（Ａ）に示すように、スクリーン１０１でキーストン歪が相殺されたほぼ正矩形の投影画像が得られる。
【０００５】
ところで、鉛直のキーストン歪みを補正することができるビデオプロジェクタにおいて、鉛直方向の投射角度および画角、すなわち鉛直および水平の投射映像の拡がり角度を検出して、キーストン歪み補正を行う技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１８６５３８号公報（第４−第５頁等）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この特許文献１にも記載されているが、キーストン歪みの度合いは、投射レンズのズーム量を変えて、ワイドモードにする場合とテレモードにする場合で異なる。換言すると、投射レンズのズーム位置あるいは画角に応じてキーストン歪み量が若干変化することがある。これは、レンズの光学パラメータをワイド側とテレ側で完全に同じにできないなどの理由による。
【０００８】
図１５を用いて、投射光軸がスクリーンに対し鉛直と水平の２つの方向とも垂直でない斜め投射の場合、光学パラメータの違いに応じた画像の違いを説明する。図１５（Ａ）に画角が最大のワイド設定時の光学パラメータを用いて作図した画像を、図１５（Ｂ）に画角が最小のテレ設定時の光学パラメータを用いて作図した画像を、それぞれ示す。また、図１５（Ｃ）は、ワイド設定画像とテレ設定画像とを比較するため、この２つの画像を重ね合わせた図であり、図１５（Ｄ）に、その一部を拡大して示す。
図１５（Ａ）と図１５（Ｂ）を横並びで比較すると、一見同じように見えるが、差分を見やすくするために画像同士を重ね合わせてみると、図１５（Ｃ）および図１５（Ｄ）に示すように、２つの画像で歪み方が異なっていることがわかる。
【０００９】
以上のように、キーストン歪みを精度よく補正しようとした場合、スクリーンに投射する前のＬＣＤパネル上に表示する画像を、レンズ系の光学パラメータなどの違いを考慮した形状で生成しなければならない。
【００１０】
前述した特許文献１では、投射レンズのズーム量をキーストン歪み補正に反映させるとしているが、そのズーム量の情報はＣＰＵで検出されてＣＰＵに制御された画角変換回路に供給される。このとき、ラインごとの補正値をＣＰＵで算出し、算出した補正値を元に画角変換回路により画角を変換するとしている。より詳細には、拡大されたラインの倍率Ｚを、ズーム量を規定する投射角度（画角）で表し、このラインを１／Ｚ倍にすることでズーム量に応じた歪みを補正するものである。
【００１１】
ところが、鉛直方向の投射角度に応じた縦キーストン歪みのみが生じている場合は、この補正方法が適用できるが、これに水平方向の投射角度に応じた横キーストン歪みが複合された斜め投射の場合、複数のラインを操作して新たな画素ラインを生成する必要がある。この場合、上記ズーム量をどのように反映させてよいかが不明である。
このように、従来のプロジェクターでは、斜めのキーストン歪み補正において投射レンズ内のズームレンズの位置（ズーム位置）をどのように反映させるかの手法が確立されていないという課題があった。
【００１２】
本発明の第１の目的は、投射面に対し正面位置から水平と鉛直の両方向の角度をもって画像が投射された斜め投射の場合であっても、投射手段のズーム位置に応じた歪み補正ができる画像投射装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、上記画像投射装置で好適に用いることができ、投射手段のズーム位置に応じた歪み補正のための画像を生成する画像処理装置とその方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像投射装置は、画像表示手段と、当該画像表示手段の表示画像を、光を利用して外部の投射面に投射する投射手段と、前記投射手段のズーム位置を検出する検出手段と、前記投射面上の歪み画像のサイズを変化させるように規定されたパラメータを有し、当該パラメータの値を前記検出されたズーム位置で調整し、調整後のパラメータを用いて前記表示画像のアドレスを生成し、入力される画像データを変換して得られた前記表示画像のデータを前記生成したアドレスに割り当てる画像変換手段と、を有する。
好適に、前記画像変換手段が、前記投射面上の歪み画像のアドレスを、前記画像表示手段と前記投射面との相対関係情報に基づいて生成するアドレス生成手段と、前記歪み画像のアドレスと所望の画像のアドレスとの対応関係から決められる前記画像表示手段のアドレスに、投射したときに前記投射面上で歪みが補正される表示画像を補間処理により生成する補間手段と、を有し、前記アドレス生成手段が用いる前記相対関係情報に、前記投射手段のズーム位置に応じて前記歪み画像のサイズを変化させるように規定された前記パラメータを含む。
【００１４】
前記パラメータは、好適に、前記ズーム位置に応じて変化するように正規化された投射距離である。また、前記パラメータは、好適に、前記ズーム位置が変化したときの最大の投射距離と最小の投射距離とを、合計が１となる係数で加重平均して求めた投射距離である。
【００１５】
本発明に係る画像処理装置は、画像表示手段に表示した表示画像を、光を利用した投射手段により外部の投射面に投射したときに、当該投射面上で歪みが補正されるように投射前の前記表示画像を補正する画像処理装置であって、前記投射面上の歪み画像のサイズを変化させるように規定されたパラメータを有し、当該パラメータの値を前記検出されたズーム位置で調整し、調整後のパラメータを用いて前記表示画像のアドレスを生成し、入力される画像データを変換して得られた前記表示画像のデータを前記生成したアドレスに割り当てる画像変換手段を有する。
【００１６】
このように構成された画像投射装置および画像処理装置によれば、画像投射装置内の検出手段が投射手段のズーム位置を検出する。検出されたズーム位置は、画像変換手段に送られ、ここで規定されているパラメータの値を調整するために用いられる。このパラメータは、画像表示手段に表示された画像を投射したときに、投射面上の歪み画像のサイズを変化させるように規定されている。より詳細には、このようなパラメータとして、たとえば正規化された投射距離が用いられ、投射距離がズーム位置により変化可能に定義されている。そのため、検出されたズーム位置に応じて一意にパラメータ（たとえば、正規化された投射距離）の値が決められる。
値が確定したパラメータは、画像変換手段内で歪み画像のアドレス生成に用いられ、その結果、水平と鉛直の両方向の歪み量にズーム位置が反映される。この歪み画像のアドレスと所望の画像のアドレスとの相対関係から、意図的に逆に歪ませるためのアドレスが決められ、そのアドレスに対応した画像表示手段の位置に、入力した画像を変換して生成した新たな画像が割り当てられる。この画像表示手段に生成された表示画像を、上記ズーム位置の投射手段を用いて投射すると、投射面上の画像は当該ズーム位置に適合し、かつ水平と垂直の両方向で正確に歪みが補正された投影画像となる。
【００１７】
本発明に係る画像処理方法は、画像表示手段に表示した表示画像を、光を利用した投射手段により外部の投射面に投射したときに、当該投射面上で歪みが補正されるように投射前の前記表示画像を補正する画像処理方法であって、前記投射手段のズーム位置を検出するステップと、前記投射面上の歪み画像のサイズを変化させるように規定されたパラメータの値を前記検出されたズーム位置で調整するステップと、調整後のパラメータを用いて前記表示画像のアドレスを生成し、入力される画像データを変換して得られた前記表示画像のデータを前記生成したアドレスに割り当てる画像変換のステップと、を含む。
好適に、前記画像を変換するステップが、さらに、前記投射面上の歪み画像のアドレスを、前記画像表示手段と前記投射面との相対関係情報に基づいて生成するアドレス生成のステップと、前記歪み画像のアドレスと所望の画像のアドレスとの対応関係から決められる前記画像表示手段のアドレスに、投射したときに前記投射面上で歪みが補正される表示画像を補間処理により生成するステップと、を含み、前記アドレス生成のステップで用いる前記相対関係情報に、前記投射手段のズーム位置に応じて前記歪み画像のサイズを変化させるように規定された前記パラメータを含む。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像処理装置、画像処理方法および画像投射装置の実施の形態を、フロントプロジェクション型の液晶プロジェクターを例に、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１に、プロジェクターの基本構成を示す。
プロジェクター１は、映像信号（入力信号）に種々の信号処理を施す回路および各種駆動系の回路を含む回路部２を有する。回路部２は、信号処理回路内の一部に、画素数変換の機能を利用した画素データの補間により、入力画像を変換して投影画像の歪み補正を行う画像変換手段２ａと、その制御手段、たとえばＣＰＵ２ｂとを含む。また、プロジェクター１は、画像変換手段２ａから出力された画像３ａを表示する画像表示手段３、たとえばＬＣＤパネルを有する。この画像３ａを、以下、表示画像または歪み補正画像という。さらに、プロジェクター１は、表示画像３ａを外部に投射するための光源を含む投光部４と、各種レンズを含む光学部５とを有する。この投光部４および光学部５が本発明における「投射手段」の一実施態様を構成する。ＬＣＤパネル３は透過型と反射型のいずれでもよいが、いずれにしても表示画像３ａが、光学部５を通ってほぼ鉛直の投射面、たとえばスクリーン１０１に投影画像１０１ａとして映し出される。ＬＣＤパネル３はＲＧＢの色ごとに３つ設け、色ごとの画像が光学部５で合成される。
【００２０】
プロジェクター１は、ＬＣＤパネル３の画像とスクリーン１０１との相対的な関係を示す相対関係データを取得する手段（以下、相対関係取得手段）６と、光学部５のズーム位置を検出する検出手段７と、を有する。ここで「ズーム位置」とは、いわゆるズーム量を規定するものであり、具体的には、光学部５を構成する複数のレンズ群内でズームレンズの光軸方位の位置を表す。
相対関係取得手段６は、外部から相対関係データを入力する入力部、外部操作手段（ボタン等）、想定される相対関係データを予め記憶した記憶手段（たとえば、ＲＯＭ）、あるいは相対関係を自ら検出する手段など、種々の形態がある。相対関係取得手段６は、たとえば、少なくとも、画像のスクリーン１０１までの距離と、光学部５の光軸とスクリーン面とのなす角度とを取得する。
【００２１】
一方、検出手段７は、たとえば図２に示すように、プロジェクター１の投射レンズ外枠に設けられたズーム操作リング５Ａの操作量を、互いに結合したギヤ５ａと７ａを介して検出するポテンショメータなどの回転検出センサから構成される。一般に、投射レンズのズーム操作リング５Ａを一方または逆の向きにまわすことにより、内部のズームレンズの位置が光軸方向に変化し、その結果、投射レンズのズーム位置が調整される。この仕組みに対応して、ズーム操作リング５Ａに固定され、このリングとともに回転するギヤ５ａを設け、このギヤ５ａに結合したギヤ７ａを有したセンサ７を、プロジェクターの筺体内側面に設けている。このセンサ７がギヤ７ａの回転量を測ることにより、ズームレンズが投射レンズ内のどの位置にあるかがわかり、結果としてズーム位置が検出される。
【００２２】
なお、ズーム位置が検出できれば検出手段（センサ）の種類に限定はない。また、検出手段７および相対関係取得手段６は、回路部２内のＣＰＵ２ｂを介してズーム位置などの制御量を取得し画像変換手段２ａに送るが、このＣＰＵ２ａの役割を画像変換手段２ａ内の制御手段が行ってもよい。
【００２３】
画像変換手段２ａは、入力される相対関係データおよびズーム位置に基づいて歪み画像のアドレス（補間アドレス）を生成し、この補間アドレスと所望の正矩形の画像のアドレスとの対応関係に基づいて、補間処理により新たな画素データを生成する。このとき１つの画素データの生成に用いるべき元画像の複数Ｎ個の画素データが上記対応関係から求まり、また、フィルタ係数セットを生成して、これら元画像のＮ個の画素データとフィルタ係数セットを、Ｎタップのフィルタに入力する。これにより投射面上で歪みがキャンセルされるように逆方向に歪んだ画像が、当該画像変換手段２ａから出力される。
【００２４】
このフィルタ補間演算は、たとえば、イメージプロセッサと称される画像処理回路内に、スケーラと呼ばれる回路ブロックを内蔵させることにより実現される。
【００２５】
図３は、回路部に含まれる、イメージプロセッサとその周辺の回路ブロックの一構成例を示す図である。
図解した回路部は、コムフィルタ（Ｃｏｍｂ  Ｆｉｌｔｅｒ）２１、クロマデコーダ（Ｃｈｒｏｍａ  Ｄｅｃｏｄｅｒ）２２、セレクトスイッチ（ＳＷ）２３、アナログ−ディジタル・コンバータ（Ａ／Ｄ）２４、イメージプロセッサ（Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２５、ＳＤＲＡＭ等からなる画像メモリ２６を有する。このうち、イメージプロセッサ２５が、本発明に係る「画像処理回路」の一実施態様を構成する。なお、画像メモリ２６やＣＰＵ２ｂの機能をイメージプロセッサ２５内に内蔵させてもよい。
【００２６】
図解した回路部は、コンポジットビデオ信号（以下、Ｖｉｄｅｏ信号）、Ｙ／Ｃ信号、ＲＧＢ信号のいずれの映像信号にも対応している。Ｖｉｄｅｏ信号はコムフィルタ２１に、Ｙ／Ｃ信号はクロマデコーダ２２に、ＲＧＢ信号はセレクトスイッチ２３に、それぞれ入力される。いま、Ｖｉｄｅｏ信号が入力されている場合を考えると、コムフィルタ２１でＹ／Ｃ信号に変換され、続くクロマデコーダ２２でＹＵＶ信号に変換される。セレクトスイッチ２３によって選択された信号がＡ／Ｄ２４により変換されてディジタル信号になる。この信号がイメージプロセッサ２５に入力され、所望の信号処理が行われる。このとき、イメージプロセッサ２５の処理がＣＰＵ２ｂにより制御され、処理中に、適宜画像メモリ２６が使用される。所望の信号処理が行われた後は、処理後の信号が画像表示手段、たとえばＬＣＤパネル３に送られ、この信号に基づいてＬＣＤパネル３に、投射する画像が表示される。
【００２７】
図４に、イメージプロセッサ内部の回路ブロックの一構成例を示す。
イメージプロセッサ２５は、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｌａｃｅ−Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ）変換部２５１、スケーラ２５２、ＣＰＵインターフェース２５３、メモリ制御部２５４、および読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２５５を有する。スケーラ２５２は、図１に示す画像変換手段２ａを構成するアドレス発生部２５６、係数発生部２５７、および、フィルタ演算部２５８を有する。このうち、アドレス発生部２５６が本発明における「アドレス生成手段」の一実施態様を構成し、係数発生部２５７とフィルタ演算部２５８が本発明における「補間手段」の一実施態様を構成する。
【００２８】
イメージプロセッサ２５に入力された映像信号はＩＰ変換部２５１に送られ、ここでインターレース信号がプログレッシブ化される。この処理では画像メモリ２６を用いるが、メモリインターフェースとしてのメモリ制御部２５４にＩＰ変換部２５１が接続されることによって、ＩＰ変換部２５１は画像メモリ２６との間で画像データのやり取りを行う。プログレッシブ化された信号は、スケーリング処理を行うためにスケーラ２５２に送られる。スケーラ２５２の内部では、歪み補正に必要なアドレスをアドレス発生部２５６で生成する。このアドレス発生がズーム位置に応じて行われる。アドレス発生時にズーム位置を反映させる方法の詳細は、後述する。
つぎに、フィルタ係数を係数発生部２５７で発生させ、発生させたフィルタ係数をフィルタ演算部２５８に供給する。フィルタ演算部２５８が、与えられたフィルタ係数を用いた補間演算を行い、入力した映像信号が示す元画像が、所定の大きさと形状を有したＬＣＤパネルの画像に変換される。この変換後の画像の信号がＬＣＤパネル３に送られる。なお、ＲＯＭ２５５は、この補間演算に用いるフィルタ係数などのデータを保持する。また、これら一連の処理を含むイメージプロセッシングを制御するＣＰＵ２ｂのインターフェース２５３がＩＰ変換部２５１、スケーラ２５２およびＲＯＭ２５５に接続されている。
【００２９】
つぎに、キーストン歪み補正について説明し、そのなかでズーム位置に応じたアドレス生成を説明する。
【００３０】
図５は、正面に配置したプロジェクターの位置をＰ０としたときに、本発明の実施形態におけるプロジェクターの配置可能な範囲を示す図である。
プロジェクター１は、正面位置Ｐ０を含む水平面Ｐｈ内に配置でき、また、正面位置Ｐ０を含む垂直面Ｐｖ内に配置できる。さらに、プロジェクター１は、２つの平面Ｐｈ，Ｐｖによって区切られる第１象限Ｐ１、第２象限Ｐ２、第３象限Ｐ３、第４象限Ｐ４のいずれにおいても任意に配置できる。
プロジェクター１は、その内部のＬＣＤパネルの表示画像を、上述した範囲内であればどの位置から投射してもよい。プロジェクター１は、投射位置に応じた画像の歪みを補正する機能を有しているので、この機能を働かせれば恰も正面から投射したときと同じアスペクト比をもった正四角形の画像をスクリーン１０１上に映し出すことができる。
【００３１】
以下、フロントプロジェクターの表示画像を、スクリーンに対して正面の位置を基準に、鉛直方向にα度上向きで、水平方向ではスクリーン正面から左にβ度回転した位置から斜めに投射する場合を説明する。角度αおよびβが正の場合、投射位置は図５に示す第３象限Ｐ３に属する。他の象限からの投射時の補正は、ほぼ同じような考え方、方法で行えることから説明を省略する。また、ここでは、ＶＧＡ（６４０画素×４８０ライン）の解像度をもつ映像信号が入力され、これをＳＶＧＡ（８００画素×６００ライン）に解像度変換する場合を想定する。
【００３２】
図６（Ａ）に、正面投射の場合の右手座標系におけるプロジェクター１とスクリーン１０１の位置関係を示す。また、それに対応したｙｚ平面図を図６（Ｂ）に、ｘｙ平面図を図６（Ｃ）に、それぞれ示す。このとき、プロジェクター１の位置座標を（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）、スクリーン１０１上の任意の点の位置座標を（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）で表す。位置座標（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）と（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）により決まるスクリーン１０１とプロジェクター１の距離、および、前記斜め投射角度αとβが、前述した相対関係情報である。
図６（Ｂ）および図６（Ｃ）に示すように、正面投射ではスクリーン面と光軸が直交する。ただし、光軸はスクリーン中央ではなく下寄り位置、ここではスクリーン下辺中央付近でスクリーン面と交差している。フロントプロジェクターは机の上に配置をし、あるいは天井から吊るような配置をとる場合、レンズの中心とスクリーンの中心を結ぶ線が地面と平行にはならないように両者を配置させるためである。これはプロジェクターを机に置いて投射したときなどに、投射する画像の下端部分が机に映ってしまわないようにするための仕様であり、光学オフセットと称される。
【００３３】
図７（Ａ）に、鉛直方向にα度上向きで、水平方向については向かって左手からスクリーンに対しβ度の角度で斜めに投射する場合、右手座標系におけるプロジェクターとスクリーンの位置関係を示す。また、ｙｚ平面図を図７（Ｂ）に、ｘｙ平面図を図７（Ｃ）に、それぞれ示す。このとき、右手座標系の回転角度は鉛直方向にα度、水平方向に（−β）度となる。
【００３４】
ここで、キーストン歪み補正を考えやすくするために相対的な視点を変えることを考える。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）ではプロジェクター１の位置を動かして斜め方向から投射していたが、ここでは、相対的な位置関係を維持したままでプロジェクター１は動かさずに、スクリーン１０１を、その場で軸回転させることを想定する。
図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に、スクリーンを軸回転させた場合の図７（Ａ）〜図７（Ｃ）と等価的な斜め投射の位置関係を示す。このとき、右手座標系で表現するとスクリーンを、その下辺（ｘ軸）を中心に直立位置からｙ方向（背面側）に（−α）度傾かせ、向かって左側の辺（ｚ軸）を中心に左回転方向にβ度回転させる。つまり、図８（Ｂ）と図８（Ｃ）に示す傾きおよび回転の角度は、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示すプロジェクターの設置位置からの投射角度に対して符号が逆になる。
【００３５】
以下、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）のように、正面の位置にプロジェクター１があり、この位置から傾いたスクリーン（以下、１０１ｔと表記）に映像を投射した場合に、投射された映像（投影画像）がどのように変形しているかを考える。
プロジェクター１が投射する光は、図７（Ａ）でスクリーン１０１のあったｚｘ平面上を通過して傾いたスクリーンに映る。傾いたスクリーン１０１ｔがある平面は、原点を中心に垂直に（−α）度、水平にβ度回転しているので、原点を中心とした回転行列を用いて表現することができる。本実施形態では水平と垂直の回転なので、先に水平方向に回転させた後に、次に鉛直方向の回転を行う手順によって回転行列が定義される。具体的には、ｚｘ平面の法線ベクトル（ｎｘ，ｎｙ，ｎｚ）が、回転によって次の行列式（１）で表現される。
【００３６】
【数１】
2004350154.tif 000003
【００３７】
プロジェクター１の位置とスクリーン１０１の位置していたｚｘ平面上の点を結ぶ直線を考え、この直線と行列式（１）の法線ベクトルをもつ平面との交点を求めれば、傾いたスクリーン１０１ｔの平面に映る座標点が求まる。この傾いた座標点に対して、図９（Ａ）のように視点をスクリーンの正面において見る場合には、再び反対向きの回転として原点を中心に垂直にα度、水平に（−β）度回転させればよい。すると、斜め方向から投射した場合に歪む形が求められる。このような方法によって導出されたｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の座標を、それぞれ次式（２−１）、（２−２）、（２−３）に示す。
【００３８】
【数２】
2004350154.tif 000004
【００３９】
これらの式で表される（Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚ）は、図７（Ｂ）に示すようにプロジェクター１を垂直にα度上向きで、図７（Ｃ）のように水平方向にスクリーン１０１に対して左から（−β）度の角度で投射するとき、キーストン歪みによって変形された座標である。
図９（Ａ）および図９（Ｂ）に、座標関係についてまとめて示した。これらの図で（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）はスクリーンの座標であり、正面投射の場合にスクリーン上に正四角形に映し出される元画像の座標に相当する。また、座標（Ｋｘ’，Ｋｙ’，Ｋｚ’）は図８（Ｂ）および図８（Ｃ）のように斜めに傾いたスクリーン１０１ｔの平面上に投射された座標である。上述のように（Ｋｘ，Ｋｙ，Ｋｚ）はキーストン歪み変形座標である。
このように、前述した３つの式（２−１）、（２−２）、（２−３）により、任意の方向からの投射によってもたらされるキーストン歪変形座標が与えられる。
【００４０】
つぎに、出力信号（表示画像）の解像度に合わせた座標の、式（２−１）、（２−２）、（２−３）による変形座標を求める。つまり、ＳＶＧＡ出力の場合、歪む前の画像のｘ座標Ｓｘは０から７９９まで変化し、ｚ座標Ｓｚは０から５９９まで変化するが、このときのキーストン歪み後のｘ座標Ｋｘとｚ座標Ｋｚを求める。なお、ｙ座標ＳｙとＫｙは、画像がｚｘ平面にあるのでゼロである。
【００４１】
図１０（Ａ）に正面投射のＳＶＧＡ出力画像のアドレスマップのイメージＰＩＯＵＴ、図１０（Ｂ）にα＝１０、−β＝−３０として座標変換したキーストン変形後のＳＶＧＡ出力画像のアドレスマップのイメージ（以下、歪み画像イメージ）ＰＩＫを示す。これらの図では、図示の都合上全ての画素位置のサンプルリング点を示さず、３３画素ごとに１つのドットでサンプリング点を代表させている。これらサンプリング点のアドレスについては、必要なときにＣＰＵ２ｂで計算させてもよいし、予め計算させておいたものを参照テーブルとしてＲＯＭ２５５に持っていてもよい。後者の場合、当該ＲＯＭ２５５が図１に示す相対関係取得手段６に該当する。
【００４２】
前記した３つの式（２−１）、（２−２）、（２−３）は、パラメータとして大別すれば、プロジェクターの投射角度、投射位置およびスクリーン上の画素位置の３つのパラメータで与えられる。つまり、このいずれかが変化するときキーストン歪み補正の画像形状も変化することになる。
プロジェクターとして投射する環境を具体的に考えると、上記の３つのパラメータが単純に存在するわけではない。１つのパラメータでも要素的には複雑に絡まって決定されている。とくに位置については、画像を投射させるポジションや拡大、縮小などの操作によっても変化し、光学系レンズパラメータによっても変化する性質をもつ。
【００４３】
そこで、本実施の形態では、前記した３つの式（２−１）、（２−２）、（２−３）に与えるパラメータを、ズーム位置の調整が可能な形式に変形することを考える。
【００４４】
一般にプロジェクターでは、標準レンズの仕様として、正面投射したときの画面インチ数に対する最大と最小の投射距離のデータやプロジェクターの位置情報が開示されている。たとえば図１１（Ａ）に示すように、４：３のアスペクト比をもつ８０インチの投影画像をスクリーン上に表示させるには、投射距離Ｌが３７００〜４５００ｍｍであり、図６（Ｂ）に示すように光軸がスクリーン上の画像最下端と一致するような光学系を想定する。
このとき、８０インチの投影画像であるので、単位をミリメートルに直すと対角線が２０３２ｍｍになる。さらにアスペクト比が４：３であるので、それぞれの辺は１６２６ｍｍと１２１９ｍｍとなる。
【００４５】
ここで、スクリーンの大きさをパネル解像度８００×６００画素で正規化する。正規化すること自体は必須ではない。ただし、パネル解像度分のキーストン補正アドレスがあれば補間操作を行うことができ、また、正規化すると、スクリーン座標（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）などの前記した式（２−１）および式（２−３）で用いるパラメータが小数点以下の情報を含まない整数値となり、その結果、ＣＰＵの負担が軽く効率的であることから、正規化することが望ましい。
次式（３）のように、正規化された投射距離ｌが表される。
【００４６】
【数３】
2004350154.tif 000005
【００４７】
この正規化の結果、スクリーンの位置座標ＳｘとＳｚは、次式（４）の範囲をとることになる。
【００４８】
【数４】
2004350154.tif 000006
【００４９】
また、前記式（３）により、Ｗｉｄｅ時の正規化された投射距離ｌｗとＴｅｌｅ時の正規化された投射距離ｌｔは、次式（５）のように求まる。
【００５０】
【数５】
2004350154.tif 000007
【００５１】
ここで、検出手段７（図１参照）から与えられる検出値に基づいて判断されるズームレンズ位置の状態をＷｉｄｅとＴｅｌｅ間の比ｒで表せば、その状態の正規化された投射距離ｌｒは式式（６）のように求められる。
【００５２】
【数６】
2004350154.tif 000008
【００５３】
以上により、パネル解像度内の位置を（ｘ、ｚ）で表せば、前記式（２−１）、（２−２）、（２−３）におけるスクリーン位置座標（Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ）とプロジェクター位置座標（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）は、式（７）のように表される。このとき図１１（Ａ）に示すように、Ｐｘは座標系で示すと最大座標７９９の中間値として「７９９／２」となり、Ｐｚは光軸がスクリーン上の画像最下端と一致するような光学系を想定していることから「０」となっている。
【００５４】
【数７】
2004350154.tif 000009
【００５５】
このように変形した式（７）に示すスクリーンとプロジェクターの位置座標を前記式（２−１）、（２−２）、（２−３）に代入すると、出力パネルの解像度で正規化されたキーストン歪みアドレス（ｘ，ｚ）が、投射角度（α，β）に依存した形で求まる。この式（７）は、プロジェクターのスクリーンまでの正規化された距離ｌｒを含み、ズームレンズの位置（ズーム位置）の情報を含むため、より正確な歪みアドレスを与えることができる。
【００５６】
つぎに、キーストン歪みアドレスの生成処理処理の詳細を、図１２に示すフローチャートに沿って説明する。
【００５７】
ステップＳＴ１において、スクリーンに対しプロジェクター位置が確定すると、投射角度（α，β）が相対関係取得手段６から与えられる。また、ユーザーが投射レンズのズーム操作リングを回して投影画像の大きさを決める。これにより、ズームレンズ位置が確定し、その検出値が検出手段７からＣＰＵ２ｂに送られる。
【００５８】
ステップＳＴ２において、ＣＰＵ２ｂが、入手したズームレンズ位置の検出値を、正規化された投射距離ｌｒ（式（６））に用いる比ｒに変換する。これにより正規化されたズーム位置が求められる。このズーム位置を表す比ｒを用いて、このステップＳＴ２、または、つぎのステップＳＴ３において、正規化された投射距離ｌｒの値が算出される。その結果、式（７）に示すプロジェクター位置座標に反映させてズーム設定がなされる。
【００５９】
ステップＳＴ３において、投射角度（α，β）の具体的数値と式（７）の位置座標が式（２−１）、（２−２）、（２−３）に代入され、これにより、ズーム設定を含むキーストン歪みアドレス（ｘ，ｚ）が算出される。
続くステップＳＴ４では、このキーストン歪みアドレス（ｘ，ｚ）が補間アドレスとして出力される。なお、出力された補間アドレスからＬＣＤパネル上のアドレスを求め、そのアドレスに画素データを生成する処理の詳細は後述する。
【００６０】
ステップＳＴ５は、アドレス算出ごとに設定（プロジェクター位置あるいはズームレンズ位置）が変わっていないかを監視するステップである。この判断が「Ｎｏ」の場合はステップＳＴ４のアドレスが必要なだけ繰り返されるが、設定が変更されると、つぎのステップＳＴ６で、たとえばプロジェクターが起動状態にあり映像信号の入力があることを確認することにより「終了でない（Ｎｏ）」と判断されると、変更された設定の確認を行うために処理フローがステップＳＴ１の前に戻される。ステップＳＴ６で「終了（Ｙｅｓ）」と判断されると当該処理全体が終了する。
このようにして、本実施の形態では、ズーム位置、すなわちズームレンズ位置を加味したアドレス生成を行うことができる。
【００６１】
つぎに、図１３（Ａ）のように、補正により得たい画像のイメージ（スクリーン上に実現したい投影画像の仮想のイメージ、以下、投影画像イメージという）ＰＩを、図１０（Ｂ）に示す歪みによって変形した座標空間上に重ねる。これにより歪み画像イメージＰＩＫに投影画像イメージＰＩがマッピングされ、両画像のアドレスの対応関係が決まる。このとき、入力した元画像はＶＧＡだが、画像の大きさと位置を調整するために、投影画像イメージＰＩを任意の大きさ（例えば、ＳＶＧＡの大きさ）で、変形したアドレス空間（歪み画像イメージＰＩＫ）内の任意の位置に配置することができる。また、投影画像イメージＰＩが歪み画像イメージＰＩＫ内に完全に収まるようにしないと、次に行う補間後に画像の一部が欠けてしまう。したがって、望ましくは、所望のアスペクト比（本例では、４：３）の投影画像イメージサイズが歪み画像のアドレス空間内で最大限となることを規定しておく。すると、この投影画像イメージＰＩの位置と大きさは単なる図形問題に帰結し、例えば図１３（Ａ）のような位置とサイズで、投影画像イメージＰＩと歪み画像イメージＰＩＫとの関係が一意に決まる。
【００６２】
このようなマッピング処理（アドレスの対応付け）は、歪み画像イメージＰＩＫのアドレス分布が既に前記した式（２−１）、（２−２）、（２−３）から求められているので、実際の物理メモリ（記憶資源）を用いずとも、例えばＣＰＵ２ｂ内で仮想メモリ空間を想定して実行できる。このため、マッピング処理自体が高速な上に物理メモリとのデータのやり取りがなくて効率がよく、数回やり直しても、その処理の合計時間が画像変換全体の時間に占める割合は極めて小さい。
【００６３】
マッピング処理により得られたアドレスの対応関係は、歪み画像と、歪みがなくスクリーン上で正四角形となる所望の投影画像とのアドレス対応関係であるが、歪み画像というのは元々歪みがない正四角形のＬＣＤパネル上の画像の投影の結果である。したがって、上記アドレスの対応関係を利用して、歪みがないスクリーン上の投影画像を得るためのＬＣＤパネル３の表示画像が生成できる。
具体的な方法としては、ＳＶＧＡ出力の場合、ＬＣＤパネル３の有効表示領域の座標は８００×６００個になるが、この全ての点について、マッピングされた画像のアドレスで補間を行う。このとき８００×６００個の各点での補間のうち、図１３（Ａ）に示す歪み画像イメージＰＩＫと投影画像イメージＰＩとが重なる領域の全てのアドレスでの補間では、投影画像のように画像データを再現できるようにフィルタ係数が選択され、その画像再現に必要な原画像の複数の画素データを上記フィルタ係数で重み付けして新たな画素データを合成する。合成後の画素データは、マッピング処理により求めた上記アドレス対応関係に基づいて、４：３のアスペクト比の正四角形画面であるＳＶＧＡ画面内のどの位置に配置するかを一意に決めるアドレスに割り当てられる。一方、投影画像イメージＰＩ周囲の歪み画像イメージＰＩＫ内領域の補間では、画像データがない黒色画素同士の合成となり、したがって補間後も黒色の画像データがＳＶＧＡ画面内の対応位置に割り当てられる。
【００６４】
図１３（Ｂ）には、このような画像変換手順により生成されたＳＶＧＡ出力画像を示す。この画像がキーストン歪み補正を行った画像である。マッピング処理により得られたアドレスの対応関係は、上述したようにイメージサイズ同士の重なる面積が最大となるように決められていることから、スクリーン上の投影画像は解像度の低下が最小に抑えられている。また、前述したアドレス生成の過程でズーム位置を反映させたことから、非常に正確に歪みが補正された画像が得られている。
【００６５】
以下、幾つかの変形例を説明する。
ズーム位置検出に関して、上述した例では、ギヤを用いてズームレンズの位置を測ることとしていたが、この検出方法については手段を選ばない。光学センサや感圧センサなどさまざまな種類のセンサで代替が可能である。
さらに位置の正規化については、上述では８０インチの画像の場合を例としたが、他のサイズを用いることも可能である。同じく４：３のアスペクト比を例にとったが、１６：９やその他のアスペクト比であっても同様に求めることができる。
本手法では、ズーム位置を表すパラメータとして正規化された投射距離を用いているが、基本的に式（２−１）および式（２−３）に示す位置情報にズーム位置の情報を反映できればよい。したがって、投射距離に代えて、ズーム位置の情報が反映されたプロジェクターの位置座標、スクリーンの位置座標、もしくは、その両方の位置座標を用いることができる。ただし、上記のように正規化された投射距離を用いると、１つのパラメータにズーム位置の情報をもたせることができるので、計算の容易さから望ましい。
さらに、標準レンズだけではなくコンバージョンレンズに対してもＷｉｄｅ時の投射距離とＴｅｌｅ時の投射距離の情報があれば、レンズズームに従ったキーストン補正が可能となる。よって、Ｗｉｄｅ時とＴｅｌｅ時の投射距離を設定したり、選択できる仕組みを持ったりすることでその他のレンズにも正確に対処することができる。
なお、画像変換手段は、回路によりハードウエハで実現してもよいし、マイクロコンピュータまたはＣＰＵ等に書き込まれたプログラムによりソフトウエハで実現してもよい。
【００６６】
本実施の形態では、これまで近似的計算によって無視されていたレンズズーム位置の変化に対して適合したキーストン歪み補正を行うことができ、正確な補正後の画像が得られる。とくに、深い角度で斜めに投射した場合にはＷｉｄｅとＴｅｌｅの設定では、より大きく補正量が異なってキーストン補正した映像の形状も大きく異なってくる。この点については、ズーム位置を考慮してキーストン補正を行わなければ、スクリーン上でも補正が完全にできないことになり、このような深い角度の投射の場合に本発明の効果がよりいっそう発揮される。
また、キーストン歪み画像のアドレスの生成時にズーム位置の情報を反映させることから、鉛直と水平の両方の投射角度を変えた斜めのキーストン歪み補正において、光学パラメータの違いを吸収し補正精度を高めることが容易である。このズーム位置を反映させる方法は、ズーム位置を１つのパラメータに対しもたせるため、キーストン補正アドレスを算出する際に複雑な演算を必要としない点で優れた方法である。
また、投射距離さえ設定すれば標準レンズだけでなく、コンバージョンレンズなどでも正確なキーストン補正を行うことができる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、投射面に対し正面位置から水平と鉛直の両方向の角度をもって画像が投射された斜め投射の場合であっても、投射手段のズーム位置に応じた歪み補正ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプロジェクターの基本構成を示す図である。
【図２】ズーム位置を検出する手段の一構成例を示す図である。
【図３】回路部に含まれる、イメージプロセッサとその周辺の一構成例を示すブロック図である。
【図４】イメージプロセッサ内部の一構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態におけるプロジェクターの配置可能な範囲を、正面位置を中心に示す図である。
【図６】（Ａ）は正面投射の場合の右手座標系におけるプロジェクターとスクリーンの位置関係を示す図である。（Ｂ）はｙｚ平面図、（Ｃ）はｘｙ平面図である。
【図７】（Ａ）は垂直投射角α度、水平投射角β度の場合に、右手座標系におけるプロジェクターとスクリーンの位置関係を示す図である。（Ｂ）はｙｚ平面図、（Ｃ）はｘｙ平面図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、スクリーンを軸回転させた場合の図７（Ａ）〜図７（Ｃ）と等価的な斜め投射の位置関係を示す図である。
【図９】（Ａ）および（Ｂ）は座標関係についてまとめて示す図である。
【図１０】（Ａ）は正面投射のＳＶＧＡ出力画像のアドレスマップのイメージ図、（Ｂ）はキーストン変形による歪み画像イメージ図である。
【図１１】（Ａ）は標準レンズを用いた場合の投射距離範囲と投影画像サイズの関係を示す図、（Ｂ）はスクリーンの大きさをパネル解像度で正規化した場合の（Ａ）と等価な関係を示す図である。
【図１２】アドレス生成処理のフローチャートである。
【図１３】（Ａ）はマッピング処理時に２つの画像イメージを重ねた図、（Ｂ）は補間演算により生成したＬＣＤパネルの表示画面である。
【図１４】（Ａ）は正面位置から水平と垂直の双方の方向にずれた位置からの斜め投射時の図、（Ｂ）は入力画像イメージ図、（Ｃ）はＬＣＤのパネル面上での画像イメージ図である。
【図１５】（Ａ）はＷｉｄｅ設定時の画像イメージ図、（Ｂ）はＴｅｌｅ設定時の画像イメージ図、（Ｃ）は（Ａ）と（Ｂ）の重ね合わせ画像のイメージ図、（Ｄ）は（Ｃ）の一部拡大図である。
【符号の説明】
１…画像投射装置（プロジェクター）、２…回路部、２ａ…画像変換手段、２ｂ…ＣＰＵ、３…ＬＣＤパネル、３ａ…表示画像、４…投光部（投射手段）、５…光学部（投射手段）、６…相対関係取得手段、７…検出手段、２１…コムフィルタ、２２…クロマデコーダ、２３…セレクトスイッチ、２４…アナログ−ディジタル・コンバータ、２５…イメージプロセッサ、２６…画像メモリ、１０１…スクリーン、１０１ａ…投影画像、２５１…ＩＰ変換部、２５２…スケーラ、２５３…ＣＰＵインターフェース、２５４…メモリ制御部、２５７…係数発生部、２５８…フィルタ演算部、α，β…投射角度
【図１】
2004350154.tif 000010
【図２】
2004350154.tif 000011
【図３】
2004350154.tif 000012
【図４】
2004350154.tif 000013
【図５】
2004350154.tif 000014
【図６】
2004350154.tif 000015
【図７】
2004350154.tif 000016
【図８】
2004350154.tif 000017
【図９】
2004350154.tif 000018
【図１０】
2004350154.tif 000019
【図１１】
2004350154.tif 000020
【図１２】
2004350154.tif 000021
【図１３】
2004350154.tif 000022
【図１４】
2004350154.tif 000023
【図１５】
2004350154.tif 000024