(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射スクリーンの前の発表者のシルエット領域内のピクセルのデータ画像信号レベルを選択的に抑止するバイナリ・マット信号を生成するための方法であって、
ａ）不可視波長を有する照明を用いて、前記投射スクリーン上に特異的パターンを投射すること、
ｂ）発表者が存在しない状態において、前記不可視波長に感応するカメラによって観察される前記投射パターンの信号レベルを、基準フレームとして基準フレーム・メモリに記憶すること、
ｃ）その後、前記カメラによって観察される通常は発表者を含むすべての前記投射パターンの信号レベルを、現在フレームとして現在フレーム・メモリに記憶すること、
ｄ）対応するピクセルのアドレスにおいて前記基準フレームの信号レベルと前記現在フレームの信号レベルとを比較し、それらの差の測定値をメモリに記憶すること、
ｅ）前記現在フレームの信号レベルと前記基準フレームの信号レベルの差の前記測定値が、所定の閾値より大きい所定の数のピクセルを、前記発表者のシルエット領域として識別すること、
ｆ）前記識別された発表者のシルエット領域におけるピクセルに対してマット信号の第１のレベルを割り当て、他のすべてのピクセルにマット信号の第２のレベルを割り当て、前記第１のレベルが前記第２のレベルと異なることにより、前記マット信号の第１のレベルに対応する画素のデータ画像の信号レベルを抑止し、前記マット信号の第２のレベルに対応する画素のデータ画像の信号レベルを抑止しないバイナリ・マット信号を生成することを含む方法。
【請求項２】
対応するピクセルのアドレスにおける前記基準フレーム信号と前記現在フレーム信号の前記差の前記記憶された測定値は、前記差の絶対値である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基準フレーム信号と前記現在フレーム信号間の前記差は、プレゼンテーションの前に一度だけ取得される請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基準フレーム信号と前記現在フレーム信号間の前記差は、後続現在フレーム毎に求められる請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記パターンは、帯域制限されたランダム雑音を模擬したパターンである請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記投射は、７００から１０００ナノメートルの領域内の赤外線帯域幅を利用する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記パターンの投射に採用される照明は、赤外線波長に限定される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
投射スクリーンの前の発表者のシルエット領域内のピクセルのデータ画像信号レベルを選択的に抑止するバイナリ・マット信号を生成するための装置であって、
ａ）不可視波長を有する照明を用いて、前記投射スクリーン上に特異的パターンを投射するプロジェクタ手段と、
ｂ）発表者が存在しない状態において、前記不可視波長に感応するカメラによって観察される前記投射パターンの信号レベルを、基準フレームとして基準フレーム・メモリメモリに記憶する基準フレーム・メモリ手段と、
ｃ）前記基準フレーム・メモリに前記投射パターンの信号レベルを記憶した後、前記カメラによって観察される通常は発表者を含むすべての前記投射パターンの信号レベルを、現在フレームとして現在レーム・メモリに記憶する現在フレーム・メモリ手段と、
ｄ）対応するピクセルのアドレスにおいて前記基準フレームの信号レベルと前記現在フレーム信号のレベルとを比較する手段と、それらの差の測定値をメモリに記憶する手段とを備え、
前記発表者のシルエット領域は、前記現在フレームの信号レベルと前記基準フレームの信号レベルの差の前記測定値が所定の閾値より大きいピクセルとして定義され、
前記発表者のシルエット領域におけるピクセルにマット信号の第１のレベルが割り当てられ、他のすべてのピクセルにマット信号の第２のレベルが割り当てられることにより、前記マット信号の第１のレベルに対応する画素のデータ画像の信号レベルを抑止し、前記マット信号の第２のレベルに対応する画素のデータ画像の信号レベルを抑止しないバイナリ・マット信号を生成する手段とを備えた装置。
【請求項９】
対応するピクセルのアドレスにおける前記基準フレーム信号と前記現在フレーム信号の前記差の前記記憶された測定値は、それらの算術差の絶対値である請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
投射スクリーンの前の発表者に投射されている画像の部分は変形し、聴講者と発表者の双方の注意を極めて散漫にする。米国特許第６，３６１，１７３号には、発表者によって占領されるスクリーン領域における投射画像を選択的に抑止するためのマット（アルファ）信号を生成するための方法が記載されている。次いで、発表者は、スクリーンの前を歩き、プロジェクタによって目を眩まされることなく聴講者を見ることができる。
【０００２】
スクリーンと発表者が赤外光で照明され、赤外線カメラによって観察される。記憶された赤外線スクリーン画像のピクセル・レベルは、発表者が存在するスクリーンのカメラ画像から減算したとき、隠されていないスクリーン領域においてゼロになる。他のすべてのピクセルは、発表者のシルエット領域であるはずである。発表者の位置を特定するためのいくつかの他の方法が記載されている。
【０００３】
扉を開く、または部屋の照明を調節することによる赤外線照明の増強は、有用なマットの生成の失敗を招くことがある。スクリーンの赤外線反射に対応する発表者または発表者の衣服の部分は、マットの部分を破壊することもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発表者のシルエットを含むピクセルを正確に識別する信頼性の高いバイナリの選択的抑止信号であって、物体の赤外線反射レベルに影響されず、ランダムに生じる投射スクリーンや発表者の不均一な赤外線の存在に影響されない信号を開発すること。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
パターンを赤外線プロジェクタによってスクリーン上に投射する。前記プロジェクタから数インチ変位した赤外線カメラが、次にその信号が基準フレームを作成するために記憶される投射パターンを観察する。発表者を含む現在フレームからの赤外線信号と、前記基準フレームから得られた信号とを比較して、それらの差を求める。隠れていないスクリーン領域では、パターン画像が一致する。発表者の上の赤外線パターンは、カメラの変位により変えられ、基準パターンと一致しなくなることによって、発表者のシルエット領域を識別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
４つの重要な要素が安定した抑止信号を可能にする。それらは、１）不可視赤外線を使用するスクリーンと発表者上の投射パターンの使用、２）スクリーンの平面に存在しない任意の物体に対して、パターンの画像が変位される赤外線カメラの横への変位、３）変位画像がオリジナルの画像と一致しなくなり、発表者の赤外線反射を無関係なものにするランダム・ノイズ・パターンのような特異的パターン、４）微分されたパターン信号を比較し、投射スクリーン上への赤外線の流出に対する無影響性を与えることである。
【０００７】
図１は、講堂または会議室の側面図である。スクリーン１の前に立つ発表者２が示されている。ハウジング４内の赤外線カメラとプロジェクタが、典型的には、聴講者５のかなり上方に設置されたビデオ・プロジェクタ３の真下に位置している。聴講者５は、発表者ではなくスクリーン上の投射データ画像を見ている。データ画像は、プレゼンテーションに伴う画像で、ビデオ・プロジェクタによって投射される。
【０００８】
図２は、ビデオ画像プロジェクタ３とハウジング４をステージから見た図である。ハウジング４は、赤外線プロジェクタ６と赤外線カメラ７をそれらの関連電子部品を含めて収容している。プロジェクタ６の左方に水平方向に変位したカメラ７が示されているが、それは、軸方向を除いて、プロジェクタ６から任意の方向に変位させることができる。ビデオ・プロジェクタ３の真下に位置する赤外線カメラ７とプロジェクタ６が示されているが、他の位置も許容できる。
【０００９】
プロジェクタ６は、赤外光を使用して、パターンを投射スクリーン上に投射する。プロジェクタ６から数インチ変位したカメラ７は、この赤外線パターンを観察し、その画像を基準フレームとして図３のメモリ１０に記憶する。通常発表者を含むその後のすべての画像はメモリ１５に送られ、現在フレームとして識別される。後続のそれぞれの現在フレームは、あるビデオ速度で、メモリ１５内で前の現在フレームに取って代わる。
【００１０】
物体が存在しない現在フレーム・メモリ１５におけるパターンは、記憶した基準フレーム・メモリ１０におけるパターンと一致する。発表者を含む現在フレームにおいても、発表者のシルエット領域の外側のスクリーン上のピクセルは、続けて一致することになる。
【００１１】
カメラが変位しているために、スクリーンの平面に存在しない発表者がパターンをそのオリジナルの位置から変位させる。この変位したパターンにより、発表者のシルエット領域における多数のピクセルが、基準フレーム・パターンにおける対応するピクセルと一致しなくなり、それらの差は、システム・ノイズに比べて著しく大きくなる。
【００１２】
対応するピクセルにおいて基準フレーム・パターン信号と現在フレーム・パターン信号とを比較することで、それらの差の測定値を求めることが可能になる。１つの測定値は、それらの絶対算術差（すなわち相互の発散）で、第２の測定値は、それらの微分の絶対差である。算術差は、プレゼンテーション室内環境を制御することが可能であるときに、マット信号を生成する際に有用である。室内環境を制御することができないときは、微分の差が不可欠である。
【００１３】
オリジナルの信号を比較するのではなく、基準フレーム信号と現在フレーム信号との差分を比較することで、ランダムに生じる投射スクリーン上への赤外線流出に対する無影響性（immunity）を、特にその流出が開かれた扉からスクリーンを横切る光の縞であるときに実現する。隣り合う２つのピクセルの信号レベルの差（微分）は、この差が、低レベルの流出光で生じても、高レベルの流出光で生じても同じである。
【００１４】
第１のピクセルの信号レベルを続くピクセルの信号レベルから減算することによって、メモリ１０における基準フレーム信号の微分をピクセル毎に微分器１１で遂行することができる。それらの差が、第１のピクセルの信号レベルに取って代わる。第２のピクセルと第３のピクセルとの信号レベルの差が、第２のピクセルに対する値を確定する。隣り合うピクセルを減算するこの手順は、各走査線の末端まで継続され、基準フレームにおけるすべてのピクセルに適用される。上述の水平方向微分に加えて、またはその代わりに、垂直方向や他の導関数を計算することも可能である。基準フレームの差分は、メモリ１２に記憶される。基準フレームの差分は流出光に影響されず、プレゼンテーション中に変化しないため、それらの計算は一度だけ行われる。
【００１５】
同じプロセスによって、各現在フレーム１５におけるピクセル信号を微分器１４で微分し、メモリ１３に記憶する。基準フレームにおけるピクセルのメモリ１２における微分信号が、現在フレームにおけるピクセルのメモリ１３における微分信号から減算され、それらの差がノイズ・レベルを上回っているときは、そのピクセルは、発表者のシルエットの領域に存在する。
【００１６】
スクリーンの平面に存在しないあらゆる物体は、カメラの変位によって、投射パターンのカメラの視界を変位させ、変位パターン信号と基準フレーム・パターン信号は一致しなくなり、それらの差分も一致しなくなる。
【００１７】
次いで、減算及び記憶１６によって計算された信号間の絶対算術差、または好ましくはそれらの導関数のような、選択された差の測定値が、ゼロ付近に設定されているが、カメラとシステムのノイズを上回る値に設定された閾値（２１）と比較され、減算及び記憶１６におけるその信号レベルがこの選定閾値以下であるすべてのピクセルに対して、１.０のバイナリ・マット信号レベルを割り当てる。０.０のマット信号は、その信号レベルが前記閾値を上回るすべてのピクセルに対して割り当てられる。これらの０.０と１.０の信号は、分散された黒点として現れるバイナリ信号である。
【００１８】
次いで、この分散された点のバイナリは、実質的に、各ピクセルの近傍の点の密度の推定値を与えるぼかし機能２２によってぼかされる。このぼかされた画像は、各ピクセルを第２の閾値（２３）と比較し、１.０のバイナリ・マット信号レベルを、ぼかし機能２２の後のそのマット信号レベルが閾値を上回るすべてのピクセルに割り当て、０.０のバイナリ・マット・レベルを他のピクセルに割り当てることによって、バイナリ画像に変換される。バイナリ画像が、物体の有効シルエットまたはマスクを表すのはこの段階である。
【００１９】
この最初の有効マスクが形成された後に、それに、以下の調整を含むが、それらに限定されないいくつかの調整を施すことが可能である。
【００２０】
それをサイズ調整、または縮小（１７）することが可能である。１つの縮小方法は、ぼかしおよび閾値処理を含む（先のぼかしおよび閾値処理と混同すべきではない）。
【００２１】
それをぼかし機能１８によって再度ぼかして、その縁を穏やかにすることも可能である。
【００２２】
画像記憶機構９は、記憶データ画像の１つを抑止機能２０に供給し、そこでぼかし機能１８によって生成されたバイナリ・マット信号をそのデータ画像に乗じて、発表者のシルエット領域におけるデータ画像信号を抑止する（ゼロに低下させる）。次いで、抑止されたデータ画像は、ビデオ・プロジェクタ３に送られる。
【００２３】
上述の方法は、パターンの赤外線照明に限定されず、鮮明に焦点合わせが可能である任意の不可視波長帯を使用することもできる。
【００２４】
７００から１０００ナノメートルの波長領域における赤外線帯域は、この波長領域で機能する成分が広く利用可能であるため特に有用である。
【００２５】
本発明は、現在フレーム信号と基準フレーム信号を比較する前に微分することによって、外側扉を開いたときや、または室内照明を再調節することによる迷走赤外線室内照明の変化に対するバイナリ・マット信号の無影響性を確保する。
【００２６】
スクリーンと発表者の赤外線反射整合に対する無影響性は、それらの赤外線レベルではなく、変位赤外線パターンを使用することによって実現される。
【００２７】
オプション
現在画像フレームの隠れていないスクリーン領域における基準フレーム信号レベルと現在フレーム信号レベルとの、直線または対数スケールを用いた平均的な差の量におけるオフセット補正を行うことによって、スクリーンに対する室内光変化の影響を補正する代替的な方法を用いることが可能である。そのような更新は、２つまたは３つのフレーム毎に実施されうる。しかし、これは、差分の使用に比べると、スクリーンへの赤外線流出に対処するより複雑な方法であり、その更新は、バイナリ・マット信号の瞬間的な損失を生じうる。
【００２８】
実装構成
バイナリ・マット信号を生成するための本発明に記載の方法は、いずれもビデオ・データ画像を選択的に抑止する少なくとも４つの構成で実行されうる。
【００２９】
図４は、コンピュータ２１がデータ画像を記憶し、図３の点線ボックス８に示される計算のすべてを行う構成を示す図である。ハウジング４は、パターンを投射するＩＲプロジェクタ６と、コンピュータ２１内に位置する処理機能８に投射パターンの画像を供給するＩＲカメラ７のみを収容する。抑止機能２０の出力は、抑止された現在画像で、プロジェクタ３に送られる。この構成の長所は、その簡潔さと、あらゆる計算を行うデスクトップ・コンピュータの使用である。
【００３０】
構成４の短所は、必要な計算を行う上でのコンピュータの遅れである。マット信号の遅れによって、抑止機能と、それがマスクしようとする物体とが分離する。発表者の腕の急速な動きが一例である。過度の遅れは、発表者の腕が、マスクの下から投射画像の中へ瞬時に移動することを許す。
【００３１】
図５は、コンピュータ２１からＩＲハウジング４へ移動させられたマット生成機能８を示す図である。この構成では、専用ハード・ワイヤード回路がマット生成を達成し、遅れが著しく低減される。次いで、マット信号１８は、コンピュータ９内に位置する抑止機能に送られ、そこで、投射のために選択された現在画像を抑止する。抑止された画像は、画像プロジェクタ３に送られる。
【００３２】
図６において、画像抑止機能２０は、コンピュータ２１からＩＲハウジング４に移動させられ、そこで、ハード・ワイヤード回路は、抑止信号が発表者の動きを追跡する遅れをさらに低減させる。画像記憶機構９は、発表者のデータ画像の記憶のみに使用される。コンピュータ２１内の記憶データ画像のハウジング４内の抑止機能２０への遅い転送における抑止ペナルティはない。
【００３３】
ハード・ワイヤード回路を使用する構成６は、発表者の動きと、発表者を覆うマスクの動きとの間の時間遅れを最小限にする。
【００３４】
図７では、図３のボックス８のすべての機能が、プロジェクタハウジング３に導入されて、一体的な製品となっている。図７に示すように、オペレータに便利なところに配置されたコンピュータ２１は、発表者のデータ画像の記憶を続ける。
【００３５】
発明の実装
画像記憶の機能（１０、１５、１２、１３）、信号微分の機能（１１、１４）、信号減算の機能（１６）、ぼかしおよびサイズ調整の機能（１７、１８、２２）、大小比較の機能（２１、２３）、乗算の機能（２０）は、よく知られているコンピュータ機能である。赤外線プロジェクタ６は、白熱灯が装備され、可視光を反射または吸収するための二色性または他のガラス・フィルタを導入したフィルム・スライドプロジェクタであってもよい。赤外線カメラ７は、可視光を反射または吸収するための二色性またはゼラチン・フィルタを備えた任意の小型ビデオ・カメラであってもよい。ビデオ・プロジェクタ３は、ビデオ信号を受信する任意のビデオ・プロジェクタであってもよい。特異的パターンは、帯域幅制限ランダム・ノイズ・パターンであってもよいし、帯域幅制限ランダム・ノイズ・パターンをシミュレートするパターンであってもよい。
【００３６】
上記の必要な演算機能は、コンピュータ２１で実施されない場合は、フィールド・プログラム可能論理デバイスのようなプログラム可能デバイス、または様々な供給源から入手可能なデジタル信号プロセッサによって実施され、そのプログラミングは、当業者によく知られている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】聴講者領域に対する投射スクリーン、発表者、赤外線カメラおよびプロジェクタ、ならびにビデオ・プロジェクタの配置を示す図である。
【図２】ビデオ・プロジェクタに対する赤外線プロジェクタおよびカメラの配置を示す、発表者の位置から見た図である。
【図３】安定したマット信号を生成するのに採用することが可能である選択信号処理工程を示すブロック図である。
【図４】投射画像を選択的に抑止するためのマット信号を生成・適用するための物理的構成を示す図である。
【図５】投射画像を選択的に抑止するためのマット信号を生成・適用するための物理的構成を示す図である。
【図６】投射画像を選択的に抑止するためのマット信号を生成・適用するための物理的構成を示す図である。
【図７】投射画像を選択的に抑止するためのマット信号を生成・適用するための物理的構成を示す図である。
【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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