(57)【要約】【課題】画歪み特性に関する様々な項目を精度よく測定する。【解決手段】ドット表示形式の測定画像信号を発生させる信号発生回路３３と、ＣＰＵ３４とを有する。ＣＰＵ３４は、測定画像をＣＲＴ１０１に表示させたときに、その画面上で表示された測定画像の四隅の位置に対応する撮像画像上の４点の位置情報に基づいて、撮像装置２の撮像面２２ＡとＣＲＴ１０１のパネル面１０１Ａとの傾き角に応じた画像形状の歪みを補正し、その補正後の画像から測定画像のドット位置情報を取得し、当該位置情報からＣＲＴ１０１の画歪み特性パラメータを算出する。【選択図】図１
2005348209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像表示装置に表示されている画面を撮像装置が撮像することにより得られる撮影画像に基づいて、画像表示装置の画歪み特性を測定する画歪み測定装置であって、
水平および垂直の各方向でそれぞれ所定数、規則的に配置された孤立点画像の集合からなり、当該孤立点画像群の配置範囲が既知のサイズの四角形状を有する測定画像を生成する測定画像生成手段と、
前記測定画像を前記画像表示装置に表示させたときに、当該画像表示装置の画面上で表示された測定画像の四隅の孤立点画像位置に対応する撮影画像上の４点の位置情報に基づいて、撮像装置の撮像面と画像表示装置のパネル面との傾き角に応じた画像形状の歪みを補正する画像形状補正手段と、
前記画像形状補正手段による補正後の画像から、前記測定画像の孤立点画像の位置情報を取得し、当該位置情報から前記画像表示装置の画歪み特性パラメータを算出する画歪み算出手段と、
を有する画歪み測定装置。
【請求項２】
前記撮像装置のレンズ特性に応じた画歪み成分を補正するレンズ歪み補正手段をさらに有し、
前記画歪み算出手段は、レンズ歪み補正手段と前記画像形状補正手段とによりそれぞれ補正された画像から、前記画歪み特性パラメータを算出する
請求項１に記載の画歪み測定装置。
【請求項３】
前記撮像装置のレンズ特性に応じて異なる画歪み成分を補正するレンズ歪み補正手段と、
前記画像表示装置の表示パネルの厚さに応じて異なる画歪み成分を補正するパネル歪み補正手段と、をさらに有し、
前記画歪み算出手段は、レンズ歪み補正手段と前記画像形状補正手段とによりそれぞれ補正された画像から、前記画歪み特性パラメータを算出し、
前記パネル歪み補正手段は、算出された画歪み特性パラメータをパネル位置情報に応じて変換し、前記ガラスの厚さに応じて異なる画歪み成分を補正する
請求項１に記載の画歪み測定装置。
【請求項４】
画像表示装置に表示されている画面を撮像装置が撮像することにより得られる撮影画像に基づいて、画像表示装置の画歪み特性を測定する画歪み測定装置であって、
水平および垂直の各方向でそれぞれ所定数、規則的に配置された孤立点画像の集合からなり、当該孤立点画像群の配置範囲が既知のサイズの四角形状を有する測定画像を生成する測定画像生成手段と、
前記測定画像を前記画像表示装置に表示させたときに、当該画像表示装置の画面上で表示された測定画像の四隅の孤立点画像位置に対応する撮影画像上の４点の位置情報に基づいて、撮像装置の撮像面と画像表示装置のパネル面との傾き角に応じた画像形状の歪みを補正する画像形状補正手段と、
前記撮像装置のレンズ特性に応じて異なる画歪み成分を補正するレンズ歪み補正手段と、
前記画像表示装置の表示パネルの厚さに応じて異なる画歪み成分を補正するパネル歪み補正手段と、
前記測定画像の孤立点画像の位置情報を取得し、当該位置情報から前記画像表示装置の画歪み特性パラメータを算出する画歪み算出手段と、を有し、
画像形状補正手段、レンズ歪み補正手段およびパネル歪み補正手段による３つの補正の対象は、前記撮影画像、または、撮影画像に一あるいは複数の補正を施した画像であり、
前記３つの補正について各補正を少なくとも一回は実行することによって、３つの補正が施された撮影画像に対する前記画歪み特性パラメータを求める
画歪み測定装置。
【請求項５】
画像表示装置に表示されている画面を撮像装置が撮像することにより得られる撮影画像に基づいて、画像表示装置の画歪み特性を測定する画歪み測定方法であって、
水平および垂直の各方向でそれぞれ所定数、規則的に配置された孤立点画像の集合からなり、当該孤立点画像群の配置範囲が既知のサイズの四角形状を有する測定画像を生成する測定画像生成ステップと、
前記測定画像を前記画像表示装置に表示させたときに、当該画像表示装置の画面上で表示された測定画像の四隅の孤立点画像位置に対応する撮影画像上の４点の位置を測定する第１の位置測定ステップと、
測定した４点の位置に対し、前記撮像装置のレンズ特性に応じて異なる画歪み成分を補正する第１のレンズ歪み補正ステップと、
測定した４点の位置情報に基づいて、前記撮像装置の撮像面と前記画像表示装置のパネル面との傾き角に応じた画像形状の歪みを補正するときの傾き補正パラメータを算出する傾き補正パラメータ算出ステップと、
前記撮影画像上の全ての孤立点画像の位置を測定する第２の位置測定ステップと、
全ての孤立点画像の測定に対し、前記撮像装置のレンズ特性に応じて異なる画歪み成分を再度補正する第２のレンズ歪み補正ステップと、
第２のレンズ歪み補正後の全ての孤立点画像の位置を、前記傾き補正パラメータを用いて変換し、前記傾き角に応じた画像形状の歪みを補正する傾き補正ステップと、
傾き補正後の全ての孤立点画像の位置に対して、前記画像表示装置の表示パネルの厚さに応じて異なる画歪み成分を補正するパネル歪み補正ステップと、
パネル歪み補正後の全ての孤立点画像の位置に基づいて、前記画像表示装置の画歪み特性パラメータを算出する画歪み算出ステップと、
を含む画歪み測定方法。
【請求項６】
前記傾き補正後の全ての孤立点画像の位置に対して、前記測定画像の水平と垂直のサイズの比に応じた変換を行う画像サイズ変換ステップを
さらに含む請求項５に記載の画歪み測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばバレル歪みやピンクッション歪みなどの画歪みを測定する画歪み測定装置と、その測定方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
陰極線管（ＣＲＴ）などの画像表示装置の画質性能を決める項目の一つに画歪みがある。画歪みとは、入力された画像に対し、実際に表示された画像が幾何学的に歪むことであり、電子銃によるスキャン時に設定したスキャンニング補正によって、ある程度まで画歪み補正を除去できる。ところが、現実には設計との誤差が生じ、また、ＣＲＴ部品の精度あるいはＣＲＴの組み立てによる製造上の要因、更には地磁気等の外的影響により生じる画歪みが個々のＣＲＴで異なる。したがって、ＣＲＴごとに画歪みの程度を正確に把握する必要がある。
【０００３】
画歪み測定に関し、以前は、一般にドットと称される孤立点画像を規則的に配置してなる測定画像をＣＲＴに表示させ、その測定画像に対しメジャーや定規を使用する目視によってドット間隔を測定する方法がとられていた。ところが、この方法では多くの画像箇所を測定するために時間がかかり過ぎるし、また測定者による人的誤差が生じるなどの問題がある。そのため、電荷撮像素子（ＣＣＤ）を内蔵する撮像装置（ＣＣＤカメラ）からの撮影画像を入力し、この撮影画像から画歪みを測定する画歪み測定装置が多く提案されている。
【０００４】
撮像装置を備える画歪み測定装置としては、一台のカメラをＣＲＴの画面上の任意位置の正面に動かす機構を備える画歪み測定装置や、測定ポイントの数だけカメラを用意し、その複数のカメラからの撮影画像を処理して画歪み量を求める画歪み測定装置が知られている（後者の例では、たとえば特許文献１参照）。
【０００５】
このような画歪み測定装置は、カメラを撮像位置まで正確に動かす機構、あるいは、複数のカメラとそれらを保持する機構が必要になる。このためＣＲＴの画面サイズの増大ととともに画歪み測定装置も大型化し、その価格も高くなる。また、同じ理由から、測定できるＣＲＴサイズに限界がある。
【０００６】
かかる実情に鑑み、一台のカメラを測定対象であるＣＲＴのほぼ正面に配置し、そのカメラから出力される撮影画像から画歪みの補正量を求めるようにした画歪み測定装置が知られている（たとえば、特許文献２参照）。
この画歪み測定装置は、たとえばラスタなどのエッジカーブを検出し、バレル歪み量やピンクッション歪み量を検出するものである。ところが、この画歪み測定装置は、表示画面の外形に関する項目は測定できるが、とくに表示画面内の他の画歪みを表す項目をパラメータ、たとえば中心線のリニアリティなどは測定できないという課題がある。
また、撮像装置自体に起因した画歪み成分や、撮像装置を固定して撮像することによる歪み画像成分が勘案されないことから、得られた画歪み量の精度が低いという課題がある。
【特許文献１】特開平０１−１３３４９７号公報
【特許文献２】特開平０９−０５１５５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする第１の課題は、必要に応じて画歪み特性に関する様々な項目を測定することである。
また、本発明が解決しようとする第２の課題は、画歪み測定の精度を高めることである。
さらに、本発明が解決しようとする第３の課題は、上記第１および第２の課題を解決するのに最適な測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る第１の画歪み測定装置は、上記第１の課題を解決するためのものであり、画像表示装置に表示されている画面を撮像装置が撮像することにより得られる撮影画像に基づいて、画像表示装置の画歪み特性を測定する画歪み測定装置であって、水平および垂直の各方向でそれぞれ所定数、規則的に配置された孤立点画像の集合からなり、当該孤立点画像群の配置範囲が既知のサイズの四角形状を有する測定画像を生成する測定画像生成手段と、前記測定画像を前記画像表示装置に表示させたときに、当該画像表示装置の画面上で表示された測定画像の四隅の孤立点画像位置に対応する撮影画像上の４点の位置情報に基づいて、撮像装置の撮像面と画像表示装置のパネル面との傾き角に応じた画像形状の歪みを補正する画像形状補正手段と、前記画像形状補正手段による補正後の画像から、前記測定画像の孤立点画像の位置情報を取得し、当該位置情報から前記画像表示装置の画歪み特性パラメータを算出する画歪み算出手段と、を有する。
【０００９】
本発明に係る第２の画歪み測定装置は、前記した第２の課題を解決するためのものであり、画像表示装置に表示されている画面を撮像装置が撮像することにより得られる撮影画像に基づいて、画像表示装置の画歪み特性を測定する画歪み測定装置であって、水平および垂直の各方向でそれぞれ所定数、規則的に配置された孤立点画像の集合からなり、当該孤立点画像群の配置範囲が既知のサイズの四角形状を有する測定画像を生成する測定画像生成手段と、前記測定画像を前記画像表示装置に表示させたときに、当該画像表示装置の画面上で表示された測定画像の四隅の孤立点画像位置に対応する撮影画像上の４点の位置情報に基づいて、撮像装置の撮像面と画像表示装置のパネル面との傾き角に応じた画像形状の歪みを補正する画像形状補正手段と、前記撮像装置のレンズ特性に応じて異なる画歪み成分を補正するレンズ歪み補正手段と、前記画像表示装置の表示パネルの厚さに応じて異なる画歪み成分を補正するパネル歪み補正手段と、前記測定画像の孤立点画像の位置情報を取得し、当該位置情報から前記画像表示装置の画歪み特性パラメータを算出する画歪み算出手段と、を有し、画像形状補正手段、レンズ歪み補正手段およびパネル歪み補正手段による３つの補正の対象は、前記撮影画像、または、撮影画像に一あるいは複数の補正を施した画像であり、前記３つの補正について各補正を少なくとも一回は実行することによって、３つの補正が施された撮影画像に対する前記画歪み特性パラメータを求める。
【００１０】
本発明に係る第１および第２の画歪み測定装置は、その測定画像生成手段が生成した測定画像を画像表示手段に入力し、入力した測定画像を画像表示装置のパネル面に表示させる。このときの画像を表示画像という。表示画像は撮像装置のレンズを通して撮像装置の撮像面に入射し、撮像される。この撮像画像は、撮像装置の撮像面と画像表示装置のパネル面とが平行な場合は、元の測定画像の相似形となるが、通常は、撮像面とパネル面の傾きに応じて幾何学的に歪んだ画像となる。元の測定画像は水平および垂直の各方向でそれぞれ所定数、規則的に配置された孤立点画像の集合からなることから、撮像画像は、当該孤立点画像群の外郭を結ぶ四角形の形状が歪んでいる。画像形状補正手段は、その歪んだ四角形の四隅の位置情報から、撮像面とパネル面との相対的傾きに起因した歪みをとる補正（傾き補正）を撮像画像に対し施す。補正後の撮像画像を画歪み算出手段に出力し、そこで全ての孤立点画像の位置情報を取得し、その位置情報から画像表示装置の画歪み特性パラメータを算出する。
【００１１】
とくに第２の画歪み装置は、傾き補正のための手段（画像形状補正手段）のほかに、レンズ特性に応じて異なる画歪み成分を補正するレンズ歪み補正手段、さらには、パネル面を成すガラスの厚さに応じて異なる画歪み成分を補正するパネル歪み補正手段を有している。この３つの補正手段は、その補正対象が、前記撮影画像、または、撮影画像に一あるいは複数の補正を施した画像であり、どの対象に対し、どの補正を行うかは任意である。ただし、３つの補正について各補正を少なくとも一回は実行する。これによって、最終的に、３つの補正が施された撮影画像に対する画歪み特性パラメータが求まる。
【００１２】
本発明に係る画歪み測定方法は、前記した第３の課題を解決するためのものであり、画像表示装置に表示されている画面を撮像装置が撮像することにより得られる撮影画像に基づいて、画像表示装置の画歪み特性を測定する画歪み測定方法であって、水平および垂直の各方向でそれぞれ所定数、規則的に配置された孤立点画像の集合からなり、当該孤立点画像群の配置範囲が既知のサイズの四角形状を有する測定画像を生成する測定画像生成ステップと、前記測定画像を前記画像表示装置に表示させたときに、当該画像表示装置の画面上で表示された測定画像の四隅の孤立点画像位置に対応する撮影画像上の４点の位置を測定する第１の位置測定ステップと、測定した４点の位置に対し、前記撮像装置のレンズ特性に応じて異なる画歪み成分を補正する第１のレンズ歪み補正ステップと、測定した４点の位置情報に基づいて、前記撮像装置の撮像面と前記画像表示装置のパネル面との傾き角に応じた画像形状の歪みを補正するときの傾き補正パラメータを算出する傾き補正パラメータ算出ステップと、前記撮影画像上の全ての孤立点画像の位置を測定する第２の位置測定ステップと、全ての孤立点画像の測定に対し、前記撮像装置のレンズ特性に応じて異なる画歪み成分を再度補正する第２のレンズ歪み補正ステップと、第２のレンズ歪み補正後の全ての孤立点画像の位置を、前記傾き補正パラメータを用いて変換し、前記傾き角に応じた画像形状の歪みを補正する傾き補正ステップと、傾き補正後の全ての孤立点画像の位置に対して、前記画像表示装置の表示パネルの厚さに応じて異なる画歪み成分を補正するパネル歪み補正ステップと、パネル歪み補正後の全ての孤立点画像の位置に基づいて、前記画像表示装置の画歪み特性パラメータを算出する画歪み算出ステップと、を含む。
【００１３】
この画歪み測定方法では、撮像画像の４点の位置を測定し、それにレンズ歪み補正を施し、レンズ補正後の４点の位置から傾きパラメータを算出する。また、撮影画像上の全ての孤立点画像の位置を測定し、それらの全ての孤立点画像の位置に対して、もう一度レンズ歪み補正を施した後に、傾きパラメータを用いた傾き補正を行う。つまり、得られた傾きパラメータはレンズ歪みが補正されたものであり、さらに、この傾きパラメータを用いる傾き補正の対象である全ての孤立点画像の位置情報も、既にレンズ歪みが補正されたものとなる。また、傾き補正後の全ての孤立点画像の位置に対してパネル歪み補正を行う。そして、傾き補正、レンズ歪み補正およびパネル歪み補正の全ての補正が施された孤立点画像の位置情報から、画歪み特性パラメータを算出する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る画歪み測定装置によれば、撮像画像の全ての孤立点画像の位置を取得し、それらから画歪み特性パラメータを算出することから、撮像画像の輪郭形状に関する特性パラメータのほかに、リニアリティや傾きなどの任意の特性パラメータが取得でき、評価項目が多岐にわたる画歪み測定装置が実現できるという利点がある。
また、レンズ歪み補正とパネル歪み補正が施されることから、得られた孤立点画像の位置情報の精度が高く、その結果、取得した特性パラメータの精度も高いという利点がある。
本発明に係る画歪み測定装置によれば、レンズ歪み補正が厳格に実行されることから、これによって傾き補正精度およびパネル歪み補正精度が高まり、結果として、非常に精度が良い画歪み測定が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、ＣＲＴの画歪みを測定する場合を例として、本発明の実施の形態を説明する。
図１に、本実施の形態の画歪み測定装置と被測定物であるＣＲＴディスプレイとを示す。画歪み測定装置は、前述したように、ＣＲＴディスプレイの画質を決める項目の一つである画歪みを測定する装置であり、画歪みは設計、製造、更に地磁気等の外的影響により生じる。
図１に示す画歪み測定装置１は、大別すると、被測定物である画像表示装置としてのＣＲＴディスプレイ１００に表示された画面（以下、表示画面という）を撮像する撮像装置２と、撮像装置２から出力される撮像画像に基づいて、画歪み特性のパラメータを算出する装置本体３と、測定結果などを表示するモニタ４とを有する。
【００１６】
被測定物であるＣＲＴディスプレイ１００は、たとえばカラーテレビジョン受像機、カラーモニタディスプレイなどであり、陰極線管（ＣＲＴ）１０１を内蔵している。よく知られているようにＣＲＴ１０１は、前パネルまたは表示パネルと称されるガラス部品を有し、その前パネルの外側表出面が、電子銃１０２から出力される電子ビームにより画像が描画される表示面１０１Ａとなる。電子銃１０２を駆動する信号を生成する回路（不図示）には、外部入力端子から任意の画像が入力可能に構成されている。画歪み測定時には、この外部入力端子から、装置本体３側で生成される測定画像が入力される。
【００１７】
画歪み測定に用いる測定画像は、水平および垂直の各方向でそれぞれ所定数、規則的に配置された孤立点画像の集合からなり、当該孤立点画像群の配置範囲が既知のサイズの四角形状を有する。各孤立点画像は最低１画素でよいが、望ましくは複数の画素から構成させる。孤立点画像の形状、大きさは任意である。ただし、余り大きいと画歪みの影響を受け、その位置情報の精度が低下することから適当な大きさとすることが望ましい。以下、各孤立点画像をほぼ円形の画像とし、その位置を中心画素の位置情報で代表させる場合を例示する。ただし、本発明で位置情報の規定は、これに限るものではない。
【００１８】
図２に、測定画像の具体例を示す。
この図示例の測定画像１１０は、垂直（以下、縦ともいう）方向に９個、水平（以下、横ともいう）方向に１３個の孤立点画像（以下、ドットという）からなる。各ドットの大きさは一定であり、その配列も規則的、ここでは縦横にそれぞれ等間隔となっている。図２において最外郭のドット中心を結ぶ線がなす四角形が矩形となっている。
【００１９】
図１に示す撮像装置２は、たとえばＣＣＤカメラからなり、上述した測定画像１１０が表示されたＣＲＴディスプレイ１００の前パネルの表示面１０１Ａを撮像する。撮像装置２は、電荷結合素子（ＣＣＤ）などの撮像素子２２を内蔵し、レンズ２１によって、撮像素子２２の撮像面２２Ａに入射した光を結像させる。なお、以下、撮像装置２を単に「カメラ２」と称する。
【００２０】
装置本体３は、カメラ２からの撮像画像を入力し、アナログ−デジタル変換するＡ／Ｄコンバータ３１、変換後のデジタル画像を所定単位、たとえばフレームごとに記憶するメモリ３２、前述した測定画像１１０を生成する測定画像生成手段としての信号発生回路３３、及び、これらを制御する中央演算ユニット（ＣＰＵ）３４を内蔵する。ＣＰＵ３４に、モニタ４が接続されている。
ＣＰＵ３４は、装置本体３全体の制御を行うほかに、画歪み測定時の誤差を補正するための手段である。つまり、本実施の形態ではＣＰＵ３４が、本発明の「画像形状補正手段」、「画歪み算出手段」、「レンズ歪み補正手段」、「パネル歪み補正手段」および「画歪み特性パラメータの演算手段」の諸機能を有する。これらの機能については後述する。
【００２１】
ところで、前述したドット表示タイプの測定画像１１０をＣＲＴディスプレイ１００の表示面１０１Ａに表示して得られる表示画像は、元の測定画像１１０から形が歪み、各ドット位置がずれたものとなる。これが画歪みと称されるものであり、以下に示す様々な態様がある。
【００２２】
いわゆるバレル歪みは、画像の中央部が膨らんで見える歪みであり、詳しくは上下（垂直）バレル歪みと左右（水平）バレル歪みがある。また、ピンクッション歪みは、画像の中央部が萎んで見える歪みであり、詳しくは上下（垂直）ピンクッション歪みと左右（水平）ピンクッション歪みがある。さらに、水平および垂直の台形歪み、平行四辺形歪み、ローテーション、弓形歪みなどの様々な歪みの態様がある。これらはＪＩＳ規格：ＪＩＳＣ６１０１−１９８８に詳細に定義されている。
このような画歪みは、ＣＲＴディスプレイ１００の陰極線管の形状、スキャン時、さらには部品の組み付け精度、あるいは、地磁気の影響などにより発生し、スキャン補正回路である程度補正される。しかし、ＣＲＴディスプレイ１００で個体差があるため完全には除去できない。この画歪みの補正はディスプレイが大型化するほど難しく、ＣＲＴディスプレイの製品ごとに調整する必要がある。画歪み測定装置１は、製品検査の工程で、その個々の製品の画歪み量を正確に測定するための装置である。
【００２３】
ただし、画歪みを正確に測定するためには、以下に示す画歪み測定時の誤差要因を排除する必要がある。
誤差要因の第１は、一台のカメラ（撮像装置）２により測定することに付随して、撮像装置２と製品（ＣＲＴディスプレイ１００）との相対的位置に起因した斜め歪み（斜め台形歪み）を挙げることができる。ＣＲＴディスプレイ１００に対してカメラ（撮像装置）２を完全な真正面、かつ、レンズ２１の光軸を表示面１０１Ａに完全に垂直に設置することは一般に困難である。そのため、測定者がカメラを設置する度に、ある程度の傾きと距離の測定結果に誤差が生じてしまう。これを補正する画像歪み補正手段としてのＣＰＵ３４は、本実施の形態において射影変換の演算を実行する。なお、射影変換の詳細は後述する。
【００２４】
誤差要因の第２は、カメラ２のレンズ２１のレンズ歪みに起因する。レンズは、それ自体でバレル歪み、あるいは、ピンクッション歪みなどをある程度持っている。本例では、これを補正するレンズ歪み補正手段としてＣＰＵ３４が機能する。
【００２５】
誤差要因の第３は、前パネルの表示面１０１Ａのガラスを通して画像を撮像することに起因する。一般に、前パネルの表示面１０１Ａのガラス厚は一様でない。とくに最近のＣＲＴ１０１は表示面ガラスの外側がほぼ平坦になっているが内側の面は湾曲しており、表示面１０１Ａ内の位置でガラスの厚みにかなり差がある。
ＣＲＴディスプレイ１００の正面に設置した一台のカメラ２の撮像位置から見た、ＣＲＴディスプレイ１００の表示面１０１Ａの各点の位置は、ガラス厚等の影響を多少なりとも受ける。つまり、ＣＲＴ１０１内の表示面ガラスの内側に蛍光体が形成され、この蛍光体の一点に電子ビームを当てることにより発生したスポット光は、ガラスと空気で屈折率が異なることから、このスポット光を画面の各点の真正面から見たときと、正面以外の位置から見たときとではスポット光の位置が違って見える。さらに、この屈折率の違いによる見え方の違いは、ガラス厚に応じて異なったものとなる。したがって、画歪み測定状態では画像を見る位置（カメラ２の位置）が固定されていることから、画像を構成する各点を見る角度とガラス厚との影響により各点の位置情報に誤差が発生する。本例では、これを補正するパネル歪み補正手段としてＣＰＵ３４が機能する。
【００２６】
本実施の形態では、この３つの画歪み誤差要因を補正する演算方法と、その演算方法を画歪み測定に好適に適用した誤差測定アルゴリズムを提案する。３つの誤差要因の補正の手順は、任意であるが、ここでは（１）レンズ歪み補正、（２）傾き補正、（３）パネル補正の順に行う場合を例示する。
このうち（２）傾き補正方法としては種々の方法があるが、本発明者による検討の結果、演算処理の負担と効果（補正精度）のバランスの点で射影変換を用いる傾き補正方法の採用が望ましいことが分かった。射影変換を用いる傾き補正を行うことを前提とした場合、射影変換ではサイズ情報を正規化していることから、ガラス厚という実寸法の単位を用いる補正は、傾き補正後に画像のサイズを変換した後に行うことが望ましい。また、レンズ歪み補正は、傾き補正精度を上げる意味で、傾き補正の前に行うことが望ましい。以上の理由により、上記したように（１）→（２）→（３）の手順による補正が望ましい。
さらに望ましくは、傾き補正パラメータを抽出する際と、実際の傾き補正の際の双方でレンズ補正を行うことが望ましい。
【００２７】
図３に示すフローチャートは、最も望ましい画像歪み測定時の誤差補正手順を示すものである。以下、このフローチャートに沿って、各誤差補正の具体的な演算方法を説明する。
画像歪み測定に先立って、被測定物であるＣＲＴディスプレイ１００に対して三脚などでカメラ２の撮像位置を設定する。このとき、カメラ２のレンズ２１の中心を、たとえば、ＣＲＴディスプレイ１００の表示面１０１Ａのほぼ中心と思われる位置の正面に据える。そして、レンズ２１の光軸が表示面１０１Ａにほぼ垂直となるように撮像の向きを調整すると、カメラ２の初期設置が完了する。装置本体３とカメラ２およびＣＲＴディスプレイ１００のケーブル接続を行い、ＣＲＴディスプレイ１００、カメラ２、装置本体３およびモニタ４の電源を入れ、測定開始の指示（操作）を行う。
測定開始の指示を受けたＣＰＵ３４は信号発生回路３３を制御して、たとえば縦９点、横１３点のドットからなる測定画像１１０を生成させる。信号発生回路３３から出力された測定画像１１０は、ＣＲＴ１０１の表示面１０１Ａに映し出される。この映し出された測定画像（表示画像）は、カメラ２の撮像素子２２の撮像面に撮像画像として結像する。撮像画像は、映像信号としてＡ／Ｄコンバータ３１に入力され、ここでＡ／Ｄ変換後に、メモリ３２およびＣＰＵ３４をスルーしてモニタ４に出力される。なお、このモニタ４上の撮像画像を見て、操作者がさらにカメラ２の位置および撮像の向きを微調整してもよい。
【００２８】
操作者が画歪み測定の指示（操作）をＣＰＵ３４に与えると、図３に示す画歪み測定が開始される。すると、現時点の撮像画像がメモリ３２に取り込まれ、ＣＰＵ３４がメモリ３２内に記憶されたデータを参照して、まず、ステップＳＴ１にて撮像画像の四隅の位置情報（アドレス）の測定を行う。この四隅のアドレスは、撮像面の任意の点、たとえば有効表示領域の一つの隅の画素アドレスを原点として表現できる。あるいは、メモリ３２内のデータで任意に原点を規定してもよい。
このときの撮像画像では、完全にカメラ設置が正しい場合は台形歪みが生じていないが、多くの場合、多少なりとも台形歪みが生じたものである。また、レンズ歪みとパネル歪みが生じている。したがって、撮像画像の四隅のアドレスも台形歪み成分、レンズ歪み成分およびパネル歪み成分を有している。この補正前の撮像画像の四隅のアドレスを、画素を単位とした（xi0，yj0）［i，j=1〜4］により表記する。なお、(x10，y10)を原点とした場合、（x10，y10）＝（0，0)である。
【００２９】
ＣＰＵ３２は、つぎのステップＳＴ２において、測定した撮像画像の四隅のアドレスに対しレンズ補正式による変換を、次のような方法により実行する。
前述したようにレンズ２１（図１）は多少のバレル歪み、あるいは、ピンクッション歪みを持っている。カメラ２に使用するレンズ２１が決まっていれば予め、その歪みを補正する式を決定できる。
【００３０】
より詳細には、レンズ２１の中心からの距離を「r」とする。さらに補正前の歪んだ（distorted）当該距離を「rd」、補正後の歪みがない（undistorted）当該距離を「ru」とする。補正後の距離「ru」は、たとえば下記式（１）に示すように補正前の距離「rd」の高次関数で表現できる。この関数の次数は任意であるが、次数が高ければ精度もよい反面、それだけ計算量が増える。式（１）は一例として４次の補正式を示す。
【００３１】
［数１］
ru＝a・rd４＋b・rd３＋c・rd２＋d・rd  …（１）
【００３２】
ここで、「a」,「b」,「c」,「d」は係数であり、用いるレンズ２１に最適な係数「a」〜「d」を実測により予め求めておく。つまり、当該レンズ２１（あるいはレンズが複数ある場合にレンズごとに）、台形歪みがない状態で所定の画像、たとえば直交格子を撮像し、係数「a」〜「d」を適宜変化させながら撮像された直交格子に歪みがなくなる数値に各係数を追い込んでいく。この画像は、当該画歪み測定用の測定画像１１０と同じまたは異なる画像を撮像し、台形歪み補正した後の画像であることに注意を要する。また、レンズ２１と撮像素子（たとえばＣＣＤ）２２のずれ分（センター位置、縦横比）も実測により予めレンズごとに求めておく。
その結果、たとえば、a＝0，b＝0.00000020001，c＝0.0000002，d＝1.0000002といった４つの係数が求まる。また、縦横比としては、“縦データ”＝“横データ”×ｋを満たす数値として、たとえばｋ＝2.3が求まり、これらの係数や比をレンズの種類に対応してメモリ３２、ＣＰＵ３４内のデータ記憶領域あるいは別の記憶媒体に予めテーブルとして格納しておく。
【００３３】
レンズ歪みは同心円状に変化することから、上記した式（１）の距離「rd」と「ru」は、レンズ中心と各点を結ぶ線の基準位置からの角度θを用いた式により表すことができる。つまり、レンズ中心のアドレスを（0，0）、補正前データのアドレスを（xd，yd）、補正後データのアドレスを（xu，yu）としたときに、距離「rd」と「ru」を次式（２）により表すことができる。
【００３４】
【数２】
2005348209.tif 000003
【００３５】
補正後データのｘアドレス「xu」とｙアドレス「yu」を、式（２）から得られる以下の式（3-1）と（3-2）により計算する。
【００３６】
【数３】
2005348209.tif 000004
【００３７】
撮像画像の四隅のアドレス（xi0，yj0）［i，j=1〜4］を上述した方法により変換（レンズ歪み補正）したアドレスを、以下、（xi1，yj1）［i，j=1〜4］と表記する。このレンズ補正後のＣＣＤの撮像画像上のアドレス（xi1，yj1）は上記式（２）,（3-1）および（3-1）では（xu，yu）に対応する。
【００３８】
図３に示すステップＳＴ２からステップＳＴ７までにおいて、斜め補正（斜め投射時の台形歪み補正）を行うが、まず、斜め補正方法に用いる射影変換の概略を以下に説明する。
本実施の形態において射影変換の目的は、ＣＣＤ上の台形歪みが生じている画像（以下、ＣＣＤ歪み画像という）の座標（x*1，y*1）［*：任意の整数（ドントケア）］から、ＣＲＴディスプレイ１００の表示面１０１Ａで台形歪みがない理想的な画像（以下、ＣＲＴ理想画像という）の座標（x*2，y*2）を求めることにある。射影変換式が求まれば、その逆変換式が求まることから、それが、すなわち台形歪みを取るための傾き補正式となる。
【００３９】
この方法では、ＣＣＤ歪み画像をまず、正方形に変換して正規化し、その後（図３のステップ７において）、正方形を水平、垂直の２方向で有効画面サイズの比率でサイズ変換する。
【００４０】
図４に、射影変換時の正規化画像とＣＣＤ歪み画像とを示す。
被測定物であるＣＲＴディスプレイ１００の真正面にカメラを傾きがない状態で置いた場合に、画面四隅は正方形（実際には直方形であるが、正方形から直方形への変換は後の単位変換での補正に含まれる）になるはずである。したがって、真正面時の画像（ＣＲＴ理想画像）の四隅のアドレスを、たとえば(x02，y02)=(0，0)、(x12，y12)=(1，0)、(x22，y22)=(1，1)、(x32，y32)=(0，1)とすることができる。このとき、図４ではＣＣＤ歪み画像の四隅のアドレスを(x01，y01)=(0，0)、(x11，y11)、(x21，y21)、(x31，y31)としている。
ただし、この正規化時の変換は、ＣＲＴ理想画像の座標（x*2，y*2）からＣＣＤ歪み画像の座標（x*1，y*1）を求めるものである。変換式を次式（4-1）と（4-2）に示す。
【００４１】
【数４】
2005348209.tif 000005
【００４２】
式（4-1）と（4-2）において、「a0」,「a1」,「a2」,「b0」,「b1」「b2」,「c0」,「c1」「c2」は台形歪みの程度に応じて決まる係数である。
まず、これら係数の式を見やすくし、重複した計算を少なくするように、次式（５）のような中間定数を定義する。
【００４３】
［数５］
Δ123＝(x11)・(y21)−(x21)・(y11)
Δ124＝(x11)・(y31)−(x31)・(y11)
Δ134＝(x21)・(y31)−(x31)・(y21)
Δ1234＝Δ123＋Δ134
Δ234＝Δ1234−Δ124
σ11＝Δ123−Δ124
σ22＝Δ134−Δ124              …（５）
【００４４】
上記式（５）を用いて係数「a0」〜「c2」の各々は、次式（６）のように表現できる。
【００４５】
［数６］
a1＝Δ123・(x11)
b1＝Δ123・(x31)
a2＝Δ134・(y11)
b2＝Δ123・(y31)
a0＝Δ134−Δ234
b0＝Δ123−Δ234
c0＝Δ234        …（６）
【００４６】
実際の傾き補正では、ＣＣＤ歪み画像の座標（x*1，y*1）からＣＲＴ理想画像の座標（x*2，y*2）を求めるものであることから、前記式（4-1）および（4-2）の逆変換をしなければならない。この逆変換の式を上記式（５）および（６）で定義される係数を用いて表すと次式（7-1）および（7-2）のようになる。
【００４７】
【数７】
2005348209.tif 000006
【００４８】
図３に示すフローチャートでは、上記式（５）および（６）で定義される係数をまず計算し（ステップＳＴ３）、全ての孤立点画像（ドット）のアドレス（たとえば中心画素のアドレス）をＣＣＤ撮像画面上でドット数だけ全点測定する（ステップＳＴ４）。
【００４９】
つぎに、ステップＳＴ５において、測定した全てのドットのアドレス、すなわちＣＣＤ歪み画像のアドレス（x*1，y*1）の各点に対し前述したステップＳＴ２と同様な方法により、再度、レンズ補正を実行する。
【００５０】
ステップＳＴ６では、このレンズ補正後のＣＣＤ歪み画像のアドレス（x*1，y*1）から、上記式（7-1）および（7-2）を用いてＣＲＴ理想画像のアドレス（x*2，y*2）を算出する。この算出したアドレス（x*2，y*2）は、傾き補正がされた正規化状態のアドレスであり、０≦(x*2)≦１，０≦(y*2)≦１の値をとる。
【００５１】
ステップＳＴ７では、算出した正規化状態のアドレス（x*2，y*2）に対し、ＣＲＴディスプレイ１００の有効画面サイズに適合させるように、ｘ方向とｙ方向にそれぞれ所定の倍率を掛ける。これにより、正規化状態が解除され、傾き補正およびレンズ補正が正しく施されたアドレス（x*2，y*2）が得られる。このサイズ変換により得られたアドレス（x*2，y*2）は、たとえばｍｍ単位でのアドレスとなる。
【００５２】
つぎのステップＳＴ８では、パネル補正を行う。パネル補正を図５に模式的に示す。
パネル補正とは、ＣＲＴディスプレイの前パネル表示面がガラスで製作され、そのガラスの光の屈折率が空気の屈折率と異なることから必要となる。ガラスの厚みは通常、画面センターから周辺にかけて厚くなり、その厚み量はＣＲＴの設計で決定されている。そのため、画面位置に対するガラス厚を計算し、その後に屈折率を考慮した計算をすることになる。
より詳細には、ＣＲＴ１０１の前パネル表示面１０１Ａとカメラ２との距離を「Zc」、パネルガラス厚を「t」、空気の屈折率を「n1」、ガラスの屈折率を「n2」、カメラと孤立点画像との角度を「θ」、実測点と変換後の点との距離差を「h'」、実測点とガラス垂直方向ｔ分に相当する光路上の点とのガラス水平方向との距離差を「h」とすると、パネル補正後のアドレス（x*3，y*3）は、補正前のアドレス（x*2，y*2）を用いて次式（8-1）と（8-2）により求めることができる。
【００５３】
【数８】
2005348209.tif 000007
【００５４】
パネルガラス厚ｔは、ＣＲＴ１０１の種類によって計算式が異なってくる。ここでは、次式（9-1）と（9-2）を用いる
【００５５】
【数９】
2005348209.tif 000008
【００５６】
ここで、「tc」はパネルガラス中心の厚さ、「Rox(Roy)」はパネル外面のＸ軸（Ｙ軸）方向の曲率半径、「C1」〜「C7」はＣＲＴごとに異なる設計パラメータ（定数）を示す。なお、この式（9-1）と（9-2）ではパネル中心を原点とする（Ｘ，Ｙ）座標系を用いていることから、前記式（8-1）と（8-2）に適用するためには別途、座標変換式（不図示）が必要となる。
ＣＲＴ１０１の前パネル表示面１０１Ａとカメラ２との距離「Zc」は、測距機能を有する場合は、その機能を用いて測定するか、あるいは、データとして入力する。空気の屈折率「n1」とガラスの屈折率「n2」、ならびに、ＣＲＴごとのパラメータ「tc」、「Rox」、「Roy」および「C1」〜「C7」は、ＣＲＴ種類毎のデータテーブルとしてを予め装置本体３内のメモリ３２（または、他のメモリや記録媒体）に格納しておく。ＣＰＵ３４は、このパネル補正の計算に必要な各種パラメータをメモリ３２等から読み出して、上述した補正式によるパネル補正を実行する。
【００５７】
以上のステップを経て、レンズ補正、傾き補正およびパネル補正の全てが施されたＣＣＤ撮像画像上のドットアドレス（x*3，y*3）の絶対値が算出される。ＣＰＵ３４は、前述した１３×９ドットの測定画像を補正後のアドレス（x*3，y*3）をモニタ４上に表示させることができる。このモニタ表示された絶対値アドレスを図６に示す。
【００５８】
ステップＳＴ９では、ＣＰＵ３４が、この補正後の測定画像の絶対値アドレスを基に、画歪み特性パラメータを演算により求める。
画歪み特性パラメータとしては、水平バレル歪み量Ｈtrap、垂直バレル歪み量Ｖtrap、水平ピンクッション歪み量Ｈpin、垂直ピンクッション歪み量Ｖpin、センター位置でのピンクッション歪み量ｍＨpinとｍＶpin、傾き（ローテーション）角Tilt、中心線の傾き角HctTltとVctTlt、平行四辺形Rang、水平リニアリティ量Hlin、垂直リニアリティ量Vlin、センター部水平画曲がりHwarp、センター部垂直画曲がりVwarpなどを算出可能である。
図７に、画歪みを示す測定画像と、その画歪み特性パラメータとの演算結果を示す。本実施の形態では、測定画像の絶対値アドレスを算出することから、それを基に、このように種々の画歪み特性パラメータを取得することが可能であり、多彩で精密な画歪み特性評価が可能となる。
【００５９】
測定画像の絶対値アドレスをＲ，Ｇ，Ｂの３色ごとに算出すれば、３色の各々の差分データの演算が容易に実行でき、その結果、精度の高いコンバーゼンスデータの算出も可能となる。
また、以上の説明では、ＣＲＴディスプレイ１００を被測定物としたが、これに代えてリアプロジェクターの画歪み、ＣＲＴではコンバーゼンスと称されるレジのずれ量を測定することも可能である。
【００６０】
なお、図３に示す以外の手順も採用可能である。
たとえばＣＲＴディスプレイの測定でも余り高い精度を求めない場合があり、その場合は、レンズ歪み補正、傾き補正、パネル補正のいずれか一つ、あるいは二つを図３に示す手順から省いた補正による処理演算を行うことができる。このような例としては、たとえば製造工程などである目標となるレベル内に画歪み量が入っていればよいとする検査がある。
また、ＣＲＴディスプレイでなく、フロントプロジェクターやリアプロジェクターなどの測定ではパネル補正を省略し、レンズ歪み補正と傾き補正のみでよい。
【００６１】
本実施の形態によれば、一台のカメラにて、カメラ２の被測定物に対して設置を厳密に行う必要がなく、簡単に、かつ正確な絶対値アドレスを算出し、それを基に画歪量が測定できる。このため、測定場所を選ばないし、偏向歪みの設計時には、測定装置のある場所に重量のある被測定物（ＣＲＴディスプレイ１００）を運搬して測定する必要がない。また、設計場所で装置を設置すれば直ちに測定でき、絶対値測定できるため設計目標値に追い込む時間が短縮できる。結果的に設計スピードの向上が期待できる。
さらに、被測定物のあらゆる画歪量特性パラメータの判定が短い時間ででき、また絶対値で結果が得られるために、製品の品質判定が直ちに行える。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態に係る画歪み測定装置と被測定物であるＣＲＴディスプレイとを示す図である。
【図２】測定画像を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る画歪み測定方法を示すフローチャートである。
【図４】射影変換時の正規化画像とＣＣＤ歪み画像とを示す図である。
【図５】パネル補正を模式的に示す図である。
【図６】モニタ表示された絶対値アドレスを示す図である。
【図７】画歪みを示す測定画像と、その画歪み特性パラメータとの演算結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１…画歪み測定装置、２…撮像装置、２１…レンズ、２２…撮像素子、２２Ａ…撮像面、３…装置本体、３１…測定信号生成手段、３２…ＣＰＵ、１００…画像表示装置、１０１…ＣＲＴ、１０１Ａ…パネル面
【図１】
2005348209.tif 000009
【図２】
2005348209.tif 000010
【図３】
2005348209.tif 000011
【図４】
2005348209.tif 000012
【図５】
2005348209.tif 000013
【図６】
2005348209.tif 000014
【図７】
2005348209.tif 000015