(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向と垂直方向の双方または一方に複数の画面が配置されるマルチ画面スクリーンの各画面に投射された複数のテストパターン画像を撮影するカメラと、
前記各画面において撮影された各テストパターン画像の代表位置を求め、求めた代表位置に基づき各テストパターン画像の間隔及び各テストパターン画像を結ぶ線分と隣接画面との交点位置の水平方向と垂直方向の双方または一方における間隔を求め、それらの間隔を用いてどのような位置ずれがあるかを判断する処理装置と、
を備えることを特徴とするマルチ画面ディスプレイの位置ずれ測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のマルチ画面ディスプレイの位置ずれ測定装置において、
前記テストパターン画像は、山形波形状の明度分布を持つ画像であり、前記代表位置は、前記山形波形の中心位置である、
ことを特徴とするマルチ画面ディスプレイの位置ずれ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のディスプレイによるマルチ画面ディスプレイの各画面の位置合わせを行うのに必要な位置ずれを測定するマルチ画面ディスプレイの位置ずれ測定装置に関する。
【０００２】
［発明の概要］
複数のディスプレイによるマルチ画面ディスプレイの各画面間での位置ずれを測定する方式に関し、各画面に投射した複数の山形波形状の明度分布を持つテストパターン画像それぞれの中心位置を求め、求めた中心位置に基づき各テストパターン画像の間隔及び各テストパターン画像を結ぶ線分と隣接画面との交点位置の水平方向と垂直方向における間隔を求め、それらにより各画面での位置ずれの内容が具体的に判断できるようにし、精度良くかつ短時間で位置ずれの調整が行えるようにする。
【０００３】
【従来の技術】
図８は、複数のディスプレイによるマルチ画面ディスプレイの構成例である。図８において、４台のプロジェクタ２１、２２、２３、２４は、それぞれ互いに独立した専用の信号源２５、２６、２７、２８から送られてくる映像信号に基づき４画面のマルチ画面スクリーン１にそれぞれ独立に映像を投射する。これにより、マルチス画面クリーン１の４つの画面にそれぞれ映像が映し出される。
【０００４】
ところが、各プロジェクタは、互いに独立しているので、プロジェクタの取り付け方の相違などにより、例えば図９に示すようにマルチス画面クリーン１の４つの画面間で位置ずれが生ずることがある。図９は、プロジェクタ２２による画面に映し出された映像に位置ずれが生じた場合を示している。
【０００５】
図９において、（１）は、映像が平行に移動した場合を示している。（２）は、スクリーン面内で画面が回転し、傾いた場合を示している。（３）は、投射位置または投射レンズの倍率が異なっている場合を示している。（４）は、斜めから投射したために映像が台形状に歪んで映った場合を示している。
【０００６】
このようにマルチ画面スクリーンの各画面間で映し出された映像に位置ずれがあると、各画面間で映像のつながりがなく、見にくいものとなる。したがって、マルチ画面ディスプレイでは、各プロジェクタの取付位置の調節を厳密に行うことが必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来では、各プロジェクタの取付位置の調節を熟練した調整員が経験と勘に頼った目視観察で行っていたので、時間がかかるとともに、高度な技能が要求されていた。
【０００８】
本発明の目的は、マルチ画面ディスプレイの各画面間での位置ずれを精度良く測定できるマルチ画面ディスプレイの位置ずれ測定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のマルチ画面ディスプレイの位置ずれ測定装置は、水平方向と垂直方向の双方または一方に複数の画面が配置されるマルチ画面スクリーンの各画面に投射された複数のテストパターン画像を撮影するカメラと、前記各画面において撮影された各テストパターン画像の代表位置を求め、求めた代表位置に基づき各テストパターン画像の間隔及び各テストパターン画像を結ぶ線分と隣接画面との交点位置の水平方向と垂直方向の双方または一方における間隔を求め、それらの間隔を用いてどのような位置ずれがあるかを判断する処理装置と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
上記本発明のマルチ画面ディスプレイの位置ずれ測定装置では、好ましくは前記テストパターン画像は、山形波形状の明度分布を持つ画像であり、前記代表位置は、前記山形波形の中心位置であること、を特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態によるマルチ画面ディスプレイの位置ずれ測定装置の構成ブロック図である。図１に示すように、マルチ画面ディスプレイの位置ずれ測定装置は、マルチ画面ディスプレイのマルチ画面スクリーン１の各画面に映し出されたテストパターン画像をそれぞれ撮影するビデオカメラ３と、ビデオカメラ３の出力を解析して各画面間でのテストパターン画像の位置ずれを測定する信号処理装置５とで構成される。
【００１２】
本実施の形態でのマルチ画面ディスプレイは、例えば図８に示した構成であるとする。すなわち、マルチ画面スクリーン１は、図８に示しように４画面構成のものである。このマルチ画面スクリーン１に画像を投射する各プロジェクタに送る映像信号は、図２に示すような山形波形状のテストパターン信号である。したがって、マルチ画面スクリーン１の４画面のそれぞれに映し出されるテストパターン画像は、図３に示すように、明度が中心で一番高く同心円状に低下していく山形波形状明度分布を持つ画像である。
【００１３】
図３は、１台のプロジェクタが、５×３個のテストパターン画像を投射する場合を示している。一般には、投射するテストパターン画像の個数は、検出器として使用するビデオカメラ３の画素数との関係で定められる。
【００１４】
ビデオカメラ３の画素上には、図４に示すように、各テストパターン画像の山形波形状明度分布に対応した波形が記録される。これが信号処理装置５に出力される。図４では、理解を容易にするために、行や列の数を少なく描いてあるが、本実施の形態では、１つのテストパターン画像当たり３０×３０画素以上割り当てられれば、特に制限はない。
【００１５】
信号処理装置５では、まず図４に示す山形波形状明度分布を持つ画像を水平及び垂直に加算して図５に示すような山形波形状明度分布のヒストグラムを求め、この山形波形の中心位置を求める。
【００１６】
図５において、縦軸は画素値であるが、横軸ｎ上の任意位置をｍで表す。更に、後での計算を簡単にするために、山形波形の一番のピーク位置をｍ０とするとき、ｎ＝ｍ−ｍ０とおき、これで位置を示すことにする。信号レベルをｆ（ｎ）で表す。
【００１７】
また、山の高さの１／３程度の場所で、スレッショルドＳをかける。このスレッショルドＳの内側で一番近いｎの値をそれぞれＮｆ、Ｎｓとする。以下の計算では、ｎ＝Ｎｆ〜Ｎｓの範囲を２次式に近いと考え、一番近い２次式の中心位置を求める。この２次式は、ｆ（ｎ）＝ａ・ｎ２＋ｂ・ｎ＋ｃの形をしている。以上の表記を用いて以下のような計算をして中心位置を求める。
【００１８】
f(Ns+1)＞f(Nf-1)のとき、Ws＝{f(Nf)-f(Ns+1)}／{f(Nf)-f(Nf-1)}と置き、またｆ(Ｎｆ−１）＝ｆ(Ｎｓ＋１）と置き直す。ｎ＝Ｎｆ〜Ｎｓの範囲で、ｘ(ｎ）＝ｎ、ｄ(ｎ）＝１とする。それ以外のｎに対して、Ｗｓ＞０．５のとき
【００１９】
【数１】
ｘ(Ｎｓ＋１）＝Ｎｓ＋１、ｄ(Ｎｓ＋１）＝０．５
ｘ(Ｎｆ−１）＝Ｎｆ−Ｗｓ、ｄ(Ｎｆ−１）＝Ｗｓ−０．５  …（１）
とする。また、Ｗｓ＜０．５のとき
【００２０】
【数２】
ｘ(Ｎｓ＋１）＝Ｎｓ＋１、ｄ(Ｎｓ＋１）＝０．５
ｘ(Ｎｆ）＝Ｎｆ、ｄ(Ｎｆ）＝Ｗｓ＋０．５
ｘ(Ｎｆ−１）＝Ｎｆ−Ｗｓ、ｄ(Ｎｆ−１）＝０          …（２）
とする。
【００２１】
同様に、f(Ns+1)＞f(Nf-1)のとき、Ws＝{f(Ns)-f(Nf-1)}／{f(Ns)-f(Ns+1)}と置き、またｆ(Ｎｓ＋１）＝ｆ（Ｎｆ−１）と置き直す。ｎ＝Ｎｆ〜Ｎｓの範囲で、ｘ(ｎ)＝ｎ、ｄ(ｎ)＝１とする。それ以外のｎに対して、Ｗｓ＞０．５のとき
【００２２】
【数３】
ｘ(Ｎｓ＋１）＝Ｎｓ＋Ｗｓ、ｄ(Ｎｓ＋１）＝Ｗｓ−０．５
ｘ(Ｎｆ−１）＝Ｎｆ−１、ｄ(Ｎｆ−１）＝０．５        …（３）
とする。また、Ｗｓ＜０．５のとき
【００２３】
【数４】
ｘ(Ｎｓ＋１）＝Ｎｓ＋Ｗｓ、ｄ(Ｎｓ＋１）＝０
ｘ(Ｎｓ）＝Ｎｓ、ｄ(Ｎｓ）＝Ｗｓ＋０．５
ｘ(Ｎｆ−１）＝Ｎｆ−１、ｄ(Ｎｆ−１）＝０．５        …（４）
とする。これらにより、
【００２４】
【数５】
Ｘ０＝Σｄ(ｎ）、Ｘ１＝Σｘ(ｎ）・ｄ(ｎ）、
Ｘ２＝Σｘ(ｎ)２・ｄ(ｎ）、Ｘ３＝Σｘ(ｎ）３・ｄ(ｎ）、
Ｘ４＝Σｘ(ｎ）４・ｄ(ｎ）、
Ｆ１＝Σｆ(ｎ）・ｄ(ｎ）、Ｆ２＝Σｆ(ｎ）・ｘ(ｎ）・ｄ(ｎ）、
Ｆ３＝Σｆ(ｎ）・ｘ(ｎ）２・ｄ(ｎ）                      …（５）
を計算する。なお、Σは、ｎ＝Ｎｆ−１〜Ｎｓ＋１の範囲について計算する。
【００２５】
中心位置Ｐ０は、次の式（６）で与えられる。
【数６】
0003971885.tif 000002
【００２６】
この値は、図５の山形波形のピーク位置をｎ＝０と置いているため、実際の中心位置Ｐは、Ｐ＝ｍ０＋Ｐ０、である。この方法によれば、精度良く中心位置を求めることができる。
【００２７】
各プロジェクタによるテストパターン画像の全てに対して中心位置を求め、それを、次の式（７）で表すことにする。
【００２８】
【数７】
Cnij(Cnijx、Cnijy）                                    …（７）
【００２９】
式（７）は、ｎ番目のプロジェクタ（図８の構成であればｎ＝１〜４）による画面において、横方向がｉ番目（図３の例で言えばｉ＝１〜５）で、縦方向がｊ番目（図３の例で言えばｊ＝１〜３）の位置にあるテストパターン画像の中心位置を２次元で表したものである。水平をｘ軸、垂直をｙ軸とし、値は画素数として表現することにする。
【００３０】
したがって、ビデオカメラ３の画素数が、例えば１６００×１２００であれば、Cnijx、Cnijyの取り得る範囲は、それぞれ１〜１６００、１〜１２００となる。本実施の形態では、これらの値に基づき各プロジェクタに図９に示すような位置ずれがあるかどうかを計算する。
【００３１】
説明を簡単にするため、位置ずれがない理想の状態では、マルチ画面スクリーン１の各画面でのテストパターン画像は、例えば図６に示すように水平方向及び垂直方向において同一の直線上に均等な間隔に並んでいるとする。図６は、マルチ画面スクリーン１の４画面のそれぞれにおいて、１画面当たり５×３個のテストパターン画像７が格子状に表示されている。各画面の境界線を点線６ａ、６ｂで示してある。
【００３２】
各画面上では、水平方向の５個のテストパターン画像７が一点鎖線で示す直線８ａ、８ｂ上に一定の間隔Cx0で並び、垂直方向の３個のテストパターン画像７が一点鎖線で示す直線９ａ、９ｂ上に一定の間隔Cy0で並んでいる。隣接する画面間でも、水平方向の間隔は、一定の間隔Cx0であり、垂直方向の間隔は、一定の間隔Cy0であるとする。
【００３３】
位置ずれのない理想の状態では、直線８ａと８ｂの延長線が境界線６との交点位置１０ａで接合し、直線９ａと９ｂの延長線が境界線６ｂとの交点位置１０ｂで接合し、それぞれ完全に一致した１つの直線となる。これに対して、位置ずれが存在する場合には、図７に示すように、各画面において水平方向や垂直方向に並ぶテストパターン画像を結ぶ直線を延長したものが、画面間の境界線上で同一の位置になく異なるものとなる。
【００３４】
図７は、水平方向に隣接する画面間の様子を抜き出したものであり、平行移動の位置ずれを示す図９（１）の場合を示している。図７では、説明の便宜から、５個のテストパターン画像７を結ぶ直線を図６で用いたのと同じ符号８ａ、８ｂで示してある。位置ずれが存在する場合には、５個のテストパターン画像７を結ぶ直線８ａ、８ｂが異なる位置にあり、水平方向への延長線が一致しないことが示されている。
【００３５】
ここで、各テストパターン画像７の間隔は、実際には場所によって異なることもあり得るので（図９（４）参照）、今後は、図６に示した間隔Cx0、Cy0に代えて、間隔Cnijx0、Cnijy0で表現する。各プロジェクタの画面内において、これらの値は次の式（８）（９）で与えられる。
【００３６】
【数８】
Cnijx0＝｛Cnij、Cni(j+1)｝                                …（８）
Cnijy0＝｛Cnij、Cn(i+1)j｝                                …（９）
【００３７】
なお、式（８）（９）において、｛ａ、ｂ｝は、点ａと点ｂとの間の距離を示している。式（８）（９）は、図９（４）に示すような台形歪みがあるかどうかの判断に用いられる。
【００３８】
図７において、点１３ａ、１３ｂは、直線８ａ、８ｂを隣の画面側に式（８）（９）で与えられる距離（図示例では距離Cnijx0）の１／２だけ延ばした画面の境界線上の位置を示している。隣接画面間で位置ずれがなければ、点１３ａと点１３ｂは一致した位置にあり、図６に示した交点位置１０ａの位置となるはずである。垂直方向においても同じである。
【００３９】
つまり、水平方向及び垂直方向において画面間でのつなぎ目の位置は一致するはずであるから、このつなぎ目の位置の間の距離により、図９（１）（２）（３）に示したような位置ずれの判断が行えることになる。このつなぎ目の位置を、水平方向では式（１０）で表し、垂直方向では式（１１）で表すことにする。
【００４０】
【数９】
dnim（dnimx、dnimy）                                  …（１０）
dnmj（dnmjx、dnmjy）                                  …（１１）
【００４１】
式（１０）、（１１）は、ｎ番目のプロジェクタによる画面において、ｙ方向でｉ番目またはｘ方向でｊ番目のつなぎ目での位置という表記である。
【００４２】
例えば図８において、プロジェクタ２１をプロジェクタ＃１，プロジェクタ２２をプロジェクタ＃２，プロジェクタ２３をプロジェクタ＃３，プロジェクタ２４をプロジェクタ＃４とし、図７は、プロジェクタ＃１と＃２による画面での表示状態を示している。
【００４３】
点１３ａと点１３ｂは、垂直方向でのつなぎ目の位置であるから、点１３ａの位置は、d1mjと表記でき、点１３ｂの位置は、d2mjと表記できる。同様に、プロジェクタ＃１と＃３とのつなぎ目の位置は、水平方向でのつなぎ目の位置であるから、それぞれ、d1im、d3imと表記できる。
【００４４】
以下、上記した式（８）、（９）、（１０）、（１１）を用いて位置ずれを判断する具体例を説明する。なお、プロジェクタ＃１による画面とプロジェクタ＃２による画面との間、プロジェクタ＃１による画面とプロジェクタ＃３による画面との間での判断例である。
【００４５】
例えば、{d1m1,d1m3}＞{d2m1,d2m3},かつ｛d11m,d15m}＞{d31m,d35m}であれば倍率が異なっていると判断できる。同様に、｛d1m1,d1m3}＜{d2m1,d2m3},かつ｛d11m,d15m}＜{d31m,d35m}であれば倍率が異なっていると判断できる。これらの場合には、まず、プロジェクタ＃１の投射位置や投射レンズの倍率の補正を行うことになる（図９（３）参照）。
【００４６】
また(d1m1x-d2m1x)＞(d1m3x-d2m3x)、かつ(d11my-d21my)＞(d15my-d25my)であれば傾いている（画面が回転している）と判断できる。同様に、(d1m1x-d2m1x)＜(d1m3x-d2m3x)、かつ(d11my-d21my)＜(d15my-d25my)であれば傾いている（画面の回転している）と判断できる。これらの場合には、まず、プロジェクタ＃１の設置面からの傾きの補正を行うことになる（図９（２）参照）。
【００４７】
また、{C111,C113}／{C151,C153}≠{C311,C313}／{C351,C353}であれば、台形歪みが生じていると判断できる。同様に、{C111,C151}／{C113,C153}≠{C211,C251}／{C213,C253}であれば、台形歪みが生じていると判断できる。これらの場合には、まず、プロジェクタ＃１の投射角度の補正を行うことになる（図９（４）参照）。
【００４８】
以上のように演算結果に基づき得られる判断に従った補正を各プロジェクタについて行うことにより、最終的には例えば図９（１）に示すような平行移動による位置ずれ状態にすることができる。したがって、その後は、
【００４９】
【数１０】
Δｘ＝Σ{(d2mjx-d1mix)+(d3imx-d1imx)}／８              …（１２）
Δｙ＝Σ{(d2mjy-d1miy)+(d3imy-d1imy)}／８              …（１３）
により平行移動による位置ずれ量Δｘ、Δｙを求め、その分平行移動させることで位置ずれの調整が完了する。
【００５０】
このように、本実施の形態によれば、各画面でのテストパターン画像の間隔や画面間でのつなぎ目位置間の距離を演算（測定）し、具体的にどのような内容の位置ずれが生じているかの位置ずれの調整に直接的に役立つ判断資料を得ることができる。このとき、演算（測定）の精度が高いので、目視による経験と勘に頼った方法で行うよりも精度良く少ない試行回数で位置ずれの調整が行えるようになる。
【００５１】
なお、本実施の形態では、マルチ画面スクリーン１は、水平方向と垂直方向の双方に画面が配置される場合を示したが、水平方向と垂直方向のいずれか一方に画面が配置される場合も同様に本発明が適用できることは言うまでもない。
【００５２】
また、テストパターン画像として山形波形状明度分布を持つ画像を用い、代表位置として山形波形の中心位置を求める場合を示したが、テストパターン画像は代表位置を的確に求めることができるものであれば、どのような画像を用いても良い。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マルチ画面ディスプレイの各画面間の位置ずれを精度良く測定できるので、画面の位置ずれの調整が精度良く従来よりも短い時間で行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるマルチ画面ディスプレイの位置ずれ測定装置の構成ブロック図である。
【図２】各プロジェクタに与える山形波形状のテストパターン映像信号を示す図である。
【図３】マルチ画面スクリーンに映し出されたテストパターン画像を示す図である。
【図４】ビデオカメラの画素上に記録されるテストパターン画像の説明図である。
【図５】ビデオカメラの出力画像から求めた山形波形状のヒストグラムである。
【図６】マルチ画面スクリーン（４画面の場合）上に映し出されるテストパターン画像が位置ずれなく並んでいる理想的な場合の表示例である。
【図７】水平方向に位置ずれがある場合の説明図である。
【図８】マルチ画面ディスプレイの構成例である。
【図９】位置ずれがある場合の説明図である。（１）は平行移動の場合、（２）は傾きがある場合、（３）倍率が異なる場合、（４）は台形歪みがある場合である。
【符号の説明】
１  マルチ画面スクリーン
３  ビデオカメラ
５  信号処理装置
６ａ、６ｂ  隣接画面間の境界線
７  テストパターン画像
８ａ、８ｂ  画面内で水平方向に並ぶテストパターン画像を結んだ直線
９ａ、９ｂ  画面内で垂直方向に並ぶテストパターン画像を結んだ直線
１０ａ  水平方向での交点位置
１０ｂ  垂直方向での交点位置
１３ａ、１３ｂ  水平方向に隣接する画面のつなぎ目の位置
２１、２２、２３、２４  プロジェクタ
２５、２６、２７、２８  信号源
Ｓ  スレッショルド
【図１】
0003971885.tif 000003
【図２】
0003971885.tif 000004
【図３】
0003971885.tif 000005
【図４】
0003971885.tif 000006
【図５】
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【図６】
0003971885.tif 000008
【図７】
0003971885.tif 000009
【図８】
0003971885.tif 000010
【図９】
0003971885.tif 000011