JP2018151457A - Projector and calibration method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電子黒板システムに関し、特に、電子黒板用のプロジェクタ、該プロジェクタで行われるキャリブレーション方法に関する。 The present invention relates to an electronic blackboard system, and more particularly to a projector for an electronic blackboard and a calibration method performed by the projector.
特許文献1(特開2011−126225号公報)に開示されるようなプロジェクタ用の電子黒板システムとして、現在主流なのは、押下する事で赤外線を発光するペン先を有する電子ペンを使用し、その発光光をCMOSイメージセンサ等の赤外線撮像カメラで取得し、押下した座標を割り出す手法である。 As an electronic blackboard system for a projector as disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-126225), the current mainstream uses an electronic pen having a pen tip that emits infrared light when pressed down. In this method, light is acquired by an infrared imaging camera such as a CMOS image sensor, and the pressed coordinates are determined.
図1(a)は電子黒板システムに使用されるプロジェクタの外観を示す斜視図である。プロジェクタ101には投写レンズ102および赤外線撮像を行うカメラユニット103が設けられている。図1(b)は、スクリーン104における投写レンズ102により映像が投写される投写範囲105およびカメラユニット103による撮像範囲106を示す図である。図1(b)に示されるように、撮像範囲106は投写範囲105よりも広く設定される。
FIG. 1A is a perspective view showing an appearance of a projector used in the electronic blackboard system. The
投写レンズ202より投写した画像と、カメラユニット103で撮像した画像については相関関係を確立する必要があり、キャリブレーションを実施することが必要となる。
It is necessary to establish a correlation between the image projected from the
キャリブレーションはプロジェクタによりテストパターンを投写面に表示させ、カメラユニットで投写面におけるテストパターンの位置を取得する事により行うことが多い。 Calibration is often performed by displaying a test pattern on a projection plane with a projector and acquiring the position of the test pattern on the projection plane with a camera unit.
図2は、図1に示したプロジェクタ101で表示されるキャリブレーション用のテストパターンを示す図である。カメラユニット103によるカメラ取り込みエリア202内に、投写レンズ102によりテストパターン201が投写される。カメラ取り込みエリア202は撮像範囲106に対応し、テストパターン201は投写範囲105に対応する。また、テストパターン201は電子黒板システムとして動作するときに電子ペン(不図示)が使用される領域でもある。
FIG. 2 is a diagram showing a test pattern for calibration displayed by the
テストパターン201としては、ポイントAのみのテストパターン201を表示させてカメラユニット103で撮影し、表示位置を取得し、次にポイントBのみのテストパターン201を表示させてカメラユニット103で撮影し、表示位置を取得、という様に各ポイントの表示位置をカメラユニット103で撮影し、表示位置を取得する事で、投射画面と撮像画面の相関関係を確立する事で、キャリブレーションが実施される。
As the
人手を介することのない自動キャリブレーションでは、プロジェクタ101の投写レンズ102より投射したテストパターンをカメラユニット103で取り込むため、可視光を処理する事になる。一方、マニュアルのキャリブレーションでは、電子ペンを使用して各ポイントをペンで押下して行うため、赤外光を処理することとなる。また、電子黒板機能使用時も電子ペンを使用する為、赤外光を処理することとなる。
In automatic calibration without human intervention, the test pattern projected from the
自動キャリブレーションは可視光を取り込むため、実施環境により動作不良を引き起こす事が問題となっている。具体的には、外光の影響によりカメラで取り込んだテストパターンのコントラストが低下し、テストパターンが識別できない。 Since automatic calibration captures visible light, it causes a problem of operation failure depending on the implementation environment. Specifically, the contrast of the test pattern captured by the camera is reduced due to the influence of external light, and the test pattern cannot be identified.
外光が明るいと、図1に示したスクリーン104自体が明るくなり、図2に示したカメラ取り込みエリア202に対するテストパターン201のコントラストが低下し、テストパターン201の識別が困難になる。
When the outside light is bright, the
また、カメラ取り込みエリア201に、入り込んだ他の光源をテストパターン201と識別することが出来ないという問題もある。
Another problem is that other light sources that enter the
図3に示すように、周囲に設けられた蛍光灯などの照明光301や、スクリーン104で反射された反射光302が入り込むと、これらの光とテストパターン102の識別が出来なくなり、動作不良が発生する。
As shown in FIG. 3, when
マニュアルキャリブレーションの時や電子ペン機能を使用する時には赤外光を処理する為、カメラユニット103のレンズ前に可視光カットフィルター等を設置する事で、外光や他光源の影響を排除しているが、自動キャリブレーション実施時には可視光を処理する為、影響を排除できない事が問題となっている。
In order to process infrared light during manual calibration or when using the electronic pen function, a visible light cut filter, etc. is installed in front of the lens of the
プロジェクタより投射するテストパターンの明るさを上げる事により、外光や外部光源に対するコントラストを高めて、確実にテストパターンを識別できるが、単にプロジェクタからの投射光の光出力をアップすることによってテストパターンの明るさを上げた場合には、装置の大型化や消費電力の上昇等が発生することが懸念される。
本発明は、装置の大型化や消費電力の上昇を招来することなく、外光の明るさや照明光の入り込みに関わらずに自動キャリブレーションを確実に行うことのできる電子黒板システム用のプロジェクタ、該プロジェクタで行われるキャリブレーション方法を実現する。
By increasing the brightness of the test pattern projected from the projector, the contrast to external light or an external light source can be increased and the test pattern can be identified reliably, but the test pattern is simply increased by increasing the light output of the projection light from the projector. If the brightness of the device is increased, there is a concern that the size of the device may increase, the power consumption may increase, or the like.
The present invention provides a projector for an electronic blackboard system capable of reliably performing automatic calibration regardless of the brightness of external light or the entry of illumination light without causing an increase in the size of the apparatus or an increase in power consumption. A calibration method performed by a projector is realized.
本発明によるプロジェクタは、電子黒板システムを構成するプロジェクタであって、
ズームレンズを備え、投写面に画像を投写する投写レンズと、
前記ズームレンズの位置を可変とするズーム機構と、
前記投写面における前記画像を撮像するイメージセンサと、
前記ズーム機構を介して前記ズームレンズの位置を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記イメージセンサで撮像された撮像画像と前記投写面における前記画像の相関関係を確立するために、複数のキャリブレーションポイントを含むテストパターンを投写するキャリブレーションの際に、前記ズーム機構を介して前記ズームレンズの位置を、実際の投写が行われる第1の位置に対して、より小さな画像が投写される第2の位置として前記テストパターンを投写し、その時に前記イメージセンサにより得られた画像から取得された各キャリブレーションポイントの座標値を、前記第1の位置と第2の位置から補正する。
A projector according to the present invention is a projector constituting an electronic blackboard system,
A projection lens that includes a zoom lens and projects an image on a projection surface;
A zoom mechanism for changing the position of the zoom lens;
An image sensor that captures the image on the projection surface;
A control unit that controls the position of the zoom lens via the zoom mechanism,
The control unit is configured to perform zooming during calibration for projecting a test pattern including a plurality of calibration points in order to establish a correlation between a captured image captured by the image sensor and the image on the projection plane. The test pattern is projected as a second position where a smaller image is projected with respect to the first position where the actual projection is performed via the mechanism, and at that time, by the image sensor The coordinate value of each calibration point acquired from the obtained image is corrected from the first position and the second position.
本発明によるキャリブレーション方法は、ズームレンズを備え、投写面に画像を投写する投写レンズと、
前記ズームレンズの位置を可変とするズーム機構と、
前記投写面における前記画像を撮像するイメージセンサと、を有する電子黒板システムを構成するプロジェクタで行われるキャリブレーション方法であって、
前記イメージセンサで撮像された撮像画像と前記投写面における前記画像の相関関係を確立するために、複数のキャリブレーションポイントを含むテストパターンを投写するキャリブレーションの際に、前記ズーム機構を介して前記ズームレンズの位置を、実際の投写が行われる第1の位置に対して、より小さな画像が投写される第2の位置として前記テストパターンを投写し、その時に前記イメージセンサにより得られた画像から取得された各キャリブレーションポイントの座標値を、前記第1の位置と第2の位置から補正する。
A calibration method according to the present invention includes a zoom lens, and a projection lens that projects an image on a projection surface;
A zoom mechanism for changing the position of the zoom lens;
A calibration method performed by a projector constituting an electronic blackboard system having an image sensor that captures the image on the projection plane,
In order to establish a correlation between the captured image captured by the image sensor and the image on the projection plane, the calibration mechanism that projects a test pattern including a plurality of calibration points is used to perform the above-described zoom mechanism. The test pattern is projected with the position of the zoom lens as a second position where a smaller image is projected relative to the first position where actual projection is performed, and from the image obtained by the image sensor at that time The coordinate value of each acquired calibration point is corrected from the first position and the second position.
上記のように構成される本発明においては、外光の明るさや照明光の入り込みに関わらずに自動キャリブレーションが確実に行われる。
In the present invention configured as described above, automatic calibration is reliably performed regardless of the brightness of external light or the entrance of illumination light.
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図4および図5は本発明で行われる自動キャリブレーション時の投写エリアを示す図、図6は本発明によるプロジェクタの一実施形態の要部構成を示すブロック図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 4 and 5 are diagrams showing a projection area at the time of automatic calibration performed in the present invention, and FIG. 6 is a block diagram showing a main configuration of an embodiment of the projector according to the present invention.
本発明においては、テストパターンを投写してカメラユニットで取り込む際に、投射レンズのズーム比を変更してテストパターンの画像を小さくして投写する事で、テストパターンを明るくし、外光に対するコントラストを高める。例えば、図4に示すような、ズーム比を1/2としたテストパターン401の画面の明るさは、それまでのテストパターン201の4倍となり、コントラストを4倍にする事が出来る。
In the present invention, when the test pattern is projected and captured by the camera unit, the test pattern is brightened by changing the zoom ratio of the projection lens and projecting the test pattern to make the test pattern brighter and contrast with the external light. To increase. For example, the screen brightness of the
本発明では、実際に電子ペン機能を使用するテストパターン201の投写領域と、キャリブレーションを実施するテストパターン401の投写領域が異なる事で、投射画面と撮像画面の相関関係がずれてしまう。このため、このずれを、ズーム比を自動で検出して図5に示すように補正する事で相関関係を確立することとしている。
In the present invention, since the projection area of the
次に、上記のテストパターンの投写および補正を行う本実施形態のプロジェクタの構成について、図6を参照して説明する。 Next, the configuration of the projector according to the present embodiment that performs projection and correction of the test pattern will be described with reference to FIG.
本実施形態のプロジェクタは、イメージセンサ601と、モーター602と、モーター駆動回路603と、制御部604と、テストターン生成回路605と、表示デバイス606と、ズーム駆動回路607と、投写レンズ608と、位置センサ609とを備えている。
The projector according to this embodiment includes an
プロジェクタには図6に示した構成の他に、外部からの映像信号の受付部や、映像信号に応じて表示デバイス606を駆動する表示デバイス駆動回路などが設けられているがこれらはすべて一般的な構成のものであり、また、本発明の動作には特に関与しないため、図示および説明は省略する。
In addition to the configuration shown in FIG. 6, the projector is provided with an external video signal receiving unit, a display device driving circuit for driving the
イメージセンサ601は、図1に示したカメラユニット103を構成するもので、可視光による投写画面や電子ペンの赤外光を撮像し、その結果を制御部604へ出力する。
The
制御部604は、テストパターン生成回路605にテストパターンの生成を行わせる。テストパターン生成回路605により生成されたテストパターンは、LCD(Liquid Crystal Device)、DMD(Digital Micromirror Device)等の画像生成用の光学デバイスである表示デバイス606に供給されて画像光となり、投写レンズ608(図1に示した投写レンズ102に相当する)により拡大投写される。
The
投写レンズ608は移動可能なズームレンズを含む複数のレンズからなり、該ズームレンズが投写方向に移動することにより投写倍率が可変とされる。ズーム駆動部607の制御によりズーム位置が決定される。投写レンズ608のズームレンズの位置(以下、ズーム位置と称する)は位置センサ609により検出されて制御部604に送出される。
The
モーター602、モーター駆動部603、および、ズーム駆動部607はズーム機構を構成するもので、制御部604は、モーター駆動回路603を介してズーム駆動部607の動作を決定するモーター602を駆動し、ズーム駆動部607により投写レンズ608のズーム状態を制御している。また、投写レンズ608の投写倍率およびこれに対応するイメージセンサ601の取得値、これらより算出した値を保管する機能も有する。
The
図7は本実施形態において自動キャリブレーションを行う際の制御部604の制御動作を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart showing the control operation of the
自動キャリブレーションが開始されると(ステップS701)、制御部604は、キャリブレーションのためのテストパターン401を表示する前の、電子黒板システムとして動作するときに電子ペンが使用される領域でもあるテストパターン201を投写する投写レンズ608の現在のズーム位置「A」を取得する(ステップS702)。
When automatic calibration is started (step S701), the
次に、投写レンズ608のズーム位置を投写画像が最小となる位置(Tele端)へ移動させ(ステップS703)、そのときのズーム位置「B」を取得する(ステップS704)。
Next, the zoom position of the
次に、電子ペン機能を使用するズーム位置「A」と投写画像が最小となる位置(Tele端)「B]からズーム倍率C(=A/B)を算出する(ステップS705)。 Next, the zoom magnification C (= A / B) is calculated from the zoom position “A” where the electronic pen function is used and the position (Tele end) “B” where the projected image is minimum (step S705).
次に、テストパターン401を表示させ(ステップS706)、表示されているキャリブレーションポイントの画像を取得する(ステップS707)。本実施形態で用いられるテストパターン401はキャリブレーションポイントを9つ含むものであるため、各ポイントのテストパターンの表示と撮像を順番に繰り返し、9ポイント終了した時点でテストパターンの表示を終了し(ステップS708)、次の処理へ移行する。
Next, the
次に、ステップS707で取得された画像より、各キャリブレーションポイントの座標(x、y)を算出する(ステップS709)。 Next, the coordinates (x, y) of each calibration point are calculated from the image acquired in step S707 (step S709).
次に、ステップS709で算出した各キャリブレーションポイントの座標(x、y)を、ステップS705で求めたズーム倍率Cより、電子ペン機能を使用するズーム位置での座標(X,Y)を補正計算し(ステップS710)、保管する(ステップS711)。 Next, the coordinates (x, y) of each calibration point calculated in step S709 are corrected and calculated from the zoom magnification C obtained in step S705 at the zoom position where the electronic pen function is used. (Step S710) and store (step S711).
次に、投写レンズ608のズーム位置を、電子ペン機能を使用するズーム位置「A」として(ステップS712)、キャリブレーションを終了する(S713)。
Next, the zoom position of the
図8は、図7のステップS710で行われる座標補正方法を説明するための図であり、例としてズーム倍率が「2倍」の場合のテストパターンを示す図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining the coordinate correction method performed in step S710 of FIG. 7, and is a diagram illustrating a test pattern when the zoom magnification is “2 ×” as an example.
座標の基準座標(0,0)を「E」とした場合、キャリブレーションポイントの各座標にズーム倍率「2」をかける事で補正が行われる。 When the reference coordinate (0, 0) of the coordinate is “E”, correction is performed by applying a zoom magnification “2” to each coordinate of the calibration point.
・ポジション「A」:キャリブレーション位置座標「−x,+y」⇒補正座標「X,Y」=「−2x,+2y」
・ポジション「B」:キャリブレーション位置座標「0,+y」⇒補正座標「X,Y」=「0,+2y」
・ポジション「C」:キャリブレーション位置座標「+x,+y」⇒補正座標「X,Y」=「+2x,+2y」
・ポジション「D」:キャリブレーション位置座標「+x,0」⇒補正座標「X,Y」=「+2x,0」
・ポジション「E」:キャリブレーション位置座標「0,0」⇒補正座標「X,Y」=「0,0」
・ポジション「F」:キャリブレーション位置座標「−x,0」⇒補正座標「X,Y」=「−2x,0」
・ポジション「G」:キャリブレーション位置座標「−x,−y」⇒補正座標「X,Y」=「−2x,−2y」
・ポジション「H」:キャリブレーション位置座標「0,−y」⇒補正座標「X,Y」=「0,−2y」
・ポジション「I」:キャリブレーション位置座標「+x,−y」⇒補正座標「X,Y」=「+2x,−2y」
本説明では説明を簡素化する為、投射画面の打ち上げ角度が「0°」で、スクリーンとプロジェクタが直行し、画面が歪んでいない場合を条件としたが、画面の打ち上げ(レンズシフト時)や斜め投射等で画面が歪んだ場合でも補正可能となる。この場合には、打ち上げ角度、倍率、スクリーンと投射軸の関係より計算式を算出し補正することとなる。
Position “A”: calibration position coordinates “−x, + y” = correction coordinates “X, Y” = “− 2x, + 2y”
Position “B”: Calibration position coordinate “0, + y” ⇒ Correction coordinate “X, Y” = “0, + 2y”
Position “C”: Calibration position coordinates “+ x, + y” ⇒ Correction coordinates “X, Y” = “+ 2x, + 2y”
Position “D”: Calibration position coordinate “+ x, 0” ⇒ Correction coordinate “X, Y” = “+ 2x, 0”
Position “E”: Calibration position coordinate “0, 0” ⇒ Correction coordinate “X, Y” = “0, 0”
Position “F”: Calibration position coordinate “−x, 0” ⇒ Correction coordinate “X, Y” = “− 2x, 0”
Position “G”: Calibration position coordinates “−x, −y” ⇒ Correction coordinates “X, Y” = “− 2x, −2y”
Position “H”: Calibration position coordinates “0, −y” ⇒ Correction coordinates “X, Y” = “0, −2y”
Position “I”: Calibration position coordinates “+ x, −y” ⇒ Correction coordinates “X, Y” = “+ 2x, −2y”
In order to simplify the explanation in this description, it is assumed that the launch angle of the projection screen is “0 °”, the screen and the projector are orthogonal, and the screen is not distorted. Correction is possible even when the screen is distorted due to oblique projection or the like. In this case, a calculation formula is calculated and corrected based on the launch angle, magnification, and the relationship between the screen and the projection axis.
なお、上記の実施形態では、自動キャリブレーションの際に投写レンズ608のズーム位置を投写画像が最小となる位置(Tele端)へ移動させることとして説明したが、これに限定されるものではない。実際の投写が行われる位置よりも小さな画像が投写される位置であれば、テストパターンの明るさを実際の投写時よりもより明るくすることができ、本発明の効果が実現される。
In the above-described embodiment, the zoom position of the
Claims (4)
ズームレンズを備え、投写面に画像を投写する投写レンズと、
前記ズームレンズの位置を可変とするズーム機構と、
前記投写面における前記画像を撮像するイメージセンサと、
前記ズーム機構を介して前記ズームレンズの位置を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記イメージセンサで撮像された撮像画像と前記投写面における前記画像の相関関係を確立するために、複数のキャリブレーションポイントを含むテストパターンを投写するキャリブレーションの際に、前記ズーム機構を介して前記ズームレンズの位置を、実際の投写が行われる第1の位置に対して、より小さな画像が投写される第2の位置として前記テストパターンを投写し、その時に前記イメージセンサにより得られた画像から取得された各キャリブレーションポイントの座標値を、前記第1の位置と第2の位置から補正する、プロジェクタ。 A projector constituting an electronic blackboard system,
A projection lens that includes a zoom lens and projects an image on a projection surface;
A zoom mechanism for changing the position of the zoom lens;
An image sensor that captures the image on the projection surface;
A control unit that controls the position of the zoom lens via the zoom mechanism,
The control unit is configured to perform zooming during calibration for projecting a test pattern including a plurality of calibration points in order to establish a correlation between a captured image captured by the image sensor and the image on the projection plane. The test pattern is projected as a second position where a smaller image is projected with respect to the first position where the actual projection is performed via the mechanism, and at that time, by the image sensor A projector that corrects the coordinate value of each calibration point acquired from the obtained image from the first position and the second position.
前記ズームレンズの位置を検出する位置センサを備え、前記制御部は前記位置センサの出力により前記ズームレンズの位置を検出する、プロジェクタ。 The projector according to claim 1, wherein
A projector comprising a position sensor for detecting a position of the zoom lens, wherein the control unit detects a position of the zoom lens based on an output of the position sensor.
前記制御部は、前記第2の位置として投写される画像が最小となる位置とする、プロジェクタ。 In the projector according to claim 1 or 2,
The projector, wherein the control unit sets a position where an image projected as the second position is a minimum.
前記ズームレンズの位置を可変とするズーム機構と、
前記投写面における前記画像を撮像するイメージセンサと、を有する電子黒板システムを構成するプロジェクタで行われるキャリブレーション方法であって、
前記イメージセンサで撮像された撮像画像と前記投写面における前記画像の相関関係を確立するために、複数のキャリブレーションポイントを含むテストパターンを投写するキャリブレーションの際に、前記ズーム機構を介して前記ズームレンズの位置を、実際の投写が行われる第1の位置に対して、より小さな画像が投写される第2の位置として前記テストパターンを投写し、その時に前記イメージセンサにより得られた画像から取得された各キャリブレーションポイントの座標値を、前記第1の位置と第2の位置から補正する、キャリブレーション方法。 A projection lens that includes a zoom lens and projects an image on a projection surface;
A zoom mechanism for changing the position of the zoom lens;
A calibration method performed by a projector constituting an electronic blackboard system having an image sensor that captures the image on the projection plane,
In order to establish a correlation between the captured image captured by the image sensor and the image on the projection plane, the calibration mechanism that projects a test pattern including a plurality of calibration points is used to perform the above-described zoom mechanism. The test pattern is projected with the position of the zoom lens as a second position where a smaller image is projected relative to the first position where actual projection is performed, and from the image obtained by the image sensor at that time A calibration method for correcting coordinate values of each acquired calibration point from the first position and the second position.
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