CN101466049B - 图像信号处理装置和方法、图像投影系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像信号处理装置和方法、图像投影系统和方法。提供了一种图像处理装置，其接收第一和第二输入图像信号并且产生用于从第一和第二投影仪投影图像以使图像叠加在屏幕上的第一和第二投影图像信号。存储单元针对屏幕上的每个投影位置，存储当从第一和第二观看位置观看时来自该第一和第二投影仪的投影光之间的强度比率。强度校正单元根据存储的强度比率，按照为产生第一投影图像信号而设置的比例以及为产生第二投影图像信号而设置的比例，将第一输入图像信号和第二输入图像信号相加。第一投影图像信号被提供给第一投影仪，并且第二投影图像信号被提供给第二投影仪。

Description

图像信号处理装置和方法、图像投影系统和方法

相关申请的交叉引用

本发明包含关于2007年12月19日提交到日本专利局的第2007-327923号日本专利申请的主题，该申请的全部内容通过引用并入于此。

技术领域

本发明涉及产生用于利用投影仪将图像投影到屏幕上的图像信号的图像信号处理装置和图像信号处理方法，执行这种处理方法的计算机程序、将产生的图像信号进行投影的图像投影系统和图像投影方法、以及执行这种处理方法的计算机程序。

背景技术

在过去已开发出的允许从不同视点观看不同图像的技术的一个例子是立体显示。例如，通过在声光元件处对光进行调制以实时产生三维计算机生成的全息图来显示三维图像的技术是公知的。

另外，已经开发了利用铁电液晶的裸眼立体显示器等。

另外，已经开发了一种当从不同视点观看液晶显示面板时利用该面板显示不同图像的技术并使之商业化。作为一个例子，这已经被商业化为一种车载显示器，当从驾驶员的座位观看时该显示器显示车辆导航图像，而当从乘客的座位观看时该显示器显示诸如电视广播的图像。在这种情况下，显示面板上的像素被划分成两组，即能够从一个方向上的视点看见的像素组和能够从另一个方向上的视点看见的另一个像素组，并且该面板被构造为使得仅能够从指定的观看方向看见对应的像素组。

日本未审专利申请公开No.2005-284592公开了在多个观看方向上显示多个图像的技术的一个例子。

发明内容

然而，在多个视点显示不同图像的现有技术需要一种利用特殊机构或特殊材料的显示面板、屏幕等。这种构造既复杂又昂贵，并且还存在显示的图像的分辨率不够高的问题。

期望提供一种当从多个视点观看时能够利用简单构造以高分辨率显示不同图像的技术。

根据本发明的一个实施例的图像处理装置被构造为接收第一输入图像信号和第二输入图像信号的输入，并且产生用于从第一投影仪和第二投影仪对投影图像进行投影以使投影图像在屏幕上被叠加的第一和第二投影图像信号。该装置包括存储单元和强度校正单元。

该存储单元针对屏幕上的每个投影位置存储当从第一观看位置观看时来自第一投影仪的投影光与来自第二投影仪的投影光之间的强度比率和从第二观看位置观看时来自第一投影仪的投影光与来自第二投影仪的投影光之间的强度比率。

该强度校正单元根据针对每个投影位置存储在存储单元中的强度比率，按照为产生第一投影图像信号而设置的比例将第一输入图像信号和第二输入图像信号相加。该强度校正单元还根据针对每个投影位置存储在存储单元中的强度比率，按照为产生第二投影图像信号而设置的比例将第一输入图像信号和第二输入图像信号相加。

将通过强度校正单元进行相加而产生的第一投影图像信号提供给第一投影仪，并且将通过强度校正单元进行相加而产生的第二投影图像信号提供给第二投影仪。

基于提供给第一投影仪的第一投影图像信号而投影的投影图像和基于提供给第二投影仪的第二投影图像信号而投影的投影图像在屏幕的相同投影区域上叠加，从而在各个观看位置观看到的屏幕上的投影图像由已叠加的两个投影图像组成。这里，通过基于来自两个投影仪的投影光的强度比率，将第一输入图像信号和第二输入图像信号相加以在提供给各个投影仪的投影图像信号之间分配图像，可以在一个观看位置观看基于一个输入图像信号的图像并且在另一个观看位置观看基于另一个输入图像信号的另一个图像。

根据本发明的一个实施例，通过适当地产生要提供给两个投影仪的投影图像信号，当从两个观看位置观看屏幕时显示不同的图像。当这样做时，基于在各个观看位置处的来自两个投影仪的投影光的强度比率执行产生这两个图像的处理，并且因此完全不必提供具有用于显示两个图像的特殊构造的屏幕等。这意味着能够利用比较简单的构造显示两个图像，并且能够将显示图像的分辨率设置为与正常图像相同的分辨率，从而能够有利地显示两个图像。

提供了一种图像信号处理装置，其接收第一输入图像信号和第二输入图像信号的输入并且产生用于从第一投影仪和第二投影仪对投影图像进行投影以使投影图像叠加在屏幕上的第一和第二投影图像信号，所述图像信号处理装置包括：存储单元，用于针对屏幕上的每个投影位置，存储当从第一观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第一强度比率，以及当从与所述第一观看位置不同的第二观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第二强度比率；强度校正单元，用于根据针对每个投影位置存储在所述存储单元中的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第一投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加，并且根据针对每个投影位置存储在所述存储单元中的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第二投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加；和输出单元，向所述第一投影仪提供通过所述强度校正单元进行相加而产生的所述第一投影图像信号并且向所述第二投影仪提供通过所述强度校正单元进行相加而产生的所述第二投影图像信号。

提供了一种图像信号处理方法，该图像信号处理方法从已输入的第一输入图像信号和第二输入图像信号产生用于从第一投影仪和第二投影仪对投影图像进行投影以使投影图像叠加在屏幕上的第一和第二投影图像信号，所述图像信号处理方法包括：针对屏幕上的每个投影位置，存储当从第一观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第一强度比率，以及当从与所述第一观看位置不同的第二观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第二强度比率；根据针对每个投影位置而存储的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第一投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加；根据针对每个投影位置而存储的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第二投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加；以及向所述第一投影仪提供通过相加而产生的所述第一投影图像信号并且向所述第二投影仪提供通过相加而产生的所述第二投影图像传号。

提供了一种图像投影系统，其接收第一输入图像信号和第二输入图像信号的输入，产生用于从第一投影仪和第二投影仪对投影图像进行投影以使投影图像叠加在屏幕上的第一和第二投影图像信号，并且向所述第一和第二投影仪提供所述第一和第二投影图像信号以将投影图像投影到屏幕上，所述图像投影系统包括：存储单元，用于针对屏幕上的每个投影位置，存储当从第一观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第一强度比率，以及当从与所述第一观看位置不同的第二观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第二强度比率；强度校正单元，用于根据针对每个投影位置存储在所述存储单元中的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第一投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加，并且根据针对每个投影位置存储在所述存储单元中的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第二投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加；第一投影仪，将基于通过所述强度校正单元进行相加而产生的所述第一投影图像信号的投影光输出到屏幕上；以及第二投影仪，将基于通过所述强度校正单元进行相加而产生的所述第二投影图像信号的投影光输出到屏幕上。

提供了一种图像投影方法，该图像投影方法接收第一输入图像信号和第二输入图像信号的输入，产生用于从第一投影仪和第二投影仪对投影图像进行投影以使投影图像叠加在屏幕的投影区域上的第一和第二投影图像信号，并且向所述第一和第二投影仪提供所述第一和第二投影图像信号以将投影图像投影到屏幕上，所述图像投影方法包括：针对屏幕上的每个投影位置，存储当从第一观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第一强度比率，以及当从与所述第一观看位置不同的第二观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第二强度比率；根据针对每个投影位置的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第一投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加；根据针对每个投影位置的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第二投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加；以及将基于通过相加而产生的所述第一投影图像信号的投影光从所述第一投影仪输出到屏幕上，并且将基于通过相加而产生的所述第二投影图像信号的投影光从所述第二投影仪输出到屏幕上。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施例的装置的示例构造的框图。

图2是用于示出根据本发明的一个实施例的如何投影图像的一个例子的图。

图3A和3B是用于示出本发明的一个实施例利用的原理的图。

图4是用于示出屏幕的入射方向和观看方向的图。

图5是用于解释背投影仪的屏幕的光学特性的一个例子的图。

图6是用于解释背投影仪的屏幕的光学特性的一个例子的另一幅图。

图7是示出相同区域根据观看方向而呈现不同颜色的原理的图。

图8是用于定义坐标系和各个点的图。

图9是用于示出根据本发明的一个实施例的示例处理的公式化的图。

图10A和10B是示出根据本发明的一个实施例的值的组合的图。

图11是示出根据本发明的一个实施例的处理的例子的流程图。

图12A和12B是根据本发明的一个实施例的两个原始图像的视图。

图13A和13B是示出根据本发明的一个实施例的两个投影图像的一个例子的视图。

图14是示出根据本发明的一个实施例从两个方向观看屏幕的一个例子的图。

图15是示出根据本发明的另一个实施例的示例构造的图。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明的实施例。

首先，将参照图2描述根据本实施例的显示图像的系统的构造。如图2所示，在本实施例中，设置了两个投影仪，即第一投影仪20a和第二投影仪20b。该系统被构造为所谓的“背投型”投影仪，其中，图像从两个投影仪20a和20b的投影透镜21a和21b被投影到一个屏幕19的后表面上，从而用户能够从屏幕19的前表面侧观看投影的图像。从两个投影仪20a和20b将图像投影到屏幕19上的区域发生重叠(即，处于相同位置)。为了这样做，利用了一种构造，其中由第一投影仪20a将图像投影到屏幕19上的角度位置和由第二投影仪20b将图像投影到屏幕19上的角度位置是不同的，并且均偏离与屏幕19垂直的方向。这里，如果从各个投影仪20a和20b投影的图像没有进行校正，则图像将会在屏幕上发生梯形失真，如利用图2中的虚线指示的范围19a和19b所示。由于这个原因，在本实施例中，对这种失真进行校正从而使得从两个投影仪20a和20b投影的图像被正确地叠加并显示在屏幕上。

在本实施例中，投影并显示在屏幕19上的组合图像是根据观看屏幕19的方向而不同的图像。

接下来，将按照顺序参照图3A到图10B来描述实现利用两个投影仪在屏幕上投影并显示两个不同图像的原理。

图3A和3B示出了一个例子，在这个例子中，两个投影仪1和2投影在屏幕3上叠加的图像。这个例子是这样一种构造，其中，投影仪1投影红光，而投影仪2投影蓝光。屏幕3是用于背投型投影仪的屏幕，并且不是完全漫射屏幕(即，亮度不会随着方向改变的屏幕)，而是亮度取决于方向的屏幕。图3A示出了光从两个投影仪1和2以一定角度投影到屏幕3上的情况(两个投影仪1和2的光轴不平行并且与屏幕3成一定角度)，图3B示出了光从两个投影仪1和2平行地投影到屏幕3上的情况(两个投影仪1和2的光轴平行并且与屏幕3垂直)。

作为一个例子，如果如图3A所示光从两个方向以一定角度投影到屏幕3上，则当观看屏幕3上的来自投影仪1的光和来自投影仪2的光被叠加的区域中的点时，从一个方向光将显得带蓝色，而从另一个方向光将显得带红色。

通过屏幕上的某点与各个投影仪的出射光瞳之间的位置关系和这点与观众的视点之间的位置关系，来确定这点的亮度和颜色如何呈现给观众。如图3B所示，即使当两个投影仪1和2的光轴平行布置时，按照与图3A的情况相同的方式，取决于观看方向，在相同点(或者相同区域)处将会观察到不同亮度。要注意，尽管在屏幕上的每个点或区域观察到特定亮度和颜色，但是由于观察到的颜色是由不同带宽的光的亮度总和确定的，所以在下文说明中，术语“亮度”包括“颜色”的概念。

当经度表示为“θ”并且纬度表示为

时，任意方向可以由

进行指定。背投型投影仪中设置的屏幕的光学特性如下：当指定屏幕上的点P并且入射在该点P的光的入射角度被指定为

时，能够如下文中的等式1所示针对观看方向(β，δ)定义从这点P到达观众的光的亮度。要注意，为了简化解释，忽略了屏幕的散射层的厚度并且假定点P包括在该散射层中。

等式1

在等式1中，项

是从方向

的单位立体角入射的光的亮度。项

是当从方向(β，δ)的单位立体角观察从方向

入射的光时的增益并且是对于屏幕唯一的函数。

此时，当从方向(β，δ)观看屏幕时的屏幕上的亮度由下文中的等式2表示。

等式2

为了简化下面的解释，假定方向的经度分量是零，并且仅仅考虑光的入射方向θ和观看方向β。图4示出了入射到屏幕上的光的入射方向θ与观看方向β之间的关系。

图5示出了在典型背投型投影仪中使用的屏幕的光学特性的一个例子。在这个例子中，来自投影仪1的光的光轴被布置为与屏幕3垂直。图5中的各个曲线图(特性图)示出了针对不同入射方向，观看角度与光的强度(或者增益)之间的关系。在图5中，示出了入射角度分别是30°、15°、0°、-15°和-30°的入射方向的五个例子。这里，可以明白，针对各个入射角度的光，当观看角度改变时光强度改变，并且光强度改变的方式根据观看角度而显著不同。

图6示出了投影的图像如何根据观看角度而实际显现在屏幕上的示例。在图6的例子中，入射角度是0°，并且当观看角度也是0°时入射角度是0°的这种光的强度被最大化。

图7示出了针对与图5相同的各个不同角度，来自投影仪1的光和来自投影仪2的光发生叠加的区域在不同观看角度下如何呈现在具有图5所示的光学特性的屏幕上。这个例子示出了利用了图3B中的布置的情况，即投影仪1和投影仪2被布置为使其光轴平行并且与屏幕3垂直的情况。在图7中，来自投影仪1的光被示出为L1，来自投影仪2的光被示出为L2。要注意，图7所示的入射角度是来自投影仪1的光L1的入射角度。

例如，尽管当按照0°的观看角度观看来自投影仪1的入射角度为0°的光L1时光L1的强度最大，但是来自投影仪2的光L2的强度在一不同的观看角度最大。如图7所示，这些变化的特性在每个入射角度处不同。要注意，由于在图5和图7所示的曲线图中假定经度分量是零度，所以以上等式1和等式2中的项

变成g(θ，0，β，0)。

这样，当图像通过多个投影仪被投影到同一区域上时，可以以相对高的精度计算该区域在不同观看方向上的样貌(appearance)，只要能够计算出项

即诸如图7的曲线图中所示的观看方向强度曲线即可。通过利用这些曲线，可以预先调整投影仪1和2的输出图像从而使得当从给定的观看方向观看时能够正确生成期望的样貌。

在图7的例子中，两个投影仪1和2在水平方向上对齐，但是利用两个投影仪在与屏幕垂直的方向上对齐的构造也能实现相同效果。

现在将描述利用这些观看方向强度曲线在屏幕上显示两个图像的校正处理。

首先，如图8所示定义了坐标系和各个点。如图8所示，当屏幕的水平方向被设置为x轴并且垂直方向被设置为y轴时，被观看点被表示为P(x，y)并且位于点S的投影仪的出射光瞳被表示为S(X，Y，-L)。投影仪的出射光瞳的面积被设置为dS_S，观众的视点位置(即，眼睛)被设置为D(u，v，w)，并且观众的眼睛的瞳面积被设置为dS_D。这里，L是投影仪与屏幕之间的距离。

当利用这些定义时，在由定位在点S处的投影仪导致的屏幕上的被观看点的亮度之中，到达观众的光的亮度(强度)由下面的等式3给出。

等式3

$I(S,D,P)=\∫\mathrm{d\θd\φf}(\mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PS}}\right),\mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PS}}\right))g(\mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PS}}\right),\mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PS}}\right),\mathrm{\β}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right),\mathrm{\δ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right))\frac{{\mathrm{dS}}_D\cos \mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right)\cos \mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right)}{{\left|\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right|}^2}$

$=\frac{{\mathrm{dS}}_S{I}_S\cos \mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PS}}\right)\cos \mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PS}}\right)}{{\left|\stackrel{\→}{\mathrm{PS}}\right|}^2}g(\mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PS}}\right),\mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PS}}\right),\mathrm{\β}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right),\mathrm{\δ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right))\frac{{\mathrm{dS}}_D\cos \mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right)\cos \mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right)}{{\left|\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right|}^2}$

$=\frac{{\mathrm{dS}}_S{I}_{S}L}{{({(X_S-x)}^2+{(Y_S-y)}^2+L^2)}^{1.5}}g(\mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PS}}\right),\mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PS}}\right),\mathrm{\β}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right),\mathrm{\δ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right))\frac{{\mathrm{dS}}_{D}w}{{({(u-x)}^2+{(v-y)}^2+w^2)}^{1.5}}...\left(3\right)$

这里，θ(PS)被定义为当从点P观看点S的方向时的角度θ，并且I_S被定义为由位于点S的投影仪导致的屏幕上的被观看点的亮度。

另一方面，在由定位在点T处的投影仪导致的屏幕上的被观看点的亮度之中，到达观众的光的亮度(强度)表示如下。

等式4

$I(T,D,P)=\∫\mathrm{d\θd\φf}(\mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PT}}\right),\mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PT}}\right))g(\mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PT}}\right),\mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PT}}\right),\mathrm{\β}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right),\mathrm{\δ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right))\frac{{\mathrm{dS}}_D\cos \mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right)\cos \mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right)}{{\left|\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right|}^2}$

$=\frac{{\mathrm{dS}}_T{I}_T\cos \mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PT}}\right)\cos \mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PT}}\right)}{{\left|\stackrel{\→}{\mathrm{PT}}\right|}^2}g(\mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PT}}\right),\mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PT}}\right),\mathrm{\β}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right),\mathrm{\δ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right))\frac{{\mathrm{dS}}_D\cos \mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right)\cos \mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right)}{{\left|\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right|}^2}$

$=\frac{{\mathrm{dS}}_T{I}_{T}L}{{({(X_T-x)}^2+{(Y_T-y)}^2+L^2)}^{1.5}}g(\mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PT}}\right),\mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PT}}\right),\mathrm{\β}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right),\mathrm{\δ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right))\frac{{\mathrm{dS}}_{D}w}{{({(u-x)}^2+{(v-y)}^2+w^2)}^{1.5}}...\left(4\right)$

这里，如果假定定位在点S和点T处的投影仪的出射光瞳的尺寸相等并且与投影仪与屏幕之间的距离L相比较而言(X-x)和(Y-y)足够小，则I(T，D，P)和I(S，D，P)之间的比率由下面的等式5表示。

等式5

$\mathrm{\α}=\frac{I(T,D,P)}{I(S,D,P)}=\frac{g(\mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PS}}\right),\mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PS}}\right),\mathrm{\β}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right),\mathrm{\δ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right))}{g(\mathrm{\θ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PT}}\right),\mathrm{\φ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PT}}\right),\mathrm{\β}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right),\mathrm{\δ}\left(\stackrel{\→}{\mathrm{PD}}\right))}...\left(5\right)$

等式5中的比率α是示出由给定区域中的投影仪之一生成的图像的亮度为由另一个投影仪生成的图像的亮度的倍数的值。

为了简化解释，假定针对所考虑的区域的每个部分，亮度比率α是相同的值，如下是能够在来自两个投影仪的图像发生叠加的状态下观看期望图像的条件。首先，入射方向和观看方向的总和被设置为180°。这里，“总和被设置为180°”意味着在投影仪和观看方向之间存在关于包括屏幕的法线的平面的线对称。

通过针对给定像素求解下面的等式6，可以计算两个投影图像的总和生成期望输出的条件。这里，上述的比率被设置为α，输入图像中的第一图像的像素的亮度值是B，由投影仪之一导致的屏幕上的被观看点的亮度是a^γ，由另一个投影仪导致的屏幕上的被观看点的亮度是b^γ，并且p和q是常量。常量p是偏移量，常量q是亮度的动态范围。偏移量p是实际观看到的图像的灰度等级。由于在正被观看的图像之间通常执行相加和相减，所以预先加入灰度作为偏移量。动态范围q是图像的亮度级。当这个值小时，像素的一对亮度值A和B的可能值的范围大。另外，γ(伽马)是伽马特性。

等式6

$\left(\begin{array}{cc}1& \mathrm{\α}\\ \mathrm{\α}& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}^{\mathrm{\γ}}\\ b^{\mathrm{\γ}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{(p+\mathrm{qA})}^{\mathrm{\γ}}\\ {(p+\mathrm{qB})}^{\mathrm{\γ}}\end{array}\right)---\left(6\right)$

求解等式6得出等式7。

等式7

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}^{\mathrm{\γ}}\\ b^{\mathrm{\γ}}\end{array}\right)=\frac{1}{1-{\mathrm{\α}}^2}\left(\begin{array}{cc}1& -\mathrm{\α}\\ -\mathrm{\α}& 1\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{(p+\mathrm{qA})}^{\mathrm{\γ}}\\ {(p+\mathrm{qB})}^{\mathrm{\γ}}\end{array}\right)...\left(7\right)$

因此，能够通过下面的等式8和等式9来计算一个投影仪的亮度a和另一个投影仪的亮度b。通过针对图像中的每个像素计算亮度a和亮度b，计算出从这两个投影仪输出的图像。

等式8

$a={\left(\frac{{(p+\mathrm{qA})}^{\mathrm{\γ}}-\mathrm{\α}{(p+\mathrm{qB})}^{\mathrm{\γ}}}{1-{\mathrm{\α}}^2}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\γ}}}...\left(8\right)$

等式9

$b={\left(\frac{-\mathrm{\α}{(p+\mathrm{qA})}^{\mathrm{\γ}}{+(p+\mathrm{qB})}^{\mathrm{\γ}}}{1-{\mathrm{\α}}^2}\right)}^{\frac{1}{\mathrm{\γ}}}...\left(9\right)$

等式6到等式9是屏幕上的点的状态接近的例子。

要注意，当来自两个投影仪的图像被实际投影并叠加在屏幕上时，图像的叠加在物理上是相加过程，相减是不可能的。也就是说，等式8和等式9中的亮度a和亮度b是投影仪的输出值，这些值需要是正值(即非负值)。为了满足这个条件，需要下面的等式10或等式11。要注意，稍后将描述可能值的范围的例子(图10A和图10B)。

等式10

${\mathrm{\&alpha;}}^{\frac{1}{\mathrm{\&gamma;}}}<\frac{p+\mathrm{qB}}{p+\mathrm{qA}}<1/{\mathrm{\&alpha;}}^{\frac{1}{\mathrm{\&gamma;}}}...\left(10\right)$

等式11

${\mathrm{\&alpha;}}^{\frac{1}{\mathrm{\&gamma;}}}<\frac{1+\mathrm{kB}}{1+\mathrm{kA}}<1/{\mathrm{\&alpha;}}^{\frac{1}{\mathrm{\&gamma;}}}...\left(11\right)$

这里，当来自两个投影仪1和2的输出值a和b与视点A和B之间的关系如图9所示时，一般化的等式是下面的等式12。等式12是等式6的一般化版本，并且通过针对每个像素计算逆矩阵，能够获得高度精确的结果。

等式12

$\left(\begin{array}{cc}{G}_{a\&RightArrow;A}(x,y)& G_{b\&RightArrow;A}(x,y)\\ G_{a\&RightArrow;B}(x,y)& G_{b\&RightArrow;B}(x,y)\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{a(x,y)}^{\mathrm{\&gamma;}}\\ {b(x,y)}^{\mathrm{\&gamma;}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{(p+qA(x,y))}^{\mathrm{\&gamma;}}\\ {(p+\mathrm{qB}(x,y))}^{\mathrm{\&gamma;}}\end{array}\right)...\left(12\right)$

接下来，将参照图1描述利用迄今描述的原理的根据本发明实施例的装置的示例性构造。

图1所示的构造包括图像处理装置10。由图像处理装置10产生的第一投影仪20a的图像信号和第二投影仪20b的图像信号被分别提供给投影仪20a和20b以从投影仪20a和20b对投影图像进行投影，从而使这些图像叠加在一个屏幕19上。

图像处理装置10包括两个图像信号输入端子11和12，不同的图像信号被输入到这两个图像信号输入端子11和12中。在输入端子11处获得的图像信号是要显示给从视点A进行观看的用户的图像的信号，并且在输入端子12处获得的图像信号是要显示给从视点B进行观看的用户的图像的信号。

通过输入端子11和12获得的图像信号被从图像输入单元13提供给投影变换/调整单元14。投影变换/调整单元14执行以上参照图2描述的对屏幕上的投影图像的失真进行校正的校正处理。也就是说，对图像发生像由图2中的虚线所示的区域19a和19b一样的梯形失真的未校正状态进行校正，从而在屏幕上生成正确的矩形图像。这里，对通过输入端子11获得的图像信号(即，第一图像信号)进行校正从而使得当从第一投影仪20a进行投影时投影图像不失真，并且还对其进行校正从而使得当从第二投影仪20b进行投影时投影图像不失真。按照相同的方式，对通过输入端子12获得的图像信号(即，第二图像信号)进行校正从而使得当从第一投影仪20a进行投影时投影图像不失真，并且还对其进行校正从而使得当从第二投影仪20b进行投影时投影图像不失真。

进行了变换以供投影的第一图像信号和第二图像信号被分别提供给p·q调整单元15，在该p·q调整单元15中对常量p和q进行调整。如以上参照等式6所述，将常量p和q设置为常量p是偏移量而常量q是亮度的动态范围。偏移量p是对应于图像信号的灰度等级的值。动态范围q是亮度级。

分别经过p·q调整单元15调整的两个图像信号被提供给强度校正单元16，该强度校正单元16执行计算处理以产生分别提供给投影仪20a和20b的图像信号。根据以上给出的等式来执行由强度校正单元16进行的计算处理。强度校正单元16进行校正处理期间所需的、两个投影仪在屏幕上的各个显示位置(像素位置)处的强度比率α被预先存储在α设置单元17中，并且通过利用存储在α设置单元17中的比率α，执行由强度校正单元16进行的计算处理。针对屏幕上的每个显示位置(像素位置)执行这个计算处理以产生提供给各个投影仪以生成从视点A观看的图像和从视点B观看的图像的图像信号。

强度校正单元16输出的第一投影仪的图像信号从分配输出单元18输出并提供给第一投影仪20a。强度校正单元16输出的第二投影仪的图像信号从分配输出单元18输出并提供给第二投影仪20b。

在第一投影仪20a，要根据提供的图像信号进行投影的图像光被产生并从投影透镜21a被投影到屏幕19的后表面。另外，在第二投影仪20b，要根据提供的图像信号进行投影的图像光被产生并从投影透镜21b被投影到屏幕19的后表面。这两个投影仪20a和20b将光投影到屏幕19上的匹配位置。

图11中的流程图示出了由强度校正单元16进行的计算处理。

图11所示的流程图示出了对一帧图像的处理。首先，垂直方向上的一个像素位置被设置为开始点(步骤S11)，并且水平方向上的一个像素位置也被设置为开始点(步骤S12)。

然后，对在该水平和垂直位置上的像素执行基于上述等式的计算处理(步骤S13)。更具体地讲，执行基于下一等式的计算处理，其中，针对给定像素，g和h表示当在视点O1和视点O2的各位置观看第一投影仪的输出时的增益，并且i和j表示当在视点O1和视点O2的各位置观看第二投影仪的输出时的增益。

等式13

$\left(\begin{array}{cc}g& i\\ h& j\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{a}^{\mathrm{\&gamma;}}\\ b^{\mathrm{\&gamma;}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{(p+\mathrm{qA})}^{\mathrm{\&gamma;}}\\ {(p+\mathrm{qB})}^{\mathrm{\&gamma;}}\end{array}\right)$

基于这个等式，求解出a和b，并将值a和b设置为各个投影仪针对在步骤S11和步骤S12中设置的位置的像素的输出值。例如，当图像信号中的各个像素包括红色信号R、蓝色信号B和绿色信号G时，针对每种颜色信号独立地执行计算像素值的处理。

然后，将表示水平方向上的像素位置的像素值加1，并且确定相加的和是否超过水平方向上的像素的数目(步骤S14)。当没有超过这个数目时，对新设置的像素位置处的信号执行步骤S13中的处理。

在步骤S14中，当表示水平方向上的像素位置的相加和超过此时正在处理的图像信号的水平方向上的像素的数目时，处理进行到步骤S15，在该步骤S15中，将表示垂直方向上的像素位置的像素值加1，从而处理移到下一个水平线。此时，确定相加和是否超过垂直方向上的像素的数目(即，水平线的数目)，并且当没有超过该数目时，处理进行到步骤S12，水平方向上的像素位置被重置，并且对新设置的水平线上的像素位置的信号执行步骤S13中的处理。

如果在步骤S15中表示水平线位置的相加和超过此时正在处理的图像信号中的水平线的数目，则完成了对当前帧中所有像素的处理，并且该处理等待直到下一帧的图像被输入。

图12A到图14示出了通过本实施例中的处理而实际上同时显示两个图像的例子。

图12A和12B示出了通过由图1中的输入端子11和12获得的两个图像信号产生的两个图像的例子。也就是说，作为一个例子，在输入端子11获得用于显示图12A所示的图像的图像信号，并且在输入端子12获得用于显示图12B所示的图像的图像信号。

此时，通过强度校正单元16的校正处理而产生并被提供给第一投影仪20a的图像信号是用于显示图13A所示的图像的信号，并且同样通过强度校正单元16产生并被提供给第二投影仪20b的图像信号是用于显示图13B所示的图像的信号，并且各个图像作为投影光被投影到屏幕19上。

图13所示的两个投影图像是组合了图12A和12B所示的两个图像的图像，并且基于各个被观看位置的强度比率来计算每个像素位置处的组合状态。

通过在投影区域发生叠加的状态下将图13A所示的图像和图13B所示的图像投影到屏幕上，如图14所示，当从右侧斜对地观看屏幕时图12A所示的图像出现，并且当从左侧斜对地观看屏幕时图12B所示的图像出现，从而在各个观看位置处仅能够看到这两个图像中的一个。然而，当执行步骤S13中的处理时，需要预先将观看位置之一设置为右侧斜对而将另一个观看位置设置为左侧斜对。当改变各个视点位置时，需要在α设置单元17中设置与该视点位置对应的比率α。

要注意，如早先参照等式10和等式11所述，针对从两个投影仪20a和20b对投影图像进行投影的信号中的各个像素的亮度值A和B，a和b(投影仪的输出值)二者需要被设置为非负值，以确定各个像素的亮度值A和B的范围(即，容许值)。

通过决定早先描述的进行计算所需的参数p、q、γ和α的值，决定能够容许的从两个投影仪20a和20b对投影图像进行投影的信号中的每个像素的亮度值A和B。

图10A和图10B是示出了每个像素的亮度值A和B的容许范围的例子的图。作为一个例子，亮度值(像素值)A和B是在0到255范围内的值，要从投影仪之一进行投影的每个像素的亮度值A被显示在水平轴上，并且要从另一个投影仪进行投影的每个像素的亮度值B被显示在垂直轴上。在各个图中，通过从在最大值Bmax与最小值Bmin之间的范围内选择亮度值(像素值)，可以利用先前给出的等式如上所述同时显示两个图像。

图10A示出了偏移量p是128，亮度的动态范围q是1，并且γ是2.5的一个例子。当设置了这些值并且强度比率α是0.1时，如图10A所示，最大值Bmax与最小值Bmin之间的范围能够比较宽地进行设置。另一方面，当强度比率α接近1(在图10A中示出了一直到比率α＝0.9的值)时，最大值Bmax与最小值Bmin之间的容许范围逐渐变窄。

图10B示出了偏移量p是128，亮度的动态范围q是0.5，并且γ是2.5的一个例子。当设置了这些值并且强度比率α是0.1时，如图10B所示，最大值Bmax与最小值Bmin之间的范围没有限制。另一方面，当强度比率α接近1(在图10B中示出了一直到比率α＝0.9的值)时，最大值Bmax与最小值Bmin之间的容许范围逐渐变窄。

按照这种方式，尽管亮度值的容许范围根据强度比率α而改变，但是只要这些值在容许范围内，在被组合的两个图像之中，在两个观看位置的每个处仅能够看到这两个图像之一。因此，可以向不同观看位置呈现不同图像。

在本实施例中，投影仪20a和20b自身可以与现有的背投影仪相同。对于本发明来讲，提供产生提供给两个投影仪的图像信号的图像处理装置10是新颖的，并且只要提供了图像处理装置10，利用现有的构造就能够比较容易地实现上述构造的剩余部分。

显示在屏幕上的图像不受像素的数目等的限制，并且因此不会由于同时显示两个图像而牺牲分辨率。然而，如图10A和10B所示，由于能够利用的每个像素的亮度的范围根据这两个图像之间的强度比率而稍微受到限制，所以与没有对图像进行组合时相比较，在图像中的某些像素位置处颜色再现性稍微劣化。然而，当从各个观看位置观看这两个图像时，这实际上不重要。

要注意，尽管作为一个例子在上述实施例中利用针对一个屏幕设置两个投影仪的构造，但是也可以利用多屏幕构造，在这种多屏幕构造中，多个屏幕被连续垂直或水平布置(或者布置为垂直矩阵和水平矩阵)，在每个屏幕之后布置两个投影仪，并且利用每个屏幕和两个投影仪的对经由上述处理显示组合图像。这使得可以显示大尺寸的图像。

尽管作为一个例子在上述实施例中利用两个观看位置执行处理，也就是说，已预先决定能够观看各个图像的位置，但是也可以检测位于屏幕之前的观察者(即，观众)的观看位置并且根据在检测到的观看位置处的来自两个投影仪的光的强度比率来执行图像处理。

图15示出了在这种情况下的系统结构的一个例子的图。用于检测人员的位置的传感器30被设置在两个投影仪20a和20b向其投影图像的屏幕19之前，并且传感器30检测多达两个观众m1和m2的位置(角度位置)。作为一个例子，针对传感器30，可以利用相机获取图像并且可以从该获取的图像中检测观众的位置。由传感器30生成的检测到的信息被发送到图像处理装置10′。图像处理装置10′与图1所示的图像处理装置10的构造的不同点在于：根据检测到的观众m1和m2适当地执行图1所示的α设置单元17中的强度比率的设置。

通过利用这种构造，可以根据观众的位置适当地改变对图像进行组合的方式并且由此响应观众的移动。

要注意，通过图15所示的构造，作为一个例子，当仅仅检测到一个观众时，也可以仅仅显示要呈现给这个观众的图像(也就是说，不组合图像)。相反，当检测到两个观众时，可以执行在本实施例中的上述组合处理以向各个观众呈现独立的图像。

图15示出了用于检测观众的一个示例构造，但是可以利用其它的构造。作为一个例子，可以使观众持有发送位置信息的发送装置，在图像处理装置处接收来自该发送装置的信号并且基于该接收到的信号确定相对于屏幕的角度位置。

此外，尽管在上述实施例中在水平方向上设置了用于进行观看的两个不同角度位置并且从各个观看角度显示不同的图像，但是也可以在垂直方向上设置用于进行观看的两个不同的角度位置。还可以利用水平和垂直方向的组合的角度。

此外，还可以不仅改变角度而且改变从屏幕到观看位置的距离并且在各个位置显示不同图像。更具体地讲，可以设置当从靠近屏幕的指定位置观看时要显示的图像和当从远离屏幕的指定位置观看时要显示的图像。另外，在这种情况下，由于当从各个观看位置观看屏幕上的每个显示点(即，像素位置)时的角度在两个观看位置不同，所以可以利用与上述实施例中的校正处理相同的计算处理来执行校正。

另外，尽管在以上实施例中描述了将本发明应用于投影仪布置于屏幕之后的背投型装置的情况，但是也可以使用这样的构造，在这种构造中，两个投影仪位于屏幕之前(即，屏幕的观众侧)并且图像从两个投影仪投影到屏幕的相同区域上从而叠加并组合图像。

另外，尽管在以上实施例中描述了提供处理图像信号的专用图像处理装置的构造，但是还可以利用这样的构造，在这种构造中，将对应于上述实施例的图像处理装置内的图像信号的输入单元或输出单元的板、卡等附接到执行各种类型的数据处理的个人计算机装置，并且通过由该计算机装置内部的计算处理装置进行的软件处理来执行相同的处理。设置在这种计算机装置中的软件可以被分布在诸如盘或半导体存储器的各种类型的介质上，然后被安装，或者可以经由诸如互联网的传输介质进行下载。

本领域技术人员应该明白，在不脱离权利要求及其等同物的范围的情况下，可以根据设计要求和其它因素进行各种变型、组合、子组合和变更。

Claims (9)

1.一种图像信号处理装置，其接收第一输入图像信号和第二输入图像信号的输入并且产生用于从第一投影仪和第二投影仪对投影图像进行投影以使投影图像叠加在屏幕上的第一和第二投影图像信号，所述图像信号处理装置包括：

存储单元，用于针对屏幕上的每个投影位置，存储当从第一观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第一强度比率，以及当从与所述第一观看位置不同的第二观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第二强度比率；

强度校正单元，用于根据针对每个投影位置存储在所述存储单元中的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第一投影信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加，并且根据针对每个投影位置存储在所述存储单元中的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第二投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加；和

输出单元，向所述第一投影仪提供通过所述强度校正单元进行相加而产生的所述第一投影图像信号并且向所述第二投影仪提供通过所述强度校正单元进行相加而产生的所述第二投影图像信号。

2.如权利要求1所述的图像信号处理装置，还包括调整单元，该调整单元将与所述第一和第二输入图像信号的灰度等级对应的常量与所述第一和第二输入图像信号相加，并且将所述第一和第二输入图像信号乘以与所述第一和第二输入图像信号的亮度级对应的值。

3.如权利要求1所述的图像信号处理装置，还包括投影变换处理单元，该投影变换处理单元对所述第一和第二输入图像信号进行校正以校正由所述第一和第二投影仪投影到屏幕上的光的投影形状的失真。

4.如权利要求1到3中任一项所述的图像信号处理装置，还包括第一投影仪和第二投影仪，其中，所述第一投影仪将基于由所述输出单元输出的所述第一投影图像信号的投影图像投影到屏幕上，并且所述第二投影仪将基于由所述输出单元输出的所述第二投影图像信号的投影图像投影到屏幕上。

5.一种图像信号处理方法，该图像信号处理方法从已输入的第一输入图像信号和第二输入图像信号产生用于从第一投影仪和第二投影仪对投影图像进行投影以使投影图像叠加在屏幕上的第一和第二投影图像信号，所述图像信号处理方法包括：

针对屏幕上的每个投影位置，存储当从第一观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第一强度比率，以及当从与所述第一观看位置不同的第二观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第二强度比率；

根据针对每个投影位置而存储的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第一投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加；

根据针对每个投影位置而存储的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第二投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加；以及

向所述第一投影仪提供通过相加而产生的所述第一投影图像信号并且向所述第二投影仪提供通过相加而产生的所述第二投影图像信号。

6.一种图像投影系统，其接收第一输入图像信号和第二输入图像信号的输入，产生用于从第一投影仪和第二投影仪对投影图像进行投影以使投影图像叠加在屏幕上的第一和第二投影图像信号，并且向所述第一和第二投影仪提供所述第一和第二投影图像信号以将投影图像投影到屏幕上，所述图像投影系统包括：

存储单元，用于针对屏幕上的每个投影位置，存储当从第一观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第一强度比率，以及当从与所述第一观看位置不同的第二观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第二强度比率；

强度校正单元，用于根据针对每个投影位置存储在所述存储单元中的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第一投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加，并且根据针对每个投影位置存储在所述存储单元中的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第二投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加；

第一投影仪，将基于通过所述强度校正单元进行相加而产生的所述第一投影图像信号的投影光输出到屏幕上；以及

第二投影仪，将基于通过所述强度校正单元进行相加而产生的所述第二投影图像信号的投影光输出到屏幕上。

7.如权利要求6所述的图像投影系统，还包括调整单元，该调整单元将与所述第一和第二输入图像信号的灰度等级对应的常量与所述第一和第二输入图像信号相加，并且将所述第一和第二输入图像信号乘以与所述第一和第二输入图像信号的亮度级对应的值。

8.如权利要求6所述的图像投影系统，还包括投影变换处理单元，该投影变换处理单元对所述第一和第二输入图像信号进行校正以校正由所述第一和第二投影仪投影到屏幕上的光的投影形状的失真。

9.一种图像投影方法，该图像投影方法接收第一输入图像信号和第二输入图像信号的输入，产生用于从第一投影仪和第二投影仪对投影图像进行投影以使投影图像叠加在屏幕的投影区域上的第一和第二投影图像信号，并且向所述第一和第二投影仪提供所述第一和第二投影图像信号以将投影图像投影到屏幕上，所述图像投影方法包括：

针对屏幕上的每个投影位置，存储当从第一观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第一强度比率，以及当从与所述第一观看位置不同的第二观看位置观看时来自所述第一投影仪的投影光与来自所述第二投影仪的投影光之间的第二强度比率；

根据针对每个投影位置的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第一投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加；

根据针对每个投影位置的所述第一强度比率和所述第二强度比率，按照为产生所述第二投影图像信号而设置的比例将所述第一输入图像信号和所述第二输入图像信号相加；以及

将基于通过相加而产生的所述第一投影图像信号的投影光从所述第一投影仪输出到屏幕上，并且将基于通过相加而产生的所述第二投影图像信号的投影光从所述第二投影仪输出到屏幕上。

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