CN107079127A - 投影仪以及影像显示方法 - Google Patents

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Abstract

投影仪(1)具备：影像处理部(10)，对所输入的影像信号进行影像处理；影像显示元件(22)，被输入由影像处理部进行了影像处理的影像信号而生成光学像；以及投射光学系统(23)，将由影像显示元件所生成的光学像投射到投射面。影像处理部(10)具有用于降低由投射光学系统(23)投射的影像的模糊的影像校正部(12)，在影像校正部(12)中变更影像信号的黑色亮度等级。

Description

投影仪以及影像显示方法
技术领域
本发明涉及将影像投射到投射面来显示的投影仪以及影像显示方法，特别是涉及恰好地降低所投射的影像的模糊(blurring)的技术。
背景技术
一般地，投影仪设置于例如桌子、天花板等水平面，向安装于墙等垂直的面的屏幕投射影像。在该情况下，调整投影仪的姿势等，以使得能够在屏幕上投射清晰的影像。
但是，并非所有投影仪都能够设置成使设置面和屏幕面成为垂直的关系。例如，在设置于阶梯状的宽的礼堂的情况下，设置于天花板的投影仪由于以俯视的方式向礼堂正面的屏幕进行投射，所以影像失真为梯形形状。另外，在会议室等中使用的便携型投影仪大多从桌子上进行投射，但未必能够投射到垂直的墙面，同样地大多失真地被显示。以使无该失真地成为矩形形状的方式调整的方法是梯形校正(梯形失真校正)。在梯形校正中，通过针对所投射的影像信号进行缩小或者放大等几何变换操作，将梯形形状的影像变换为矩形形状。
在上述梯形校正时，特别是在缩小变换中分辨率部分性地下降，所以产生几何模糊。作为改善该几何模糊的方法，可以举出锐度处理。与此关联地，在专利文献1中公开了通过锐度处理来降低梯形校正时的放大、缩小操作的几何性模糊的技术。具体而言，叙述了将画面分割为多个区域，针对每个分割区域设定锐度调整的调整值，根据该调整值进行各区域的锐度调整。
专利文献1：日本特开2011-77971号公报
发明内容
投影仪的透镜被设计为如果到屏幕为止的距离和投射的角度合适(以下称为基准设定)则在屏幕上均匀地聚焦。但是，在脱离基准设定地设置投影仪和屏幕而进行了梯形校正的情况下，矩形内的影像中的超过了透镜的景深的部分的影像由于焦点偏移而产生模糊。即，即使进行梯形校正，可得到恰好的影像的范围也被显著地限定。另外，即使是基准设定，也存在如下课题：在透镜的设计或者精度不合适时，在画面端部，主要由于与画面中央部的投射距离差、像差而产生模糊。
关于进行梯形校正时的投射距离差所致的模糊，在所投射的影像的画面端部处投射角度变得陡峭的超短投射投影仪、广角的短投射投影仪中特别显著。另外，最近不仅向屏幕、墙这样的平面进行投射，还常常进行被称为投影映射(projection mapping)的向建筑物等包含曲面的立体物的投射。在向立体物进行的投射中，存在如下课题：由于纵深而产生焦距的差，所以在有景深以上的距离差时，由于焦点偏移而产生模糊。
通过专利文献1所采用的锐度校正，无法彻底地解决这样的由于超过景深的焦点偏移而产生的模糊。其原因为，通过锐度校正，虽然能够改善影像信号的空间上的分辨率，但无法改善投影仪的投射光学系统所具有的焦点偏移这样的光学上的分辨率。
本发明鉴于上述课题，提供一种恰好地降低透镜的焦点偏移这样的投射光学系统的分辨率为主要原因的影像模糊的投影仪以及影像显示方法。
本发明是一种投影仪，将影像投射到投射面来显示，所述投影仪的特征在于，具备：影像处理部，对所输入的影像信号进行影像处理；影像显示元件，被输入由影像处理部进行了影像处理的影像信号，生成光学像；以及投射光学系统，将由影像显示元件生成的光学像投射到投射面，影像处理部具有影像校正部，该影像校正部用于降低由投射光学系统所投射的影像的模糊，在影像校正部中变更影像信号的黑色亮度等级。
另外，本发明是一种影像显示方法，将影像投射到投射面来显示，所述影像显示方法的特征在于，具备：影像处理步骤，对所输入的影像信号进行影像处理；光学像生成步骤，输入进行了影像处理的影像信号，利用影像显示元件来生成光学像；以及投射步骤，利用投射光学系统将所生成的光学像投射到投射面，在影像处理步骤中，具有为了降低由投射光学系统所投射的影像的模糊而变更影像信号的黑色亮度等级的影像校正功能。
根据本发明，能够恰好地降低透镜的焦点偏移这样的投射光学系统的分辨率为主要原因的影像模糊。
附图说明
图1是示出实施例1中的投影仪的结构的图。
图2是示出图1中的影像校正部的结构的图。
图3是说明利用凸透镜的焦点和实像的关系的图。
图4A是示出投影仪中的投射影像的原理的图。
图4B是示出投影仪发生模糊影像的图。
图5是示出高斯分布的图。
图6是示出LoG分布(高斯分布的二阶微分)的图。
图7A是说明实施例1中的影像信号的校正方法的图。
图7B是示出无校正而发生模糊的状态的图。
图7C是示出偏置和增益调整的效果的图。
图8A是示出模糊降低的菜单显示的例子的图。
图8B是示出明亮度调整的菜单显示的例子的图。
图9A是说明单独调整明亮度所致的输入输出特性例的图。
图9B是说明与模糊降低功能联动的明亮度调整的输入输出特性例的图。
图10是示出实施例2中的影像校正部的结构的图。
图11是示出实施例3中的影像校正部的结构的图。
图12是示出各透镜位置处的PSF数据的图。
图13是示出实施例4中的影像校正部的结构的图。
图14是示出实施例5中的影像校正部的结构的图。
图15是示出透镜移动下的PSF数据的图。
图16是示出实施例6中的影像校正部的结构的图。
图17A是示出投影仪的内部影像的例子的图(无梯形校正)。
图17B是示出对投影仪光轴附加仰角而投射图17A的影像得到的影像的图。
图18A是示出投影仪的内部影像的例子的图(有梯形校正)。
图18B是示出对投影仪光轴附加仰角而投射图17A的影像得到的影像的图。
图19A是从投影仪向与光轴垂直的投射面投射时的光线图。
图19B是对光轴附加仰角θ地从投影仪投射时的光线图。
图20是示出由外部影像装置构成影像校正部的情况的图。
(符号说明)
1：投影仪；2：屏幕(投射面)；3：外部影像装置；10：影像处理部；11：输入信号处理部；12、30：影像校正部；13：定时控制部；20：光学部件；21：光源(灯)；22：液晶面板(LCD)；23：透镜；31：位置获取部；32：几何运算部；33：模糊量计算部；34：分辨率复原部；35：亮度变换部；36：核计算部；37：PSF映射；38：直方图获取部。
具体实施方式
以下，根据附图说明本发明的实施方式，但本发明并非一定限定于这些实施方式。此外，在说明实施方式的各附图中，对同一部件附加同一符号，省略其重复的说明。
实施例1
在实施例1中，说明进行利用逆扩散过程运算的分辨率复原处理的投影仪。
图1是示出实施例1中的投影仪的结构的图。投影仪1包括：影像处理部10，将广播波或从PC输出的影像输入信号100作为输入，进行影像信号的处理；以及光学部件20，向作为影像显示元件的液晶面板输入显示控制信号103，生成投射影像203而投射到作为投射面的屏幕2来显示。
影像处理部10包括：输入信号处理部11，被输入影像输入信号100，通过例如压缩影像信号的解码器、IP变换、定标器、梯形失真校正等而变换为内部影像信号101；影像校正部12，被输入内部影像信号101，进行基于后述的逆扩散过程运算的分辨率复原处理而变换为校正影像信号102；以及定时(timing)控制部13，被输入校正影像信号102，根据显示画面的水平、垂直同步信号来生成显示控制信号103。
光学部件20包括：光源(灯)21，产生照明光201；作为影像显示元件的液晶面板(LCD)22，被输入从影像处理部10输出的显示控制信号103，针对每个像素调整照明光201的灰度来生成光学像202；以及作为投射光学系统的透镜23，调整由液晶面板22生成的光学像202的焦点，将投射影像203投射到屏幕2。
而且，投影仪1具有显示用于用户对所投射的影像的明亮度(brightness)、对比度、色调、梯形失真等的调整、输入信号切换等进行操作的菜单画面的功能，构成为根据用户的操作而通过未图示的控制部来控制各部分的功能。
图2是示出图1中的影像校正部12的结构的图。影像校正部30(与图1的符号12对应)包括：位置获取部31，获取在从光学部件20至屏幕2的投射光学系统中与输入信号一致的像素位置301；几何运算部32，计算在影像信号中的各像素通过透镜23被投射到屏幕2时影像光线在透镜上交叉的位置302；模糊量计算部33，根据透镜上的位置302来计算模糊量303；以及分辨率复原部34，根据内部影像信号101和模糊量303进行逆扩散运算。
几何运算部32根据LCD22上的像素位置301和通过所设定的焦距以及变焦(zoom)而预估的光轴的距离，利用高斯成像公式来计算光线在透镜上交叉的位置302。将从物体至透镜为止的距离设为a，将从透镜至实像为止的距离设为b，将焦点设为f时，用式1来表示高斯成像公式。
[式1]
图3是说明基于凸透镜的焦点和实像的关系的图。如图所示，在给出透镜40的焦点f和物体41的位置a时，用式1来决定直至实像42为止的距离b。在投影仪的情况下，物体41是LCD22上的影像，实像42是投射到屏幕2的影像。
图4A是示出投影仪中的投射影像的原理的图。关于投影仪1的影像，由灯21产生的照明光通过LCD22而成为影像。利用透镜23的焦距、变焦功能，使该影像与屏幕2的大小及位置匹配地成像。在图中的LCD影像51中，在画面中央显示了点P1。该点P1在屏幕2上如屏幕影像52那样被成像为点P2。此时，在屏幕2处于景深D的范围内的情况下，不会感觉到影像模糊。
图4B是示出投影仪发生模糊影像的图。在屏幕2处于景深D的范围外的情况下，LCD影像51的点P1在屏幕2上如屏幕影像52’那样被成像为扩展的点P2’。这成为影像模糊的原因。
在此，说明照相机中的摄像模糊。例如，设想在数字照相机中引起了焦点偏移的影像。光通过数字照相机的透镜，由于焦点偏移而发生扩散，在到达CCD(Charge CoupledDevice，电荷耦合器件)摄像元件时，成为产生了模糊的影像。
说明这样发生了模糊的影像的复原方法。将所输入的实际的影像(原影像)设为Io(x，y)，将所摄影的模糊影像设为I(x，y)，将模糊的过程设为Kt时，用式2来表示它们的关系。在此，将用式2来表示的模糊发生的过程称为扩散过程。
[式2]
I(x，y)＝KtIc(x，y)
所摄影的模糊影像I(x，y)通过逆向追溯式2的扩散过程而被复原为实际的影像(原影像)。这个关系用式3来表示，将逆向追溯扩散过程的过程称为逆扩散过程。
[式3]
I0(x，y)＝K-1I(x，y)
有若干求解逆扩散过程的方法。例如，把将如图4B的点P2’那样扩展的分布进行函数化而得到的函数称为点扩散函数(PSF：Point Spread Function)。在将该PSF设为P(x，y)时，扩散过程成为式4。
[式4]
在此，将PSF和影像信号的运算称为卷积乘积，一般如式5那样表示函数f(x，y)和函数g(x，y)的卷积乘积。
[式5]
着眼于在对卷积乘积进行傅立叶变换时用乘法来表示的情形，在对式4的两边进行傅立叶变换时成为式6。
[式6]
式中的上划线表示傅立叶变换。在将式6除以P(x，y)(附有上划线)之后实施逆傅立叶变换，从而可得到原来的实际的影像I0(x，y)。
作为其它方法，有使用高斯分布的方法。图5是示出高斯分布的图，一般的针孔等的光的辐射照度分布相对光轴呈现高斯分布的特性。在设为式2的扩散过程Kt遵循高斯分布Gt(x，y)时，式2成为式7。
[式7]
在此，在进行Q.Li、Y.Yoshida等所研究的多尺度分解(MulitiscaleDecomposition)处理(Q.Li,Y.Yoshida,N.Nakamori,“A Multiscale Antidiffusion andRestoration Approach for Gaussian Blurred Images”,Proc.IEICETrans.Fundamentals,1998)时，实际的影像I0(x，y)如式8那样被分解。
[式8]
将式中的高斯分布的二阶微分称为LoG(Laplacian of Gaussian，高斯拉普拉斯算子)，如式9那样表示。另外，图6是示出LoG分布的图。
[式9]
而且，关于高斯分布中的标度即标准偏差σ，在设为遵从式10而代入到式8时，逆扩散过程成为如式11那样，可得到实际的影像I0(x，y)。
[式10]
σn+1＝κσn＝κnσ1
[式11]
如以上那样，将对用卷积乘积来表现的模糊影像进行复原的方法称为反卷积(Deconvolution)，对照相机中的摄像模糊的复原是有效的。
接下来，说明投影仪1中的模糊影像的复原。在照相机的情况下，在摄影的影像信号中包括由透镜的焦点偏移引起的扩散过程，但在投影仪的情况下，在将影像信号变换到光学系统之后通过透镜执行扩散过程。
因此，将利用影像校正部30得到的校正影像设为IC，完成光学系统中的透镜的扩散运算Kt，其结果是无模糊的理想影像I0被投射到屏幕。即，它们的关系如式12那样表示。
[式12]
I0(x，y)＝KtIc(x，y)
在此，输入到投影仪的影像是I0，所以IC必须满足式13。
[式13]
Ic(x，y)＝K-tI0(x，y)
这等于在式3中将I(x，y)设为I0(x，y)时的运算。即，在影像校正部30的分辨率复原部34中，对原影像I0(x，y)预先进行逆扩散过程运算K-t，从而能够降低投射影像203的焦点偏移所致的模糊。但是，逆扩散过程运算K-t针对无模糊的理想影像是过校正(Overcorrection)，所以在信号等级中产生负值。作为该负值的应对，如后所述导入利用增益α和偏置β进行的校正。
使用图7A、图7B、图7C来说明影像校正部30的校正方法。
图7A是说明实施例1中的影像信号的校正方法的图。在该图中，关于向影像校正部30输入的输入影像I0、来自影像校正部300的校正影像IC、屏幕2中的投射影像IS，显示将输入影像I0设为点影像时的水平位置处的亮度等级。
校正影像IC的图形表示用式13计算出的亮度等级，投射影像IS的图形表示对校正影像IC叠加预估了模糊的比例的高斯分布(即PSF)而得到的亮度等级。如果能够实现这样计算出的校正影像IC，则能够得到接近输入影像I0的亮度分布的投射影像IS。
图7B是示出无校正而发生模糊的状态以用于比较的图。(a)的图形表示图4B中的被输入到LCD22的影像51的亮度分布(亮度等级)。该影像未被进行影像校正部30中的校正，所以等于输入影像I0。(b)的图形表示图4B中的在屏幕2上放映出的模糊影像52’的亮度分布(亮度值)。屏幕2上的亮度值是通过面亮度计等测量得到的值。这样，关于LCD22中的输入影像51，在屏幕2上的投射影像52’中扩展为高斯分布状，产生模糊。
另外，用式13计算出的校正影像IC如图7A所示在亮度等级中包含负值。但是，在将影像信号变换到光学系统时，无法利用光的强度来表现影像信号的负值。因此，如式14那样导入增益α和偏置β的校正，从而表现高动态范围和负校正。将其利用图7A来表示时，使纵轴的亮度等级分布向正侧移动偏置β，而使亮度等级仅取正值。另外，将增益调整α而使得与原来的亮度等级匹配。
[式14]
图7C是示出校正时的偏置和增益调整的效果的图。(a)的图形表示被输入到LCD22的影像51’、即校正影像IC的亮度等级。关于所输入的校正影像信号IC，用于表现负值的黑色亮度等级提高偏置β的量，另外调整增益α来匹配白色亮度等级。
(b)的图形表示在屏幕2中放映出的影像52(投射影像IS)的亮度分布(亮度值)。通过包括逆扩散运算的校正，降低了屏幕上的模糊。此时，通过导入偏置和增益调整，而具有可得到黑色亮度值提高并且动态范围高的影像的效果。
图2的分辨率复原部34进行基于式14的逆扩散运算。另外，模糊量计算部33在扩散过程遵循高斯分布的情况下，求出模糊量作为标准偏差。关于标准偏差，也可以如图4B那样在引起了焦点偏移的位置，利用面亮度计来测定光轴上的PSF或者根据透镜的光学特性来求出光轴上的PSF，并根据各画面的投射距离进行线性插值从而进行近似。以上是投影仪中的影像模糊的降低方法。
接下来，说明将本实施例的模糊降低功能追加到投影仪的菜单功能的例子。作为投影仪的菜单功能，例如设置画面的明亮度、对比度、色调、梯形失真的调整、输入切换等，以用于用户进行选择设定。
图8A是示出模糊降低的菜单显示的例子的图。例如，将本功能的名称设为“模糊去除”61，并设置若干选项。在将式14中的增益α的理想值设为a、将偏置β的理想值设为b时，在选项是“强”的情况下使模糊降低功能动作(开启(ON))，将此时的偏置β设为理想值b，并将增益α设为1/(a+b)。另外，在“中”的情况下为β＝0.5b、α＝1/(a+b+0.5b)，在“弱”的情况下为β＝0.25b、α＝1/(a+b+0.75b)。在“关”的情况下，使模糊降低功能不动作(关闭(OFF))。由此，用户能够根据影像的种类、投射环境，按照期望等级来执行模糊降低功能。
接下来，还能够使模糊降低功能与其它影像处理功能联动，用图8B、图9A、B来说明与明亮度调整联动的例子。明亮度是对画面影像的亮度进行调整的功能，调整可以是“变亮”或者“变暗”。在该调整中，有对光源的亮度值进行调整(调光)的方式、以及不改变光源的亮度而通过影像信号处理来调整亮度等级的方式。在此，说明后者的通过影像信号处理来调整亮度等级的方式。
图8B是示出明亮度调整的菜单显示的例子的图。例如，将本功能的名称设为“明亮度”62，明亮度的调整等级通常有正负，作为例子设为能够从+30阶段性地调整至-30。在明亮度的调整中也进行影像信号的亮度等级的变更。
图9A是说明单独调整明亮度的影像信号的输入输出特性例的图。即，是使图8A的模糊降低功能不动作的情况(选择模糊去除＝“关”)。图中的β’表示明亮度调整等级，通过图8B的调整等级来设定。(a)是向正方向即让影像变亮的方向调整明亮度的情况，(b)是向负方向即变暗的方向进行调整的情况。关于这些调整，对于明亮度调整等级β’，输出亮度等级＝输入亮度等级+β’的关系成立。
图9B是说明与模糊降低功能联动的明亮度调整的输入输出特性例的图。即，是使图8A的模糊降低功能动作的情况(选择模糊去除＝“强”“中”“弱”)。在该情况下，使利用于图7A中的影像信号校正的偏置值β与图9A中的明亮度调整等级β’联动，来决定输出亮度等级。
(a)是与正方向的明亮度调整β’联动的情况，但明亮度调整和模糊降低功能成为同样的处理，所以为了避免重复应用，而采用β’和β中的较大的一方的值。即，在偏置值β大于明亮度调整等级β’的情况下采用β，反之，在β’大于β的情况下采用β’。(b)是与负方向的明亮度调整β’联动的情况，但为了执行模糊降低功能，优先地采用偏置值β。不论在(a)和(b)中的哪一种情况下，偏置值β都成为明亮度调整的下限值。
投影仪的控制部根据针对上述菜单功能的用户设定状态，适当切换并执行上述明亮度调整、以及与模糊降低功能联动的明亮度调整的各功能。
以上，以明亮度调整为例子进行了说明，但例如关于影像的对比度调整即输入输出直线的斜率调整也是同样的。即，如果对比度的调整等级α’大于本实施例的增益值α则采用α’，如果本实施例的增益值α大于对比度的调整等级α’则采用α。即，本实施例的增益值α成为对比度的调整等级的下限值。
根据实施例1的结构，能够提供恰好地降低透镜的焦点偏移所致的影像模糊的投影仪。
实施例2
在实施例1中，说明了设置基于逆扩散运算的分辨率复原处理的投影仪的结构。在实施例2中，进一步说明通过对基于逆扩散过程运算的影像信号的亮度等级校正、与投射光学系统应用后的亮度值即照射亮度值进行匹配来提高逆扩散运算精度的结构。
图10是示出实施例2中的投影仪的影像校正部30(12)的结构的图。是对实施例1的图2追加了亮度变换部35的结构。
影像校正部30除了位置获取部31、几何运算部32以及模糊量计算部33以外，还追加了亮度变换部35，该亮度变换部35从内部影像信号101向有效亮度信号305变换亮度等级。分辨率复原部34利用模糊量303和有效亮度信号305进行逆扩散运算。
在亮度变换部35中，为了从内部影像信号101向有效亮度信号305变换亮度等级，而使用变换表格。例如，根据灯21和LCD面板22的光学特性(例如伽玛特性)来制作该变换表格，或者通过利用亮度辐射分光亮度计等来测定R、G、B全部的灰度从而制作该变换表格。
在此，将从内部影像信号101向照射亮度值的变换运算设为L。在分辨率复原部34中，为了利用相同的特性来运算基于逆扩散运算和透镜的扩散效果，而对内部影像信号101实施L的逆变换。这成为上述变换表格。其结果，对式14追加L的逆变换L-1而得到的运算式为式15。
[式15]
根据实施例2的结构，在由于伽玛特性等而内部影像信号和照射亮度的差大的投影仪中，能够提高透镜的焦点偏移所致的影像模糊的降低的精度。
实施例3
在实施例3中，说明在实施例1的结构中对透镜的模糊量进行数据表格化从而提高逆扩散运算的精度的结构。
图11是示出实施例3中的投影仪的影像校正部30(12)的结构的图。是在实施例1的图2中代替模糊量计算部33而追加了核计算部36和PSF映射37的结构。
影像校正部30除了位置获取部31和几何运算部32以外，还具备：根据透镜位置而预先按照光学特性准备的PSF映射37；以及核计算部36，对由PSF映射37计算出的卷积核307进行插值，并作为模糊量303而输出。分辨率复原部34利用内部影像信号101和模糊量303进行逆扩散运算。
在实施例1中以凸透镜为例子，前提是与光轴平行的光在通过了透镜之后在焦点处交叉，所以影像的模糊是焦点偏移所引起的。但是，在实际的透镜中存在像差，所以有时光不会集中到焦点，例如在球面像差的情况下扩展为圆形。像差有赛德尔的五像差、色像差，在离开光轴的位置处引起拖尾、颜色偏移。
在此，能够根据透镜的设计数据，预先计算或者观测模糊的信息即光点图。因此，预先将各透镜位置处的PSF映射到数据表格(PSF映射37)。
其中，关于能够函数化的部分，将系数映射到数据表格，关于复杂的特性的部分，按照卷积核原样地映射。但是，在所有透镜上的像素位置处保存该信息时，数据量增大，所以例如如果有对称性则删除对称的部分。另外，如图12所示，也可以通过根据中心和顶点以及水平轴、垂直轴和矩形的各边的交点进行线性插值，对数据进行间除。另外，在色像差大的情况下，也可以使用针对R、G、B的各波长而计算出的PSF。
在如上所述通过进行线性插值而对数据进行间除的情况下，图11的PSF映射37保存映射了PSF的数据表格，通过核计算部36对被间除后的数据进行插值。另外，也可以在分辨率复原部34中的PSF的运算中，使用式4、即以傅立叶变换为前提的式6。
根据实施例3的结构，能够提高由于透镜的像差而发生的影像模糊的降低的精度。
实施例4
在实施例4中，说明在上述各实施例的结构中追加了光圈调整、灯亮度的调整的情况、另外利用影像直方图进行动态控制的情况。
图13是示出实施例4中的投影仪的影像校正部30(12)的结构的图。在此，构成为对实施例2(图10)和实施例3(图11)的结构还设置直方图获取部38，并且输入光圈调整、灯亮度的调整值310。
影像校正部30除了位置获取部31、几何运算部32、使用PSF映射37来输出模糊量303的核计算部36、以及从内部影像信号101向有效亮度信号305变换的亮度变换部35以外，还具备获取内部影像信号101的直方图并输出直方图信息(频度信息)308的直方图获取部38，还输入光圈调整和灯亮度的调整值310。分辨率复原部34除了模糊量303和有效亮度信号305以外，还输入影像信号的直方图信息308和光圈调整值、灯亮度调整值310，进行逆扩散运算。
具体而言，分辨率复原部34在通过光圈调整来提高F值、或者通过灯亮度调整来降低光量的情况下，照射影像变暗，所以减小式15中的α值以及β值。由此，优先扩大动态范围，以避免产生由影像的对比度变弱所致的模糊。反之，在通过光圈调整来减小F值、或者通过亮度调整来提高光量的情况下，增大式15中的α值以及β值，使基于逆扩散运算的模糊的降低功能优先。
另外，关于影像的直方图信息，在黑白2色、高对比度的2色的频度高的情况下，是由字符、图构成的演示文稿用的影像的情况较多，所以增大式15中的α值以及β值。反之，在输入影像均匀地分布于中间色调的情况下是照片等影像的情况较多，所以通过减小α值以及β值而使整体的对比度优先。
根据实施例4的结构，使用光圈、灯亮度的调整、和影像的直方图信息，动态地设定逆扩散运算的参数，从而能够有效地降低影像模糊。
实施例5
在实施例5中，说明在上述各实施例的结构中通过透镜移动调整进行动态控制的情况。
图14是示出实施例5中的投影仪的影像校正部30(12)的结构的图。在此，是对实施例2(图10)和实施例3(图11)的结构还输入基于透镜移动的影像显示位置信息311的结构。
影像校正部30具有：位置获取部31；几何运算部32；核计算部36，与PSF映射37连接，被输入基于透镜移动的影像显示位置信息311；以及亮度变换部35，从内部影像信号101向有效亮度信号305进行变换。在此，核计算部36使用PSF映射37和基于透镜移动的影像显示位置信息311对计算出的卷积核307进行插值，并作为模糊量303而输出。在分辨率复原部34中，被输入模糊量303和有效亮度信号305，进行逆扩散运算。
在上述实施例3(图11、图12)中，根据透镜的设计数据而预先计算或者观测模糊的信息即光点图，将各透镜位置处的PSF保存到PSF映射37。在本实施例中进行透镜移动调整的情况下，例如如图15那样，准备包含透镜移动范围的PSF映射37，利用中心和顶点以及水平轴、垂直轴和边的交点的PSF，限定于影像显示范围而进行线性插值。
根据实施例5的结构，能够提高与透镜移动相伴的影像模糊的降低的精度。
实施例6
在实施例6中，说明在上述各实施例的结构中进行梯形校正(梯形失真校正)的情况。
图16是示出实施例6中的投影仪的影像校正部30(12)的结构的图。在此，是对实施例2(图10)和实施例3(图11)的结构还输入梯形校正的设定值312的结构。
影像校正部30具有：位置获取部31；几何运算部32，被输入梯形校正的设定值312；核计算部36，使用PSF映射37，输出模糊量303；以及亮度变换部35，从内部影像信号101向有效亮度信号305进行变换。在此，几何运算部32利用梯形校正的设定值312来计算出到屏幕为止的距离以及与光轴的距离比，并且计算影像光线在透镜上交叉的位置(符号302)。分辨率复原部34被输入模糊量303和有效亮度信号305，进行逆扩散运算。
首先，使用图17和图18来说明投射影像中的梯形失真的校正。
图17A示出在投影仪1的内部影像71的例子中不实施梯形校正的情况。在不实施后述的梯形校正的情况下，在液晶面板22上成为与输入影像信号100相同的矩形形状的影像。图17B示出对投影仪1的光轴附加仰角而将图17A的内部影像71投射到屏幕2得到的影像72。在该情况下，屏幕2上的影像72成为上部扩展为梯形形状并且向上方伸展的形状，发生所谓的梯形失真。
因此，在输入信号处理部11中，为了抑制梯形失真的发生，对于输入影像信号100，在影像纵向上进行缩小，并且向与屏幕影像相反的梯形影像进行几何变换。将该校正称为梯形校正或者梯形失真校正。根据梯形失真的大小来设定梯形校正的校正量。
图18A示出在投影仪1的内部影像73的例子中实施了梯形校正的情况。在矩形形状的影像73之中，梯形形状的区域73a是原来的影像，端部的斜线区域73b是无信号(黑色)。图18B示出对投影仪1的光轴附加仰角而将图18A的影像73投射到屏幕2得到的影像74。在此，虽然投射影像74是梯形形状，但端部的斜线区域74b是无信号，所以看不到。因此，在屏幕2上，原来的影像被显示于矩形区域74a。
图19A是从投影仪1向与其光轴垂直的投射面2投射时的光线图。设为在向垂直的投射面2投射的情况下，光线被恰好地投射而不发生梯形失真。图19B是从投影仪1对其光轴附加仰角θ而投射时的光线图。在附加了仰角θ的投射面2’中，可知越向上方，光线的间隔越宽，投射距离越长。
根据以上的关系，能够推测通过梯形校正的设定而使投射面(屏幕)2倾斜了何种程度。几何运算部32被输入梯形校正的设定值312，计算出到屏幕2的距离以及与光轴的距离比，利用它来计算在影像信号中的像素通过透镜23向屏幕2投射时光线在透镜上交叉的位置302。
在上述实施例3(图11、图12)中，根据透镜的设计数据而预先计算或者观测模糊的信息即光点图，将各透镜位置处的PSF保存到PSF映射37。在本实施例中，在核计算部36中对该PSF叠加利用向屏幕2的距离差进行的焦点偏移的PSF运算，例如进行线性插值。
根据实施例6的结构，能够提高伴随梯形校正而发生的影像模糊的降低的精度。
根据上述各实施例，能够恰好地降低透镜的焦点偏移这样的投射光学系统的分辨率成为主要原因的影像模糊。由此，具有如下效果：恰好地降低进行梯形校正、投影映射等时的影像模糊，即使是有景深以上的距离差的投射影像也能够清晰地显示。
另外，在各实施例中，基于图1那样的投影仪的结构进行了说明，但如图20所示，还能够由PC那样的外部影像装置3构成影像校正部12’并与投影仪1’连接。
上述各实施例是为了易于理解地说明本发明而详细地说明的例子，并非限定于一定具备所说明的所有结构的例子。另外，还能够将某个实施例的结构的一部分置换为其它实施例的结构、对某个实施例的结构附加其它实施例的结构。另外，能够对各实施例的结构的一部分进行其它结构的追加、删除、置换。
另外，在以上的实施例中，以投影仪为例子进行了说明，但是本发明在原理上具有同样的构成要素的头戴式显示器、平视显示器等投射光学系统仪器中也是有效的。

Claims (14)

1.一种投影仪，将影像投射到投射面来显示，所述投影仪的特征在于，具备：
影像处理部，对所输入的影像信号进行影像处理；
影像显示元件，被输入由所述影像处理部进行了影像处理的影像信号，生成光学像；以及
投射光学系统，将由该影像显示元件生成的光学像投射到所述投射面，
所述影像处理部具有影像校正部，该影像校正部用于降低由所述投射光学系统所投射的影像的模糊，在该影像校正部中变更影像信号的黑色亮度等级。
2.根据权利要求1所述的投影仪，其特征在于，
所述影像处理部还具有为了调整影像的明亮度而变更影像信号的黑色亮度等级的功能，
所述投影仪具备控制部，该控制部显示用于用户对显示于所述投射面的影像的状态进行设定的菜单画面，根据用户操作来控制所述影像处理部，
在所述菜单画面中包括：为了降低所述影像模糊而设定所述影像校正部的动作的开启和关闭的第1设定项目；以及为了调整所述明亮度而设定影像信号的黑色亮度等级的第2设定项目，
所述控制部根据所述第1设定项目和所述第2设定项目的用户设定状态，切换第1状态和第2状态，其中，
所述第1状态是如下状态：在所述第1设定项目是关闭的状态下，不进行与所述影像校正部的动作相伴的黑色亮度等级的变更，而根据所述第2设定项目来变更黑色亮度等级，
所述第2状态是如下状态：在所述第1设定项目是开启的状态下，使与所述影像校正部的动作相伴的黑色亮度等级的变更和基于所述第2设定项目的黑色亮度等级的变更联动，来变更影像信号的黑色亮度等级。
3.根据权利要求1或者2所述的投影仪，其特征在于，
所述影像校正部具备：
模糊量计算部，计算在影像信号中的各像素通过所述投射光学系统而被投射到所述投射面时在所述投射面上产生的影像的模糊量；以及
分辨率复原部，对所述输入影像信号进行逆扩散过程运算，从而降低影像模糊，复原分辨率。
4.根据权利要求3所述的投影仪，其特征在于，
所述分辨率复原部在进行所述逆扩散过程运算时，为了表现影像信号的负值而对亮度等级的0值即黑色亮度等级相加偏置，并且为了与原来的白色亮度等级匹配而调整亮度等级的增益。
5.根据权利要求3所述的投影仪，其特征在于，
所述影像校正部具备亮度变换部，该亮度变换部根据所述影像显示元件以及向该影像显示元件提供照明光的光源的光学特性，从所输入的影像信号向有效亮度信号变换亮度等级，
所述分辨率复原部对由所述亮度变换部所变换的有效亮度信号进行所述逆扩散过程运算。
6.根据权利要求3所述的投影仪，其特征在于，
所述模糊量计算部将由于构成所述投射光学系统的透镜的像差而发生的模糊量保存为数据表格，使用该数据表格进行数据插值，从而计算各像素位置处的模糊量。
7.根据权利要求4所述的投影仪，其特征在于，
所述分辨率复原部被输入构成所述投射光学系统的透镜的光圈调整值、光源的亮度调整值，在所照射的光量下降的情况下，减小对所述影像信号的黑色亮度等级相加的偏置。
8.根据权利要求4所述的投影仪，其特征在于，
所述影像校正部具备直方图获取部，该直方图获取部获取所输入的影像信号的直方图，
所述分辨率复原部根据来自所述直方图获取部的直方图信息，在黑白的频度或者高对比度的2值的频度高的情况下，增大对所述影像信号的黑色亮度等级相加的偏置。
9.根据权利要求6所述的投影仪，其特征在于，
所述模糊量计算部被输入通过所述透镜的透镜移动调整而得到的影像显示位置信息，在所述数据表格中以包含通过所述透镜移动调整而移动的影像显示范围的方式保存所述模糊量的数据。
10.根据权利要求3所述的投影仪，其特征在于，
所述影像校正部具备几何运算部，该几何运算部被输入用于对投射到所述投射面的影像的梯形失真进行校正的梯形校正设定值，利用所述梯形校正设定值来计算出到所述投射面为止的距离以及与光轴的距离比，并且计算在所述投射光学系统中影像光线在透镜上交叉的位置，
所述模糊量计算部根据所述几何运算部的计算结果来计算所述模糊量。
11.一种影像显示方法，将影像投射到投射面来显示，所述影像显示方法的特征在于，具备：
影像处理步骤，对所输入的影像信号进行影像处理；
光学像生成步骤，输入进行了所述影像处理的影像信号，利用影像显示元件来生成光学像；以及
投射步骤，利用投射光学系统将所生成的所述光学像投射到所述投射面，
在所述影像处理步骤中，具有为了降低由所述投射光学系统所投射的影像的模糊而变更影像信号的黑色亮度等级的影像校正功能。
12.根据权利要求11所述的影像显示方法，其特征在于，
在所述影像处理步骤中，还具有为了调整影像的明亮度而变更影像信号的黑色亮度等级的功能，
所述影像显示方法具备控制步骤，在该控制步骤中，显示用于用户对显示于所述投射面的影像的状态进行设定的菜单画面，根据用户操作来控制所述影像处理步骤，
在所述菜单画面中包括：为了降低所述影像模糊而设定所述影像校正功能的动作的开启和关闭的第1设定项目；以及为了调整所述明亮度而设定影像信号的黑色亮度等级的第2设定项目，
根据所述第1设定项目和所述第2设定项目的用户设定状态，切换第1状态和第2状态，其中，
所述第1状态是如下状态：在所述第1设定项目是关闭的状态下，不进行与所述影像校正功能的动作相伴的黑色亮度等级的变更，而根据所述第2设定项目来变更黑色亮度等级，
所述第2状态是如下状态：在所述第1设定项目是开启的状态下，使与所述影像校正功能的动作相伴的黑色亮度等级的变更和基于所述第2设定项目的黑色亮度等级的变更联动，来变更影像信号的黑色亮度等级。
13.根据权利要求11或者12所述的影像显示方法，其特征在于，
在所述影像校正功能中具备：
模糊量计算步骤，计算在影像信号中的各像素通过所述投射光学系统而被投射到所述投射面时在所述投射面上产生的影像的模糊量；以及
分辨率复原步骤，对所述输入影像信号进行逆扩散过程运算，从而降低影像模糊，复原分辨率。
14.根据权利要求13所述的影像显示方法，其特征在于，
在所述分辨率复原步骤中，在进行所述逆扩散过程运算时，为了表现影像信号的负值而对亮度等级的0值即黑色亮度等级相加偏置，并且为了与原来的白色亮度等级匹配而调整亮度等级的增益。
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