CN107836112A - 投影系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的投影系统(1)具备：非可见光投影部(3)、背景构件(10)、摄像部(4)、影像生成部(50)、和可见光投影部(2)。非可见光投影部通过非可见光向物体投影给定的非可见光影像。背景构件在非可见光从非可见光投影部出射的方向上配置在物体的后方。摄像部对由非可见光投影部投影的非可见光影像进行摄像。影像生成部基于由摄像部摄像到的摄像图像来测量物体的形状，按照测量结果来生成表示向物体投影的影像的影像数据。可见光投影部通过可见光向物体投影影像数据所表示的影像。背景构件具有在非可见光入射时阻断非可见光的漫反射的遮光面(10a)。

Description

投影系统
技术领域
本公开涉及对与物体的形状以及位置等相应的影像进行投影的投影系统。
背景技术
专利文献1公开了用于将影像内容投影到建筑物这样的构造物的投影映射的投影系统。在专利文献1的投影系统中，投影装置将表示影像内容的影像光、和表示将由投影坐标系规定的投影坐标代码后得到的图案图像的图案光照射到构造物。此外，摄像装置对投影到构造物的图案图像进行摄像。基于专利文献1的投影系统，能够使影像内容与构造物位置相匹配地进行投影映射。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2015-173431号公报
发明内容
发明要解决的课题
本公开提供一种在对与物体的形状相应的影像进行投影的投影系统中，能够高精度地测量物体的形状的投影系统。
用于解决课题的手段
本公开中的投影系统对与物体的形状相应的影像进行投影。投影系统具备：非可见光投影部、背景构件、摄像部、影像生成部、和可见光投影部。非可见光投影部通过非可见光向物体投影给定的非可见光影像。背景构件在非可见光从非可见光投影部出射的方向上配置在物体的后方。摄像部对由非可见光投影部投影的非可见光影像进行摄像。影像生成部基于由摄像部摄像到的摄像图像来测量物体的形状，按照测量结果生成表示向物体投影的影像的影像数据。可见光投影部通过可见光向物体投影影像数据所表示的影像。背景构件具有在非可见光入射时阻断非可见光的漫反射的遮光面。
发明的效果
根据本公开中的投影系统，在对与物体的形状相应的影像进行投影的投影系统中，能够高精度地测量物体的形状。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的投影系统的构成的方框图。
图2是用于说明投影系统中的三维测量的原理的图。
图3是用于说明基于空间编码法的测量图案的图。
图4是用于说明投影系统中的各种滤波器的功能的图。
图5是用于说明投影系统中的脉冲发光控制的功能的图。
图6是表示实施方式1涉及的投影系统的动作定时的定时图。
图7是表示实施方式2涉及的投影系统的动作定时的定时图。
图8是表示实施方式2的变形例涉及的投影系统的动作定时的定时图。
图9是表示实施方式3涉及的投影系统的动作定时的定时图。
图10是表示实施方式3的变形例涉及的投影系统的动作定时的定时图。
具体实施方式
以下，适当参照附图，详细说明实施方式。其中，有时会省略详细到所需以上的说明。例如，有时省略公知的事项的详细说明、实质上针对同一构成的重复说明。这是为了避免以下的说明变得不必要地冗长，使本领域技术人员容易理解。
另外，申请人为了本领域技术人员充分理解本公开而提供附图以及以下的说明，其意图并不是由这些来限定权利要求书所记载的主题。
(实施方式1)
1.构成
参照图1来说明实施方式1涉及的投影系统的构成。图1是表示本实施方式涉及的投影系统1的构成的方框图。
投影系统1如图1所示具备：可见光投影机2、红外光投影机3、摄像机4、控制器5、屏幕10。本实施方式涉及的投影系统1例如是在演出用中进行将可见光的影像投影到人物等被摄对象6的投影映射的系统。在投影系统1中，为了使基于来自可见光投影机2的可见光的影像内容追随被摄对象6的运动，而使用红外光投影机3以及摄像机4来测量被摄对象6的形状等。此外，屏幕10在各投影机2、3的投影方向上配置在比被摄对象6更靠后方的位置。
可见光投影机2例如是DLP方式、3LCD方式或者LCOS方式等的投影机。可见光投影机2例如基于从控制器5输入的影像信号(影像数据)，出射可见光以便对包含各种影像内容的影像进行投影。可见光投影机2是本实施方式中的可见光投影部的一例。可见光投影机2如图1所示具备：可见光光源21、空间光调制部22、和投影光学系统23。
可见光光源21在本实施方式中包含分别出射红色光、绿色光以及蓝色光的多个光源元件(例如LED)。可见光光源21可以与可见光投影机2的投影方式相应地而适当具有仅单色的光源元件、或者白色的光源元件。光源元件可以是激光器二极管或者卤钨灯等。
空间光调制部22在本实施方式中由3个空间光调制元件构成。作为空间光调制元件，能够使用DMD或者LCD等。空间光调制部22可以由1个空间光调制元件构成。
投影光学系统23包含对可见光投影机2的视角进行设定的变焦透镜、以及调整焦距的聚焦透镜。
红外光投影机3例如是DLP方式、LCD方式或者LCOS方式等的投影机。红外光投影机3例如基于从控制器5输入的影像信号(影像数据)，对后述的给定的红外光的测量图案进行投影。红外光投影机3是利用非可见光对非可见光影像进行投影的非可见光投影部的一例。在本实施方式中，虽然使用红外光作为非可见光的一例，但是并不限于此，例如可以使用紫外光。
红外光投影机3如图1所示具备：脉冲光源31、空间光调制元件32、和投影光学系统23。
脉冲光源31在本实施方式中由对红外光进行脉冲振荡的脉冲激光器构成。脉冲光源31通过脉冲振荡在0.1微微秒～20微秒等脉冲宽中例如对峰值波长800nm～900nm的红外光进行脉冲发光。
空间光调制元件32由DMD或者LCD等构成。在空间光调制元件32的图像形成面基于来自控制器5等的影像信号形成图像。通过使在脉冲光源31中脉冲发出的红外光入射到空间光调制元件32的图像形成面，由此对红外光进行空间调制而生成非可见光影像。
投影光学系统33包含：设定红外光投影机3的视角的变焦透镜、以及调整焦距的聚焦透镜。
各投影机2、3例如彼此配置成能够向同一区域出射光。各投影机2、3可以进行光学耦合以使得各自的光轴一致。在该情况下，例如，可以使用透射可见光而反射红外光、或者反射可见光而透射红外光的二向色镜等。此外，在该情况下，各个投影光学系统23、33可以一体构成。此外，红外光投影机3和可见光投影机2可以一体地构成为一个装置。
摄像机4配置在能够对由红外光投影机3投影非可见光影像的区域的图像进行摄像的位置。摄像机4在红外光下生成投影到被摄对象6的测量图案的摄像图像，并向控制器5输出作为表示摄像图像的图像数据的摄像数据。摄像机4是投影系统1中的摄像部的一例。摄像机4如图1所示具备：摄像元件41、摄像透镜42、和可见光阻断滤波器43。
摄像元件41例如由含有硅作为主原料的CCD图像传感器或者CMOS图像传感器等固体摄像元件构成。摄像元件41具有排列了接收光的多个像素电路的摄像面。摄像元件41的主原料并不限于硅，例如也可以是锗、镓。
摄像透镜42包含设定摄像机4的视角的变焦透镜以及调整焦距的聚焦透镜。
可见光阻断滤波器43是透过所入射的光之内的红外光成分，而吸收可见光成分的带通滤波器或者长通滤波器。可见光阻断滤波器43例如安装于摄像透镜42。可见光阻断滤波器43在摄像机4中是有选择地透射红外光的波长选择构件的一例。
可见光阻断滤波器43可以通过摄像透镜42中的滤光处理、或者衍射光栅的形成等与摄像透镜42一体地构成。此外，可见光阻断滤波器43可以组装到摄像元件41的图像形成面等来构成。此外，可见光阻断滤波器43可以取代可见光成分的吸收，或者除了可见光成分的吸收以外还反射可见光成分，这样来构成。
控制器5是控制投影系统1的各部的控制装置。控制器5例如具备与软件协作来实现给定的功能的CPU或者MPU。控制器5如图1所示具备影像生成部50和存储部51。
控制器5读出保存在存储部51中的数据、程序来进行各种运算处理，实现各种功能。例如，控制器5实现作为影像生成部50的功能。此外，控制器5可以进行摄像机4、红外光投影机3以及可见光投影机2等各种动作定时的控制(例如各部的同步控制)、变焦控制、聚焦控制等。
控制器5可以是被设计成实现给定的功能的专用的电子电路、能重构的电子电路等硬件电路。控制器5可以由CPU、MPU、微型计算机、DSP、FPGA、ASIC等各种半导体集成电路构成。此外，控制器5的各种功能可以组装到投影系统1的各部2、3、4。
影像生成部50生成表示由可见光投影机2投影的影像内容的影像数据。此时，影像数据需要被生成为能够使影像内容追随被摄对象6的运动而投影。因此，影像生成部50基于来自摄像机4的摄像数据进行被摄对象6的形状等三维测量。影像生成部50的动作后述。
存储部51是存储为了实现控制器5的功能而需要的程序以及数据的存储介质，例如具备硬盘(HDD)或者半导体存储装置(SSD)。此外，存储部51可以进一步具备DRAM、SRAM等半导体器件，临时存储数据并且还作为控制器5的作业区起作用。例如，存储部51保存表示各种影像内容的影像数据以及后述的表示测量图案的影像数据。
屏幕10在投影系统1中是用于映出成为被摄对象6的背景这样的影像内容的背景构件的一例。通过使用屏幕10，例如与被摄对象6的运动联动这样的影像内容能够投影，能够提高投影映射中的演出效果。屏幕10如图1所示具备漫射构件11和红外光阻断滤波器12。
漫射构件11是构成对可见光进行漫反射的投影面的幕构件。屏幕10由漫射构件11被红外光阻断滤波器12覆盖的两层构造构成(参照图4)。屏幕10的投影面可以是平面，也可以是曲面。
红外光阻断滤波器12由具有以平均50％以上的透射率透射所入射的光之内的可见光成分且吸收平均50％以上的红外光成分的光学特性的膜构件构成。利用红外光阻断滤波器12，形成为对屏幕10的投影面所入射的红外光的漫反射进行阻断的遮光面。红外光阻断滤波器12是屏幕10中的遮光构件的一例。
红外光阻断滤波器12并不限于上述的光学特性，例如可以具有对红外光进行镜面反射的光学特性。此外，红外光阻断滤波器12例如可以具备包含串珠构件等的逆反射构造。此外，红外光阻断滤波器12不限于膜构件，例如可以由面板构件构成。此外，可以通过针对漫射构件11的滤光处理等来形成红外光阻断滤波器12。
2.动作
以下说明如以上这样构成的投影系统1的动作。
2-1.投影动作(投影映射)
参照图1来说明在本实施方式涉及的投影系统1中用于进行投影映射的投影动作。
首先，红外光投影机3出射红外光，依次将多个测量图案之内的各测量图案投影到被摄对象6。测量图案是用于通过空间编码法对被摄对象6的形状以及位置进行测量的非可见光影像的一例。测量对象的形状是包含被摄对象6等物体的轮廓以及凹凸的三维形状。此外，测量对象的位置是包含到物体的距离的三维的位置。三维测量的原理后述。
红外光投影机3例如通过控制器5的控制来读出保存在存储部51中的影像数据，在空间光调制元件32中形成影像数据所表示的测量图案。接着，红外光投影机3驱动脉冲光源31，在包含屏幕10的投影面整体等的范围的视角下，投影红外光的测量图案。
此时，摄像机4对由红外光投影机3投影的测量图案进行摄像，将表示测量图案的摄像图像的摄像数据输出到控制器5。摄像机4的摄像动作按多个测量图案中每个测量图案来进行。
接着，控制器5的影像生成部50基于测量图案的摄像图像来测量被摄对象6的形状以及位置，根据测量结果来生成包含投影到被摄对象6的影像内容的影像数据。
具体来说，影像生成部50通过后述的空间编码法按摄像图像中的被摄对象6的区域的每个像素来测量到本装置的距离，生成表示按每个像素测量到的距离的距离图像。基于所生成的距离图像，影像生成部50对缺省的影像数据进行补正，以便使缺省的影像数据所表示的影像内容在被投影到进行了测量的形状以及位置的被摄对象6时被适当地映出。缺省的影像数据例如预先保存在存储部51中。
此外，在本实施方式中，影像生成部50将向屏幕10投影的影像内容也包含在内地生成向可见光投影机2输出的影像数据。例如，预先通过投影系统1的设置时等的校准将表示屏幕10的位置以及形状(朝向)的信息记录在存储部51中，在投影动作时影像生成部50参照上述信息，进行向屏幕10投影的影像内容的补正。
接着，可见光投影机2基于来自控制器5的影像生成部50的影像数据来控制空间光调制部22，通过来自可见光光源21的可见光的出射向被摄对象6以及屏幕10投影影像内容。
投影系统1在给定的帧频下反复进行以上的处理。由此，能够使从可见光投影机2投影的影像内容高精度地追随被摄对象6的运动。
在以上这样的投影系统1的投影动作中，提高基于从红外光投影机3投影的测量图案的摄像图像的被摄对象6的形状以及位置的测量精度是重要的。因此，在本实施方式中，为了实现提高上述的测量精度这样的目的而使用各种滤波器12、43。此外，在本实施方式中，为了实现上述的目的，在红外光投影机3中采用脉冲发光控制。以下，说明本实施方式涉及的投影系统1的动作的详细情况。
2-2.针对三维测量的原理
在本实施方式中，作为用于测量被摄对象6的形状等的测量原理，采用基于空间编码法的主动立体测量。针对本测量原理，使用图2、3来说明。图2是用于说明三维测量的原理的图。图3是用于说明基于空间编码法的测量图案的图。
图2中，摄像机4和红外光投影机3以各自的光轴成为平行的方式排列配置。以下，如图2所示，将各光轴的方向设为z方向。此外，将与z方向正交且摄像机4和红外光投影机3排列的方向设为x方向，将与z方向以及x方向正交的方向设为y方向。
图2中，示出从红外光投影机3出射的红外光在物体的特定的点(亮点)处反射，来自亮点的反射光入射到摄像机4的情形。如图2所示，在摄像机4与红外光投影机3之间产生视差θ。若利用摄像机4对从红外光投影机3投影的影像进行摄像，则被投影的影像在摄像机4的摄像图像中偏移视差θ而映现。即，如图2所示，与到物体上的亮点的距离相应地，摄像机4的摄像图像中的亮点的x坐标发生偏移。
在投影系统1中，基于上述这样的坐标的偏移，控制器5(影像生成部50)进行基于以摄像机4与红外光投影机3的间隔为基线长的三角法的计算，测量z方向的距离。基线长例如预先通过投影系统1的设置时的校准等来取得。坐标的偏移使用基于空间编码法的测量图案来测量。针对该测量方法，参照图3(a)、(b)来说明。
图3(a)例示了从红外光投影机3投影的1组测量图案81、82、83的影像数据。各测量图案81～83具有沿偏移的测量对象的x坐标的方向配置的发光区域R1和非发光区域R0。基于空间编码法，通过使发光区域R1与“1”对应，使非发光区域R0与“0”对应，来对影像数据上的x坐标编码。在图3(a)的例子中，利用3个测量图案81～83，得到在影像数据上与8个区域对应的3比特的代码。
图3(b)示出在利用摄像机4对被投影了图3(a)的各测量图案81、82、83的物体进行摄像时生成的摄像图像Im1、Im2、Im3。如图3(b)所示，即使是与相同代码“110”对应的亮点，也与物体上的进深相应地，摄像图像中的x坐标发生偏移。在本实施方式中，通过控制器5对在影像生成部50中表示摄像图像Im1～Im3的摄像数据进行解码，从而对坐标的偏移进行测量。
具体来说，控制器5首先按1帧的摄像图像的每个像素，进行对像素的亮度和给定的阈值进行比较的阈值判定。给定的阈值是判断在摄像图像中映现测量图案中的发光区域的亮点的像素的基准的阈值，例如考虑噪声的光量来设定。控制器5对在阈值判定中判断为亮度超过阈值的像素分配“1”，对判断为亮度未超过阈值的像素分配“0”。
控制器5对所有的摄像图像Im1、Im2、Im3进行以上的处理，通过算出按每个像素分配的二值(“0”或者“1”)的总和，来进行摄像数据的解码。此时，控制器5例如也可以通过去除在全部摄像图像Im1～Im3中亮度没有超过阈值的区域，从而提取在摄像数据上被认为是被摄对象的区域。
控制器5通过按每个像素对解码结果所表示的x坐标的值与基准的x坐标的值进行比较，从而来测量x坐标的偏移。针对y坐标的偏移，例如也能够通过使用使图3(a)的测量图案81～83旋转90度的测量图案，而与上述同样地进行测量。此外，在红外光投影机3与可见光投影机2之间也存在视差的情况下，例如预先取得表示两者的设置位置的信息，适当将在红外光投影机3中规定的三维坐标换算成在可见光投影机2中规定的三维坐标。
2-3.针对各种滤波器
使用图4来说明本实施方式中红外光阻断滤波器12以及可见光阻断滤波器43的功能。图4是用于说明投影系统1中的各种滤波器的功能的图。
在本实施方式中，可见光投影机2与被摄对象6一起将影像内容向屏幕10投影(参照图1)。为了在屏幕10中以能由观察者等进行视觉辨认的方式来映现影像内容，如图4所示，需要使来自可见光投影机2的可见光在屏幕10中被漫反射。但是，若来自红外光投影机3的红外光也在屏幕10中被漫反射，则在基于摄像机4的测量图案的摄像图像中，被摄对象6的区域与被摄对象6以外的区域的边界就会变得不明确。
因此，在本实施方式中，为使红外光不在屏幕10的投影面中被漫反射，而使用红外光阻断滤波器12来构成屏幕10(图4)。由此，从红外光投影机3投影的测量图案中的被投影到屏幕10的部分就不会映现于摄像机4的摄像图像，而是仅测量图案中的被投影到被摄对象6的部分映现于摄像图像。因此，在摄像机4的摄像图像上被摄对象6的轮廓变明确，能够高精度地测量被摄对象6的形状以及位置。
此外，屏幕10使红外光阻断滤波器12重叠于对可见光进行漫反射的漫射构件11来构成。如图4所示，通过使红外光阻断滤波器12透射可见光，从而在屏幕10的投影面中来维持可见光的漫反射。由此，能够在屏幕10中确保基于可见光投影机2的影像的视觉辨认性。
此外，在本实施方式中，如图4所示，将可见光阻断滤波器43使用于摄像机4，将向摄像机4入射的光之内的可见光成分阻断而使红外光成分透过。由此，不论可见光投影机2利用可见光的发光来投影影像的定时如何，摄像机4都能够高精度对基于红外光投影机3的测量图案进行摄像。
屏幕10的遮光面10a中的漫反射的阻断并不限于红外光的吸收，也可以通过红外光阻断滤波器12对红外光进行镜面反射、或者逆反射等来实现。若基于镜面反射，则就会在摄像图像中映现以遮光面10a作为镜面的红外光投影机3的光源像。在该情况下，例如控制器5可以在摄像图像中通过光量或者位置等来判定光源像的区域，并将其去除。此外，若基于逆反射，则红外光投影机3所出射的红外光朝向红外光投影机3地被反射，能够将向摄像机4的入射阻断。
2-4.针对脉冲发光控制
使用图5来说明本实施方式中的测量图案的脉冲发光控制。图5是用于说明投影系统1中的脉冲发光控制的功能的图。
如图5所示，在由被摄对象6反射的光中，除了来自红外光投影机3的红外光以外，还包含来自可见光投影机2的可见光以及外部光。在外部光中通常与可见光成分一起包含红外光成分。这里，通过使来自红外光投影机3的红外光以外的光在摄像机4中曝光，从而成为使基于摄像图像的被摄对象6的测量精度降低的噪声。
因此，在本实施方式中，红外光投影机3的脉冲光源31(图1)对用于投影测量图案的红外光进行脉冲发光，使发光的红外光的光量集中在脉冲宽的期间(图5)。此时，摄像机4与红外光的脉冲发光的定时同步地进行摄像动作。由此，在由摄像机4曝光的光量中，能够使来自红外光投影机3的红外光的光量显著大于外部光等的噪声的光量，能够提高被摄对象6的测量精度中的S/N比。此外，通过外部光对测量精度的影响的缓和，能够扩大投影系统1的设置自由度。
以下，使用图6(a)～(g)来说明本实施方式中的投影系统1的定时控制的详细情况。
图6(a)、(b)、(c)分别表示基于可见光投影机2的红色光(R)、绿色光(G)、蓝色光(B)的发光定时。在本实施方式中，可见光投影机2如图6(a)～(c)所示在用于投影1帧的影像的帧期间T1中使红色光，绿色光以及蓝色光的每一个连续地发光，这样来驱动可见光光源21(图1)。由此，例如相比使红色光、绿色光以及蓝色光以时分方式发光的情况，能够将光量(最大光量)设定得更大，能够使被投影的影像成为高品质。为了使影像追随于运动物体，帧期间T1例如被设定成1/200秒以下。
图6(d)表示基于红外光投影机3的红外光的发光定时。如图6(d)所示，红外光投影机3按照与可见光投影机2发光中的期间重叠的方式周期性地进行红外光的脉冲发光。由此，例如相比使可见光和红外光以时分方式发光的情况，能够将可见光和红外光的各自的光量设定得更大。
在本实施方式中，作为一例，红外光投影机3在每1次脉冲发光时投影1帧的测量图案。此外，作为脉冲发光的反复周期的脉冲周期的长度被设定成与可见光的影像的帧期间T1相同的长度。此外，每1次脉冲发光的红外光的光量例如以可见光投影机2所能发光的可见光的光量为基准来设定，例如被设定成帧期间T1中能发光的可见光的光量以上，或者在与脉冲宽相同的期间中能发光的可见光的光量以上。
图6(e)表示基于摄像机4的摄像定时。摄像机4如图6(d)、(e)所示在摄像动作中与红外光投影机3的发光定时同步地进行曝光。由此，在每个帧期间T1得到摄像机4的摄像图像。在图6(f)、(g)中示出图6(d)、(e)的帧期间T1中的详细情况。
如图6(f)、(g)所示，在本实施方式中，摄像机4以测量光的脉冲发光的定时以及与脉冲宽相同的期间T2进行曝光。脉冲发光光的脉冲宽例如被设定成0.1微微秒～20微秒。由此，能够一面避免过分缩短脉冲发光的期间而使测量光的波长段发生扩大的事态，一面显著提高脉冲发光的光量的峰值。此外，根据同样的观点，脉冲发光的占空比例如被设定成1/100～1/10000。此时，为了确保能够追随于运动物体的摄像图像的帧频，而可以在200Hz～1GHz的范围内适当设定与脉冲周期对应的脉冲频率。
3.效果等
如以上这样，在本实施方式中，投影系统1对与被摄对象6等物体的形状相应的影像进行投影。投影系统1具备：红外光投影机3、屏幕10、摄像机4、影像生成部50、可见光投影机2。红外光投影机3利用作为非可见光的红外光来向物体投影测量图案81～83。屏幕10在从红外光投影机3出射红外光的方向上配置于物体的后方。摄像机4对由红外光投影机3投影的测量图案81～83进行摄像。影像生成部50基于由摄像机4摄像到的摄像图像来测量物体的形状，根据测量结果来生成表示投影至物体的影像的影像数据。可见光投影机2利用可见光向物体投影影像数据所表示的影像。屏幕10具有在红外光入射时阻断红外光的漫反射的遮光面10a。
根据以上的投影系统1，在遮光面10a中将来自红外光投影机3的红外光的漫反射阻断。由此，在投影与物体的形状相应的影像的投影系统1中，能够高精度地测量被摄对象6等物体的形状。
此外，在本实施方式中，屏幕10在遮光面10a中不使红外光进行漫反射而是将其吸收。屏幕10也可以不进行漫反射而进行镜面反射或者逆反射。由此，能够在遮光面10a中阻断红外光的漫反射，提高物体的测量精度。
此外，在本实施方式中，屏幕10对可见光进行漫反射。由此，能够从可见光投影机2将影像映出到屏幕10，能够提高投影系统1中的演出效果。
此外，在本实施方式中，屏幕10具备红外光阻断滤波器12和漫射构件11。红外光阻断滤波器12形成遮光面10a来透射可见光。漫射构件11被红外光阻断滤波器12覆盖来对可见光进行漫反射。由此，能够以漫射构件11和红外光阻断滤波器12的两层构造来简单地构成对可见光进行漫反射的遮光面10a。
此外，在本实施方式中，摄像机4具备包含硅的摄像元件41和透射红外光而吸收或反射可见光的可见光阻断滤波器43。由此，在摄像机4中，即使是摄像元件41中在可见光区域有受光灵敏度这样的情况，也能够阻断可见光的受光。另外，在使用在可见光区域没有受光灵敏度的摄像元件的情况下，也可以省略可见光阻断滤波器43。
此外，在本实施方式中，可见光阻断滤波器43是安装于摄像机4中的摄像透镜42的滤波器。可见光阻断滤波器43也可以是组装到摄像元件41的滤波器，还可以与摄像机4中的摄像透镜42一体构成。
此外，在本实施方式中，投影系统1具备红外光投影机3、摄像机4、影像生成部50、和可见光投影机2。红外光投影机3对用于投影各测量图案81、82、83的红外光进行脉冲发光。影像生成部50基于按照脉冲发光的定时摄像到的摄像图像Im1、Im2、Im3来生成影像数据。
根据以上的投影系统1，能够在基于红外光投影机3的脉冲发光的脉冲宽的期间，集中用于投影各测量图案81、82、83的红外光的光量，提高摄像图像Im1、Im2、Im3中的S/N比。由此，在投影系统1中，能够高精度测量被摄对象6等物体的形状。
此外，在本实施方式中，基于红外光投影机3的脉冲发光的脉冲宽比可见光投影机2所投影的影像的1帧的期间短。脉冲发光的光量比可见光投影机2在脉冲宽的期间中发光的可见光的光量大。
由此，在脉冲宽的期间中，能够设定显著大于来自可见光投影机2的可见光的光量的脉冲发光的光量。因此，能够提高投影系统1中的物体的测量精度。
此外，在本实施方式中，摄像机4与基于红外光投影机3的脉冲发光同步地进行摄像动作。由此，能够从摄像机4利用脉冲发光得到S/N比被改善了的摄像图像。
此外，在本实施方式中，红外光投影机3具备由脉冲激光器构成的脉冲光源31。由此，能够进行基于脉冲激光器的脉冲振荡的大光量的脉冲发光。
此外，在本实施方式中，从红外光投影机3投影的非可见光影像是基于空间编码法的测量图案81～83。非可见光影像并不限于此，例如，可以使用随机点图案等。
(实施方式2)
以下，使用附图来说明实施方式2。在实施方式1中，在使摄像机4的摄像动作与基于红外光投影机3的脉冲发光同步时，使摄像机4的曝光的定时与脉冲发光的定时一致。在实施方式2中，从脉冲发光的定时设置延迟期间地使摄像机4的曝光的定时同步。
以下，适当省略与实施方式1涉及的投影系统1相同的构成、动作的说明，来说明本实施方式涉及的投影系统1。
图7(a)表示基于红外光投影机3的红外光的脉冲发光的定时。图7(b)表示图7(a)的脉冲发光后的红外光的反射光入射到摄像机4的定时。图7(c)表示与图7(a)的脉冲发光的定时一致的情况下的摄像机4的曝光的定时。图7(d)、(e)、(f)分别表示基于本实施方式涉及的红外光投影机3的红外光的脉冲发光的定时、反射光的入射的定时、以及摄像机4的曝光的定时。
在图7(a)、(b)、(c)中，示出使摄像机4的曝光的定时与脉冲发光的定时一致的情况的动作例。在图7(a)～(c)的例子中，设想在将脉冲宽设定为2微秒时将离开150m左右的物体作为测量对象的情况。在该情况下，红外光的反射光基于光速(大致3×108m/秒)，如图7(b)所示，在从脉冲发光的定时经过大致1微秒后入射到摄像机4。这样，在使摄像机4的曝光的定时与脉冲发光的定时一致的情况下，如图7(c)所示，反射光的光量仅在摄像机4中被曝光入射到摄像机4的反射光的光量之内的一半左右。
因此，在本实施方式中，如图7(d)、(e)、(f)所示，按照从脉冲发光的定时设置延迟期间Δt来进行摄像机4的曝光的方式使摄像机4的摄像动作与脉冲发光同步。延迟期间Δt基于设想了存在投影对象的物体(被摄对象)这一情况的基准距离、以及光速设定成为了使光往返基准距离而需要的期间。由此，如图7(e)、(f)所示，来自物体的反射光向摄像机4入射的期间与摄像机4的曝光期间的重合增加延迟期间Δt的量。因此，摄像机4中曝光的反射光的光量增大，能够提高物体的测量精度。
投影系统1中的延迟期间Δt的设定例如预先在投影系统1的校准时等进行。此外，在投影系统1的投影动作中，也可以通过用户的指示或者给定周期(例如1分钟)等，基于到被摄对象6的距离(z方向位置)的测量结果来进行。
如以上这样，在本实施方式涉及的投影系统1中，摄像机4在每次从基于红外光投影机3的脉冲发光的定时经过延迟期间Δt时进行摄像动作。由此，能够很容易地使来自物体的反射光向摄像机4入射的期间与摄像机4的曝光期间重合，能够提高物体的测量精度。
此外，在本实施方式中，延迟期间Δt是基于到物体的距离以及光速的期间。由此，将延迟期间Δt调整成为了使从红外光投影机3进行了脉冲发光的红外光往返到物体的距离而需要的期间，能够增大摄像机4中曝光的反射光的光量。
此外，在上述的实施方式中，摄像机4在与红外光的脉冲发光的脉冲宽相同的期间进行了曝光。摄像机4的曝光期间可以设定成与脉冲宽不同的长度。针对该变形例，使用图8(a)～(c)来说明。
图8(a)、(b)、(c)分别示出基于本变形例涉及的红外光投影机3的红外光的脉冲发光的定时、反射光的入射的定时、以及摄像机4的曝光的定时。在本变形例中，如图8(c)所示，将摄像机4的曝光期间设定成比红外光的脉冲发光的脉冲宽长的期间。由此，即使摄像机4的曝光的定时不与反射光的入射的定时完全一致，在摄像机4的曝光期间内电会包含反射光入射的期间。因此，不过度地使摄像机4的定时控制复杂化，能以简单的电路构成来提高物体的测量精度。
摄像机4的曝光期间例如设定得比基于红外光投影机3的脉冲发光的间隔即脉冲周期(期间T1)短，例如被设定成脉冲发光的间隔的一半以下。此外，摄像机4的曝光期间可以被设定成脉冲发光的脉冲宽的多倍(例如10倍)以下。在这些情况下，可以省略延迟期间Δt。
(实施方式3)
以下，使用附图来说明实施方式3。在上述的各实施方式中，摄像机4与基于红外光投影机3的脉冲发光同步地来进行摄像动作。在实施方式3中，在摄像机4的摄像动作不与脉冲发光同步的情况下，影像生成部50提取与脉冲发光的定时相应的摄像图像。
以下，适当省略与实施方式1、2涉及的投影系统1相同的构成、动作的说明，来说明本实施方式涉及的投影系统1。
图9(a)、(b)、(c)分别表示基于本实施方式涉及的红外光投影机3的红外光的脉冲发光的定时、反射光的入射的定时、以及摄像机4的曝光的定时。
在本实施方式中，如图9(c)所示，摄像机4并不特别同步于脉冲发光的定时(图9(a))地在给定的反复周期中反复进行摄像动作。由此，能够省略使摄像机4的摄像动作与脉冲发光同步的同步信号源等构成。
在本实施方式中，摄像机4的摄像的反复周期如图9(b)、(c)所示，被设定成比脉冲发光的脉冲宽短的期间。由此，生成在反射光向摄像机4入射的期间中包含曝光期间的摄像图像。在这样的摄像图像中，外部光等噪声成分的光量比反射光的光量小，能够在高S/N比下进行物体的测量。
影像生成部50从摄像机依次摄像的摄像图像之中提取如上述那样生成的摄像图像，基于所提取到的摄像图像来进行测量图案的解码等处理。例如，预先将表示反射光的往返期间的信息保存到存储部51中，基于该信息以及脉冲发光的定时，影像生成部50进行上述那样的摄像图像的提取。
如以上这样，在本实施方式中的投影系统1中，摄像机4在比基于红外光投影机3的脉冲发光的反复周期短的时间间隔下反复进行摄像动作。影像生成部50从反复摄像到的摄像图像之中提取与脉冲发光的定时相应的摄像图像。由此，能够基于影像生成部50提取到的摄像图像，来高精度地进行物体的三维测量。此外，能够省略摄像机4的同步控制等构成，能够削减成本。
在上述的实施方式中，摄像机4的摄像的反复周期可以设定成脉冲发光的脉冲宽的长度以上的期间。针对该变形例，使用图10(a)～(c)来说明。
图10(a)、(b)、(c)分别示出基于本变形例涉及的红外光投影机3的红外光的脉冲发光的定时、反射光的入射的定时、以及摄像机4的曝光的定时。
在本变形例中，摄像机4的摄像的反复周期如图10(a)、(c)所示是脉冲发光的脉冲宽的长度以上，且被设定成基于红外光投影机3的脉冲发光的间隔即脉冲周期的半周期以下。此外，每1次摄像动作的曝光期间例如被设定成脉冲宽的长度以上脉冲周期的半周期以下。
在该情况下，如图10(b)、(c)所示，周期性地生成将反射光向摄像机4入射的期间的一半以上包含在曝光期间中的摄像图像。这样的摄像图像不取入脉冲周期1周期的量的外部光就能够进行缓和了噪声的影响的物体的三维测量。影像生成部50提取上述的摄像图像，基于所提取到摄像图像来生成影像数据，由此能够进行高精度地追随物体的影像。
(其他实施方式)
如以上这样，作为在本申请中公开的技术的例示，说明了实施方式1～3。但是，本公开中的技术并不限定于此，也能够应用于适当进行了变更、置换、附加、省略等的实施方式。此外，也能够组合在上述各实施方式中说明的各构成要素而设为新的实施方式。因此，以下，例示其他实施方式。
在上述各实施方式中，作为背景构件的一例，说明了对可见光进行漫反射的屏幕10。本公开中的背景构件并不限于此，例如，可以采用吸收或者透射可见光的构件。例如，在投影系统1中，在不将来自可见光投影机2的影像内容特别投影到背景构件的情况下，可以将不对红外光进行漫反射而是吸收可见光的暗幕用作背景构件。此外，例如，在使用投影系统1的外部构成的屏幕等情况下，可以将透射可见光的红外光阻断滤波器、遮光盖或者遮光幕等用作背景构件。
此外，在上述的各实施方式中，投影系统1具备背景构件，并且进行非可见光的脉冲发光控制。本公开并不限于此，在投影系统1具备背景构件的情况下可以省略非可见光的脉冲发光控制，也可以对进行非可见光的脉冲发光控制材料省略背景构件。在任一种情况下，在投影与物体的形状相应的影像的投影系统中，都能够高精度测量物体的形状。
此外，在省略非可见光的脉冲发光控制的情况下，在红外光投影机3中，也可以取代脉冲光源31而使用由连续波激光器或者LED等构成的光源。
此外，在进行非可见光的脉冲发光控制的情况下，也可以省略可见光阻断滤波器43。在该情况下，通过适当设定脉冲发光的光量以及三维测量的阈值，能够基于摄像图像高精度地测量物体的形状。
此外，在上述各实施方式中，说明了可见光投影机2连续发出红色光、绿色光以及蓝色光的例子，但是也可以以时分方式来发出红色光、绿色光以及蓝色光。此外，也可以将这样的可见光的发光和基于红外光投影机3的红外光的发光设为时分方式。
此外，在上述各实施方式中，说明了在投影系统1中使影像内容追随被摄对象6的例子。本公开中的成为投影系统的投影对象的物体并不特别限于运动物体，可以是静止物体，例如可以是建造物。在静止物体是投影系统的投影对象的情况下，可以不特别地在投影动作中测量位置。
如以上这样，说明了实施方式来作为本公开中的技术的例示。为此，提供了附图以及详细的说明。
因此，在附图以及详细的说明所记载的构成要素之中，不仅包含为了解决课题而需要的构成要素，为了例示上述技术，还包含不是为了解决课题而需要的构成要素。为此，并不应当根据这些不是必需的构成要素被记载于附图、详细的说明中而直接认定这些不是必需的构成要素是必需的。
此外，上述的实施方式是用于例示本公开中的技术的方式，在权利要求或者其均等的范围内，能够进行各种变更、置换、附加、省略等。
工业可利用性
本公开中的投影系统能够应用于向物体投影影像的各种用途中。

Claims (10)

1.一种投影系统，投影与物体的形状相应的影像，该投影系统具备：
非可见光投影部，通过非可见光向上述物体投影给定的非可见光影像；
背景构件，在上述非可见光从上述非可见光投影部出射的方向上配置于上述物体的后方；
摄像部，对由上述非可见光投影部投影的非可见光影像进行摄像；
影像生成部，基于由上述摄像部摄像到的摄像图像来测量上述物体的形状，根据测量结果来生成表示向上述物体投影的影像的影像数据；和
可见光投影部，通过可见光向上述物体投影上述影像数据所表示的影像，
上述背景构件具有在上述非可见光入射时阻断上述非可见光的漫反射的遮光面。
2.根据权利要求1所述的投影系统，其中，
上述背景构件在上述遮光面中不对上述非可见光进行漫反射而是进行镜面反射、逆反射或者吸收。
3.根据权利要求1或2所述的投影系统，其中，
上述背景构件对上述可见光进行漫反射。
4.根据权利要求3所述的投影系统，其中，
上述背景构件具备：
遮光构件，形成上述遮光面，透射上述可见光；和
漫射构件，由上述遮光构件覆盖，对上述可见光进行漫反射。
5.根据权利要求1或2所述的投影系统，其中，
上述背景构件吸收或者透射上述可见光。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的投影系统，其中，
上述摄像部具备：
摄像元件，包含硅；和
波长选择构件，透射上述非可见光并吸收或者反射上述可见光。
7.根据权利要求6所述的投影系统，其中，
上述波长选择构件是安装于上述摄像部中的摄像透镜的滤波器或者组装到上述摄像元件的滤波器。
8.根据权利要求6所述的投影系统，其中，
上述波长选择构件与上述摄像部中的摄像透镜一体地构成。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的投影系统，其中，
上述非可见光是红外光。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的投影系统，其中，
上述非可见光影像是基于空间编码法的测量图案。
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