CN1678049A - 投影仪的梯形修正 - Google Patents

Abstract

本发明提供修正由于预先设想的假想投影面与现实的投影面之间的倾斜而发生的输出图像相对输入图像的畸变的投影仪。该修正根据修正用图像投影的现实的投影面的亮度的峰值位置的移动量，来推定假想投影面与现实的投影面之间的倾斜引起的图像的畸变量。修正用图像构成使峰值位置的从图像投射部看的与峰值位置移动量对应的变化量比全白图案图像更接近倾斜的角度。

Description

投影仪的梯形修正

技术领域

本发明涉及投影仪的梯形修正技术。

背景技术

近年来，将图像投影到屏幕上的投影仪正迅速普及。投影仪通常是以正对屏幕配置为前提而设计的，所以，在投影仪未正对屏幕而配置时，图像将发生畸变(失真)。

另一方面，在投影仪未正对屏幕而配置时，不仅图像而且辉度分布也发生变化。此外，在将摄像装置装备到投影仪中时，由于在屏幕的左右两侧摄像距离不同，所以，即使根据平方反比定理，在屏幕的左右摄像装置的受光量也发生变化。这样的受光量的变化也可以用于推定屏幕相对投影仪的光轴的倾斜。

但是，受光量的变化不仅是因为屏幕的倾斜，而且在投影仪正对屏幕配置时也会由于照度分布而发生变化。

发明内容

本发明就是为了解决先有技术的上述问题而提出的，目的旨在提供在根据屏幕的亮度的分布进行由于屏幕的倾斜而引起的图像畸变修正的投影仪中提高修正精度的技术。

为了解决上述问题的至少一部分，本发明提供一种投影仪。该投影仪具有：构成为根据输入图像将图像投射到按预先设定的指定的位置关系配置的假想投影面上的图像投射部；对投射到现实的投影面上的输出图像进行摄像的输出图像摄像部；根据上述摄像的图像输出包含与亮度相关的亮度信息的摄像信息的摄像信息生成部；和根据上述摄像信息修正由于上述假想投影面与上述现实的投影面之间的倾斜而发生的上述输出图像相对上述输入图像的畸变的畸变修正部。其中，上述畸变修正部具有：将用于上述输出图像的畸变的补偿的修正用图像供给上述图像投射部的修正用图像供给部；和根据上述摄像信息，决定从上述假想投影面的亮度的峰值位置向上述现实的投影面的亮度的峰值位置的峰值位置的移动量即峰值位置移动量，并预先使上述输入图像发生畸变以根据上述决定的峰值位置移动量补偿上述输出图像的畸变的图像处理部。其中，上述修正用图像的特征在于构成为：上述峰值位置的从上述图像投射部看的角度的与上述峰值位置移动量对应的变化量比全白图案图像更接近上述倾斜的角度。

在本发明的投影仪中，使用构成为上述峰值位置的从图像投射部看的角度的与峰值位置移动量对应的变化量比全白图案图像更接近倾斜的角度的修正用图像，来推定投影面的倾斜，所以，就减少了这样的倾斜的测定误差的原因。结果，可以以很高的精度实现屏幕的倾斜引起的图像的畸变的补偿。

在上述投影仪中，上述图像处理部也可以具有：根据上述摄像信息决定上述现实的投影面的亮度的峰值位置的从上述图像投射部看的峰值位置角度的峰值位置角度决定部；根据从上述假想投影面的亮度的峰值位置的从上述图像投射部看的角度，即，基准峰值位置角度到上述决定的峰值位置角度的角度移动量即峰值位置角度移动量，推定上述倾斜的角度的倾斜角度推定部；和预先使上述输入图像畸变以根据上述推定的倾斜的角度补偿上述输出图像的畸变的图像变形部。

在上述投影仪中，上述修正用图像也可以构成为上述假想投影面的照度分布比全白图案图像更均匀。

这样，便可简单地构成修正用图像，以使得亮度的峰值位置的移动量接近假想投影面和现实的投影面之间的角度的偏离。

在上述投影仪中，上述修正用图像也可以构成为上述假想投影面的照度比在85％与95％之间。

在上述投影仪中，上述畸变修正部也可以具有在上述现实的投影面配置成与上述假想投影面一致的状态下用于根据上述摄像信息再构成上述修正用图像以接近所述角度的偏离的动作模式即校正模式。

这样，可以抑制照明光学系统或液晶面板这样的光学系统部件随着时间的推移引起的测量精度的降低。

本发明可以用投影仪或投影仪控制装置、用于使电脑实现这些方法或装置的功能的计算机程序或软件、记录该计算机程序的记录媒体或产品、以及包含该计算机程序而在载波内具体体现的数据信号和具有存储装置的消耗品容器等各种形式而实现。

附图说明

图1是表示作为本发明的1个实施例的液晶投影仪10的结构的框图；

图2是表示本发明的实施例的摄像部250的装备状态的说明图；

图3是表示本发明的实施例的投射状态的说明图；

图4是表示屏幕SC相对投影光学系统130的光轴倾斜角度为α时的投射状态的说明图；

图5是屏幕SC相对投影光学系统130的光轴倾斜角度为α时与不倾斜时的传感器面的受光量；

图6是表示光学系统的照度比为80％时屏幕SC的照度分布和传感器面的受光量分布的说明图；

图7是表示本发明的实施例的梯形畸变修正处理的例程的流程图；

图8是表示本发明的实施例的峰值位置的决定情况的说明图；

图9是表示本发明的实施例的屏幕SC的倾斜与梯形修正量之间的关系的说明图。

具体实施方式

下面，根据实施例按以下的顺序说明本发明的实施方式。

A.液晶投影仪的基本的结构

B.光学系统的照度比为100％时的相对角度的推定

C.光学系统的照度比为80％时的相对角度的推定

D.本发明的实施例的梯形畸变修正处理

E.变形例

A.投影仪的基本结构

图1是表示作为本发明的1个实施例的液晶投影仪10的结构的框图。液晶投影仪10具有用于将图像投影到屏幕SC上的光学系统100和控制投影光的控制系统200。光学系统100具有照明光学系统110、液晶面板(LCD)120和投影光学系统130。控制系统200具有控制器210、图像处理部220、液晶面板(LCD)驱动器230、摄像图像分析部260和摄像部250。

控制器210具有图中未示出的CPU及存储器。控制器210控制图像处理部220、LCD驱动器230和摄像图像分析部260。

图像处理部220处理从外部供给的输入图像信号，生成输入LCD驱动器230的输入信号。输入图像信号的处理，包含画质调整处理和梯形修正处理这样的各种图像处理。画质调整处理中有例如辉度调整及色温度修正这样的处理。所谓梯形修正处理，就是用于修正屏幕SC未正对液晶投影仪10的光学系统100的光轴时发生的图像的畸变(梯形畸变)的处理。

LCD驱动器230根据从图像处理部220输入的图像数据生成用于驱动液晶面板120的驱动信号。该驱动信号被供给液晶面板120，用于液晶面板120具有的各像素的透过光量的控制。透过液晶面板120的光照射到投影光学系统130上。

投影光学系统130将从液晶面板120照射的光投影到屏幕SC上。屏幕SC由投射光照射为指定的照度比。这里，向屏幕SC的照射状态由摄像部250进行摄像。

图2是表示本发明的实施例的摄像部250的装备状态的说明图。摄像部250装备成在液晶投影仪10的投影光学系统130的附近具有与投影光学系统130平行的光轴。摄像部250具有包含投影光学系统130的照射范围的视野角。

在本实施例中，为了容易理解说明，摄像部250将画阴影线的区域作为观测区域。该观测区域是设定为与投影光学系统130基本上相同的高度的区域。在本实施例中，在该区域内进行离散的亮度的观测。

B.光学系统的照度比为100％时的相对角度的推定

图3是表示本发明的实施例的投射状态的说明图。图3(a)是从上方看液晶投影仪10与屏幕SC的相对位置的图。液晶投影仪10在左右方向具有60度的照射范围。在本实施例中，屏幕SC的投影面的各位置，由以投影光学系统130的光学主点为中心的各坐标规定。在图3中，屏幕SC的投影面配置在权利要求的范围中的“假想投影面”上。

图3(b)表示屏幕SC的投影面的各位置的照度。在本例中，投影光学系统130构成为在投影100％全白图案图像时具有照度比100％，所以，屏幕SC的投影面在投影光学系统130的照射范围内具有均匀的照度。这里，所谓“照度比”，就是指投射图像的中央点与周边部的照度比率，照度比100％就是指中央点与周边部的照度一致。

图3(c)表示从屏幕SC的投影面接收的光决定的图中未示出的传感器面的受光量。屏幕SC的表面由摄像部250的图中未示出的光学系统投影到传感器面上。由图3(c)可知，不论屏幕SC的投影面的照度是否均匀，传感器面的受光量都不均匀。这是因为，屏幕SC的投影面可以捕捉各部分作为点光源，所以，该照射光按照朗伯余弦定理和平方反比定理将到达传感器面。这里，为了容易理解说明，设屏幕SC的投影面为完全扩散面。

朗伯余弦定理是观测点从发光面接收的光束与发光面的法线和联结观测点与发光面的线之间的角θ的余弦成正比的定理。另一方面，所谓平方反比定理，就是观测点从发光面接收的光束与观测点和发光面间的距离的平方成反比的定理。

结果，来自屏幕SC的投影面的各部分的传感器面的受光量(图3(c))是COS3θ÷R02(＝COSθ÷(R0÷COSθ)2)与屏幕SC的投影面的各部分的照度相乘的值。

图4是表示屏幕SC相对投影光学系统130的光轴倾斜角度α时的投射状态的说明图。图4(a)是从上方看与液晶投影仪10具有α度的倾斜的屏幕SC的相对位置的图。图4(b)表示具有α度的倾斜的屏幕SC的投影面的各位置的照度。

由图4(b)可知，屏幕SC的投影面的各位置的照度随着向左而升高。例如，屏幕SC上的点P1的照度具有投射距离之比(R1′/R1)的平方与点P1′的照度的乘积大小的照度，屏幕SC上的点P2的照度具有将投射距离之比(R2′/R2)的平方与点P2′的照度的乘积大小的照度。另一方面，投射距离之比越向左侧越高。

图5表示屏幕SC相对投影光学系统130的光轴倾斜角度α时和不倾斜时的传感器面的受光量。图5(a)与图4(b)相同。图5(b)是根据朗伯余弦定理和平方反比定理从图5(a)的值导出的值。

由图5(b)可知，传感器面的受光量分布根据屏幕SC的倾斜而峰值向左侧移位。在本图的例中，移位量为δ1度。移位量根据屏幕SC的倾斜而变化，所以，可以根据移位量推定屏幕SC的倾斜程度。

这样，在理论上就可以根据屏幕SC上的照度的峰值的移位量来推定投影仪与屏幕的相对位置关系(角度)。但是，应注意移位量与屏幕SC的倾斜不一定必须一致。

C.光学系统的照度比为80％时的相对角度的推定

图6是表示光学系统的照度比为80％时的屏幕SC的照度分布和传感器面的受光量分布的说明图。图6(a)表示屏幕SC的照度分布。在本例中，左右两端部的照度为中央部的照度的80％。

图6(b)表示屏幕SC不倾斜时传感器面的受光量分布。双点划线表示照度比Lr为100％时的受光量分布，与图3(c)的受光量分布相等。实线表示照度比Lr为80％时的受光量分布。由图6(b)可知，照度比Lr为80％时，与照度比Lr为100％时相比，有中央部的受光量高而周边部的受光量低的倾向。

图6(c)表示屏幕SC有倾斜时和没有倾斜时的传感器面的受光量分布。与图5(b)的图相同，传感器面的受光量分布根据屏幕SC的倾斜而峰值向左侧移位。但是，移位量从δ1度减小为δ2度。这表示移位量不仅根据屏幕SC的倾斜而且根据投影光学系统130的照度比而变化。

这里，作为投影仪的光学系统的一般的倾向，照度与照度比为折衷关系。即，提高照度比时，照度将降低。因此，在一般的投影仪中，是抑制照度比而提高照度，所以，照度比约为80％。

在本实施例中，照度比Lr为100％时，移位量(角度)大于屏幕SC的倾斜的角度，另一方面，照度比Lr为80％时，移位量(角度)小于屏幕SC的倾斜的角度。这表示如果适当地设定照度比Lr，就可以使移位量与屏幕SC的倾斜的角度一致。

此外，在一般的投影仪用光学系统中，通过实验发现，如果将照度比取在85％～95％的范围内，就可以使移位量与屏幕SC的倾斜的角度基本上一致。

D.本发明的实施例的梯形畸变修正处理

图7是表示本发明的实施例的梯形畸变修正处理的例程的流程图。在本实施例中，为了容易理解说明，假定没有垂直方向的倾斜。因此，在本发明的实施例的梯形畸变修正处理中，仅测量横向的屏幕的倾斜。

在步骤S100，液晶投影仪10将修正用图像投影到屏幕SC上。修正用图像是使屏幕SC的投影面的照度比为90％而构成的图像。修正用图像是调整液晶面板120对全白图案图像的透过光量，减少向屏幕SC的中央部的投影光量，以此实现90％的照度比而构成的。

在步骤S200，摄像部250(图1、图2)进行摄像处理。摄像处理是测量来自修正用图像所投影的区域中指定的摄像区域的光量的处理。指定的摄像区域，在本实施例中采用图2所示的阴影线区域。测量的光量与权利要求范围中的“亮度信息”相当。

在步骤S300，液晶投影仪10将全黑图案图像投影到屏幕SC上。全黑图案图像是液晶面板120的透过光量为最小值时所构成的图像。

在步骤S400，摄像部250进行摄像处理。之所以拍摄全黑图案图像，是为了求出与修正用图像的差别(差分)而抑制环境光的影响。

在步骤S500，摄像图像分析部260进行传感器受光量分析处理。所谓传感器受光量分析处理，就是对图中未示出的传感器的各瞬时视野取得投影修正用图像和全黑图案图像而取得的受光量之差，同时在以作为投影光学系统130的光学中心的主点为基准的角坐标系中进行映射(作图)的处理。

在步骤S600，摄像图像分析部260推定屏幕SC的倾斜。屏幕SC的倾斜根据受光量的峰值位置相对投影光学系统130的光轴的角度决定。

峰值位置的决定，可以例如图8(a)所示的那样根据在角坐标系中映射的受光量的单纯比较和补偿处理而决定(δ2′)，也可以例如图8(b)所示的那样根据使用最小二乘法的曲线近似法(曲线拟合)而决定(δ2″)。前者的优点是算法简单，计算处理单纯，后者的优点是受光量的测量噪音引起的屏幕SC的角度的推定误差小。曲线近似法进而在峰值位置附近有大的噪音时也可以减小噪音的影响。

这样推定的屏幕SC的倾斜从摄像图像分析部260(图1)向图像处理部220传输。

在步骤S700，图像处理部220决定梯形修正量。所谓梯形修正，就是预先使投影的图像向相反方向畸变从而减小由于屏幕SC的倾斜而发生的图像的畸变的处理(即被进行补偿)。梯形修正量就是指该相反方向的畸变量。

图9是表示本发明的实施例的屏幕SC的倾斜与梯形修正量之间的关系的说明图。由图9可知，修正量随屏幕SC的倾斜增大而增大。修正量之所以随屏幕SC的倾斜增大而增大，是由于屏幕SC的倾斜增大时从投影光学系统130的主点到屏幕SC的投影面的距离在左右大不相同的缘故。

在步骤S800，液晶投影仪10投影已进行了梯形修正的图像。已进行了梯形修正的图像的投影，在图像处理部220按照决定的梯形修正量预先使投影图像畸变后进行投影。

这样，在本实施例中，使用使亮度的峰值位置的移动量与假想投影面和现实的投影面之间的角度的偏离一致而构成的修正用图像测量角度的偏离，所以，可以根据峰值位置的移动量直接测量角度的偏离。

E.变形例

本发明不限于上述实施例或实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可以各种形式实施，例如可以是以下的变形。

E-1.在上述实施例中，仅推定水平方向的屏幕SC的倾斜从而仅进行横向的梯形修正，但是，也可以结合纵向的梯形修正。对于纵向的角度的推定，液晶投影仪10可以使用例如在对重力方向或纵向调整光轴的倾斜机构内置的传感器进行测量，或者，也可以根据亮度的峰值位置的上下方向的移动量进行测量。此外，也可以根据上述实施例单独进行纵向的梯形修正。

权利要求范围的“假想投影面与现实的投影面之间的角度的偏离”表示横向和纵向中的至少一方发生的角度的偏离。

E-2.在上述实施例中，修正用图像是使峰值位置移动量与角度的偏离一致而构成的，但是，不一定必须完全一致．例如，可以在制造时将峰值位置移动量与角度的偏离之间的角度差预先存储到液晶投影仪10的图中未示出的存储器中，使用该角度差和峰值位置移动量决定角度的偏离．本发明通常可以使峰值位置移动量比全白图案图像更接近角度的偏离而构成修正用图像。但是，在上述实施例中，是有可以减小上述角度差引起的测量误差的优点。

E-3.在上述实施例中，着眼于照度比或照度分布的均匀性，通过调整而构成修正用图像使得峰值位置移动量接近角度的偏离，但是，也可以构成为使得峰值位置移动量接近角度的偏离，也可以不论照度比或照度分布的均匀性如何而构成修正用图像的模式。

E-4.在上述实施例中，图像投射部的光轴相对屏幕SC垂直地正对横向(水平方向)而配置，但是，也可以以例如与横向倾斜地配置为前提。在本发明中使用的图像投射部只要将图像投射到按预先设定的指定的位置关系配置的假想投影面上就可以，而假想投影面不必与图像投射部的光轴垂直地正对。

E-5.在上述实施例中，通过投影全黑图案进行摄像，抑制环境光的影响，但是，全黑图案的投影不是必须的，可以省略。全黑图案的投影具有可以抑制环境光的影响而提高测量精度的优点。

E-6.液晶投影仪及其他投影仪进而具有在配置成现实的投影面与假想投影面一致的状态下根据摄像信息再构成修正用图像的动作模式即校正模式。

该校正模式可以通过设置进行用于将现实的投影面配置成与假想投影面一致的状态通知投影仪的输入的装置(例如开关或接口画面)而实现。这样，可以抑制照明光学系统或液晶面板(或DMD(注册商标)面板)这样的光学系统部件随着时间的推移而引起的测量精度的降低。

E-7.在上述实施例中，本发明构成为液晶投影仪10，但是，也可以构成例如DLP(注册商标)方式或三管方式等其他方式的投影仪。此外，在上述实施例中，本发明构成为前面方式的投影仪，但是，也可以应用于例如背面方式的投影仪。

E-8.在上述实施例中，作为表示峰值位置的移位量的变量，使用了角度，但是，也可以构成为使用例如摄像装置具有的图中未示出的传感器的像素位置决定梯形修正量。通常，本发明的图像处理部只要预先使输入图像畸变，以根据峰值位置移动量补偿输出图像的畸变即可。

E-9.在上述实施例中，修正用图像通过构成为调整液晶面板120对全白图案图像的透过光量而减少向屏幕SC的中央部的透过光量，但是，也可以以除了全白图案图像以外为基准构成修正用图像。即，不一定必须使修正用图像的最明亮的像素的透过光量最大，问题仅仅是屏幕上的照度比。

本发明的功能的一部分或全部由软件实现时，该软件(计算机程序)可以以存储在计算机可以读取的记录媒体中的形式提供。在本发明中，所谓“计算机可以读取的记录媒体”，不限于软盘或CD-ROM这样的便携式的记录媒体，也包含各种RAM或ROM等计算机内的内部存储装置或硬盘等固定在计算机中的外部存储装置。

最后，本申请参照了作为优先权主张的基础的以下的日本的专利申请，并通过引用而包含在本公开中。

(1)特愿2004-99438(申请日：平成16年3月30日)

(2)特愿2005-7161(申请日：平成17年1月14日)

Claims (10)

1.一种投影仪，其特征在于：具有：

构成为根据输入图像将图像投射到按预先设定的指定的位置关系配置的假想投影面上的图像投射部；

对投射到现实的投影面上的输出图像进行摄像的输出图像摄像部；

根据上述摄像的图像输出包含与亮度相关的亮度信息的摄像信息的摄像信息生成部；和

根据上述摄像信息修正由于上述假想投影面与上述现实的投影面之间的倾斜而发生的上述输出图像相对上述输入图像的畸变的畸变修正部，

其中，上述畸变修正部具有：

将用于上述输出图像的畸变的补偿的修正用图像供给上述图像投射部的修正用图像供给部；和

根据上述摄像信息，决定从上述假想投影面的亮度的峰值位置向上述现实的投影面的亮度的峰值位置的峰值位置的移动量即峰值位置移动量，并预先使上述输入图像发生畸变以根据上述决定的峰值位置移动量补偿上述输出图像的畸变的图像处理部，

其中，上述修正用图像构成为上述峰值位置的从上述图像投射部看的角度的与上述峰值位置移动量对应的变化量比全白图案图像更接近上述倾斜的角度。

2.按权利要求1所述的投影仪，其特征在于：上述图像处理部具有：

根据上述摄像信息决定上述现实的投影面的亮度的峰值位置的从上述图像投射部看的峰值位置角度的峰值位置角度决定部；

根据从上述假想投影面的亮度的峰值位置的从上述图像投射部看的角度，即，基准峰值位置角度到上述决定的峰值位置角度的角度移动量即峰值位置角度移动量，推定上述倾斜的角度的倾斜角度推定部；和

预先使上述输入图像畸变以根据上述推定的倾斜的角度补偿上述输出图像的畸变的图像变形部。

3.要求1或2所述的投影仪，其特征在于：上述修正用图像构成为上述假想投影面的照度分布比全白图案图像更均匀。

4.按权利要求1或2所述的投影仪，其特征在于：上述修正用图像构成为上述假想投影面的照度比在85％与95％之间。

5.按权利要求1或2所述的投影仪，其特征在于：上述畸变修正部具有在上述现实的投影面配置成与上述假想投影面一致的状态下用于根据上述摄像信息再构成上述修正用图像的动作模式即校正模式。

6.一种图像投影方法，是使用构成为根据输入图像将图像投射到按预先设定的指定的位置关系配置的假想投影面上的图像投射部投影图像的方法，其特征在于：包括：

拍摄投射到现实的投影面上的输出图像的输出图像摄像工序；

根据上述摄像的图像输出包含与亮度相关的亮度信息的摄像信息的摄像信息生成工序；和

根据上述摄像信息修正由于上述假想投影面与上述现实的投影面之间的倾斜而发生的上述输出图像相对上述输入图像的畸变的畸变修正工序，

其中，上述畸变修正工序包括：

将用于上述输出图像的畸变的补偿的修正用图像供给上述图像投射部的修正用图像供给工序；和

根据上述摄像信息，决定从上述假想投影面的亮度的峰值位置向上述现实的投影面的亮度的峰值位置的峰值位置的移动量即峰值位置移动量，同时，预先使上述输入图像发生畸变以根据上述决定的峰值位置移动量补偿上述输出图像的畸变的图像处理工序，

其中，上述修正用图像构成为上述峰值位置从上述图像投射部看的角度的与上述峰值位置移动量对应的变化量比全白图案图像更接近上述倾斜的角度。

7.按权利要求6所述的图像投影方法，其特征在于：上述图像处理工序包括：

根据上述摄像信息决定上述现实的投影面的亮度的峰值位置的从上述图像投射部看的峰值位置角度的工序；

根据从上述假想投影面的亮度的峰值位置的从上述图像投射部看的角度即从基准峰值位置角度到上述决定的峰值位置角度的角度移动量即峰值位置角度移动量，推定上述倾斜的角度的工序；和

预先使上述输入图像畸变以根据上述推定的倾斜的角度补偿上述输出图像的畸变的工序。

8.按权利要求6或7所述的图像投影方法，其特征在于：上述修正用图像构成为上述假想投影面的照度分布比全白图案图像更均匀。

9.按权利要求6或7所述的图像投影方法，其特征在于：上述修正用图像构成为上述假想投影面的照度比在85％与95％之间。

10.按权利要求6或7所述的图像投影方法，其特征在于：上述畸变修正工序具有在上述现实的投影面配置成与上述假想投影面一致的状态下用于根据上述摄像信息再构成上述修正用图像的动作模式即校正模式。

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