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HINTERGRUND DER ERFDINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Bildverarbeitungssystem und ein
Bildverarbeitungsverfahren, welche die Verzerrung eines Bildes korrigieren und
außerdem
einen Fokus einstellen können.
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Ein
Bild, das von einer Bildanzeigevorrichtung, wie beispielsweise einem
Projektor, projiziert wird, kann in Abhängigkeit von der Beziehung
zwischen der Bildanzeigevorrichtung und einer Position, auf welche
das Bild davon projiziert wird, so verzerrt werden, dass eine sogenannte
Trapezverzerrung in der vertikalen oder horizontalen Richtung entsteht. Selbst
wenn die Bildanzeigevorrichtung in Bezug auf ein zu projizierendes
Objekt im Wesentlichen korrekt angeordnet ist, kann das Bild defokussiert
werden, wenn die Entfernung zwischen der Bildanzeigevorrichtung
und dem zu projizierenden Objekt variiert.
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Demnach
muss die Bildanzeigevorrichtung ein Bild ohne Bildverzerrung oder
-defokussierung anzeigen.
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In
einem allgemeinen Projektor mit Bildverzerrungskorrektur- und Selbstfokussierungsfunktionen
jedoch korrigiert ein Benutzer die Verzerrung in einem Bild halbautomatisch,
indem er durch die Verwendung einer Maus oder dergleichen vier Ecken
in einem Bildschirm anzeigt. Um außerdem die Selbstfokussierungsfunktion
im allgemeinen Projektor durchzuführen, wurden Kalibrierungsbilder
projiziert, nachdem die Bildverzerrungskorrektur einmal ausgelöst wurde.
Wenn in diesem Fall der Projektor die Bildverzerrung erneut korrigiert,
kann der Projektionsbereich nicht angemessen fokussiert werden.
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Es
ist für
den Benutzer mühsam,
die vier Ecken im Bildschirm unter Verwendung der Maus oder dergleichen
anzuzeigen.
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Um
solch ein Problem zu überwinden,
schlug zum Beispiel die
japanische
Patentauslegeschrift Nr. 2000-241874 eine Vorrichtung zur
automatischen Bildschirmpositionseinstellung für einen Projektor vor, welche
umfasst: eine Projektionslinse, die zum Einstellen des Fokus, der
Brennweitenverstellung, des Höhenwinkels
und des Neigungswinkels in der Lage ist, eine Überwachungskamera, die sich
auf der Vorderseite des Projektorhauptkörpers befindet, zum Abtasten
eines Bildes, das auf einen Bildschirm projiziert wird, Datenkonvertierungsmittel
zum Konvertieren von Informationen von Bildsignalen, die von der Überwachungskamera
eingegeben werden, in digitale Daten und Speichern der konvertierten
Digitaldaten, Rechenmittel zum Berechnen der konvertierten Digitaldaten
von den Datenkonvertierungsmitteln, Mittel zum Einstellen des Fokus
der Projektionslinse, Brennweitenverstellungsantriebsmittel zum
Verstellen der Brennweite der Projektionslinse, Mittel zum Erfassen
der Position des Bildschirms innerhalb des abgetasteten durch die Überwachungskamera
und Mittel zum Einstellen der Trapezverzerrung im projizierten Bild
basierend auf den Daten der erfassten Bildschirmposition.
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Die
Technik der
japanischen Patentauslegeschrift
Nr. 2000-241874 ist
es jedoch, ein Prüfmusterbild
zu projizieren und abzutasten, um den besten Fokus zu erfassen,
den Fokus einzustellen, ein Vollweißbild zu projizieren und abzutasten,
um Endpunktknoten auf einem Bildschirm zu erfassen, einen Projektionsbereich
durch Brennweitenverstellung zu verkleinern oder vergrößern, bis
das projizierte Bild die Endpunktknoten des Bildschirms erreicht,
und die Orientierung der Vorderseite des Projektorhauptkörpers oder
Tiefen- und Höhenwinkel
so einzustellen, dass sich das projizierte Bild in der Mitte des
Bildschirms befindet.
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Ferner
prüft und
stellt diese Technik die Trapezverzerrung ein, indem sie die Längen der
gegenüberliegenden
Seiten des Bildschirms innerhalb des abgetasteten Bildes miteinander
vergleicht.
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Die
Technik der
japanischen Patentauslegeschrift
Nr. 2000-241874 kann
den ursprünglich
vom Benutzer beabsichtigten besten Fokus im trapezverzerrten Bild
möglicherweise
nicht bereitstellen, da sie die Trapezverzerrung korrigiert, nachdem
der Fokus einmal eingestellt wurde, wie beschrieben.
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Außerdem erfordert
die Erfassung der Bildschirmposition eine Kamera mit hoher Auflösung, was
zu einer Erhöhung
der Herstellungskosten führt.
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Die
Technik der
japanischen Patentauslegeschrift
Nr. 2000-241874 stellt
ferner die Tiefen- und Höhenwinkel
im Projektorhauptkörper
so ein, dass das Bild zwangsweise in die Mitte des Bildschirms projiziert
wird, ohne die Projektionsposition des Originalbildes zu berücksichtigen.
Solch ein Prozess setzt voraus, dass sich der Projektorhauptkörper im
Wesentlichen direkt vor dem Bildschirm befindet.
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In
Wirklichkeit tritt jedoch eine seitliche Trapezverzerrung auf, wenn
sich der Projektorhauptkörper
nicht im Wesentlichen direkt vor dem Bildschirm befindet. Wenn der
Prozess in der Annahme durchgeführt
wird, dass sich der Projektorhauptkörper im Wesentlichen direkt
vor dem Bildschirm befindet, kann demnach die seitliche Trapezverformung
nicht richtig korrigiert werden.
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Ein
vom Benutzer beabsichtigtes Bild kann nicht angezeigt werden, wenn
die Tiefen- und Höhenwinkel
im Projektorhauptkörper
so eingestellt werden, dass das Bild zwangsweise in die Mitte des
Bildschirms projiziert wird, ohne die vom Benutzer beabsichtigte
Projektionsposition zu berücksichtigen.
Genauer gesagt ist es denkbar, dass der Benutzer ein Bild auf den
Bildschirm nur auf seiner rechten Hälfte projizieren kann, da es
ein Hindernis vor der mittigen Bildschirmstelle gibt.
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Es
wird auch auf
WO 99/14716 Bezug
genommen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung erfolgt in Anbetracht des zuvor erwähnten Problems
und kann ein Bildverarbeitungssystem und ein Bildverarbeitungsverfahren
bereitstellen, welche eine Bildverzerrungskorrektur und eine Fokussierung
ungefähr
zur gleichen Zeit durchführen
können,
ohne die von einem Benutzer beabsichtigte Projektionsposition zu ändern.
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Die
Erfindung ist wie in Anspruch 1 und 5 dargelegt.
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Um
das zuvor erwähnte
Problem zu lösen, umfasst
ein Bildverarbeitungssystem gemäß einem Aspekt
der vorliegenden Erfindung:
Verzerrungskorrekturmittel zum
Korrigieren von Bildsignalen, um die Verzerrung in einem Bild einzustellen;
Bildprojektionsmittel,
umfassend eine Linseneinheit, welche eine Fokuseinstellfunktion
hat, wobei die Linseneinheit ein Bild basierend auf den korrigierten Bildsignalen
projiziert;
Antriebssteuermittel zum Steuern eines Antreibens der
Linseneinheit so, dass sich eine Brennweite der Linseinheit zu einem
Bildprojektionsbereich ändert;
Abtastmittel
zum Abtasten des projizierten Bildes;
Verzerrungskorrekturgradableitmittel
zum Ableiten der Brennweite zu einem Mittelpunkt des Bildprojektionsbereichs
und Ableiten einer Verzerrungskorrekturgrads für das Ver zerrungskorrekturmittel
basierend auf den Abtastinformationen von den Abtastmitteln;
wobei
das Verzerrungskorrekturgradableitmittel eine optimale Brennweite
zu jedem einer Mehrzahl von Grenzpunkten im Bildprojektionsbereich
basierend auf einer Leuchtdichteänderung
in einem abgetasteten Bild gemäß den Abtastinformationen
bestimmt; die Brennweite zum Mittelpunkt des Bildprojektionsbereichs
basierend auf der optimalen Brennweite zu jedem der Grenzpunkte
ableitet; Koordinaten der Grenzpunkte in einem dreidimensionalen
Raum, basierend auf der optimalen Brennweite zu jedem der Grenzpunkte
und horizontalen und vertikalen halben Bildwinkeln in den Bildprojektionsmitteln
ableitet; und den Verzerrungskorrekturgrad basierend auf den Koordinaten
im dreidimensionalen Raum ableitet,
wobei das Verzerrungskorrekturmittel
die Bildsignale basierend auf dem abgeleiteten Verzerrungskorrekturgrad
korrigiert, und
wobei das Antriebssteuermittel das Antreiben
der Linseneinheit so steuert, dass die Brennweite der Linseneinheit
die Brennweite zum Mittelpunkt des Bildprojektionsbereichs wird,
die durch das Verzerrungskorrekturgradableitmittel abgeleitet wurde.
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Ein
Bildverarbeitungsverfahren gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst:
Projizieren
eines vorbestimmten Kalibrierungsbildes, während eine Brennweite einer
Linseneinheit geändert
wird;
Abtasten des Kalibrierungsbildes in Abhängigkeit
von einer Änderung
der Brennweite der Linseneinheit;
Bestimmen einer optimalen
Brennweite zu jedem einer Mehrzahl von Grenzpunkten in einem Bildprojektionsbereich
basierend auf einer Änderung
der Leuchtdichte in einem abgetasteten Bild gemäß Abtastinformationen;
Ableiten
von Koordinaten der Grenzpunkte in einem dreidimensionalen Raum
basierend auf der optimalen Brennweite zu jedem der Grenzpunkte
und horizontalen und vertikalen halben Bildwinkeln in den Bildprojektionsmitteln;
Ableiten
eines Verzerrungskorrekturgrads basierend auf den Koordinaten im
dreidimensionalen Raum;
Korrigieren von Bildsignalen, so dass
eine Verzerrung im Kalibrierungsbild korrigiert wird, basierend auf
dem abgeleiteten Verzerrungskorrekturgrad;
Ableiten einer Brennweite
zu einem Mittelpunkt des Bildprojektionsbereichs basierend auf der
optimalen Brennweite zu jedem der Grenzpunkte im Bildprojektionsbereich;
Ändern der
Brennweite der Linseneinheit, so dass die Brennweite der Linseneinheit
die abgeleitete Brennweite zum Mittelpunkt des Bildprojektionsbereichs wird;
und
Projizieren des Bildes basierend auf den korrigierten Bildsignalen.
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Das
Bildverarbeitungssystem und dergleichen kann die Verzerrung im Bild
durch Ableiten von Koordinaten in einer Mehrzahl von Grenzpunkten
im dreidimensionalen Raum basierend auf einer Änderung der Leuchtdichte des
Bildes, der optimalen Brennweite des Bildprojektionsbereichs zu
jedem der Grenzpunkte und halben Bildwinkeln in den horizontalen
und vertikalen Richtungen korrigieren. Gleichzeitig kann es die
Linseneinheit basierend auf der optimalen Brennweite zu jedem der
Grenzpunkte so antreiben, dass die Brennweite der Linseneinheit
die Brennweite zum Mittelpunkt des Bildprojektionsbereichs wird.
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Demnach
kann das Bildverarbeitungssystem und dergleichen die Bildverzerrungskorrektur
und die Fokuseinstellung ungefähr
zur gleichen Zeit durchführen.
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Mit
diesem Bildverarbeitungssystem kann das Verzerrungskorrekturgradableitmittel
die optimale Brennweite basierend auf einer Leuchtdichteverteilung,
die eine Beziehung zwischen Leuchtdichte und Anzahl von Pixeln in
einer Grenzregion um jeden der Grenzpunkte in einem abgetasteten
Bildprojektionsbereich darstellt, gemäß den Abtastinformationen unter
der Bedingung, dass sich die Leuchtdichteverteilung innerhalb des
abgetasteten Bildprojektionsbereichs von der Leuchtdichteverteilung
außerhalb
des abgetasteten Bildprojektionsbereichs unterscheidet, bestimmen.
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Dieses
Bildverarbeitungsverfahren kann ein Bestimmen der optimalen Brennweite
basierend auf einer Leuchtdichteverteilung, die eine Beziehung zwischen
Leuchtdichte und Anzahl von Pixeln in einer Grenzregion um jeden
der Grenzpunkte in einem abgetasteten Bildprojektionsbereich darstellt,
gemäß den Abtastinformationen
unter der Bedingung, dass sich die Leuchtdichteverteilung innerhalb
des abgetasteten Bildprojektionsbereichs von der Leuchtdichteverteilung
außerhalb
des abgetasteten Bildprojektionsbereichs unterscheidet, umfassen.
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Demnach
kann das Bildverarbeitungssystem und dergleichen die Bildverzerrungskorrektur
und die Fokuseinstellung durch Bestimmen der optimalen Brennweite
basierend auf der Leuchtdichteverteilung ohne Anwenden einer Kamera
mit hoher Auflösung ungefähr zur gleichen
Zeit durchführen.
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Mit
diesem Bildverarbeitungssystem und dem Bildverarbeitungsverfahren
kann das Bild rechteckig sein, und jeder der Grenzpunkte kann der
entsprechende von Scheitelpunkten des rechteckigen Bildes ein.
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Demnach
kann das Bildverarbeitungssystem und dergleichen die Bildverzerrungskorrektur
und die Fokuseinstellung durch Verarbeiten der jeweiligen Scheitelpunkte
im rechteckigen Bild wirksamer als in einem Fall durchführen, in
dem das ganze Bild zu verarbeiten ist.
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Mit
diesem Bildverarbeitungssystem können
die
Bildprojektionsmittel ein schwarzfarbiges Bild und ein weißfarbiges
Bild projizieren und
die Verzerrungskorrekturgradableitmittel
den abgetasteten Bildprojektionsbereich basierend auf einer Differenz
zwischen den Abtastinformationen für das schwarzfarbige Bild und
für das
weißfarbige
Bild bestimmen.
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Dieses
Bildverarbeitungsverfahren kann ferner umfassen:
Projizieren
wenigstens eines schwarzfarbigen Bildes und eines weißfarbigen
Bildes als das Kalibrierungsbild; und
Bestimmen des abgetasteten
Bildprojektionsbereichs basierend auf einer Differenz zwischen den Abtastinformationen
für das
schwarzfarbige Bild und für
das weißfarbige
Bild.
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Demnach
kann das Bildverarbeitungssystem und dergleichen den Bildprojektionsbereich
basierend auf einer Differenz zwischen den Abtastinformationen eines
schwarzfarbigen Bildes und den Abtastinformationen eines weißfarbigen
Bildes sicher bestimmen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine schematische Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in
welchem ein Bild projiziert wird.
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2 ist
eine schematische Ansicht, die eine Verarbeitung von vier Ecken
im Bild gemäß einer Form
dieser Ausführung
veranschaulicht.
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3A ist
eine schematische Ansicht, die ein fokussiertes Bild veranschaulicht,
während 3B eine
schematische Ansicht ist, die eine fokussierte Leuchtdichteverteilung
veranschaulicht.
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4A ist
eine schematische Ansicht, die ein defokussiertes Bild veranschaulicht,
während 4B eine
schematische Ansicht ist, die eine defokussierte Leuchtdichteverteilung
veranschaulicht.
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5 ist
ein Funktionsblockdiagramm eines Projektors gemäß einer Form dieser Ausführung.
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6 ist
ein Hardwareblockdiagramm eines Projektors gemäß einer Form dieser Ausführung.
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7 ist
ein Flussdiagramm, das einen Bildverarbeitungsfluss gemäß einer
Form dieser Ausführung
veranschaulicht.
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8 ist
ein Flussdiagramm, das einen Abtastungsfluss gemäß einer Form dieser Ausführung veranschaulicht.
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9 ist
eine schematische Ansicht, welche die Vorderseite eines Bildes veranschaulicht,
wenn eine Bildverzerrung auftritt.
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10 ist
eine schematische Ansicht, welche die Oberseite des Bildes veranschaulicht,
wenn die Bildverzerrung auftritt.
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11 ist
eine schematische Ansicht, welche die Seite des Bildes veranschaulicht,
wenn die Bildverzerrung auftritt.
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12 ist
eine schematische Ansicht, die den Projektionsbereich veranschaulicht,
bevor die Bildverzerrung korrigiert wird und nachdem die Bildverzerrung
korrigiert wurde.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung
in Verbindung mit einem Projektor beschrieben, auf welchen die Erfindung
angewendet wird und welcher die Bildverzerrungs- und Fokuseinstellung
ungefähr
zur gleichen Zeit durchführen
kann. Es ist nicht beabsichtigt, dass eine Ausführungsform, die im Folgenden
dargestellt wird, den Gegenstand der Erfindung, wie in den beiliegenden
Ansprüchen
beschrieben, beschränkt.
Zur Durchführung
der Erfindung, welche durch die begleitenden Ansprüche definiert
wird, sind nicht unbedingt alle Komponenten erforderlich, die in
solch einer Ausführungsform
dargestellt werden.
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Gesamtsystem
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1 ist
eine schematische Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in
welchem ein Bild projiziert wird.
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Ein
Projektor 20 bildet einen rechteckigen Projektionsbereich 12 durch
Projizieren eines rechteckigen Bildes auf einen Bildschirm 10.
In dieser Ausführungsform
dient ein Farblichtsensor 60, welcher ein Teil von Abtastmitteln
ist, zum Abtasten der Region des Bildschirms 10, die den
Projektionsbereich 12 umfasst.
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In
dieser Ausführungsform
bestimmt der Projektor 20 die optimale Brennweite zu jedem
der vier Ecken (Grenzpunkte) im Projektionsbereich 12 basierend
auf einer Änderung
der Leuchtdichte im Bild infolge der Abtastinformationen vom Farblichtsensor 60.
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2 ist
eine schematische Ansicht, die eine Verarbeitung von vier Ecken
im Bild gemäß einer Form
dieser Ausführung
veranschaulicht. 3A ist eine schematische Ansicht,
die ein fokussiertes Bild veranschaulicht; und 3B ist
eine schematische Ansicht, die eine fokussierte Leuchtdichteverteilung veranschaulicht. 4A ist
eine schematische Ansicht, die ein defokussiertes Bild veranschaulicht; und 4B ist
eine schematische Ansicht, die eine defokussierte Leuchtdichteverteilung
veranschaulicht.
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Wie
in 2 dargestellt, umfasst ein abgetastetes Bild 210 eine
Region 212, die dem Projektionsbereich 12 entspricht,
und die andere Region. Der Projektor 20 hat zu verarbeitende
Grenzregionen 220 bis 223 festgelegt, welche Regionen
in der Nachbarschaft der zuvor erwähnten vier Ecken sind.
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Wenn
zum Beispiel das Bild fokussiert wird, kann die Region 212 von
der anderen Region in der Grenzregion 222 klar geteilt
werden, während
die Leuchtdichteverteilung der Region 212 von jener der anderen
Region klar getrennt werden kann.
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Wenn
andererseits das Bild defokussiert wird, kann die Region 212 von
der anderen Region in der Grenzregion 222 nicht klar geteilt
werden, während
die Leuchtdichteverteilung der Region 212 von jener der
anderen Region nicht klar getrennt werden kann.
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Das
Kriterium zum Beurteilen, ob eine Region von der anderen Region
klar getrennt wird, kann ein Kriterium zum Beurteilen, ob die Gesamtzahl
von Pixel in einem vorbestimmten Leuchtdichtebereich eine Schwelle überschreitet
oder nicht (d.h. ob die Leuchtdichteverteilung der Region 212 von
jener der anderen Region getrennt wird oder nicht), oder ein Kriterium
zum Beurteilen sein, ob der Leuchtdichtebereich, in welchem die
Anzahl von Pixeln eine Schwelle nicht überschreitet, die andere Schwelle nicht überschreitet
oder doch (d.h. es gibt weniger Regionen, welche nicht in eine der
Region 212 oder der anderen Region geteilt werden können).
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Auf
diese Weise bestimmt der Projektor 20 dieser Ausführungsform
die optimale Brennweite zu jeder von vier Ecken (Grenzpunkten) im
Projektionsbereich 12 basierend auf einer Änderung
der Leuchtdichte im Bild infolge der Abtastinformationen vom Farblichtsensor 60.
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In
dieser Ausführungsform
leitet der Projektor 20 außerdem die Brennweite zum Mittelpunkt
des Projektionsbereich 12 basierend auf diesen bestimmten
Brennweiten ab; leitet Koordinaten in den vier Ecken des Projektionsbereichs 12 in
einem dreidimensionalen Raum basierend auf den bestimmten Brennweiten
und halben Bildwinkeln des Projektors 20 in den horizontalen
und vertikalen Richtungen ab; leitet den Verzerrungskorrekturgrad
basierend auf den Koordinaten im dreidimensionalen Raum ab; und korrigiert
Bildsignale basierend auf dem Verzerrungskorrekturgrad.
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Außerdem steuert
der Projektor 20 das Antreiben einer Linseneinheit mit
einer Fokuseinstellfunktion, um eine Brennweite zum Mittelpunkt
P eines Projektionsbereichs 13 bereitzustellen, welcher durch
Korrigieren der Verzerrung im Projektionsbereich 12 bereitgestellt
wird, der in 12 dargestellt ist.
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Auf
diese Weise kann der Projektor 20 die Bildverzerrungskorrektur
und die Fokuseinstellung ungefähr
zur gleichen Zeit durchführen,
ohne eine Position zu ändern,
auf welche ein Bild projiziert wird.
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Funktionsblöcke
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Im
Folgenden werden die Funktionsblöcke des
Projektors 20 zum Implementieren solcher Funktionen beschrieben.
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5 ist
ein Funktionsblockdiagramm eines Projektors 20 gemäß einer
Form dieser Ausführung.
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Der
Projektor 20 umfasst einen Signaleingabeabschnitt 110 zum
Eingeben von Bildsignalen; einen Verzerrungskorrekturabschnitt 120 zum
Korrigieren der eingegebenen Bildsignale derart, dass die Bildverzerrung
reguliert wird; einen Signalausgabeabschnitt 130 zum Ausgeben
der korrigierten Signale; einen Bildprojektionsabschnitt 190 zum
Projizieren eines Bildes basierend auf den Bildsignalen; einen Abtastabschnitt 180 zum
Abtasten des projizierten Bildes; und einen Verzerrungskorrekturgradableitabschnitt 140 zum
Ableiten der Brennweite zum Mittelpunkt des Projektionsbereichs 12,
sowie des Grads von Verzerrungskorrektur, die durch den Verzerrungskorrekturabschnitt 120 bereitgestellt
wird, basierend auf Abtastinformationen.
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Der
Abtastabschnitt 180 umfasst eine Linseneinheit 184 mit
einer Fokuseinstellfunktion und einen Lichtempfangsabschnitt 182 zum
Empfangen von Licht von der Linseneinheit 184.
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Der
Bildprojektionsabschnitt 190 umfasst eine räumlichen
Lichtmodulator 192, einen Antriebsabschnitt 194 zum
Antreiben des räumlichen Lichtmodulators 192,
eine Lichtquelle 196 und eine Linseneinheit 198 mit
einer Fokuseinstellfunktion.
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Der
Antriebsabschnitt 194 treibt den räumlichen Lichtmodulator 192 basierend
auf Bildsignalen vom Signalausgabeabschnitt 130 an. Der
Bildprojektionsabschnitt 190 projiziert Licht von der Lichtquelle 196 durch
den räumlichen
Lichtmodulator 192 und die Linseneinheit 198.
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Der
Projektor 20 umfasst ferner einen Fokussierlinsenantriebsabschnitt 162,
der als Teil eines Antriebssteuermittels und zum Antreiben der Linseneinheiten 184 und 198 dient;
einen Bildanalyseabschnitt 170, der als Teil eines Verzerrungskorrekturgradableitmittels
und zum Analysieren der Abtastinformationen dient; einen Steuerabschnitt 160,
der als Teil des Antriebssteuermittels und zum Steuern des Fokussierlinsenantriebsabschnitts 162 basierend
auf den Abtastinformationen dient; und einen Kalibrierungsbilderzeugungsabschnitt 150 zum
Erzeugen von Kalibrierungsbildern, die zur Korrektur verwendet werden.
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Die
Hardware zum Implementieren der jeweiligen Abschnitte des zuvor
erwähnten
Projektors 20 in einem Computer kann durch die folgenden Komponenten
realisiert werden.
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6 ist
ein Hardwareblockdiagramm, das einen Projektor 20 gemäß einer
Form dieser Ausführung
veranschaulicht.
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Zum
Beispiel kann der Signaleingabeabschnitt 110 im Computer
durch Verwenden eines A/D-Wandlers 930 oder dergleichen
implementiert sein; der Verzerrungskorrekturabschnitt 120 kann
im Computer durch Verwenden einer Bildverarbeitungsschaltung 970,
eines RAMs 950, einer CPU 910 oder dergleichen
implementiert sein; der Signalausgabeabschnitt 130 kann
im Computer durch Verwenden eines D/A-Wandlers 940 oder
dergleichen implementiert sein; der Kalibrierungsbilderzeugungsabschnitt 150 und
der Bildanalyseabschnitt 170 können im Computer durch Verwenden
der Bildverarbeitungsschaltung 970, des RAMs 950 oder
dergleichen implementiert sein; der Steuerabschnitt 160 und
der Fokussierlinsenantriebsabschnitt 162 können im
Computer durch Verwenden der CPU 910, des RAMs 950 oder
dergleichen implementiert sein; der Abtastabschnitt 180 kann
im Computer durch Verwenden einer CCD-Kamera implementiert sein;
und ein räumlicher
Lichtmodulator 192 kann im Computer durch Verwenden eines
Flüssigkristallfelds 920,
eines ROMs 960 zum Speichern eines Flüssigkristalllichtventiltreibers
zum Antreiben des Flüssigkristallfelds 920 oder
dergleichen implementiert sein.
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Diese
Abschnitte können
so konfiguriert sein, dass sie sich die Informationen dazwischen durch
einen Systembus 980 gegenseitig liefern. Der Farblichtsensor 60 ist
Teil des Abtastabschnitts 180.
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Diese
Abschnitte können
in einem Computer ganz oder teilweise in Hardwareform, wie beispielsweise
Schaltungen, oder Softwareform, wie beispielsweise Treiber, implementiert
sein.
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Außerdem können die
Funktionen des Verzerrungskorrekturabschnitts 120 und dergleichen
im Computer durch Auslesen eines Programms, um zu bewirken, dass
der Computer als der Verzerrungskorrekturabschnitt 120 und
dergleichen fungiert, aus einem Informationsspeichermedium 900,
in welchem das Programm gespeichert wurde, implementiert sein.
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Solch
ein Informationsspeichermedium 900 kann zum Beispiel durch
CD-ROM, DVD-ROM, ROM, RAM HDD oder dergleichen implementiert sein.
Zum Beispiel kann das Programm, das im Informationsspeichermedium 900 gespeichert
ist, in einer kontaktierenden oder kontaktlosen Weise ausgelesen
werden.
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Die
zuvor erwähnten
Funktionen können
im Computer anstelle des Informationsspeichermediums 900 implementiert
werden, indem ein Programm zum Implementieren der zuvor erwähnten Funktionen
im Computer oder dergleichen von einem Hostgerät oder dergleichen durch einen Übertragungskanal
heruntergeladen wird.
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Als
Nächstes
wird der Fluss der Bildverarbeitung unter Verwendung dieser Abschnitte
beschrieben.
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7 ist
ein Flussdiagramm, das einen Bildverarbeitungsfluss gemäß einer
Form dieser Ausführung
veranschaulicht.
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Zuallererst
aktiviert ein Benutzer den Projektor 20, der seinerseits
Kalibrierungsbilder projiziert.
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In
einem Anfangsstadium steuern der Steuerabschnitt 160 und
er Fokussierlinsenantriebsabschnitt 162 die Linseneinheiten 184 und 198,
um die Brennweiten der Linseneinheiten 184 und 198 zu
minimieren (Schritt S1).
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Der
Projektor 20 führt
dann den Abtastprozess (Schritt S3) aus, bis die Brennweiten maximiert sind
(Schritt S2).
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8 ist
ein Flussdiagramm, das einen Bildverarbeitungsfluss gemäß einer
Form dieser Ausführung
veranschaulicht.
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Der
Projektor 20 beurteilt, ob es das erste Mal ist oder nicht.
Wenn es das erste Mal ist, erzeugt ein Kalibrierungsbilderzeugungsabschnitt 150 ein Vollschwarzkalibrierungsbild,
und der Bildprojektionsabschnitt 190 projiziert das Vollschwarzkalibrierungsbild
(Schritt S11).
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Der
Abtastabschnitt 180 tastet einen Bildschirm 10 ab,
auf welchen das Vollschwarzkalibrierungsbild projiziert wird (Schritt
S12).
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Der
Kalibrierungsbilderzeugungsabschnitt 150 erzeugt auch ein
Vollweißkalibrierungsbild,
und der Bildprojektionsabschnitt 190 projiziert das Vollweißkalibrierungsbild
(Schritt S13).
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Der
Abtastabschnitt 180 tastet den Bildschirm 10 ab,
auf welchen das Vollschwarzkalibrierungsbild projiziert wird (Schritt
S14).
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Der
Projektor 20 beurteilt dann, ob es das erste Mal ist oder
nicht (Schritt S15) und wählt
einen Projektionsbereich nur im Falle des ersten Mals aus (Schritt
S16). Genauer gesagt, bestimmt der Bildanalyseabschnitt 170 zwischen
einer Region 212, die dem Projektionsbereich 12 entspricht,
und der anderen Region basierend auf einer Differenz zwischen den
Abtastinformationen für
das Vollweißkalibrierungsbild
und den Abtastinformationen für
das Vollschwarzkalibrierungsbild. Der Bildanalyseabschnitt 170 kann
Grenzregionen 220 bis 223 im anschließenden Prozess
dadurch identifizieren, dass er die Information gespeichert aufweist.
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Der
Bildanalyseabschnitt 170 erfasst dann die Leuchtdichteverteilung
um die Region 212 an ihren vier Ecken (Schritt S17). Der
Abtastabschnitt 180 kann die X-, Y- und Z-Werte eines Bildes
als Abtastinformationen ausgeben, und der Bildanalyseabschnitt 170 kann
die Leuchtdichteverteilung durch Behandeln des Y-Werts unter den
X-, Y-, und Z-Werten als Leuchtdichte erfassen.
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Es
ist zu erwähnen,
dass die X-, Y- und Z-Werte Tristimuluswerte im geräteunabhängigen kolorimetrischen
XYZ-System sind, welches durch die Commission Internationale de
l'Eclairage (CIE) festgelegt
ist. Im kolorimetrischen XYZ-System
kann der Y-Wert als Leuchtdichtewert behandelt werden.
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Der
Steuerabschnitt 160 und der Fokussierlinsenabschnitt 162 steuern
die Linseneinheiten 184 und 198, um die Brennweiten
der Linseneinheiten 184 und 198 in regelmäßigen Intervallen
zu ändern (Schritt
S18).
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Wenn
die Brennweiten während
des zuvor erwähnten
Abtastprozesses maximiert werden (Schritt S3), erfasst der Bildanalyseabschnitt 170 Entfernungen
vom Projektor 20 zu den vier Ecken des Projektionsbereichs 12 basierend
auf den Brennweiten, die im Steuerabschnitt 140 gespeichert
sind, und den Leuchtdichteverteilungen, die im Bildanalyseabschnitt 170 gespeichert
sind (Schritt S4).
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Der
Steuerabschnitt 160 überträgt dann
die Informationen an den Verzerrungskorrekturgradableitabschnitt 140.
Der Verzerrungskorrekturgradableitabschnitt 140 leitet
dann den Verzerrungskorrekturgrad basierend auf den Entfernungen
zu den vier Ecken des Projektionsbereichs 12 ab (Schritt
S5).
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Ein
Prozess zum Ableiten des Verzerrungskorrekturgrads wird ausführlicher
beschrieben.
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9 ist
eine schematische Ansicht, welche die Vorderseite eines Bildes veranschaulicht,
wenn eine Bildverzerrung auftritt. 10 ist
eine schematische Ansicht, welche die Oberseite eines Bildes veranschaulicht,
wenn eine Bildverzerrung auftritt. 11 ist
eine schematische Ansicht, welche die Seite eines Bildes veranschaulicht,
wenn eine Bildverzerrung auftritt. 12 ist
eine schematische Ansicht, welche einen Projektionsbereich 12,
bevor die Bildverzerrung korrigiert wird, und einen Bildprojektionsbereich 13,
nachdem die Bildverzerrung korrigiert wurde, veranschaulicht.
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Es
wird zum Beispiel angenommen, dass ein virtueller dreidimensionaler
Raum seinen Ursprung 0 hat, durch welchen sich eine horizontale
X-Achse, eine vertikale Y-Achse und eine Z-Achse orthogonal zu den
X-und Y-Achsen erstrecken.
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Wenn
angenommen wird, dass die horizontalen und vertikalen halben Bildwinkel
im Projektor 20 θh
und θv
sind und dass die Brennweiten zu den jeweiligen vier Eckpunkten
A, B, C und D L1, L2, L3 beziehungsweise L4 sind (cm oder eine andere
Einheit), können
die Koordinaten der Punkte A, B, C und D im dreidimensionalen Raum
durch Verwenden der folgenden trigonometrischen Funktionen bestimmt werden.
- A: (X1, Y1, Z1) = (–L1·tan(θh), L1·tan(θv), L1);
- B: (X2, Y2, Z2) = (–L2·tan(θh), –L2·tan(θv), L2);
- C: (X3, Y3, Z3) = (L3·tan(θh), –L3·tan(θv), L3); und
- D: (X4, Y4, Z4) = (L4·tan(θh), L4·tan(θv), L4);
-
Ein
Vektor N senkrecht zum Bildschirm 10 wird dann unter Verwendung
von Koordinateninformationen für
jegliche 3 der Punkte A, B, C und D bestimmt. Die Berechnung der
Koordinateninformationen für
die Punkte A, C und D wird hier durch ein Beispiel erläutert. N = (Xn, Yn, Zn); Xn =
(Y4 – Y3)·(Z1 – Z4) – (Z4 – Z3)·(Y1 – Y4); Yn = (Z4 – Z3)·(X1 – X4) – (X4 – X3)·(Z1 – Z4); und Zn = (X4 – X3)·(Yl – Y4) – (Y4 – Y3)·(Xl – X4).
-
Dieser
Vektor N wird dann verwendet, um einen Winkel zu bestimmen, der
zwischen dem Bildschirm 10 und dem Projektor gebildet wird,
einen horizontalen halben Bildwinkel θx und einen vertikalen halben
Bildwinkel θy. θx
= atan(Xn/Zn); und θy = atan (Yn/Zn).
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Die
Winkelinformationen θx
und θy
werden dann verwendet, um Koordinaten A', B',
C' und D' in einem Flüssigkristalllichtventil,
das in Bezug auf seine Bildverzerrung an den vier Ecken korrigiert
ist, aus einer Tabelle zu erhalten, in welcher die Winkelinformationen θx und θy mit den
Graden von Korrektur in den x- und y-Koordinaten auf dem korrigierten
Flüssigkristalllichtventil
an den vier Ecken davon in Verbindung gebracht wurden.
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Auf
diese Weise kann der Bildanalyseabschnitt 170 die Korrekturgrade
basierend auf den Brennweiten L1, L2, L3 und L4 zu den entsprechenden
vier Eckpunkten A, B, C und D ableiten (Schritt S5).
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Der
Bildanalyseabschnitt 170 berechnet ferner eine Entfernung
L5 zum Mittelpunkt P eines Rahmens, der durch die vier Eckkoordinaten
E, F, G und H im Projektionsbereich 13 dargestellt wird,
der in Bezug auf seine Bildverzerrung korrigiert und in 12 dargestellt
ist, basierend auf der mittigen Koordinatenposition eines Rahmens,
der durch die Koordinaten A',
B', C' und D' dargestellt wird,
die für
eine Region bezeichnend sind, die mit ihrer Bildverzerrung auf dem
Flüssigkristalllichtventil
korrigiert ist, und den tatsächlichen
Entfernungen L1 bis L4 zwischen den vier Eckkoordinaten A, B, C
und D und dem Projektor 20 (Schritt S6).
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Der
Steuerabschnitt 160 und der Fokussierlinsenantriebsabschnitt 162 steuern
dann die Linseneinheit 198 so, dass die Brennweite der
Linseneinheit 198 gleich L5 wird (Schritt S7).
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Auf
diese Weise korrigiert der Verzerrungskorrekturabschnitt 120 Bildsignale
vom Eingangssignalverarbeitungsabschnitt 110 mit einem
Korrekturgrad, durch welchen die Trapezverzerrung korrigiert wird,
und der Bildprojektionsabschnitt 190 projiziert basierend
auf den korrigierten Bildsignalen ein Bild, das in Bezug auf seine
Brennweite eingestellt ist (Schritt S8).
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Wie
bereits erwähnt,
kann der Projektor 20 dieser Ausführungsform die Bildverzerrung
durch Ableiten der Koordinaten der vier Ecken im dreidimensionalen
Raum basierend auf der Änderung
der Leuchtdichte im Bild, der optimalen Brennweite zu jedem der
vier Ecken im Projektionsbereich 12 und den horizontalen
und vertikalen halben Bildwinkeln korrigieren, während er gleichzeitig die Linseneinheit 198 basierend
auf der jeweiligen der optimalen Brennweiten so antreiben kann,
dass sie die Brennweite zum Mittelpunkt des Projektionsbereichs 12 bereitstellt.
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Demnach
kann der Projektor 20 die Bildverzerrungskorrektur und
die Fokuseinstellung ungefähr zur
gleichen Zeit durchführen.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
kann der Projektor 20 die Bildverzerrungskorrektur und
die Fokuseinstellung auch durch Bestimmen der optimalen Brennweite
basierend auf der Leuchtdichteverteilung ungefähr zur gleichen Zeit durchführen, ohne
eine Kamera mit hoher Auflösung
anzuwenden.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
kann der Projektor 20 außerdem die Bildverzerrungskorrektur und
die Fokuseinstellung durch Verarbeiten der jeweiligen Scheitelpunkte
im rechteckigen Bild im Vergleich zu einem Fall, in dem das ganze
Bild zu verarbeiten ist, wirksamer durchführen.
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Da
der Farblichtsensor 60, der als Teil des Abtastabschnitts 180 fungiert,
nicht jede Position direkt erfasst, sondern eine niedrige Auflösung aufweisen
kann, kann der Projektor der vorliegenden Erfindung mit geringeren
Herstellungskosten erzeugt werden.
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Modifikationen
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Obwohl
die Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung
nicht auf die zuvor erwähnten
Formen beschränkt.
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Die
zuvor dargelegte Ausführungsform
wurde im Hinblick auf die Ableitung der Verzerrungsgradkorrektur
unter Verwendung der Tabelle beschrieben, in welcher die Verzerrungskorrekturgrade
mit den Werten θx
und θy
in Verbindung stehen.
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Gemäß einer
Modifikation dieser Ausführungsform
kann der Projektor 20 so konfiguriert sein, dass er eine
andere Tabelle verwendet, in welcher die dreidimensionalen Koordinaten
für die
vier Eckpunkte A, B C und D mit den Korrekturgraden in Verbindung
stehen. Demnach kann der Projektor 20 die Verzerrungsgradkorrekturgrade
bestimmen, ohne die Werte θx
und θy
zu bestimmen. Da außerdem
die verwendete Tabelle eine zweidimensionale Struktur aufweisen
kann, welche die Werte θx
und θy
als Suchschlüssel
in dem System verwendet, das diese Werte verwendet, kann die Tabelle
im Vergleich zu dem System, das die dreidimensionalen Koordinaten für die vier
Eckpunkte verwendet, vereinfacht werden, um dadurch einen weiteren
Vorteil bereitzustellen, durch welchen der Projektor für ein sogenanntes Telewide-(Brennweitenverstellungs-
und Vergrößerungs-)System
verwendet werden kann.
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Obwohl
die Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf das wiederholte Projizieren,
Abtasten und Verarbeiten der Kalibrierungsbilder bei Ändern der
Brennweite von Mindest- zu Höchstwerten
beschrieben wurde, kann der Projektor 20 so konfiguriert
sein, dass er alle Verarbeitungen der Kalibrierungsbilder, einschließlich der
Projektion und dergleichen, zu dem Zeitpunkt beendet, zu dem die
optimalen Brennweiten an den vier Ecken des Projektionsbereichs 12 erfasst
wurden.
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Die
vorliegende Erfindung ist neben dem Projektor 20 auch für andere
Bildverarbeitungssysteme effektiv, die verschiedene Arten von Lichtquellen, wie
beispielsweise Kathodenstrahlröhren
oder CRTs (Cathode Ray Tubes), Leuchtdioden oder LEDs (Light Emitting
Diodes) und dergleichen, verwenden.
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Der
Projektor 20 kann die Form eines Flüssigkristallprojektors oder
eine Projektors haben, der ein Digital Micromir ror Device (DMD)
verwendet. DMD ist eine Handelsmarke, die Texas Instruments Incorporated
in den USA gehört.
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Außerdem können die
Funktionen des Projektors 20 durch einen einzigen Projektor
oder durch eine Mehrzahl von dezentralisierten Verarbeitungsgeräten (z.B.
einen Projektor und einen PC) ausgeführt werden.