JP2001051346A - 自動画素位置調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数プロジェクタで重ねて表示する通常の画
像表示時にも画素位置の調整ができ、更に運用コストを
低減できる自動画素位置調整装置を提供する。 【解決手段】 画素位置検出用のパターンを、信号合成
装置１１０，１１１にて画素位置検出に必要な極狭い領
域に、或るフレームでは画像信号に加え次フレームでは
画像信号から差し引き、プロジェクタ１０１，１０２を
通して表示する。パターンの表示時間は、撮像装置１０
４による撮像が可能な最低限の数フレーム期間、即ち数
１０ｍ秒程度にする。画素位置検出装置１０５では前者
の撮像画像信号から後者の撮像画像信号を差し引いた画
像信号によって画素位置を検出する。ここで、パターン
表示時間が短く表示領域が極狭いため、通常の画像表示
中でも観察者１０８には知覚できない。そのうえ、その
パターンは連続するフレーム間で極性が逆なため、観察
者１０８には眼の残像特性により気付かれない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数のプロジェク
タの画像を同一のスクリーンに重ねて投射して表示する
ことにより、画像全体の解像度や輝度を向上させる投射
型表示装置の自動画素位置調整技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】投射型の表示装置では、スクリーン上で
の輝度を向上させたり、偏光方式による立体表示を行っ
たり、重畳投射方式により解像度を向上させたりという
ように、複数のプロジェクタの画像を同一のスクリーン
に投射して表示することがよく行われている。このよう
な場合、各プロジェクタの投射位置をスクリーン上の画
素サイズ以下の精度で正確に合わせる必要がある。

【０００３】従来、このような調整を行う場合には、図
７に示すように、各プロジェクタから格子模様等の特定
のパターンを表示し、観察者が手動で各プロジェクタの
画素位置を調整していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記に示す従来技術で
は、画素位置を調整する時には、格子模様等の特定のパ
ターンを表示する必要があり、通常の画像を表示してい
る時には画素位置の調整ができない。そのため、長時間
表示する場合には、消費電力が大きい大型の投射型プロ
ジェクタにつきものの温度変化による投射位置のずれが
生じ、表示特性の時間的な劣化を防ぐことができないと
いう問題点があった。また、手動で行うため、運用コス
トがかかるという問題点もあった、本発明は、通常の画
像表示時には画素位置の調整ができず、さらに運用コス
トがかかるという従来の技術が持っていた問題点を解決
するためのものであり、その課題は、複数プロジェクタ
で重ねて表示する通常の画像表示時にも画素位置の調整
ができ、さらに運用コストを低減できる自動画素位置調
整装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明による自動画素位置調整装置は、複数のプ
ロジェクタの画像を同一のスクリーンに重ねて投射して
画像を表示する投射型表示装置において、画素位置検出
用のパターン信号を発生するパターン発生手段と、該パ
ターン発生手段からのパターン信号と通常の原画像信号
とを合成してスクリーン上に表示する信号合成手段と、
該画素位置検出用のパターン信号が合成表示されたスク
リーン上の画像を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮
像した画像から各プロジェクタの画素位置を検出する画
素位置検出手段と、該検出した画素位置情報をフィード
バックして各プロジェクタの画素位置を調整する各プロ
ジェクタの画素位置調整手段とを備えたことを特徴とす
る。

【０００６】あるいは、上記の自動画素位置調整装置に
おいて、前記信号合成手段は、画素位置検出用のパター
ン信号をスクリーン上のごく狭い任意の領域に表示する
ものであり、前記撮像手段は、該領域を拡大して撮像す
るものであることを特徴とする。

【０００７】あるいは、以上の自動画素位置調整装置に
おいて、前記信号合成手段は、画素位置検出用のパター
ン信号を撮像手段が撮像可能な最低限の期間だけ表示す
るものであることを特徴とする。

【０００８】あるいは、以上の自動画素位置調整装置に
おいて、前記信号合成手段は、各プロジェクタ毎に原画
像信号の或るフレームでは画素位置検出用のパターン信
号を原画像信号に加えて表示し、次のフレームでは該画
素位置検出用のパターン信号を原画像信号から差し引い
て表示するものであり、前記画素位置検出手段は、該或
るフレームの画像を撮像した画像から該次のフレームの
画像を撮像した画像を差し引いた差分の画像信号によっ
て画素位置を検出するものであることを特徴とする。

【０００９】あるいは、上記の自動画素位置調整装置に
おいて、前記画素位置検出手段は、或るフレームの画像
を撮像した画像から該次のフレームの画像を撮像した画
像を差し引いた差分が、あらかじめ設定したしきい値以
下の場合のみ画素位置を検出するものであることを特徴
とする。

【００１０】本発明では、画素位置検出用のパターンを
通常の原画像信号と合成してスクリーンに表示し、スク
リーン上の画像を撮像して、その画像内のパターン信号
からプロジェクタ毎に画素位置を検出することで、通常
の画像表示時でも画素位置の調整ができるようにする。

【００１１】また、画素位置検出用のパターンを合成表
示する際に、画像全体ではなく、画素位置検出に必要な
ごく狭い領域のみに通常の原画像信号と例えば置き換え
などにより合成して表示したり、さらには、パターンを
表示する時間も、ビデオカメラ等の撮像装置による撮像
が可能な最低限の通常数フレーム程度の期間、すなわち
数１０ｍｓｅｃ程度の期間としたりすることによって、
通常の画像表示中に行ってもほとんど観察者には知覚で
きないようにする。

【００１２】また、画素位置検出用のパターンを原画像
信号と全く置き換えて表示するのではなく、画像信号の
あるフレームでは表示画像信号に加えて表示し、次のフ
レームでは、画素位置検出用のパターン信号を表示画像
信号から差し引いて表示し、画素位置検出手段では、前
者の画像を撮像した画像信号から後者の画像を撮像した
画像信号を差し引いた画像信号によってパターン信号を
取り出して画素位置を検出できるようにし、人間の眼に
は、その残像特性により、時間的な平均としては両フレ
ームの画像が相殺し合って、画素位置検出用のパターン
の表示に気付かれないようにする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて詳細に説明する。

【００１４】［実施形態例１］図１は本発明の第一の実
施形態例を説明する図であって、１０１，１０２はプロ
ジェクタ、１０３はスクリーン、１０４はビデオカメラ
等の撮像装置、１０５は画素位置検出装置、１０６，１
０７はプロジェクタの画素位置調整装置、１０８は観察
者、１０９は画素位置検出用パターン発生器、１１０，
１１１は通常の原画像信号と画素位置検出用パターン発
生器１０９のパターン信号を合成する信号合成装置であ
る。

【００１５】本実施形態例では、説明を簡単にするため
にプロジェクタの数は２台とするが、３台以上でも本発
明を適用できることは明白である。また、プロジェクタ
はスクリーン背面から投射する構成になっているが、ス
クリーン前面から投射する構成も可能である。また、プ
ロジェクタとスクリーン間の光路中に、全体の奥行きを
短くするための鏡を挿入する構成も可能である。

【００１６】信号合成装置１１０，１１１は、原画像信
号と画素位置検出用パターン発生器１０９の画素位置検
出用のパターン信号を合成した画像信号を各プロジェク
タ１０１，１０２へ入力する。この入力画像信号による
プロジェクタ１０１，１０２からの画像はスクリーン１
０３上に投射され、その画素位置をビデオカメラ１０４
で拡大撮像する。この撮像した画像から、画素位置検出
装置１０５により各プロジェクタ１０１，１０２の画素
位置を検出し、その情報を画素位置調整装置１０６，１
０７にフィードバックすることにより、自動的に画素位
置を調整する。以下に、画素位置情報を検出する手順に
ついて詳細に説明する。

【００１７】図２は、原画像と画素位置検出用のパター
ンとの関係を示した図である。

【００１８】今、画素位置を検出しようとしている部分
（ここでは画面の中央部と仮定する）において、ある領
域を図（ｂ）に示すように、画素位置検出用のパターン
と置き換えることにする。領域の大きさは、どの程度の
画素ずれまでを調整できるようにするかによって決まる
が、本発明で対象とするような投射型表示装置の場合、
画素ずれは最大でも数画素程度に収まる精度を持ってい
ると考えられる。したがって、通常は１辺が数画素程度
の大きさのごく狭い矩形領域とすることができる。図に
おいては、説明をわかりやすくするために、かなり大き
くして示している。この領域において、画素位置検出用
のパターン（図２（ｂ））を通常の画像信号（原画像
（図２（ａ）））に置き換えて表示する（図２
（ｃ））。このパターンには様々なものが考えられる
が、最も簡単なものは黒の背景に、白の１ドットを表示
したものである。撮像用のビデオカメラの倍率は、この
１ドットをなるべく大きな像として撮像できるように設
定する必要がある。この撮像画像から画素位置を検出す
る手法は一般的な手法が適用できる。例えば、撮像画像
の重心点を算出することにより、画素位置の中心と決め
ることができる。

【００１９】図３は、画素位置調整の手順を時間的な流
れで説明したものである。

【００２０】まず、或るフレームにおいて、プロジェク
タ１０１でのみパターンを表示し、他のプロジェクタ１
０２は同じ領域に均一なパターン（通常は黒）を表示
し、撮像装置１０４でこの領域を撮像する。次のフレー
ムでは、プロジェクタ１０２のみパターンを表示し、他
のプロジェクタ１０１は同じ領域に均一なパターン（通
常は黒）を表示し、撮像装置１０４でこの領域を撮像す
る。このようにしてプロジェクタの台数分だけこの手順
を繰り返すことにより各プロジェクタの相互位置が検出
できる。この情報によって、該当のプロジェクタの画素
位置を自動的に調整する。画素位置を調整する方法や手
段としては、プロジェクタ自体を精密な光学ステージに
載せて、このステージを機械的に調整する方法や手段も
考えられるが、装置が大掛かりになるため、プロジェク
タの光学素子によって画素位置を調整するような方法が
適している。このような装置は数多く見られ、実現性に
おいて問題となることは無い。

【００２１】なお、画素位置検出装置１０５による画素
位置検出、画素位置調整動作は、画素位置検出装置１０
５で常に画素位置検出用パターンの検出動作を行い、そ
のパターンの検出により開始してもよいし、信号合成手
段１１０，１１１からのパターンの合成表示に連動する
指示によって開始するようにしてもよい。

【００２２】［実施形態例２］図４は本発明の第二の実
施形態例を説明するである。

【００２３】本実施形態例では、第一の実施形態例のよ
うに原画像と画素位置検出用のパターンとを全く置き換
えて表示するのではなく、信号合成装置１１０，１１１
により、あるフレームにおいては原画像に画素位置検出
用のパターンを加えて表示し、次のフレームにおいては
原画像信号から画素位置検出用のパターンを差し引いて
表示し、画素位置検出装置１０５において、前者の撮像
画像から後者の撮像画像を差し引いた画像を画素位置検
出用の画像とする。このことを以下に詳細に説明する。

【００２４】あるフレームにおいては原画像信号Ｐ０
（ｘ，ｙ）に加えて、画素位置検出用のパターンＰ１
（ｘ，ｙ）を加えたものを表示する（図４（ａ））。次
のフレームでは、原画像信号Ｐ０’（ｘ，ｙ）から画素
位置調整用のパターンを差し引いたものを表示する（図
４（ｂ））。図４（ａ），（ｂ）は、この合成画像を、
図の線の方向に横軸を取り、画素値を縦軸に取って示し
たものである。

【００２５】以上の画像がスクリーンに表示され、それ
を撮像した前者の画像信号から後者の画像信号を差し引
くと、 ｛Ｐ０（ｘ，ｙ）＋Ｐ１（ｘ，ｙ）｝−｛Ｐ０’（ｘ，
ｙ）−Ｐ１（ｘ，ｙ）｝＝｛Ｐ０（ｘ，ｙ）−Ｐ０’
（ｘ，ｙ）｝＋２Ｐ１（ｘ，ｙ） となる。

【００２６】通常の画像信号は、フレーム間での相関が
強いため、フレーム間で差を取ると、Ｐ０（ｘ，ｙ）−
Ｐ０’（ｘ，ｙ）はほとんど０となる。しかし、画素位
置調整用パターンの部分は、極性を反転させて加えてい
るために、その振幅が倍となり、画素位置調整用パター
ンのみが検出できる（図４（ｃ））。一方、観察者の眼
には、フレーム期間程度の非常に短い時間に表示された
画像では、眼の積分特性により、画素位置検出用パター
ン部分は相殺されてほとんど知覚されない。この原理
は、現在のカラーテレビジョン信号方式のひとつである
ＮＴＳＣ信号方式において、カラーサブキャリア信号を
輝度信号に加えて表示しても、カラーサブキャリア信号
がフレーム間および上下のライン間で位相が反転してい
るために知覚されにくいという原理を用いていることか
らもその効果は明らかである。

【００２７】各プロジェクタ１０１，１０２の画素位置
を検出していく手順は第一の実施形態例と基本的に同じ
である。また、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を向上させる
ために、数フレーム分の信号を用いることができること
は容易に類推することができる。

【００２８】［実施形態例３］図５、図６は本発明の第
三の実施形態例を説明する図である。

【００２９】第二の実施形態例に示したように、連続す
るフレーム間で差分を取った場合、動きの激しいシーン
では、その差分が大きくなり（図５）、画素検出用のパ
ターンをうまく取り出すことができない可能性がある。
そこで、画素位置検出装置１０５では、画素位置検出用
のパターンを表示する領域において、原画像のフレーム
間で差分を取り、その差分があるしきい値以下の場合
（図６）のみ画素位置検出を行い、差分が大きい場合
（図５）にはその処理をスキップすることにより、動き
の激しいシーンがあっても画素位置の自動調整に支障を
きたさないようにすることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、通常
の画像信号を表示している場合にも自動画素位置調整が
可能である。したがって、装置の運転前や上映途中に画
素位置調整操作を行う必要が無い。したがって、プロジ
ェクタ装置の表示特性を高めることが可能となり、保守
要員コストの削減により、運用コストの低減が図れると
いう顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例を示す構成図である。

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の第一の実
施形態例を説明するための図であり、原画像と画素位置
調整用パターンの関係を示す図である。

【図３】第一の実施形態例を説明するための図であり、
画素位置を検出するための時間的な表示シーケンスを示
す図である。

【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の第二の実
施形態例を説明するための図であり、画素位置を検出す
るための時間的な表示シーケンスを示す図である。

【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明の第三の実
施形態例を説明するための図（であり、フレーム間の差
分が大きい場合を示す図である。

【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、第三の実施形態例
を説明するための図であり、フレーム間の差分が小さい
場合を示す図である。

【図７】従来の技術を説明するための図である。

【符号の説明】

１０１，１０２…プロジェクタ １０３…スクリーン １０４…撮像装置 １０５…画素位置検出装置 １０６，１０７…プロジェクタの画素位置調整装置 １０８…観察者 １０９…画素位置検出用パターン発生器 １１０，１１１…原画像と画素位置検出用パターン発生
器の信号を合成する信号合成装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上平 員丈 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5C058 BA24 BA35 BB25 EA03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のプロジェクタの画像を同一のスク
   リーンに重ねて投射して画像を表示する投射型表示装置
   において、 画素位置検出用のパターン信号を発生するパターン発生
   手段と、 該パターン発生手段からのパターン信号と通常の原画像
   信号とを合成してスクリーン上に表示する信号合成手段
   と、 該画素位置検出用のパターン信号が合成表示されたスク
   リーン上の画像を撮像する撮像手段と、 該撮像手段で撮像した画像から各プロジェクタの画素位
   置を検出する画素位置検出手段と、 該検出した画素位置情報をフィードバックして各プロジ
   ェクタの画素位置を調整する各プロジェクタの画素位置
   調整手段とを備えたことを特徴とする自動画素位置調整
   装置。
2. 【請求項２】 前記信号合成手段は、画素位置検出用の
   パターン信号をスクリーン上のごく狭い任意の領域に表
   示するものであり、 前記撮像手段は、該領域を拡大して撮像するものである
   ことを特徴とする請求項１記載の自動画素位置調整装
   置。
3. 【請求項３】 前記信号合成手段は、画素位置検出用の
   パターン信号を撮像手段が撮像可能な最低限の期間だけ
   表示するものであることを特徴とする請求項１または２
   記載の自動画素位置調整装置。
4. 【請求項４】 前記信号合成手段は、各プロジェクタ毎
   に原画像信号の或るフレームでは画素位置検出用のパタ
   ーン信号を原画像信号に加えて表示し、次のフレームで
   は該画素位置検出用のパターン信号を原画像信号から差
   し引いて表示するものであり、 前記画素位置検出手段は、該或るフレームの画像を撮像
   した画像から該次のフレームの画像を撮像した画像を差
   し引いた差分の画像信号によって画素位置を検出するも
   のであることを特徴とする請求項１または２または３記
   載の自動画素位置調整装置。
5. 【請求項５】 前記画素位置検出手段は、或るフレーム
   の画像を撮像した画像から該次のフレームの画像を撮像
   した画像を差し引いた差分が、あらかじめ設定したしき
   い値以下の場合のみ画素位置を検出するものであること
   を特徴とする請求項４記載の自動画素位置調整装置。