JP2001238152A - マルチプロジェクション映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マルチプロジェクション映像表示装置におい
て、画像間の継目の目立たない高品質の映像を提供す
る。 【解決手段】 複数のプロジェクタ（１５１、１５２、
２５１、２５２、２５３）と、スクリーン（１）上に形
成すべき映像に対応した映像信号を前記複数のプロジェ
クタにそれぞれ供給する映像供給装置（２）とを備え、
該映像供給装置は、各プロジェクタの投影する画像がス
クリーン上で互いに重なる重複領域（１２０、２２０、
２２１）における重複画像数が最大でも前記複数のプロ
ジェクタの数より少なくなるように各プロジェクタに映
像信号を供給することを特徴とする。

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
タの個々の投影画像を組み合わせて映像を形成するマル
チプロジェクション映像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マルチプロジェクション映像表示装置に
おいては、複数の投影画像を滑らかに接続することが重
要であり、このために従来いくつかの手法が提案されて
いる。一例として、特開平６−２１７２４１号公報に記
載の手法を図２を用いて説明する。図２（ａ）におい
て、１００Ａは９台のプロジェクタからなる一組のマル
チプロジェクタの最大投影画像範囲を示し、１００Ｂは
４台のプロジェクタからなる他の組のマルチプロジェク
タの最大投影画像範囲を示している。スクリーン上に照
射される光は枠等で制限され、スクリーン上に実際に投
影される画像は点線１３０で囲まれた範囲（以下、目標
画像投影範囲という）である。ここでは、２つのマルチ
プロジェクタの画像を互いにずらして重ねることによ
り、中央部に比べ周辺部の輝度が低いというプロジェク
タの輝度特性を補償し、全体の輝度を均一化するように
している。

【０００３】図２（ｂ）に特開平９−３２６９８１号公
報や国際公開番号ＷＯ９９／３１８７７に記載の別の手
法を示す。この手法では、４台のプロジェクタの隣接す
る投影領域が重複するようプロジェクタを配置し、画像
を滑らかに接続している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】複数のプロジェクタを
用いて１つ（または複数）の大画面映像を実現した場
合、画素の位置誤差も拡大され、画像の継ぎ目部分が目
立ち、滑らかな画像が得られない。これを、上記のＷＯ
９９／３１８７７の場合について図３（ａ）を用いて説
明する。図３（ａ）は、２台のプロジェクタにより１つ
（または複数）の大画面映像を実現した場合を示すもの
である。１０１と１０２はそれぞれプロジェクタＡ、プ
ロジェクタＢのスクリーン上における最大画像投影範囲
を表しており、１３０が実際に映像が１つ（または複
数）で表示される目標画像投影範囲を表している。

【０００５】図３（ｂ）及び（ｃ）は、図３（ａ）の線
分ＦＧの位置における輝度分布を表した図である。プロ
ジェクタＡ、プロジェクタＢそれぞれの輝度分布をそれ
ぞれ１１３１、１１３２、２つのプロジェクタの合成輝
度分布を１１３０とする。プロジェクタＡ、Ｂ間で位置
誤差が無い場合、図２（ｂ）のように、合成輝度は一様
であり、プロジェクタＡ、Ｂの投影領域が重複する部分
においても継目無く映像は滑らかに繋がる。

【０００６】しかし、実際にはプロジェクタの位置誤差
を無くすることは困難であり、また、位置情報の測定誤
差や、設置環境、プロジェクタの経年変化などの要因に
より位置誤差を生じるのは避けられない。位置誤差を生
じると、図３（ｃ）のように、プロジェクタＡ、Ｂの投
影領域が重複する部分において、合成輝度が一様でなく
なり、１１２０で示すような輝度ノイズが生じ、その結
果、表示される画像に継目が見えてしまう。

【０００７】図３では、投影領域が重複する部分でプロ
ジェクタの輝度が滑らかに変化する場合について説明し
たが、輝度変化がなだらかでなく急峻な場合、あるいは
投影領域が重複しない場合でも、位置誤差があれば同様
に輝度ノイズを生じ、画像の継ぎ目が発生する。

【０００８】また、従来のマルチプロジェクション映像
装置において、高輝度の画像を得るため、複数のプロジ
ェクタの投影画像をスクリーン上で正確に重ねることも
知られているがこの場合にも上記問題は依然存在する。
これを以下に説明する。

【０００９】図３（ａ）の１０１、１０２の領域に、そ
れぞれ２台ずつのプロジェクタで映像を投影するように
計４台のプロジェクタを配置すると、各領域を１台ずつ
のプロジェクタで投影した場合に比べ、２倍の輝度を得
ることができる。１０１に投影する２台のプロジェクタ
を１Ａ、２Ａ、１０２に投影する２台のプロジェクタを
１Ｂ、２Ｂとする。プロジェクタ１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２
Ｂの投影領域をそれぞれ１０１、１０２、２０１、２０
２とすると、１０１と２０１、１０２と２０２はスクリ
ーン上で一致する。便宜上、プロジェクタ１Ａ、１Ｂの
画像を第１層、プロジェクタ２Ａ、２Ｂの画像を第２層
と呼ぶ。

【００１０】このときの輝度分布は図４のようになる。
１３０は２台のプロジェクタ１Ａと１Ｂより得られる目
標画像投影範囲、２３０は２台のプロジェクタ２Ａと２
Ｂより得られる目標画像投影範囲である。

【００１１】それぞれの層は位置誤差により、１１２
０、１２２０で示した輝度ノイズを生じる。ここで、そ
れぞれの層の輝度レベルをｌＣ、それぞれの層で生じる
輝度ノイズレベルをｌＮとする。このとき、最終的に得
られる映像の輝度は２ｌＣと２倍になるが、位置誤差を
生じる領域も一致するので、輝度ノイズレベルも２ｌＮ
と２倍になり、Ｓ／Ｎ比は以下の式（１）で示したよう
に、１段構成のときと変わらない。すなわち、位置誤差
による継目は２層構成にしても改善されない。同様に、
ｎ層構成（ｎ≧２）にした場合のＳ／Ｎ比も、式（２）
で示したように、１段構成のときと変わらない。このよ
うに従来技術では、多層に重ねても継目が改善されな
い。

【００１２】

【数１】

【００１３】

【数２】 また、液晶プロジェクタやＤＬＰプロジェクタなどは、
図５に示すように、輝度０の入力信号に対し、出力する
投影映像の輝度が非０であるという特性を有しており、
そのために高輝度の画像を得るために複数のプロジェク
タの画像を重ね合わせる場合には、階調性が低下すると
いう別の問題が発生する。これを図６を用いて説明す
る。

【００１４】輝度０の入力信号に対して出力する映像の
輝度をプロジェクタの黒レベルと呼び、ｌＢで表すもの
とする。図６（ａ）のような投影領域になるように各プ
ロジェクタを配置したシステムにおいて、４つのプロジ
ェクタの投影領域が重なる領域１００００で表示可能な
最も暗い最低輝度は、式（３）で表される黒レベル４ｌ
Ｂであり従って、黒画像を表示させた場合に継目なく映
像を表示させるためには、１００００以外の領域の映像
を最低輝度４ｌＢ以上に底上げする黒レベル補正が必要
であり、その結果階調が下がってしまう。

【００１５】

【数３】 本発明の課題は、複数のプロジェクタを用いて１つ（ま
たは複数）の画面を表示するマルチプロジェクション映
像表示装置において、位置誤差による継目の目立たない
高品質の画像を得ることである。

【００１６】本発明の別の課題は、マルチプロジェクシ
ョン映像表示装置において、黒レベル補正による階調の
低下を軽減することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題は、複数のプロ
ジェクタと、スクリーン上に形成すべき映像に対応した
映像信号を前記複数のプロジェクタにそれぞれ供給する
映像供給装置とを備え、該映像供給装置は、各プロジェ
クタの投影する画像がスクリーン上で互いに重なる重複
領域における重複画像数が最大でも前記複数のプロジェ
クタの数より少なくなるように各プロジェクタに映像信
号を供給することを特徴とするマルチプロジェクション
映像表示装置によって解決される。

【００１８】投影画像の輝度は周縁部に向かうにつれ低
下するように変化するので、各プロジェクタの画像の周
縁部が互いに重複するように投影する場合、この輝度の
変化が増幅され画像の継目部分にノイズが発生し画像品
質が低下する。従来の装置では、全てのプロジェクタの
画像が重複する部分の継目が特に目立ち著しく画質を低
下させていた。本発明の上記映像表示装置では、全ての
プロジェクタの画像が重複することのないように投影す
るので、従来に比べ、Ｓ／Ｎ比が改善され、画質が向上
する。

【００１９】また、液晶プロジェクタやＤＬＰプロジェ
クタのように、黒レベルに対応する最低輝度が０でない
プロジェクタの場合、重複部分の黒レベルは、画像の重
複数に比例して増大するので階調特性を劣化させるが、
本発明の映像表示装置では、画像の重複数を従来に比べ
少なくすることにより、劣化の程度を低減することがで
きる。

【００２０】複数のプロジェクタを、少なくとも第１の
映像を形成する複数の第１のプロジェクタと第２の映像
を形成する複数の第２のプロジェクタとから構成し、第
１の映像における重複領域と第２の映像における重複領
域とを互いにずらし、第１及び第２の映像の重なる部分
の一部を最終的映像としてスクリーンに表示することが
できる。このような構成では、映像の輝度が全体的に大
きくなるので更にＳ／Ｎ比を向上させることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明のマルチプロジェクシ
ョン投影装置の第１の実施形態の原理を説明する概念図
である。該実施形態のマルチプロジェクション投影装置
は、スクリーン１にそれぞれ画像を投影するプロジェク
タ１５１、１５２、２５１、２５２、２５３、これらの
プロジェクタに映像信号を供給する映像供給装置２から
構成される。

【００２２】プロジェクタ１５１、１５２、２５１、２
５２、２５３のそれぞれの最大画像投影範囲を１０１、
１０２、２０１、２０２、２０３、実際に画像が表示さ
れる目標画像投影範囲を３０で表す。

【００２３】映像供給装置２は、第１層の映像をプロジ
ェクタ１５１、１５２で形成し、第２層の映像をプロジ
ェクタ２５１、２５２、２５３で形成するように各プロ
ジェクタに映像信号を供給する。各プロジェクタは、そ
れぞれの層の投影領域１０１と１０２、２０１と２０２
と２０３とでそれぞれ目標画像投影範囲３０をカバーす
るように配置される。更に、第１層のプロジェクタの投
影領域重複部分１２０と、第２層の投影領域重複部分２
２０、２２１とが互いにずれるようにプロジェクタ１５
１、１５２、１５３、２５１、２５２を配置する。

【００２４】以下、第ｉ層（ｉ＝１、２、…、Ｎ（Ｎ≧
２））のプロジェクタｉＸの最大画像投影範囲と目標画
像投影範囲を、それぞれＳｉＸ、ＱｉＸと表す。また、
第ｉ層における目標画像投影範囲の和集合をＱｉと表
し、式（４）で定義する。

【００２５】

【数４】 図７は、第ｉ層における、原画３の各プロジェクタへの
割り当て方と目標画像投影範囲の対応を表した図であ
る。図７（ａ）のように重複領域が無いように原画を切
り出した場合、第ｉ層の各プロジェクタの目標画像投影
範囲は重複領域を持たない。一方、図７（ｂ）のように
重複領域があるように原画を切り出した場合、第ｉ層の
各プロジェクタの目標画像投影範囲は重複領域を持つ。
各プロジェクタの入力に映像供給装置２が供給する映像
の作成手順を図８で説明する。

【００２６】手順３０００で、原画の切り出し方を決定
する。ここでは、図７における重複領域のあり／なし、
及び重複領域がある場合原画の切り出しサイズに対する
重複領域の割合を決定する。

【００２７】ｗ、ｈをプロジェクタに入力させる映像の
解像度（単位はピクセル数）とすると、例えば、ＶＧＡ
の場合、式（５）のようになる。

【００２８】

【数５】 手順３０１０、３０１１で、各層、ここでは第ｉ層の画
像変換テーブルを算出する。画像変換テーブルは、幾何
変形ベクトルテーブルと画素値変換パラメータからな
る。図９、図１０は、解像度ｗ×ｈのプロジェクタの場
合における、幾何変形ベクトルテーブルと画素値変換パ
ラメタ情報をそれぞれ表すものであり、ｗ×ｈのサイズ
の元画像に１対１に対応する。

【００２９】第ｉ層のプロジェクタｉＸに関し、最大画
像投影範囲ＳｉＸから目標画像投影範囲ＱｉＸへの画像
変換をＴｉＸとするとき、国際公開番号ＷＯ９９／３１
８７７に記載されている公知の手法によりＴｉＸと図１
１の幾何変形ベクトル関数ＵｉＸを定義し、幾何変形ベ
クトルテーブルの各要素をＵｉＸによって生成する。同
様に、最大画像投影範囲ＳｉＸ内の位置（ｘ，ｙ）での
画素値変換パラメータは、国際公開番号ＷＯ９９／３１
８７７に記載されている公知の手法により求めることが
できる、図１２に示した色接合関数η｛ｉＸ［ｘ，
ｙ］｝（ｚ）によって生成する。ここでｚは色成分値を
表す。

【００３０】図７に示したように切り取られた画像の各
画素に対し、求めた幾何変形ベクトルテーブルと画素値
変換パラメータで変換した画像データをプロジェクタに
供給すると、スクリーン上で映像は継目無く表示され
る。次に、手順３０２０で、層と層の間の位置合わせを
行う。層と層の間の位置合わせは、各層で原画のどの部
分がそれぞれ表示されるかを求めて行うことができる。
図１３を参照して、層と層の間の位置合わせを説明す
る。

【００３１】第ｉ層のプロジェクタｉＸに割り当てる原
画をＩｉＸ（ｕ，ｖ）で定義する。ただしＩｉＸ＝
［０，１］×［０，１］である。Ｉ’ｉＸ（ｘ，ｙ）＝
［０，ｗ］×［０，ｈ］とし、ＩｉＸからＩ’ｉＸへの
同型写像をρｉＸとし、ρｉＸを式（６）で定義する。

【００３２】

【数６】 次に目標画像表示領域Ｑ０を定義する。Ｑ０が満たすべ
き条件を式（７）に示す。

【００３３】

【数７】 本実施形態ではＮ＝２であり、Ｑ１⊂Ｑ２とすると、式
（８）が成立する。

【００３４】

【数８】 ＳｉＸ＝［０，Ｗ］×［０，Ｈ］からＤｉＸ＝［０，
１］×［０，１］への同型写像をπｉＸとし、式（９）
で定義する。

【００３５】

【数９】 それぞれの層では、国際公開番号ＷＯ９９／３１８７７
に記載の公知の方法で映像接続を行っているので、各層
で国際公開番号ＷＯ９９／３１８７７記載の方法により
ＱｉＸ→ＤｉＸへの同型写像ξｉＸを定義することがで
きる。

【００３６】手順３１００、３１０１、３１０２で、Ｓ
１Ｘ∩ＳｉＹが空集合でないプロジェクタ１ＸとｉＹに
関し、プロジェクタ１ＸとプロジェクタｉＹの投影領域
が重複する領域に関し、Ｓ１ＸからＳｉＹへの座標変換
Ｖ（１Ｘ，ｉＹ）（ｘ，ｙ）を定義する。

【００３７】Ｖ（１Ｘ，ｉＹ）（ｘ，ｙ）の逆変換を用
いて、ＱｉＹ上の点（ｘ‘，ｙ’）（ＳｉＹ座標系）を
Ｓ１Ｘ座標系の点（ｘ，ｙ）に変換する。さらにπｉＸ
でＤ１Ｘ座標系に変換する。Ｉ＝Ｄであるから、全ての
座標をＤ１Ｘ座標系、すなわちＩ１Ｘ座標系で表すこと
ができる。

【００３８】手順３１１０で原画表示領域を決定する。
Ｑ０を原画の表示したい領域に割り当てる。手順３１２
０、３１２１、３１２２で、各プロジェクタに入力する
画像を求める。

【００３９】第ｉ層のプロジェクタｉＸに割り当てる原
画ＩｉＸは、Ｉ１Ｘ座標系に変換すると、式（８）によ
り求まる。求めたＩｉＸに対し、ベクトル関数ＵｉＸの
幾何変換を行い、ηｉＸの色変換を行った映像を各プロ
ジェクタに投影させることで、スクリーン上で１つ（ま
たは複数）の映像を得ることができる。ＩｉＸに対して
上記幾何変換および上記色変換を行うのは、図１の映像
供給装置２が行う。

【００４０】図１４は、図１の装置で得られる投影画像
の輝度の様子を表した図である。第１層、第２層の輝度
レベルをｌＣ、重複領域の輝度ノイズレベルをｌＮとす
ると、最終的に得られる映像の輝度は２ｌＣと２倍にな
るが、輝度ノイズレベルはｌＮのままであり、Ｓ／Ｎ比
は式（１０）のように２分の１となる。

【００４１】

【数１０】 このようにすることで、単層構造の２倍の輝度の映像が
得られる。本実施形態では、従来手法に比べて、接続領
域のＳ／Ｎ比が２分の１に向上するので、継目が目立た
ない高品質の映像が得られる。

【００４２】本実施形態では、２層構造の投影画像が得
られるものであるが、これをｎ層（ｎ≧２）とし、各層
の投影領域の重複部分が互いにスクリーン上で一致しな
いようにプロジェクタを配置することで、輝度がｎ倍で
あり、且つ従来手法に比べＳ／Ｎ比がｎ分の１に低減さ
れた更に高品質の映像が得られる。

【００４３】また、本実施形態では第１層の投影画像を
プロジェクタ２台で形成し、第２層の投影画像をプロジ
ェクタ３台で形成する構成であるが、第１層の画像をプ
ロジェクタＭ台（Ｍ≧２）、第２層以降の画像をプロジ
ェクタ（Ｍ＋１）台で形成する構成とし、各層の投影領
域が重複する領域が層間でずれるように配置すること
で、より大きな映像を得ることができる。

【００４４】図１５は、本発明のマルチプロジェクショ
ン映像表示装置の第２の実施形態により得られるスクリ
ーン上の投影領域の配置の概念図であり、この形態では
プロジェクタを縦方向に配置している。この場合、第１
層の画像をＭ台（Ｍ≧２）、第２層以降の画像を（Ｍ＋
１）台のプロジェクタで形成し、投影領域重複領域が層
間で互いにずれるようにプロジェクタを配置する。ｎ層
（ｎ≧２）構造にしたときの効果は、実施形態１で述べ
たものと同様である。

【００４５】図１６は、本発明のマルチプロジェクショ
ン映像表示装置の第３の実施形態により得られるスクリ
ーン上の投影領域の配置の概念図であり、この形態では
プロジェクタを２次元に配置している。この場合、第１
層の画像を縦ｈ台×横ｋ台構成（ｈ≧２，ｋ≧２）、第
２層以降の画像を縦（ｈ＋１）台×横（ｋ＋１）台で形
成し、層間で、投影領域重複領域同士が互いにずれるよ
うに配置する。ｎ層（ｎ≧２）構造にしたとき、上述の
実施形態と同様、輝度がｎ倍の映像が得られ、かつ従来
手法に比べてＳ／Ｎ比がｎ分の１に低減された高品質な
映像が得られる。

【００４６】図１７の（ａ）及び（ｂ）は、本発明のマ
ルチプロジェクション映像表示装置の第４の実施形態に
より得られるスクリーン上の投影領域の配置の概念図で
あり、この形態では第１層と第２層以降のプロジェクタ
の数を同数にしている。図１７の（ｂ）はプロジェクタ
を２次元に配置した場合を示す。この形態では、式（１
１）が成立し、第１の実施形態の場合と同様、各プロジ
ェクタへの入力画像を求めることができる。

【００４７】

【数１１】 図６（ｂ）に、各層でのプロジェクタ配置を変えること
で、黒レベルを改善した例を示す。図６（ａ）の従来の
プロジェクタ配置では、最大投影領域重複数は、１００
００の個所での４であるが、本発明の装置では、最大投
影領域重複数は、１０００１、１０００２での３であ
る。このように層のプロジェクタの投影領域の重複数が
最大３つになるようプロジェクタを配置することで、黒
レベルを従来の４分の３に軽減することができ、映像の
階調が向上する。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、複数のプロジェクタを
用いて１つ（または複数）の画面を表示するマルチプロ
ジェクション映像表示装置において、位置誤差による継
目の目立たない高品質の画像を得ることができる。ま
た、マルチプロジェクション映像表示装置において、黒
レベル補正による階調の低下を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマルチプロジェクション投影装置の第
１の実施形態の原理を説明する概念図である。

【図２】従来のマルチプロジェクション映像表示装置に
おける、複数の投影画像の接続手法を説明する図であ
る。

【図３】従来のマルチプロジェクション映像表示装置に
おける投影画像の継ぎ目部分を説明する図である。

【図４】従来のマルチプロジェクション投影装置におけ
る投影画像の輝度変化を説明する図である。

【図５】プロジェクタの輝度特性の説明図である。

【図６】投影領域の重複数の違いを、本発明装置と従来
装置とで比較して説明する図である。

【図７】マルチプロジェクション映像表示装置における
原画の切り出し方の説明図である。

【図８】各プロジェクタの入力に供給される映像の作成
手順を示す図である。

【図９】画像変換用の幾何変形ベクトルテーブルであ
る。

【図１０】画像変換用の画素値変換パラメータ情報を示
す図である。

【図１１】画像変換における幾何変形ベクトル関数を説
明する図である。

【図１２】画像変換における色変調関数を説明するグラ
フである。

【図１３】原画切り出し位置合わせ手順を説明する図で
ある。

【図１４】図１の装置で得られる投影画像の輝度の様子
を表す図である。

【図１５】本発明のマルチプロジェクション映像表示装
置の第２の実施形態により得られるスクリーン上の投影
領域の配置の概念図である。

【図１６】本発明のマルチプロジェクション映像表示装
置の第３の実施形態により得られるスクリーン上の投影
領域の配置の概念図である。

【図１７】本発明のマルチプロジェクション映像表示装
置の第４の実施形態により得られるスクリーン上の投影
領域の配置の概念図である。

【符号の説明】

１ スクリーン ２ 画像供給装置 ３０ 目標画像投影範囲 １５１、１５２ 第１層のプロジェクタ ２５１、２５２、２５３ 第２層のプロジェクタ １０１、１０２ 第１層の最大画像投影範囲 ２０１、２０２、２０３ 第２層の最大画像投影範囲 １２０ 第１層の投影領域重複部分 ２２０、２２１ 第２層の投影領域重複部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 秀樹 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか事業所内 Ｆターム(参考） 2H059 BA12 5C058 AA18 BA06 BA21 BA23 BA24 BB25 EA02 EA03

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のプロジェクタと、スクリーン上に
   形成すべき映像に対応した映像信号を前記複数のプロジ
   ェクタにそれぞれ供給する映像供給装置とを備え、該映
   像供給装置は、各プロジェクタの投影する画像がスクリ
   ーン上で互いに重なる重複領域における重複画像数が最
   大でも前記複数のプロジェクタの数より少なくなるよう
   に各プロジェクタに映像信号を供給することを特徴とす
   るマルチプロジェクション映像表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記複数のプロジェ
   クタは、少なくとも第１の映像を形成する複数の第１の
   プロジェクタと第２の映像を形成する複数の第２のプロ
   ジェクタとからなり、前記第１の映像における前記重複
   領域と前記第２の映像における前記重複領域とは位置が
   互いにずれており、前記第１及び第２の映像の重なる部
   分の一部を最終的映像としてスクリーンに表示すること
   を特徴とするマルチプロジェクション映像表示装置。