JP2003315911A

JP2003315911A - 自動補正機能付き映像投影装置

Info

Publication number: JP2003315911A
Application number: JP2002122694A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Watanabe; 昌洋渡辺; Toshimi Morizumi; 俊美森住
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】映像を投影する際に、映像投影角度の変化
によって映像の位置の変化および歪みが生じないように
投影方向を自動補正する映像投影装置を提供する。【解決手段】設定入力部１からデフォルトの投影領
域の位置を入力する。次に、投影面に接している固定部
を原点にした映像投影部３の相対位置を可動部の角度、
長さ等から位置検出部５で検出する。次に、デフォルト
の投影領域に映像投影部３の映像を投影したときの投影
影像の歪みを打ち消す補正パラメータを演算部６で計算
する。次に、計算された補正パラメータを補正映像生成
部７に送り、補正された映像を生成する。映像投影部３
の位置、投影面を記憶部２に記憶する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェクタ
等の映像投影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクタ等を使って映像を投影
することによって、元の投影対象の映像よりも大きな映
像を見ることができ便利である。しかし、プロジェクタ
によって映像を投影する平面（以下、投影面と呼ぶ）が
プロジェクタの中心と投影された画像の中心を結ぶ軸
（以下、投影軸と呼ぶ）と垂直に交わらない場合には、
投影する画像に歪みが生じる。

【０００３】この歪みに対しては、元の画像をあらかじ
め適当に歪ませることによって、投影された画像を歪み
のない画像とする方法があり、市販のプロジェクタに搭
載させている。しかし、投影軸と投影面との角度を自動
的に検知するには複雑な機構を必要とするため、調整は
手動で行われているのが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】液晶プロジェクタ等の
映像投影装置を使って映像を投影するとき、前述したよ
うな歪み補正機構がついていても、手動での映像の歪み
補正は手間がかかるという問題がある。さらに、プロジ
ェクタの位置がずれたときには、その都度、再び歪み補
正を行う必要がある。

【０００５】また、携帯電話やPDA等のモニタ画面の小
さな小型情報機器を考えると、ちょっと触っただけでも
その位置が変化してしまうため、上記の歪み補正を頻繁
に行う必要がでてくる。ここで、PDAとはPersonal Digi
tal Assistant（携帯用個人情報端末）のことである。
また、小型情報機器の液晶画面とプロジェクタ部分とに
同じ筺体を共有させ、同時に使用することを考えると、
液晶画面は見る角度に応じて見やすさが変わるため、見
やすい角度を調整することが必要である。しかし、その
角度に応じて投影された画面が歪んだり、投影位置が変
化してしまったりして、その都度、歪み補正を手動で行
う必要があり、非常に使いづらいものとなる。

【０００６】また、机上の電灯スタンドのような形状の
プロジェクタからの映像を机上に写して使用することを
考えると、机上の作業のやり方によっては自分の手が影
になり、映像が写せなくなる恐れがある。映像の投影方
向を変えればよいが、その際、投影位置の補正、歪み補
正を行う必要がでてくる。

【０００７】本発明の目的は、映像を投影する際に、映
像投影角度の変化によって映像の位置の変化および歪み
が生じないように投影方向を自動補正する映像投影装置
を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、使用者がプ
ロジェクタのついた機器の投影面に対する角度を調整す
るなどしてプロジェクタの角度が変化した場合にも、投
影影像の歪みを打ち消す補正パラメータを算出して投影
すべき方向を自動的に計算し、投影の方向を自動的に調
整することで、情報機器のプロジェクタの位置を自由に
調整しても、投影された画像は歪みや位置変化がないよ
うにすることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１０】図１は本発明の一実施形態の映像投影装置
（プロジェクタ）の構成図である。

【００１１】本映像投影装置は、投影位置等の設定を入
力する設定入力部１と、投影位置等の設定を記憶する記
憶部２と、映像を投影する映像投影部３と、映像を投影
する方向を調整する投影方向調整部４と、映像投影部の
位置、投影軸の方向を検出する位置検出部５と、投影面
での歪みを演算する演算部６と、投影面での歪みを補正
するためにあらかじめ歪ませた映像を生成する補正映像
生成部７と、各部を制御する制御部８からなる。

【００１２】図２は映像投影システムの全体の構成を示
している。この例では、システムは固定部９と可動部１
０からなり、固定部９を投影面に密着させて使うこと、
映像投影部３を投影面に対して、所定の向きに設置する
ことを前提とする。ただし、固定部９と可動部１０とい
う部分が必須ではなく、一部が投影面に密着し、映像投
影部３の投影方向を変更できる構造でさえあればよい。
この例では、固定部１０が投影面上に置かれているため
に、投影面との位置関係が容易に把握できる。すなわ
ち、固定部１０と投影領域１１の相対位置が変わらなけ
れば、固定部１０を移動しない限り投影領域１１が変化
しないため使い易い。映像投影部３は可動部９における
可動軸A１を中心に角度（図２での角度α）および可動
軸A２を中心に角度を変化させることができ、可動部９
は固定部１０における可動軸A３を中心に角度（図２で
の角度β）を変化させることができる。この例のように
可動軸A１と可動軸A２が平行のときには、映像投影部３
はある平面上を移動するため、可動部９の長さ（可動軸
A１と可動軸A２の間の長さ）と可動軸A１と映像投影部
３までの長さは既知であるので、映像投影部３の位置を
数学的に計算することができる。

【００１３】ここでいう映像投影部３の位置とは固定部
１０に対する相対位置のことである。図３、４を用いて
説明する。固定部１０の一点（a：固定部基準点と呼
ぶ）を決めると、映像投影部３の一点（d：映像投影部
基準点と呼ぶ）までの方向と距離がわかれば、相対位置
がわかったことになる。つまり、ベクトル

【００１４】

【外１】

【００１５】を求めることができればよい。

【００１６】bを可動軸A３上にある固定部１０上の一点
としてとる。aも固定部１０上の一点としてとると、固
定部１０は伸び縮みしないので、点aから点bへの方向と
距離は不変であるので、わかる。つまりベクトル

【００１７】

【外２】

【００１８】を求めることができる。次に、cを可動軸A
１およびA２上の点としてとると、点bから点cへの距離
は不変である。可動軸A３の回転度合い（図２の角度
β）がわかれば点bから点cへの角度が求まる。なぜなら
ば、ベクトル

【００１９】

【外３】

【００２０】とベクトル

【００２１】

【外４】

【００２２】のなす角度がβだからである。同様に、可
動軸A１およびA２の回転度合いがわかれば、ベクトル

【００２３】

【外５】

【００２４】を求めることができる。

【００２５】

【数１】

【００２６】として、ベクトルの足し算によって求める
ことができる。

【００２７】さらに、図５、図６は別の形態の例で、可
動部９、可動軸の数が多いときの例である。図５には可
動部９₁と可動部９₂、固定部１０がある。映像投影部３
の位置は可動軸A１の周りに回転移動することにより変
化し、可動部９₁は可動軸A２の周りに回転移動すること
により変化し、さらに、可動部９₂は可動軸A３の周りに
回転移動することにより固定部１０との位置が変化す
る。可動軸A１、A２の周りの回転角度を計測し、数学的
に計算することにより、映像投影部３の位置を求めるこ
とができる。

【００２８】さらに、図６も同様に、可動部９₁、可動
部９₂、固定部１０がある。映像投影部３の位置は可動
軸A１の周りに回転移動することにより変化し、可動部
９₁は可動軸A２の周りに回転移動することにより変化
し、さらに、可動部９₂は可動軸A３の周りに回転移動す
ることにより固定部１０との位置が変化すると同時に、
その長さを変化させることができる。可動軸１、２の周
りの回転角度および可動部９₂の長さを計測し、数学的
に計算することにより、図２の場合と同様に、固定部に
対する映像投影部３の位置を求めることができる。

【００２９】次に、本実施形態の処理の流れを図７のフ
ローチャートにより説明する。

【００３０】まず、ステップ１０１に設定入力部１から
デフォルトの投影領域（図２の投影中心と投影領域）の
位置を入力する。入力には投影方向を数値で設定入力部
１から入力してもよい。また、見やすい位置にテストパ
ターンを投影し、設定入力部１の入力ボタンを押下し、
記憶する方法も考えられる。これは、例えば図２に示す
ように投影領域にテストパターンを投影して、投影領域
のテストパターンの位置が使用者の望む位置であれば、
設定ボタンを押すという方法である。

【００３１】投影位置の入力方法について図８により説
明する。

【００３２】図８は図２の真上から見た図である。投影
中心を入力する方法から説明する。まず、簡単のため、
固定部１０の一点で平面上に接している点（図３、４で
はa）を原点oとして、平面上にx軸、y軸を引く。こうす
ることにより、映像中心の座標が決まるので、それを設
定入力部１からx＝x1、y＝y1というように二つの数値を
入力する。あるいは、手で可動軸A１、A２、A３を適当
に動かし、ユーザの見やすい位置にテストパターンを投
影する。ユーザがよいと思えば、設定入力部１の入力ボ
タンを押す。このとき、前記説明したように、可動軸A
１、A２、A３の角度がわかっているので、dの位置を数
学的に計算することができる。ここで、図３、４におい
て、ベクトル

【００３３】

【外６】

【００３４】が図２における投影軸上にある場合には、
投影軸と平面との交点が投影中心となるので、数学的に
計算することができる。ベクトル

【００３５】

【外７】

【００３６】が投影軸上にないときでも、ベクトル

【００３７】

【外８】

【００３８】と投影軸のなす角は映像投影部３の物理的
形状で決まっているため、計算することができる。次
に、投影領域を入力する方法を説明する。テストパター
ンの頂点の位置を入力することにより、投影領域を決定
することができる。図８の点fの座標を入力することに
より、投影領域を入力する。または、手で可動軸A１、A
２、A３を適当に動かし、ユーザがよいと思えば、設定
入力部１の入力ボタンを押す。点fの位置は投影中心の
位置と同様に計算される。

【００３９】設定ボタンが押されると、映像投影部３の
投影方向および映像投影部３の位置、すなわち、ステッ
プ１０２に投影面に接している固定部を原点にした相対
位置を、可動部９の角度、長さ等から位置検出部５が計
算する。ここで、映像投影部３の位置を計算するために
必要な、可動部９の長さ、角度等で可変でないものもあ
るが、それらについては、記憶部２にあらかじめ記憶さ
れている。これらの値と検出された可動部９の長さ、角
度等を合わせて相対位置を決定することができる。

【００４０】図８のように平面上に原点oをとる。平面
上にx軸、y軸をとり、平面に垂直な方向にz軸をとる。
図３、４における点aの座標は（xa, ya, za）と書くこ
とができる。同じく、bの座標は（xb, yb, zb）、cの座
標は（xc, yc, zc）、dの座標は（xd, yd, zd）と書く
ことができる。

【００４１】式（１）におけるベクトル

【００４２】

【外９】

【００４３】は長さと方向がわかっている。これらを具
体的にそれぞれ（x1, y1, z1）、（x2, y2, z2）、（x
3, y3, z3）とする。これらの要素は既知の値である。

【００４４】

【数２】

【００４５】なので

【００４６】

【数３】

【００４７】なので

【００４８】

【数４】

【００４９】なので

【００５０】

【数５】

【００５１】となる。これは点aを決めれば、点dが決ま
るということを意味する。

【００５２】図４のように、投影軸上に点g, hをとる
と、点g, hと点c, dとの相対位置は、本装置においては
不変である。したがって、ベクトル

【００５３】

【外１０】

【００５４】は既知となり、装置固有の値である。した
がって、既知の定数α1、β1を使って、ベクトル

【００５５】

【外１１】

【００５６】は、ベクトル

【００５７】

【外１２】

【００５８】のα1倍のベクトル

【００５９】

【外１３】

【００６０】のβ1倍の和と表すことができる。

【００６１】

【数６】

【００６２】となる。

【００６３】同じく、ベクトル

【００６４】

【外１４】

【００６５】は、定数α1、β1を使って、

【００６６】

【数７】

【００６７】と表すことができる。

【００６８】ベクトル

【００６９】

【外１５】

【００７０】がここで求める投影方向となる。

【００７１】

【数８】

【００７２】で求めることができる。

【００７３】次に、投影中心を求める。投影方向が上記
でわかっている。

【００７４】点hの座標は、

【００７５】

【外１６】

【００７６】とおくと、

【００７７】

【数９】

【００７８】となる。これが、hの座標を表している。

【００７９】点hを通り、方向がベクトル

【００８０】

【外１７】

【００８１】と平行な直線を求めることができる。

【００８２】この式と、投影面の平面の式を連立させて
解けば、投影中心を求めることができる。同様に、投影
領域も計算することができる。

【００８３】次に、以上の位置関係から歪みの度合いが
わかったので、ステップ１０３にデフォルトの投影領域
に映像投影部３の映像を投影したときの投影影像の歪み
を打ち消す補正パラメータを演算部６で計算する。ここ
で、歪みが起きるのは、投影軸が投影面（図４参照）に
対して垂直ではないからである。投影方向は、計算でき
ているので、それが投影面の法線ベクトルに対し垂直で
あるかどうかがわかる。垂直でなけば、投影画像に歪み
が生じる。歪みの度合いは投影軸が投影面に対してどの
程度傾いているかによって決まる。投影軸が投影面の法
線ベクトルに対してθの角度で投影されているとする
と、θが大きければ大きいほど、歪みが生じる。

【００８４】補正パラメータの計算方法について説明す
る。

【００８５】図９のように投影源１を仮定する。投影源
ｌとはプロジェクタの光源の中心である。投影軸は投影
源を出て投影面に対してある角度で投影されているとす
る。投影面の法線方向に向かい、投影源を通るような直
線を引く。その直線と投影面の交点をmと呼ぶ。また、
投影中心をnと呼ぶことにする。３つの点l, m, nは一つ
の平面上に存在し、l, m, nのつくる角度θが一意に決
まる。このθが９０度のときには、歪みはない。つま
り、（９０―θ）度が歪みの大きさということができ
る。θが小さいほど歪みが大きくなる。

【００８６】本装置の場合、投影面に垂直に投影できな
いのが歪みの原因であるから、歪みは一方向（直線mnの
方向）に生じることになる。投影面上で直線mnと垂直な
方向には歪みは生じない。この直線mnの方向に投影した
像は延びることになる。したがって、元々の像を直線mn
の方向に適当な倍率に縮小しておけば、投影された画像
は元の画像と同じくなり、歪みがなくなる。この倍率が
補正パラメータとなる。

【００８７】この倍率を求める方法について、図１０を
用いて説明する。投影軸上の点k（投影元中心と呼ぶ）
を通り、投影軸に垂直な平面αを考える。平面α上にxy
軸をとる。図１０の左側に示す。A（xa, ya）は投影元
の画像を構成する一点である。図１０の右側に、投影後
の画像を示す。これは投影面を表しており、中心は投影
中心mである。Aが投影面に投影されると、B（xb, yb）
の位置に投影されることとする。Y方向、y方向は、直線
mnの方向と同じとする。すると、Y方向には生じること
になる。X軸方向には歪みは生じないことになる。さ
て、Y方向にどれだけ延びてしまうかは以下のように求
める。

【００８８】AがBに投影されるため、xaが定数倍されて
xbになる。この定数をγとおくと、xb＝γxaとなる。こ
れがy方向にも同じ倍率だけ投影されればよいのである
が、投影軸が傾いているときは、そうならない、そのと
きの倍数をδとする。つまりyb＝δyaとなる。よって、
元々の画像をy方向にγ／δ倍しておけば、x軸方向と同
じ倍率となり、歪みを生じないということになる。

【００８９】図１１では、点l, m, nを通る平面上で考
えてみる。A’(O, ya）、B’(O, yb）ということにな
る。

【００９０】γ＝mC／kA’＝lm/lk δ＝mB’／kA’ ということになる。ここで、mB’を求めればよいが、ta
nθ2＝kA’／lkであるので、ここからアークタンジェン
トを計算してθ2が計算される。tanθ3はmn／lnである
ので、ここからアークタンジェントを計算してθ3が計
算される。

【００９１】nB’＝ln tan (θ2＋θ3) mB’＝nB’― ln＝In (tan(θ2＋θ3）―1）となり、mB’が計算される。

【００９２】これによって、補正パラメータであるγ／
δが計算されたことになる。

【００９３】次に、ステップ１０４に、計算された補正
パラメータを補正映像生成部７に送り、補正された映像
を投影する（図１０参照）。

【００９４】ステップ１０５に同時に映像投影部３の位
置、投影方向、補正パラメータ等をデフォルト値として
記憶部２に記憶する。

【００９５】最後のステップ１０６に、映像投影部３よ
り「初期化されました」などのメッセージを投影する。

【００９６】次に、映像投影部３の位置がずれたときの
フローを図１３において説明する。図２、５、６に示し
たような、机の上の映像の投影領域は、可動部９を手で
移動させたときにも同じ位置に留まってくれた方が便利
である。ユーザにとっては、映像投影領域にモニタが設
置されているという感覚を得ることになるが、何らかの
作業中には可動部９を動かしたいと思うときがあると考
えられる。そのときに、投影領域もそのままずれてしま
うよりも、投影領域の位置が変化しないように、演算し
てくれる方が便利である。

【００９７】図１２（１）で映像を投影していた場合の
可動軸A１、A３の角度がそれぞれ角度α1、β１であっ
たとする。手動で角度β１をβ２に変化させたときに
は、α１も自動的にα２に変化すれば、図１２（２）に
示すように、投影領域の位置を変わらなくすることがで
きる。

【００９８】まず、ステップ２０１に、映像投影部３の
位置がずれたかどうかを位置検出部５で検出し、制御部
８で判定する。

【００９９】映像投影部３の位置（固定部１０との相対
位置）が計算されデフォルト値として記憶部２に記憶さ
れている。図２において、可動軸A１、A２、A３のうち
どれかに角度変化があった場合、映像投影部３の位置が
変化する。そこで、可動軸A１、A２、A３のいずれかの
角度に変化があったかどうかにより、映像投影部３の位
置がずれたかどうかを検出する。

【０１００】ステップ２０２に、映像投影部３の位置が
ずれたときにどの程度ずれたかを映像投影部３の新しい
位置と映像投影部３のデフォルトの位置を比較すること
により、座標位置の変化として計算する。

【０１０１】ステップ２０３において、まず投影中心を
元に戻す。投影中心はデフォルト値が記憶されており、
映像投影部３の新しい位置からも投影中心が計算され
る。投影中心を元に戻すように、可動軸A１で調整す
る。

【０１０２】ステップ２０４において、補正パラメータ
を計算する。記憶部２に記憶された倍率で投影面に投影
されるように計算を行う。

【０１０３】ステップ２０５では、ステップ２０３の調
整、ステップ２０４の計算が完了したかを判断する。角
度の可動範囲からステップ２０３での調整がうまくいか
なかった可能性がある。ステップ２０３での調整の結
果、投影軸の座標を求めて、デフォルト値と比較して判
断する。また、画像の拡大縮小範囲の制限から、ステッ
プ２０４の計算がうまくいかなかった可能性がある。図
１０に示した点Aの座標が平面αの範囲を越えてしまっ
たときに、うまくいかなかったと判断する。平面αの範
囲はデフォルト値として、装置に与えられているものと
する。これら一つでもうまくいかなかった場合、補正が
うまくいかなかったとして、ステップ２０７に進む。

【０１０４】ステップ２０６では、ステップ２０４で計
算された補正パラメータによって、元の映像を変形さ
せ、歪みを補正する映像を生成する。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小型情報機器に取り付けられた映像投影部の位置や方向
が変化しても、投影位置があらかじめ記憶されているデ
フォルトの位置へ戻すことができ、映像の歪みもなくす
ることができ、液晶モニタ等の別用途に使われる機器が
組み込まれているときに、液晶モニタの視認性を向上さ
せるために映像投影部の位置を変化させても、投影面上
に投影された映像の位置も変わらず、歪みもなく投影す
ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の映像投影装置のブロック
図である。

【図２】映像投影装置による投影の様子を示す図であ
る。

【図３】映像投影装置による投影の様子を示す図であ
る。

【図４】映像投影部基準点の計算方法の説明図である。

【図５】映像投影装置システムの外観図である。

【図６】映像投影装置システムの外観図である。

【図７】本発明の第１の実施形態の動作で、投影された
映像のデフォルトの位置等を登録する動作を示すフロー
チャートである。

【図８】投影位置の入力方法を示す図である。

【図９】投影方向の計算方法の説明図である。

【図１０】投影像の変形方法の説明図である。

【図１１】γ、δの計算方法の説明図である。

【図１２】角度α、βを変えて投影領域を同じにする例
を示す図である。

【図１３】映像投影部３の位置や方向に変化があったと
きに、投影された映像を初期設定の位置に補正する動作
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１設定入力部２記憶部３映像投影部４投影方向調整部５位置検出部６演算部７補正映像生成部８制御部９可動部１０固定部 A１、A２、A３可動軸１０１〜１０６、２０１〜２０７ステップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投影方向および／または投影位置を変え
ることが映像投影部を有する映像投影装置において、前記映像投影部の投影方向および投影位置を検出する手
段と、デフォルトの投影領域に前記映像投影部の映像を投影し
たときの投影映像の歪みを打ち消す補正パラメータを算
出し、該補正パラメータに基づく補正された映像を投影
し、そのときの映像投影部の投影方向、投影位置をデフ
ォルト値として記憶しておく手段を有することを特徴と
する映像投影装置。
【請求項２】前記映像投影部の位置がずれたとき、映
像投影部の新しい位置とデフォルトの位置から位置の変
化を検出し、投影中心の位置変化を打ち消すように投影
方向を調整し、投影映像の歪みを打ち消す補正パラメー
タを算出する手段と、該補正パラメータに基づいて歪み
を補正する映像を生成する手段をさらに有する、請求項
１に記載の映像投影装置。