JP2004349979A - 画像処理装置、画像処理方法および画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キーストン歪みによる輝度差を補正する。
【解決手段】プロジェクターの画像処理の回路２内に、ＬＣＤパネル３に表示された表示画像３ａを、光を利用して外部のスクリーン１０１に投射するときの、当該投射の向きのスクリーン面に対する角度におうじた輝度の補正値Ｇを設定する手段２ｂと、この補正値Ｇにもとづいて、ＬＣＤパネル表示画像３ａの輝度を画素ごとに補正する輝度補正回路２ｃと、を有する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルなどの画像表示手段を有し、当該画像表示手段に表示した表示画像を、光を利用して外部の投射面に投射したときの投射の角度におうじて生じる投射面上の輝度の変化を補正することができる画像処理装置および画像処理方法、ならびに、画像投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆるプロジェクターと称される画像投射装置は、画像表示手段、たとえばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）パネルを有している。画像表示手段に画像を表示させ、その画像を外部のスクリーンなどの投射面に投影する。このとき、スクリーンに対するプロジェクターからの画像の投射角度が斜めであると、本来、矩形状であるはずの画像がスクリーン上で台形状に歪む。
このため、スクリーン上の画像の台形歪みを補正するいわゆるキーストン補正機能を備えた液晶プロジェクターが知られている。
【０００３】
鉛直または水平のキーストン歪み補正では、スクリーン上の投影画像と逆方向に意図的に歪ませた画像を液晶パネル上で生成する。正矩形の入力画像を意図的に歪ませる画像変換は、通常、プロジェクターが有する画素数変換機能を利用して行う。たとえば、鉛直のキーストン歪み補正では、元画像の１フレーム内の単数または複数の水平ラインデータに対して、補間処理や間引き処理をディジタル的に施すことにより台形歪みの逆変換を実行する。
【０００４】
たとえば図１５（Ａ）に示すように、スクリーン１０１に向かって斜め左下にプロジェクター１を配置し、その位置からスクリーン１０１に画像を投射した場合、スクリーン１０１上では水平方向と鉛直方向の歪みが合成され投影画像が複雑に歪む。図１５（Ａ）では、この歪み画像の形状を、スクリーン１０１上の斜線を含む画像形状で表している。この歪み画像を正矩形の形状に補正するには、鉛直と水平の両方向でキーストン歪み補正を行う必要がある。このキーストン歪み補正では、歪みを表すアドレス群を生成し、生成したアドレス群にもとづいた位置に補間演算により新たな画素データを生成する処理を実行する方法がとられる。その結果、図１５（Ｂ）に示す入力画像を元に、ＬＣＤパネル上で図１５（Ｃ）に示すように変形された表示画像が生成される。
【０００５】
このような画素の補間演算では、画素データを生成すべきアドレス点（以下、補間アドレス点という）の周囲に存在する元画像の画素データを水平と鉛直でそれぞれ複数個用いる必要があり、２次元の補間演算が必要となる。この演算には、２次元の補間フィルタを用いることもできるが、一般的には、演算規模、メモリのビット幅の制約、設定の自由度などの理由から鉛直、水平に独立な２つの１次元の補間フィルタを用いる。たとえば、最初に鉛直の１次元の補間フィルタに元画像データを通し、これにより生成された補間データを、さらに水平の１次元の補間フィルタに通すことにより、新たな画素データを生成する。
【０００６】
図１６に、４タップのフィルタによる畳み込み演算で１つの画素データを生成する１次元の補間演算例を示す。
補関係数は補間位置と画素データとの距離で決まるので、このときのｘ軸方向の距離の関数ｈ（ｘ）により、それぞれの位相に対する補間係数（フィルタ係数）を表すことができる。よって、このときの図示した補間点Ｑの画素データｑは、元画素データＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いて式（１）に示す畳み込み演算で表すことができる。
【０００７】
【数１】

実際には補間関数ｈ（ｘ）については様々なものが考えられ、補間フィルタの特性を変えることで画質も変えることができる。
【０００８】
ところで、輝度を含む様々な画質調整を行うプロジェクターが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００３−３２５８０号公報（第３頁など）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
これまでキーストン補正では画素データの補間演算により、画像の形状だけを変形させて補正しているだけであった。入力として均一な輝度の画像を投射した場合、図１７（Ａ）に斜線で示す補正まえの場合、スクリーン１０１に投射された映像（投影画像）は、プロジェクター１からの距離が離れれば離れるほど１画素あたりの面積が広くなって、単位面積あたりの輝度が低くなっていく。このためスクリーン１０１上の投影画像がもつ輝度は均一ではなく、プロジェクター１から遠いほど暗くなって見える。この輝度の変化は、図１７（Ｂ）に示すように形状を補正し、明るさが均一のＬＣＤ表示画像をスクリーン１０１に投影したときのキーストン歪み補正後の投影画像でも同じであり、スクリーン１０１から遠くなるほど暗くなって見える。
このような輝度変化が起こると、視覚的には、太陽光や照明などの光が、実際とは異なった向きから照射されているように見えて映像が見づらくなる。また、スクリーン１０１に対する投射角度が大きくなるほど、画面内での輝度差が顕著に生じ、オリジナルの映像品位に対しての低下を招く。
【００１１】
前述した特許文献１では輝度補正を行っていることに変わりないが、この補正対象となっている輝度の差は、シャープネス調整により生じたものであり、キーストン歪みがでるような斜め投射にともなう輝度の差とは異なっている。具体的な補正方法は、上記特許文献１に開示されていないが、原因や輝度差の生じ方が異なる以上、その補正方法も異なったものとなる。
【００１２】
本発明の目的は、ＬＣＤパネルなどの画像表示手段の表示画像を、光を利用して外部の投射面（たとえば、スクリーン）に対して斜めから投射した場合でも、有効に輝度の差を補正する処理を行うことができる画像処理装置と、その方法、ならびに、画像投射装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る画像処理装置は、画像表示手段に表示する画像を補正する画像処理装置であって、前記画像表手段に表示された表示画像を、光を利用して外部の投射面に投射するときの、前記投射面に対する当該投射の角度に応じた輝度の補正値を設定する補正値設定手段と、前記補正値にもとづいて、前記表示画像の輝度を画素ごとに補正する輝度補正回路と、を有することを特徴とする。
【００１４】
好適に、前記補正値が、前記表示画像の複数の画素それぞれに対し設定された水平方向の補正係数と鉛直方向の補正係数とを含み、前記設定された補正係数に対応した複数の画素間の他の画素に対する水平方向の補正係数と鉛直方向の補正係数とを補間により求める係数補間回路を、さらに有することを特徴とする。
また、好適に、前記表示画像の前記補正をしようとする画素が映像領域に属するか否かを判断する領域判断回路を、さらに有し、前記輝度補正回路は、上記判断の結果にもとづいて映像領域の画素に対して前記画素ごとの輝度補正を行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る画像処理方法は、画像表示手段に表示する画像を補正する画像処理方法であって、前記画像表手段に表示された表示画像を、光を利用して外部の投射面に投射するときの、前記投射面に対する当該投射の角度に応じた輝度の補正値を設定するステップと、前記補正値にもとづいて、前記表示画像の輝度を画素ごとに補正する輝度補正ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１６】
このように構成された画像処理装置および画像処理方法によれば、輝度の補正値が上記補正値設定手段から出力される。この輝度の補正値は、画像表手段に表示された表示画像を前記投射面に投射するときの、前記投射面に対する当該投射の角度に応じた値を有している。たとえば、前記補正値が、前記表示画像の複数の画素それぞれに対し設定された水平方向の補正係数と鉛直方向の補正係数とを含んで構成されている。必要に応じ、これらの補正係数を用いて係数補間回路が、より細かい間隔の画素について上記２方向の補正係数を算出する。読み出された、あるいは、算出されたこれらの補正係数を用いて、輝度補正回路が前記表示画像の輝度を画素ごとに補正する。このとき、領域判断回路が、輝度を補正しようとする画素が映像領域内であるか否かを、たとえば、輝度が黒レベルの画素データを所定割合で含むか否かを調べることにより調査する。ある一定の割合で黒レベルの画素データを含む場合は映像領域の外側であるとして、輝度補正を行わない。黒レベルでない有効な輝度レベルの画素データを比較的多く含む場合は映像領域であるとみなして、その輝度が補正係数におうじて調整される。投射角度、たとえば投射面に垂直な向きからの傾き角度が小さい場合は輝度補正値も小さいが、投射角度が大きい場合、それにおうじて輝度補正値も大きくなる。
【００１７】
本発明に係る画像投射装置は、画像表示手段を有し、光を利用して、前記画像表示手段に表示された表示画像を外部の投射面に投射する画像投射装置であって、前記画像表手段に表示された表示画像を前記投射面に投射するときの、前記投射面に対する当該投射の角度に応じた輝度の補正値を設定する補正値設定手段と、前記補正値にもとづいて、前記表示画像の輝度を画素ごとに補正する輝度補正回路と、を有することを特徴とする。
【００１８】
このように構成された画像投射装置では、上述した画像処理装置と同様にして輝度が補正された画像が画像表示手段に出力され、その表示面に表示される。その後、光を利用した投射によって、この表示画像が外部の投射面、たとえばスクリーンの面に投影される。上記輝度補正の結果、表示画像では逆に輝度差が生じており、この輝度差が存在するため、投射面上では輝度の差がない投影画像が表示される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像処理装置、画像処理方法および画像投射装置の実施の形態を、フロントプロジェクション型の液晶プロジェクターを例に、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１に、プロジェクターの基本構成を示す。
プロジェクター１は、映像信号（入力信号）に種々の信号処理を施す回路および各種駆動系の回路を含む回路部２を有する。回路部２は、信号処理回路内の一部に、画素数変換の機能を利用した画素データの補間により投影画像の歪み補正を行う歪み補正回路２ａ、輝度の補正値を設定する補正値設定手段２ｂ、および、輝度補正回路２ｃを含む。プロジェクター１は、歪み補正回路２ａから出力された歪み補正画像をさらに輝度調整し、その結果得られた表示画像３ａを表示する画像表示手段３、たとえばＬＣＤパネルを有する。また、プロジェクター１は、表示画像３ａを外部に投射するための光源を含む投光部４と、各種レンズを含む光学部５とを有する。ＬＣＤパネル３は透過型と反射型のいずれでもよいが、いずれにしても表示画像３ａが、光学部５を通ってほぼ鉛直の投射面、たとえばスクリーン１０１に投影画像１０１ａとして映し出される。ＬＣＤパネル３はＲＧＢの色ごとに３つ設け、色ごとの画像が光学部５で合成される。
【００２１】
プロジェクター１は、さらに、ＬＣＤパネル３の画像とスクリーン１０１との相対的な関係を示す相対関係データを取得する手段（以下、相対関係取得手段）６を有する。相対関係取得手段６は、外部から相対関係データを入力する入力部、ボタンなどの外部操作手段、想定される相対関係データを予め記憶したＲＯＭなどの記憶手段、あるいは、相対関係を自ら検出する手段など、種々の形態がある。相対関係取得手段６は、たとえば、少なくとも画像のスクリーン１０１までの距離、および、光学部５の光軸とスクリーン面とのなす角度を取得する。
【００２２】
歪み補正回路２ａは、入力される相対関係データにもとづいて歪み画像のアドレス（補間アドレス）を生成し、この補間アドレスと所望の正矩形の画像のアドレスとの対応関係にもとづいて、補間処理により新たな画素データを生成する。このとき１つの画素データの生成に用いるべき元画像の複数Ｎ個の画素データが上記対応関係から求まり、また、フィルタ係数セットを生成して、これら元画像のＮ個の画素データとフィルタ係数セットを、Ｎタップのフィルタに入力する。これにより投射面上で歪みがキャンセルされるように逆方向に歪んだ画像が、当該歪み補正回路２ａから出力される。
【００２３】
補正値設定手段２ｂは、上記相対関係データのうち、少なくとも光学部５の光軸とスクリーン面とのなす角度（水平および鉛直方向の角度、以下、投射角度という）を入力し、輝度の補正値を、投射角度と関係付けた状態で設定する手段である。より詳細には、投射角度と輝度の補正値とを逐次演算するＣＰＵのような演算回路、投射角度と輝度の補正値とを関係付けて予め記憶しているＲＯＭなどの記憶回路のいずれの形態でもよい。補正値は、実測値から求めたものでもよいし、計算により求めたものでもよい。
実測値は、たとえば当該プロジェクターの出荷時に、スクリーンに対する投射方向の角度を種々変えながら、たとえば推奨の観賞位置（通常、スクリーンに向かって正面位置）から輝度を実測することにより得られる。輝度測定は、輝度計を用いてもよいし、リファレンスとなる高精度カメラから画像を取り込んで、その撮像データの解析により行ってもよい。
計算による場合は、投射角度に対する補正値を関数化してプログラム中の関数演算により、与えられた投射角度に対する補正値を逐次出力する形式でもよい。また、投影画像の所定の箇所ごとの画素における広がり面積を計算し、その逆数の相対値を輝度測定値の代わりに用いてもよい。
【００２４】
輝度補正回路２ｃは、歪み補正後の画像データを入力し、補正値におうじて輝度を補正する。なお、輝度補正回路２ｃは、歪み補正まえの映像信号に対して輝度補正を行うこともできる。
【００２５】
前述した画素数変換はスケーリングとも呼ばれるが、この処理では画素の補間演算が行われる。補間演算は、たとえば、イメージプロセッサと称される画像処理回路内に、スケーラと呼ばれる回路ブロックを内蔵させることにより実現される。
【００２６】
図２は、回路部に含まれる画像処理回路、すなわちイメージプロセッサとその周辺の回路ブロックの一構成例を示す図である。
図解した画像処理回路は、コムフィルタ（Ｃｏｍｂ Ｆｉｌｔｅｒ）２１、クロマデコーダ（Ｃｈｒｏｍａ Ｄｅｃｏｄｅｒ）２２、セレクトスイッチ（ＳＷ）２３、アナログ−ディジタル・コンバータ（Ａ／Ｄ）２４、イメージプロセッサ（Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２５、ＳＤＲＡＭなどからなる画像メモリ２６、および、ＣＰＵ２７を有する。このうち、イメージプロセッサ２５とＣＰＵ２７が、画像変換の機能を実現するための具体的構成例に該当する。なお、これらの画像メモリ２６やＣＰＵ２７の機能をイメージプロセッサ２５内に内蔵させてもよい。
【００２７】
図解した画像処理回路は、コンポジットビデオ信号（以下、Ｖｉｄｅｏ信号）、Ｙ／Ｃ信号、ＲＧＢ信号のいずれの映像信号にも対応している。Ｖｉｄｅｏ信号はコムフィルタ２１に、Ｙ／Ｃ信号はクロマデコーダ２２に、ＲＧＢ信号はセレクトスイッチ２３に、それぞれ入力される。いま、Ｖｉｄｅｏ信号が入力されている場合を考えると、コムフィルタ２１でＹ／Ｃ信号に変換され、続くクロマデコーダ２２でＹＵＶ信号に変換される。セレクトスイッチ２３によって選択された信号がＡ／Ｄ２４により変換されてディジタル信号になる。この信号がイメージプロセッサ２５に入力され、所望の信号処理が行われる。このとき、イメージプロセッサ２５の処理がＣＰＵ２７により制御され、処理中に、適宜画像メモリ２６が使用される。所望の信号処理が行われたあとは、処理後の信号が画像表示手段、たとえばＬＣＤパネル３に送られ、この信号にもとづいてＬＣＤパネル３に、投射する画像が表示される。
【００２８】
図３に、イメージプロセッサ内部の回路ブロックの一構成例を示す。
イメージプロセッサ２５は、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｌａｃｅ−Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ）変換部２５１、スケーラ２５２、ＣＰＵインターフェース２５３、メモリ制御部２５４、および読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２５５を有する。スケーラ２５２は、図１に示す歪み補正回路２ａを構成するアドレス発生部２５６、係数発生部２５７、および、フィルタ演算部２５８を有する。また、フィルタ演算部２５８の出力に輝度補正回路２ｃが接続されている。ここで、図１に示す補正値設定手段２ｂに関し、演算により補正値を算出する場合は図２に示すＣＰＵ２７が補正値設定手段２ｂに該当する。あるいは、参照テーブルで補正値を保持している場合、ＲＯＭ２５５が補正値設定手段２ｂに該当する。いずれにしても、相対関係データ、とくに投射角度の情報はＣＰＵ２７に入力され、必要におうじて、ＲＯＭ２５５に供給される。なお、ＣＰＵ２７は、輝度補正回路２ｃを含め当該イメージプロセッサ２５内のすべての構成を制御するものとする。
【００２９】
イメージプロセッサ２５に入力された映像信号はＩＰ変換部２５１に送られ、ここでインターレース信号がプログレッシブ化される。この処理では画像メモリ２６を用いるが、メモリインターフェースとしてのメモリ制御部２５４にＩＰ変換部２５１が接続されることによって、ＩＰ変換部２５１は画像メモリ２６との間で画像データのやり取りを行う。プログレッシブ化された信号は、スケーリング処理を行うためにスケーラ２５２に送られる。スケーラ２５２の内部では、歪み補正に必要なアドレスをアドレス発生部２５６で生成する。フィルタ係数を係数発生部２５７で発生させ、発生させたフィルタ係数をフィルタ演算部２５８に供給する。フィルタ演算部２５８が、与えられたフィルタ係数を用いた補間演算を行い、入力した映像信号が示す元画像が、所定の大きさと形状を有したＬＣＤパネルの画像に変換される。この変換後の画像の信号が輝度補正回路２ｃに出力され、ここで輝度補正された後、ＬＣＤパネル３に送られる。この輝度補正の詳細は後述する。なお、ＲＯＭ２５５は、この補間演算に用いるフィルタ係数などのデータを保持する。また、これら一連の処理を含むイメージプロセッシングを制御するＣＰＵ２７のインターフェース２５３がＩＰ変換部２５１、スケーラ２５２およびＲＯＭ２５５に接続されている。
【００３０】
図４に、歪み補正回路および輝度補正回路の入出力の各信号を示す。また、図５に、歪み補正回路の詳細を示す。
本実施の形態では、図５に示すようにキーストン歪みの補正回路２ｃに領域判断回路２ｄを内蔵し、領域判断回路２ｄが、画素補間により生成された画素データが映像領域に属するか否かを判断する。たとえば、４タップフィルタ構成の場合、パラレルに入力される、あるいは、歪み補正回路内のデータ遅延部から同期した状態で出力される画像データＡ〜Ｄのうち、１つでも輝度レベルがほぼゼロ（黒レベル）でないデータが存在すると、これは映像領域であると判断して、領域判断回路２ｄから出力されている領域判定信号が、たとえばハイレベルに遷移する。なお、この判断基準は任意であり、輝度が黒レベルのデータ数が２，３，…といった１より大きい他の数値以上であるという基準を用いることもできる。また、補間演算後の新たなデータに黒レベルのものが続いた場合など、他の基準を用いることもできる。
輝度補正回路２ｃは、入力される領域判定信号により「画素が映像領域内である」ことを示す、たとえばハイレベルのときのみ、処理しようとする画素データの輝度の補正を許可するように制御される。これにより、輝度補正が必要な箇所のみで行われ、処理の効率が向上する。
【００３１】
つぎに、輝度補正処理の詳細を、図６に示すフローチャートに沿って説明する。
図４に示す歪み補正回路２ａに画素データが映像信号として入力されると（ステップＳＴ１）、ここでキーストン歪み補正が行われるとともに、入力された画素データから補正後の画素が映像領域に属するか否かを示す領域判定信号が作成される（ステップＳＴ２）。領域判定信号は、たとえば、映像領域に属することを示す「１」と、映像領域外であることを示す「０」が画素データの処理周期で変化するデータ列である。領域判定信号および歪み補正後の画素データは、同期した状態で図４に示す輝度補正回路２ｃに入力される。
【００３２】
ステップＳＴ３は、輝度の補正値の設定のステップである。このステップは説明の便宜上、この処理フロー内に記載しているが、実際は、処理フローが始まるまえに予め行われる。すなわち、補正値が参照テーブルに記憶されている場合、補正値の書き込みが、この補正値の設定に該当する。この場合、補正値の書き込みは製品出荷時に予めなされる。また、補正値がプログラムの手順にしたがって関数パラメータから求められる場合、この補正値設定ステップは省略される。
【００３３】
いずれの場合でも、補正値の設定の仕方自体は同じである。この補正値の設定方法を、つぎに説明する。
補正値として、鉛直方向、水平方向に対して任意の間隔で所望の輝度の補正係数を設定する。補正は基本的に暗い方の輝度にあわせることになるため、求める補正係数は１未満が普通である。ただし、輝度のゲインを上げる余裕があれば、その範囲内で補正係数を１より大きくしてもよい。
ここで、最も簡単に、補正係数の設定ポイントとして画像の四隅を想定し、その設定ポイント間の補正係数を補間処理により求める。設定ポイントの間隔は後述しているように、より細かく輝度補正を行うためにもっと細かくしてもよい。
【００３４】
図７に、補正係数の設定ポイントを示す。図７において符号「Ｇ００」、「Ｇ１０」、「Ｇ０１」および「Ｇ１１」は、画像の四隅の画素での輝度の設定値であり、これらの設定値が各画素の輝度の補正係数に該当する。この設定値は、投射角度（鉛直方向α度、水平方向β度）に対応する固有値を有し、投射角度の少なくとも一方の角度αまたはβが異なるたびに、新たな値が設定される。これら補正係数の設定値は、測定により求める場合、たとえば、輝度の実測値「ＳＧ００」、「ＳＧ１０」、「ＳＧ０１」および「ＳＧ１１」と、強度調整係数ｋとを用いてつぎの４つの式（２）で定義される。
【００３５】
【数２】

【００３６】
ここで、輝度の実測値「ＳＧ００」、「ＳＧ１０」、「ＳＧ０１」および「ＳＧ１１」を求める輝度測定では、パネル上で均一の輝度を表示したプロジェクターを所定の角度で投射させる。
このときスクリーン上の投射映像イメージを図８に示す。設定する位置（通常、スクリーン正面の推奨の観賞位置）でスクリーン上の投射映像の輝度値を輝度計またはカメラで測定する。これにより、スクリーン上の投射映像の場所により輝度の相対値が大まかにわかる。上記したように、その輝度相対値の逆数比を各部位の輝度設定値とする。
【００３７】
つぎに、図６に示すステップＳＴ４において、設定ポイントの補正係数（設定値）から、設定ポイント間の画素の輝度補正係数を補間処理により算出する。この補間演算は、図２に示すＣＰＵ２７により実行され、投射角度ごとに予めＲＯＭ内に格納されるか、そのつど演算される。
【００３８】
輝度補正係数の補間演算値の算出方法を図９に示す。ここでは最も単純に４点の設定値から目的の画素までの距離におうじて線形補間で輝度補正係数（補間演算値）を与えている。図９に記載したように、４点の輝度補正係数の設定値を「Ｇ００」、「Ｇ１０」、「Ｇ０１」および「Ｇ１１」とすると、所望位置での輝度補正係数の補間演算値Ｇ（ｘ，ｚ）は式（３）により与えられる。
【００３９】
【数３】

【００４０】
つぎに、これらの輝度補正係数の補間演算値および前記設定値が、補正値設定手段２ｂ（図１参照）から輝度補正回路２ｃに入力されると、当該輝度補正回路２ｃによる輝度補正処理が開始される。
まず、図６に示すステップＳＴ５において、前述した領域判定信号に基づく方法により、補正しようとする画素が映像領域（有効領域ともいう）内に属するか否かが判断される。この判断が「Ｙｅｓ」の場合、つぎのステップＳＴ６において輝度補正が施され、「Ｎｏ」の場合は輝度補正がスキップされる。
【００４１】
図１０に、輝度補正回路の入出力とその伝達関数である輝度ゲインとの関係を図示している。
輝度補正回路２ｃの入力画像データの輝度値をＩｎｐｕｔ（ｘ，ｚ）、出力画像データの輝度値をＯｕｔｐｕｔ（ｘ，ｚ）とすると、両者の関係は輝度ゲイン（補正係数）Ｇ（ｘ，ｚ）を用いて次式（４）で表すことができる。
【００４２】
【数４】
Ｏｕｔｐｕｔ（ｘ，ｚ）＝Ｉｎｐｕｔ（ｘ，ｚ）＊Ｇ（ｘ，ｚ）・・・（４）
【００４３】
なお、図６に示すステップＳＴ６をスキップさせる現実的な方法としては、上記式（４）で強制的にＧ（ｘ，ｚ）＝１とするとよい。
【００４４】
つぎのステップＳＴ７で輝度補正後の画素データをＬＣＤパネルに順次出力させる。
これら一連の処理ステップＳＴ１〜ＳＴ７は、プロジェクターが起動状態にあり映像信号の入力がある場合にステップＳＴ８の判断が「Ｎｏ」となっている限り、繰り返される。プロジェクターの起動が停止され、あるいは、処理すべき映像信号が入力されなくなると、ステップＳＴ８の判断が「Ｙｅｓ」となり当該処理全体が終了する。
【００４５】
このような輝度補正処理を画素ごとに実行させることによって、図１１（Ａ）に示すように、スクリーンに投射した画像全体の輝度をほぼ均一にすることができる。前述したように、輝度ゲインＧ（ｘ，ｚ）が実測値の逆数比からリニアに変化するように画素ごとに決められているからである。その結果、図１１（Ｂ）に示すように、ＬＣＤパネル上の表示画面は補正前と逆の明暗をもった画像となる。つまり、このような輝度の差が投射によって弱められ、投射面では輝度補正されたこととなる。
【００４６】
これまでプロジェクターをスクリーンに対して斜め方向から投射した場合においてキーストン歪み補正を行うと、投影画像の輝度バランスが不均一になってしまう問題が生じていた。本実施の形態では、輝度補正により本来の輝度バランスを取り戻すことができ、斜めから投射した映像の品位を上げることができる。
【００４７】
また、輝度補正値の設定をすべての画素で行うのではなく、任意の間隔ごとに補正値設定を行ってから、その間の画素に対しては補正値を補間により算出する。このため、保持しておく設定値を少なくすることができ、メモリの負荷を軽くし、回路の規模を小さくすることができる。
輝度補正値の設定を投射角度に依存させることによって、スクリーンとプロジェクターの距離という複雑な要素を含まず、簡単に斜め投射時の輝度の不均一を補正することができる。
【００４８】
さらに、キーストン歪み補正時に有効な画素データがある映像領域に補正領域を限定することにより、補正の効率を上げるとともに、映像領域以外で補正の影響を避けることができる。すなわち、仮にこのような補正有効領域を設定せずに輝度ゲインを持たせるような設定をした場合、映像領域外で輝度が上がってしまい、「黒浮き」という現象が目立つ可能性がある。本手法を用いればこのような現象を防ぐことができる。
【００４９】
以下、幾つかの変形例を説明する。
図６に示すステップＳＴ３において、設定ポイントを４点より増やすことができる。図１２では、水平方向に６ポイントの輝度補正係数を設定し、鉛直方向に３ポイントの輝度補正係数を設定している。この場合、局所的に補正する量を変えることができる。また、設定ポイントを増やしただけ、より正確な輝度補正が可能になる。
【００５０】
このような細かな輝度調整を前提とすると、たとえば図１３（Ａ）に示すように、筒型スクリーン１０２などのようにさまざまに変形した面に投射する場合、その投射面に対応した形状補正を行っている処理に対しても輝度補正が可能である。この場合のＬＣＤパネル上の表示画像を図１３（Ｂ）に示す。このほか、球状スクリーンへの投射も可能となる。
これらの平面でないスクリーンへの投射であっても、その投射角度およびスクリーンの非平面度におうじて補正係数を設定すれば、観賞位置から見た輝度を映像面内でほぼ均一、または、観賞に堪えられるぐらいまで均一化し、本来の画像の輝度バランスを保つことができる。
【００５１】
さらに、図１４に示すように、斜めの入射光に対し反射強度に指向性があるスクリーン１０３であってもよい。このようなスクリーン１０３では、当たった光は等方散乱ではなく、反射方向に強く散乱する。つまり視点を変えるとスクリーン上の投影画像の輝度が異なる。入射角度におうじて、たとえば正面の観賞位置で輝度測定を行うことで、このような特殊なスクリーンに適合した輝度補正値を用意することができる。
なお、このようにスクリーンの特性や入射角度などのパラメータが増えると、用意する補正係数が多くなるが、そのような場合、画像投射装置に輝度測定手段を付属させ、所望のプロジェクター位置からの投射映像を所望の観賞位置で輝度測定して、その測定値におうじて補正係数を変える構成でもよい。
【００５２】
上記変形例では、輝度設定を行う設定ポイントを細かくすることで、キーストン歪み補正画像だけではなく、平面でないスクリーンに対する画像補正への適用が可能となる。
また、光反射時の反射強度が等方でないスクリーンに対する投射に対しても、観賞位置に適合した輝度補正ができる。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１、６および１１に係る発明によれば、投射面に対し画像を斜めに投射し、画面内の場所によっては投射面までの距離が異なる場合であっても、ほぼ均一な輝度にすることができる。
請求項２、７に係る発明によれば、細かな輝度調整ができ、また、平面でない投射面であっても投影画像の輝度を補正することができる。
請求項３、８に係る発明によれば、輝度補正が有効な領域を調べ、その領域のみ補正することができることから、補正効率が高く、補正により視覚上の好ましくない影響がある領域への補正を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプロジェクターの基本構成を示す図である。
【図２】回路部に含まれる、イメージプロセッサとその周辺の一構成例を示すブロック図である。
【図３】イメージプロセッサ内部の一構成例を示すブロック図である。
【図４】歪み補正回路および輝度補正回路の入出力の各信号を示すブロック図である。
【図５】歪み補正回路の詳細を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る画像処理方法（輝度補正方法）の手順を示すフローチャートである。
【図７】補正係数の設定ポイントを示す図である。
【図８】スクリーン上の投射映像で輝度測定点を示す図である。
【図９】輝度補正係数の補間演算値の算出方法を示す図である。
【図１０】輝度補正回路の入出力とその伝達関数である輝度ゲインとの関係を示す図である。
【図１１】（Ａ）は斜め投射時のスクリーン上の投影画像を示す図、（Ｂ）はＬＣＤのパネル面上での画像イメージを示す図である。
【図１２】設定ポイントを細かくした例を示す図である。
【図１３】（Ａ）は斜め投射時の円筒型スクリーン上の投影画像を示す図、（Ｂ）はＬＣＤのパネル面上での画像イメージを示す図である。
【図１４】斜めの入射光に対し反射強度に指向性があるスクリーンを用いた場合を示す図である。
【図１５】（Ａ）は斜め投射時のスクリーン上の投影画像を示す図、（Ｂ）は入力画像イメージを示す図、（Ｂ）はＬＣＤのパネル面上での画像イメージを示す図である。
【図１６】４タップフィルタにより画素変換を示す図である。
【図１７】（Ａ）は斜め投射により輝度変化が生じたスクリーン上の投影画像を示す図、（Ｂ）はＬＣＤのパネル面上での画像イメージを示す図である。
【符号の説明】
１…画像投射装置（プロジェクター）、２…回路部、２ａ…歪み補正回路、２ｂ…補正値の出力手段、２ｃ…輝度補正回路、２ｄ…領域判断回路、３…ＬＣＤパネル、３ａ…表示画像、４…投光部、５…光学部、６…相対関係取得手段、２１…コムフィルタ、２２…クロマデコーダ、２３…セレクトスイッチ、２４…アナログ−ディジタル・コンバータ、２５…イメージプロセッサ、２６…画像メモリ、２７…ＣＰＵ、１０１…スクリーン、１０１ａ…投影画像、２５１…ＩＰ変換部、２５２…スケーラ、２５３…ＣＰＵインターフェース、２５４…メモリ制御部、２５７…係数発生部、２５８…フィルタ演算部、Ｇ…輝度の補正係数、ＳＧ…輝度の実測値、α，β…投射角度

Claims (11)

1. 画像表示手段に表示する画像を補正する画像処理装置であって、
   前記画像表手段に表示された表示画像を、光を利用して外部の投射面に投射するときの、前記投射面に対する当該投射の角度に応じた輝度の補正値を設定する補正値設定手段と、
   前記補正値にもとづいて、前記表示画像の輝度を画素ごとに補正する輝度補正回路と、
   を有することを特徴とする画像処理装置。
2. 前記補正値が、前記表示画像の複数の画素それぞれに対し設定された水平方向の補正係数と鉛直方向の補正係数とを含み、
   前記設定された補正係数に対応した複数の画素間の他の画素に対する水平方向の補正係数と鉛直方向の補正係数とを補間により求める係数補間回路を、
   さらに有することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記表示画像の前記補正をしようとする画素が映像領域に属するか否かを判断する領域判断回路を、さらに有し、
   前記輝度補正回路は、上記判断の結果にもとづいて映像領域の画素に対して前記画素ごとの輝度補正を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 前記投射面上で発生した歪みを補正可能な表示画像を構成する新たな画素データを、入力される複数の画素データから生成し前記画像表示手段に出力するフィルタを含む歪み補正回路を、さらに有し、
   前記領域判断回路は、前記フィルタに入力される前記複数の画素データのうち、輝度が黒レベルの画素データ数が所定数以上の場合、生成される新たな画素データの輝度補正のスキップを前記歪み補正回路に指示する信号を出力する
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像処理装置。
5. 前記補正値設定手段は、前記投射面上の輝度を映像の観賞位置から予め測定して得られた輝度データに応じた前記補正値を前記角度ごとに記憶している記憶手段を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
6. 画像表示手段に表示する画像を補正する画像処理方法であって、
   前記画像表手段に表示された表示画像を、光を利用して外部の投射面に投射するときの、前記投射面に対する当該投射の角度に応じた輝度の補正値を設定するステップと、
   前記補正値にもとづいて、前記表示画像の輝度を画素ごとに補正する輝度補正ステップと、
   を含むことを特徴とする画像処理方法。
7. 前記補正値が、前記表示画像の複数の画素それぞれに対し設定された水平方向の補正係数と鉛直方向の補正係数とを含み、
   前記設定された補正係数に対応した複数の画素間の他の画素に対する水平方向の補正係数と鉛直方向の補正係数とを補間により求めるステップを、
   さらに含むことを特徴とする請求項６に記載の画像処理方法。
8. 前記表示画像の前記補正をしようとする画素が映像領域に属するか否かを判断するステップを、さらに含み、
   前記輝度補正ステップでは、上記判断の結果にもとづいて映像領域の画素に対して前記画素ごとの輝度補正を行う
   ことを特徴とする請求項６に記載の画像処理方法。
9. 前記投射面上で発生した歪みを補正可能な表示画像を構成する新たな画素データを、入力される複数の画素データから生成し前記画像表示手段に出力する歪み補正ステップを、さらに有し、
   前記映像領域の判断のステップにおいて、前記入力される複数の画素データのうち、輝度が黒レベルの画素データ数が所定数以上の場合、前記歪み補正ステップにおいて、生成される新たな画素データの輝度補正ステップをスキップさせる
   ことを特徴とする請求項８に記載の画像処理方法。
10. 前記角度を変えながら前記表示画像を前記投射面上に複数回投射し、投射ごとに前記投射面上の輝度を映像の観賞位置から予め測定するステップを、さらに含み、
    前記補正値の設定ステップでは、前記投射面上の輝度の測定値におうじて前記補正値を前記角度ごとに算出する
    ことを特徴とする請求項６に記載の画像処理方法。
11. 画像表示手段を有し、光を利用して、前記画像表示手段に表示された表示画像を外部の投射面に投射する画像投射装置であって、
    前記画像表手段に表示された表示画像を前記投射面に投射するときの、前記投射面に対する当該投射の角度に応じた輝度の補正値を設定する補正値設定手段と、
    前記補正値にもとづいて、前記表示画像の輝度を画素ごとに補正する輝度補正回路と、
    を有することを特徴とする画像投射装置。

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