JP2005031205A - Angle detector and projector equipped therewith - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パッシブ型ライン式測距装置を利用した角度検出装置及びそれを備えたプロジェクタに関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶プロジェクタなどのプロジェクタを使用した場合、プロジェクタの投射光軸及びこのプロジェクタにより投影されるスクリーン平面の相対的な位置関係により、スクリーン上に投影された画像に台形歪みと呼ばれる歪みが生じる不具合がある。この台形歪みは、プロジェクタがスクリーン前方から画像を投射する際に、見る者の邪魔にならないようにプロジェクタの位置がスクリーンの中心からずらされるため、プロジェクタの投射光軸がスクリーン平面に対して垂直ではなく傾斜し、この結果、スクリーン上部がスクリーン下部よりもプロジェクタから遠く(又は近く)なることにより発生する。また、スクリーン右側がスクリーン左側よりもプロジェクタから遠く(又は近く)なることによっても発生する。
【0003】
従来より、この台形歪を自動的に補正するために、スクリーン平面がプロジェクタ投射光軸に対して垂直な状態からどれだけ傾斜しているかを示す傾斜角度を自動的に検出して、検出された傾斜角度に応じて、プロジェクタ内部の映像回路において投影画像とは逆の台形歪を持つ画像を生成してそれを投影する電気的補正方法や、プロジェクタの投射光学系の投射レンズ(コンデンサレンズ)の傾きを調整する光学的補正方法が用いられている(特許文献1)。
【0004】
【特許文献1】
特開平2000−122617号公報(段落0044及び図2参照)
【0005】
プロジェクタの投射光軸がスクリーン平面に対して垂直な状態からどれだけ傾いているかの相対的な傾斜角度を自動的に検出するため、従来の角度検出装置としては、特許文献1に示されるものがある。この特許文献1に記載されているものは、プロジェクタ本体1の正面の上下に所定距離だけ離間して配置された2つのアクティブ測距センサにより、スクリーンとのそれぞれの距離を測定して、相対的な傾斜角度を求めるものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献1に記載された従来技術の角度検出装置では、2つの距離をアクティブ測距センサにより測定して、プロジェクタの投射光軸がスクリーン平面に対して垂直な方向から傾いた相対的な傾斜角度を求める構成であるため、2つの距離測定の内のいずれか一方又は両方がアクティブ測距センサの故障等のために正しく測定されないと、傾斜角度が検出できず、台形歪の補正ができないという問題点があった。
【0007】
さらに、一般的に、スクリーンとプロジェクタの間の距離が比較的大きい場合又はこれらの相対的な傾斜角度が比較的大きい場合には、距離の測定誤差及び傾斜角度の検出誤差も大きくなる傾向がある。これを解決するために測定回数を増して、平均値又は最大値及び最小値を除いた平均値等を求めれば、測定誤差や検出誤差を小さくできることは知られている。しかし、測定回数を増やせばそれだけ測距や角度検出に時間を要することになる。
【0008】
従って、本発明の目的は、比較的短時間で測定対象の傾斜角度をできるだけ正確に検出できるようにして従来の問題点を解決した、パッシブ型測距装置を利用した角度検出装置及びそれを備えたプロジェクタを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載された本発明によれば、同一平面上に基線長だけ離間して配置された一対のレンズと、該一対のレンズから所定距離だけ離間して上記基線長方向に延びるように配置されて上記一対のレンズを介して測定対象がその上に結像される一対のラインセンサと、該一対のラインセンサからの出力を測定してその測定出力に基づいて上記基線長及び上記ラインセンサを含む平面上において複数の異なる測距方向上にある上記測定対象上の複数の異なる位置までの距離をそれぞれ演算する演算部とを備えたパッシブ型ライン式測距装置と、上記演算部が演算した距離の少なくとも2つの演算結果を用いて、上記基線長及び上記ラインセンサを含む平面上で、上記測定対象の上記同一平面に対する傾斜角度を算出する傾斜角度算出部と、上記演算部が演算した距離、又は、上記傾斜角度算出部が算出した傾斜角度に基づいて上記測定の回数を調整する測定回数調整手段とを含むことを特徴とする角度検出装置が提供される。
【0010】
本発明のかかる構成によれば、パッシブ型ライン式測距装置により測定対象上に直線的に並んだ複数の位置までの距離を測定し、少なくとも2つの測定された距離に基づいて測定対象の相対的な傾斜角度を算出し、測定された距離又は傾斜角度に基づいてラインセンサからの出力の測定の回数を調整する。よって、測定誤差が大きくなる場合には測定回数を増加し、測定誤差が小さい場合には測定回数を減少することができるので、測定誤差の大きさに応じて角度検出精度の向上又は角度検出時間の短縮が可能となる。
【0011】
請求項2に記載された本発明によれば、上記測定回数調整手段は、上記演算部が演算した距離が第1の設定値よりも大きい場合、又は、上記傾斜角度算出部が算出した傾斜角度が第2の設定値よりも大きい場合は、前記第1又は第2の設定値以下の場合と較べてそれぞれ上記測定の回数を増加させることを特徴とする請求項1に記載の角度検出装置が提供される。
【0012】
本発明のかかる構成によれば、パッシブ型ライン式測距装置により測定対象上に直線的に並んだ複数の位置までの距離を測定し、少なくとも2つの測定された距離に基づいて測定対象の相対的な傾斜角度を算出する。測定対象上の複数位置までの距離測定の内のいくつかが、たとえノイズ等又は製造誤差に起因して正しくできない場合でもその影響を少なくして傾斜角度を決定することができる。そして、測定された距離が第1の設定値よりも大きい場合又は傾斜角度が第2の設定値よりも大きい場合は、測定回数調整手段により第1又は第2の設定値以下の場合と較べてそれぞれのラインセンサからの出力の測定の回数を増やすことにより、距離の測定誤差又は傾斜角度の算出誤差を小さくする。これは、測距結果が第1の設定値よりも大きい場合は相対的に測定誤差が大きくなり、また、傾斜角度が第2の設定値よりも大きい場合はスクリーン等に投影される画像の合焦位置のずれが大きく画像がぼやけるため測定される傾斜角度の誤差も大きくなる。このため、より多くの測距回数により測定された距離及び算出された傾斜角度の平均値を求めることにより、又はより多くの測定された距離又は算出された傾斜角度から最大値及び最小値を除いて中間値若しくは平均値を求めることで、測定誤差を小さくすることができる。もし、測定された距離が第1の設定値以下の場合及び算出された傾斜角度が第2の設定値以下の場合は、距離の測定誤差は相対的に小さくそしてスクリーン等に投影された画像は合焦されていて算出された傾斜角度の誤差も小さいため、測定回数調整手段により第1又は第2の設定値よりも大きい場合と較べて測定回数を少なくする。これにより測定時間を短くして、正確な角度検出を行なうと共に角度検出に要する平均的時間を短くすることができる。第1の設定値及び第2の設定値の大きさ、そして測定回数の増減は測定対象及び角度検出装置に求められる角度検出の精度と速度に応じて適宜選ぶことができる。
【0013】
請求項3に記載された本発明によれば、測定対象上に実質的に直線的に並んだ互いに異なる複数の測定地点までの距離を測定するパッシブ型ライン式測距装置と、少なくとも2つの測定された上記距離に基づいて、上記測定対象の上記測距装置に対する傾斜角度を算出する傾斜角度算出部と、上記距離が第1の設定値を超える場合又は上記傾斜角度が第2の設定値を超える場合は、上記パッシブ型ライン式測距装置による距離の測定回数をそれぞれ前記第1の設定値又は前記第2の設定値以下の場合と較べて増加させる測定回数調整手段とを含むことを特徴とする角度検出装置が提供される。
【0014】
本発明のかかる構成によれば、パッシブ型ライン式測距装置により測定対象の平面的物体上に直線的に並んだ複数の位置までの距離を測定し、少なくとも2つの測定された距離に基づいて測定対象の相対的な傾斜角度を算出する。この際、測定された距離が第1の設定値よりも大きい場合又は算出された傾斜角度が第2の設定値よりも大きい場合は、測定回数調整手段により第1又は第2の設定値以下の場合と較べてそれぞれの測定回数を増やすことにより、距離の測定誤差又は傾斜角度の算出誤差を小さくすることができる。そして、測定された距離が第1の設定値以下の場合及び算出された傾斜角度が第2の設定値以下の場合は、測定誤差は相対的に小さいため測定回数調整手段により第1又は第2の設定値よりも大きい場合と較べて測定回数を少なくする。これにより測定時間を短くして、角度検出に要する平均的時間を短くすることができる。この結果、比較的短時間で精度の高い角度検出を行なう角度検出装置が達成できる。
【0015】
請求項4に記載された本発明によれば、上記測定対象が、画像が投影されるスクリーンであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の角度検出装置が提供される。
【0016】
本発明のかかる構成によれば、測定対象が画像の投影されるスクリーンとすることにより、スクリーンの相対的な傾斜角度を検出する角度検出装置を提供することができる。
【0017】
請求項5に記載された本発明によれば、画像をスクリーンに投影するプロジェクタであって、請求項4に記載の角度検出装置と、上記角度検出装置が算出した傾斜角度に基づいて上記スクリーン上の上記画像の歪みを補正する画像歪み補正部とを含むことを特徴とするプロジェクタが提供される。
【0018】
本発明のかかる構成によれば、プロジェクタとスクリーンの相対的な傾斜角度に起因する画像の台形歪みを傾斜角度を検出して自動的に比較的に短時間で正確に補正することができる。さらには、プロジェクタとスクリーンの間の測距結果に基づいて、スクリーン上の画像の合焦を制御することも可能である。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0020】
図1は、本実施の形態による角度検出装置を備え、検出したスクリーン1の傾斜角度に基づいてスクリーン1に投影される画像の台形歪を電気的に補正するプロジェクタ2の概略ブロック図を示す。本実施の形態による角度検出装置は、水平面内及び垂直面内において、スクリーン1に対するプロジェクタ2の傾斜角度を検出するため、プロジェクタ2からスクリーン1平面上の水平方向及び垂直方向に並んだ複数の位置までの距離をそれぞれ測定する第1パッシブ型ライン式測距装置3及び第2パッシブ型ライン式測距装置4を備える。パッシブ型測距装置3及び4は、自らが発光したり送信したりせずに、プロジェクタの画像投影手段からスクリーン1に投影された画像を受光して距離を測定する。ライン式測距装置は、複数の光検出器セルが直線状に配列されたラインセンサを有する。
【0021】
図2は、図1に示すプロジェクタ2の正面を示す平面図である。なお、本実施の形態の角度検出装置は、プロジェクタに設けられるものに限定されるものではなく、また、スクリーンとの傾斜角度を検出するものに限られるものでもなく、一般に、平面的物体との相対的な傾斜角度検出に適用できる。プロジェクタ2は本発明の角度検出装置が用いられる用途の一例である。
【0022】
図2に示すように、図1の第1パッシブ型ライン式測距装置3は、プロジェクタ2の正面を構成する平面上に、水平方向に延びた第1の基線長k(図4)だけ離間して配置された一対のレンズ31a及び31bを備えた撮像部31を有する。同じく第2パッシブ型ライン式測距装置4は、プロジェクタ2の正面を構成する同じ平面上に、撮像部31の水平方向と直交する垂直方向へ延びて第2の基線長k’(図示せず)だけ離間して配置された一対のレンズ41a及び41bを備えた撮像部41を有する。図2に示すように、プロジェクタ2の正面を構成する同一平面上には、さらに投射光学系の投射レンズ(コンデンサレンズ等を含んでもよい。)8が設けられていて、スクリーン1上に画像を投射する光を照射する。投射レンズ8の光軸はプロジェクタ2の正面を構成する平面に対して垂直な関係に有る。
【0023】
図1を再び参照する。投射レンズ8からスクリーン1へ照射される光軸がスクリーン1平面に対して垂直の位置関係にあれば、スクリーン1の上下(又は左右)は、投射レンズ8からの距離が等しく、スクリーン1上の画像には台形歪は発生しない。しかし、実際は、上述した通り、プロジェクタ2は、スクリーン1の前方から照射する際に見る者の邪魔にならないように、スクリーンの中心から下又は上方に偏移されて置かれるため、プロジェクタ2の投射レンズ8からスクリーン1へ照射される投射光軸はスクリーン1平面に対して垂直の位置関係から傾斜している。
【0024】
このため、スクリーン1の上下は、投射レンズ8からの距離が異なり、よって、スクリーン1上に投影された画像に台形歪を生ずる。上述した通り、この台形歪を補正するためには、投射レンズ8の光軸の傾斜を光学的に補正するか、又は、台形歪で小さく(大きく)投射される部分を大きく拡大(小さく縮小)する画像処理を電気回路で行なう電気的補正が、特許文献1に記載されているように行なわれる。
【0025】
しかし、これらの補正を自動的に行なうためには、まず、投射レンズ8の光軸がスクリーン1の平面の垂直方向から傾斜した傾斜角度、すなわち、プロジェクタ2の正面を構成する平面に対するスクリーン1の平面の傾斜角度、を自動的に正確に測定することが必要である。
【0026】
本発明の角度検出装置は、以下に詳細に説明するように、第1及び第2パッシブ型ライン式測距装置3及び4を備えて、プロジェクタ2の正面からスクリーン1上の水平(第1パッシブ型ライン式測距装置3の基線長方向に対応)及び垂直(第2パッシブ型ライン式測距装置4の基線長方向に対応)方向に沿った複数の位置までの距離を測定することにより、プロジェクタ2の正面を構成する平面に対するスクリーン1の平面の傾斜角度を、水平面内及び垂直面内において正確に測定することができる。
【0027】
第1及び第2パッシブ型ライン式測距装置3及び4は、それぞれ演算部32及び42を有し、それぞれ撮像部31及び41からの出力信号が入力される。演算部32及び42からの出力信号は本発明の構成を含んだ制御回路5に入力される。制御回路5は、第1及び第2パッシブ型ライン式測距装置3及び4を制御すると共に、図示しないパーソナル・コンピュータ等の機器から入力画像を入力して画像情報を出力する投影画像生成部6及び投射レンズ8へ画像出力する表示駆動部7を制御する。制御回路5は、本発明に従って演算部32及び42からの出力に基づいてプロジェクタ2の正面を構成する平面に対するスクリーン1のそれぞれ水平方向及び垂直方向の相対的な傾斜角度を算出する。次ぎに、制御回路5は、算出された傾斜角度に基づいて、台形歪を補正するように投影画像生成部6及び/又は表示駆動部7を制御して、スクリーン1の上下及び/又は左右に投影される画像の拡大又は縮小をする。しかし、上述した通り、台形歪の光学的補正又は電気的補正自体は公知であるので(例えば、特許文献1を参照)、これ以上説明しない。制御回路5及び演算部32及び42は、1つのマイクロプロセッサ(CPU)9で構成することができる。
【0028】
プロジェクタ2は、メモリ部10を有し、本発明の構成に必要なデータや命令を記憶していて、制御回路5及び演算部32及び42等に随時にデータや命令を供給し又は制御回路5及び演算部32及び42等からデータを受取る。メモリ部10は、不揮発性のフラッシュメモリ等及び揮発性のRAM等の2つのタイプのメモリ装置を含み、本発明に必要な命令や長期的に使用されるデータは不揮発性のメモリ装置に記憶され、一時的にのみ使用されるデータは揮発性のメモリ装置に記憶される。
【0029】
次ぎに図3を参照して、本実施の形態によるプロジェクタ2の構成を機能ブロックを使用して説明する。なお、説明の簡潔にするために、第1パッシブ型ライン式測距装置3の構成についてのみ説明するが、第2パッシブ型ライン式測距装置4も同様に構成されている。プロジェクタ2の正面を構成する平面上に、水平方向に基線長k(図4)だけ離間された一対のレンズ31a及び31bの下には、これらのレンズ31a及び31bから焦点距離f(図4)だけ離間されて、ラインセンサ31c及び31dがそれぞれ基線長k(図4)方向に沿って配置されている。ラインセンサ31c及び31dは直線状に配列された所定数、例えば、162個、の光検出素子(画素)を有する一対のラインCCD又はその他のライン式撮像素子である。撮像部31から、出力部31eを介して、レンズ31a及び31bによりラインセンサ31c及び31dの各画素上に結像された画像の光量に対応した電気信号が直列的に出力される。
【0030】
A/D変換部32aは、撮像部31の出力部31eから出力されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換する。ラインセンサ31c及び31dからのデジタル化された出力信号はそれぞれ映像データ信号列IL及びIRとして、メモリ領域32b内にその後の処理のために記憶される。従って、メモリ領域32b内にはそれぞれ、例えば、162個のデータ列から成る一対の映像データ信号列IL及びIRが記憶される。メモリ領域32bはメモリ部10内に設けても良い。
【0031】
フィルタ処理部32cは、ラインセンサ出力信号から直流成分を取除いて(ファイリング)、画像に対応した空間周波数成分だけを含んだ有用な信号に映像データ信号列IL及びIRに変える。相関演算部32dは、後で図4及び図5を参照して説明するように、映像データ信号列IL及びIR内から空間的に近接した例えば27個の画素グループからなる部分映像データ群iLm(基準部)及びiRn(参照部)をそれぞれ選択的に取り出して、データの一致度を計算するために両部分映像データ群iLm及びiRnを互いに比較する。例えば、一方の部分映像データ群iLmを基準部として固定して、他方の部分映像データ群iRnを参照部としてIR内で画素を1つずつすらしながら、互いに比較を繰り返す。最大相関度検出部32eは、一対の映像データ信号列IL及びIR内で最もデータの一致度の高い2つの部分映像データ群iLm及びiRnを検出する。
【0032】
補間演算部32fは、最大相関度検出部32eで得られた最大の一致度の部分映像データ群iLm及びiRnの位置間隔を、既知の補間方法により画素ピッチ単位の位置間隔よりもより正確な位置間隔に補間する。この補間演算部32fにより補間された位置間隔に基づいて、位相差検出部32gは、一対のラインセンサ31c及び31d上に結像された同一の測距対象物体の一対の像の相対的なずれ量(位相差)を算定する。
【0033】
コントラスト重心演算部32hは、後で図12を参照して説明するように、ラインセンサ31c及び31d上に結像された画像のコントラスト重心を求める。信頼性判定部32iは、算定された両ラインセンサ31c及び31d上に結像された位置の相対的なずれ量(位相差)の信頼性を判定する。この信頼性の判定は、例えば、もし、距離測定対象の物体が両ラインセンサ31c及び31d上に正しく結像されているならば、最大相関度検出部32eにおいて得られる一致度が所定値以上となるはずである。従って、もし、最大相関度検出部32eにおいて得られる一致度がたとえ相対的に最高であったとしても、所定値未満の一致度であれば信頼性が低いとして、信頼性判定部32iでその測定結果を排除する。もし、最大相関度検出部32eにおいて得られる一致度が所定値以上であると、データの信頼性有りとして、CONF_FLG1=OKと設定する。以上の撮像部31及び演算部32の構成は周知であり、例えば、特許文献2及び特許文献3に記載されているため、これ以上の説明は省略する。
【0034】
【特許文献2】
特許第3230759号公報
【特許文献3】
特公平4−77289号公報
【0035】
この演算部32は、さらに平均化部32jを備えている。この平均化部32jは信頼性判定部32iに接続されていて、ラインセンサ31cの各測距領域(例えば、11個の測距領域の各々)について複数回測定した結果から、信頼性判定部32iが信頼性有りと判定した測定結果を平均して、この平均値を制御回路5に出力する。また、この平均化部32jはコントラスト重心演算部32hにも接続されていて、コントラスト重心演算部32hがラインセンサ31cの各測距領域(例えば、11個の測距領域の各々)について複数回の測定した結果のコントラスト重心位置を平均して、この平均値を制御回路5に出力する。このように、平均化部32jは、ラインセンサ31cの各測距領域(例えば、11個の測距領域の各々)について、複数回の測距結果及びコントラスト重心位置演算結果を記憶しておき、それらの平均値を演算して制御回路5に出力する。
【0036】
プロジェクタ2は、さらに本発明の実施の形態による制御回路5を有する。制御回路5は、後で詳細に説明するように、隣接したいくつかの測定位置の小グループの測距結果の信頼性を判定するための相互信頼性判定部51と、隣接したいくつかの測定位置の小グループに関する測距結果及びコントラスト重心の平均値を求める平均値演算部52と、測距結果から傾斜角度を求めるために最小二乗法を使用した相関演算を行なって複数測距結果間の相関関係を表わす直線を求める近似計算を行ない、この求められた直線の角度から測定対象のスクリーン1の傾斜角度を求める角度演算部53を含む。角度演算部53はまた、後で詳細に説明するように、相関関係を表わす直線の角度を求めるために、測定対象のスクリーン1の測定位置から基線を延長した第1直線上に垂線を下ろした交点の位置座標を求める演算も行なう。このようにして角度演算部53で算出されたスクリーン1の傾斜角度に基づいて、台形歪みを補正するための補正量が、投影画像生成部6及び/又は表示駆動部7に与えられる。これによりスクリーン1上の台形歪みが補正される。
【0037】
さらに制御回路5は、後で図18と図19を参照して詳細に説明するように、測距結果が第1の設定値よりも大きい場合は測距回数を測距結果が第1の設定値以下の場合よりも増やして測距結果の測定誤差を少なくし、そして測距結果に基づいて計算された傾斜角度が第2の設定値よりも大きい場合は傾斜角度の測定回数を傾斜角度が第2の設定値以下の場合よりも増やして傾斜角度の測定誤差を少なくするための測定回数調整手段55を有する。なお、メモリ部10がマイクロプロセッサ(CPU)9と接続されていて、本実施の形態に必要な命令コード及びデータの保存及び提供を行なう。
【0038】
次ぎに図4を参照して、パッシブ型ライン式測距装置3及び4の動作原理(外光三角測距方式)を説明する。第1パッシブ型ライン式測距装置3は、プロジェクタ2の正面を構成する平面上に水平方向へ延びて基線長kだけ離間された一対のレンズ31a及び31bと、この基線長kからレンズ31a及び31bの焦点距離fだけ離間して基線長k方向と同じ水平方向に沿って延びた一対のラインセンサ31c及び31dを含んでいる。第1パッシブ型ライン式測距装置3は、基線長kとラインセンサ31c及び31dを含んだ平面(水平面)内に位置するスクリーン1の平面上の複数の位置の距離を測定して、基線長kとラインセンサ31c及び31dを含んだ平面(水平面)内において、プロジェクタ2の正面とスクリーン1平面との間の相対的な傾斜角度を算出する。
【0039】
他方、第2パッシブ型ライン式測距装置4は、プロジェクタ2の正面を構成する平面上に垂直方向へ延びた基線長k’(図示せず)だけ離間された一対のレンズ41a及び41bと、この基線長k’からレンズ41a及び41bの焦点距離fだけ離間して基線長k’方向と同じ垂直方向に沿って延びた一対のラインセンサ41c(図示せず)及び41d(図示せず)を含んでいる。第2パッシブ型ライン式測距装置4は、基線長k’(図示せず)とラインセンサ41c(図示せず)及び41d(図示せず)を含んだ平面(垂直面)内に位置するスクリーン1の平面上の複数の位置の距離を測定して、基線長k’とラインセンサ41c及び41dを含んだ平面(垂直面)内において、プロジェクタ2の正面とスクリーン1平面との間の相対的な傾斜角度を算出する。
【0040】
説明を簡潔にするため、ここでは第1パッシブ型ライン式測距装置3についてのみ説明をして、第2パッシブ型ライン式測距装置4については説明を省略するが、動作原理が同じであるため同じ説明が第2パッシブ型ライン式測距装置4についても、水平方向を垂直方向に置き換えるだけで適用される。
【0041】
図4(a)において、一対のレンズ31a及び31bが、プロジェクタ2の正面を構成する平面上に水平方向に延びた所定の基線長kだけ離間して配置されている。プロジェクタ2の正面を構成する平面の下には、これら一対のレンズ31a及び31bからそれらの焦点距離fだけそれぞれ離間され、基線長k方向(水平方向)に延びた一対のラインセンサ31c及び31dが配置されている。ラインセンサ31c及び31dは、その中央部分がそれぞれレンズ31a及び31bの光軸31ax及び31bx上にほぼ位置するように配置されていて、これらラインセンサ31c及び31d上に、それぞれ対応するレンズ31a及び31bにより距離測定対象のスクリーン1上のある位置の画像1Aが結像される。
【0042】
図4(a)においては、スクリーン1上の測定位置1Aが、異なる方向の光路A及びBを通って、それぞれのレンズ31a及び31bを介して、ラインセンサ31c及び31d上に結像されている。
【0043】
もし、測定位置1Aが無限遠の位置に存在すると仮定した場合、一対のレンズ31a及び31bから焦点距離fにあるラインセンサ31c及び31d上には、測定位置1Aがレンズ31a及び31bのそれぞれの光軸31ax及び31bxと交差する基準位置31cx及び31dxに結像される。
【0044】
次ぎに、測定位置1Aが無限遠位置からレンズ31aの光軸31ax上の方向Aに沿って近づき、図4(a)の位置、すなわち、距離LCに達すると、測定位置1Aはラインセンサ31c上においては、基準位置31cx上に結像されたままであるが、ラインセンサ31d上においては、レンズ31bにより基準位置31dxからずれ量αだけずれた位置に結像される。
【0045】
三角測距の原理から、測定位置1Aまでの距離LCは、LC=kf/αで求められる。ここで、基線長kと焦点距離fは予め知られている既知の値であり、ラインセン31d上の基準位置31dxからのずれ量αを検出すれば、距離LCが測定できる。これが外光三角測距のパッシブ型ラインセンサ測距装置の動作原理である。ずれ量αの検出及びLC=kf/αの演算は、図1中の演算部32で実行される。
【0046】
すなわち、ラインセンサ31dの基準位置31dxからのずれ量αの検出は、一対のラインセンサ31c及び31dから出力される一対の映像データ信号列IL及びIRからそれぞれ抽出した部分映像データ群iLm及びiRnについて、演算部32が相関演算を行なうことにより検出する。この相関演算は周知である(例えば、特許文献2参照)。
【0047】
このため、相関演算については詳細な説明を省略して以下の概要的な説明に留める。図4(b)に示すように、相関演算は、部分映像データ群iLm及びiRnを互いに重ねた時に最も一致度が高くなる領域を、重ね合わせる部分映像データ群iLm及びiRnをラインセンサ31c及び31d上で相対的にずらしながら検出していく演算である。図4(b)においては、一方のラインセンサ31cからの部分映像データ群iLmを基準位置31cxに位置を固定して、基準部として使用する。他方のラインセンサ31dからの部分映像データ群iRnは参照部として位置を一画素ずつずらして行き、基準部と最も一致度の高い部分映像データ群iRnを探す。最も一致度の高い部分映像データ群iRnを発生するラインセンサ31d上の位置とそのラインセンサ31dの基準位置31dxと間の間隔がずれ量αである。
【0048】
ラインセンサ31c及び31dの各々は、後述するように所定数の光検出器セル(画素)を所定長の直線上に配列した一対のラインCCDで構成されているから、ずれ量αは、部分映像データ群iRnの映像データ信号列IR内の画素位置と画素ピッチから容易に求めることができる。このようにして、レンズ31aの光軸31axと同じ方向Aにある測定位置1Aまでの距離LCを、ずれ量αを検出することにより測定できる。
【0049】
次ぎに、図5を参照して、図4とは異なる方向にある測定位置1Bまでの距離LR’及びLRを測定する原理を説明する。図5(a)に示すように、測定位置1Bが、異なる方向の光路C及び光路Dを通って、それぞれのレンズ31a及び31bを介してラインセンサ31c及び31d上に結像されている。
【0050】
もし、測定したい方向Cの無限遠位置に測定位置1Bが存在すると仮定した場合、一対のレンズ31a及び31bにより一対のラインセンサ31c及び31d上に結像される測定位置1Bの像の中心を、互いに基線長kだけ離間した基準位置31cy及び31dyとする。次ぎに、この無限遠位置にある測定位置1Bが測距方向Cに沿って近づいて図5(a)の位置に来ると、レンズ31aにより結像される測定位置1Bの像のラインセンサ31c上の基準位置31cyには変化ないが、レンズ31bにより結像される測定位置1Bの像のラインセンサ3dc上の位置は基準位置31dyからずれ量α’だけずれる。
【0051】
三角測距の原理から、測定位置1Bまでの距離LRは、LR=kf/(α’cosβ)となる。なお、角度βは、基線長kの垂直線、すなわち、レンズ31aの光軸31ax、に対する測距方向Cの傾き角であり、測定方向Cを決定することにより確定される角度である。基線長k、焦点距離f及びcosβは既知の値なので、ずれ量α’を検出すれば、距離LRを測定できる。
【0052】
レンズ31a及び31bが配置されたプロジェクタ2の正面を構成する同一平面(基線長k方向)から測定位置1Bまでの距離LR’は、LR’=LRcosβ=kf/α’で求められる。すなわち、距離LR’は、ずれ量α’を検出すれば、既知の値である基線長k及び焦点距離fから求めることができる。すなわち、距離LR’を測定するためには、角度βは不要である。
【0053】
ずれ量α’を検出するためには、上述した相関演算を行なう。図5(b)に示すように、一方のラインセンサ31cからの基準位置31cyに対応する部分映像データ群iLmを基準部として位置を固定し、他方のラインセンサ31dからの部分映像データ群iRnを参照部として位置を1画素づつずらして互いに重ね合せて行くことにより、最も基準部iLmのデータと最も一致度の高いデータを持つ参照部iRmを見つける。
【0054】
ラインセンサ31c及び31dの各々は、後述するように所定数の光検出器セル(画素)を直線上に所定長に配列した一対のラインCCDで構成されているから、ずれ量α’は、部分映像データ群iRnの映像データ信号列IR内の位置(画素番号)及び部分映像データ群iLmの映像データ信号列IL内の位置(画素番号)と画素ピッチから容易に求めることができる。
【0055】
なお、上述した相関演算の方法において、一方のラインセンサ31cからの部分映像データ群iLmを基準部として固定し、他方のラインセンサ31dからの部分映像データ群iRnを参照部としてその位置を1画素ずつずらして互いの一致度の高さを検査するとした。しかし、測距方向を両レンズ31a及び31bの中間位置からの方向とする場合は、ラインセンサ31c及び31d上で部分映像データ群iLm及びiRnの位置を共に反対方向に移動させながら、部分映像データ群iLm及びiRm間で互いの一致度の高さを検査するようにしてもよい。
【0056】
次ぎに図6を参照して、一対のラインセンサ31c及び31dの内、1方のラインセンサ31cを詳細に説明する。他方のラインセンサ31dはラインセンサ31cと同様に構成されている。図6に示すように、ラインセンサ31cは多数、例えば、162個の光検出器セル(画素)が直線的に配列されたリニアCCD(電荷結合素子)又はその他の線形の撮像素子で構成されている。162個の光検出器セル(画素)は、図6中左端から右端へ順に画素番号が付けられていて、一定の画素ピッチ間隔で配列されている。これらの光検出器セル(画素)は、隣接する27個単位のグループにより11の測距演算領域を31c1(1〜27)、31c2(14〜40)、31c3(28〜54)、31c4(41〜67)、31c5(55〜81)、31c6(68〜94)、31c7(82〜108)、31c7(82〜108)、31c8(95〜121)、31c9(109〜135)、31c10(122〜148)、及び31c11(136〜162)を構成している。但し、括弧内の数は光検出器セル(画素)番号である。各測距演算領域31c1乃至31c11は、その27個の光検出器セル内、前半が前隣りの測距演算領域に含まれ且つ後半が後隣りの測距演算領域に含まれていて、各測距演算領域31c1乃至31c11は両隣の測距演算領域と互いにほぼ半分ずつ重複している。
【0057】
各測距演算領域31c1乃至31c11内の光検出器セル(画素)からの信号は、図4及び図5中のラインセンサ31cの映像データ信号列ILの各部分映像データ群iLmに対応する。各測距演算領域31c1乃至31c7の中心位置a(14)、b(28)、c(41)、d(55)、e(68)、f(82)、g(95)、h(109)、i(122)、j(136)、及びk(148)の各々は(但し、括弧内は画素番号である)、測距方向を定める基準位置となる。この結果、本実施の形態のラインセンサ31c及び31dを使用した測距装置3は、基準線kと同じ平面(水平平面)内にあるスクリーン1上の11の離間した位置までの距離を測定することができる。ただし、実際の測距方向は、図3のコントラスト重心演算部32hにより後述する通り、測距演算領域内でのコントラスト重心位置により補正され得る。図6には、他方のラインセンサ31dに対応する基準位置a’、b’、c’、d’、e’、f’、g’、h’、i’、j’、及びk’が示されていて、参照部としてラインセンサ31c中の測距演算領域と相関演算する際のずれ量を求める際に使用される。
【0058】
本発明により距離測定するスクリーン1上の複数の異なる位置は、11に限る必要はなく、適宜、適当な数、例えば7とすることも、ラインセンサ31c及び31dの画素数又は測距演算領域の数を適当に選択することで可能である。
【0059】
次ぎに図7を参照して説明する。図7は、ライン式測距装置3及び4の初期調節をするため、プロジェクタ2のスクリーン1の相互の位置関係を所定の位置関係にした様子を示す。すなわち、プロジェクタ2からの投射光軸がスクリーン1に垂直になるように、スクリーン1を予め基線長k及びk’(図示しない)に対して平行にして、プロジェクタ2からライン式測距装置3及び4の初期調節に適した画像を投射する。初期調節とは、例えば、レンズ31a及び31bは収差を持つ。このため、スクリーン1上の基線長k方向に沿った異なる測定位置がラインセンサ31c及び31dに結像する際、直線上に結像されるのでなく、実際は、歪む。初期調節はこのレンズ収差による歪みを補正するための補正係数を計算して、メモリ部10に記憶して、以後の演算部32及び42により使用する。ライン式測距装置3は、ラインセンサ31c上の11の測距演算領域31c1乃至31c11を使用して、11の測距方向のスクリーン1上の距離を測定する。簡潔にするため、図7中においては11の方向の内、ラインセンサ31c上の3つの測距演算領域31c3、31c5、31c7に対応した3つの測距方向のスクリーン1上の1C、1E、1Gの位置のみを図示している。
【0060】
パッシブ型ライン式測距装置3は水平面においてスクリーン1平面の基線長k方向に対する傾斜角度を測定し、パッシブ型ライン式測距装置4は垂直面内においてスクリーン1平面の基線長k’(図示しない)方向の傾斜角度を測定する。説明の簡潔のためにパッシブ型ライン式測距装置3による水平面においてスクリーン1平面の基線長k方向に対する傾斜角度の測定についてのみ説明する。しかし、本実施の形態の説明はパッシブ型ライン式測距装置4によるスクリーン1の垂直面内の傾斜角度の測定にも同様に適用される。
【0061】
次ぎに図8乃至図11を参照して、パッシブ型ライン式測距装置3を用いて、スクリーン1の傾斜角度を測定する参考方法を説明する。説明の簡略のために、ラインセンサ31cの2つの測距演算領域31c3及び31c7の2つの測距方向C及びGを用いて、これら2つの測距方向C及びGにあるスクリーン1平面上の2つの測定位置1C及び1Gまでの2つの距離LR’及びLL’を、図5で説明した方法で測定する。本実施の形態では2つの距離LR’及びLL’しか測定しないが、実際は、11の測距方向にあるスクリーン1上の11個の測定位置までの距離が測定される。
【0062】
スクリーン1上の測定位置1Cや1Gは、パッシブ距離測定に適した画像であるならば、プロジェクタ2の電源が投入された時に投射レンズ8を介してスクリーン1に最初に投影される製造メーカーのロゴマーク等を含んだ画像でもよく、また、プロジェクタ2の動作中に定期的に角度検出操作する際には、スクリーン1上の測定位置1C及び1Gは、スクリーン1上に投射されている任意の画像であってもよい。
【0063】
ラインセンサ31cの2つの測距演算領域31c3及び31c7のそれぞれの測距方向C及びGの基準位置c(41)及びg(95)間の距離Lは、その括弧内の画素番号及び画素ピッチより予め知られている値である。
【0064】
基線長kに平行で且つ測定位置1Gを通る直線k1上に測定位置1Cから垂直に下ろした点をC’とした場合、測定位置1C〜点C’間の距離は、LR’−LL’に等しい。このLR’−LL’の大きさは、スクリーン1の傾斜角度θ1があまり大きくない場合、直線k1上で測定位置1Gから距離(LL’*L/f)にある点をC”として、点C”からの直線k1と直交する線とスクリーン1との交点1C’とした場合の、距離1C’−C”と近似できる。通常は、予め人手等によりスクリーン1とプロジェクタ2の相対的な位置関係は調整されていることが多いから、傾斜角度θ1はあまり大きくはならず多くの場合にこの近似は妥当である。測定位置1Gと点C”とレンズ31aの中心とで構成される三角形と基準位置cとgおよびレンズ31aの中心とで構成される三角形とは相似の関係にあり、ラインセンサ31c上の2つの測距演算領域31c3及び31c7の2つの基準位置c(41)及びg(95)間の距離Lは、測定位置1G〜点C”間の距離に対応しているから、この傾斜角度θ1の値は、相似形の関係と三角関数を使用して、
θ1=arctan{(LR’−LL’)/(LL’*L/f)}
と求めることができる。
【0065】
従って、プロジェクタ2の制御部5により、上式の演算をすることにより、水平面内におけるスクリーン1とプロジェクタ2の基線長k方向の傾斜角度θ1を算出できる。この傾斜角度θ1の大きさに基づいて、図1の制御回路5が投影画像生成部6及び/又は表示駆動部7に、画像の台形歪みを補正する指示を与えることができる。しかし、上式から求められる傾斜角度θ1は、測定位置1G及び1Cまでの距離測定結果LR’及びLL’の精度に依存する。
距離測定結果LR’及びLL’の測定誤差は、距離が大きくなるほど大きくなる傾向を有する。従って、本発明では、距離の測定結果が所定の値、例えば、10m、よりも大きければ、距離の測定結果が所定の値以下の場合と比較して、距離の測定回数を増やして、測定結果の平均値又は最大値と最小値を除いた中央値若しくは最大値と最小値を除いた測定結果の平均値を求めることで、距離測定結果の誤差を小さくするようにしている。
同様に、求められた傾斜角度θ1の測定誤差は、傾斜角度が大きくなるほど大きくなる傾向を有する。従って、本発明では、求められた傾斜角度θ1が所定の値、例えば、15度、よりも大きければ、求められた傾斜角度θ1が所定の値以下の場合と比較して、傾斜角度θ1の測定回数を増やして、測定結果の平均値又は最大値と最小値を除いた中央値若しくは最大値と最小値を除いた測定結果の平均値を求めることで、傾斜角度θ1の誤差を小さくするようにしている。
【0066】
図8において、測定距離を、各測定位置1C及び1Gから基線長k方向に下ろした垂直線LR’及びLL’の長さに代えて、レンズ31aから各測距方向C及びGに沿った各測定位置1C及び1Gまでの長さとしてもよい。この場合については図13において説明する。
【0067】
もし、角度検出に高い精度が求められる場合には、角度検出に用いる2つの測距演算領域31c3及び31c7の基準値c(41)及びg(95)間の距離Lに代えて、各々の測距演算領域31c3及び31c7中のコントラスト重心位置の距離を使用しても良い。
【0068】
図12を参照して、図3のコントラスト重心演算部32hによるコントラスト重心位置を用いた距離測定を説明する。周知のように、パッシブ型ライン式測距は、2つのラインセンサ上に結像される一対の映像を重ね合せた時に最も一致度が高くなる場所を検出する動作を含むが、この一致度は一対の映像のコントラスト状態が一致しているか否かを検出するものである。
【0069】
従って、パッシブ型ライン式測距は、図12に示すようにある1つの測距演算領域31cnの設計上の測距方向が矢印J方向である場合、もし、測距演算領域31cn上に結像される測距対象の像が矢印K方向のみにコントラスト位置1Kが存在する像である場合、実際の測距方向は矢印J方向から矢印K方向にずれる。もし、測距演算領域31cn上に結像される測距対象の像が矢印M方向のみにコントラスト位置1Mが存在する像である場合、実際の測距方向は矢印J方向から矢印M方向にずれる。さらに、測距演算領域31cn上に結像される測距対象の像が矢印K方向及び矢印M方向にコントラスト位置1K及び1Mが存在する像である場合、実際の測距方向は矢印J方向から測定演算領域31cn上に結像された画像のコントラスト重心位置にずれる。
【0070】
従って、角度検出に使用する2つの測距演算領域間の距離に対応した値として、各測距演算領域中のコントラスト重心位置の距離を用いれば、精度の高い距離Lを使用することができ、角度検出精度が向上する。なお、コントラスト重心位置の求め方は、特許文献4に記載されており、公知である。
【0071】
【特許文献4】
特開平8−75985号公報
参考までに、本実施の形態においてコントラスト重心位置を求める数式1を以下に示す。
【0072】
【数1】
ここで、L( ):基準部側センサデータ
Sa :基準側スタートアドレス
Wn :演算ウインドウ数
t :整数(一般的には1〜4)
ノイズの影響を除去するには、差分の絶対値が所定値(ノイズキャンセルレベル)以下の場合は、総和に加えない。
【0073】
次ぎに図13を参照して、別の参考方法によるパッシブ型ライン式測距装置3を用いて傾斜角度θ1の計算方法を説明する。図13に示すように、パッシブ型ライン式測距装置3の基線長k方向(プロジェクタ2の水平方向)に対するスクリーン1の傾斜角度をθ1とし、図5で説明した方法により、ラインセンサ31cの測距演算領域31c7の測距方向に沿って測距演算して算出されたスクリーン1までの距離がL1、測距演算領域31c3の測距方向に沿って測距演算して算出されたスクリーン1までの距離がL2とする。予め知られている測距演算領域31c3の測距方向と基線長方向に垂直な方向とがなす角度をβとし、同じく予め知られている測距演算領域31c7の測距方向と基線長方向に垂直な方向とがなす角度をγとする。傾斜角度θ1は、次式で計算される。
【0074】
θ1=arctan(L2cosβ−L1cosγ)/(L1sinγ+L2sinβ)
【0075】
次ぎに、図14を参照して説明する。本実施の形態によるパッシブ型ライン式測距装置3により距離が測定される測距方向は、ラインセンサ31cが例えば162画素列を有する場合は図6に示すように例えば11であるが、この図14では簡潔にするため7つの測距方向のみを例示的に示す。図14には7つの測距方向にある測定対象のスクリーン1上の7つの位置1A、1B、1C、1D、1E、1F、1Gから基線長kを延長した直線に下ろした垂線の長さが距離として測定される。このように、本発明では、測距結果は、基線長k方向(水平方向)に沿ったスクリーン1平面上の例えば7つの測定位置1A、1B、1C、1D、1E、1F及び1Gからそれぞれ、基線長kを延長した直線上に下ろした垂線の長さである(例えば、図5のLR’又は図8のLL’、LR’に対応する長さ)。このパッシブ型ライン式測距装置3により測定された測距結果に基づいて、プロジェクタ2は、スクリーン1が水平(基線長k)方向においてプロジェクタ2の主面に対してなす、スクリーン1の傾斜角度θ1を図8を参照して前述した方法で算出する。
【0076】
しかしながら、パッシブ型ライン式測距装置3により、複数の測定位置から基線長kを延長した直線上に下ろした垂線の長さ(例えば、図5のLR’又は図8のLL’、LR’の距離)を測定すると、測距結果は、図3の信頼性判定部32iによる信頼性判定や図3の平均化部32j等の手段により正確な測定値が得られるように補正しても、なお、図15(a)に示すように、コントラスト重心位置を横軸、測定された距離(測距結果)を縦軸に取って示した丸点の位置にある距離として測定される。なお、図15(a)では説明を簡潔にするために、4つの測定位置1D、1E、1F、1Gの測定結果のみを示す。
【0077】
測距結果が、スクリーン1平面上の複数の測定位置から基線長k方向に延長した直線上に下ろした垂線の長さである場合(図5のLR’又は図8のLL’、LR’の場合)、本来ならば直線的に変化するはずである。しかし、現実の測距結果は、図15(a)の4つの丸点の測定結果、1D、1E、1F、1Gに示すように直線的に変化しない。このような直線関係からの逸脱は、製造誤差や測定時のノイズ等に起因する。
【0078】
図8又は図13で説明した傾斜角度θ1を求める方法を使用する場合、傾斜角度θ1を計算するために必要な2つの測定位置を図15(a)の4つの丸点1D、1E、1F、1Gに示した測定値を使用する。例えば、1Gを基準点1としてその隣りの測定点1Fを用いると傾斜角度θ1’が得られ、1Fを基準点2としてその隣りの測定点1Eを用いると傾斜角度θ1”が得られ、そして1Eを基準点3としてその隣りの点1Dを用いると傾斜角度θ1”’が得られる。基準点ともう1つの測定点の選び方に依存して図8又は図13て説明した傾斜角度の求め方では得られる傾斜角度が異なる可能性がある。このように異なる傾斜角度θ1’、θ1”、及びθ1”’から、スクリーン1の傾斜角度θ1を求めるためには、さらに、異なる傾斜角度θ1’、θ1”、及びθ1”’から最大値と最小値を除いた中間値又はその平均値を求める等の、さらなる処理を行なわなければならない。このように、複数の測距結果からスクリーン1の正確な傾斜角度θ1を一義的に算出することが困難である。
【0079】
従って、傾斜角度θ1を正確に求める方法として、平面的な測定対象上に直線的に並んだ複数の測定位置の測定値の間には、一定の相関関係(分布)、すなわち、直線的に並ぶという相関関係(分布)があることに基づき、この複数の測定値の相関関係(分布)を表わす直線を近似して求め、近似により求められた直線の傾きからスクリーン傾斜角度θ1を求める。
【0080】
図15(b)に示すように、本発明では、スクリーン1平面上の直線的に並んだ複数の測定位置の測距結果の間の相関関係、すなわち、分布を表わす直線y=ax+bを近似により求める。ここで、xは基線長kを延長した直線上の座標位置を表し(すなわち、図15(b)の横軸)、yは基線長kからスクリーン1上の位置までの距離を表わし(すなわち、図15(b)の縦軸)、aはこの直線yの傾きを表わす。この直線yの傾きaが求めるスクリーン1の傾斜角度θ1となる。すなわち、a=θ1である。この直線yを、複数の測定位置の測定結果の分布、すなわち、相関関係から近似により求めるため、最小二乗法を使用する。
図15(b)に示すように、本実施の形態で使用する最小二乗法は、図15(a)中の丸点の1G、1F、…、等に対応した各測定位置の測定結果を表わす点をP1、P2、…、Pnとし、各点P1、P2、…、Pnから基線長kを延長した直線に対応した図15(b)の横軸へ垂直方向に下ろした線と直線y=ax−bとの交点をQ1、Q2、…、Qnとした場合、各線分P1Q1、P2Q2、…、PnQnの長さの二乗の総和Σが最小になるように、直線y=ax+bの傾きaとbの値を求めるものである。
【0081】
最小二乗法により、複数の測定結果の相関関係(分布)を表わす直線y=ax+bの傾きaを求める方法は周知である。
【0082】
例えば、図15(b)上で複数n個の測定位置の測定結果を表わす点P1、P2、…、Pnのx、y座標値をそれぞれ(x1、y1)、(x2、y2)、…、(xn、yn)とする。
これら複数n個の測定結果の点P1、P2、…、Pnのx座標値の平均値をxm=(x1+x2+…+xn)/nとし、y座標値の平均値をym=(y1+y2+…+yn)/nとする。
これら複数n個の測定結果の点P1、P2、…、Pnのx座標値の分散はδ2x=[(x1−xm)2+(x2−xm)2+…+(xn−xm)2]/nとなり、y座標値の分散はδ2y=[(y1−ym)2+(y2−ym)2+…+(yn−ym)2]/nとなり、共分散はδxy=[(x1−xm)(y1−ym)+(x2−xm)(y1−ym)+…+(xn−xm)(yn−ym)]/nとなる。
相関係数はρxy=δxy/δxδyとなる。
最小二乗法によると、複数n個の測定結果の相関関係(分布)を表わす直線y=ax+bの傾きaは、a=δyρxy/δxの関係から求められる。一方、bは、b=ym−xmδyρxy/δxの関係から求められる。
スクリーン1の傾斜角度θ1は、傾きaから、θ1=tan−1aの関係から求められる。
【0083】
複数n個の測定値は本来はほぼ直線的に変化する関係にあり、この直線的変化から1つの傾斜角度θ1が一義的に算出されるべきである。しかし、実際は、ノイズ及び製造誤差等のさまざまな原因により、測定された距離を結んでも直線的に並ばず、図15(a)のように折れ線グラフのように並ぶ。この問題を解決するには、測定対象の平面的物体上に直線的に並んだ複数の位置までの距離を測定すると、それらの測距結果が直線的に分布するという相関関係を用いて、個々の位置の距離測定による誤差が最小となる直線y=ax+bを最小二乗法を用いて算出して、その直線yの傾きaをスクリーン1の傾斜角度として使用する。
【0084】
図16に、図6に示されたパッシブ型ライン式測距装置3のラインセンサ31c内の距離を測定するために使用される測距演算領域31c1乃至31c11を、模式的に示す。本実施の形態のラインセンサ31c内の各演算領域31c1乃至31c11は、隣りの演算領域と互いにほぼ半分の画素数を共有する関係になっている。例えば、領域31c1と領域31c2はほぼ半分の画素数を互いに共有し、領域31c2と領域31c3は互いにほぼ半分の画素数を共有している。図16は、このような本実施の形態で使用される図6のラインセンサ31c内の測距演算領域31c1乃至31c11間の画素の重複関係を上下に示した模式図で示す。
【0085】
図16に示すような測距演算領域31c1乃至31c11を有するラインセンサ31cにより、スクリーン1のような平面上の直線的に並んだ複数の位置を測距する場合、領域31c1により測定された距離、領域31c2により測定された距離、及び領域31c3により測定された距離の3者の関係は、領域31c1と領域31c3により測定された距離の平均値が、領域31c2により測定された距離に等しくなる。何故ならば、測定対象は平面的物体であるため、その上に直線的に並んだ位置までの測距結果は直線的関係を有するからである。すなわち、測距結果同士は相関関係を有する。この相関関係は測定対象が平面的物体であることから起因する。
【0086】
一般的に、このようなラインセンサのN番目の測距演算領域とN+1番目の測距演算領域とN+2番目の測距演算領域でもって、スクリーン1のような平面物体上のある直線に沿った複数の位置を距離を測定した場合、N番目の領域による測定距離とN+2番目の領域による測定距離の平均値Sは、その中間のN+1番目の領域による測定距離Tとほぼ等しくなるはずである。本発明は、上記原理を用いて、複数の測距演算領域の測距結果から、中間の測距演算領域の測距結果Tが両隣の測距演算領域の平均値Sと所定の判定値以上離間している場合(|T−S|≧判定値、若しくは、|T/S−1|≧判定値)は、これらの測距演算領域の測距結果は信頼性が無いと判定して、以後の演算処理から排除する。なお、判定値の大きさは目的に応じて適宜選択できる。
【0087】
さらに、このようなラインセンサのN番目の測距演算領域とN+1番目の測距演算領域とN+2番目の測距演算領域でもって、スクリーン1のような平面物体上のある直線に沿って互いに隣接した位置の距離を測定した場合の測定結果は、平均した方が個々の測定演算領域(エリア)の製造誤差や測定時の雑音の影響を少なくすることができる。すなわち、
(1)個々の領域のコントラスト重心位置に対しての平均化処理で、N、N+1、及びN+2の領域に対してのコントラスト分布の重心位置の平均を検出する。
(2)個々の領域の測距結果に対しての平均化処理により、N、N+1、及びN+2領域に対しての測距結果の平均を検出する。
【0088】
上記2つの平均化処理(1)及び(2)を、図17(a)の測定結果の小グループN、N+1、N+2(N=1〜4の自然数)についておこなう。図17(a)で測定結果の小グループはそれぞれが3つの測距演算領域を含む4つの小グループとしているが、この小グループ内に含まれる互いに隣接した測距演算領域の数、及び小グループの数は、自由に選ぶことができる。
【0089】
図17(b)は、各小グループ(N=1〜4)毎の測距結果の平均値を縦軸に、各小グループ毎のコントラスト分布の重心の平均位置を横軸に示したグラフである。図17(a)と図17(b)を比較してみれば、容易に理解されるように、3つの互い測距演算領域の平均化された値によるグラフはほぼ直線上に並ぶ。従って、スクリーン1の傾斜角度θ1を、図17(b)の平均化された値から上述したように最小二乗法を用いて算出すれば、より精度の高い角度を検出できる。
【0090】
なお、プロジェクタ2の投射光学系が自動焦点機構を有していて、スクリーン1までの距離を自動的に検出して、スクリーン1上に投射された画像の自動焦点を行なう場合、スクリーン1までの距離としては、図17(b)に示される測距結果の平均値のうち、最大値と最小値を除いた中央値又はそれらの平均値を選ぶことができる。代替的に、ラインセンサ31cの中央の測距演算領域31c6の測距結果が両隣りの測距演算領域の測距結果と直線関係を有する場合には、それを使用してもよい。このようにして、より精度の高い距離を検出して、正確な自動焦点合わせができる。
【0091】
次ぎに、図18及び図19を参照して、本発明の角度検出装置の動作を説明する。
【0092】
まず、図18を図1と併せて参照しながら説明する。プロジェクタ2に電源が投入されるか、又はプロジェクタ2の動作中において定期的な角度検出動作が開始されると、制御回路5は外部の図示しないパーソナルコンピュータ等から入力画像データが入力されているかどうかを判断して、外部からの入力画像データがあれば、投影画像生成部6にその画像データに応じた表示データを出力させて、表示駆動部7及び投射光学系を介して画像をスクリーン1に投射する。もし、入力画像データがなければ、制御回路5はプロジェクタ2内に予め記憶された調整用コントラスト画像データ(例えば、ロゴマーク等を含んだ適当な画像データ)を投影画像生成部6に出力し、表示駆動部7及び投射光学系を介してその画像をスクリーン1に投射して角度検出操作をスタートする(図18、ブロック101)。
【0093】
上記の動作は、プロジェクタ2が持つ本来の画像投影機能により投射された画像を使用して角度を検出をするための動作であり、このようにパッシブ型ライン式測距装置3及び4は調整用コントラスト画像の投影専用の投光部が不要である。
【0094】
続いて、制御回路5は、EEPROM(メモリ部10)中に傾斜角度の測定回数jを初回値(「1」)に設定し(ブロック102)、距離の測定回数iの初回値(「1」)を設定し(ブロック103)、パッシブ型ライン式測距装置3及び4の撮像部31及び41の距離測定機能と角度検出機能を動作させる前に自動焦点調節集積回路を制御して(ブロック104)、スクリーン1上の水平面内及び垂直面内にある複数の位置までの距離を測定して、水平面内及び垂直面内のスクリーン1のプロジェクタ2に対する傾斜角度を検出し易いようにスクリーン1上の画像を合焦する。なお、上述の通り角度検出操作スタート(ブロック101)は、プロジェクタ2の電源投入時に限らず、プロジェクタ2の動作中に随時に行なうことができる。この際には、スクリーン1上に投射されている任意の画像が角度検出のための測距に使用される。
【0095】
次に、図18に図3を合せて参照して測距動作および傾斜角度検出動作を説明すると、撮像部31及び41を動作させて、ラインセンサからデータを読出してA/D変換(図3中の32a)をする(ブロック105)。ラインセンサの各測距演算領域(エリア)31cN(N=1、…、11)のコントラスト重心がコントラスト重心演算部(図3の32h)で算出されて、各測距演算領域(エリア)31cN(N=1、…、11)のコントラスト重心の平均値が平均化部(図3の32j)で求められてRAM(メモリ手段10)に記憶される(ブロック106)。ラインセンサのセンサデータから直流成分を除去するためのフィルタ(図3中の32c)処理がされ(ブロック107)、その後に、各測距演算領域31c1乃至31c11に関して、相関演算(図3中の32d、32e)、補間演算(図3中の32f)、位相差検出演算(図3中の32g)されて、測距演算がされる(ブロック108)。そして信頼性判定(図3中の通常の信頼性判定部32iにより、最大相関検出部32eにおいて得られる一致度が所定値以上かどうかの判定)を行い、この信頼性判定が合格すれば、CONF_FLG1=OKをセットする(109)。もし、2つ以上の測距演算領域(エリア)でデータ信頼性判定(CONF_FLG1=OK)に合格していなければ、角度検出は不可能であるから、ブロック110において、出口Cを経て図19の入口Cに行き、図19で角度検出不能であると判定されて(ブロック123)、終了する(ブロック124)。
【0096】
もし、図18のブロック110において2つ以上の測距演算領域でデータ信頼性に合格していれば、測距結果と重心データをRAM(メモリ部10)に記憶する(ブロック111)。そして、各測距演算領域(エリア)31cN(N=1、…、11)の算出された測距結果をRAM(メモリ部10)に記憶して、複数の測定回数iによる平均値(四捨五入で単位mmで)を平均化部(図3の32j)で求める(ブロック111)。そして、図3中の測定回数調整手段55が、初回(i=1)の測定により測定された距離が所定の第1の設定値、例えば、10m、よりも大きいかどうかを判定する(ブロック112)。もし、測定された距離が所定の第1の設定値(10m)よりも大きければ、距離測定回数iとしてEEPROM(メモリ部10)に予め記憶された所定回数のDATA1(例えば、「5」)を使用して、距離測定回数iが所定回数(DATA1=5)に達するまでブロック103に戻る(ブロック113)。もし、測定された距離が所定の第1の設定値(10m)以下であれば、距離測定回数iとしてEEPROM(メモリ部10)に予め記憶されたDATA1よりも少ない所定回数のDATA2(例えば、「3」)を使用して、距離測定回数iが所定回数(DATA2=3)に達するまでブロック103に戻る(ブロック114)。このようにして、各測距演算領域31cN(N=1、…、11)毎に距離及びコントラスト重心位置の測定結果が、測距結果の距離の大きさが第1の設定値(10m)よりも大きい又は以下に応じて測定回数i(例えば、DATA1=5又はDATA2=3)により得られた測距結果の平均値が平均化部(図3の32j)により求められて、RAM(メモリ部10)に記憶されていく。なお、ブロック111で測定回数iによる測距結果の平均値を求めるに代えて、測距結果の最大値と最小値を除いた中央値若しくは最大値と最小値を除いた平均値を求めてもよい。そして、EEPROM(メモリ部10)に記憶された測定回数i(例えば、DATA1=5又はDATA2=3)に到達するまで繰り返される。測定回数iに達すると、出口Aから図19の入口Aに操作が移る。
【0097】
次に、図19を参照して説明する。平均化部(図3の32j)により、測距結果の大きさが第1の設定値(例えば、10m)よりも大きいか又は以下に応じて選ばれた測定回数i(DATA1=5又はDATA2=3)で平均化された、各測距演算領域31cN(N=1、…、11)の距離測定値とコントラスト重心測定値の相互信頼性(前後の測距演算領域の測定結果と大きく矛盾していないかの妥当性)の判定処理(ブロック115とブロック116)を行なう。もし、測距結果の相互信頼性の判定処理で不合格とされた場合は角度検出不能と判断されて(ブロック123)、終了する(ブロック124)。もし、測距結果の相互信頼性と判定処理に合格すると、平滑化(測定対象がスクリーン平面であるため前後の測距演算領域の測定結果と平均化してバラツキを少なくする)の処理を行なう(ブロック117)。
【0098】
さらに、前述したように最小二乗法により角度演算が行なわれて、スクリーンのプロジェクタに対する相対的な傾斜角度が求められる(ブロック118)。そして、求められた傾斜角度がRAM(メモリ部10)に記憶されて、傾斜角度の測定回数jにより傾斜角度の平均値が求められる(ブロック119)。そして、図3中の測定回数調整手段55が、初回(j=1)の測定により得られた傾斜角度が所定の第1の設定値、例えば、15度、よりも大きいかどうかを判定する(ブロック120)。もし、傾斜角度が所定の第2の設定値よりも大きければ、傾斜角度の測定回数jがEEPROM(メモリ部10)に予め記憶されたDATA3(例えば、「5」)の所定回数に設定される(ブロック121)。もし、傾斜角度が所定の第2の設定値以下であれば、傾斜角度の測定回数jがEEPROM(メモリ部10)に予め記憶されたDATA3よりも小さいDATA4(例えば、「3」)の所定回数に設定される(ブロック122)。このようにして、初回(j=1)の測定により得られた傾斜角度が第2の設定値(例えば、15度)より大きか又は以下に応じて決まる測定回数j(例えば、DATA3=5又はDATA4=3)に達するまで、出口Bを経て図18の入口Bを通じてブロック102に戻り、距離の測定と傾斜角度の算出が繰り返される。所定の傾斜角度の測定回数j(例えば、DATA3=5又はDATA4=3)に達したならば、角度検出動作が終了する(ブロック124)。なお、ブロック119で複数の測定回数jによる傾斜角度の平均値を求めるに代えて、求められた傾斜角度の最大値と最小値を除いた中央値若しくは最大値と最小値を除いた平均値を求めてもよい。
【0099】
以上説明した通り、本発明の角度検出装置は、最初の測距結果が第1の設定値よりも大きい場合は、第1の設定値以下の場合と較べて測定回数を増やして測距結果の平均値又は最大値と最小値を除いた中央値若しくは最大値と最小値を除いた平均値を求めることにより、測距結果の測定誤差を小さくするようにしている。そして、測距結果が第1の設定値以下の場合は、相対的に測定誤差も小さいから測定回数を比較的少なくして、高速な測距操作を行なうようにしている。三角測距法に基づく測距結果は、遠距離ほど測定誤差が大きくなるため、測定回数を増やして平均化することにより、測定誤差の影響をできるだけ小さくして、精度の高い測距結果が得られるようにし、一方、近距離では測定誤差は相対的に小さいため、測定回数を少なくして測距操作の高速化を図っている。
【0100】
本発明の角度検出装置はさらに、最初の測距結果から求められた傾斜角度が第2の設定値よりも大きい場合は、第2の設定値以下の場合と較べて距離の測定回数と傾斜角度の測定算出回数を増やして、求められた傾斜角度の平均値又は最大値と最小値を除いた中央値若しくは最大値と最小値を除いた平均値を求めることにより、傾斜角度の測定誤差を小さくするようにしている。そして、傾斜角度が第2の設定値以下の場合は、相対的に傾斜角度の測定誤差も小さいから測定回数を比較的少なくして、高速な傾斜角度の検出を行なうようにしている。これは、スクリーンの傾斜角度が大きいとスクリーン上の画像の合焦調節ができずぼやけるため、測定回数を増やして測定誤差の影響をできるだけ小さくして、精度の高い角度検出が得られるようにし、一方、近距離では測定誤差は相対的に小さいため、測定回数を少なくして角度検出の高速化を図っている。
【0101】
以上説明した本発明の角度検出装置をプロジェクタに使用すれば、測距結果が大きい場合は測定誤差も相対的に大きいから測距回数を増やすことにより測距結果の精度を高め、又、求められた傾斜角度が大きい場合はスクリーンに投影された画像の合焦のずれによる画像のぼけによる測定誤差が大きいから測距回数を増やして得られる測距結果の精度を高めてそれに基づいて求められる傾斜角度の精度を高めている。この結果、スクリーンに投影さたれ画像の台形歪みの補正を正確に高速に行なうことができる。なお、上述した本実施の形態においては、水平方向と垂直方向の一対のライン式測距装置を使用したが、直交する関係に配置する必要は無く、また、1つのライン式測距装置のみでもよい。また、測定対象としてスクリーン平面を用いたが、スクリーンに限らず、どんな平面的物体の測定対象についても本発明の角度検出装置は適用できる。例えば、測定対象の平面的物体としては、工作機械により加工される被加工物であって良く、これら被加工物に対して加工道具を正対させるため、被加工物と加工道具の相対的な傾斜角度を検出するためにも、本発明の角度検出器は適用できる。
【0102】
さらに、上述した本発明の実施の形態による複数の測定点の相関関係(分布)を表わす直線を近似する方法として、最小二乗化法を説明したが、最小二乗化法に限らず、その他の近似方法を使用して複数の測定点の相関関係(分布)を表わす直線を近似して、傾斜角度を求めてもよい。なお、上述した本実施の形態においては、図8又は図13で説明した傾斜角度θ1の求め方も使用することができる。
【0103】
【発明の効果】
本発明の請求項1乃至3に記載された本発明によれば、正確に且つ高速に角度検出することが可能な角度検出装置を達成できる。
【0104】
請求項4に記載された本発明によれば、投影されるスクリーンのプロジェクタに対する傾斜角度を自動的に正確且つ高速に検出できる角度検出装置を達成できる。
【0105】
請求項5に記載された本発明によれば、プロジェクタとスクリーンの相対的な傾斜角度に起因する画像の台形歪みを自動的に正確且つ高速に補正することができるプロジェクタを達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1つの実施の形態による角度検出装置を有するプロジェクタの構成を示す概略ブロック図。
【図2】図1に示したプロジェクタの概略正面図。
【図3】本発明の1つの実施の形態による角度検出装置の機能ブロック図。
【図4】本発明の1つの実施の形態による角度検出装置に含まれる測距装置の測距操作を説明する図。
【図5】本発明の1つの実施の形態による角度検出装置に含まれる測距装置の測距操作を説明する別の図。
【図6】本発明の1つの実施の形態による角度検出装置に含まれる測距装置の一対のラインセンサの概略を示すブロック図。
【図7】本発明の1つの実施の形態による角度検出装置に含まれる測距装置による複数位置の距離測定を説明する別の図。
【図8】本発明の1つの実施の形態による角度検出装置に含まれる測距装置による角度検出方法を説明する図。
【図9】図8の角度検出方法を説明する別の図。
【図10】図8の角度検出方法を説明する別の図。
【図11】図8の角度検出方法を説明する別の図。
【図12】本発明の1つの実施の形態による角度検出装置に含まれる測距装置の測距演算領域のコントラスト重心位置を求める方法を説明する別の図。
【図13】本発明の1つの実施の形態による角度検出装置に含まれる測距装置による角度検出方法を説明する別の図。
【図14】本発明の1つの実施の形態による角度検出装置に含まれる測距装置による複数位置の測距結果に基づく角度検出方法を説明する別の図。
【図15(a)】角度検出装置に含まれる測距装置による複数位置の測距結果及びそれらに基づいた角度算出結果を示すグラフ。
【図15(b)】角度検出装置に含まれる測距装置による複数位置の測距結果の相互関係(分布)を表わす直線を本発明による最小二乗化方法で近似する方法説明するグラフ。
【図16】本発明の1つの実施の形態による角度検出装置に含まれる測距装置のラインセンサの測距演算領域の構成を概略的に示す模式図。
【図17】本発明の1つの実施の形態による測距結果の代表値とコントラスト重心の代表値とを求める方法を示す図。
【図18】本発明の1つの実施の形態による角度検出装置の動作を示すフローチャート図。
【図19】図18のフローチャート図に接続する本発明の1つの実施の形態による角度検出装置の動作を示すフローチャート図。
【符号の説明】
1 スクリーン
1A〜1G 測定位置
2 プロジェクタ
3 測距装置
4 測距装置
5 制御回路
31 撮像部
31a レンズ
31b レンズ
31c ラインセンサ
31d ラインセンサ
31c1〜31c11 測距演算領域
32 演算部
51 相互信頼性判定部
52 平均値演算部
53 角度演算部
55 測定回数調整手段
k 基線長
θ1 水平面内でスクリーン1が基線長k方向となす傾斜角度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an angle detection device using a passive line-type distance measuring device and a projector including the same.
[0002]
[Prior art]
When a projector such as a liquid crystal projector is used, there is a problem that distortion called trapezoidal distortion occurs in an image projected on the screen due to the relative positional relationship between the projection optical axis of the projector and the screen plane projected by the projector. . This trapezoidal distortion is caused when the projector projects the image from the front of the screen so that the position of the projector is shifted from the center of the screen so as not to disturb the viewer. As a result of which the top of the screen is farther (or closer) from the projector than the bottom of the screen. It also occurs when the right side of the screen is farther (or closer) from the projector than the left side of the screen.
[0003]
Conventionally, in order to automatically correct this trapezoidal distortion, an inclination angle indicating how much the screen plane is inclined from a state perpendicular to the projector projection optical axis is automatically detected and detected. Depending on the tilt angle, an electrical correction method for generating and projecting an image having a trapezoidal distortion opposite to the projected image in the video circuit inside the projector, and a projection lens (condenser lens) of the projection optical system of the projector An optical correction method for adjusting the tilt is used (Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2000-122617 A (see paragraph 0044 and FIG. 2)
[0005]
In order to automatically detect the relative inclination angle of how much the projection optical axis of the projector is inclined from the state perpendicular to the screen plane, as a conventional angle detection device, the one disclosed in
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional angle detection apparatus described in
[0007]
Furthermore, in general, when the distance between the screen and the projector is relatively large, or when the relative tilt angle is relatively large, the distance measurement error and the tilt angle detection error tend to be large. . In order to solve this, it is known that the measurement error and the detection error can be reduced by increasing the number of times of measurement and obtaining an average value or an average value excluding the maximum value and the minimum value. However, if the number of times of measurement is increased, it will take time for distance measurement and angle detection.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide an angle detection device using a passive distance measuring device and a device that can solve the conventional problems by detecting the tilt angle of a measurement object as accurately as possible in a relatively short time. Is to provide a projector.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a pair of lenses arranged on the same plane and spaced apart by a base line length are set apart from the pair of lenses by a predetermined distance so as to extend in the base line length direction. A pair of line sensors that are arranged to form an image of an object to be measured on the pair of lenses, and output from the pair of line sensors, and the base line length and the line based on the measurement outputs A passive line-type distance measuring device including a calculation unit that calculates distances to a plurality of different positions on the measurement target in a plurality of different ranging directions on a plane including a sensor, and the calculation unit includes: An inclination angle calculation unit for calculating an inclination angle of the measurement target with respect to the same plane on a plane including the baseline length and the line sensor, using at least two calculation results of the calculated distance; Distance calculator is calculated, or the angle detection device which comprises a number of measurements adjusting means for adjusting the number of the measurement on the basis of the tilt angle the tilt angle calculation unit has calculated is provided.
[0010]
According to this configuration of the present invention, the distance to a plurality of positions linearly arranged on the measurement object is measured by the passive line-type distance measuring device, and the relative measurement object is based on at least two measured distances. A typical inclination angle is calculated, and the number of output measurements from the line sensor is adjusted based on the measured distance or inclination angle. Therefore, if the measurement error increases, the number of measurements can be increased, and if the measurement error is small, the number of measurements can be decreased. Therefore, the angle detection accuracy can be improved or the angle detection time can be increased according to the magnitude of the measurement error. Can be shortened.
[0011]
According to the second aspect of the present invention, the measurement number adjusting unit may be configured such that the distance calculated by the calculation unit is greater than the first set value or the tilt angle calculated by the tilt angle calculation unit. 2. The angle detection device according to
[0012]
According to this configuration of the present invention, the distance to a plurality of positions linearly arranged on the measurement object is measured by the passive line-type distance measuring device, and the relative measurement object is based on at least two measured distances. A typical tilt angle is calculated. Even if some of the distance measurements to a plurality of positions on the measurement object cannot be performed correctly due to noise or a manufacturing error, it is possible to determine the tilt angle with less influence. Then, when the measured distance is larger than the first set value or when the inclination angle is larger than the second set value, the measurement number adjusting means compares the distance with the first or second set value or less. By increasing the number of output measurements from each line sensor, the distance measurement error or the tilt angle calculation error is reduced. This is because the measurement error is relatively large when the distance measurement result is larger than the first set value, and when the tilt angle is larger than the second set value, the image projected on the screen or the like is combined. Since the deviation of the focal position is large and the image is blurred, the error of the measured tilt angle is also large. For this reason, the average value of the measured distance and the calculated tilt angle is obtained by more ranging times, or the maximum value and the minimum value are removed from the more measured distance or calculated tilt angle. Thus, the measurement error can be reduced by obtaining the intermediate value or the average value. If the measured distance is less than the first set value and the calculated tilt angle is less than the second set value, the distance measurement error is relatively small and the image projected on the screen or the like is Since the error in the calculated tilt angle is small, the number of measurements is reduced by the number-of-measures adjusting means as compared with the case where the value is larger than the first or second set value. As a result, the measurement time can be shortened, accurate angle detection can be performed, and the average time required for angle detection can be shortened. The magnitudes of the first set value and the second set value, and the increase / decrease in the number of measurements can be appropriately selected according to the accuracy and speed of angle detection required for the measurement object and the angle detection device.
[0013]
According to the present invention as set forth in
[0014]
According to this configuration of the present invention, the distance to a plurality of positions linearly arranged on the planar object to be measured is measured by the passive line type distance measuring device, and based on at least two measured distances. The relative inclination angle of the measurement object is calculated. At this time, if the measured distance is larger than the first set value or the calculated tilt angle is larger than the second set value, the measurement number adjusting means makes the first or second set value or less. By increasing the number of times of each measurement compared to the case, the distance measurement error or the inclination angle calculation error can be reduced. When the measured distance is equal to or smaller than the first set value and when the calculated inclination angle is equal to or smaller than the second set value, the measurement error is relatively small, and therefore the first or second measurement number adjusting means is used. The number of measurements is reduced compared to the case where the value is larger than the set value. Thereby, the measurement time can be shortened, and the average time required for angle detection can be shortened. As a result, an angle detection device that performs angle detection with high accuracy in a relatively short time can be achieved.
[0015]
According to the fourth aspect of the present invention, there is provided the angle detection device according to any one of the first to third aspects, wherein the measurement object is a screen on which an image is projected.
[0016]
According to this configuration of the present invention, it is possible to provide an angle detection device that detects a relative inclination angle of a screen by using a screen on which an image is projected as a measurement target.
[0017]
According to the fifth aspect of the present invention, there is provided a projector for projecting an image onto a screen, wherein the angle detection device according to the fourth aspect and the screen on the screen based on the inclination angle calculated by the angle detection device. An image distortion correction unit that corrects the image distortion is provided.
[0018]
According to this configuration of the present invention, the trapezoidal distortion of the image caused by the relative tilt angle between the projector and the screen can be automatically corrected in a relatively short time by detecting the tilt angle. Furthermore, it is possible to control the focusing of the image on the screen based on the distance measurement result between the projector and the screen.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0020]
FIG. 1 is a schematic block diagram of a
[0021]
FIG. 2 is a plan view showing the front of the
[0022]
As shown in FIG. 2, the first passive line-type
[0023]
Please refer to FIG. 1 again. If the optical axis irradiated from the
[0024]
For this reason, the distance from the
[0025]
However, in order to automatically perform these corrections, first, the inclination angle at which the optical axis of the
[0026]
As will be described in detail below, the angle detection device of the present invention includes first and second passive type line-type
[0027]
The first and second passive type line-type
[0028]
The
[0029]
Next, the configuration of the
[0030]
The A /
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
As will be described later with reference to FIG. 12, the contrast
[0034]
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3230759
[Patent Document 3]
Japanese Patent Publication No. 4-77289
[0035]
The
[0036]
The
[0037]
Further, as will be described in detail later with reference to FIGS. 18 and 19, the
[0038]
Next, the operation principle (external light triangular distance measuring method) of the passive line type
[0039]
On the other hand, the second passive line-type
[0040]
For the sake of brevity, only the first passive line-type
[0041]
In FIG. 4A, a pair of
[0042]
In FIG. 4A, the
[0043]
If it is assumed that the
[0044]
Next, when the
[0045]
From the principle of triangulation, the distance LC to the
[0046]
That is, the detection of the shift amount α from the reference position 31dx of the
[0047]
For this reason, detailed description of the correlation calculation is omitted, and only the following general description is given. As shown in FIG. 4 (b), the correlation calculation is performed by using the
[0048]
Since each of the
[0049]
Next, the principle of measuring the distances LR ′ and LR to the
[0050]
If it is assumed that the
[0051]
From the principle of triangulation, the distance LR to the
[0052]
The distance LR ′ from the same plane (baseline length k direction) constituting the front surface of the
[0053]
In order to detect the shift amount α ′, the above-described correlation calculation is performed. As shown in FIG. 5B, the position is fixed with the partial video data group iLm corresponding to the reference position 31cy from one
[0054]
Each of the
[0055]
In the correlation calculation method described above, the partial video data group iLm from one
[0056]
Next, one
[0057]
Signals from the photodetector cells (pixels) in the distance measurement calculation areas 31c1 to 31c11 correspond to the partial video data groups iLm of the video data signal sequence IL of the
[0058]
A plurality of different positions on the
[0059]
Next, a description will be given with reference to FIG. FIG. 7 shows a state in which the mutual positional relationship of the
[0060]
The passive line type
[0061]
Next, a reference method for measuring the tilt angle of the
[0062]
If the
[0063]
The distance L between the reference positions c (41) and g (95) in the distance measurement directions C and G of the two distance measurement calculation areas 31c3 and 31c7 of the
[0064]
When a point that is perpendicular to the
θ1 = arctan {(LR′−LL ′) / (LL ′ * L / f)}
It can be asked.
[0065]
Therefore, the
The measurement errors of the distance measurement results LR ′ and LL ′ tend to increase as the distance increases. Therefore, in the present invention, if the distance measurement result is larger than a predetermined value, for example, 10 m, the distance measurement result is increased as compared with the case where the distance measurement result is less than the predetermined value. The average value or the median value excluding the maximum value and the minimum value or the average value of the measurement results excluding the maximum value and the minimum value is obtained to reduce the error of the distance measurement result.
Similarly, the measurement error of the obtained inclination angle θ1 tends to increase as the inclination angle increases. Therefore, in the present invention, if the obtained inclination angle θ1 is larger than a predetermined value, for example, 15 degrees, the inclination angle θ1 is measured as compared with the case where the obtained inclination angle θ1 is less than the predetermined value. By increasing the number of times, the average value of the measurement results or the median value excluding the maximum and minimum values or the average value of the measurement results excluding the maximum and minimum values is obtained, so that the error of the inclination angle θ1 is reduced. ing.
[0066]
In FIG. 8, the measurement distance is changed from the
[0067]
If high accuracy is required for angle detection, each measurement is performed instead of the distance L between the reference values c (41) and g (95) of the two distance calculation calculation areas 31c3 and 31c7 used for angle detection. The distance of the contrast centroid position in the distance calculation areas 31c3 and 31c7 may be used.
[0068]
With reference to FIG. 12, distance measurement using the contrast centroid position by the contrast
[0069]
Therefore, in the passive type line-type distance measurement, if the design distance measurement direction of one distance measurement calculation area 31cn is the arrow J direction as shown in FIG. 12, the image is formed on the distance measurement calculation area 31cn. When the image of the object to be measured is an image in which the contrast position 1K exists only in the arrow K direction, the actual distance measuring direction is shifted from the arrow J direction to the arrow K direction. If the distance measurement target image formed on the distance measurement calculation area 31cn is an image in which the
[0070]
Therefore, if the distance of the contrast centroid position in each distance measurement calculation area is used as a value corresponding to the distance between the two distance calculation calculation areas used for angle detection, a highly accurate distance L can be used. Angle detection accuracy is improved. In addition, the method of calculating | requiring a contrast gravity-center position is described in
[0071]
[Patent Document 4]
JP-A-8-75985
For reference,
[0072]
[Expression 1]
Where L (): reference side sensor data
Sa: Reference start address
Wn: number of calculation windows
t: integer (generally 1 to 4)
In order to eliminate the influence of noise, when the absolute value of the difference is equal to or less than a predetermined value (noise cancellation level), it is not added to the sum.
[0073]
Next, a method of calculating the tilt angle θ1 using the passive line type
[0074]
θ1 = arctan (L2cosβ−L1cosγ) / (L1sinγ + L2sinβ)
[0075]
Next, a description will be given with reference to FIG. The distance measuring direction in which the distance is measured by the passive line type
[0076]
However, the length of the vertical line (for example, LR ′ in FIG. 5 or LL ′ and LR ′ in FIG. 8) dropped on a straight line obtained by extending the base line length k from a plurality of measurement positions by the passive line-type
[0077]
When the distance measurement result is the length of a perpendicular line drawn down from a plurality of measurement positions on the plane of the
[0078]
When using the method for obtaining the inclination angle θ1 described in FIG. 8 or FIG. 13, the two measurement positions necessary for calculating the inclination angle θ1 are the four
[0079]
Therefore, as a method for accurately obtaining the inclination angle θ1, a constant correlation (distribution), that is, linear alignment is made between the measurement values of a plurality of measurement positions linearly aligned on a planar measurement target. Is obtained by approximating a straight line representing the correlation (distribution) of the plurality of measured values, and the screen inclination angle θ1 is obtained from the inclination of the straight line obtained by the approximation.
[0080]
As shown in FIG. 15B, in the present invention, a correlation between distance measurement results of a plurality of measurement positions arranged linearly on the plane of the
As shown in FIG. 15B, the least square method used in the present embodiment represents the measurement result at each measurement position corresponding to 1G, 1F,... The points are P1, P2,..., Pn, and a line drawn vertically to the horizontal axis in FIG. 15 (b) corresponding to a straight line obtained by extending the base line length k from each point P1, P2,. When the intersections with ax−b are Q1, Q2,..., Qn, the slope a of the straight line y = ax + b is set so that the total sum Σ of the lengths of the respective line segments P1Q1, P2Q2,. The value of b is obtained.
[0081]
A method of obtaining the slope a of the straight line y = ax + b representing the correlation (distribution) of a plurality of measurement results by the least square method is well known.
[0082]
For example, the points P1, P2,..., Pn representing the measurement results at a plurality of n measurement positions on FIG. 15B are respectively (x1, y1), (x2, y2),. (Xn, yn).
The average value of x coordinate values of the plurality of n measurement results points P1, P2,..., Pn is xm = (x1 + x2 +... + Xn) / n, and the average value of y coordinate values is ym = (y1 + y2 +... + Yn) / Let n.
The variance of the x-coordinate values of these plural n points P1, P2,. 2 x = [(x1-xm) 2 + (X2-xm) 2 + ... + (xn-xm) 2 ] / N, and the variance of the y coordinate value is δ 2 y = [(y1-ym) 2 + (Y2-ym) 2 + ... + (yn-ym) 2 ] / N and the covariance is [delta] xy = [(x1-xm) (y1-ym) + (x2-xm) (y1-ym) + ... + (xn-xm) (yn-ym)] / n. .
The correlation coefficient is ρxy = δxy / δxδy.
According to the least square method, the slope a of the straight line y = ax + b representing the correlation (distribution) of a plurality of n measurement results can be obtained from the relationship a = δyρxy / δx. On the other hand, b is obtained from the relationship b = ym−xmδyρxy / δx.
The inclination angle θ1 of the
[0083]
The plurality of n measured values are inherently changing in a substantially linear relationship, and one inclination angle θ1 should be uniquely calculated from this linear change. However, in practice, due to various causes such as noise and manufacturing error, the measured distances are not arranged linearly but arranged like a line graph as shown in FIG. To solve this problem, use the correlation that when measuring the distance to multiple positions on a planar object to be measured, the distance measurement results are linearly distributed. The straight line y = ax + b that minimizes the error due to the distance measurement at the position of is calculated using the least square method, and the inclination a of the straight line y is used as the inclination angle of the
[0084]
FIG. 16 schematically shows ranging operation areas 31c1 to 31c11 used for measuring the distance in the
[0085]
In the case where a plurality of linearly arranged positions on a plane such as the
[0086]
In general, the Nth distance calculation calculation area, the N + 1th distance calculation calculation area, and the N + 2th distance calculation calculation area of such a line sensor follow a certain straight line on a plane object such as the
[0087]
Further, the N-th distance calculation calculation area, the N + 1th distance calculation calculation area, and the N + 2th distance calculation calculation area of such a line sensor are adjacent to each other along a straight line on a plane object such as the
(1) The average of the centroid positions of the contrast distributions for the N, N + 1, and N + 2 areas is detected by the averaging process for the contrast centroid positions of the individual areas.
(2) The average of the distance measurement results for the N, N + 1, and N + 2 areas is detected by the averaging process for the distance measurement results of the individual areas.
[0088]
The above two averaging processes (1) and (2) are performed for the small groups N, N + 1, N + 2 (N = 1 to 4 natural numbers) of the measurement results in FIG. In FIG. 17A, the small groups of the measurement results are four small groups each including three distance measurement calculation areas. The number of distance calculation calculation areas adjacent to each other and the small groups included in this small group. The number of can be chosen freely.
[0089]
FIG. 17B is a graph in which the average value of the distance measurement results for each small group (N = 1 to 4) is shown on the vertical axis, and the average position of the center of gravity of the contrast distribution for each small group is shown on the horizontal axis. is there. When comparing FIG. 17 (a) and FIG. 17 (b), as can be easily understood, the graphs of the averaged values of the three distance measurement calculation areas are arranged almost on a straight line. Therefore, if the inclination angle θ1 of the
[0090]
Note that when the projection optical system of the
[0091]
Next, the operation of the angle detection apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0092]
First, FIG. 18 will be described with reference to FIG. When power is supplied to the
[0093]
The above operation is an operation for detecting an angle using an image projected by the original image projection function of the
[0094]
Subsequently, the
[0095]
Next, the distance measurement operation and the inclination angle detection operation will be described with reference to FIG. 3 in conjunction with FIG. 18. The
[0096]
If the data reliability is passed in two or more distance measurement calculation areas in
[0097]
Next, a description will be given with reference to FIG. The number of measurements i (DATA1 = 5 or DATA2 =), which is selected by the averaging unit (32j in FIG. 3) where the size of the distance measurement result is larger than the first set value (for example, 10 m) or the following: 3) The mutual reliability of the distance measurement value and the contrast centroid measurement value of each distance measurement calculation area 31cN (N = 1,..., 11) averaged in 3) (significantly inconsistent with the measurement results of the front and rear distance calculation calculation areas). The validity of whether or not (block 115 and block 116). If the determination result of the mutual reliability of the distance measurement result is unacceptable, it is determined that the angle cannot be detected (block 123), and the process ends (block 124). If the measurement results pass the mutual reliability and determination processing, smoothing processing (because the measurement target is a screen plane is averaged with the measurement results of the front and rear ranging calculation areas to reduce variation) ( Block 117).
[0098]
Further, as described above, an angle calculation is performed by the least square method to determine a relative tilt angle of the screen with respect to the projector (block 118). Then, the obtained inclination angle is stored in the RAM (memory unit 10), and an average value of the inclination angles is obtained from the number of inclination angle measurements j (block 119). Then, the measurement number adjusting means 55 in FIG. 3 determines whether the inclination angle obtained by the first (j = 1) measurement is larger than a predetermined first set value, for example, 15 degrees (see FIG. 3). Block 120). If the tilt angle is larger than a predetermined second set value, the tilt angle measurement count j is set to a predetermined count of DATA3 (for example, “5”) stored in advance in the EEPROM (memory unit 10). (Block 121). If the tilt angle is equal to or smaller than a predetermined second set value, the predetermined number of times DATA4 (for example, “3”) in which the tilt angle measurement number j is smaller than DATA3 stored in advance in the EEPROM (memory unit 10). (Block 122). In this way, the tilt angle obtained by the first measurement (j = 1) is larger than the second set value (for example, 15 degrees) or the number of times of measurement j (for example, DATA3 = 5 or Until reaching DATA4 = 3), it returns to the
[0099]
As described above, the angle detection device according to the present invention increases the number of measurement results when the first distance measurement result is larger than the first set value and increases the number of measurements compared to the case of the first set value or less. The average error or the median value excluding the maximum value and the minimum value or the average value excluding the maximum value and the minimum value is obtained to reduce the measurement error of the distance measurement result. When the distance measurement result is less than or equal to the first set value, the measurement error is relatively small, so the number of measurements is relatively small, and high-speed distance measurement operation is performed. The distance measurement result based on the triangulation method has a measurement error that increases as the distance increases.Therefore, by increasing the number of measurements and averaging, the influence of the measurement error is minimized and a highly accurate distance measurement result is obtained. On the other hand, since the measurement error is relatively small at short distances, the number of measurements is reduced to speed up the distance measurement operation.
[0100]
The angle detection apparatus according to the present invention further includes the number of times of measurement of the distance and the inclination angle when the inclination angle obtained from the first distance measurement result is larger than the second set value, compared to the case where the angle is less than the second set value. By increasing the number of measurement calculations, the average value of the calculated tilt angle or the median value excluding the maximum and minimum values or the average value excluding the maximum and minimum values can be reduced. Like to do. When the tilt angle is equal to or smaller than the second set value, the measurement error of the tilt angle is relatively small, so that the number of times of measurement is relatively small and the tilt angle is detected at high speed. This is because if the screen tilt angle is large, the focus adjustment of the image on the screen cannot be performed and the image becomes blurred, so that the influence of measurement error is increased as much as possible to reduce the influence of measurement error so that highly accurate angle detection can be obtained. On the other hand, since the measurement error is relatively small at a short distance, the number of measurements is reduced to speed up the angle detection.
[0101]
If the angle detection device of the present invention described above is used in a projector, when the distance measurement result is large, the measurement error is relatively large, so that the accuracy of the distance measurement result is increased by increasing the number of distance measurement, and is also required. If the tilt angle is large, the measurement error due to the blurring of the image due to the defocusing of the image projected on the screen is large, so the accuracy of the distance measurement result obtained by increasing the number of distance measurements is increased and the tilt obtained based on it. Increases the accuracy of the angle. As a result, the trapezoidal distortion of the image projected on the screen can be corrected accurately and at high speed. In the above-described embodiment, a pair of line-type distance measuring devices in the horizontal direction and the vertical direction are used. However, it is not necessary to arrange them in a perpendicular relationship, and only one line-type distance measuring device is used. Good. Further, although the screen plane is used as the measurement object, the angle detection apparatus of the present invention can be applied to any planar object measurement object without being limited to the screen. For example, the planar object to be measured may be a workpiece to be processed by a machine tool, and the workpiece and the processing tool are relatively positioned so that the processing tool is opposed to the workpiece. The angle detector of the present invention can also be applied to detect the tilt angle.
[0102]
Furthermore, the least square method has been described as a method of approximating a straight line representing the correlation (distribution) of a plurality of measurement points according to the above-described embodiment of the present invention. However, the method is not limited to the least square method, and other approximations are also possible. The inclination angle may be obtained by approximating a straight line representing the correlation (distribution) of a plurality of measurement points using a method. In the present embodiment described above, the method of obtaining the inclination angle θ1 described with reference to FIG. 8 or FIG. 13 can also be used.
[0103]
【The invention's effect】
According to the present invention described in
[0104]
According to the present invention described in
[0105]
According to the present invention described in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a projector having an angle detection device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic front view of the projector shown in FIG.
FIG. 3 is a functional block diagram of an angle detection device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a distance measuring operation of a distance measuring device included in the angle detecting device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is another diagram illustrating a distance measurement operation of the distance measuring device included in the angle detection device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing an outline of a pair of line sensors of the distance measuring device included in the angle detection device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is another diagram illustrating distance measurement at a plurality of positions by the distance measuring device included in the angle detection device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating an angle detection method by a distance measuring device included in the angle detection device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is another diagram for explaining the angle detection method of FIG. 8;
FIG. 10 is another diagram for explaining the angle detection method of FIG. 8;
FIG. 11 is another diagram for explaining the angle detection method of FIG. 8;
FIG. 12 is another diagram illustrating a method for obtaining the contrast gravity center position of the distance measurement calculation area of the distance measuring device included in the angle detection device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is another diagram for explaining an angle detection method by the distance measuring device included in the angle detection device according to one embodiment of the present invention;
FIG. 14 is another diagram illustrating an angle detection method based on distance measurement results at a plurality of positions by a distance measurement device included in the angle detection device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 15A is a graph showing distance measurement results at a plurality of positions by a distance measuring device included in the angle detection device and an angle calculation result based on them.
FIG. 15B is a graph for explaining a method of approximating a straight line representing a mutual relationship (distribution) of distance measurement results at a plurality of positions by a distance measuring device included in the angle detection device by the least square method according to the present invention.
FIG. 16 is a schematic diagram schematically showing a configuration of a distance measurement calculation area of a line sensor of a distance measuring device included in an angle detection device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a diagram illustrating a method for obtaining a representative value of a distance measurement result and a representative value of a contrast centroid according to an embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a flowchart showing the operation of the angle detection device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a flowchart showing the operation of the angle detection device according to one embodiment of the present invention connected to the flowchart of FIG. 18;
[Explanation of symbols]
1 screen
1A to 1G measurement position
2 Projector
3 distance measuring device
4 ranging device
5 Control circuit
31 Imaging unit
31a lens
31b lens
31c line sensor
31d line sensor
31c1 to 31c11 Distance calculation area
32 Calculation unit
51 Mutual reliability judgment unit
52 Average value calculator
53 Angle calculator
55 Measuring frequency adjustment means
k Baseline length
θ1 Inclination angle that the
Claims (5)
上記演算部が演算した距離の少なくとも2つの演算結果を用いて、上記基線長及び上記ラインセンサを含む平面上で、上記測定対象の上記同一平面に対する傾斜角度を算出する傾斜角度算出部と、
上記演算部が演算した距離、又は、上記傾斜角度算出部が算出した傾斜角度に基づいて上記測定の回数を調整する測定回数調整手段とを含むことを特徴とする角度検出装置。A pair of lenses arranged on the same plane and spaced apart by a base line length, and a measurement object is arranged through the pair of lenses arranged to extend in the base line length direction by a predetermined distance from the pair of lenses. A pair of line sensors to be imaged thereon, and outputs from the pair of line sensors and a plurality of different distance measuring directions on the plane including the baseline length and the line sensor based on the measurement output A passive line-type distance measuring device comprising a calculation unit for calculating the distance to a plurality of different positions on the measurement object in
An inclination angle calculation unit that calculates an inclination angle of the measurement target with respect to the same plane on a plane including the baseline length and the line sensor, using at least two calculation results of the distance calculated by the calculation unit;
An angle detection apparatus comprising: a measurement number adjusting unit configured to adjust the number of times of the measurement based on a distance calculated by the calculation unit or an inclination angle calculated by the inclination angle calculation unit.
少なくとも2つの測定された上記距離に基づいて、上記測定対象の上記測距装置に対する傾斜角度を算出する傾斜角度算出部と、
上記距離が第1の設定値を超える場合又は上記傾斜角度が第2の設定値を超える場合は、上記パッシブ型ライン式測定距離装置による距離の測定回数をそれぞれ前記第1の設定値又は前記第2の設定値以下の場合と較べて増加させる測定回数調整手段とを含むことを特徴とする角度検出装置。A passive line-type distance measuring device that measures the distance to a plurality of different measurement points arranged substantially linearly on the measurement object;
An inclination angle calculation unit for calculating an inclination angle of the object to be measured with respect to the distance measuring device based on at least two measured distances;
When the distance exceeds the first set value or when the tilt angle exceeds the second set value, the number of times of the distance measurement by the passive line-type measurement distance device is set to the first set value or the first set value, respectively. An angle detection device comprising: a measurement frequency adjusting means for increasing the number of times compared to a case where the set value is 2 or less.
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