JP2005049111A - Angle detector and projector equipped therewith - Google Patents

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JP2005049111A JP2003203113A JP2003203113A JP2005049111A JP 2005049111 A JP2005049111 A JP 2005049111A JP 2003203113 A JP2003203113 A JP 2003203113A JP 2003203113 A JP2003203113 A JP 2003203113A JP 2005049111 A JP2005049111 A JP 2005049111A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angle detector for automatically detecting its relative inclination angle to a screen in order to correct a trapezoidal distortion of a projected image on a screen, and for automatically measuring the reflectivity of the screen to adjust the luminance and/or color of the projected image, and also to provide a projector. <P>SOLUTION: This angle detector comprises: a range finding part 3 for finding distances to a plurality of different measuring positions 1A to 1G on a straight line extending on the screen 1; an angle computing part 53 for calculating the relative inclination angle of the finding part to the screen on a plane vertical to the screen including the straight line based on the result of range finding; a reflectivity measurement means 32j for measuring the reflectivity of the screen; and a correction means 54 for adjusting at least either of the luminance and color of the image projected correspondently to the reflectivity of the screen measured by the measurement means. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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射画像とは逆の台形歪を持つ画像を生成してそれを投射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。
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。
【0004】
また、特許文献2に示されるように、従来の液晶プロジェクタにおいては、外部測光手段でプロジェクタの周辺光を検出して、この周辺光からプロジェクタの輝度及び色情報を生成して、この情報に基づき投写画像の色合いを補正する画像改善手段を備えているものがある。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−122617号公報(段落0044及び図2参照)
【特許文献2】
特開2000−66166号公報
【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ノイズ等のために正しく測定されないと、傾斜角度の検出精度が悪化してしまい、正しく台形歪の補正ができないという問題点があった。
一方、特許文献2に記載された従来技術のプロジェクタでは、プロジェクタ周辺の外光を測定して、プロジェクタが投写する画像の色合いを補正するため、スクリーンの反射率に応じて、投射画像の色合いを補正することができない。これにより、単に周辺光に基づいて投射画像の色合いを補正しても、スクリーン等の反射率は使用するものによって異なり、これとともにプロジェクタが投射する画像が変化するので、最適な画像を投射することができないという問題点があった。
【0007】
本発明の目的は、1つの距離がノイズ等のためにたとえ正確に測定できなくとも傾斜角度をできるだけ正確に検出できるようにし、且つ、スクリーンの反射率を測定してその反射率に応じて投射画像の輝度又は色合いの内の1つを補正することができるようにして、従来の問題点を解決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である。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の本発明によれば、測定対象上に画像を投射する投射手段と、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上記測定対象がその上に結像されるラインセンサと、該ラインセンサからの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、上記演算部の演算結果である上記複数の距離に基づき、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、上記ラインセンサからの上記出力に基づいて上記測定対象の反射率を測定する反射率測定手段と、上記反射率測定手段により測定された上記測定対象の反射率に応じて上記投射手段が投射する画像の輝度又は色合いの内の少なくとも1つを調節する補正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。
【0009】
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て、この測定された距離に基づき、ライン式測距装置の基線長及びラインセンサを含む平面上で、測定対象がライン式測距装置の同一平面に対してなす相対的な傾斜角度を算出することができる。この結果、測定対象上の1つの位置までの距離測定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することができ、信頼性の高い角度検出ができる。さらに、ラインセンサからの出力に基づいて測定対象の反射率を測定し、この測定された測定対象の反射率に基づいて投射手段が投射する画像の輝度又は色合いの内の少なくとも1つを調節する補正手段を備えることにより、測定対象の反射率が異なる場合でも、最適な画像の投射が可能となる。この結果、測定対象として反射率が高いスクリーンから反射率の低い壁等のさまざまなものを使用する場合においても、最適な画像の投射が可能である。
【0010】
請求項2に記載された本発明によれば、上記測定対象は、スクリーンであ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。
【0011】
本発明のかかる構成によれば、このスクリーンの傾斜角度を検出してスクリーン上の画像の歪みを補正するために使用でき、さらに、このスクリーンの反射率に応じて最適な輝度又は色合いの画像を調節して投射できる。
【0012】
請求項3に記載の本発明によれば、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2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。
【0013】
本発明のかかる構成によれば、プロジェクタがスクリーンの相対的な傾斜角度に起因する画像の歪みを自動的に正確に補正することができ、且つ、スクリーンの反射率に応じてスクリーン上に投射される画像の輝度又は色合いを自動的に調節して補正でき、プロジェクタの投射画像の画質を向上できる。
【0014】
【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。
【0015】
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は、自らが発光したり送信したりせずに、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。
【0016】
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。
【0017】
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じ平面上には、さらに投射光学手段を構成する投射レンズ(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。
【0018】
図1を再び参照する。もし、投射レンズ8からスクリーン1へ投射される投射光軸がスクリーン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、上述の通り、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は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。
【0019】
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。上述の通り、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考えられる。
【0020】
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。
【0021】
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k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k’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。
【0022】
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。
【0023】
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。このメモリ部10の不揮発性のメモリ装置には、予め本発明で使用するスクリーン1の反射率とラインセンサからの出力との関係を示すデータ、及びスクリーン1の反射率の大小に応じて投射光学系からスクリーン1へ投射する画像の輝度及び/又は色合いの補正量が記憶されている。そして、後述するように、これら記憶されたデータが制御回路5により使用されて、スクリーン1の測定された反射率に応じてスクリーン1上に投射される画像の画質を最適に調整するために、投射レンズ8からスクリーン1へ投射される画像の輝度又は色合いの少なくとも1つが投影画像生成部6を介して補正される。
【0024】
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、104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スクリーン1上の画像の光量に対応した電気信号が直列的に出力される。このラインセンサ31c及び31dからの電気信号は、スクリーン1上の画像は投射レンズ8から投射されたものであるからスクリーン1の反射率の大小に応じて変化する。すなわち、スクリーン1の反射率が大きければラインセンサ31c及び31dからの電気信号は大きく、スクリーン1の反射率が小さければラインセンサ31c及び31dからの電気信号は小さくなる。
【0025】
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104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。このメモリ領域32bのラインセンサ出力信号データは反射率測定手段としての反射率測定部32jにも供給される。反射率測定部32jは、メモリ部10に予め記憶されているスクリーン1の基準の反射率、例えば、36%、の場合のラインセンサ出力データと、メモリ領域32bからのラインセンサ出力信号データとの大小関係に基づいてスクリーン1の反射率を求めて、スクリーン1の反射率が複数の反射率、例えば、5%、36%、80%のいずれに該当するかを決定する。このように、スクリーン1の角度検出と反射率測定とをパッシブ型ライン式測距装置で行うので、プロジェクタ2の構成を簡略化できる。
【0026】
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(フィルタリング)、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を変える。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26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。
【0027】
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。
【0028】
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3及び特許文献4に記載されているため、これ以上の説明は省略する。
【0029】
【特許文献3】
特許第3230759号公報
【特許文献4】
特公平4−77289号公報
【0030】
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を有し、空間的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、相互信頼性判定部51で信頼性があると判定された測距結果の平均値を求める平均値演算部52と、この平均値演算部52から得られた測距結果から傾斜角度を求めるための演算を行なう角度演算部53を含む。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。制御回路5は、さらに補正手段としての輝度及び色合い補正部54を有し、反射率測定部32jで得られたスクリーン1の反射率に対応して投影画像の輝度及び色合いを補正するために、投影画像生成部6を調節する。このように輝度と色合いが調節された投影画像生成部6から出力される画像データは表示駆動部7及びレンズ8を経てスクリーン1に投射される。なお、メモリ部10は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。
【0031】
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。
【0032】
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’(図示せず)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’(図示せず)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’(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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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αだけずれた位置に結像される。
【0038】
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式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。
【0039】
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3参照)。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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α’だけずれる。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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、104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。104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る。これらの光検出器セル(画素)は、隣接する26個単位のグループにより7つの測距演算領域を31c1(1〜26)、31c2(13〜38)、31c3(27〜52)、31c4(39〜64)、31c5(53〜78)、31c6(65〜90)及び31c7(79〜104)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31c7は、その26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31c7は両隣の測距演算領域と互いに半分ずつ重複している。
【0050】
各測距演算領域31c1乃至31c7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(13)、b(26)、c(38)、d(52)、e(64)、f(78)及びg(90)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(水平面)内にあるスクリーン1上の7つ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’及びg’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。
【0051】
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、7つに限る必要はなく、適宜、適当な数、例えば11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。
【0052】
例えば、162個の光検出器セル(画素)数のラインCCDを用いて27個の光検出器セル(画素)グループ単位で11の測距演算領域を設けていも良い。各領域は27個の画素数の内、13乃至14個の画素が隣接する測距演算領域と重複して使用される。この例では、スクリーン1上の基準線方向(水平方向)に沿った11の複数の位置の内の1つを選択することができる。
【0053】
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’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7つの測距演算領域31c1乃至31c7を使用して、7つ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7つの方向の内、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。
【0054】
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、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。
【0055】
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、7つ(又は11)の測距方向にあるスクリーン1上の7個(又は11個)の測定位置までの距離が測定される。
【0056】
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。
【0057】
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(38)及びg(90)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。
【0058】
基線長kに平行な直線k2上にある測定位置1Cから測定位置1Gを通る基線長kに平行な直線k1上に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(38)及びg(90)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。
【0059】
従って、プロジェクタ2の制御回路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1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。本発明は、この測距結果の精度及び信頼性を高めて、正確な角度検出を行なうことができるようにする。
【0060】
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D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。
【0061】
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(38)及びg(90)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。
【0062】
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。
【0063】
従って、パッシブ式測距は、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。
【0064】
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5に記載されており、公知である。
【0065】
【特許文献5】
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。
【0066】
【数1】

Figure 2005049111
ここで、L():基準部31c側センサーデータ
Sa :基準部31c側受光素子最小No.
Wn :部分群の受光素子数
t ;整数(一般的に1〜4)
ノイズの影響を解除するためには、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。
なお、ラインセンサ31cの一列に配列された受光素子(画素)にはそれぞれ一連の通し番号(画素番号)がふってある。
【0067】
次ぎに図13を参照して、別の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。
【0068】
θ1=arctan(L2cosβ−L1cosγ)/(L1sinγ+L2sinβ)
【0069】
次ぎに、図14を図3と併せて参照して本発明の1つの実施の形態を説明する。図14に示すように、図3の反射率測定部32jはメモリ領域32bに記憶されたラインセンサ31c、31dからの測光値14を、予めメモリ部10に記憶されていたスクリーン1の基準の反射率36パーセントの場合の基準値15と比較演算して、実質的に低い場合はスクリーン1の反射率が5%、実質的に等しい場合はスクリーン1の反射率が36%、実質的に高い場合はスクリーン1の反射率が80%のいずれかであると判定する。図14に示すように、スクリーン1の反射率に応じて、スクリーン1上の投影色の見え方16が異なる。すなわち、スクリーン1が基準の反射率36%である場合に赤として見える投影色は、スクリーン1の反射率が低い(5%)場合は、暗い赤として見え、スクリーン1の反射率が高い(80%)場合は、淡い赤として見える。このため、図3の輝度及び色合い補正部54は反射率測定部32jで得られたスクリーン1の反射率に応じて、スクリーン1上に投影色の色合いを調整するために、投影画像生成部6に補正を行う。例えば、もし、スクリーン1の反射率が基準の36%よりも低い5%の場合は、投影色の色合いの鮮度及び/又は輝度を上げる。もし、スクリーン1の反射率が基準の36%よりも高い80%の場合は、投影色の色合いの鮮度及び/又は輝度を下げることにより補正する。このようにして、プロジェクタ2はスクリーン1が高い反射率を有する場合、壁のように低い反射率を有する場合等に応じて最適な輝度と色合いの画像の投射が可能となる。
【0070】
以上説明した本発明の実施の形態において、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。また、スクリーン1までの距離測定を行うためにパッシブ型ライン式測距装置を用いたが、距離測定手段はこれに限るものではなく、パッシブ型であれば適宜変更可能である。また、本発明において、スクリーン1の角度検出と反射率測定とをパッシブ型ライン式測距装置を併用して行ったが、反射率測定専用のセンサを別途設けても良い。
【0071】
【発明の効果】
請求項1に記載された本発明によれば、測定対象上の1つの位置までの距離測定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することができ、信頼性の高い角度検出ができる。さらに、測定対象の反射率が異なる場合でも、最適な画像の投射が可能となる。この結果、測定対象として反射率が高いスクリーンから反射率の低い壁等のさまざまなものを使用する場合においても、最適な画像の投射が可能である。
【0072】
請求項2に記載された本発明によれば、このスクリーンの傾斜角度を検出してスクリーン上の画像の歪みを補正するために使用でき、さらに、このスクリーンの反射率に応じて最適な輝度又は色合いの画像の投射ができる。
【0073】
請求項3に記載された本発明によれば、プロジェクタがスクリーンの相対的な傾斜角度に起因する画像の歪みを自動的に正確に補正することができ、且つ、スクリーンの反射率に応じてスクリーン上に投射される画像の輝度又は色合いを自動的に調節して補正できるため、プロジェクタの投射画像の画質を向上できる。
【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器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器の機能ブロック図。
【図4】本発明の1つの実施の形態による角度検出器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器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器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器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器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】本発明の1つの実施の形態による角度検出器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10】本発明の1つの実施の形態による角度検出器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11】本発明の1つの実施の形態による角度検出器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12】本発明の1つの実施の形態による角度検出器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器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スクリーン反射率測定及びスクリーン反射率に応じた投射画像の輝度又は色合いの調節を示す表。
【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
31c1〜31c7 測距演算領域
32 演算部
32j 反射率測定部32j
51 相互信頼性判定部
53 角度演算部
54 輝度及び色合い補正部
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 an image having a trapezoidal distortion opposite to the projected image in the video circuit inside the projector and projecting it, and a projection lens (condenser lens) of the projector's projection optical system An optical correction method for adjusting the tilt is used.
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 Patent Document 1 is disclosed. is there. What is described in this patent document 1 is that each of the distances to the screen is measured by two active distance measuring sensors that are spaced apart from each other by a predetermined distance above and below the front surface of the projector main body 1, A simple inclination angle is obtained.
[0004]
Further, as disclosed in Patent Document 2, in a conventional liquid crystal projector, the ambient light of the projector is detected by external photometry means, and the projector brightness and color information is generated from the ambient light, and based on this information. Some have image improvement means for correcting the hue of the projected image.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-122617 A (see paragraph 0044 and FIG. 2)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-66166
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional angle detection device described in Patent Document 1 is configured to measure two distances to obtain a relative tilt angle in which the projection optical axis of the projector is tilted from a direction perpendicular to the screen plane. Therefore, if one or both of the two distance measurements are not correctly measured due to noise or the like, the tilt angle detection accuracy deteriorates and the trapezoidal distortion cannot be corrected correctly. It was.
On the other hand, in the projector of the prior art described in Patent Document 2, the ambient light around the projector is measured and the hue of the image projected by the projector is corrected. Therefore, the hue of the projected image is adjusted according to the reflectance of the screen. It cannot be corrected. As a result, even if the hue of the projected image is simply corrected based on the ambient light, the reflectance of the screen or the like varies depending on what is used, and the image projected by the projector changes with this, so that an optimal image can be projected. There was a problem that could not.
[0007]
The object of the present invention is to detect the tilt angle as accurately as possible even if one distance cannot be measured accurately due to noise or the like, and measure the reflectivity of the screen and project according to the reflectivity. An object of the present invention is to provide an angle detection device and a projector including the same, which can solve one of the conventional problems by correcting one of luminance or hue of an image.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, a projection unit that projects an image on a measurement target, a pair of lenses that are spaced apart by a base line length on the same plane, and a predetermined distance from the pair of lenses. A line sensor that is arranged so as to be spaced apart and extend in the baseline length direction and on which the measurement object is imaged via the pair of lenses, and the baseline length and the above based on the output from the line sensor A passive line-type distance measuring device comprising: a calculation unit that calculates distances to a plurality of different positions on the measurement object in a plurality of different ranging directions on a plane including a line sensor; and the calculation unit An inclination angle calculation unit for calculating an inclination angle of the measurement object with respect to the same plane on a plane including the base line length and the line sensor, based on the plurality of distances that are the calculation results of Reflectance measuring means for measuring the reflectance of the measurement object based on the output from the sensor, and brightness of an image projected by the projection means according to the reflectance of the measurement object measured by the reflectance measurement means Or an angle detecting device including a correcting means for adjusting at least one of the hues.
[0009]
According to such a configuration of the present invention, the distance to a plurality of positions linearly arranged on the measurement target is measured by the passive line-type distance measuring device, and the line-type distance measuring device is based on the measured distance. On the plane including the base line length and the line sensor, it is possible to calculate a relative inclination angle that the measurement object forms with respect to the same plane of the line-type distance measuring device. As a result, even when the distance measurement to one position on the measurement object cannot be performed correctly due to noise or the like or manufacturing error, the influence can be reduced, and highly reliable angle detection can be performed. Further, the reflectance of the measurement object is measured based on the output from the line sensor, and at least one of the brightness or the hue of the image projected by the projection unit is adjusted based on the measured reflectance of the measurement object. By providing the correction means, it is possible to project an optimum image even when the reflectance of the measurement object is different. As a result, even when various objects such as a low-reflectance wall or a screen having a high reflectance are used as the measurement target, an optimal image can be projected.
[0010]
According to the second aspect of the present invention, there is provided the angle detection device according to the first aspect, wherein the measurement object is a screen.
[0011]
According to such a configuration of the present invention, it can be used to detect the tilt angle of the screen and correct the distortion of the image on the screen, and further, an image having an optimum brightness or color can be obtained according to the reflectance of the screen. Adjust and project.
[0012]
According to the third aspect of the present invention, there is provided a projector for projecting an image onto a screen, wherein the angle detecting device according to the second aspect and the inclination angle calculated by the angle detecting device are on the screen. An image distortion correction unit that corrects the image distortion is provided.
[0013]
According to this configuration of the present invention, the projector can automatically and accurately correct image distortion caused by the relative tilt angle of the screen, and is projected on the screen according to the reflectance of the screen. The brightness or hue of the image to be adjusted can be automatically adjusted and corrected, and the image quality of the projected image of the projector can be improved.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0015]
FIG. 1 is a schematic block diagram of a projector 2 that includes an angle detection device according to the present embodiment and electrically corrects trapezoidal distortion of an image projected on the screen 1 based on the detected tilt angle of the screen 1. The angle detection device according to the present embodiment detects a tilt angle of the projector 2 with respect to the screen 1 in a horizontal plane and a vertical plane, and therefore, a plurality of positions arranged in the horizontal and vertical directions on the plane of the screen 1 from the projector 2. A first passive line-type distance measuring device 3 and a second passive line-type distance measuring device 4 are provided. The passive distance measuring device receives an image projected on the screen 1 and measures the distance without emitting or transmitting light by itself. The line-type distance measuring device has a line sensor in which a plurality of photodetector cells are arranged in a straight line.
[0016]
FIG. 2 is a plan view showing the front of the projector 2 shown in FIG. Note that the angle detection device according to the present embodiment is not limited to the one provided in the projector, and is not limited to the one that detects the angle of inclination with the screen. It can be applied to relative tilt angle detection. The projector 2 is an example of an application in which the angle detection device of the present invention is used.
[0017]
As shown in FIG. 2, the first passive line-type distance measuring device 3 of FIG. 1 is separated by a first base line length k (FIG. 4) extending in the horizontal direction on the plane constituting the front of the projector 2. And an imaging unit 31 having a pair of lenses 31a and 31b. Similarly, the second passive line-type distance measuring device 4 extends in the vertical direction perpendicular to the horizontal direction of the imaging unit 31 on the same plane that constitutes the front surface of the projector 2 and has a second baseline length k ′ (not shown). ) Includes an imaging unit 41 including a pair of lenses 41a and 41b that are spaced apart from each other. As shown in FIG. 2, a projection lens (which may include a condenser lens or the like) 8 constituting projection optical means is further provided on the same plane constituting the front surface of the projector 2. Irradiate the light that projects the image.
[0018]
Please refer to FIG. 1 again. If the projection optical axis projected from the projection lens 8 onto the screen 1 is in a positional relationship perpendicular to the plane of the screen 1, the upper and lower sides (or left and right) of the screen 1 have the same distance from the projection lens 8. No trapezoidal distortion occurs in the image above 1. However, in actuality, as described above, the projector 2 is shifted downward or upward from the center of the screen so as not to disturb the viewer when illuminating from the front of the screen 1. The projection optical axis irradiated to the screen 1 from the projection lens 8 is inclined from the positional relationship perpendicular to the plane of the screen 1.
[0019]
For this reason, the distance from the projection lens 8 is different between the upper and lower sides of the screen 1, and thus a trapezoidal distortion occurs in the image projected on the screen 1. As described above, in order to correct the trapezoidal distortion, the inclination of the optical axis of the projection lens 8 is optically corrected, or a portion that is projected to be small (large) due to the trapezoidal distortion is greatly enlarged (smallly reduced). An electrical correction in which the image processing to be performed is performed by an electric circuit is considered as described in Patent Document 1.
[0020]
However, in order to automatically perform these corrections, first, the inclination angle at which the optical axis of the projection lens 8 is inclined from the vertical direction of the plane of the screen 1, that is, the plane of the screen 1 with respect to the plane constituting the front of the projector 2. It is necessary to automatically and accurately measure the inclination angle of the plane.
[0021]
As will be described in detail below, the angle detection device of the present invention includes first and second passive type line-type distance measuring devices 3 and 4, and is horizontally (first passive) on the screen 1 from the front of the projector 2. The distance to a plurality of positions along the vertical direction (corresponding to the base line length k ′ direction of the second passive line type distance measuring device 4) and the vertical direction (corresponding to the base line length k ′ direction of the second line type distance measuring device 4) is measured. Thus, the inclination angle of the plane of the screen 1 with respect to the plane constituting the front of the projector 2 can be accurately measured in the horizontal plane and the vertical plane.
[0022]
The first and second passive type line-type distance measuring devices 3 and 4 have calculation units 32 and 42, respectively, and output signals from the imaging units 31 and 41 are input, respectively. Output signals from the arithmetic units 32 and 42 are input to the control circuit 5 including the configuration of the present invention. The control circuit 5 controls the first and second passive line-type distance measuring devices 3 and 4, and also inputs a projected image from a device such as a personal computer (not shown) to output image information. And the display drive part 7 which outputs an image to the projection lens 8 is controlled. The control circuit 5 calculates the relative tilt angles of the screen 1 in the horizontal direction and the vertical direction, respectively, with respect to the plane constituting the front of the projector 2 based on the outputs from the calculation units 32 and 42 according to the present invention. Next, the control circuit 5 controls the projection image generation unit 6 and / or the display driving unit 7 so as to correct the trapezoidal distortion based on the calculated tilt angle, so that the screen 1 is moved up and down and / or left and right. Enlarge or reduce the projected image. However, as described above, trapezoidal distortion optical correction or electrical correction itself is known (see, for example, Patent Document 1) and will not be described further. The control circuit 5 and the arithmetic units 32 and 42 can be configured by one microprocessor (CPU) 9.
[0023]
The projector 2 includes a memory unit 10 and stores data and commands necessary for the configuration of the present invention. The projector 2 supplies the data and commands to the control circuit 5 and the arithmetic units 32 and 42 as needed, or the control circuit 5. Data is received from the arithmetic units 32 and 42 and the like. The memory unit 10 includes two types of memory devices such as a non-volatile flash memory and a volatile RAM, and instructions necessary for the present invention and long-term data are stored in the non-volatile memory device. Data that is only used temporarily is stored in a volatile memory device. The nonvolatile memory device of the memory unit 10 includes projection data according to data indicating the relationship between the reflectance of the screen 1 used in the present invention and the output from the line sensor and the reflectance of the screen 1 in advance. A correction amount of luminance and / or hue of an image projected from the system onto the screen 1 is stored. Then, as will be described later, these stored data are used by the control circuit 5 to optimally adjust the image quality of the image projected on the screen 1 according to the measured reflectance of the screen 1. At least one of the luminance or the hue of the image projected from the projection lens 8 onto the screen 1 is corrected via the projection image generator 6.
[0024]
Next, the configuration of the projector 2 according to the present embodiment will be described using functional blocks with reference to FIG. For the sake of brevity, only the configuration of the first passive line-type distance measuring device 3 will be described, but the second passive line-type distance measuring device 4 is similarly configured. Below the pair of lenses 31a and 31b, which are spaced apart by a base line length k (FIG. 4) in the horizontal direction on the plane constituting the front of the projector 2, the focal length f (FIG. 4) from these lenses 31a and 31b. The line sensors 31c and 31d are arranged along the base line length k (FIG. 4). The line sensors 31c and 31d are a pair of line CCDs or other line type image pickup elements having a predetermined number, for example, 104 photodetection elements (pixels) arranged in a straight line. An electrical signal corresponding to the light amount of the image on the screen 1 formed on the pixels of the line sensors 31c and 31d by the lenses 31a and 31b is output in series from the imaging unit 31 via the output unit 31e. . The electric signals from the line sensors 31c and 31d change according to the reflectivity of the screen 1 because the image on the screen 1 is projected from the projection lens 8. That is, if the reflectance of the screen 1 is large, the electrical signal from the line sensors 31c and 31d is large, and if the reflectance of the screen 1 is small, the electrical signal from the line sensors 31c and 31d is small.
[0025]
The A / D conversion unit 32a converts the analog electrical signal output from the output unit 31e of the imaging unit 31 into a digital signal. The digitized output signals from the line sensors 31c and 31d are stored as video data signal strings IL and IR, respectively, in the memory area 32b for subsequent processing. Accordingly, a pair of video data signal strings IL and IR each consisting of 104 data strings are stored in the memory area 32b. The memory area 32 b may be provided in the memory unit 10. The line sensor output signal data in the memory area 32b is also supplied to the reflectance measuring unit 32j as reflectance measuring means. The reflectance measurement unit 32j is configured to calculate the line sensor output data when the reference reflectance of the screen 1 stored in advance in the memory unit 10 is, for example, 36%, and the line sensor output signal data from the memory region 32b. The reflectance of the screen 1 is obtained based on the magnitude relationship, and it is determined whether the reflectance of the screen 1 corresponds to a plurality of reflectances, for example, 5%, 36%, or 80%. As described above, since the angle detection and the reflectance measurement of the screen 1 are performed by the passive line type distance measuring device, the configuration of the projector 2 can be simplified.
[0026]
The filter processing unit 32c removes the DC component from the line sensor output signal (filtering), and changes the video data signal strings IL and IR into useful signals including only the spatial frequency component corresponding to the image. As will be described later with reference to FIGS. 4 and 5, the correlation calculation unit 32 d performs a partial video data group iLm (for example, 26 pixel groups spatially close from the video data signal sequences IL and IR. The reference part) and iRn (reference part) are selectively extracted, and the partial video data groups iLm and iRn are compared with each other in order to calculate the degree of coincidence of the data. For example, the comparison is repeated while fixing one partial video data group iLm as a reference part and even one pixel at a time in the IR using the other partial video data group iRn as a reference part. The maximum correlation degree detection unit 32e detects two partial video data groups iLm and iRn having the highest data matching degree in the pair of video data signal sequences IL and IR.
[0027]
The interpolation calculation unit 32f determines the position interval of the partial video data groups iLm and iRn having the highest degree of coincidence obtained by the maximum correlation degree detection unit 32e by a known interpolation method more accurately than the position interval in pixel pitch units. Interpolate to intervals. Based on the position interval interpolated by the interpolation calculation unit 32f, the phase difference detection unit 32g makes a relative shift between a pair of images of the same distance measuring object imaged on the pair of line sensors 31c and 31d. Calculate the quantity (phase difference).
[0028]
As will be described later with reference to FIG. 12, the contrast centroid calculating unit 32h obtains the contrast centroid of the images formed on the line sensors 31c and 31d. The reliability determination unit 32i determines the reliability of the relative shift amount (phase difference) between the positions imaged on the calculated line sensors 31c and 31d. For example, if the object whose distance is to be measured is correctly imaged on both line sensors 31c and 31d, the degree of coincidence obtained in the maximum correlation degree detection unit 32e is equal to or greater than a predetermined value. Should be. Therefore, even if the degree of coincidence obtained in the maximum correlation degree detection unit 32e is relatively highest, if the degree of coincidence is less than a predetermined value, the reliability judgment unit 32i determines that the reliability is low. Eliminate results. If the degree of coincidence obtained by the maximum correlation degree detection unit 32e is equal to or greater than a predetermined value, the data is reliable and CONF_FLG1 = OK is set. The above-described configurations of the imaging unit 31 and the calculation unit 32 are well known, and are described in, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4, and thus further description thereof is omitted.
[0029]
[Patent Document 3]
Japanese Patent No. 3230759 [Patent Document 4]
Japanese Patent Publication No. 4-77289 [0030]
The projector 2 further includes a control circuit 5 according to the embodiment of the present invention, and a mutual reliability determination unit 51 for determining the reliability of the distance measurement results of a small group of several spatially adjacent measurement positions. Then, an average value calculation unit 52 for obtaining an average value of the distance measurement results determined to be reliable by the mutual reliability determination unit 51, and an inclination angle from the distance measurement result obtained from the average value calculation unit 52 An angle calculation unit 53 is included for performing calculation for the purpose. Based on the tilt angle of the screen 1 calculated by the angle calculation unit 53, a correction amount for correcting the trapezoidal distortion is given to the projection image generation unit 6 and / or the display drive unit 7. Thereby, the trapezoidal distortion on the screen 1 is corrected. The control circuit 5 further includes a luminance and hue correction unit 54 as correction means, and corrects the luminance and hue of the projected image in accordance with the reflectance of the screen 1 obtained by the reflectance measurement unit 32j. The projection image generation unit 6 is adjusted. Thus, the image data output from the projection image generation unit 6 in which the brightness and the hue are adjusted is projected onto the screen 1 through the display drive unit 7 and the lens 8. Note that the memory unit 10 is connected to a microprocessor (CPU) 9 and stores and provides instruction codes and data necessary for the present embodiment.
[0031]
Next, the operation principle (external light triangular distance measuring method) of the passive line type distance measuring devices 3 and 4 will be described with reference to FIG. The first passive line-type distance measuring device 3 includes a pair of lenses 31a and 31b that extend in the horizontal direction on the plane that constitutes the front surface of the projector 2 and are separated from each other by a base length k, and from the base length k to the lenses 31a and 31b. It includes a pair of line sensors 31c and 31d that are separated by a focal length f of 31b and extend along the same horizontal direction as the baseline length k direction. The first passive type line-type distance measuring device 3 measures the distance between a plurality of positions on the plane of the screen 1 located in a plane (horizontal plane) including the baseline length k and the line sensors 31c and 31d, In a plane (horizontal plane) including k and the line sensors 31c and 31d, a relative inclination angle between the front of the projector 2 and the plane of the screen 1 is calculated.
[0032]
On the other hand, the second passive line-type distance measuring device 4 includes a pair of lenses 41a and 41b spaced apart by a base line length k ′ (not shown) extending in the vertical direction on a plane constituting the front surface of the projector 2. A pair of line sensors 41c (not shown) extending from the baseline length k '(not shown) by the focal length f of the lenses 41a and 41b and extending along the same vertical direction as the baseline length k' (not shown). And 41d (not shown). The second passive line type distance measuring device 4 is a screen located in a plane (vertical surface) including a base line length k ′ (not shown) and line sensors 41c (not shown) and 41d (not shown). A distance between a plurality of positions on one plane is measured, and a plane length (vertical plane) including a base line length k ′ (not shown) and line sensors 41c (not shown) and 41d (not shown) is measured. The relative inclination angle between the front of the projector 2 and the plane of the screen 1 is calculated.
[0033]
For the sake of brevity, only the first passive line-type distance measuring device 3 will be described here, and the description of the second passive line-type distance measuring device 4 will be omitted, but the operating principle is the same. Therefore, the same description can be applied to the second passive line type distance measuring device 4 only by replacing the horizontal direction with the vertical direction.
[0034]
In FIG. 4A, a pair of lenses 31 a and 31 b are arranged apart from each other by a predetermined baseline length k extending in the horizontal direction on a plane constituting the front surface of the projector 2. A pair of line sensors 31c and 31d, which are separated from the pair of lenses 31a and 31b by their focal length f and extend in the base length k direction (horizontal direction), are below the plane that forms the front of the projector 2. Has been placed. The line sensors 31c and 31d are arranged so that the central portions thereof are substantially positioned on the optical axes 31ax and 31bx of the lenses 31a and 31b, respectively, and the corresponding lenses 31a and 31b are respectively provided on the line sensors 31c and 31d. As a result, an image 1A at a certain position on the screen 1 for distance measurement is formed.
[0035]
In FIG. 4A, the measurement position 1A on the screen 1 is imaged on the line sensors 31c and 31d through the optical paths A and B in different directions and through the respective lenses 31a and 31b. .
[0036]
If it is assumed that the measurement position 1A exists at an infinite position, the measurement position 1A is on the line sensors 31c and 31d at the focal length f from the pair of lenses 31a and 31b. An image is formed at reference positions 31cx and 31dx intersecting the axes 31ax and 31bx.
[0037]
Next, when the measurement position 1A approaches from the infinity position along the direction A on the optical axis 31ax of the lens 31a and reaches the position of FIG. 4A, that is, the distance LC, the measurement position 1A is on the line sensor 31c. In FIG. 4, the image is still formed on the reference position 31cx, but on the line sensor 31d, the image is formed at a position shifted by α from the reference position 31dx by the lens 31b.
[0038]
From the principle of triangulation, the distance LC to the measurement position 1A is obtained by LC = kf / α. Here, the base line length k and the focal length f are known values that are known in advance, and the distance LC can be measured by detecting the shift amount α from the reference position 31dx on the line sensor 31d. This is the principle of operation of a passive line type distance measuring device for external light triangulation. The detection of the shift amount α and the calculation of LC = kf / α are executed by the calculation unit 32 in FIG.
[0039]
That is, the detection of the shift amount α from the reference position 31dx of the line sensor 31d is performed for the partial video data groups iLm and iRn extracted from the pair of video data signal sequences IL and IR output from the pair of line sensors 31c and 31d, respectively. The calculation unit 32 detects the correlation calculation. This correlation calculation is well known (for example, see Patent Document 3).
[0040]
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 line sensors 31c and 31d as the line sensors 31c and 31d for the partial video data groups iLm and iRn to be overlapped. This is a calculation that is detected while relatively shifting. In FIG. 4B, the position of the partial video data group iLm from one line sensor 31c is fixed to the reference position 31cx and used as the reference portion. The partial video data group iRn from the other line sensor 31d is shifted one pixel at a time as a reference portion, and the partial video data group iRn having the highest degree of coincidence with the reference portion is searched. The distance between the position on the line sensor 31d that generates the partial video data group iRn having the highest degree of coincidence and the reference position 31dx of the line sensor 31d is the shift amount α.
[0041]
Since each of the line sensors 31c and 31d is composed of a pair of line CCDs in which a predetermined number of photodetector cells (pixels) are arranged on a straight line having a predetermined length as will be described later, the shift amount α is a partial image. It can be easily obtained from the pixel position and pixel pitch in the video data signal sequence IR of the data group iRn. In this way, the distance LC to the measurement position 1A in the same direction A as the optical axis 31ax of the lens 31a can be measured by detecting the shift amount α.
[0042]
Next, the principle of measuring the distances LR ′ and LR to the measurement position 1B in a direction different from that in FIG. 4 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5A, the measurement position 1B passes through the optical path C and the optical path D in different directions, and is imaged on the line sensors 31c and 31d via the respective lenses 31a and 31b.
[0043]
If it is assumed that the measurement position 1B exists at an infinite position in the direction C to be measured, the center of the image of the measurement position 1B formed on the pair of line sensors 31c and 31d by the pair of lenses 31a and 31b The reference positions 31cy and 31dy are separated from each other by the base line length k. Next, when the measurement position 1B at the infinity position approaches along the distance measurement direction C and reaches the position shown in FIG. 5A, the image of the measurement position 1B formed by the lens 31a on the line sensor 31c. However, the position on the line sensor 3dc of the image of the measurement position 1B formed by the lens 31b is shifted by α ′ from the reference position 31dy.
[0044]
From the principle of triangulation, the distance LR to the measurement position 1B is LR = kf / (α′cos β). The angle β is an inclination angle of the distance measuring direction C with respect to the vertical line of the base length k, that is, the optical axis 31ax of the lens 31a, and is an angle determined by determining the measuring direction C. Since the base line length k, the focal length f, and cos β are known values, the distance LR can be measured by detecting the shift amount α ′.
[0045]
The distance LR ′ from the same plane (baseline length k direction) constituting the front surface of the projector 2 on which the lenses 31a and 31b are arranged to the measurement position 1B is obtained by LR ′ = LR cos β = kf / α ′. That is, the distance LR ′ can be obtained from the baseline length k and the focal length f, which are known values, by detecting the shift amount α ′. That is, in order to measure the distance LR ′, the angle β is not necessary.
[0046]
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 line sensor 31c as a reference portion, and the partial video data group iRn from the other line sensor 31d is fixed. The reference part iRm having the highest degree of coincidence with the data of the reference part iLm is found by shifting the positions one pixel at a time as the reference part and superimposing each other.
[0047]
Each of the line sensors 31c and 31d is composed of a pair of line CCDs in which a predetermined number of photodetector cells (pixels) are arranged in a predetermined length on a straight line, as will be described later. It can be easily obtained from the position (pixel number) in the video data signal sequence IR of the video data group iRn, the position (pixel number) in the video data signal sequence IL of the partial video data group iLm, and the pixel pitch.
[0048]
In the correlation calculation method described above, the partial video data group iLm from one line sensor 31c is fixed as a reference part, and the partial video data group iRn from the other line sensor 31d is used as a reference part, and the position is set to one pixel. We decided to inspect each other for the high degree of coincidence. However, when the distance measuring direction is the direction from the intermediate position between the lenses 31a and 31b, the partial video data is moved while moving the positions of the partial video data groups iLm and iRn in the opposite directions on the line sensors 31c and 31d. You may make it test | inspect the height of a mutual agreement between group iLm and iRm.
[0049]
Next, one line sensor 31c of the pair of line sensors 31c and 31d will be described in detail with reference to FIG. The other line sensor 31d is configured similarly to the line sensor 31c. As shown in FIG. 6, the line sensor 31c is configured by a large number, for example, a linear CCD (charge coupled device) in which 104 photodetector cells (pixels) are linearly arranged, or other linear imaging device. Yes. The 104 photodetector cells (pixels) are assigned pixel numbers in order from the left end to the right end in FIG. These photodetector cells (pixels) have seven ranging calculation areas 31c1 (1-26), 31c2 (13-38), 31c3 (27-52), 31c4 (39) by groups of 26 adjacent units. -64), 31c5 (53-78), 31c6 (65-90) and 31c7 (79-104). However, the number in parentheses is the photodetector cell (pixel) number. In each of the distance measurement calculation areas 31c1 to 31c7, the first half is included in the front-end adjacent distance calculation calculation area and the second half is included in the rear-range adjacent distance calculation calculation area. The distance calculation areas 31c1 to 31c7 overlap each other by half with the distance measurement calculation areas adjacent to each other.
[0050]
Signals from the photodetector cells (pixels) in the distance measurement calculation areas 31c1 to 31c7 correspond to the respective partial video data groups iLm of the video data signal sequence IL of the line sensor 31c in FIGS. Each of the center positions a (13), b (26), c (38), d (52), e (64), f (78), and g (90) of each of the ranging calculation areas 31c1 to 31c7 (however, The parentheses are pixel numbers), which is a reference position for determining the distance measuring direction. As a result, the distance measuring device 3 using the line sensors 31c and 31d of the present embodiment measures the distances to seven spaced positions on the screen 1 in the same plane (horizontal plane) as the reference line k. Can do. However, the actual ranging direction can be corrected by the contrast centroid position in the ranging calculation area as will be described later by the contrast centroid calculating unit 32h in FIG. In FIG. 6, reference positions a ′, b ′, c ′, d ′, e ′, f ′, and g ′ corresponding to the other line sensor 31d are shown, and the measurement in the line sensor 31c is performed as a reference portion. It is used when calculating the amount of deviation when performing correlation calculation with the distance calculation area.
[0051]
A plurality of different positions on the screen 1 for distance measurement according to the present invention need not be limited to seven, and may be appropriately set to an appropriate number, for example, 11, the number of pixels of the line sensors 31c and 31d or a distance measurement calculation area. This is possible by appropriately selecting the number of.
[0052]
For example, eleven ranging calculation areas may be provided in units of 27 photodetector cell (pixel) groups using 162 line detector CCD (pixel) line CCDs. Each area is used by overlapping with a distance measurement calculation area in which 13 to 14 pixels out of 27 pixels are adjacent to each other. In this example, one of eleven positions along the reference line direction (horizontal direction) on the screen 1 can be selected.
[0053]
Next, a description will be given with reference to FIG. FIG. 7 shows a state in which the mutual positional relationship of the screen 1 of the projector 2 is set to a predetermined positional relationship in order to perform the initial adjustment of the line type distance measuring devices 3 and 4. That is, initial adjustment of the line-type distance measuring devices 3 and 4 from the projector 2 with the screen 1 in advance parallel to the baseline lengths k and k ′ so that the projection optical axis from the projector 2 is perpendicular to the screen 1. The image suitable for is projected. In the initial adjustment, for example, the lenses 31a and 31b have aberration. For this reason, when different measurement positions along the base line length k direction on the screen 1 are imaged on the line sensors 31c and 31d, they are not imaged on a straight line but actually distorted. In the initial adjustment, a correction coefficient for correcting the distortion due to the lens aberration is calculated, stored in the memory unit 10, and used by the subsequent calculation units 32 and 42. The line-type distance measuring device 3 measures the distances on the screen 1 in the seven distance measuring directions using the seven distance calculating areas 31c1 to 31c7 on the line sensor 31c. For the sake of brevity, 1C, 1E, 1G on the screen 1 in three distance measurement directions corresponding to the three distance measurement calculation areas 31c3, 31c5, 31c7 on the line sensor 31c among the seven directions in FIG. Only the position of is shown.
[0054]
The line-type distance measuring device 3 measures an inclination angle with respect to the base line length k direction of the plane of the screen 1 on the horizontal plane, and the line type distance measuring device 4 is inclined in the direction of the base line length k ′ (not shown) of the screen 1 plane within the vertical plane. Measure the angle. For the sake of brevity, only the measurement of the inclination angle with respect to the base line length k direction of the plane of the screen 1 on the horizontal plane by the line type distance measuring device 3 will be described. However, the description of the present embodiment is similarly applied to the measurement of the tilt angle in the vertical plane of the screen 1 by the line type distance measuring device 4.
[0055]
Next, a method of measuring the tilt angle of the screen 1 using the passive line type distance measuring device 3 will be described with reference to FIGS. For simplification of description, two distance measurement directions C and G of the two distance calculation calculation areas 31c3 and 31c7 of the line sensor 31c are used, and 2 on the plane of the screen 1 in the two distance measurement directions C and G are used. Two distances LR ′ and LL ′ to the two measurement positions 1C and 1G are measured by the method described in FIG. In the present embodiment, only two distances LR ′ and LL ′ are measured. Actually, however, distances to seven (or eleven) measurement positions on the screen 1 in seven (or eleven) distance measurement directions are measured. Measured.
[0056]
If the measurement positions 1C and 1G on the screen 1 are images suitable for passive distance measurement, the manufacturer's logo that is first projected onto the screen 1 via the projection lens 8 when the projector 2 is powered on. An image including a mark or the like may be used, and when the angle detection operation is periodically performed during the operation of the projector 2, the measurement positions 1C and 1G on the screen 1 are arbitrary images projected on the screen 1. It may be.
[0057]
The distance L between the reference positions c (38) and g (90) in the distance measurement directions C and G of the two distance measurement calculation areas 31c3 and 31c7 of the line sensor 31c is based on the pixel number and the pixel pitch in the parentheses. It is a value known in advance.
[0058]
When a point perpendicular to a straight line k1 parallel to the base line length k1 passing through the measurement position 1G from the measurement position 1C on the straight line k2 parallel to the base line length k is C ′, the distance between the measurement position 1C and the point C ′ Is equal to LR′−LL ′. When the tilt angle θ1 of the screen 1 is not so large, the magnitude of this LR′−LL ′ is defined as a point C ”with a point at a distance (LL ′ * L / f) from the measurement position 1G on the straight line k1 as C ″. Can be approximated to a distance 1C'-C "in the case of an intersection 1C 'between the line perpendicular to the straight line k1 from the screen 1 and the screen 1. Usually, the relative positional relationship between the screen 1 and the projector 2 by hand or the like in advance. Since the inclination angle θ1 is not so large, this approximation is appropriate in many cases. The triangle composed of the measurement position 1G, the point C ″, and the center of the lens 31a and the reference position The triangle formed by c and g and the center of the lens 31a has a similar relationship, and the two reference positions c (38) and g (90) of the two distance measurement calculation areas 31c3 and 31c7 on the line sensor 31c. Distance between , Since then corresponds to the distance between the measurement position 1G~ point C ", the value of the inclination angle θ1, using the relationship and trigonometric functions similar shape,
θ1 = arctan {(LR′−LL ′) / (LL ′ * L / f)}
It can be asked.
[0059]
Therefore, the control circuit 5 of the projector 2 can calculate the tilt angle θ1 in the base line length k direction of the screen 1 and the projector 2 in the horizontal plane by calculating the above equation. Based on the magnitude of the tilt angle θ1, the control circuit 1 in FIG. 1 can give an instruction to the projection image generation unit 6 and / or the display drive unit 7 to correct the trapezoidal distortion of the image. However, the inclination angle θ1 obtained from the above equation depends on the accuracy of the distance measurement results LR ′ and LL ′ to the measurement positions 1G and 1C. The present invention improves the accuracy and reliability of the distance measurement result, and enables accurate angle detection.
[0060]
In FIG. 8, the measurement distance is changed from the measurement position 1C and 1G to the base line length k direction in place of the lengths of the vertical lines LR ′ and LL ′. The length may be up to the measurement positions 1C and 1G. This case will be described with reference to FIG.
[0061]
If high accuracy is required for angle detection, each measurement is performed instead of the distance L between the reference values c (38) and g (90) 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.
[0062]
With reference to FIG. 12, distance measurement using the contrast centroid position by the contrast centroid calculating unit 32h of FIG. 3 will be described. As is well known, passive distance measurement includes an operation of detecting a place where the degree of coincidence is highest when a pair of images formed on two line sensors is overlapped. This is to detect whether the contrast states of the images match.
[0063]
Accordingly, in the passive distance measurement, if the designed 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 to be measured is an image in which the contrast position 1K exists only in the arrow K direction, the actual distance measurement 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 contrast position 1M exists only in the arrow M direction, the actual distance measurement direction is shifted from the arrow J direction to the arrow M direction. . Further, when the image of the distance measurement object formed on the distance measurement calculation area 31cn is an image in which the contrast positions 1K and 1M exist in the arrow K direction and the arrow M direction, the actual distance measurement direction is from the arrow J direction. It shifts to the contrast centroid position of the image formed on the measurement calculation area 31cn.
[0064]
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 patent document 5, and is well-known.
[0065]
[Patent Document 5]
For reference to Japanese Patent Laid-Open No. 8-75985, Formula 1 for obtaining the contrast barycentric position in the present embodiment is shown below.
[0066]
[Expression 1]
Figure 2005049111
Here, L (): reference part 31c side sensor data Sa: reference part 31c side light receiving element minimum No.
Wn: number t of light receiving elements in the subgroup; integer (generally 1 to 4)
In order to cancel 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.
The light receiving elements (pixels) arranged in a line of the line sensor 31c have a series of serial numbers (pixel numbers).
[0067]
Next, with reference to FIG. 13, a method for calculating the tilt angle θ1 using the passive line type distance measuring apparatus 3 according to another method will be described. As shown in FIG. 13, the inclination angle of the screen 1 with respect to the base line length direction (horizontal direction of the projector 2) of the passive line-type distance measuring device 3 is θ1, and the distance measurement of the line sensor 31c is performed by the method described in FIG. The distance to the screen 1 calculated by the distance calculation along the distance measurement direction of the calculation area 31c7 is L1, and the distance to the screen 1 calculated by the distance measurement calculation along the distance measurement direction of the distance calculation calculation area 31c3. The distance is L2. The angle formed by the distance measurement direction of the distance measurement calculation area 31c3 known in advance and the direction perpendicular to the baseline length direction is β, and the distance measurement direction of the distance measurement calculation area 31c7 also known in advance is the same as the baseline length direction. Let γ be the angle between the vertical direction. The inclination angle θ1 is calculated by the following equation.
[0068]
θ1 = arctan (L2cosβ−L1cosγ) / (L1sinγ + L2sinβ)
[0069]
Next, one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 14 in conjunction with FIG. As shown in FIG. 14, the reflectance measuring unit 32 j in FIG. 3 uses the photometric value 14 from the line sensors 31 c and 31 d stored in the memory area 32 b as the reference reflection of the screen 1 stored in the memory unit 10 in advance. When compared with the reference value 15 when the rate is 36%, the reflectivity of the screen 1 is 5% when it is substantially low, and when the reflectivity of the screen 1 is substantially equal when it is substantially equal, it is 36%. Determines that the reflectance of the screen 1 is 80%. As shown in FIG. 14, the appearance 16 of the projected color on the screen 1 varies depending on the reflectance of the screen 1. That is, the projected color that appears as red when the screen 1 has a reference reflectance of 36% appears dark red when the reflectance of the screen 1 is low (5%), and the reflectance of the screen 1 is high (80 %) Appears as light red. Therefore, the brightness and hue correction unit 54 in FIG. 3 adjusts the hue of the projected color on the screen 1 in accordance with the reflectance of the screen 1 obtained by the reflectance measurement unit 32j. Make corrections. For example, if the reflectance of the screen 1 is 5%, which is lower than the standard 36%, the freshness and / or luminance of the projected color shade is increased. If the reflectance of the screen 1 is 80%, which is higher than 36% of the reference, correction is performed by lowering the freshness and / or luminance of the projected color. In this way, the projector 2 can project an image with optimum brightness and color according to the case where the screen 1 has a high reflectance, the case where the screen 1 has a low reflectance, or the like.
[0070]
In the embodiment of the present invention described above, the screen plane is used as the measurement target. However, the angle detection apparatus of the present invention can be applied to the measurement target of any planar object, not 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. In addition, although a passive line type distance measuring device is used to measure the distance to the screen 1, the distance measuring means is not limited to this, and can be appropriately changed if it is a passive type. Further, in the present invention, the angle detection of the screen 1 and the reflectance measurement are performed in combination with the passive line type distance measuring device, but a sensor dedicated to the reflectance measurement may be separately provided.
[0071]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, even if distance measurement to one position on the measurement object cannot be performed correctly due to noise or the like or manufacturing error, the influence can be reduced, and reliability can be reduced. High angle detection is possible. Furthermore, even when the reflectance of the measurement object is different, it is possible to project an optimal image. As a result, even when various objects such as a low-reflectance wall or a screen having a high reflectance are used as the measurement target, an optimal image can be projected.
[0072]
According to the invention as claimed in claim 2, it can be used to detect the tilt angle of this screen to correct the distortion of the image on the screen, and also to obtain the optimum brightness or Projects shaded images.
[0073]
According to the third aspect of the present invention, the projector can automatically and accurately correct the image distortion caused by the relative tilt angle of the screen, and the screen can be selected according to the reflectance of the screen. Since it is possible to automatically adjust and correct the brightness or hue of the image projected above, the image quality of the projected image of the projector can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a projector having an angle detector 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 detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining a ranging operation of the ranging device included in the angle detector according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is another diagram illustrating a distance measurement operation of the distance measuring device included in the angle detector 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 detector 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 detector 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 detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is another diagram illustrating an angle detection method by the distance measuring device included in the angle detector according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is another diagram for explaining an angle detection method by the distance measuring device included in the angle detector according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is another diagram illustrating an angle detection method by the distance measuring device included in the angle detector according to the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is another diagram illustrating a method for obtaining the contrast centroid position of the distance measurement calculation area of the distance measuring device included in the angle detector according to the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is another diagram illustrating an angle detection method by the distance measuring device included in the angle detector according to one embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a table showing screen reflectivity measurement and adjustment of brightness or hue of a projected image according to screen reflectivity according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Screen 1A-1G Measurement position 2 Projector 3 Distance measuring device 4 Distance measuring device 5 Control circuit 31 Image pick-up part 31a Lens 31b Lens 31c Line sensor 31d Line sensors 31c1-31c7 Distance calculation calculation area 32 Calculation part 32j Reflectivity measurement part 32j
51 Mutual Reliability Determination Unit 53 Angle Calculation Unit 54 Luminance and Tint Correction Unit k Baseline Length θ1 Inclination angle that the screen 1 makes in the baseline length k direction in the horizontal plane

Claims (3)

測定対象上に画像を投射する投射手段と、
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上記測定対象がその上に結像されるラインセンサと、該ラインセンサからの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、
上記演算部の演算結果である上記複数の距離に基づき、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、
上記ラインセンサからの上記出力に基づいて上記測定対象の反射率を測定する反射率測定手段と、
上記反射率測定手段により測定された上記測定対象の反射率に応じて上記投射手段が投射する画像の輝度又は色合いの内の少なくとも1つを調節する補正手段とを含むことを特徴とする角度検出装置。
Projecting means for projecting an image on the measurement object;
A pair of lenses arranged on the same plane and spaced apart by a base line length, and the object to be measured via the pair of lenses disposed so as to be separated from the pair of lenses by a predetermined distance and extending in the base line length direction A line sensor on which the image is formed, and a plurality of different positions on the plurality of different distance measuring directions on the plane including the base line length and the line sensor based on an output from the line sensor. A passive line-type distance measuring device provided with a calculation unit for calculating the distance of
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 base line length and the line sensor based on the plurality of distances that are calculation results of the calculation unit;
A reflectance measuring means for measuring the reflectance of the measurement object based on the output from the line sensor;
And angle correction means for adjusting at least one of luminance or hue of an image projected by the projection means according to the reflectance of the measurement object measured by the reflectance measurement means. apparatus.
上記測定対象は、スクリーンであることを特徴とする請求項1に記載の角度検出装置。The angle detection device according to claim 1, wherein the measurement object is a screen. 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2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。An projector for projecting an image onto a screen, the angle detection device according to claim 2, and an image distortion correction unit that corrects distortion of the image on the screen based on an inclination angle calculated by the angle detection device; Including a projector.
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