JP2005064667A - プロジェクション装置並びにプロジェクション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子黒板機能実現のために撮像デバイスを投射レンズのそばに搭載しても、斜め投射時に投射映像歪み補正を行った場合、歪み補正が加えられた映像がそのまま撮影されてしまい、電子黒板の機能が実現されない。
【解決手段】 方形からスクリーン２０上で発生する歪みの方向とは逆方向に歪ませた画像をライトバルブ上に表示し、これを投射レンズを介して投射する。これによって、スクリーンに映る映像の歪みが補正され、輪郭が方形をした補正投射映像３１となって視認される。
このとき、補正投射映像３１を撮像した撮像素子１２からは、出力として撮影映像３２が得られる。この撮影映像３２は歪んでいるため、これを輪郭が方形をした映像に補正するために、撮像映像歪み補正手段３３を用いて補正撮影映像３４を得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、投射型画像表示装置に関し、とくに、投射面に画像を投影する投射機能と、投射面に描画された画像を撮像入力する機能である電子黒板機能とを併せ備え、スクリーンへ斜めに投射・撮像できる電子黒板機能を有するプロジェクション装置並びにプロジェクション方法に関する。

従来、プロジェクタに撮像素子を搭載し、投射面に投射された画像と投射画像の上に描画された図形や文字を併せて撮像する電子黒板機能を備えたプロジェクタとしては、下記の発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
この発明は、スクリーン上に映像を投射する液晶プロジェクション装置において、透過型液晶表示板と投射光学レンズ系との間に、半反射ミラーを配置し、スクリーンから反射してきた映像をこの半反射ミラーによって透過型液晶表示板以外の方向に反射させ、この反射光を撮像手段によって撮像して信号化するものである。
しかしながら、上記の従来技術では、半反射ミラーを用いているため、投射される画像の照度が暗く、また、近年プロジェクタとして求められているスクリーンに対して斜めに投射でき、なおかつそのとき投射画像に生じる台形歪みを補正する機能を備えていない。

投射照度を犠牲にしないためには、撮像手段を投射レンズの近傍に並置して備えることが必要である。投射レンズに並置した形で撮像素子を搭載したプロジェクタが市販されて来ているが、このような機種では、撮像素子はオートフォーカス、自動色補正などの機能を実装する為に積まれたものであって、電子黒板としては全く用いられていない。電子黒板機能実現に必要な撮像デバイスが投射レンズのそばに搭載されていても、電子黒板の機能が実装されない原因の一つとして、斜め投射時に投射映像歪み補正を行った場合、歪み補正が加えられた映像がそのまま撮影されてしまうことが挙げられる。

特開平８−３０４７５１号公報（第３−５頁、図１）

本発明は、上記のような従来の電子黒板機能を備えたプロジェクタの問題点に鑑みてなされたものであって、したがって、本発明の目的は、投射照度を損なわず、かつ歪み補正が加えられた斜めの投射が可能で、かつ、撮影された映像に対して、投射映像歪み補正の逆補正にあたる補正をかけることによって、撮影された映像の歪みを打ち消す機能を備えた電子黒板機能を備えたプロジェクション装置並びにプロジェクション方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明のプロジェクション装置は、ライトバルブに表示された映像を投射面に拡大投射するプロジェクション手段と投射面を撮像して撮影映像を出力する撮像手段を備えたプロジェクション装置であって、プロジェクション手段が、投射面に斜めに投射したとき投射映像に生ずる歪みを補正して投射し、
撮像手段が、投射面を斜めに撮像したとき撮影映像に生ずる歪みを補正して出力することを特徴とする。
斜めに投影する中心光軸と、斜めに撮像する中心光軸とは、ほぼ同一である。
投射映像に生ずる歪みの補正は、ライトバルブへの映像の表示を変形させることによって行われ、撮影映像に生ずる歪みの補正は、撮影映像を画像処理することによって行われる。
ライトバルブの映像表示を変形させるための第１のパラメータは、プロジェクション装置の外部から設定され、画像処理のための第２パラメータは、第１のパラメータから算出される。
プロジェクション装置は、さらに、投射面のプロジェクション装置に対する相対距離と相対角度を検知する投射面検知手段を備え、ライトバルブの映像表示を変形させるための第１のパラメータは、投射面検知手段が検知した情報から自動的に設定され、画像処理のための第２パラメータは、第１のパラメータから算出される。

また、本発明のプロジェクション装置は、ライトバルブに表示された映像を投射面に拡大投射するプロジェクション手段と投射面を撮影して撮影映像を出力する撮影手段を有するプロジェクション装置であって、投射面へ斜めに投射したとき投射面上の投射映像に生ずる歪みを補正する投射映像歪み補正手段と、投射面を斜めに撮影したとき撮影映像に生ずる歪みを補正する撮影映像手段と、設定値から投射映像歪み補正手段に設定するパラメータを生成する手段と、設定値から撮影映像歪み補正手段に設定するパラメータを生成する手段を備え、投射映像補正歪み手段と撮影映像歪み補正手段とが連動して動作することによって、撮影映像の歪みを補正した映像を出力することを特徴とする。

また、本発明のプロジェクション方法は、ライトバルブに表示された映像を投射面に拡大投射するプロジェクション手段と投射面を撮像して撮影映像を出力する撮像手段を備えたプロジェクション装置において、プロジェクション手段が、投射面に斜めに投射したとき投射映像に生ずる歪みを補正して投射し、撮像手段が、投射面を斜めに撮像したとき撮影映像に生ずる歪みを補正して出力することを特徴とする。
斜めに投影する中心光軸と、斜めに撮像する中心光軸とは、ほぼ同一である。
投射映像に生ずる歪みの補正は、ライトバルブへの映像の表示を変形させることによって行われ、撮影映像に生ずる歪みの補正は、撮影映像を画像処理することによって行われる。
ライトバルブの映像表示を変形させるための第１のパラメータは、プロジェクション装置の外部から設定され、画像処理のための第２パラメータは、第１のパラメータから算出される。
プロジェクション装置は、さらに、投射面のプロジェクション装置に対する相対距離と相対角度を検知する投射面検知手段を備え、ライトバルブの映像表示を変形させるための第１のパラメータは、投射面検知手段が検知した情報から自動的に設定され、画像処理のための第２パラメータは、第１のパラメータから算出される。

上記の課題を解決する手段によって、投射照度を損なわず、かつ歪み補正が加えられた斜めの投射が可能で、かつ、撮影された映像に対して、投射映像歪み補正の逆補正にあたる補正をかけることによって、撮影された映像の歪みを打ち消す機能を備えた電子黒板機能を備えたプロジェクション装置並びにプロジェクション方法が提供される。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明が実現しようとする機能を説明する図である。
図１（ａ）はスクリーン２０に対してプロジェクタ１の投射光軸をあおり、垂直なスクリーンに対して水平面内で斜めに投射した場合を示している。あおり投射は、水平方向だけでなく、垂直方向にも行われるが、ここでは説明を簡略化するため、水平方向の場合について説明する。この場合、スクリーン２０に映る無補正投射映像２１は、スクリーン内のプロジェクタから遠い位置の画像が、水平方向ではプロジェクタから遠く離れていく方向に延び、また上下にも延びて、映像の輪郭は、方形から横に寝た台形へと歪む。しかしながら、投射レンズ１１のそばに設置されている撮像素子１２から見た場合、殆ど歪みが無い方形をした映像として見える。実際には投射レンズ及び撮像素子が備える結像レンズの収差等の影響で僅かに歪みは残るが、ここでは簡単のために歪みが全く無いように見えるとして説明を進める。この状態で撮像素子１２からは出力として歪みの無い撮影映像２２が得られ、問題はない。

しかしながら、実際にプロジェクタ１を使用する際は、プロジェクタが備える投射映像ひずみ補正手段（図示せず）によって、方形からスクリーン２０上で発生する歪みの方向とは逆方向に歪ませた画像をライトバルブ上に表示し、これを投射レンズを介して投射する。これによって、スクリーンに映る映像の歪みが補正され、図１（ｂ）のように輪郭が方形をした補正投射映像３１となって視認される。
このとき、補正投射映像３１を撮像した撮像素子１２からは、出力として撮影映像３２が得られる。この撮影映像３２はスクリーンに補正して投射された方形状の映像を斜めに撮像しているため歪んでいる。これを輪郭が方形をした映像に補正するために、撮影映像歪み補正手段３３を用いて補正撮影映像３４を得る。
ここで本発明のもっとも特徴的な部分は、投射映像の歪み補正と撮影映像の歪み補正が関連して動作することである。

図２に本発明の電子黒板プロジェクタの第１の実施例の構成ブロック図を示す。
電子黒板プロジェクタ１は、ライトバルブ１０と、投射レンズ１１と、撮像素子１２と、スクリーンセンサ１３と、ライトバルブ駆動回路１４と、ランプ１５と、ＣＰＵ５１と、プロジェクション用映像処理ＬＳＩ５２と、撮像映像処理用ＬＳＩ５３と、映像入力部５４と、撮像映像表示部５５と、入力部５７とから構成される。
スクリーンセンサ１３は、超音波センサと、超音波センサのセンシング面の方向とスクリーン２０までの距離を算出する手段とで構成されている。
超音波センサは、４０〜５０ＫＨｚ程度の振動周波数の圧電屈曲振動子を一定周期のバーストパルスで駆動することによって、空気中に超音波パルスを送出し、スクリーン２０からの反射パルスを同じ振動子によって検知するものである。
超音波センサのセンシング面の方向とスクリーンまでの距離を算出する手段は、ＣＰＵの５１の指示によって超音波センサ部１３が送信した送信超音波パルスと、受信した反射エコーを検波し、２つのパルス時間差からスクリーンまでの距離を算出する。また、超音波センサのセンシング面をスクリーンに手動又は自動的に正対させた時の仰角と首振り角を検知する。そして、スクリーンまでの距離データと、仰角及び首振り角とをＣＰＵ５１に出力する。センシング面のスクリーンへの正対は、センシング面を仰角・首振り角を変化させた時反射エコーの振幅が最大となる角度に定めることで決定できる。

図３に動作フローを示す。
まずユーザーが、ＣＰＵによってスクリーン２０上に表示されるＯＳＤ（オンスクリーンディスプレイ）などのインターフェイスにより、スクリーン上の映像に歪みがなくなるよう入力部５７から座標の設定を行う、もしくはスクリーンセンサによって検出されたスクリーンまでの距離とスクリーンに対するプロジェクタのあおり角度からＣＰＵが座標の自動設定を行う（Ｓ１０）。
次にその設定値からＣＰＵ５１がＰＪ用映像処理ＬＳＩ５２に設定するパラメータを生成する（Ｓ１１）。
設定されたパラメータによって、ＰＪ用映像処理ＬＳＩ５２は、ＰＪ用映像処理ＬＳＩ５２に入力した方形の入力映像を画像処理し、変形した投影映像を生成してライトバルブ駆動回路５２を介してライトバルブ１０に投影映像を書き込み、ライトバルブはスクリーン２０上に投影する。これによってプロジェクタ投射画像のひずみ補正が行われる（Ｓ１２）。
このとき同時にＣＰＵ５１は、前記設定値から撮像映像処理用ＬＳＩ５３が撮像映像の歪みをキャンセルできるようなパラメータを生成し、に設定する（Ｓ１３）。
撮像映像処理用ＬＳＩ５３の画像処理によって、ユーザーは常にスクリーン上に投影されている形状と同様に歪みのない補正された出力映像を撮像映像表示部５５上に得ることができる（Ｓ１４）。
また同時にスクリーン上に書き加えられた文字やイラストや貼付された資料なども併せて補正された出力映像上に得ることもできる。

図４に本発明の電子黒板プロジェクタの第２の実施例の構成ブロック図を示す。
図４は、撮像映像処理用ＬＳＩのもつ撮影映像の補正機能を、ＣＰＵ上においてソフトウェアで行う場合を示している。近年のＣＰＵの速度向上は目覚しく、このような構成でも機能の実現に何ら問題は起きない。
電子黒板プロジェクタ１は、ライトバルブ１０と、投射レンズ１１と、撮像素子１２と、スクリーンセンサ１３と、ライトバルブ駆動回路１４と、ＣＰＵ５１と、プロジェクション用映像処理ＬＳＩ５２と、映像入力部５４と、撮像映像表示部５５と、入力部５７とから構成される。

図５に動作フローを示す。
まずユーザーが、ＣＰＵによってスクリーン２０上に表示されるＯＳＤ（オンスクリーンディスプレイ）などのインターフェイスにより、スクリーン上の映像に歪みがなくなるよう入力部５７から座標の設定を行う、もしくはスクリーンセンサ１３によって検出されたスクリーンまでの距離とスクリーンに対するプロジェクタのあおり角度からＣＰＵが座標の自動設定を行う（Ｓ２０）。
次にその設定値からＣＰＵ５１がＰＪ用映像処理ＬＳＩ５２に設定するパラメータを生成する（Ｓ２１）。
設定されたパラメータによって、ＰＪ用映像処理ＬＳＩ５２は、ＰＪ用映像処理ＬＳＩ５２に入力した方形の入力映像を画像処理し、変形した投影映像を生成してライトバルブ駆動回路５２を介してライトバルブ１０に投影映像を書き込み、ライトバルブはスクリーン２０上に投影する（Ｓ２２）。これによってプロジェクタ投射画像のひずみ補正が行われる。
このとき同時にＣＰＵ５１は、前記設定値から撮像素子１２の出力する形状の歪んだ出力撮像の歪みをキャンセルできるような画像処理用の関数を生成し、画像処理を行って撮像映像表示部５５に出力する（Ｓ２３）。
これによって、ユーザーは常にスクリーン上に投影されている形状と同様に歪みのない補正撮影映像を撮像映像表示部５５上に得ることができる。また同時にスクリーン上に書き加えられた文字やイラストや貼付された資料なども併せて撮像映像上に得ることもできる。

以上の実施形態の図１（ａ）の説明において、投射レンズ１１のそばに設置されている撮像素子１２から見た場合、殆ど歪みが無い方形をした映像として見えるとして説明を進めたが、現実的には、レンズの収差のみならず、投射レンズと撮像素子の位置がずれているために引き起こされる歪みもあるため、その補正も重畳して行う。しかし、投射レンズと撮像素子の位置がずれが３０ｍｍ程度などスクリーンまでの距離に対して十分小さい場合は歪みが１％未満であることもあり、敢えて処理をしなくても済む場合もある。

本発明が実現しようとする機能を説明する図である。 本発明の第１の実施例の構成を示す図である。 本発明の第１の実施例の動作フローを示す図である。 本発明の第２の実施例の構成を示す図である。 本発明の第２の実施例の動作フローを示す図である。

符号の説明

１ プロジェクタ
１１ 投射レンズ
１２ 撮像素子
１３ スクリーンセンサ
２０ スクリーン
２１ 無補正投射映像
２２ 撮影映像
３１ 補正投射映像
３２ 撮影映像
３３ 撮影映像歪み補正手段
３４ 補正撮影映像
５１ ＣＰＵ
５２ ＰＪ用映像処理ＬＳＩ
５３ 撮像映像処理用ＬＳＩ

Claims (11)

1. ライトバルブに表示された映像を投射面に拡大投射するプロジェクション手段と前記投射面を撮像して撮影映像を出力する撮像手段を備えたプロジェクション装置であって、
   前記プロジェクション手段が、前記投射面に斜めに投射したとき前記投射映像に生ずる歪みを補正して投射し、
   前記撮像手段が、前記投射面を斜めに撮像したとき前記撮影映像に生ずる歪みを補正して出力する、
   ことを特徴とするプロジェクション装置。
2. 前記斜めに投影する中心光軸と、前記斜めに撮像する中心光軸とは、ほぼ同一である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクション装置。
3. 前記投射映像に生ずる歪みの補正は、
   前記ライトバルブへの映像の表示を変形させることによって行われ、
   前記撮影映像に生ずる歪みの補正は、
   前記撮影映像を画像処理することによって行われる、
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のプロジェクション装置。
4. 前記ライトバルブの映像表示を変形させるための第１のパラメータは、
   前記プロジェクション装置の外部から設定され、
   前記画像処理のための第２パラメータは、
   前記第１のパラメータから算出される、
   ことを特徴とする請求項３に記載のプロジェクション装置。
5. 前記プロジェクション装置は、
   さらに、前記投射面の前記プロジェクション装置に対する相対距離と相対角度を検知する投射面検知手段を備え、
   前記ライトバルブの映像表示を変形させるための第１のパラメータは、
   前記投射面検知手段が前記検知した情報から自動的に設定され、
   前記画像処理のための第２パラメータは、
   前記第１のパラメータから算出される、
   ことを特徴とする請求項３に記載のプロジェクション装置。
6. ライトバルブに表示された映像を投射面に拡大投射するプロジェクション手段と前記投射面を撮影して撮影映像を出力する撮影手段を有するプロジェクション装置であって、
   投射面へ斜めに投射したとき前記投射面上の前記投射映像に生ずる歪みを補正する投射映像歪み補正手段と、
   前記投射面を斜めに撮影したとき前記撮影映像に生ずる歪みを補正する撮影映像手段と、
   設定値から前記投射映像歪み補正手段に設定するパラメータを生成する手段と、
   前記設定値から前記撮影映像歪み補正手段に設定するパラメータを生成する手段、
   を備え、
   前記投射映像補正歪み手段と前記撮影映像歪み補正手段とが連動して動作することによって、前記撮影映像の歪みを補正した映像を出力する、
   ことを特徴とするプロジェクション装置。
7. ライトバルブに表示された映像を投射面に拡大投射するプロジェクション手段と前記投射面を撮像して撮影映像を出力する撮像手段を備えたプロジェクション装置において、
   前記プロジェクション手段が、前記投射面に斜めに投射したとき前記投射映像に生ずる歪みを補正して投射し、
   前記撮像手段が、前記投射面を斜めに撮像したとき前記撮影映像に生ずる歪みを補正して出力する、
   ことを特徴とするプロジェクション方法。
8. 前記斜めに投影する中心光軸と、前記斜めに撮像する中心光軸とは、ほぼ同一である、
   ことを特徴とする請求項７に記載のプロジェクション方法。
9. 前記投射映像に生ずる歪みの補正は、
   前記ライトバルブへの映像の表示を変形させることによって行われ、
   前記撮影映像に生ずる歪みの補正は、
   前記撮影映像を画像処理することによって行われる、
   ことを特徴とする請求項７または８のいずれかに記載のプロジェクション方法。
10. 前記ライトバルブの映像表示を変形させるための第１のパラメータは、
    前記プロジェクション装置の外部から設定され、
    前記画像処理のための第２パラメータは、
    前記第１のパラメータから算出される、
    ことを特徴とする請求項９に記載のプロジェクション方法。
11. 前記プロジェクション装置は、
    さらに、前記投射面の前記プロジェクション装置に対する相対距離と相対角度を検知する投射面検知手段を備え、
    前記ライトバルブの映像表示を変形させるための第１のパラメータは、
    前記投射面検知手段が前記検知した情報から自動的に設定され、
    前記画像処理のための第２パラメータは、
    前記第１のパラメータから算出される、
    ことを特徴とする請求項９に記載のプロジェクション方法。
    

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