JP2005092592A - プロジェクタ並びにプロジェクションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 プロジェクタの斜め投射時に投射映像歪み補正を行った場合、輝点を有する指し棒などの物理的ポインタの座標も歪んで読み取られてしまう。
【解決手段】 プロジェクタが、座標変換手段を備えることによって、撮影映像から物理的ポインタの座標を取得する際に、撮影映像に対する座標変換を行って、プロジェクタが歪み補正する前の元の映像信号上の座標を得て、投写画像上で輝点が示す正しい位置へのカーソルの表示が可能となる。また、ポインタを使用したＯＳＤの操作や、画面上への図形の描画を可能にする。
【選択図】 図３

Description

本発明はプロジェクタ並びにプロジェクションシステムに関し、とくに、撮像手段を搭載し、斜め投写時にも投写画面上のポインタ指示位置を正確に取得することができるプロジェクタ並びにプロジェクションシステムに関する。

近年、撮像素子を搭載し、動作の多機能化を可能にしているプロジェクション装置が開発されてきている。例えば搭載した撮像素子を用いてオートフォーカス、自動色補正などの機能を実現したプロジェクション装置が開発されている。
また、投射面にプロジェクタによって投射された画像と、投射画像の上に描画された図形や文字を、備えた撮像素子によって併せて撮像する電子黒板機能を備えたプロジェクタの技術も開示されている。
また、さらに、ポインタを備えたパソコンとプロジェクタを有し、パソコンの表示画像を投写した投写画像上で、ポインタの指示位置をプロジェクタの備える撮像手段からの撮像信号より検出して、投写パソコン表示画像の変更等をポインタによって行うことができるプロジェクションシステムの技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開平３−１６７６２１号公報（第６−１５頁、図３）

ポインタによって投写画面の操作等を確実に行うためには、ポインタの指示位置を正確に検出することが重要である。
上記の特許文献１に開示されたシステムは、投写画面に歪みが無いことを前提としている。最近では、プレゼンテーション画面が観客にとって見易いように、プロジェクタはスクリーンに対して斜めに投写し、かつ斜め投射によって生ずる画面の歪みをプロジェクタ自体が補正することが行われている。上記の開示技術のシステムでは、斜め投射時に投射映像歪み補正を行った場合、赤外線指し棒などの物理的ポインタの座標も歪んで読み取られてしまうという欠点がある。
本発明は、このような従来の技術の課題に鑑みて成されたものであって、その目的とするところは、プロジェクタに撮像素子を備えて、撮像素子による撮影画像から物理的ポインタの座標を取得する場合、投射画像歪み補正の逆補正にあたる座標変換を撮像画像に対して行うことで、投射画像と物理的ポインタの座標系を一致させることができるプロジェクタ並びにプロジェクションシステム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タは、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、投射面を撮像して第１の撮影映像を出力する撮像手段と、輝点によって投写面内の位置を指し示すポインティング手段と、撮影映像中に含まれる輝点の位置座標を取得する位置座標取得手段と、を座標変換して第２の撮影映像に変換する座標変換手段を備え、位置座標取得手段が、第２の撮影映像から輝点の位置座標を取得することを特徴とする。
プロジェクション手段は、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、撮影手段は、投射面を斜めに撮像する。
斜めに投射する中心光軸と、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、ライトバルブへ表示する映像を所定のパラメータに基づいて入力映像から変形させることによって行われ、座標変換は所定のパラメータを参照して行われる。
所定のパラメータは、プロジェクション装置の外部から設定される。
プロジェクタは、さらに、投射面のプロジェクタ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、所定のパラメータは、投射面検知手段が検知した情報から自動的に設定される。
プロジェクタは、さらに、取得された輝点の座標位置にカーソルのパターンを入力映像に重畳する手段を備える。
プロジェクタは、さらに、オンスクリーンディスプレイ（ＯＳＤ）機能を有し、
ポインティング手段によってＯＳＤを動作させる手段を備える。
プロジェクタは、さらに、ポインティング手段によって投射映像中に図形を描く手段を備える。
また、本発明のプロジェクションシステムは、上記のプロジェクタとパソコンが接続され、パソコンは、プロジェクタから輝点の位置座標を入力して座標にパソコンの表示映像にカーソルを表示し、プロジェクタは、パソコンの表示映像を投射し、ポインティング手段によってパソコンのカーソルを制御する手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、プロジェクタが、撮影手段と座標変換手段を備えることによって、撮影映像から物理的ポインタの座標を取得する際に、撮影映像に対する座標変換を行って、プロジェクタが歪み補正する前の元の映像信号上の座標を得て、投写画像上で輝点が示す正しい位置へのカーソルの表示が可能となる。また、ポインタを使用したＯＳＤの操作や、画面上への図形の描画を可能にする。

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、プロジェクタの斜め投写時に、スクリーンを指し示すポインタの位置とプロジェクタが表示するカーソルの位置の不一致が生じる理由を説明する図である。
図１では、プロジェクタ１は、投射レンズ２のそばに、撮像素子３を備えている。撮影映像から物理的ポインタ４の座標を取得する際に、撮影映像に対する座標変換手段をもたないプロジェクタについて表現している。
図１では、プロジェクタ１の投射光軸をスクリーンに対してあおり、垂直に立つスクリーンに対して水平面内で斜めに投射しているものとする。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、スクリーンに映る無補正投射映像８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。
プロジェクタ１は、投射映像ひずみ補正手段によって、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、観客は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５として正しく視認することができる。

撮影映像から物理的ポインタ４の指し示す座標を取得し、投射画面上のその位置にカーソルを表示する時の動作を説明する。この場合、投射映像５は歪みが補正されているため、投写レンズの近傍に位置する撮像素子３が補正投射映像５を取り込んだ撮影映像は、無補正投射映像とは歪みの方向が逆となった形の撮影映像１０となる。撮影映像上にあるポインタの輝点９の位置は、撮像素子の縦横の画素配列から検知されるが、撮像素子の画素配列の座標系と撮影映像１０の歪んだ座標系とは異なるため、輝点９の撮像素子の画素配列に基づいた輝点９の座標位置ｘ、ｙと撮影映像中の歪んだ座標上の位置とは異なってくる。
つまり、撮像素子３の画素配列から得られるｘ、ｙをそのままカーソル座標とし、カーソル重畳映像１１に重畳すると、スクリーンの投写画像上では、カーソル６のように物理的ポインタが指した場所とは違う位置にカーソルが表示される。この状態では、物理的ポインタ４を使用してカーソルを画面上で自在に動かしたり、例えばＯＳＤ（オンスクリーンディスプレイ）の操作や、画面上に線を書こうとしても成功しない。
そこで本発明は、プロジェクタ１が、座標変換手段を備えることによって、撮影映像から物理的ポインタ４の座標を取得する際に、撮影映像に対する座標変換を行って、プロジェクタが歪み補正する前の元の映像信号上の座標を得て、正しい位置へのカーソルの表示や、ポインタ４を使用したＯＳＤの操作や、画面上に線描を正しく成功させようとするものである。

そこで本発明の実施例を、図２〜４を用いて説明する。
図２に本発明のプロジェクタの一実施例の構成ブロック図を示す。
プロジェクタ１は、投射レンズ２と、撮像素子３と、ポインタ４と、ライトバルブ２１と、スクリーンセンサ２３と、ライトバルブ駆動回路２４と、ＣＰＵ２６と、プロジェクション用画像処理ＬＳＩ２５と、映像入力部２７と、入力部２８とから構成される。
ポインタ４は、輝点を有する指し棒やレーザポインタ等である。ポインタの輝点とカーソルとを両方表示する場合には輝点の光は可視光を使用し、カーソルのみを表示する場合には赤外光を用いればよい。輝点は投写された映像より高い輝度を有している。
撮像素子は、ポインタの輝点を背景映像から峻別しやすくするために、必要に応じて波長フィルタを備えていてもよい。
スクリーンセンサ２３は、ここでは超音波センサと、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２６の指示によって超音波センサ部２３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ＣＰＵ２６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。
スクリーンセンサ２３は、ミリ波の送受波手段であってもよい。ミリ波の連続波をスクリーンに向けて送出すると、スクリーンからの反射波との間で干渉が生じる。干渉の山谷の位置は、発振周波数を掃引すると変化する。周波数の掃引幅と干渉振幅とから、プロジェクタとスクリーンとの距離を検出することができる。角度については超音波センサの場合と同じように取得することができる。

図３および４に本実施例の動作を示す。
まずユーザーが、ＣＰＵ２６によってスクリーン２０上に表示されるＯＳＤ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無くなるよう入力部５７から角度及び座標の設定を行う。もしくはスクリーンセンサ２３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ＣＰＵ２６がＰＪ用画像処理ＬＳＩ２５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用画像処理ＬＳＩ２５は、ＰＪ用画像処理ＬＳＩ２５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２４を介してライトバルブ２１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）。

撮像素子３は、輝点を有するポインタ４を含めて歪ませて投射された投影映像５を撮影し撮影映像１０をＣＰＵ２６に送る。
ＣＰＵ２６において、撮影映像１０は、座標変換手段によって座標変換された撮影映像１２に変換される（Ｓ１３）。
座標変換された撮影映像から輝点の座標ｘ’、ｙ’を取得する（Ｓ１４）。
座標変換後輝点位置１２で示されるｘ’、ｙ’をカーソルの座標としてカーソルを入力映像に重畳し（Ｓ１５）、カーソル重畳映像１３を形成し投写すると、図３のカーソル７に示すように物理的ポインタ４の輝点の位置と同じ場所にカーソルを表示することができる。
この際、座標変換手段の動作は投射映像歪み補正の設定値（Ｓ１０）を参照して設定される。このため、プロジェクタの投射映像歪み補正の補正量が増減してもそれに応じた座標変換がなされカーソルは常に物理ポインタ４の位置に一致する。
輝点の座標は、座標変換された撮影映像信号のピーク検出を行うことによって取得される。

実施例では簡単のためカーソル表示に重きを置いて説明したが、座標変換後のｘ’、ｙ’は入力映像の座標系と一致していることから、ＯＳＤの操作（Ｓ１６）や、画面上に線を書くチョークボード機能（Ｓ１７）についても問題なく使用できる。
この場合には、物理的ポインタに押下ボタンを設け、ボタン押下の信号をプロジェクタとの間に設けたコードによる接続やワイヤレスによる接続の手段を介して送信することによって行うことができる。
また、別に接続手段を設けずに、ボタン押下の信号をポインタ輝点の符号化された明滅の信号に乗せ、装備されている撮像素子を介してプロジェクタのＣＰＵに送達することも可能である。

また、ＰＣ３０をプロジェクタ１に接続してＰＣ画面の映像信号をプロジェクタ１に入力し、同時にプロジェクタ１から座標変換後のｘ’、ｙ’をＰＣ３０に出力すれば、プロジェクタ１からの座標データによってパソコンカーソルの制御も可能となる。
また、上述と同様に物理的ポインタに押下ボタンを設け、ボタン押下の信号をＰＣに送信することによって、ポインタをＰＣのマウスの機能と同様の働きをさせることもでき、画面の展開やアプリケーションソフトの変更等を行うこともできる。

斜め投写画像歪みによるポインタ位置とプロジェクタが表示するカーソル位置の不一致を説明する図である。 本発明のプロジェクタの構成を示すブロック図である。 本発明のプロジェクタが備える機能を示す図である。 本発明のプロジェクタ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
２ 投射レンズ
３ 撮像素子
４ ポインタ
５ 投射映像
６ カーソル
７ カーソル
９ 輝点
１０ 撮影映像
１１ カーソル重畳映像
１２ 座標変換された撮影映像
１３ カーソル重畳映像
２１ ライトバルブ
２３ スクリーンセンサ
２４ ライトバルブ駆動回路
２５ ＰＪ用画像処理ＬＳＩ
２６ ＣＰＵ
２７ 映像入力部
２８ 入力部
３０ ＰＣ

Claims (10)

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第１の撮影映像を出力する撮像手段と、
   輝点によって前記投写面内の位置を指し示すポインティング手段と、
   前記撮影映像中に含まれる前記輝点の位置座標を取得する位置座標取得手段と、
   前記第１の撮影映像を座標変換して第２の撮影映像に変換する座標変換手段、
   を備え、
   前記位置座標取得手段が、前記第２の撮影映像から前記輝点の位置座標を取得する、
   ことを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記プロジェクション手段は、
   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、
   前記撮影手段は、
   前記投射面を斜めに撮像する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記斜めに投射する中心光軸と、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２に記載のプロジェクタ。
4. 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表示する映像を所定のパラメータに基づいて入力映像から変形させることによって行われ、
   前記座標変換は前記所定のパラメータを参照して行われる、
   ことを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタ。
5. 前記所定のパラメータは、
   前記プロジェクション装置の外部から設定される、
   ことを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
6. 前記プロジェクタは、
   さらに、前記投射面の前記プロジェクタ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、
   前記所定のパラメータは、
   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る、
   ことを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
7. 前記プロジェクタは、
   さらに、前記取得された輝点の座標位置にカーソルのパターンを前記入力映像に重畳する手段を備える、
   ことを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
8. 前記プロジェクタは、
   さらに、オンスクリーンディスプレイ（ＯＳＤ）機能を有し、
   前記ポインティング手段によって前記ＯＳＤを動作させる手段を備える、
   ことを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
9. 前記プロジェクタは、
   さらに、前記ポインティング手段によって前記投射映像中に図形を描く手段を備える、
   ことを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタ。
10. 前記請求項１乃至６の何れかに記載のプロジェクタとパソコンが接続され、
    前記パソコンは、
    前記プロジェクタから前記輝点の位置座標を入力して前記座標に前記パソコンの表示映像にカーソルを表示し、
    前記プロジェクタは、
    前記パソコンの表示映像を投射し、前記ポインティング手段によって前記パソコンのカーソルを制御する手段を備える、
    ことを特徴とするプロジェクションシステム。
    

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