JP2005318355A - プロジェクタの台形歪み補正装置と該台形歪み補正装置を備えたプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】映像の歪み補正のためのプロジェクタの傾斜角度を、壁面とそれに交差する面との交差線の撮像画像を基に、交差線と撮像範囲の枠線との交点の３次元座標を用いた演算によって算出する台形歪み補正装置を有するプロジェクタを提供する。
【解決手段】投射面７０となる壁面７５とその壁面と交差する天井７６あるいは床面７７との水平方向の少なくとも２本の交差線７８、７９の固体撮像素子５３の撮像画面の枠線８２との交点の位置情報を撮像レンズ光軸をｚ軸とし、鉛直方向をｙ軸とし、水平方向をｘ軸とした３次元座標として取得し、ｙ軸まわりならびにｘ軸まわりの回転による座標回転演算によって、２本の交差線が平行状態となるためのそれぞれの軸まわりの回転角からプロジェクタ１０の投影装置２０の投射光軸２７と投射面７０との水平ならびに垂直方向の傾斜角度を算定する。
【選択図】図６

Description

本発明はプロジェクタに関し、特に撮像した投射面となる壁面とその壁面と交差する面との交差線から投影装置の投射光軸と投射面との傾斜角度とを算定するための台形歪み補正装置を有するプロジェクタに関する。

液晶技術やＤＬＰ（商標）（デジタルライトプロセッシング）技術の急速な進展に伴うプロジェクタの小型化・高性能化により、映像投射を目的とするプロジェクタの用途も拡大し、家庭内でのディスプレイ型テレビに代わる大型の表示装置としても注目されている。

しかし、プロジェクタはディスプレイ型テレビと違って映像面がスクリーンであったり壁であったりするためにプロジェクタの投射光軸と投射面との相対関係によって映像に歪みを生ずるという問題点がある。特許文献１には液晶プロジェクタの据付角度の検出手段と液晶プロジェクタと投射対象との間の距離を検出する距離検出手段を有し、両検出結果から算出された角度によって液晶表示ユニットの角度を調整する方法が開示されている。この場合液晶表示ユニットの角度を機械的に調整する必要がある。また、特許文献２には角度制御可能なレーザポインタの光点を曲面のスクリーンに投影し、一方、計測用点画像を生成してプロジェクタからスクリーンに投影し、カメラで撮影して光点と点画像との位置計測を行って点画像を移動しながら両点が一致したときに点画像のフレームメモリ上の画素座標を光点の入力画像上の座標に置換して座標変換パラメータメモリに設定する歪み補正方法が開示されている。この場合レーザポインタの角度を制御する必要があり、構造が複雑となる。

一方、スクリーンのプロジェクタの投射光軸に対する垂直方向および水平方向の傾斜がわかればプロジェクタのフレームメモリの座標を変換したりすることによって歪みのない映像をスクリーンに投影する技術は実用化されている。このため特に歪みの原因となりやすい垂直方向の傾斜を測定するために、スクリーンが垂直に設置されているという前提でプロジェクタの垂直の傾きを重力センサで検知し、その傾きに見合った歪み補正を行うプロジェクタは既に開示されて発売されている（特許文献３参照）。
特開平９−２８１５９７号公報 特開２００１−１６９２１１号公報 特開２００３−５２７８号公報

しかし、特許文献３に記載の方法はスクリーンが垂直に設置されているという前提であり、スクリーンが垂直に設置されていない場合やプロジェクタの投射光軸に対し水平方向に傾斜している場合には正確な歪み補正を行うことができないという問題がある。映像の歪み補正のためにスクリーンの液晶プロジェクタの投射光軸に対する垂直方向および水平方向の傾斜角度をレーザポインタと撮像素子を有するデジタルカメラを用いて正確に測定できる傾斜角度測定装置を有する液晶プロジェクタも検討されており、スクリーンに対するプロジェクタの角度を正確に取得する手段としては非常に優れているが、その構成機器としてレーザポインタと二次元配列撮像素子を有するデジタルカメラを用いる必要がある。

本発明の目的は、映像の歪み補正のためのプロジェクタの投射光軸に対する投射面の傾斜角度を、投射面の壁面とそれに交差する面との交差線の撮像画像を基に、交差線と撮像範囲の枠線との交点の３次元座標を用いて演算によって算出する台形歪み補正装置を有するプロジェクタを提供することにある。

本発明のプロジェクタの台形歪み補正装置は、
プロジェクタによる投射画像を含む所定の撮像範囲の撮像面を有する固体撮像素子と、固体撮像素子における撮像画像から投射面となる平面と該平面と交差する面との交差線を検出し、該交差線と撮像範囲を規定する枠線との交点の位置情報に基づいてプロジェクタの投影装置の光軸と投射面との傾斜角度を算定し、算定された傾斜角度を、該傾斜角度に従って投影装置の表示部の出力映像を制御することにより投射面の映像における台形の歪みを補正するプロジェクタの画像制御部に出力する撮像画像解析傾斜角度算定部とを備える。

固体撮像素子の撮像画像からの投射面となる平面とその平面と交差する面との交差線の検出が、投影装置より投射面に投射された垂直方向および水平方向のいずれかの２本以上の直線のテストパターンの反射光の撮像面上に現れる屈折点の位置情報を取得して、その屈折点を結んだ直線を算出し、その直線を投射面となる平面とその平面と交差する面との交差線としてもよい。

投射面における平面とその平面と交差する面との交差線が、その投射面となる壁面とその壁面と交差する天井および床面との間の水平方向の２本の交差線であり、撮像画像解析傾斜角度算定部は、固体撮像素子に画像を投射する撮像レンズの中心を原点とし、その撮像レンズの光軸をＺ軸とし、Ｚ軸を含む鉛直面と撮像面との交線をＹ軸とし、Ｚ軸を含む水平面と撮像面との交線をＸ軸として算出した左右の枠線と交差線の交点との位置情報である３次元座標に対する、３次元の座標回転式の適用によって、プロジェクタの投影装置の光軸と投射面との水平および垂直方向の傾斜角度を算定してもよい。

その場合、撮像画像解析傾斜角度算定部は、算出された左右の枠線と交差線の交点とのＸ、Ｙ、Ｚの３次元座標に基づいてＹ軸を中心とした水平方向およびＸ軸を中心とした鉛直方向の回転を行ったと仮定した場合の交差点の交点の座標の変化情報を、回転角と、原点から撮像面までの垂直距離と、撮像レンズの撮像面に対する画角とに基づいて取得し、得られた４個の交点のＸ、Ｙ、Ｚ座標から２本の交差線が平行であると判定される場合にＹ軸を中心とした水平方向の回転角を光軸と投射面との水平方向の傾斜角度と判定し、Ｘ軸を中心とした鉛直方向の回転角から光軸と投射面との鉛直方向の傾斜角度を算出してもよい。

本発明の台形歪み補正装置を備えたプロジェクタは、
上述のプロジェクタの台形歪み補正装置と、その台形歪み補正装置が算定した傾斜角度に従って投影装置の表示部の出力映像を制御することにより投射面の画像における台形の歪みを補正する画像制御部とを有する。

本発明は、投射面の壁面とそれに交差する面との交差線の撮像画像を基に、２本の交差線と撮像範囲の枠線との交点の位置情報である３次元座標を用いて演算によってプロジェクタの投射光軸に対する投射面の傾斜角度を算出するので、投射面の壁面とそれに交差する面との交差線の撮像画像が取得できれば簡単な機構で映像の台形歪みを補正することができるという効果がある。

次に、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は本発明の第１の実施の形態のプロジェクタの台形歪み補正装置を備えているプロジェクタの模式的ブロック構成図であり、図２は本発明の第１の実施の形態の台形歪み補正装置を備えたプロジェクタの模式図であり（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図である。

プロジェクタ１０は、投射レンズ２１と表示部２２とを有する投影装置２０と、表示部２２の映像を制御する画像制御部２３と、台形歪み補正装置３０と、全体の動作を制御する中央処理装置６０とを備える。台形歪み補正装置３０が算定した傾斜角度に従って画像制御部２３が表示部２２の出力映像を制御することにより投射面７０の映像の歪みが補正される。映像の歪みの補正は中央処理装置６０によって所定の手順で自動的に行われる。

台形歪み補正装置３０は、プロジェクタ１０の前面に設けられ所定の方向の光軸を有する撮像レンズ５１と、撮像レンズ５１を通過する光を受光して撮像画像の所望の位置情報を出力するようにプロジェクタ１０の内部に撮像レンズ５１の光軸と垂直になるように設けられて撮像面が所定の形状の撮像範囲となるように枠線が周囲に設けられた固体撮像素子５３と、固体撮像素子５３における画像の位置情報の解析からプロジェクタ１０の傾斜角度を算定する撮像画像解析傾斜角度算定部５４とを備えている。

本発明では、投射面７０となる壁面とその壁面と交差する天井あるいは床面との水平方向の少なくとも２本の交差線の固体撮像素子５３の画面上の位置情報に基づいて、プロジェクタ１０の投影装置２０の投射光軸２７と投射面７０との水平方向、鉛直方向の傾斜角度を算定することを特徴とする。また、投射面７０となる壁面とその壁面と交差する壁面との鉛直方向の少なくとも２本の交差線の固体撮像素子５３の画面上の位置情報に基づいて、プロジェクタ１０の投影装置２０の投射光軸２７と投射面７０との傾斜角度を算定することにも適用できる。

固体撮像素子５３の画面上の壁面の交差線の位置情報の取得には２つの方法がある。第１の方法では、プロジェクタ１０の正面側の投射面７０を含む反射面から撮像レンズ５１を通過して固体撮像素子５３に入力した全反射光の撮像画面上の例えば照度の変化線を境界線として取得する。この場合明確な境界線を取得するためには適宜フイルタ処理を行うなどの操作が必要となることが多い。

第２の方法は投射範囲が十分に大きく天井や床にかかる場合の方法であり、投射面７０を含む前方の面に投影装置２０より垂直方向および水平方向のいずれかの２本以上の直線のテストパターンを投射し、テストパターンからの反射光の撮像画面上に現れる屈折点を取得して、その屈折点を結んだ直線を算出し、その直線を投射面となる平面とその平面と交差する面との交差線とする、
図３はプロジェクタから壁面および天井に鉛直方向の複数のテストパターンを投射した状態を示す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図であり、図４はテストパターンの変化を示す模式図であり、（ａ）は投射されたテストパターン、（ｂ）は固体撮像素子に入射したテストパターンであり、図５は入射したテストパターンから壁面の交差線を検出する方法を説明するための模式図であり、（ａ）は想定される交差線の状態、（ｂ）は入射したテストパターンから壁面の交差線を検出する原理を説明する模式図である。

図３（ａ）のように投射面７０となる壁面７５とその壁面７５と交差する天井７６に、図４（ａ）に示す複数の鉛直方向のテストパターン９０を投射すると、壁面７５が投射装置２０の投射光軸２７に対して傾斜しているので、壁面７５から天井７６にかけ屈折したテストパターン９０の映像が生じ、その反射光がプロジェクタ１０の撮像レンズ５１を透過して固体撮像素子５３の撮像画面８０に図４（ｂ）に示すテストパターン画像９１として入射する。テストパターン画像９１は図に示されるような直線の交点９９を有している。

この複数の直線の交点９９を結んだものが図５（ａ）に一点差線で示す交差線９２である。図ではテストパターン９０は５本示されているが、２本であっても交差線９２は算定できる。直線の交点９９の求め方は図５（ｂ）に示すように、テストパターン画像９１の上側の２点の検出点９３、９４の座標を検出点９３、９４の画素位置から求めて第１の直線方程式により直線９５を求め、テストパターン画像９１の下側の２点の検出点９６、９７の座標を検出点９６、９７の画素位置から求めて第２の直線方程式により直線９８を求め、第１の直線方程式と第２の直線方程式の交点として直線の交点９９を求めてもよい。直線の交点９９が２点得られるとそれぞれの座標から交差線９２の第３の直線方程式を求めることができる。直線の交点９９が複数ある場合はそれぞれの座標から最小二乗法を用いて第３の直線方程式を求めるとよい。

テストパターン画像９１の第１および第２の直線方程式の算出が撮像されたテストパターン画像９１の２点以上の座標を基に行なわれるので、テストパターン９０は連続した直線でなく、複数の輝点が直線上に並んだものとして、撮像された輝点の座標から直線方程式を求めてもよく、その場合輝点が２点の場合は２点を通る直線方程式、２点より多い場合は最小二乗法などの近似法を用いることができる。

ここでは説明を簡略にするために１本の交差線の求め方について説明したが、上下２本の交差線を求める場合には投射範囲に壁面７５と天井および床面との交差線が入るようにテストパターン９０を投射して上下２ヶ所の直線の交点９９を得て、それぞれの交点９９について交差線９２を求める。

固体撮像素子５３の撮像画面８０から、同方向の２本の交差線画像あるいは算出された交差線９２が求められると、撮像画像解析傾斜角度算定部５４は、求められた交差線９２と撮像面の撮像範囲８１の枠線８２との交点の位置を３次元座標として取得し、既知の撮像レンズ５１と撮像面の距離と、撮像範囲８１の枠線８２に対する撮像レンズ５１の画角とから投射面７０となる壁面と撮像レンズ５１の光軸に垂直な面とのなす傾斜角度を算出する。

本発明では壁面と天井および床面との同方向の２本の交差線、あるいは壁面と左右の壁面との同方向の２本の交差線を用いて壁面とプロジェクタ１０との傾斜角度を算出するが、壁面と天井および床面との２本の同方向の交差線を用いる場合を主として説明する。壁面と左右の壁面との同方向の２本の交差線を用いる場合はそれを９０度回転させると考えればよい。

図６は撮像範囲内に壁と天井と床面とが撮像された場合の個体撮像素子の撮像画像の模式図であり、図７は交差線と撮像画面の枠線との交点の演算のための座標の初期設定を説明するための模式図であり、図８は後述の仮想スクリーン上の初期写像における交差線と撮像画面の枠線との交点の座標を示す模式図であり、図９はｙ軸まわりの回転を実施後の仮想スクリーン上の交差線と撮像画面の枠線との交点の座標を示す模式図であり、図１０はさらにｘ軸まわりの回転を実施後の仮想スクリーン上の交差線と撮像画面の枠線との交点の座標を示す模式図である。

図６に個体撮像素子５３を搭載したプロジェクタ１０を斜めに投射した際に、個体撮像素子５３で得られる画像が示されている。投影装置２０から投射面７０に投射された投射画像の個体撮像素子５３上での表示エリア７１は、個体撮像素子５３と投射レンズ２１との距離が投射距離（プロジェクタ１０と投射面７０との距離）に比べて十分小さければほぼ長方形となる。プロジェクタ１０から投射される画像は通常投射レンズ中心線に対して垂直方向上向きに打ち上げ角度を設けて投射されるので表示エリア７１は図の撮像画面８０の中心点７２よりも上方（実際は下方）に離れて表示されている。個体撮像素子５３の撮像画面８０には投射画像の表示エリア７１よりも広い範囲が撮像されており壁面７５と天井７６との交差線７８、壁面７５と床面７７との交差線７９も撮像されている。撮像画面８０は個体撮像素子５３による撮像範囲全体を示し枠線８２で囲まれている。ここには天井７６と壁面７５との交差線７８、床面７７と壁面７５との交差線である７９が示されている。

図６は個体撮像素子５３上のイメージであり、撮像レンズ５１の中心と撮像画像８０の中心７２とを結ぶ線に対して鉛直な平面（以下仮想スクリーン７４と称す）への写像と考えることができる。天井７６と壁面７５との交差線７８、床面７７と壁面７５との交差線７９は壁面７５に対して垂直方向から見た場合は平行であることを前提として、図６の撮像された画像である仮想スクリーン７４上の写像を基として計算によってプロジェクタ１０と壁面７５との水平、垂直の角度を求めて、その角度に基づいて画像の歪みの補正を行う方法について説明する。

まず、仮想スクリーン７４上の写像に対して図７のように３次元座標を決定する。図７の撮像レンズ中心５２は、３次元座標回転計算時の原点である。撮像レンズ中心５２と仮想スクリーン７４上の写像の中心点７３を結ぶ線の延長方向をｚ軸、仮想スクリーン７４の写像の垂直方向をｙ軸、ｙ軸廻りの反時計廻りの回転角度をθ、仮想スクリーン７４上の写像の水平方向をｘ軸、ｘ軸廻りの反時計廻りの回転角度をψとする。図６の個体撮像素子５３の撮像範囲８０は必ずしも個体撮像素子５３の物理的な限界である必要はなく、個体撮像素子５３の解像度や測定誤差等を考慮して適当な大きさの長方形として決めることができる。

図８には図６で撮像した画像から求められた交差線７８、交差線７９と撮像範囲の枠線８２との交点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが示されている。図８は個体撮像素子５３上の画像であるため、これら４つの交点のｘｙ平面における座標を求めることができる。また、撮像レンズ５１の画角は既知であるため撮像レンズ中心５２から仮想スクリーン７４までの距離とこれら４つの交点の座標は比例関係にある。もちろん交差線７８、７９の定義は両端の２点に限らず複数点でもよいし直線方程式で定義されていてもよい。

次に、プロジェクタ１０の傾きに起因する歪みを逆算するために、選択された４つの座標に対して座標の回転演算を行う。ここでプロジェクタ１０は水平な台に載っているものとする（つまりｚ軸まわりの回転はないものとする。）。ｙ軸まわりに反時計回りの角度をθ、ｙ軸まわりの回転後の新しいｘ軸まわりの反時計回りの角度をψ、個体撮像素子５３の仮想スクリーン上の任意の点（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の座標回転後の座標を（ｘ、ｙ、ｚ）とすると次の式が成り立つ。

すなわち、
ｘ＝Ｘｃｏｓθ＋Ｙｓｉｎθｓｉｎψ＋Ｚｓｉｎθｃｏｓψ
ｙ＝Ｙｃｏｓψ−Ｚｓｉｎψ
ｚ＝−Ｘｓｉｎθ＋Ｙｃｏｓθｓｉｎψ＋Ｚｃｏｓθｃｏｓψ
となる。撮像レンズ中心５２から仮想スクリーン７４までの距離をＺ０とすると、４つの点の元の座標はＡ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ０）、Ｂ（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ０）、Ｃ（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ０）、Ｄ（Ｘ４、Ｙ４、Ｚ０）と表すことができる。これらを上記の式に代入することによって、それぞれ座標回転後の座標Ａ（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、Ｂ（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、Ｃ（ｘ３、ｙ３、ｚ３）、Ｄ（ｘ４、ｙ４、ｚ４）を求めることができる。さらにｚ１ないしｚ４をＺ０に正規化することによって座標回転後の画像を仮想スクリーン７４上に写像として表すことができる。このようにＺ０によって正規化された座標を（Ｎｘ、Ｎｙ）とすると、
Ｎｘ＝ｘ／ｚ×Ｚ０ Ｎｙ＝ｙ／ｚ×Ｚ０
となる。

次に、図６で得られた交差線７８、７９が座標回転により平行となるθ、ψを求める手順を説明する。図８での２本の交差線の広がりからｙ軸まわりの回転方向を決定する。Ｂ、Ｄ点間のｙ座標の差と、Ａ、Ｃ点間のｙ座標の差を比較することから判断する。図８の状態ではＹ４−Ｙ２＞Ｙ３−Ｙ１なので２本の交差線は右側に広がっている。これは個体撮像素子５３の位置（すなわちプロジェクタの位置）が正面の壁に対して左下側にあることを意味する。この場合、ｙ軸まわりの回転方向は時計回りとなり、ｘ軸まわりの回転方向は時計回りとなる。

まず、ｙ軸まわりの回転を行う。座標回転後にＺ０で正規化し、仮想スクリーン７４への写像に変換した４つの交点Ａ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’の仮想スクリーン平面上の座標はそれぞれ（Ｎｘ１、Ｎｙ１）、（Ｎｘ２、Ｎｙ２）、（Ｎｘ３、Ｎｙ３）、（Ｎｘ４、Ｎｙ４）として求めることができる。ここで、
Δｙ１＝｜（Ｎｙ３−Ｎｙ１）−（Ｎｙ４−Ｎｙ２）｜
としてΔｙ１が最小となるようにθを変更する。図８の場合は回転方向が時計回りなので回転角をゼロから減じていくことになる。Δｙ１が最小になったら次にｙ軸の回転による新たなｘ軸まわりの回転を行う。図９にΔｙ１が最小になったときの仮想スクリーン７４への写像を示す。ここで、
Δｙ２＝｜Ｎｙ１−Ｎｙ２｜
Δｙ３＝｜Ｎｙ３−Ｎｙ４｜
とし、｜Δｙ２−Δｙ３｜が最小となるまでψをゼロから減じていく。｜Δｙ２−Δｙ３｜が最小となったときの４つの交点の仮想スクリーン７４への写像Ａ”、Ｂ”、Ｃ”、Ｄ”を図１０に示す。２本の線分ＣＤとＡＢが地表に対してほぼ平行となっていることが分かる。以上のような手順で求めた角度θとψは、撮像レンズ中心５２から正面の壁を見たときの角度であり、個体撮像素子５３とプロジェクタ１０の投射レンズ２１との距離がプロジェクタ１０と壁との距離よりも十分短ければ角度θとψはプロジェクタの傾斜角度と強い相関があると考えることができる。特にｙ軸まわりの回転角度であるθは個体撮像素子５３がプロジェクタ１０の投射レンズ２１の投射光軸２７と垂直に取り付けられていた場合はそのままプロジェクタ１０の傾斜角となる。

以上の計算の過程で、仮想スクリーン７４への写像のｘ座標は計算に関与していないことから個体撮像素子５３がプロジェクタ１０の投射レンズ２１の投射光軸２７に対して上向きに傾いて取り付けられていたとしてもプロジェクタの姿勢を求めることができることを意味している。例えば個体撮像素子５３がプロジェクタ１０の投射光軸２７に対してα傾いていた場合は、上述の手順で求めたθから個体撮像素子５３の打ち上げ角度αを引いたθ−αがプロジェクタ自体の傾きを表す。

撮像レンズ中心５２から壁への傾斜角度とプロジェクタ自体の壁への傾斜角度がほぼ等しいと考えられるのでθとψ、プロジェクタの打ち上げ角度α、レンズの投射倍率を基に斜めに投射したことに起因する歪みを補正することができる。前述の各パラメータから直接的に求めてもよいし、θとψを変数とする２次元ルックアップテーブルを作成しておいて歪み補正に必要なパラメータを参照してもよい。

同様に垂直の２本の交差線を検出することができた場合は、上述の手順のうち、写像のｘ座標について同様の演算を施すことによってθとψを求めることができる。

画像制御部２３は歪みを補正するように傾斜角度に基づいて表示部２２の出力映像を制御する。

プロジェクタ１０は液晶プロジェクタでもＤＬＰ（登録商標）（デジタルライトプロセッシング）方式のプロジェクタであっても本発明は適用でき、液晶プロジェクタの場合の表示部２２は液晶表示部となり、ＤＬＰ方式のプロジェクタの場合の表示部２２はＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）表示部、カラーホイール、光源を備える。

図１１は第２の方法で交差線を算出する場合における固体撮像素子５３の反射光の入射位置情報から交差線位置情報を３次元座標として取得し、座標の回転演算によって傾斜角度を算出して表示部２２の出力映像を修正する過程を示す模式的流れ図である。

撮像画像解析傾斜角度算定部５４が、投射面７０の２本以上の同一方向の直線テストパターンの反射光の固体撮像素子５３における入射位置を取得し（ステップＳ１１）、それぞれのテストパターン画像の屈折点（直線の交点９９）を算出し（ステップＳ１２）、屈折点を結ぶ直線を壁面の交差線９２として算出し（ステップＳ１３）、交差線９２と撮像画面８０の枠線８２との交点の位置情報を３次元座標として取得し（ステップＳ１４）、ｘ軸まわりとｙ軸まわりに座標の回転演算を実施し（ステップＳ１５）２本の交差線の広がりからｙ軸まわりの回転方向を決定し（ステップＳ１６）、ｙ軸方向の交点間の距離が左右で同一となるようにｙ軸まわりに回転し（ステップＳ１７）、水平方向の交点間のｙ軸方向の座標が一致するようにｘ軸まわりに回転し（ステップＳ１８）、ｙ軸まわりの回転角θとｘ軸まわりの回転角ψから壁面と光軸に垂直な面との傾斜角度を算出する（ステップＳ１９）。

ステップＳ１９で生成した傾斜角度を受けて画像制御部２３はＬＳＩ制御パラメータを生成し（ステップＳ２１）、プロジェクタ用画像処理ＬＳＩを制御することにより（ステップＳ２２）、入力映像２４が修正されて表示部２２で出力映像２５となる。この出力映像２５は投射面７０に投射されると入力映像２４と相似の映像となる。

本発明の第１の実施の形態のプロジェクタの台形歪み補正装置を備えているプロジェクタの模式的ブロック構成図である。 本発明の第１の実施の形態の台形歪み補正装置を備えたプロジェクタの模式図である。（ａ）は正面図である。（ｂ）は側面図である。（ｃ）は上面図である。 プロジェクタから壁面および天井に鉛直方向の複数のテストパターンを投射した状態を示す模式図である。（ａ）は側面図である。（ｂ）は背面図である。 テストパターンの変化を示す模式図である。（ａ）は投射されたテストパターンである。（ｂ）は固体撮像素子に入射したテストパターンである。 入射したテストパターンから壁面の交差線を検出する方法を説明するための模式図である。（ａ）は想定される交差線の状態である。（ｂ）は入射したテストパターンから壁面の交差線を検出する原理を説明する模式図である。 撮像範囲内に壁と天井と床面とが撮像された場合の個体撮像素子の撮像画像の模式図である。 交差線と撮像画面の枠線との交点の演算のための座標の初期設定を説明するための模式図である。 仮想スクリーン上の初期写像における交差線と撮像画面の枠線との交点の座標を示す模式図である。 ｙ軸まわりの回転を実施後の仮想スクリーン上の交差線と撮像画面の枠線との交点の座標を示す模式図である。 さらにｘ軸まわりの回転を実施後の仮想スクリーン上の交差線と撮像画面の枠線との交点の座標を示す模式図である。 第２の方法で交差線を算出する場合における固体撮像素子の反射光の入射位置情報から交差線位置情報を３次元座標として取得し、座標の回転演算によって傾斜角度を算出して表示部の出力映像を修正する過程を示す模式的流れ図である。

符号の説明

１０ プロジェクタ
２０ 投影装置
２１ 投射レンズ
２２ 表示部
２３ 画像制御部
２４ 入力映像
２５ 出力映像
２７ 投射光軸
３０ 台形歪み補正装置
５１ 撮像レンズ
５２ 撮像レンズ中心
５３ 個体撮像素子
５４ 撮像画像解析傾斜角度算定部
６０ 中央処理装置
７０ 投射面
７１ 投射画像の表示エリア
７２、７３ 中心点
７４ 仮想スクリーン
７５ 壁面
７６ 天井
７７ 床面
７８、７９、９２ 交差線
８０ 撮像画面
８２ 枠線
９０ テストパターン
９１ テストパターン画像
９３、９４、９６、９７ 検出点
９５、９８ 方程式による直線
９９ 直線の交点
Ｓ１１〜Ｓ１９、Ｓ２１、Ｓ２２ ステップ

Claims (5)

1. 画像を投射するプロジェクタに設けられているプロジェクタの台形歪み補正装置であって、
   前記プロジェクタによる投射画像を含む所定の撮像範囲の撮像面を有する固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子における撮像画像から、投射面となる平面と該平面と交差する面との交差線を検出し、該交差線と前記撮像範囲を規定する枠線との交点の位置情報に基づいて前記プロジェクタの投影装置の光軸と前記投射面との傾斜角度を算定し、算定された前記傾斜角度を、該傾斜角度に従って前記投影装置の表示部の出力映像を制御することにより前記投射面の映像における台形の歪みを補正する前記プロジェクタの画像制御部に出力する撮像画像解析傾斜角度算定部とを備える、プロジェクタの台形歪み補正装置。
2. 前記固体撮像素子の撮像画像からの前記投射面となる平面と該平面と交差する面との交差線の検出が、前記投影装置より前記投射面に投射された垂直方向および水平方向のいずれかの２本以上の直線のテストパターンの前記撮像面上に現れる反射光の屈折点の位置情報を取得して、該屈折点を結んだ直線を算出し、該直線を前記投射面となる平面と該平面と交差する面との交差線とする、請求項１に記載のプロジェクタの台形歪み補正装置。
3. 前記投射面における平面と該平面と交差する面との交差線が、該投射面となる壁面と該壁面と交差する天井および床面との間の水平方向の２本の交差線であり、前記撮像画像解析傾斜角度算定部は、前記固体撮像素子に画像を投射する撮像レンズの中心を原点とし、該撮像レンズの光軸をＺ軸とし、前記Ｚ軸を含む鉛直面と前記撮像面との交線をＹ軸とし、前記Ｚ軸を含む水平面と前記撮像面との交線をＸ軸として算出した前記左右の枠線と前記交差線の交点との位置情報である３次元座標に対する、３次元の座標回転式の適用によって、前記プロジェクタの前記投影装置の光軸と前記投射面との水平および垂直方向の傾斜角度を算定する、請求項１または請求項２に記載のプロジェクタの台形歪み補正装置。
4. 前記撮像画像解析傾斜角度算定部は、算出された前記左右の枠線と前記交差線との交点のＸ、Ｙ、Ｚの３次元座標に基づいてＹ軸を中心とした水平方向およびＸ軸を中心とした鉛直方向の回転を行ったと仮定した場合の前記交差点の交点の座標の変化情報を、前記回転角と、前記原点から前記撮像面までの垂直距離と、前記撮像レンズの前記撮像面に対する画角とに基づいて取得し、得られた４個の交点のＸ、Ｙ、Ｚ座標から２本の交差線が平行であると判定される場合にＹ軸を中心とした水平方向の回転角を前記光軸と前記投射面との水平方向の傾斜角度と判定し、Ｘ軸を中心とした鉛直方向の回転角から前記光軸と前記投射面との鉛直方向の傾斜角度を算出する、請求項３に記載のプロジェクタの台形歪み補正装置。
5. 請求項１から請求項４のずれか１項に記載のプロジェクタの台形歪み補正装置と、該台形歪み補正装置が算定した傾斜角度に従って投影装置の表示部の出力映像を制御することにより前記投射面の画像における台形の歪みを補正する画像制御部とを有する、台形歪み補正装置を備えたプロジェクタ。

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