JP2007116313A

JP2007116313A - キーストン補正回路

Info

Publication number: JP2007116313A
Application number: JP2005304024A
Authority: JP
Inventors: Taketo Hiyoshi; 丈人日吉; Takushi Kimura; 卓士木村
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】ＣＰＵの制御に負担をかけることなく、光学系の補正操作によるスクリーン上の映像の歪みを補正可能なキーストン補正回路を提供すること。
【解決手段】プロジェクタにおいて使用されるキーストン補正回路であって、ユーザの操作に伴って決定される上下方向あおり角θ、左右方向あおり角φ等のパラメータに基づいて、スクリーン上の映像領域の歪み方と相殺するように逆に歪ませた映像の４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置を演算する座標演算部と、外部パラメータ入力端子から入力され前記４頂点の座標位置のそれぞれの移動量からなる外部パラメータと前記座標演算部で求めた前記４頂点の座標位置とを加算して出力する加算処理部と、前記加算処理部で外部パラメータを加算された前記４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置内に映像データの各画素を配置するために必要なパラメータを演算するパラメータ演算部とを具備してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクリーンの正面にプロジェクタを配置してスクリーンに映像を投射し、このスクリーンから映される映像を視聴する投射型プロジェクタに関するものであり、この投射型プロジェクタを用いて映像を投射する際に行うキーストン補正回路に関するものである。

従来より、プロジェクタの一種として、スクリーンの正面にプロジェクタを配置してスクリーンに映像を投射し、このスクリーンから映される映像を視聴する投射型プロジェクタが存在する。この場合、前記プロジェクタの投射方向とスクリーン面とが垂直となるように設置し、プロジェクタからの投射映像中心とスクリーンの中心とが同一水平線上で、かつ、プロジェクタの投射映像中心からスクリーンに表示される映像の上下・左右端までの投射角が等しくなるように配置することが望ましい。しかし、必ずしもスクリーン正面にプロジェクタを設置できるとは限らないため、これに対応する機能として、画像処理による補正手段であるキーストン補正機能と、光学系による補正手段であるレンズシフト機能とが存在する。

前記キーストン補正機能は、スクリーンに対して斜め方向から映像を投射した場合に生じる歪みを補正する機能である。キーストン補正は、液晶などの表示素子上において水平方向及び／又は垂直方向の拡縮率を変更して、スクリーン上での歪みと表示素子上での映像領域の歪みとが相殺されるように調整して、逆に歪んだ映像を投射する補正方法であり、これにより正常なアスペクト比の長方形の映像表示領域としてスクリーンに表示させることができる。具体的には、逆に歪んだ映像をＬＣＤパネル上に配置するために、上下方向あおり角θ、左右方向あおり角φ等を用いて、先ず、ＬＣＤパネル上に表示する映像領域の４頂点の座標及び投射したときの中心に該当する点の座標をＣＰＵにおいて演算するとともに、この領域内に映像データを的確に配置するためのキーストン補正用のパラメータを演算する。その後、そのパラメータを用いて映像データの各画素を前記４頂点の内側に配置して出力することでスクリーン上の歪んだ映像が補正される。

これに対して、レンズシフト機能は、光源と表示素子との後段に設けてあるレンズの位置を調整することで、スクリーン上に表示される映像表示領域を平行移動させる機能である。このレンズシフト機能による補正は、レンズの稼動範囲が小さいためスクリーン上での映像の移動領域も限定される反面、画質の劣化は少ないという利点がある。

このように、投射型プロジェクタを使用する場合の補正手段として、画像処理による補正手段であるキーストン補正機能と、光学系による補正手段であるレンズシフト機能とが存在し、これらの補正手段を適宜選択して使用することで正常なアスペクト比の長方形に補正することができる。

しかし、レンズシフト機能によって映像表示領域を平行移動させた後に、プロジェクタをあおり投射すると、スクリーン上の映像表示領域はレンズが原点位置にある場合と異なった歪み方をするようになり、この歪みをキーストン補正によって補正しようとしても、正常なアスペクト比の長方形に補正できない恐れがあるという問題があった。この問題点を解決するために、レンズシフトによる影響がキーストン補正に反映されるようにキーストン補正機能とレンズシフト機能との整合をとる必要があった。

図２に示すのは、既に提案されている従来技術としてのキーストン補正回路であり、レンズシフト機能との整合をとったものである。この図２に示すキーストン補正回路は、前述の通り、逆に歪んだ映像をＬＣＤパネル上に配置するために、ユーザのキーストン補正操作によって決定される上下方向あおり角θ、左右方向あおり角φ等を用いて、逆に歪ませた映像領域内に映像データを的確に配置するためのキーストン補正用のパラメータを、ＣＰＵ２０のパラメータ演算部２１において演算するものである。ここで、レンズシフト操作によって決定されたレンズ移動量がレンズ操作部２２に入力されると、レンズ操作部２２ではレンズ移動量に応じてレンズ２４を駆動させるとともに、レンズ位置検出部２３にレンズ位置検出の指示を出し、レンズ位置検出部２３ではレンズ２４の現在の位置を検出してＣＰＵ２０のパラメータ演算部２１に出力する。これを受けて、ＣＰＵ２０のパラメータ演算部２１では、レンズ位置に応じたキーストン補正用のパラメータを演算によって求めて出力する。このようにして求めたパラメータを用いて映像データの各画素をＬＣＤパネル上の前記４頂点の内側に配置して出力することで、レンズシフト後にあおり投射したような場合であっても、正常なアスペクト比となる長方形の映像領域に補正することが可能となる。

このような、画像処理による補正手段であるキーストン補正機能と光学系による補正手段であるレンズシフト機能との整合をとって、レンズシフトによる補正をキーストン補正に反映させたものとして、例えば、特許文献１に記載の投射型表示装置が既に提案されている。
特開２００３−１９５４１６号公報

この図２に示すキーストン補正回路や特許文献１に記載の投射型表示装置によれば、レンズシフト後にあおり投射したような場合であっても、正常なアスペクト比となる長方形の映像領域に補正することが可能であるが、これらには幾つかの問題点が存在する。

先ず、図２に示すキーストン補正回路において、ユーザがキーストン補正操作によって上下方向あおり角θ、左右方向あおり角φ等を設定すると、その設定の度にレンズ位置検出得るためにレンズ位置検出部２３を動作させて、レンズ位置を検出後にＣＰＵ２０のパラメータ演算部２１においてパラメータを演算する必要がある。逆に、レンズシフトによってレンズ位置を移動させた場合にも、移動後のレンズ位置に基づいてＣＰＵ２０のパラメータ演算部２１においてパラメータを演算し直す必要がある。このように、操作毎にパラメータをＣＰＵ２０で演算するため、このＣＰＵ２０の制御に過度の負担がかかるという問題があった。

また、上記の構成においてレンズ位置を検出するための機構は不可欠であるが、このレンズ位置検出に用いるセンサ等は高価であるため、製品全体のコストアップにつながってしまうという問題があった。さらに、レンズシフト機能についてはキーストン補正機能との整合がとれているが、もう１つの光学系操作であるズーム機能について整合がとれていないため、例えば、キーストン補正操作後にズーム動作を行うと画像が歪んでしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、ＣＰＵの制御に負担をかけることなく、光学系の補正操作によるスクリーン上の映像の歪みを補正可能なキーストン補正回路を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１は、プロジェクタにおいて使用されるキーストン補正回路であって、ユーザの操作に伴って決定される上下方向あおり角θ、左右方向あおり角φ等のパラメータに基づいて、スクリーン上の映像領域の歪み方と相殺するように逆に歪ませた映像の４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置を演算する座標演算部と、外部パラメータ入力端子から入力され前記４頂点の座標位置のそれぞれの移動量からなる外部パラメータと前記座標演算部で求めた前記４頂点の座標位置とを加算して出力する加算処理部と、前記加算処理部で外部パラメータを加算された前記４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置内に映像データの各画素を配置するために必要なパラメータを演算するパラメータ演算部とを具備してなることを特徴とするキーストン補正回路である。

本発明の請求項２は、プロジェクタにおいて使用されるキーストン補正回路であって、ユーザの操作に伴って決定される上下方向あおり角θ、左右方向あおり角φ等のパラメータに基づいて、スクリーン上の映像領域の歪み方と相殺するように逆に歪ませた映像の４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置及び投射した際に映像領域の中心に該当する点の座標位置を演算する座標演算部と、外部パラメータ入力端子から入力され前記４頂点の座標位置及び中心に該当する点の座標位置のそれぞれの移動量からなる外部パラメータと前記座標演算部で求めた前記４頂点の座標位置及び中心に該当する点の座標位置とを加算して出力する加算処理部と、前記加算処理部で外部パラメータを加算された前記４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置及び中心に該当する点の座標位置を用いて、映像データの各画素を前記４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置内に配置するために必要なパラメータを演算するパラメータ演算部とを具備してなることを特徴とするキーストン補正回路である。

請求項１記載の発明によれば、座標演算部において求めた４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置を外部パラメータによって調整することが可能となり、これにより、キーストン補正操作のみでは補正し切れなかった映像の歪みを補正することができる。
また、キーストン補正にレンズ位置を反映させるために従来必要であったレンズ位置検出機構が必要なくなるとともに、ＣＰＵに依存していたキーストン補正用パラメータの演算を座標演算部とパラメータ演算部とに分割して回路化したため、コストダウンを実現し、かつ、ＣＰＵへの負担を軽くすることが可能となる。

請求項２記載の発明によれば、座標演算部において求めた４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置及び中心に該当する点の座標位置を外部パラメータによって調整することが可能となり、これにより、キーストン補正操作のみでは補正し切れなかった映像の歪みを補正することができる。
また、４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置のみならず中心に該当する点の座標位置も調整可能とすることで、映像領域は正常なアスペクト比の長方形に補正できていが映像の中央部分が歪むといった状態において、中心に該当する点の座標位置を調整することでこれを補正することが可能となる。
さらに、キーストン補正にレンズ位置を反映させるために従来必要であったレンズ位置検出機構が必要なくなるとともに、ＣＰＵに依存していたキーストン補正用パラメータの演算を座標演算部とパラメータ演算部とに分割して回路化したため、コストダウンを実現し、かつ、ＣＰＵへの負担を軽くすることが可能となる。

本発明によるキーストン補正回路は、プロジェクタにおいて使用されるキーストン補正回路であって、ユーザの操作に伴って決定される上下方向あおり角θ、左右方向あおり角φ等のパラメータに基づいて、スクリーン上の映像領域の歪み方と相殺するように逆に歪ませた映像の４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置及び投射した際に映像領域の中心に該当する点の座標位置を演算する座標演算部と、外部パラメータ入力端子から入力され前記４頂点の座標位置及び中心に該当する点の座標位置のそれぞれの移動量からなる外部パラメータと前記座標演算部で求めた前記４頂点の座標位置及び中心に該当する点の座標位置とを加算して出力する加算処理部と、前記加算処理部で外部パラメータを加算された前記４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置及び中心に該当する点の座標位置を用いて、映像データの各画素を前記４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置内に配置するために必要なパラメータを演算するパラメータ演算部とを具備してなることを特徴とするものである。以下、図面に基づいて説明を行う。

本発明によるキーストン補正回路の構成を図１に基づいて説明する。
図１に示すように、本発明のキーストン補正回路は、座標演算部１３、加算処理部１７、及び、パラメータ演算部１８によって構成されている。ここに、投射距離Ｌ、投射映像高さＨ等の予め設定された固定値と、上下方向あおり角θ、左右方向あおり角φ等のユーザによる補正操作の過程で決定されるパラメータとが、パラメータ入力端子１１から座標演算部１３に入力され、また、外部パラメータ入力端子１２からの外部パラメータが、加算処理部１７に入力される。
なお、本発明のキーストン補正回路は、光学系補正機能であるレンズシフト機能及びズーム機能とは独立させて構成している。説明の都合上、レンズシフト機能及びズーム機能を有するプロジェクタにおいて使用されるキーストン補正回路という前提で以下の説明を行うが、これは本発明の用途を限定するものではない。

前記座標演算部１３は、図１に示すように、スクリーン上座標演算部１４、長方形領域演算部１５、及び、ＬＣＤパネル上座標演算部１６によって構成されている。先ず、スクリーン上座標演算部１４では、図３（ａ）に示すように、投射距離Ｌ、投射映像高さＨ、上下方向あおり角θ、左右方向あおり角φ等を用いて、プロジェクタをあおり投射した場合の表示映像の４頂点のスクリーン上での座標位置をLT₀、RT₀、LB₀、RB₀として求める。この図３（ａ）では、上方向にあおり投射したことで台形歪が生じた場合を例に説明している。次に、長方形領域演算部１５では、図３（ａ）に示すように、スクリーン上での歪んだ台形の４頂点の内側に、正常なアスペクト比となる長方形領域を抽出して、その４頂点の座標位置をLT₁、RT₁、LB₁、RB₁として求め、この長方形の対角線の交点の座標位置を中心点CN₁として求める。そして、ＬＣＤパネル上座標演算部１６では、求めたスクリーン上で正常なアスペクト比となる長方形の４頂点の座標位置LT₁、RT₁、LB₁、RB₁及び中心点CN₁が、ＬＣＤパネル上においてどの座標位置になるかを逆算して、図３（ｂ）に示すように、ＬＣＤパネル上において逆に歪ませた映像の４頂点LT(x,y)、RT(x,y)、LB(x,y)、RB(x,y)、及び、中心点CN₁に対応したＬＣＤパネル上の点CN(x,y)を求め、これを後段の加算処理部１７に出力する。

前記加算処理部１７では、前記座標演算部１３において求めたＬＣＤパネル上において逆に歪ませた映像の４頂点LT(x,y)、RT(x,y)、LB(x,y)、RB(x,y)、及び、中心点CN₁に対応したＬＣＤパネル上の点CN(x,y)と、外部パラメータ入力端子１２からの外部パラメータLT_m(x,y)、RT_m(x,y)、LB_m(x,y)、RB_m(x,y)、及び、CN_m(x,y)とを加算して、後段のパラメータ演算部１８に出力する。

前記パラメータ演算部１８では、前記加算処理部１７から入力された座標データに基づいて、ＬＣＤパネル上の映像領域内に映像データを配置するための水平方向及び垂直方向の拡縮率求めるとともに、映像データの各画素をＬＣＤパネル上のどの画素に配置するか等のパラメータを演算して求め、これらをキーストン補正用パラメータとしてパラメータ出力端子１９から出力する。

以上のような構成において、ユーザがスクリーンに投射された映像を見ながらキーストン補正操作を行うと、その操作に応じて上下方向あおり角θ、左右方向あおり角φ等のパラメータが決定されて、座標演算部１３に入力される。座標演算部１３では、これらのパラメータに基づいてＬＣＤパネル上における逆に歪ませた映像の４頂点LT(x,y)、RT(x,y)、LB(x,y)、RB(x,y)、及び、中心点CN₁に対応したＬＣＤパネル上の点CN(x,y)が決定され、これらに外部パラメータ入力端子１２からの外部パラメータを加算処理部１７において加算した後に、パラメータ演算部１７においてＬＣＤパネル上の映像領域内に映像データを配置するためのキーストン補正用パラメータを演算し、これをパラメータ出力端子１９から出力する。図示はしていないが、このキーストン補正用パラメータを用いて映像データをＬＣＤパネル上に配置し、このＬＣＤパネル上に配置した映像を光源とレンズを用いてスクリーンに投射する。

ここで、プロジェクタをあおり投射した状態で、プロジェクタの光学系補正機能であるレンズシフト操作又はズーム操作が行われると、スクリーン上の映像領域は異なった歪み方をする。例えば、図３（ｃ）に示すように、光学系補正操作を行う前のスクリーン上の映像領域が座標位置LT₀、RT₀、LB₀、RB₀であったとすると、レンズシフト操作を行った後のスクリーン上の映像領域の座標位置はそれぞれLT₀’、RT₀’、LB₀’、RB₀’となり、異なった歪み方となる。これを正常なアスペクト比となる映像領域に補正するためには、LT₀’、RT₀’、LB₀’、RB₀’の内側に抽出した正常なアスペクト比となる長方形領域の４頂点の座標位置LT₁’、RT₁’、LB₁’、RB₁’と中心点の座標位置CN₁’を基準としてＬＣＤパネル上において逆に歪ませた映像領域を求める必要がある。しかし、前記光学系補正操作による座標位置の変動は座標演算部１３に反映されず、座標演算部１３では依然として光学系補正操作を行う前の座標位置LT₀、RT₀、LB₀、RB₀の内側に抽出した正常なアスペクト比となる長方形領域の４頂点の座標位置LT₁、RT₁、LB₁、RB₁と中心点の座標位置CN₁を基準としてＬＣＤパネル上において逆に歪ませた映像領域の座標位置LT(x,y)、RT(x,y)、LB(x,y)、RB(x,y)、及び、CN(x,y)を求めるため、キーストン補正操作を行っても光学系操作による歪みは補正しきれない。

そこで、前記外部パラメータ入力端子１２から入力される外部パラメータLT_m(x,y)、RT_m(x,y)、LB_m(x,y)、RB_m(x,y)、及び、CN_m(x,y)を用いて、ＬＣＤパネル上において逆に歪ませた映像領域の座標位置LT(x,y)、RT(x,y)、LB(x,y)、RB(x,y)、及び、CN(x,y)を調整することで光学系操作による歪みを補正する。この外部パラメータ入力端子１２から入力される外部パラメータは、ユーザがスクリーン上の歪んだ映像を見ながらリモコン又はプロジェクタ本体を操作してスクリーン上の映像領域の４頂点及び中心点を移動させることで決定される。

以上のように、本発明は、プロジェクタをあおり投射したときに行うキーストン補正操作と、プロジェクタの光学系補正機能であるレンズシフト操作又はズーム操作を併用した場合に、キーストン補正操作のみでは補正し切れなかった映像の歪みを補正するために、ＬＣＤパネル上の逆に歪ませた映像領域の座標位置を外部パラメータによって直接調整することを可能にしたものである。
また、キーストン補正にレンズ位置を反映させるために従来必要であったレンズ位置検出機構が必要なくなるとともに、ＣＰＵに依存していたキーストン補正用パラメータの演算を座標演算部１３とパラメータ演算部１８とに分割して回路化したため、ＣＰＵへの負担を軽くすることが可能となる。

前記実施例においては、外部パラメータ入力端子１２からの外部パラメータは、キーストン補正操作では補正し切れない光学系補正機能であるレンズシフト操作又はズーム操作に起因した映像の歪みを補正するために用いられた。しかし、この外部パラメータを用いることでＬＣＤパネル上の逆に歪ませた映像領域の４頂点及び中心点の座標位置をそれぞれ自由に調整することができるため、例えば、キーストン補正操作を行わずに直接外部パラメータのみを用いて正常なアスペクト比となる長方形の映像領域に補正することも可能である。

本発明によるキーストン補正回路の構成を表したブロック図である。従来のキーストン補正回路の構成の一例を表したブロック図である。（ａ）は、表示映像のスクリーン上の座標位置LT₀、RT₀、LB₀、RB₀と、その内側に形成した正常なアスペクト比となる長方形領域の４頂点の座標位置をLT₁、RT₁、LB₁、RB₁を表した模式図であり、（ｂ）は、スクリーン上の歪と逆に歪ませたＬＣＤパネル上の４頂点の座標値LT(x,y)、RT(x,y)、LB(x,y)、RB(x,y)を表した模式図であり、（ｃ）は、（ａ）の状態で光学系操作を行った場合の座標のずれを表した模式図である。

符号の説明

１１…パラメータ入力端子、１２…外部パラメータ入力端子、１３…座標演算部、１４…スクリーン上座標演算部、１５…長方形領域演算部、１６…ＬＣＤパネル上座標演算部、１７…加算処理部、１８…パラメータ演算部、１９…パラメータ出力端子、２０…ＣＰＵ、２１…パラメータ演算部、２２…レンズ操作部、２３…レンズ位置検出部、２４…レンズ。

Claims

プロジェクタにおいて使用されるキーストン補正回路であって、ユーザの操作に伴って決定される上下方向あおり角θ、左右方向あおり角φ等のパラメータに基づいて、スクリーン上の映像領域の歪み方と相殺するように逆に歪ませた映像の４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置を演算する座標演算部と、外部パラメータ入力端子から入力され前記４頂点の座標位置のそれぞれの移動量からなる外部パラメータと前記座標演算部で求めた前記４頂点の座標位置とを加算して出力する加算処理部と、前記加算処理部で外部パラメータを加算された前記４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置内に映像データの各画素を配置するために必要なパラメータを演算するパラメータ演算部とを具備してなることを特徴とするキーストン補正回路。
プロジェクタにおいて使用されるキーストン補正回路であって、ユーザの操作に伴って決定される上下方向あおり角θ、左右方向あおり角φ等のパラメータに基づいて、スクリーン上の映像領域の歪み方と相殺するように逆に歪ませた映像の４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置及び投射した際に映像領域の中心に該当する点の座標位置を演算する座標演算部と、外部パラメータ入力端子から入力され前記４頂点の座標位置及び中心に該当する点の座標位置のそれぞれの移動量からなる外部パラメータと前記座標演算部で求めた前記４頂点の座標位置及び中心に該当する点の座標位置とを加算して出力する加算処理部と、前記加算処理部で外部パラメータを加算された前記４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置及び中心に該当する点の座標位置を用いて、映像データの各画素を前記４頂点のＬＣＤパネル上の座標位置内に配置するために必要なパラメータを演算するパラメータ演算部とを具備してなることを特徴とするキーストン補正回路。