JP2008022551A - 投射前に画像を自動的に修正するシステム、方法、及びビデオプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】投射前に画像を自動的に修正できるようにする。
【解決手段】光線が投射面「Ｐ」上に放射され（２０１）、これらの光線は、投射面「Ｐ」から反射され、検出モジュール１０４により検出される（２０２）。プロセッサ１０６は、投射面「Ｐ」の特性を計算し、プロファイルを作成し（２０３）、標準プロファイルと作成されたプロファイルとを比較して、オーバーレイを作成する（２０４）。そして、画像を修正するためにオーバーレイが使用され（２０５）、新しく修正された画像が投射面「Ｐ」に送られる（２０６）。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、投射前に画像を自動的に修正するシステム、方法、及びビデオプロジェクタに関する。

ビデオプロジェクタは、会議室でのプレゼンテーション、教室での教育、およびホームシアタ用途において、広範に使用されている。ビデオプロジェクタはビデオ信号を取り込み、レンズ系を用いて、対応する画像を投射スクリーンまたは表面上に投射する。ビデオプロジェクタは、高輝度光を用いて画像を投射し、大半のプロジェクタは、手動設定によって、湾曲、画像ぼけ、および他の不整合性を修正できる。

プロジェクタには、透過型および反射型の２つの基本的なタイプがある。両方のタイプのプロジェクタでは、レンズによって、画像作成要素から画像を集めて、画像を拡大し、スクリーンに焦点を合わせて画像を鮮明にする。透過型プロジェクタは、画像作成要素として陰極線管（ＣＲＴ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のいずれかを利用する。反射型プロジェクタは、超小型電子機械システム（ＭＥＭＳ）およびＬＣＯＳ（liquid crystal on silicon）を含む。

一般に、画像は、スクリーン、壁、または他の表面に投射される。しかし、これらの表面の多くが、許容できないまたは最適ではない色変化を起こしうる、色及びテクスチャの変化の多様な度合いを有することがある。例えば、壁が様々な色に塗られている可能性があり、また、観察者に対する画像の見えに悪影響を与える不均一な表面およびテクスチャを有することもある。

また、表示面によって生ぜしめられた画像の歪みを補正するシステムが知られている（例えば、特許文献１〜特許文献３）。
米国特許第６７７１２７２号明細書 米国特許第６９２４８１６号明細書 米国特許第６９４０５２９号明細書

しかしながら、壁または投射スクリーン上に表示された画像の歪みを補正することは比較的困難である。これは、表示された画像の歪み補正は、投射面の色と共に、表面上に存在するあらゆる不規則性を認識することを必要とするからである。手動による色の補正および輝度の調節は時間を要し、最適性能を提供することができない。そこで、これらの要因を考慮に入れた、投射前に画像を自動的に修正するシステム、方法、及びビデオプロジェクタが必要とされる。

本開示によれば、投射前に自動的に画像を修正するシステムが提供される。システムは、少なくとも１つの特性を有する投射面に画像を投射するように構成される画像作成要素を含む。投射面の少なくとも１つの特性を検出することができる検出モジュールが画像作成要素に連結される。システムは、投射面の少なくとも１つの特性に応じて出力画像を修正するように構成される少なくとも１つのプロセッサを更に含む。少なくとも１つの特性は、投射面の色、テクスチャ、および湾曲を含むことができる。

本開示は、投射前に画像を修正する方法を提供する。この方法は、投射面に光線を放射し、投射される面から反射される光線を検出するステップを含む。この方法は、投射面の少なくとも１つの特性を決定し、プロファイルを作成し、このプロファイルを標準プロファイルと比較してオーバーレイを作成するステップを更に含む。この方法は、オーバーレイを利用して画像を修正し、修正した画像を投射面に投射するステップを更に含む。少なくとも１つの特性は、投射面の色、テクスチャ、および湾曲を含む。

本開示の一実施形態では、光線を放射し、投射面の少なくとも１つの特性を検出することができる検出モジュールを含むビデオプロジェクタが提供される。プロジェクタは、投射面の少なくとも１つの特性に応じて出力画像を修正するように構成された少なくとも１つのプロセッサを有する補正モジュールと、補正モジュールに接続され、修正された出力画像を受け取るように構成されたビデオ受取ユニットとを含む。プロジェクタは、修正された出力画像を透過させるように構成された液晶ディスプレイなどの画像作成要素を更に含む。少なくとも１つの特性は、投射面の色、テクスチャ、及び湾曲を含む。

図１Ａおよび１Ｂはシステム１００の側面図および斜視図である。システム１００は画像プロジェクタ１０２、検出モジュール１０４、プロセッサ１０６、および画像作成要素１０７を含む。システム１００は投射面「Ｐ」の特性を検出し、投射される画像を自動的に補正するように構成される。

画像プロジェクタ１０２は検出モジュール１０４およびプロセッサ１０６を含む。検出モジュール１０４は、投射面「Ｐ」に対して一連の色および輝度を投射する。その後、これらの色は投射面「Ｐ」から反射され、検出モジュール１０４に戻る。検出モジュール１０４は反射された光を検出し、色および輝度の変化を決定する。検出モジュール１０４は、カメラに使用される標準的なＣＣＤアレイ、または米国特許第６，７５０，４４２号に記載されているような特定の線形アレイであってもよい。

検出モジュール１０４は、投射面「Ｐ」のセグメント又はセクションに、複数の色、またはＲ波長成分、Ｂ波長成分、及びＧ波長成分を連続して投射し（これらの波長成分は、投射面「Ｐ」に沿ってわずかな重複部分を最適に有する）、投射面「Ｐ」の各セクションに対して、輝度および反射された色を検出する。このプロセスは、各投射された色または波長成分に対して繰り返され、また、少なくとも２つの輝度レベルに対して繰返される。各反射された色に対して検出モジュール１０４により決定されるスペクトルレベルおよび反射率レベルは、検出モジュール１０４が投射面「Ｐ」の表面粗さ（すなわち表面のテクスチャ）、および色又は色相を決定することを助ける。

表面粗さを測定する接触センサをユーザが用いて、測定情報をプロセッサ１０６への無線でフィードバックすることによって、投射面「Ｐ」の表面粗さが決定されてもよい。接触センサが、表面の色吸収特性または表面の直接反射特性および散乱反射特性を検出する分光光度計センサのような、色処理制御に使用されるセンサであってもよい。

投射面「Ｐ」の特性を決定する追加の方法は、放射検出器ユニット１１２（ＥＤＵ）を参照して以下に説明される。

検出モジュール１０４は、投射面「Ｐ」にＲ、Ｂ、Ｇ波長成分を投射する一連のＲ、Ｂ、Ｇ ＬＥＤまたはレーザーを含むことができる。検出モジュール１０４と投射面「Ｐ」との間の距離の変化を決定するために、投射（または放射）から検出までの時間が、プロセッサ１０６によって用いられてもよい。この距離の情報が、投射されるピクセルの焦点合わせおよびピクセルの最適焦点鮮明度の達成に使用されてもよい。

投射面「Ｐ」の表面粗さ及び色を決定するのに用いられる検出された信号は、プロセッサ１０６のメモリに格納されることができる。投射面「Ｐ」のプロファイルはプロセッサ１０６により作成され、保存される。投射面「Ｐ」のプロファイルは投射面「Ｐ」の色および表面反射率「平滑度」を示す。プロセッサ１０６によって、プロの等級の投射スクリーンのような公称標準と比較することにより、表面反射率「平滑度」は定量化される。公称標準は、標準プロファイルとして参照される、保存されたプロファイルも含む。

例えば、公称標準を「１０」とすることができ、各投射面には、１０未満、１０、または１０超の等級が与えられる。等級が約１０であるかまたは１０に等しい場合、投射面はプロの等級の投射スクリーンの投射面に類似している。等級が１０未満の場合、投射面はプロの等級の投射スクリーンの投射面より滑らかではない。等級が１０を超える場合、投射面はプロの等級の投射スクリーンの投射面より滑らかである。

そして、システム１００により決定される、これらの新しい要素、または投射面「Ｐ」の表面特性、色、および平滑性が、システム１００によって使用され、システム１００が、入力ディジタルビットストリームを調整し、それにより、投射面「Ｐ」の少なくとも色および表面粗さに関して、自動的に投射画像を補正する。これにより、投射面「Ｐ」上の投射画像の最適な表示が達成される。

入力ディジタルビットストリームを調整するのに用いられる校正情報は、投射画像の１つまたは複数のピクセルの色調整や、投射画像のコントラストの変化、投射画像の輝度変化、ピクセルサイズの変化、２つまたはそれ以上のピクセルの結合によるより大きなピクセルの作成などを提供することができる。最適ではない背景に起因する色の変化を補正する組み込みの色補正ルーチンに、例えば、バスまたはルータを介して、校正情報が送信されることが可能である。校正情報に従って１ピクセルまたはカラーセル上の画像データを修正するために、色補正ルックアップテーブルまたは一連のアルゴリズムが用いられてもよい。

画像処理において、ルックアップテーブルは多くの場合ＬＵＴと称され、ルックアップテーブルは、インデックス番号を出力値に関連付ける。特定の画像を表示するときの色および輝度の値を決定するために、カラーマップと称される１つの一般的なＬＵＴが使用される。カラーマップの背後にある考えは、画像の各ピクセルに対して定められた色を格納する代わりに、各ピクセル値が、カラーマップ中のインデックス番号として扱われる（例えば２４ビットＲＧＢ（赤−緑−青）フォーマット）ことである。画像を表示しようとするときや、他の処理を行おうとするときに、各インデックス番号に対応する実際の色を検索するためにカラーマップが用いられる。通常、ＬＵＴに格納される出力値はＲＧＢの色値である。

画像プロジェクタ１０２は、多数の異なる画像作成要素１０７を利用してもよく、それらのいくつかは、これらに限定されないが、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、ディジタル光処理（ＤＬＰ）、ＧＬＶ（grating light valve）、またはＬＣＯＳ（liquid crystal on silicon）を含んでいてもよい。画像プロジェクタ１０２は、ビデオ入力モジュール１１０を介してビデオ信号を受け取り、検出モジュール１０４から得られるデータを用いて画像を調整し、レンズ（例えばフレネル）またはレンズ系を用いて、対応する画像を投射面「Ｐ」上に投射する。

画像プロジェクタ１０２は、様々な異なるメカニズムを利用して光を放射する。いくつかの適切な発光メカニズムは、ＬＥＤまたはメタルハライドランプを含むことができる。ＵＨＰ、ＨＴＩまたはＨＩＤランプのように、多数のメタルハライドランプが用いられることが想定される。これらのランプは、多くの場合、他の種類のランプより小型で安価な電源を必要とし、高輝度、長いランプ寿命、およびプロジェクタの安い維持費を実現する効率的なワット−ルーメン比を有している。しかし、メタルハライドランプは不均一な光パターンを放出することがあり、赤の色調に不具合を発生させ、黄および緑を押さえつける。光のバランスをよくするために、画像プロジェクタ１０２において、フィルタ、プリズムコーティング、および他の光学部品を使用することが考えられる。
検出モジュール１０４は、画像プロジェクタ１０２に電気的に連結される。検出モジュール１０４は、投射面「Ｐ」の距離や、テクスチャ、色などを検出又は決定するように構成される、放射検出器ユニット１１２（ＥＤＵ）を含む。ＥＤＵ１１２は、様々な強度および波長の光線を放射および検出するように構成される。ＥＤＵ１１２は投射面「Ｐ」を光で走査し、投射面「Ｐ」の特性に関する情報を計算する。これらの特性に、投射面「Ｐ」と画像プロジェクタ１０２との間の距離、投射面「Ｐ」の色に関する情報、および投射面「Ｐ］のテクスチャ又は粗さに関する情報（例えば、表面の不均一性、等高線、または凹凸）を含めてもよい。この情報は検出モジュール１０４からプロセッサ１０６に伝送される。ＣＣＤ、ディジタルカメラ、または光学式走査技術を利用して、投射面「Ｐ」に関する特性を取得することができる。

検出モジュール１０４は投射面「Ｐ」上に置かれる遠隔検出器であってもよく、この遠隔検出器は、補正イオン要素を分析するために、画像プロジェクタ１０２に情報を無線でフィードバックする。遠隔検出器は、投射光を測定し、かつ、投射面から、印刷の色処理制御に使用されるＲＧＢ検出器と同様の個々のＲ検出器、Ｇ検出器、及びＢ検出器上への反射応答を検出する、スペクトル検知要素を備える半透明パッチを含むこともできる。さらに、検出モジュール１０４は、投射面「Ｐ」上に配置できる一連のミラーまたは反射パネルを含んでもよい。これらのミラーは、距離または色情報を提供するために、検出モジュール１０４のＥＤＵ１１２と光学的に結合している。

検出モジュール１０４および特にＥＤＵ１１２は、投射面「Ｐ」を走査し、対応する色を決定するように構成されるスペクトルセンサを含むことができる。これらのセンサは、ＣＩＥＬＡＢなどの視覚的な色表現に関連した、画像の色測定を行うように構成される。色測定値はプロセッサ１０６に送られ、この測定値が、走査された表面の色および種類を自動的に識別するために用いられる。自動化色補正のより詳細な説明は米国特許第６，７５０，４４２号に記載されている。

センサは、カラー画像からのスペクトル反射を記録または検知し、それらの比色測定値を生成する電気−光素子を含む。電気−光素子は、光が通過する開口部を有する。スペクトル反射測定装置は、可視の色スペクトルまたは波長範囲を実質的にカバーするために、多くの光波長全体にわたり照射される対象物体の反射率を測定する。これらのスペクトル測定から、特定の表示状態における色の視覚的な知覚を表す、ＣＩＥＬＡＢなどの比色値を導き出すことが可能である。いくつかの可能な距離計算センサは、これらに限定されないが、超音波センサ、光電子センサ、および誘導センサを含むことができる。

プロセッサ１０６は、検出モジュール１０４から得られる投射面「Ｐ」の特性に関する情報に応じて、出力画像を修正するように構成される。プロセッサ１０６は、メモリ要素、ならびに非白色の背景による色変化を補正する組み込みの色および輝度の補正ルーチンを含む。検出モジュール１０４から得られる作成されたプロファイルは、標準プロファイルと比較され、補正オーバーレイが作成される。そして、このオーバーレイはメモリ内に格納され、後で、その位置において再使用される。あらゆる入力ビデオデータ、またはＬＣＤ又はＤＬＰの個々のピクセルは、この補正オーバーレイを用いて修正される。これによって、投射の準備ができた新しい輝度およびカラーセルが与えられる。

本開示のシステムは多数の様々な画像作成要素を利用できる。例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、画像プロジェクタ１０２の画像作成要素１０７の一部として用いられることができる。ＬＣＤプロジェクタは、通常、入力ビデオ信号の赤成分、緑成分、および青成分の各々に対する、３つの別々のＬＣＤガラスパネルを含む。光がＬＣＤパネルを通過すると、個々のピクセルが開いて光を通過させるか、または閉じて光を遮断する。この作用が光を変調し、スクリーンに投射される画像を作成する。

本開示のシステムの別の実施形態は、画像プロジェクタ１０２の画像作成要素１０７の一部としてディジタル光処理（ＤＬＰ）を利用する。ＤＬＰは、多くの場合デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）と称される、半導体上に置かれる超小型ミラーを利用する。ミラーの高速な再位置付け（本質的には「オン」と「オフ」との切り替え）により、ＤＭＤが、レンズを介して反射光の輝度を変更し、白（ミラーが「オン」位置）および黒（ミラーが「オフ」位置）に加えて灰色の陰を作成する。赤、緑、および青を有する回転カラーホイ−ルは投射される画像の色を作成する。ＤＬＰ投射システムがカラー画像を作成する方法には２つの主要な方法があり、これらの方法は単一チップＤＬＰプロジェクタにより利用され、また、３チップのプロジェクタにより使用される。システム１００はいずれの方法も利用できると考えられる。例えば、ＬＣＯＳのような、小型ミラーの代わりに液晶を利用する別の実施形態も考えられる。

投射面「Ｐ」は、投射スクリーン、壁、または投射画像を受け取り可能な任意の他の表面であってもよい。これらの面のそれぞれは、色およびテクスチャの変化の度合いが異なっており、この度合いの違いを考慮しなければならない。

本開示の一実施形態では、投射前に画像を自動的に修正する方法２００が開示される。光線が投射面「Ｐ」上に放射される（ステップ２０１）。これらの光線は、投射面「Ｐ」から反射され、検出モジュール１０４により検出される（ステップ２０２）。プロセッサ１０６は、投射面「Ｐ」の特性を計算し、プロファイルを作成する（ステップ２０３）。標準プロファイルと作成されたプロファイルとを比較して、オーバーレイが作成される（ステップ２０４）。次に、画像を修正するためにオーバーレイが使用される（ステップ２０５）。新しく修正された画像が投射面「Ｐ」に送られる（ステップ２０６）。

図３は本開示による別の実施形態の方法３００を示している。ＥＤＵ１１２は投射面「Ｐ」を走査する（ステップ３０１）。そして、投射面「Ｐ」のパラメータが計算又は決定され、プロファイルが作成される。作成されたプロファイルは、投射面「Ｐ」の色および粗さに関する情報を含むことに加えて、検出モジュール１０４から投射面「Ｐ」までの距離に関する情報と、色または輝度の掃引から検出されるピクセル輝度又は明度、および色変化情報と、表面の湾曲情報とを含むこともできる。レーザーを使用して投射面「Ｐ」を掃引するか、または当技術分野で公知の表面の湾曲測定技法によって、表面の湾曲を決定することができる。例えば「ＥＴＡＣセンサ」において使用されるように、あるいは１つまたは複数の接触センサからの入力のように、掃引から検出される散乱レベルから、表面テクスチャを外挿することができる（ステップ３０２）。次に、作成されたプロファイルが標準プロファイルと比較され、色又は輝度の補正オーバーレイが作成される（ステップ３０３）。この補正オーバーレイがメモリ内に格納され、再利用される。格納された補正オーバーレイを用いて、すべての入力ビデオデータ（あるいはＬＣＤ、ＤＬＰの個々のピクセル）は新しい輝度に対して修正され、また、投射前に、１つまたは複数の決定される表面の特性、すなわち、色、テクスチャ、表面の湾曲などに基づいて、カラーセルが補正される（ステップ３０４）。その後、修正画像が投射面「Ｐ」上に投射される（ステップ３０５）。

ユーザの特定の画像の好みに基づいて、格納された補償オーバーレイを修正することによって、投射画像をユーザが歪曲できることが与えられる。例えば、ＧＵＩなどのコンピュータインターフェースを用いて、格納されたオーバーレイを修正して、色盲のユーザ向けの表示のために画像を調整し（例えば投射前に画像をグレースケールに変換する）、低照度の周囲環境における表示のために画像を調整し（例えばピクセル輝度を増加する）、および／または、視力の弱いユーザ向けの表示のために画像を調整する（例えばピクセルサイズを増加する）ことができる。修正されたオーバーレイは、ユーザの好みの画像調整を表すユーザの好みのオーバーレイとして格納されることができる。

少なくとも１つの補正オーバーレイ、および投射面「Ｐ」に関連する少なくとも１つの特性（すなわち、色、表面のテクスチャ、および表面の湾曲）を格納するメモリを有するＲＦＩＤタグを、投射面「Ｐ」に近接して設けることができる、ことがさらに与えられる。システム１００はＲＦＩＤリーダを含み、このＲＦＩＤリーダによって、ＲＦＩＤタグを読み取り、少なくとも１つの補正オーバーレイおよび少なくとも１つの特性にアクセスして、投射面「Ｐ」への投射前に画像を修正するときに、この情報を利用することができる。

本開示のシステムおよび方法は、キーストーン、アナモフィック、またはピンクッション補正技術と組み合わせて使用されることが考えられる。キーストーン補正技術の１つの説明を、２００４年の画像処理国際会議（ＩＣＩＰ：International Conference on Image Processing），第４巻，２００４．１０，２８２９−２８３２ページに見ることができる（http://ieeexplore.ieee.org/search/wrapper.jsp?arnumber=1421693)。

本開示のシステムの側面図である。 図１に示されているシステムの斜視図である。 本開示の方法のステップを示すフローチャートである。 本開示の方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ システム
１０２ 画像プロジェクタ
１０４ 検出モジュール
１０６ プロセッサ
１０７ 画像作成要素
１１０ ビデオ入力モジュール
１１２ 放射／検出器ユニット

Claims (4)

1. 投射前に画像を自動的に修正するシステムであって、
   少なくとも１つの特性を有する投射面に画像を投射するように構成された画像作成要素と、
   前記画像作成要素に連結され、前記投射面に関する少なくとも１つの特性を決定できる検出モジュールと、
   前記投射面のテクスチャを含む前記少なくとも１つの特性に応じて出力画像を修正するように構成された少なくとも１つのプロセッサと、
   を備えたシステム。
2. 前記検出モジュールは、複数の色を投射し、色補正テーブルを用いて修正されるプロファイルを作成するために反射光を検出することによって、前記投射面の前記少なくとも１つの特性を検出する請求項１記載のシステム。
3. 投射前に画像を修正する方法であって、
   投射面に光線を放射し、
   前記投射面からの反射光線を検出し、
   前記投射面のテクスチャを含む少なくとも１つの特性を決定すると共に、プロファイルを作成し、
   標準プロファイルと前記プロファイルとを比較することによって、オーバーレイを作成し、
   前記オーバーレイを利用して、投射される画像を修正し、
   前記投射面に前記修正された画像を投射する、各ステップを備える方法。
4. 光線を放射し、投射面のテクスチャを含む少なくとも１つの特性を検出することができる検出モジュールと、
   前記投射面の前記少なくとも１つの特性に応じて出力画像を修正するように構成された少なくとも１つのプロセッサと
   前記少なくとも１つのプロセッサに接続され、前記少なくとも１つの修正された出力画像を受け取るように構成されたビデオ受取ユニットと
   前記修正された出力画像を透過させるように構成された画像作成要素と、
   を備えたビデオプロジェクタ。

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