JP2009206664A - 画像投影システム、画像投影方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】複数台のプロジェクタ装置投影する画像を重ねてスクリーンに提示する場合に、投影画像毎の輝度を均一化すること。
【解決手段】入力された画像信号に基づく画像を互いに所定量ずらして重ね合わせてスクリーンに投影する複数台のプロジェクタ装置１−１〜１−Ｎと、スクリーンに投影された複数の投影画像からなる画像領域の輝度を観測する観測部４と、観測部４の観測結果に基づいて、プロジェクタ装置毎に投影する画像を構成する各画素の輝度値を調整し、複数のプロジェクタ装置に供給する制御装置５と、を含む。そして、画像領域の任意の画素は、隣り合う複数台のプロジェクタ装置からの投影画像の対応する画素によって重ね合わされ、投影画像の１辺の長さは、隣り合って配置されたプロジェクタ装置間の距離のｎ倍（ｎは２以上の整数）である。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のプロジェクタ装置を用いて、スクリーンに画像を投影する場合に適用して好適な画像投影システム及び画像投影方法、並びにその処理方法を適用したプログラムとそのプログラムを格納した記録媒体に関する。

従来、高解像度で大画面のディスプレイを実現するため、複数台のプロジェクタ装置を格子状に並べて１枚の大きな画像を投影する方式が提案されている。

図３１は、複数台のプロジェクタ装置によって構成される従来の画像投影システム１００の構成例を示す。画像投影システム１００は、Ｎ台のプロジェクタ装置と、投影された画像の表示面となるスクリーン１０２と、スクリーン１０２に投影された画像を観測する観測部１０４と、観測部１０４が観測した情報を受取り、各プロジェクタ装置に画像信号を供給する制御装置５と、を備える。ただし、図３１では、プロジェクタ装置１０１−１〜１０１−４，１０１−１１〜１０１−１４，１０１−２１〜１０１−２４のみ簡略して示す。各プロジェクタ装置は、スクリーン１０２に画像を投影しており、各プロジェクタ装置が投影した画像をつなげることで、全体として１枚の画像が構成される。スクリーン１０２全体として一つの画像が形成される。なお、以下の説明において、１台のプロジェクタ装置がスクリーン１０２に投影する画像を、「投影画像」と称する。図３１では、プロジェクタ装置１０１−１２がスクリーン１０２に投影する投影画像を、投影画像１０３−１２とする。

図３２は、画像投影システム１００を、正面、側面、上面の三面から見た場合を示す三面図である。投影画像１０３−１２は、他のプロジェクタ装置による投影画像と比較するため、強調表示してある。従来、複数台のプロジェクタ装置によってスクリーン１０２に画像を投影する場合、隣り合う投影画像の一部（周辺部）は、互いに重なる。

しかし、画像投影システム１００を用いて画像を投影すると隣り合う投影画像の”繋ぎ目”が目立ってしまう。その為、画像を提示する前に、隣り合う投影画像の繋ぎ目を目立たなくさせる為の前処理（キャリブレーション）を行うことが一般的である。

代表的な前処理（キャリブレーション）には以下の２方式が知られている。
（１）幾何補正
隣り合うプロジェクタ装置が投影する複数の投影画像が繋がるように、各プロジェクタ装置を正確に配置することは難しい。そこで、複数の投影画像が繋がるように、提示したい画像に対して予め幾何変換を行う。図３３は、スクリーン１０２をｘｙ平面とした場合における投影画像を示す図である。図３３には、プロジェクタ装置１０１−１１の投影画像１０３−１１と、プロジェクタ装置１０１−１２の投影画像１０３−１２を取り出して説明する。投影画像１０３−１１，１０３−１２には、それぞれ格子状の模様が表示されるものとする。そして、プロジェクタ装置１０１−１１，１０１−１２は、設置される位置によってわずかに水平がずれた状態となる。

図３３（ａ）は、幾何補正前の投影画像の表示例である。
幾何補正前は、投影画像１０３−１１，１０３−１２の格子がずれて表示される。このため、画像の水平線、垂直線が歪み、好ましくない。
図３３（ｂ）は、幾何補正後の投影画像の表示例である。
幾何補正後は、投影画像１０３−１１，１０３−１２の格子が重なって表示される。画像の水平線、垂直線が歪むことなく表示される。
このように、プロジェクタ装置毎に投影する画像に対して幾何補正を施すことによって、スクリーン１０２の全体としてズレなく画像が表示される。

（２）輝度色度（色味）補正
同じ型式のプロジェクタ装置であっても、内部の光学素子や投影ランプの特性のばらつきにより、出力される光の強度やＲＧＢそれぞれの強度バランスには個体差がある。また、隣り合うプロジェクタ装置から投影される投影画像が重なる領域は、二つのプロジェクタ装置からの光の強度が加算される為、周囲よりも極端に明るくなる。

図３４は、画像投影システム１００を用いて投影された投影画像毎に、輝度及び色のばらつきが生じる例を示す写真である。プロジェクタ装置をタイル状に配置し、各プロジェクタ装置に同一の入力（白（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（２５５，２５５，２５５)）をした時にスクリーンに投影される画像の一部を観測部で撮影する。四角い１つの領域が１台のプロジェクタに対応する。隣り合う投影画像１０３−１１，１０３−１２の輝度や色度にばらつきがあることが分かる。また、プロジェクタ装置毎に輝度の違いがあったり、同じ白でも色度の違いがあったりすることが分かる。また、１台のプロジェクタ装置であっても、その投影画像に輝度や色度がばらつくことも分かる。

そこで、輝度の不均衡を揃えるため、図３５に示すように、輝度補正を行う。図３５は、プロジェクタ装置１０１−１１，１０１−１２からスクリーン１０２に投影された画像の輝度Ｌを縦軸とし，スクリーン１０２上のｘｙ平面を横軸とする説明図である。
図３５（ａ）は、輝度補正前の投影画像の輝度の例を示す。
輝度補正前は、プロジェクタ装置１０１−１１，１０１−１２から投影される画像の輝度は、曲線で示される。そして、隣り合う投影画像が重なる箇所は、輝度が高まるため、画面に明るい線が出てしまう。
図３５（ｂ）は、輝度補正後の投影画像の輝度の例を示す。
輝度補正後は、プロジェクタ装置１０１−１１，１０１−１２から投影される画像の輝度は、直線で示される。輝度補正前の投影画像は、比較のため破線で示す。そして、隣り合う投影画像が重なる箇所で高まった輝度は、平坦化された輝度と高さがほぼ一致するため、画面に明るい線が出ることはない。

上記以外にも、様々なキャリブレーションの技術が提案されている。
特許文献１には、３つのプロジェクタ装置から投影した画像を、スクリーンに一つの画像として表示する技術について開示されている。

また、特許文献２には、複数の画像を隣接して投影する場合に、色補正用画像を重ね合わせて投影することで画像中に発生する不均一な色の分布を補正する技術について開示されている。
特開２００６−１０９１６８号公報 特開２００７−２５１２９４号公報

ところで、従来の画像投影システム１００は、以下に挙げる課題を有していた。
（１）プロジェクタ装置の個体差に対して脆弱である点
輝度色度補正を行うキャリブレーションにおいて、これまでに提案された画像投影システムは、複数あるプロジェクタ装置のうち、最も特性の悪い（輝度が低い）プロジェクタ装置に、それ以外のプロジェクタ装置の特性を合わせることが主流であった。このことについて、図３６を参照して説明する。
図３６は、７台のプロジェクタ装置（第１〜第７のプロジェクタ装置）がそれぞれスクリーンに投影する画像（白の単色画像）の輝度の例を示す。
図３６（ａ）は、特性を合わせる前における、プロジェクタ装置毎に投影した画像の輝度の例を示す。このとき、第５のプロジェクタ装置が投影する画像の輝度が最も特性が悪い。

図３６（ｂ）は、特性を合わせた後における、プロジェクタ装置毎に投影した画像の輝度の例を示す。特性を合わせる前の輝度は、比較のため破線で示す。
第１〜第４のプロジェクタ装置と第６及び第７のプロジェクタ装置が投影する画像の輝度は、第５のプロジェクタ装置が投影する画像の輝度に合わせるため、全体の輝度が低くなることが分かる。
すなわち、画像投影システム全体の性能が個々のプロジェクタ装置の性能に左右されてしまう。このため、画像投影システムの輝度性能は、プロジェクタ装置の個体差に依存しやすく、輝度が低くなりやすい。

（２）プロジェクタ装置の故障に対して脆弱である点
また、従来の画像投影システムでは、画像を投影する最中に、例えば、１台のプロジェクタ装置が故障し、光源ランプが消灯すると、そのプロジェクタ装置が投影していた領域には一切画像が表示されなくなってしまう。このため、スクリーンに投影された画像の一部が掛けてしまう。そして、故障したプロジェクタ装置が回復するまでの時間がわずかであっても、使用するアプリケーション（例えば、セキュリティ用途の監視用画面）によっては、画像投影システムの品質を著しく落としてしまう。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、複数台のプロジェクタ装置投影する画像を重ねてスクリーンに提示する場合に、投影画像毎の輝度を均一化することを目的とする。

本発明は、複数台のプロジェクタ装置によって、入力された画像信号に基づく画像を互いに所定量ずらして重ね合わせてスクリーンに投影する。そして、スクリーンに投影された複数の投影画像からなる画像領域の輝度を観測する。観測装置の観測結果に基づいて、プロジェクタ装置毎に投影する画像を構成する各画素の輝度値を調整し、複数のプロジェクタ装置に供給する。そして、画像領域の任意の画素は、隣り合う複数台のプロジェクタ装置からの投影画像の対応する画素によって重ね合わせ、投影画像の１辺の長さは、隣り合って配置されたプロジェクタ装置間の距離のｎ倍（ｎは２以上の整数）とする。

このように、スクリーンに投影される画像の画素を複数台のプロジェクタ装置が投影する画像で重ね合わせるため、スクリーン全体の輝度を均一に保つことが可能となる。

本発明によれば、複数台のプロジェクタ装置がスクリーンに投影する画像を重ね合わせるため、スクリーン全体の画像の輝度が均一化される。また、一部のプロジェクタ装置が故障して、画像を投影できなくなった場合であっても、故障したプロジェクタ装置に隣り合う他のプロジェクタ装置によって画像が投影され続けるため、スクリーンに投影された画像が欠けないという効果がある。

以下、本発明の第１の実施形態例について、図１〜図２１を参照して説明する。本実施の形態例では、複数台のプロジェクタ装置を用いて投影した画像を重ね合わせることによって、輝度を均一化し、スクリーンに高精細な画像を表示することが可能な画像投影システム１０に適用した例について説明する。

図１は、複数台のプロジェクタ装置によって構成される画像投影システム１０の構成例を示す。画像投影システム１０は、同じ投影性能を有するＮ台のプロジェクタ装置１−１〜１−Ｎに対して、画像信号を供給する。本例では、Ｎ＝３５台のプロジェクタ装置について説明する。

本例の画像投影システム１０は、Ｎ台のプロジェクタ装置と、投影された画像の表示面となるスクリーン２と、スクリーン２に投影された画像を観測する観測部４と、観測部４が観測した情報を受取り、各プロジェクタ装置に画像信号を供給する制御装置５と、を備える。ただし、図１では、プロジェクタ装置１−１〜１−４，１−１１〜１−１４，１−２１〜１−２４のみ簡略して示す。

Ｎ台のプロジェクタ装置は、所定の間隔で格子状に配置されており、入力された画像信号に基づく画像を互いに所定量ずらして重ね合わせてスクリーン２に投影する。各プロジェクタ装置は、スクリーン２の一部に画像を投影しており、全体として一つの画像が形成される。図１では、プロジェクタ装置１−１２がスクリーン２に投影する投影画像を、投影画像３−１２とする。
観測部４は、スクリーン２に投影された複数の投影画像からなる画像領域の輝度を観測する。観測部４は、スクリーン２の正面方向に代えて、背面方向に配置してもよい。
制御装置５は、観測部４の観測結果に基づいて、プロジェクタ装置毎に投影する画像を構成する各画素の輝度値を調整し、複数のプロジェクタ装置に供給する。
画像領域の任意の画素は、隣り合う複数台のプロジェクタ装置からの投影画像の対応する画素によって重ね合わされる。投影画像の１辺の長さは、隣り合って配置されたプロジェクタ装置間の距離のｎ倍（ｎは２以上の整数）である。

図２は、画像投影システム１０の三面図である。投影画像３−１２は、他のプロジェクタ装置による投影画像と比較するため、強調表示してある。
図２（ａ）は、上面視した画像投影システム１０の例である。
図２（ｂ）は、正面視した画像投影システム１０の例である。
図２（ｃ）は、側面視した画像投影システム１０の例である。
Ｎ台のプロジェクタ装置は、互いの投影画像が、該投影画像の１辺の１／ｎの長さだけずれるように、スクリーンに画像を投影する。つまり、「ｎ」は、プロジェクタ装置間の距離を１としたときの１台のプロジェクタ装置の投影画像の一辺の長さの倍率を表す。例えば、各プロジェクタ装置は、１台のプロジェクタ装置が投影する画像の投影画像の幅（水平方向、垂直方向それぞれ）が、プロジェクタ装置の配列間隔のほぼ２倍（３倍、４倍等の整数倍であればよい。）となるように配置される。このため、隣り合うプロジェクタ装置が無い周辺部を除く、全ての画素で、異なる４台のプロジェクタ装置からの光が重畳される。そして、隣り合うプロジェクタ装置の投影画像が重なる領域をスクリーン２の全面に広げる。さらに、スクリーン２に投影された全体画像の周辺部を除く投影画像の全ての位置で、複数台のプロジェクタ装置が投影した画像（光）が重なるよう設定する。

従来、複数台のプロジェクタ装置によってスクリーン２に画像を投影する場合、隣り合う投影画像の周辺部は、互いに重なる。ただし、従来のように投影画像の周辺部が重なるわけではない。本例では、例えば、１台のプロジェクタ装置の投影画像は、上下左右に隣り合う４台のプロジェクタ装置の投影画像と重なる。

ところで、画像投影システム１０は、投影画像を重畳するプロジェクタ装置の台数が限定されない。１台のプロジェクタ装置の投影画像の幅を更に広げて、１つの画素を構成する光が異なる９台、１６台、２５台…といった４台以上のプロジェクタ装置を備える画像投影システムとして構成することも可能である。この点については、投影画像を重ねる実験結果と共に後述する。

図３は、画像投影システム１０の内部構成例を示すブロック図である。
観測部４は、図示しない光学レンズ系と、所定のシャッタタイミングで光学レンズ系を介して取り込んだ像光を電気信号に変換する撮像素子と、変換された電気信号を静止画データ又は動画データとして記憶する記憶部と、制御装置５と接続され、記憶部に記憶された静止画データ又は動画データを伝送するための伝送処理部と、を備えるカメラを用いる。ただし、観測部４は、例えば動画像や静止画像を撮像可能なカメラであったり、輝度を計測する輝度計であったりしてもよい。

観測部４は、記憶部に記憶された静止画データ又は動画データに基づいて、プロジェクタ装置がスクリーン２上に投影する画像領域を構成する画素の投影位置を観測する投影位置観測部４１と、プロジェクタ装置が投影する画像のスクリーン２上の画像領域の輝度を観測する投影輝度観測部４２と、を備える。投影位置観測部４１と、投影輝度観測部４２が観測した結果、得られたプロジェクタ装置毎の投影位置と投影輝度の情報は、制御装置５に供給される。ただし、観測部４は、スクリーン２の投影画像の色度（色相と彩度）を観測する色度観測部として、色度計を備える構成としてもよい。

制御装置５は、投影位置観測部４１によって観測された画像領域の各画素の投影位置より、プロジェクタ装置毎に投影画像を構成する画素の位置を「ジオメトリ情報」として算出するジオメトリ情報算出部５１と、ジオメトリ情報算出部５１で算出されたジオメトリ情報を一時的に保持する記憶領域であるジオメトリ情報保持部５２と、を備える。

また、制御装置５は、投影輝度観測部４２によって観測された画像領域の輝度と位置情報より、スクリーン上の画像領域の各画素の輝度を「輝度情報」として算出する輝度情報算出部５３と、輝度情報算出部５３で算出された輝度情報を一時的に保持する記憶領域である輝度情報保持部５４と、を備える。

また、制御装置５は、プロジェクタ装置に投影させる元画像データを記憶する画像データ保持部５５と、画像データ保持部５５から画像データを読み出す画像データ読出部５６と、画像データ読出部５６によって読み出された画像データに基づいて、スクリーン２に投影する画像領域の目標とする輝度を目標輝度として定め、この目標輝度を算出する目標輝度算出部５７と、を備える。目標輝度算出部５７には、ジオメトリ情報保持部５２が保持するジオメトリ情報が供給される。そして、目標輝度算出部５７は、供給されたジオメトリ情報に基づいて、画素毎に適切な目標輝度を、複数のプロジェクタ装置による投影画像の輝度の最大値と最小値の範囲内で設定する。つまり、プロジェクタ装置毎に目標輝度を算出することとなる。

また、制御装置５は、ジオメトリ情報保持部５２に保持されたジオメトリ情報と、輝度情報保持部５４に保持された輝度情報と、目標輝度算出部５７によって設定された画像領域の目標輝度に対する各プロジェクタ装置の投影画像の輝度の配分を、輝度補正係数として決定する輝度補正係数算出部５８と、輝度補正係数算出部５８によって算出された輝度補正係数を一時的に保持する記憶領域である輝度補正係数保持部５９と、を備える。

また、制御装置５は、ジオメトリ情報保持部５２に保持されたジオメトリ情報と、輝度情報保持部５４に保持された輝度情報と、目標輝度算出部５７によって算出された目標輝度の情報と、輝度補正係数保持部５９に保持された輝度補正係数に基づいて、入力画素値を算出する入力画素値算出部６０を備える。
入力画素値算出部６０は、輝度補正係数算出部５８によって算出された輝度補正係数と目標輝度とに基づき各プロジェクタ装置の投影画像の目標投影輝度を決定する。そして、決定した目標投影輝度、位置情報および輝度情報に基づいて、プロジェクタ装置毎に投影する画像の各画素の画素値を算出する。
また、制御装置５は、入力画素値算出部６０によって算出された入力画素値に基づいて、プロジェクタ装置を制御する制御信号と画像信号を生成し、各プロジェクタ装置に供給する信号供給部６１と、を備える。

信号供給部６１は、供給対象となるプロジェクタ識別番号と供給する入力画像データを、入力画素値算出部６０より受け取って、該当するＮ台のプロジェクタ装置１−１〜１−Ｎに対して、画像信号を供給する。本例では、Ｎ＝３５台のプロジェクタ装置について説明する。プロジェクタ装置１−１〜１−Ｎは、信号供給部６１から供給された画像信号に基づいて、輝度を調節し、画像をスクリーン２に投影する。

次に、制御装置５が行う画像処理の例について、図４〜図８を参照して説明する。

図４は、スクリーン２に投影される画像の画素位置を示す。
以下、スクリーン２の周辺部を除いた、各プロジェクタ装置からの光が重畳される領域（例えば、異なる４台のプロジェクタ装置からの光が重畳される領域）を、「画像提示領域」と呼ぶ。

スクリーン２にＸＹ座標軸をとり、原点（０，０）の位置を決める。このため、スクリーン２の画素位置は、原点に対して一意に定まる。この画像提示領域に、所望の画像を投影する際、スクリーン２に投影された画像を構成する各画素に相当する位置を、画素位置（Ｘ，Ｙ）と表す。ここでは、スクリーン２に投影された画像の一部を拡大した拡大領域６に含まれる画素６ａの位置が画素位置（Ｘ，Ｙ）として求まる。本例では、隣り合う４台のプロジェクタ装置が投影する画像の画素によって、画素６ａが投影されている。

図５は、図４で求められた画素位置（Ｘ，Ｙ）に対して、画像投影システム１０で用いられる諸変数の例を示す説明図である。
（１）第１のキャリブレーション：（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）と（Ｘ，Ｙ）の対応関係を求める。
画素位置（Ｘ，Ｙ）に光を投影するプロジェクタ装置の総数をｍ（＝ｎ^２）とする。総数ｍ台のプロジェクタ装置のうち、画素位置（Ｘ，Ｙ）に光を投影する第ｋ番目のプロジェクタ装置について、画素位置（Ｘ，Ｙ）に相当するプレーン毎の画素位置を対応画素位置（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）と表す。プロジェクタを識別する為の番号ｋが画像投影システムに存在するプロジェクタの総数Ｎ台のうちの第何番目のプロジェクタに相当するかについては、画素位置（Ｘ，Ｙ）によって異なる。投影画像の画素位置（Ｘ，Ｙ）とプロジェクタ装置毎に投影するＲプレーン、Ｇプレーン、Ｂプレーン上の対応画素位置（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）の関係式（１）〜（４）で示される関係は、予め計測しておく。

Ｘ，Ｙ，ｘ_ｋ，ｙ_ｋは、画素位置（Ｘ，Ｙ）とプロジェクタ装置番号ｋの全ての組み合わせについて、それぞれ固有に定まる関数である。これらの関数（Ｘ，Ｙ，ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）を、上述のように「ジオメトリ情報」と呼ぶ。なお、式（１）と式（３）、式（２）と式（４）は、互いに逆関数である。

（２）：第２のキャリブレーション：入力画素値に対するスクリーン２上の画素位置（Ｘ，Ｙ）における輝度を求める。
第ｋ番目のプロジェクタ装置のパネルの第ｐ番目のプレーン（カラー画像であればＲプレーン（ｐ＝０），Ｇプレーン（ｐ＝１），Ｂプレーン（ｐ＝２））に、画素値ｉ_ｋを入力した時の、スクリーン上の画素位置（Ｘ，Ｙ）で観測される輝度をｌ_ｋと定めて、予め、関係式（５），（６）で示される関係を計測しておく。

ｌ_ｋ，ｉ_ｋは、画素位置（Ｘ，Ｙ）と、プロジェクタ装置を１台毎に識別するためのプロジェクタ装置番号ｋ、プレーン番号ｐの全ての組み合わせについて、それぞれ固有に定まる関数である。なお、式（５）と式（６）は、互いに逆関数である。
これらの関数（ｌ_ｋ，ｉ_ｋ）を、上述のように「輝度情報」と呼ぶ。関係式（５）は、Ｒプレーン、Ｇプレーン、Ｂプレーン上の対応画素位置（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）に、０（最小出力），１，２，３，…，２５５（最大出力）の数値を入れた場合、実測した画素位置（Ｘ，Ｙ）での明るさが何カンデラであるかを求めることにより得られる。

画素位置（Ｘ，Ｙ）について、その画素位置の輝度Ｌは、その画素位置に光を投影する全プロジェクタ装置の投影輝度の総和になるので、式（７）のように表される。

スクリーン上の画素位置（Ｘ，Ｙ）に投影する目標輝度をＬ_Ｔとして表す。入力画素値算出部６０は、目標輝度Ｌ_Ｔを求める。Ｌ_Ｔは、当該位置における提示画像の画素値Iと、予め適当な値に設定されたガンマγを使って、式（８）を用いて計算される。ガンマの値は、式（８）で計算される値が、複数のプロジェクタ装置による投影画像の輝度の最大値と最小値の範囲内に収まるように、予め設定しておく。

目標輝度Ｌ_Ｔを実現する為に必要な各プロジェクタ装置への入力画素値ｉ_ｋ（ｋ＝１，２，…，ｍ）の組み合わせは複数ある。そこで、プロジェクタ装置毎に、Ｌ_Ｔの内のどれだけの輝度を投影するのか、輝度の配分を決める必要がある。その配分量を「輝度補正係数」として、ｗ（Ｘ，Ｙ，ｋ，p）と書くと、目標輝度Ｌ_Ｔは、式（９）のように表される。そして、輝度補正係数を、０から１の実数値で表す。輝度補正係数の総和は１とする。

（３）：第３のキャリブレーション：プロジェクタ装置毎の輝度の配分を求める。
輝度補正係数は、画素位置（Ｘ，Ｙ）と、プロジェクタ装置番号ｋ、プレーン番号ｐの全ての組み合わせについて、それぞれ固有に定まる定数である。また、輝度補正係数は、各スクリーン上の位置（Ｘ，Ｙ）での各プロジェクタ装置の出しうる最大輝度ｌ_ｋ，maxに合わせて、もしくは、ｌ_ｋ，maxと目標輝度Ｌ_Ｔに合わせて、予め決めておく必要がある。
そして、個々のプロジェクタ装置の輝度に合わせて、単純に比例配分する場合、例えば、式（１０），（１１）を用いて輝度補正係数ｗが決定される。

本例の画像投影システムでは、スクリーン２上の各画素が複数のプロジェクタ装置から投影される光で照らされる。各プロジェクタ装置が照らす投影光の強さは自由度がある（色々な強さ配分が考えられる。）。その自由度は、状況や目的に応じて適宜決めることができる。この自由度を決めるために、画像投影システムの設計パラメータの一つとして、輝度補正係数を求めている。本例では、スクリーン上の画像領域の任意の画素について、当該画素に投影するプロジェクタ装置毎の画像の輝度の配分を、輝度補正係数に基づいて変更することによって、自由度を決めることが可能である。

例えば、画素位置（Ｘ，Ｙ）の目標輝度を８００カンデラとした場合であって、第１のプロジェクタ装置の出力が弱いため、１００カンデラ分の光量しか得られない場合を想定する。この場合、例えば、第２のプロジェクタ装置の光量を２３０カンデラ、第３のプロジェクタ装置の光量を２３０カンデラ、第４のプロジェクタ装置の光量を２４０カンデラとすることによって、目標輝度の８００カンデラに達することができる。このように、複数のプロジェクタ装置で輝度を補完することによって、一部で輝度が落ち込むような画像を投影することがない。

そして、目標輝度Ｌ_Ｔに対する、第ｋ番目のプロジェクタ装置に入力すべき画素値ｉ_ｋは、入力画素値算出部６０によって、式（１２），（１３）を用いて計算される。

ここで、ｉ_ｋが、小数点も含む実数値になった場合は、四捨五入して、整数値に丸める。また、ｉ_ｋは０≦ｉ_ｋ≦２５５の範囲を越えないように決定する。

ここで、目標輝度について図６を参照して説明する。図６は、プロジェクタ装置１−１〜１−４の設置位置に対する輝度分布の例を示す。
目標輝度とは、画像投影システムで投影したい画像データの各画素値から、スクリーン上の各位置（画素）について、一意に算出される量である。なお、一意に算出されるとは、式（８）が与えられると、自動的に計算で目標輝度が求まるという意味である。式（８）式にあるガンマの値の決め方は一意ではない。

図６（ａ）は、各プロジェクタ装置が最大出力で投影した場合におけるスクリーン２上の輝度分布３１−１と、各プロジェクタ装置が最小出力で投影した場合におけるスクリーン２上の輝度分布３１−２を示す。
図６（ｂ）は、スクリーン２に提示したい画像の輝度の例を示す。
提示したい画像３２の輝度が、各プロジェクタ装置が投影する輝度の最小出力と最大出力の範囲内であれば、任意の輝度を投影することができる。このため、提示したい画像３２に応じて、各プロジェクタ装置が投影すべき輝度を求める。この提示したい画像３２によって定まる投影すべき輝度を、「目標輝度」と表現する。輝度分布３１−３は、目標輝度を表す輝度分布である。

図６（ｃ）は、目標輝度を算出する例を示す。
提示したい画像３２に対して、任意の位置における水平線３３を指定する。水平線３３の位置は、例としてある位置の断面図を切り取ったものである。実際の処理では、まず、画像３２の上から下までの全ての位置での断面における輝度値を観察する。そして、全ての位置で目標輝度が最小出力と最大出力の範囲内に収まるように、ガンマの値を決める。目標輝度が最小出力と最大出力の範囲内に収まらない場合、一部の画質の劣化を許容した上でガンマの値を決める。この水平線３３から求まる画素値は、画素値分布３４のように求まる。画素値分布３４に対して、予め設定されたガンマを掛ける（累乗する）ことによって、目標輝度値Ｌ_Ｔ（画像データの各画素値）が求まる。

本実施の形態に係る画像投影システム１０において、目標輝度の決め方は限定されない。ユーザがそれぞれの目的に合わせて目標輝度を設定することが可能である。例えば、全体的に明るい画面を好むユーザであれば、目標輝度を高めに設定することで、投影画像を全体的に明るくすることができる。一方、全体的に暗く投影される方が、画像の雰囲気が出る場合もありうる。この場合には、目標輝度を低めに設定することで全体的に画を暗くすることができる。例えば、コンピュータに接続されるモニタやテレビジョン受像器にも「明るさ」というユーザに開放された調整パラメータがあり、ユーザの好みに応じて調整パラメータを変えることにより、画像の明るさを調整できる。画像投影システム１０で決定される目標輝度は、この調整パラメータと同様に用いられるパラメータである。このように、式（８）で表される具体的な数値は、ユーザの目的や好みに合わせて決めることが可能である。そして、画像投影システム１０は、目標輝度を変えるための図示しない操作部（例えば、リモートコントロール装置、調整つまみ）を備える。

ガンマとは、画像データの各画素値（０〜２５５）をスクリーン２上で観測される輝度（数１０カンデラ〜数万カンデラ）の値に変換するための数値である。本例の画像投影システム１０では、第１〜第３のキャリブレーションで得られる目標輝度は、輝度分布３１−１，３１−２の範囲内に収まるように、予め適切な値を算出しておく。

図７は、制御装置５が画像を提示する処理の全体の流れを示すフローチャートである。
始めに、ジオメトリ情報算出部５１は、各プロジェクタ装置の投影位置であるジオメトリ情報（ｆ_Ｘ，ｆ_Ｙ，ｇ_ｘ，ｇ_ｙ）を計測する（ステップＳ１）。この処理は、上述した第１のキャリブレーションに相当する。

次に、輝度情報算出部５３は、各プロジェクタ装置の投影輝度である輝度情報（ｈ）を算出する（ステップＳ２）。この処理は、上述した第２のキャリブレーションに相当する。

次に、輝度補正係数算出部５８は、輝度補正係数ｗ（Ｘ，Ｙ，ｋ，p）を生成する（ステップＳ３）。この処理は、上述した第３のキャリブレーションに相当する。

最後に、入力画素値算出部６０は、投影画像の輝度を調整する、式（１２），（１３）で示される画像提示処理を行い（ステップＳ４）、処理を終了する。

図８は、画像提示処理の例を示すフローチャートである。
始めに、入力画素値算出部６０は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各プレーンについて、処理を開始する（ステップＳ１１）。つまり、ｐの値を、０，１，２の順に循環することで、Ｒプレーン、Ｇプレーン、Ｂプレーンの順に選択して処理を行う。

次に、入力画素値算出部６０は、画素位置（Ｘ，Ｙ）を選択する（ステップＳ１２）。例えば、画素位置（０，０）の次は、画素位置（１，０）のように、座標軸Ｙの値を固定した状態で、Ｘの値を加算する。Ｘが画像提示領域の端に達した場合、Ｙの値を１加算し、Ｘの値を０に戻し、再度Ｘの値を１ずつ加算する。

そして、入力画素値算出部６０は、提示画像の画素値Ｉにγを乗じて、目標輝度Ｌ_Ｔを算出する（ステップＳ１３）。一般に、γは、２．５程度の値となるが、その他の値を用いてもよい。この処理では、例えば、目標輝度が８００カンデラと算出されたとする。

次に、入力画素値算出部６０は、プロジェクタ装置を選択する（ステップＳ１４）。プロジェクタ装置は、ｋ＝１〜ｍまで、個別に選択する。本例では、４台のプロジェクタ装置（第１〜第４のプロジェクタ装置の順、ｍ＝４）を選択する。

そして、輝度補正係数算出部５８は、選択したプロジェクタ装置毎に、目標輝度Ｌ_Ｔに輝度補正係数ｗを掛けた値ｌ_Ｔを算出する（ステップＳ１５）。例えば、輝度補正係数ｗが０．１２５である場合、値ｌ_Ｔは１００と算出される。

そして、入力画素値算出部６０は、算出したｌ_Ｔに最も近くなるような入力画素値ｉ_ｋを算出する（ステップＳ１６）。この場合、上述した式（１），（２）を、式（６）に入れて計算が行われる。

そして、信号供給部６１は、算出された入力画素値ｉ_ｋを該当するプロジェクタ装置に出力する（ステップＳ１７）。次に、入力画素値ｉ_ｋを出力したプロジェクタ装置が最後のプロジェクタ装置であるか否かを判別する（ステップＳ１８）。最後のプロジェクタ装置ではない場合、ｋに１を加算し、ステップＳ１４に処理を移す。そして、次のプロジェクタ装置に対して、ステップＳ１４〜Ｓ１７までの処理を繰り返す。

一方、最後のプロジェクタ装置である場合、ｐ番目のプレーンを構成する画素のうち、最後の画素位置であるか否かを判別する（ステップＳ１９）。最後の画素位置ではない場合、ステップＳ１２に処理を移す。そして、次の画素位置に対して、ステップＳ１２〜Ｓ１８までの処理を繰り返す。

一方、最後の画素位置である場合、最後のプレーン（ｐ＝２）であるか否かを判別する（ステップＳ２０）。最後のプレーンではない場合、ｐに１を加算し、ステップＳ１１に処理を移す。そして、次のプレーンに対して、ステップＳ１１〜Ｓ１９までの処理を繰り返す。一方、最後のプレーンである場合、その提示する画像についての提示処理を終了する。

本例の画像投影システム１０は、輝度のムラをなくしつつ、高輝度で投影した画像を表示することを目的とする。そして、画像投影システム１０を用いて投影される画像は、複数のプロジェクタ装置が投影した光によって、各画素を構成する。ここで、画像投影システム１０によって、補正される輝度の例について、図９を参照して説明する。

図９は、７台のプロジェクタ装置（第１〜第７のプロジェクタ装置）がそれぞれスクリーンに投影する画像（白の単色画像）の輝度の例を示す。
図９（ａ）は、特性を合わせる前における、プロジェクタ装置毎に投影した画像の輝度の例を示す。このとき、第５のプロジェクタ装置が投影する画像の輝度が最も特性が悪い。

図９（ｂ）は、特性を合わせた後における、プロジェクタ装置毎に投影した画像の輝度の例を示す。特性を合わせる前の輝度は、比較のため破線で示す。
第１〜第７のプロジェクタ装置が投影する画像は、それぞれ隣り合うプロジェクタ装置が投影する画像に重ね合わせている。このため、全体の輝度は、従来のプロジェクタ装置が投影する画像よりも高くなる。また、例えば、第５のプロジェクタ装置を除く他のプロジェクタ装置は、目的輝度に対して高い輝度となる。このため、第５のプロジェクタ装置を除く他のプロジェクタ装置は、目的輝度に合わせて出力を落とすことで、スクリーン２に投影された画像全体が均一な輝度となる。

図９に示したように、画像投影システム１０は、特性が悪いプロジェクタ装置が投影する画像の輝度に合わせる必要がない。つまり、特性が悪いプロジェクタ装置があったとしても、他のプロジェクタ装置が投影する画像によって、不足する輝度を補完することができる。

次に、プロジェクタ装置が投影する画像を重ねた領域内における特性（色度）のばらつきを計測した結果について説明する。ここでは、製造メーカーと製品の型番が同じであるプロジェクタ装置を４台用いて、色度値ｘ，ｙを計測した例について説明する。

図１０は、プロジェクタ装置を用いて投影する画像を重ね合わせた場合における、色度計測の様子を示す模式図である。図１０（ａ）〜図１０（ｄ）において、スクリーン２に投影される画像は、色度計７を用いて色度が計測される。
図１０（ａ）は、１台のプロジェクタ装置（プロジェクタ装置１−１）をスクリーン２に投影した場合における投影画像の例である。スクリーン２には、画像３−１が投影される。
図１０（ｂ）は、２台のプロジェクタ装置（プロジェクタ装置１−１，１−１１）をスクリーン２に投影した場合における投影画像の例である。スクリーン２には、画像３−１，３−１１が重ねて投影される。
図１０（ｃ）は、３台のプロジェクタ装置（プロジェクタ装置１−１〜１−２１）をスクリーン２に投影した場合における投影画像の例である。スクリーン２には、画像３−１〜３−２１が重ねて投影される。
図１０（ｄ）は、４台のプロジェクタ装置（プロジェクタ装置１−１〜１−３１）をスクリーン２に投影した場合における投影画像の例である。スクリーン２には、画像３−１〜３−３１が重ねて投影される。

そして、図１０に示した各プロジェクタ装置の各画素に対して、全て共通な画像信号（（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（２００，２００，２００））を入力した。そして、１台〜４台のプロジェクタ装置で投影した場合について、色度計７を用いて、投影画像内のＸＹＺ表色系における色度値ｘ，ｙの分布を計測した。そして、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）における各白枠内の色度を計測した。

図１１は、１台〜４台のプロジェクタ装置をスクリーン２に投影した場合における投影画像の例である。
図１１（ａ）は、１台のプロジェクタ装置（プロジェクタ装置１−１）がスクリーン２に投影する投影画像の例を示す。
図１１（ｂ）は、２台のプロジェクタ装置（プロジェクタ装置１−１，１−１１）がスクリーン２に重畳して投影する投影画像の例を示す。
図１１（ｃ）は、３台のプロジェクタ装置（プロジェクタ装置１−１〜１−２１）がスクリーン２に重畳して投影する投影画像の例を示す。
図１１（ｄ）は、４台のプロジェクタ装置（プロジェクタ装置１−１〜１−３１）がスクリーン２に重畳して投影する投影画像の例を示す。

図１１（ａ）〜図１１（ｄ）より、１台のプロジェクタ装置であっても色、輝度のムラがあるものの、複数台のプロジェクタ装置が投影する画像を重ね合わせることによって、色、輝度のムラが均一化されることが分かる。

図１２は、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）に示したＸＹＺ表色系における色度値ｘ，ｙの標準偏差を算出した図である。
図１２より、ＸＹＺ表色系における色度値ｘ，ｙの分布は、プロジェクタ装置の台数が多くなる（言い換えれば、重ね合わせる画像枚数が多くなる。）につれて、収束することが分かる。
図１１（ａ）に示すように、１台のプロジェクタ装置である場合、色度値ｘ，ｙの標準偏差が高いため、色度のばらつきが大きい。しかし、プロジェクタ装置の台数を増やすにつれて、色度値ｘ，ｙの標準偏差が低くなり、スクリーンに投影した画像の色度のばらつきが小さくなっていくことが確認できる。

更に、製造メーカーと製品の型番が同じであるプロジェクタ装置を多数集め、隣り合うプロジェクタ装置で投影する画像を重ねることで色度がどの程度平均化されるかをシミュレーションする実験を行った。この実験と、測定結果について、以下、図１３〜図１８を参照して説明する。

図１３は、色度計測の様子を示す模式図である。
各プロジェクタ装置には、各画素に対して、全て共通な画像信号（（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（２００，２００，２００））を入力する。そして、各プロジェクタ装置について、投影画像の色度分布を計測し、投影画像の中央領域８付近の平均色度を算出した。
本例では、１０４台のプロジェクタ装置について色度を計測した。

以下、図１４〜図１８において、同じ画像信号が入力されたプロジェクタ装置がスクリーン２に投影する画像の色度がばらつく様子について示す。各プロジェクタ装置が格子状に配置されたことを想定し（言い換えると、計測した各プロジェクタ装置の色度データを無作為に格子状に配列し）、各データに対して、隣接するデータとの平均値を算出する。そして、全ての平均値について標準偏差を計算する。この計算は、隣接する４台、９台、１６台、２５台のプロジェクタ装置について、それぞれ行う。

図１４は、画像を重ね合わせない場合における色度値ｘ，ｙの例を示す。
以下、図１４（ａ）〜図１８（ａ）において、格子状に配置された円は、プロジェクタ装置の配置位置を示す。また、実線または破線で囲まれた領域は、平均値を算出した範囲を示している。
図１４（ｂ）は、算出した平均値の分布を示している。

図１５は、隣り合う4台のプロジェクタ装置間（図１５（ａ））で色度値ｘ，ｙの平均値を算出した結果を示している。
図１５（ｂ）は、色度値ｘ，ｙの平均値の分布を示している。

図１６は、隣り合う９台のプロジェクタ装置間（図１６（ａ））で色度値ｘ，ｙの平均値を算出した結果を示している。
図１６（ｂ）は、色度値ｘ，ｙの平均値の分布を示している。

図１７は、隣り合う１６台のプロジェクタ装置間（図１７（ａ））で色度値ｘ，ｙの平均値を算出した結果を示している。
図１７（ｂ）は、色度値ｘ，ｙの平均値の分布を示している。

図１８は、隣り合う２５台のプロジェクタ装置間（図１８（ａ））で色度値ｘ，ｙの平均値を算出した結果を示している。
図１８（ｂ）は、色度値ｘ，ｙの平均値の分布を示している。

図１９は、図１４（ｂ）〜図１８（ｂ）に示したＸＹＺ表色系における色度値ｘ，ｙの標準偏差と、重ね合わせたプロジェクタ装置の台数との関係を示す図である。
図１９より、周囲のプロジェクタ装置の光と重畳することで、プロジェクタ装置の特性のばらつきが減ることが示される。周囲の４台と重畳するだけでも色度のばらつきは、ほぼ半減する。一般に、標準偏差がσの母集団からｎ個を取り出して平均を取った場合の標準偏差は、一般式としてσ／√ｎの関係を満たす。図１９に示す結果は、標準偏差の一般式に準じている。

そして、１台のプロジェクタ装置によって投影された画像の標準偏差に比べて、投影した画像を重畳するプロジェクタ装置の台数が増すにつれて、色度値ｘ，ｙの標準偏差が低い値に収束することが分かる。このため、投影した画像を重畳するプロジェクタ装置の台数を増すと、色度のばらつきが小さくなると言える。

ここで、実際にスクリーン２に投影された画像を撮影し、１台のプロジェクタ装置による投影画像と、４台のプロジェクタ装置によって重畳した投影画像の比較例について、図２０と図２１を用いて説明する。図２０と図２１は、プロジェクタ装置の配置、投影画像の設定により、各領域について、それぞれ異なる４台のプロジェクタ装置が同じ映像を投影した様子を示す。

図２０は、複数台のプロジェクタ装置を並べて、画像を重ねることなく投影した投影画像を撮影した図である。各プロジェクタ装置に対して、輝度補正といった信号処理は一切行っておらず、入力画像がそのまま投影される。

図２０と図２１では、投影画像に対してｘｙ座標軸を定めてあり、例えば、ｘ＝ｋ，ｙ＝ｋである１領域は、１台のプロジェクタ装置によって投影される領域である。そして、６領域のそれぞれが１台のプロジェクタ装置で投影される画像である。図２０より、各領域に表示される画像の輝度と色度が不均一であることが分かる。

図２１は、隣り合う４台のプロジェクタ装置が投影する画像を重ねた投影画像を撮影した図である。各プロジェクタ装置に対して、輝度補正といった信号処理は一切行っておらず、入力画像がそのまま投影される。

図２１では、便宜的に、ｘ＝ｋ＋１，ｙ＝ｋの領域のみ、４台のプロジェクタ装置による投影画像を重ねた状態について示している。ただし、他の領域についても、その領域を担当するプロジェクタ装置と、そのプロジェクタ装置に隣り合う４台のプロジェクタ装置が投影する画像が重ねて表示される。図２１より、各領域に表示される画像の色度が均一になることが分かる。

ところで、例えば、２５台のプロジェクタ装置が投影する投影画像を重ねる場合等、従来の投影方式に比べて、１台のプロジェクタ装置がより広い面積の領域を投影する必要がある。この場合、以下の手法を用いればよい。
（１）スクリーン２とプロジェクタ装置の間の距離（投射距離）を延長する。
（２）プロジェクタ装置に、より広角な投射レンズを取り付ける。

また、投影画像を重ねると、厳密に投影位置を調整しない限り、複数台のプロジェクタ装置からの画素がずれて重なるため、投影画像の解像度感は低下する。その為、投影画像の解像度感を維持する必要がある。

そこで、本例の画像投影システム１０では、例えば、以下に挙げる技術を利用して、投影画像の解像度を維持する。例えば、４台のプロジェクタ装置を用いる場合、水平、垂直方向のそれぞれに、半位相ずつずらした画像を投影する。そして、投影された画像の各画素がスクリーン上で不鮮明とならないよう、予め入力画像信号に逆応答フィルタを適用しておく。

以上説明した第１の実施の形態に係る画像投影システム１０では、スクリーン２上のどの箇所の画像も、複数台の異なるプロジェクタ装置の投影光が重なり合って構成されることを特徴とする。複数台のプロジェクタ装置からの光で各画素を構成することによって、プロジェクタ装置間の特性（輝度）のばらつきが平均化される。このため、特性の悪いプロジェクタ装置があったとしても、そのプロジェクタ装置が担当する画素と同じ画素を担当する他のプロジェクタ装置によって輝度の不足を補うことが出来る。そして、従来の技術と比べて、プロジェクタ装置のリソースをより効率的に利用することが可能になる。すなわち、より高画質な画像の投影が可能になる。

次に、本発明の第２の実施の形態について、図２２〜図２８を参照して説明する。本実施の形態例においても、複数台のプロジェクタ装置を用いて投影した画像を重ね合わせることによって、スクリーンに高精細な画像を表示することが可能な画像投影システム７０に適用した例について説明する。ただし、画像投影システム７０では、プロジェクタ装置がスクリーンに画像を投影する場合に、後述する時分割画像拡大部を用いることを特徴としている。なお、第２の実施の形態において、上述した第１の実施の形態における画像投影システム１０と同じ部位については、詳細な説明を省略する。また、プロジェクタ装置毎に輝度を補正する処理についても、第１の実施の形態における画像投影システム１０と同じであるため、詳細な説明を省略する。

図２２は、複数台のプロジェクタ装置によって構成される画像投影システム７０の構成例を示す。画像投影システム７０は、同じ投影性能を有するＮ台のプロジェクタ装置１−１〜１−Ｎに対して、画像信号を供給する。本例では、Ｎ＝３５台のプロジェクタ装置について説明する。

本例の画像投影システム７０は、Ｎ台のプロジェクタ装置と、投影された画像の表示面となるスクリーン２と、スクリーン２に投影された画像を観測する観測部４と、観測部４が観測した情報を受取り、各プロジェクタ装置に画像信号を供給する制御装置１５と、を備える。ただし、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態における画像投影システム１０に比べて、各プロジェクタ装置の投影範囲、画素数がそれぞれ倍になったものと等価と考えて処理する。図２２では、プロジェクタ装置１１−１〜１１−４，１１−１１〜１１−１４，１１−２１〜１１−２４のみ簡略して示す。各プロジェクタ装置は、スクリーン２の一部に画像を投影しており、全体として一つの画像が形成される。そして、プロジェクタ装置１１−１２がスクリーン２に投影する投影画像を、投影画像１３−１２とする。

図２３は、画像投影システム７０の内部構成例を示すブロック図である。
本例においても、観測部４によってスクリーン２に投影された画像を観測し、観測した情報に基づいて、プロジェクタ装置の輝度等を算出する制御装置１５が、第１のプロジェクタ装置１１−１〜１１−Ｎに画像信号を供給する点については、上述した実施の形態に係る画像投影システム１０と同様である。

図２４は、プロジェクタ装置１１−１の内部構成例を示すブロック図である。
プロジェクタ装置１１−１は、信号供給部６１から供給された画像信号や制御信号に基づいて、４分割した画像の遅延時間を調整する遅延調整部２１と、画像を投影する画像投影部２２と、画像投影部２２が投影する画像を反射し、所定時間毎に画像を拡大してスクリーン２に投影する時分割画像拡大部２３と、を備える。

遅延調整部２１は、スクリーンに投影する画像を格子状に区画した領域のうちの所定の領域から順番に対応する画像信号の出力を所定時間遅延させる。
画像投影部２２は、遅延調整部２１によって遅延された画像信号に対応する部分画像を投影光で出力する。
時分割画像拡大部２３は、４枚のミラーとシャッタ機構を備え、４枚のミラーは、モータ等の駆動部２５によって回転駆動される。時分割画像拡大部２３は、画像投影部２２からの部分画像をスクリーン２の対応する領域に、遅延時間毎に順番に拡大投射する。
遅延調整部２１と時分割画像拡大部２３の動作は、所定のクロック周波数を発生するクロック発生部２４によってタイミングが制御される。

図２５は、画像を投影する際の各位相パターンについて示す図である。
各プロジェクタ装置は、あるタイミングで投影する画像のうち、１／４画像を所定のタイミングでスクリーン２に投影する。このとき、スクリーン２に向かって時計回りに、１／４画像の投影箇所を変えている。ここで、投影箇所の位置の種類を位相パターンと呼ぶ。以下、プロジェクタ装置１１−１がスクリーン２に投影する例について説明する。

図２５（ａ）は、投影画像１３−１のうち、右上１／４領域１３−１ａに画像を投影する例である。この状態を、第１の位相パターンという。
図２５（ｂ）は、投影画像１３−１のうち、右下１／４領域１３−１ｂに画像を投影する例である。この状態を、第２の位相パターンという。
図２５（ｃ）は、投影画像１３−１のうち、左下１／４領域１３−１ｃに画像を投影する例である。この状態を、第３の位相パターンという。
図２５（ｄ）は、投影画像１３−１のうち、左上１／４領域１３−１ｄに画像を投影する例である。この状態を、第４の位相パターンという。

図２６は、図２５で説明したプロジェクタ装置１１−１が行う位相パターンを上面視した図である。
図２６（ａ）は、第１の位相パターンの例である。時分割画像拡大部２３は、４枚のミラー２６ａ〜２６ｄと、ミラー２６ａ〜２６ｄを回転させるモータ２５と、ミラー２６ａ〜２６ｄによって反射された１／４画像を切り替えるシャッタ機構を有するオプティカルチョッパ２７と、を備える。ミラー２６ａ〜２６ｄは、それぞれ担当する領域に投影光が反射されるように、向きを調整してモータ２５に取り付けてある。そして、ミラー２６ａ〜２６ｄは、モータ２５が入力画像のフレームレート（６０Ｈｚ）に合わせて反時計方向に回転することによって、プロジェクタ装置１１−１が投影する画像の反射角を変えることができる。
第１の位相パターンの場合、ミラー２６ａで反射された１／４画像が領域１３−１ａに投影される。
図２６（ｂ）は、第２の位相パターンの例である。
第２の位相パターンの場合、ミラー２６ｂで反射された１／４画像が領域１３−１ｂに投影される。
図２６（ｃ）は、第３の位相パターンの例である。
第３の位相パターンの場合、ミラー２６ｃで反射された１／４画像が領域１３−１ｃに投影される。
図２６（ｄ）は、第４の位相パターンの例である。
第４の位相パターンの場合、ミラー２６ｄで反射された１／４画像が領域１３−１ｄに投影される。

図２７は、各プロジェクタ装置の位相パターンの遷移例を示す。
投影画像１３−１２は、プロジェクタ装置１１−１２が投影する画像である。投影画像１３−２３は、プロジェクタ装置１１−２３が投影する画像である。投影画像１３−３４は、プロジェクタ装置１１−３４が投影する画像である。オプティカルチョッパ２７は、画像切替えの過渡期の状態を見せないようにするため、入力画像のフレームレート（６０Ｈｚ）に合わせてシャッタを切り、位相パターンを切り替える。このため、画像が不鮮明にならない。
図２７（ａ）は、第１の位相パターンの例である。
図２７（ｂ）は、第２の位相パターンの例である。
図２７（ｃ）は、第３の位相パターンの例である。
図２７（ｄ）は、第４の位相パターンの例である。

図２８は、スクリーン２全体に投影される画像に対する各プロジェクタ装置の位相パターンの例を示す三面図である。
ここでは、簡単のため、プロジェクタ装置を特定する識別番号を、１，２，…の順に付与している。また、プロジェクタ装置が投影する画像領域を、プロジェクタ装置に付与された識別番号に対応させて表示する。
図２８（ａ）は、第１の位相パターンの例である。
図２８（ｂ）は、第２の位相パターンの例である。
図２８（ｃ）は、第３の位相パターンの例である。
図２８（ｄ）は、第４の位相パターンの例である。

図２８と図３１に示したように、第２の実施の形態に係る画像投影システム７０では、プロジェクタ装置毎に投影する画像の位置（位相パターン）が時々刻々変化する。入力画素値の画素位置には、どの位相に存在するのかを判断し、その位相に投影画像が投影されるタイミングまで、遅延調整部２１において、入力信号を保持する。そして、タイミングを合わせて、画像投影部２２に出力する。そうすることで、スクリーン２に投影する画像の画素数が倍になったプロジェクタ装置として扱うことが出来る。

上述した第２の実施の形態に係る画像投影システム７０は、各領域に対して（本例では、１／４画像）、微小時間（例えば、１／６０秒）で位相パターンが切り替わる。このように、位相パターンを切り替えるため、どの領域であっても、時間方向に見れば、４台の異なるプロジェクタ装置が出力する画像が照射されることになる。そして、時間方向の切り替え速度が、視聴者の視覚で知覚できないほど十分に早ければ、４台の異なるプロジェクタ装置で画像を重畳したのと同じ効果が得られる。
そして、隣接するプロジェクタ装置同士で投影光を重ね合わせ、複数台の異なるプロジェクタ装置からの光で各画素が構成されるように投影する。このため、プロジェクタ装置の持つ特性のばらつきが軽減され、より高画質な画像を投影できるという効果がある。

また、上述した第１の実施の形態に係る画像投影システム１０に比べて、各プロジェクタ装置の投影範囲、画素数がそれぞれ倍になったものと等価と考えて処理する。このため、画像投影システム１０に比べて、大画面での画像投影に適している。

上述した第１及び第２の実施の形態に係る画像投影システムによれば、スクリーン２上のどの箇所の画像も、複数台の異なるプロジェクタ装置の投影光が重なり合って構成されることを特徴とする。従来の技術に比べて、大画面で高画質な画像提示が可能になる。画像提示中に、一部のプロジェクタ装置が故障、停止しても、提示画像の一部の領域が欠ける（画像が出なくなる）というリスクが低減する。従来、問題とされていた、プロジェクタ装置が故障した場合における画像投影システムの脆弱性は、本実施の形態に係る画像投影システム１０を用いることで解消される。例えば、１台のプロジェクタ装置が故障したり、停止したりした場合であっても、不完全ながらも（例えば輝度が低下するなど）、何らかの情報はスクリーン２に提示される。これは、各画素は複数台のプロジェクタ装置が投影する光で構成されるためである。このため、故障したプロジェクタ装置が担当する領域であっても、一切画像が出なくなるといった不具合は生じない。この結果、画像を連続して提示できるという効果がある。

また、従来、輝度を補完するために、スクリーンの全体に光を当てる画像投影システムが知られていたが、このシステムでは、スクリーンが大きくなるほど、スクリーンに光を当てる装置の光源ランプの出力を高める必要がある。出力が大きい光源ランプを用いると、電力消費量が大きくなるばかりでなく、光源ランプ自体の寿命も短くなりやすいばかりか、解像度を高める点について工夫されていなかった。しかし、本実施の形態に係る画像投影システム１０では、プロジェクタ装置の配置を工夫しており、隣り合うプロジェクタ装置が投影する画像の幅は、隣り合うプロジェクタ装置の幅の整数倍に等しい。そして、隣り合う複数台のプロジェクタ装置によって、互いに画像を投影しながらスクリーンに投影される画像の輝度を補完する。また、輝度補正係数ｗを自由に変えることで、目標輝度に対して各プロジェクタ装置で分担する輝度の配分を自由に変えて対応できる。このため、光源ランプの出力は、全てのプロジェクタ装置で同一としてよい。また、光源ランプの出力を下げた場合であっても、複数台のプロジェクタ装置によって輝度を補完するため、光源ランプの寿命を長くすることができるという効果がある。

また、高精細で、輝度のばらつきが少ない画像を大きなスクリーンに投影することができるため、複数人で同じ映像（例えば、ＤＮＡの構造が映し出された映像）を見ることができる。また、１組のプロジェクタ装置（例えば、４台のプロジェクタ装置）を繰り返して配置できる。このため、スクリーンの大きさ、形状が限定されなくなり（長方形でなくてもよい。）、ホームシアターや業務用で投影する用途に用いることができる。また、複数の投影画像を重ね合わせることで、隣り合う投影画像の繋ぎ目が見えることがなく、スクリーン２全体に自然な状態で大画面の映像が提示される。

なお、上述した第１及び第２の実施の形態に係る画像投影システムでは、タイル状にプロジェクタ装置を配置しているが、他の配置としてもよい。例えば、縦方向のプロジェクタ装置については、隣り合うプロジェクタ装置の幅の半分でずらしてもよい。

図２９は、プロジェクタ装置の配置について変形例を示す図である。
水平方向（ｘ方向）は、本発明に係る画像投影システムにおけるプロジェクタ装置の配置方式である。垂直方向（ｙ方向）は、従来方式（投影画像が一部だけ重なり合う）としている。プロジェクタ装置の投影領域の横幅は、プロジェクタ装置の水平方向に隣り合う間隔のｎ倍（ｎは２以上の整数）とする。また、垂直方向に本発明の方式、水平方向は従来方式のままという配置パターンも可能である。

図３０は、プロジェクタ装置の投影画像の配置について変形例を示す図である。
図３０（ａ）は、スクリーン２に対して、各プロジェクタ装置の投影画像を重ねずに、隙間なく並べた状態の例である。各プロジェクタ装置が投影する画像は、それぞれ投影画像８１−１〜８１−３，８１−１１〜８１−１３，８１−２１〜８１−２３として示される。

図３０（ｂ）は、４つの投影画像の交点位置に、別のプロジェクタ装置の投影画像を重ねた状態の例である。
例えば、投影画像８１−１，８１−２，８１−１１，８１−１２の交点位置に、投影画像８２−２が投影される。

図３０（ｃ）は、図３０（ｂ）に示した投影画像を、全領域にわたって配置した状態の例である。
本例では、破線で囲まれた範囲を、ユーザが視認できる映像投影領域８２−３として用いている。映像投影領域８２−３の範囲内では、任意の画素位置において、異なる２台のプロジェクタ装置が投影する光によって投影画像が構成される。

また、例えば、スクリーン面に対して、プロジェクタ装置の投影面が平行でない（正対していない）場合、プロジェクタ装置の投影画像が矩形となるように、予め歪み補正を加えればよい。歪み補正によって、プロジェクタ装置から遠い面の画像であっても、画像が矩形に投影される。

上述した実施の形態例における一連の処理は、ハードウェアにより実行することができるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで各種の機能を実行することが可能な例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに所望のソフトウェアを構成するプログラムをインストールして実行させる。

また、上述した実施の形態例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記録媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵ等の制御装置）が記録媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。

この場合のプログラムコードを供給するための記録媒体としては、例えば、フロッピディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した実施の形態例の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態例の機能が実現される場合も含まれる。

また、本明細書において、ソフトウェアを構成するプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

さらに、本発明は上述した実施の形態例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を取り得ることは勿論である。

本発明の第１の実施形態に係る画像投影システムの外部構成例を示す構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る画像投影システムの各プロジェクタ装置の配置例と投影画像の例を示す三面図である。 本発明の第１の実施形態に係る画像投影システムの内部構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る投影画像の画素をＸＹ座標軸で表す例を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタ装置とプレーンと画素位置の各変数の対応例を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る投影画像の輝度分布の例を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る画像投影処理の例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る画像提示処理の例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタ装置毎の補正前後の輝度の例を示す説明図である。 複数台のプロジェクタ装置を用いて投影画像を重畳させるための構成例を示す説明図である。 プロジェクタ装置の投影画像を重畳した場合における投影画像の表示例を示す説明図である。 プロジェクタ装置の投影画像を重畳した場合における色度値ｘ，ｙの標準偏差の例を示す説明図である。 色度値を計測する例を示す説明図である。 投影画像を重ね合わせない場合における色度値ｘ，ｙの例を示す説明図である。 隣り合う４台のプロジェクタ装置の投影画像を重ね合わせた場合における色度値ｘ，ｙの例を示す説明図である。 隣り合う９台のプロジェクタ装置の投影画像を重ね合わせた場合における色度値ｘ，ｙの例を示す説明図である。 隣り合う１６台のプロジェクタ装置の投影画像を重ね合わせた場合における色度値ｘ，ｙの例を示す説明図である。 隣り合う２５台のプロジェクタ装置の投影画像を重ね合わせた場合における色度値ｘ，ｙの例を示す説明図である。 色度値ｘ，ｙと投影画像を重ね合わせたプロジェクタ装置の台数との関係例を示す説明図である。 １領域に１台のプロジェクタ装置で画像を投影した表示例を示す説明図である。 １領域に４台のプロジェクタ装置で画像を投影した表示例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る画像投影システムの外部構成例を示す構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る画像投影システムの内部構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るプロジェクタ装置の内部構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るプロジェクタ装置による画像を投影する例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るプロジェクタ装置による画像を投影する例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るプロジェクタ装置の位相パターンの遷移例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るプロジェクタ装置の位相パターンの遷移例を示す説明図である。 本発明の他の実施形態に係るプロジェクタ装置の配置例を示す説明図である。 本発明の他の実施形態に係る重畳した投影画像の例を示す説明図である。 従来の画像投影システムの外部構成例を示す構成図である。 従来の画像投影システムの各プロジェクタ装置の配置例と投影画像の例を示す三面図である。 キャリブレーション（幾何補正）の例を示す説明図である。 投影画像毎に輝度と色度がばらつく例を示す説明図である。 キャリブレーション（輝度補正）の例を示す説明図である。 従来のプロジェクタ装置毎の補正前後の輝度の例を示す説明図である。

符号の説明

１…プロジェクタ装置、２…スクリーン、３…投影画像、４…観測部、５…制御装置、６…拡大領域、６ａ…画素、７…色度計、１０，２０…画像投影システム、４１…投影位置観測部、４２…投影輝度観測部、５１…ジオメトリ情報算出部、５２…ジオメトリ情報保持部、５３…輝度情報算出部、５４…輝度情報保持部、５５…画像データ保持部、５６…画像データ読出部、５７…目標輝度算出部、５８…輝度補正係数算出部、５９…輝度補正係数保持部、６０…入力画素値算出部、６１…信号供給部

Claims (10)

1. 入力された画像信号に基づく画像を互いに所定量ずらして重ね合わせてスクリーンに投影する複数台のプロジェクタ装置と、
   前記スクリーンに投影された複数の投影画像からなる画像領域の輝度を観測する観測装置と、
   前記観測装置の観測結果に基づいて、前記プロジェクタ装置毎に投影する画像を構成する各画素の輝度値を調整した前記画像信号を、前記複数のプロジェクタ装置に供給する制御装置と、を含み、
   前記画像領域の任意の画素は、隣り合う複数台の前記プロジェクタ装置からの投影画像の対応する画素によって重ね合わされ、前記投影画像の１辺の長さは、隣り合って配置された前記プロジェクタ装置間の距離のｎ倍（ｎは２以上の整数）である
   ことを特徴とする画像投影システム。
2. 請求項１に記載の画像投影システムにおいて、
   前記観測装置は、
   前記スクリーン上の前記画像領域を構成する画素の投影位置を観測する投影位置観測部と、
   前記投影位置観測部によって観測された前記画像領域の各画素の投影位置より、前記プロジェクタ装置毎に前記投影画像を構成する画素の位置を位置情報として算出する位置情報算出部と、
   前記スクリーン上の画像領域の輝度を観測する輝度観測部と、
   前記輝度観測部によって観測された前記画像領域の輝度と前記位置情報より、前記スクリーン上の前記画像領域の各画素の輝度を輝度情報として算出する輝度情報算出部と、
   前記画像領域の目標とする輝度を目標輝度として定め、前記目標輝度に対する各プロジェクタ装置の投影画像の輝度の配分を輝度補正係数として決定する輝度補正係数算出部と、
   前記輝度補正係数算出部によって算出された前記輝度補正係数と前記目標輝度とに基づき各プロジェクタ装置の投影画像の目標投影輝度を決定し、決定した目標投影輝度、前記位置情報および前記輝度情報に基づいて、前記プロジェクタ装置毎に投影する画像の各画素の画素値を算出する画素値算出部と、
   前記画素値算出部によって算出された画素値に基づいて画像信号を生成し、各プロジェクタ装置に供給する信号供給部と、を含む
   ことを特徴とする画像投影システム。
3. 請求項２に記載の画像投影システムにおいて、
   前記スクリーン上の画像領域の任意の画素について、当該画素に投影する前記プロジェクタ装置毎の画像の輝度の配分を、前記輝度補正係数に基づいて変更する
   ことを特徴とする画像投影システム。
4. 請求項３に記載の画像投影システムにおいて、
   前記目標輝度を決定する目標輝度算出部を、さらに含み、
   前記目標輝度算出部は、前記目標輝度を、前記複数のプロジェクタ装置による投影画像の輝度の最大値と最小値の範囲内で設定する
   ことを特徴とする画像投影システム。
5. 請求項４に記載の画像投影システムにおいて、
   前記プロジェクタ装置は、前記スクリーンに投影する画像を格子状に区画したｎ^２の領域のうちの所定の領域から順番に対応する画像信号の出力を所定時間遅延させる遅延部と、
   前記遅延部によって遅延された画像信号に対応する部分画像を出力する画像投影部と、
   前記画像投影部からの部分画像を前記スクリーンの対応する領域に、前記遅延時間毎に順番に拡大投射する画像拡大部と、を含む
   ことを特徴とする画像投影システム。
6. 請求項３に記載の画像投影システムにおいて、
   前記プロジェクタ装置は、互いの投影画像が、該投影画像の１辺の１／ｎの長さずれるように、前記スクリーンに画像を投影する
   ことを特徴とする画像投影システム。
7. 請求項１に記載の画像投影システムにおいて、
   前記複数のプロジェクタ装置は所定の間隔で格子状に配置されている
   ことを特徴とする画像投影システム。
8. 複数台のプロジェクタ装置によって、入力された画像信号に基づく画像を互いに所定量ずらして重ね合わせてスクリーンに投影し、
   前記スクリーンに投影された複数の投影画像からなる画像領域の輝度を観測し、
   前記観測装置の観測結果に基づいて、前記プロジェクタ装置毎に投影する画像を構成する各画素の輝度値を調整した前記画像信号を、前記複数のプロジェクタ装置に供給し、
   前記画像領域の任意の画素は、隣り合う複数台の前記プロジェクタ装置からの投影画像の対応する画素によって重ね合わせ
   前記投影画像の１辺の長さは、隣り合って配置された前記プロジェクタ装置間の距離のｎ倍（ｎは２以上の整数）とすることを特徴とする
   画像投影方法。
9. 複数台のプロジェクタ装置によって、入力された画像信号に基づく画像を互いに所定量ずらして重ね合わせてスクリーンに投影する処理と、
   前記スクリーンに投影された複数の投影画像からなる画像領域の輝度を観測する処理と、
   前記観測装置の観測結果に基づいて、前記プロジェクタ装置毎に投影する画像を構成する各画素の輝度値を調整した前記画像信号を、前記複数のプロジェクタ装置に供給する処理と、
   前記画像領域の任意の画素は、隣り合う複数台の前記プロジェクタ装置からの投影画像の対応する画素によって重ね合わせ、前記投影画像の１辺の長さは、隣り合って配置された前記プロジェクタ装置間の距離のｎ倍（ｎは２以上の整数）とする処理と、を
   コンピュータに実行させるプログラム。
10. 請求項９に記載のプログラムを格納した
    記録媒体。