JP2011013310A

JP2011013310A - 画像投影装置

Info

Publication number: JP2011013310A
Application number: JP2009155397A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Ueda; 哲也上田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-20

Abstract

【課題】画像投影装置において、全体の画像を投影する投影部と、部分の画像を投影する局所投影部とを持ち、両投影部から投影された画像が、任意の位置に、ひずみを生ずることなく重なるような画像投影装置を提供することを課題とする。
【解決手段】部分画像の表示位置にマーカを表示し、マーカ撮影部でマーカの位置を検出することにより全体画像に対する部分画像の位置を割り出し、表示位置に適合する部分画像を生成する。表示位置は、投影位置制御部が備えるレンズスライド機構により任意の位置に移動可能とし、また、同機構により、両投影部から投影された画像がズレなく重なり合うことを可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の投影部を有し、全体画像と任意の部分の高精細画像を重ねて表示する画像投影装置に関する。

画像表示素子に表示された画像を拡大投影しスクリーン上に表示する画像投影装置、いわゆるプロジェクタは、特に多人数を対象とする表示装置としてホールや博物館などに多く設置されている。
大画面のスクリーンに高精細の画像を表示しようとすると、大画面と高精細の両立は技術的にもコスト的にも困難が伴うため、従来は複数のプロジェクタを配置し、各プロジェクタで部分画像を投影し、スクリーン上で繋ぎ合わせるなどの手段を用いていた。
また、全体画像を投影するプロジェクタと部分の高精細画像を投影するプロジェクタを組み合わせ、着目する部分を高精細画像で表示するといった試みもある。

例えば、特許文献１は、複数のプロジェクタを組み合わせ、全体画像と局所画像を重ねて投影し、局所画像用のプロジェクタを移動させることにより、全体画像の任意の位置の画像解像度を変化させる仕組みを開示している。
特開２００４−７０２５７号公報

ところが特許文献１のように、局所画像用プロジェクタを移動させると、局所画像用プロジェクタと全体画像用プロジェクタとでは投影角度（スクリーンを見込む角度）が異なるため、局所画像は全体画像に対しひずみが生じることとなり、局所画像と全体画像とが正確には重ならないという問題がある。
また、局所画像と全体画像の位置は厳密（例えば１画素単位）に一致しないと、重ねて表示する効果は得られないが、特許文献１の構成では前記投影角度の問題を含めて位置精度にかかわる何らの手段も有していない。

そこで、本発明は、全体画像に対し、高精細な局所投影画像が、任意の位置に、ひずみを生ずることなく重なるような画像投影装置を提供することを課題とする。

画像表示素子に表示された画像を、投影レンズを介して拡大投影し、スクリーン上に表示する画像投影装置であって、
表示する画像の全体を投影する全体投影部と、
前記全体投影部が投影する全体画像が示す領域の一部に、前記全体投影部が投影する画像とはスクリーン上の解像度が異なる部分画像を投影し表示する局所投影部と、
前記部分画像を任意の位置に移動できるよう前記局所投影部を制御する投影位置制御部と、
前記局所画像の投影位置を特定するための目印として前記局所投影部からスクリーン上に投影される投影位置マーカを撮影する投影位置撮影部と、
前記投影位置撮影部が撮影した前記マーカの画像から同マーカの位置を特定し、特定された位置情報に基づいて前記部分画像を生成する部分画像処理部と、
を備えることを特徴とする。

また、前記投影位置制御部は、前記局所投影部の投影レンズが光軸に対し垂直な面に沿って移動するレンズスライド機構よりなり、全体画像と部分画像とが、ひずみなく重なることを特徴とする。

また、前記投影位置制御部は、前記局所投影部の画像表示素子が光軸に対し垂直な面に沿って移動する表示素子スライド機構よりなり、全体画像と部分画像とが、ひずみなく重なることを特徴とする。

本発明の画像投影装置によれば、全体画像と部分画像とが精度よく重なり合うため、部分画像を全体画像より高い解像度で投影すれば、指定した部分の画像（すなわち部分画像）をより高精細に表示することが可能となる。さらに、部分画像に全体画像とは異なる画像を配し、例えば、機械の外観を示す全体像に対し、内部構造の部分画像を重ねることにより、透視のような演出効果を与えることも可能となる。

図1は、本発明の画像投影装置の構成図である。
画像投影装置１は、全体投影部１１、局所投影部１２、マーカ撮影部１３、投影位置制御部１４、マーカ位置判定部１７、画像処理部１８などで構成される。
全体投影部１１および局所投影部１２は、画像表示素子と、同画像表示素子に表示された画像をスクリーン上に投影するためのレンズを備え、全体投影部１１は画像投影装置１が表示する領域の全体を占める全体画像５を投影し、局所投影部１２は全体画像５の一部の領域に全体画像より小さな部分画像６を投影する。
局所投影部１２には投影位置制御部１４が付帯し、投影位置制御部１４には後述のレンズスライド機構または表示素子スライド機構が搭載され、これら機構により、部分画像６の投影位置を移動させることができる。

マーカ撮影部１３は、全体画像５の領域を撮影するカメラであり、局所投影部１２が投影位置マーカを投影した際に、同マーカの撮影に用いる。
マーカ位置判定部１７は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェースなどで構成され、前記メモリに格納されたプログラムに従い、マーカ撮影部１３が撮影した画像から、前記マーカを検出し、全体画像５におけるマーカの位置を精密に割り出し、マーカの位置情報を生成する。

画像処理部１８は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェースなどで構成され、前記メモリに格納されたプログラムにより、全体画像、部分画像およびマーカの生成や加工などのデータ処理を実行する。
部分画像のデータ処理では、前記位置情報に基づき、マーカ位置に適した部分画像６を生成する。これにより、局所投影部１２は全体画像５が示す情景に合致した部分画像６を投影することができる。
例えば、局所投影部１２のスクリーン上での解像度が全体投影部１１のスクリーン上での解像度より高いものであれば、部分画像６は全体画像５に比べ、より高精細な画像とすることができ、観察者の視線を誘導するような演出が可能となる。また、全体画像５で外観を示し、部分画像５で内部を示す、などの見せ方も可能となる。
さらに、全体画像５のうち、部分画像６と重なる部分を消す（マスクする）、あるいは境界をぼかすなどの処理は、画像処理部１８の操作により自在に実行できる。
なお、投影される画像は、静止画であっても動画であってもよい。

＜レンズスライド機構の説明＞
本発明の画像投影装置１では、部分画像６のスクリーン上の位置を移動させる手段として、投影位置制御部１４にレンズスライド機構を搭載する。
図２は、レンズスライド機構の構成図である。
レンズスライド機構４０は、投影レンズ２１を光軸に垂直な面に沿って平行移動させる機構であり、図２に示すように、水平方向に動く水平移動テーブル４１と垂直方向に動く垂直移動テーブル４５を持つ。水平移動テーブル４１は、水平移動用レール４２と水平移動用スクリュー４３に支持され、同スクリューの回転にしたがい水平方向に移動する。同様に、垂直移動テーブル４５は、垂直移動用レール４７と垂直移動用スクリュー４８に支持され、同スクリューの回転にしたがい垂直方向に移動する。これら垂直移動の機構の全体が水平移動テーブル４１上に搭載されており、したがって、垂直移動テーブルに搭載された投影レンズ２１は垂直方向および水平方向の移動が可能となる。

レンズスライド機構４０により投影位置を移動させる場合は、スライド機構制御部３２が、操作部３１からの指示を駆動信号に変換し、水平移動駆動部４４および水平移動駆動部４９を駆動することにより前記スクリューに回転力を与え、投影レンズ２１を移動させる。
このように、レンズスライド機構４０は、水平移動駆動部４９およびスライド機構制御部３２を含めて、投影位置制御部１４を形成する。

図３は、レンズスライド機構の作用を示す図である。
レンズスライド機構は、画像表示素子２３の位置が固定であれば、投影レンズ２１の移動に応じて、投影される画像の結像位置が平行に移動する。すなわち図３に示すように、投影レンズ２１が移動後のレンズ２２の位置に移動すると、投影される画像は移動後の投影画像２６の位置に移動する。加えて、投影レンズの歪曲等の収差を無視すれば、投影画像２５と移動後の投影画像２６の形状は同一となる。

部分画像６をスクリーン上で投影位置を移動させることは、表示素子スライド機構によっても実現できる。
図４は、表示素子スライド機構の作用を示す図である。
表示素子スライド機構は、画像表示素子２３を光軸に垂直な面に沿って平行移動させる機構であり、同機構によっても上記のレンズスライド機構と同様に画像の投影位置を移動させることができる。すなわち図４に示すように、画像表示素子２３が移動後の画像表示素子２４の位置に移動すると、投影される画像は移動後の投影画像２６の位置に移動する。投影画像２５と移動後の投影画像２６の形状が同一となることもレンズスライド機構の場合と同様である。
このように、画像表示素子２３を動かすことによっても投影画像２６のように投影画像２５の位置を移動させることが可能となり、これを実現する表示素子スライド機構は（図は省略）、レンズスライド機構と同様の機構で実現できる。すなわち、図２において、投影レンズ２１に替えて表示素子２３を垂直移動テーブルに載置すればよい。

上記のように、レンズスライド機構または表示素子スライド機構を搭載する投影位置制御部１４により、部分画像６の投影位置を自在に移動させることができ、投影位置に適した画像を表示素子に表示させれば、全体画像５と部分画像６を違和感なく重ね合わせることができる。
また、前記機構により、例えば局所投影部１２が投影する投影エリアが矩形の場合、スクリーン上のどの位置にあっても同じ矩形を維持することとなり、したがって、局所投影部１２が作る画像は全体画像５に対しひずみを生ずることなく重なる。

＜画像投影装置の動作の説明＞
図５は、本発明の画像投影装置の動作フロー図である。また、図６は動作フローに対応する画像の遷移の様子を示した図である。
なお、ここでは、低解像度の全体画像が投影された状態で、同じ図柄の高解像度の部分画像を、操作者が指定する位置に重ねて投影するケースを例に説明を進める。

まず、全体画像の表示にあたっては、画像処理部１８が、画像データを格納する記憶装置（図には表示しない）等から元画像を取り出し、全体投影部１１が投影可能な画素数に合わせて加工するなどして全体画像５を生成する（Ｓ１０）。ここで、加工するとは、例えば、全体投影部１１が１０００×７００画素の投影能力を有するとすると、元画像が４０００×２８００画素であれば、これを１０００×７００画素の画像に画素密度変換を行う、といったことである。
全体投影部１１は全体画像５を投影し（Ｓ１１）、操作者３０がこれを観察する（Ｓ１２）。
図６（Ａ）は、全体画像５が投影された様子を表わす。

操作者３０が全体画像５を観察しながら部分画像の投影位置の移動操作を行うと（Ｓ１３）、投影位置制御部１４により投影位置が移動する（Ｓ１４）。これに並行して画像処理部１８は部分画像を表示する位置の目安となる投影位置マーカの画像を生成しており（Ｓ１５）、局所投影部１２がこれを表示する（Ｓ１６）。
図６（Ｂ）は、全体画像上に投影位置マーカ７が表示された様子を表わす。
なお、図６（Ｂ）は、投影位置マーカ７を全体画像５に重ねて表示した状態を表わしており、説明の便宜上、同マーカ７は黒枠の形状で示されているが、投影型では「黒」を重ねて表示しても視認はできないので、実際には「白」または色を持った画像とする、あるいは明滅（ブリンク）させるような表示とすることが望ましい。

マーカ撮影部１３は、投影位置マーカ７を含む全体画像５を撮影しており（Ｓ１７）、操作者が投影位置を決定次第（Ｓ１３で決定ボタンを押すなど）、マーカ撮影部１３が撮影した画像からマーカ位置判定部１７が全体画像におけるマーカの位置を特定する（Ｓ１８）。
図６（Ｃ）は、全体画像５に対する投影位置マーカ７の位置を示したもので、全体画像５の左上端からの距離をｘおよびｙで表わしている。

続いて、画像処理部１８は、前記ｘ、ｙに基づき、投影位置マーカ７と等しい領域の部分画像を生成する（Ｓ１９）。このとき、全体画像の指定部分と同じ図柄の高解像度画像を部分画像として投影するのであれば、前記元画像から指定部分を切り出し、局所投影部１２が投影可能な画素数に合わせて加工することになる。例えば、全体画像５がスクリーン上で１画素／ｍｍの解像度を有し、部分画像６がスクリーン上で２画素／ｍｍの解像度を有するものとすると、部分画像６は同じ領域の全体画像の画素数に比べ４倍の画素数を持つ画像に加工することとなる。
図６（Ｄ）は、高解像度の部分画像６を切り出した様子を表わす。

なお、マーカ位置判定部１７が投影位置マーカ７の位置を特定する（Ｓ１８）にあたっては、
（１）マーカ位置判定部１７が投影位置マーカ７の形状を認識できること
（２）さらに、全体画像５に対する部分画像６の位置が認識できること
が不可欠となるが、
（１）については、投影位置マーカ７のサイズおよび形状が予め規定されているので、
マーカ撮影部１３が撮影した画像から投影位置マーカ７を抽出することは、パターンマッチングなどの一般的に知られた手法により可能である。また、上記のように投影位置マーカ７を明滅させて表示すれば、同マーカ７の認識はさらに容易となる。
（２）については、本発明の投影装置１が博物館のような固定的な設置状態で使用されることを想定すると、設置の調整段階等で全体画像５の絶対位置をマーカ位置判定部１７に予め認識させておくことは容易である。また、前記マーカ７を判別する際に、同時に全体画像の４隅に目印を一時的に表示し、マーカ位置判定部１７に全体画像５の位置を認識させることも可能である。
これらは処理は、マーカ位置判定部１７が備えるＣＰＵ、メモリなどが同メモリに格納されたプログラムにしたがって動作することで実行される。

このように生成した部分画像６を局所投影部１２が投影すると（Ｓ２０）、図６（Ｅ）に示すように、低解像度の全体画像５と高解像度の部分画像６は正確に重なり合う。

なお、この場合、部分画像６と重なる部分は全体画像から除くことが視覚上は好ましい。このような操作も画像処理部１８により容易に実現できる。
また、全体画像とは異なった図柄の部分画像を投影するような場合は、全体画像５の重なる部分をフェードアウトしながら部分画像６をフェードインするような手法（ディゾルブ）も可能となる。

本発明の画像投影装置の構成図レンズスライド機構の構成図レンズスライド機構の作用を示す図表示素子スライド機構の作用を示す図画像投影装置の動作フロー図画像の遷移を示す図

１投影装置
５全体画像
６部分画像
７投影位置マーカ
１１全体投影部
１２局所投影部
１３マーカ撮影部
１４投影位置制御部
１７マーカ位置判定部
１８画像処理部
２１投影レンズ
２３画像表示素子
２５投影画像
３０操作者
３１操作部
３２スライド機構制御部
４０レンズスライド機構
４１水平移動テーブル
４５垂直移動テーブル

Claims

画像表示素子に表示された画像を、投影レンズを介して拡大投影し、スクリーン上に表示する画像投影装置であって、
表示する画像の全体を投影する全体投影部と、
前記全体投影部が投影する全体画像が示す領域の一部に、前記全体投影部が投影する画像とはスクリーン上の解像度が異なる部分画像を投影し表示する局所投影部と、
前記部分画像を任意の位置に移動できるよう前記局所投影部を制御する投影位置制御部と、
前記部分画像の投影位置を特定するための目印として前記局所投影部からスクリーン上に投影される投影位置マーカを撮影するマーカ撮影部と、
前記撮影部が撮影した前記マーカの画像から、全体の画像における同マーカの位置を特定するマーカ位置判定部と、
前記判定部が特定した位置情報に基づき、前記マーカの位置に投影する部分画像を生成する画像処理部と、
を備える画像投影装置。
前記投影位置制御部は、前記局所投影部の投影レンズが光軸に対し垂直な面に沿って移動するレンズスライド機構よりなることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
前記投影位置制御部は、前記局所投影部の画像表示素子が光軸に対し垂直な面に沿って移動する表示素子スライド機構よりなることを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。