JP2011035536A

JP2011035536A - 画像投射装置

Info

Publication number: JP2011035536A
Application number: JP2009177941A
Authority: JP
Inventors: Shigeji Yoshikawa; 繁治吉川; Kazuaki Matoba; 一彰的場; Takeshi Yamada; 武山田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-07-30
Also published as: JP5306100B2

Abstract

【課題】どのような向きに傾けて設置されていても、正確に温度ドリフトを補正し台形補正を行う事が可能な画像投射装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の画像投射装置１は、互いに直交する３つの測定軸方向の加速度を測定する加速度センサ２と、加速度センサ２の測定結果から装置の設置角度を算出する補正角度算出部１０と、補正角度算出部１０が算出した設置角度に基づいて映像の台形補正を行う画像処理手段４と、台形補正された映像をスクリーンに表示する画像投射手段６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動台形補正制御を備えた画像投射装置に関する。

入力された画像情報に応じて画像を光学的にスクリーンなどの投射面に投射する画像投射装置を使用する場合、スクリーンと画像投射装置の位置関係に応じて画像投射装置を傾けて設置する必要がある。例えば机の上に画像投射装置を設置し、上方のスクリーンへ向けて投射する場合、所定角度だけ装置を上向きに傾けなければならない。この装置の傾きによって光学軸がスクリーンに対して直交せず、投射画像に台形歪みが生じる。これに対して、加速度センサによって装置の傾きを検出し、自動的に台形補正制御を行う画像投射装置が特許文献１に提案されている。

このような画像投射装置に用いられる加速度センサは、温度ドリフトと呼ばれるセンサ周囲の温度変化による測定値の誤差を持つことが知られており、温度ドリフトを補正するために、互いに直交する２つの測定軸を有する加速度センサを用いて、装置の傾き（仰角方向）に依存しない測定軸の測定値を用いて、もう一方の測定軸の測定値を補正する方法が提案されている（特許文献２）。

特開２００３−２８３９６３号公報特開２００８−２４１４９０号公報

特許文献２の装置は２つの測定軸を持つ加速度センサを用いており、加速度センサの複数の測定軸は、測定対象物の状態変化に応じて測定値が変化しない一つの静止測定軸と、測定対象物の状態変化に応じて測定値が変化する一つの運動測定軸から構成されている。

静止測定軸の測定値は、測定対象物の状態が変化することで測定値が変化しないため温度ドリフトにより生じる誤差を測定した静止測定値とみなすことができ、測定対象物の状態変化によって変化する運動測定軸の測定値に含まれる温度ドリフトを前述の静止測定値で補正する。

ところが、装置が運動測定軸だけでなく静止測定軸に対しても傾いていた場合、静止測定軸の測定値は温度ドリフトと装置の傾きによる値の両方を含むため、温度ドリフトに起因する測定値の変化量を知ることが出来ず、正しく補正を行う事が出来ない。

本発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、装置がどのような向きに傾いて設置されていても正確に温度ドリフトを補正し、台形補正を行う事が出来る画像投射装置の提供を目的とする。

本発明の画像投射装置は、互いに直交する３つの測定軸方向の加速度を測定する加速度センサと、加速度センサの測定結果から装置の設置角度を算出する補正角度算出部と、補正角度算出部が算出した設置角度に基づいて映像の台形補正を行う画像処理手段と、台形補正された映像をスクリーンに表示する画像投射手段と、を備える。

本発明の画像投射装置は、互いに直交する３つの測定軸方向の加速度を測定する加速度センサと、加速度センサの測定結果から装置の設置角度を算出する補正角度算出部と、補正角度算出部が算出した設置角度に基づいて映像の台形補正を行う画像処理手段と、台形補正された映像をスクリーンに表示する画像投射手段と、を備える。これにより、装置がどのような向きに傾いて設置されていても、正確に温度ドリフトを補正し台形補正を行う事が出来る。

前提技術に係る画像投射装置を説明する図である。前提技術に係る画像投射装置を説明する図である。本発明の画像投射装置の構成を示すブロック図である。本発明の画像投射装置の設置例を示す図である。本発明の画像投射装置の設置例を示す図である。本発明の画像投射装置の設置例を示す図である。加速度センサの座標軸を球座標系で表現した図である。台形歪み補正を説明する図である。補正角度の算出手順を示すフローチャートである。補正角度の算出手順を示すフローチャートである。

（前提技術）
図１は、前提技術の画像投射装置１を示す図である。画像投射装置１に内蔵された加速度センサは、装置の光軸と平行なＸ軸、及び装置の側面方向のＹ軸、という直交する２つの測定軸を持つ。図において画像投射装置１は水平に設置され、投射光軸はスクリーン７に対して平行である。この場合、温度ドリフトを考慮しなければ、加速度センサの測定値はＸ軸方向もＹ軸方向も共に０である。

スクリーン７が画像投射装置１の上方にある場合、画像投射装置１は水平方向に対し一定の仰角を持って設置される。この場合、Ｙ軸方向の加速度は変化しないが、Ｘ軸方向には重力加速度ｇの分解成分が加わる。このように、Ｙ軸はその方向の測定値が画像投射装置の設置角度によらず変化しない静止測定軸であり、Ｘ軸はその方向の測定値が画像投射装置の設置角度によって変化する運動測定軸である。

そのため、Ｙ軸方向の測定値から温度ドリフトに起因する誤差量を検出することができ、これに基づきＸ軸方向の測定値を補正すれば、温度ドリフトの誤差を除去した正確な装置の角度が算出され、台形歪み補正が行える。

ところが、画像投射装置は一方向のみに傾きを有して設置されるとは限らず、設置面の状態によっては光軸に鉛直な軸を傾けて設置される場合もある。図２は図１の光軸後方から前方を見た図であるが、図２に示すように静止測定軸（Ｙ軸）が傾くように設置されると、Ｙ軸には温度ドリフトによる値だけでなく重力加速度の分解成分も加わるため、温度ドリフトによる値を検出できず正しく装置の設置角度を知ることが出来ない。そこで、以下に詳述する本発明の画像投射装置では、上記の場合でも温度ドリフトによる誤差量を除去して装置の設置角度を知るために、直交する３方向の測定軸を持つ加速度センサを備える。

（実施の形態１）
＜構成＞
図３は、本実施の形態の画像投射装置１の構成図である。図に示すように画像投射装置１は、加速度センサ２、センサ出力補正手段３、画像処理手段４、映像入力部５、画像投射手段６を備える。加速度センサ２は互いに直交する３つの測定軸を有し、台形補正角度を算出するセンサ出力補正手段３に測定値を出力する。センサ出力補正手段３は加速度センサ２の測定値を取得するセンサ出力取得部８に加え、零点出力補正部９、補正角度算出部１０を備える。零点出力補正部９では加速度センサ２の固有のばらつきが補正され、補正角度算出部１０では、後述の方法により映像の台形歪み補正に必要な装置の傾き角度θ、すなわち補正角度θを算出する。

画像処理手段４はセンサ出力補正手段３から補正角度θを受けて映像入力部５からの映像信号入力に台形歪み補正を施し、画像投射手段６に出力する。画像処理手段４は、映像入力部５から受けた映像信号を記憶する画像記憶部１３と、画像記憶部１３から映像信号を受け、これにセンサ出力補正手段３からの補正角度θに応じた台形歪み補正を行う台形補正部１２と、台形補正部１２から台形歪み補正後の映像信号を受け、これに後段の画像投射手段６の画像サイズに応じた画像変換を行う画像変換部１１と、を備えている。

画像処理手段６は、画像処理手段４から映像信号を受け、これに応じた光学像をスクリーン７に対して投射する。

＜補正角度θの導出＞
画像投射装置１に内蔵された加速度センサ２は、図４に示す画像投射装置１の光学軸と平行な方向Ｘ、装置の側面方向Ｙ、装置の天方向Ｚに測定軸を有する。今、装置が図５に示すように水平方向に対してδ傾き、さらに図６に示すように鉛直に立てられたスクリーン７に対してθ傾けて投射している場合、内蔵する加速度センサ２には重力加速度ｇのＸ方向成分，Ｙ方向成分，Ｚ方向成分が各測定軸全てに加わる。

この状態で加速度センサの各測定軸に加わる本来の重力加速度成分をｘ，ｙ，ｚとした場合、実際の加速度センサの測定データｘ’，ｙ’，ｚ’には温度ドリフトτが含まれており、（１）〜（３）式が成立する。

一方、加速度センサ２の各測定軸に加わる重力加速度成分と画像投射装置１に加わる重力ｇとの関係は、図７のように球座標系を用いることによりＸＺ平面上の角度θとＹ軸からの偏角ψを使って表現することができる。この時ＸＹＺ軸の各成分は（４）〜（６）式で表される。

ここで、θはスクリーンと画像投射装置の光学軸の角度であり、これが画像の台形歪み補正に必要な補正角度である。従って、実際の加速度センサ２の測定データは温度ドリフトを含んだ（７）〜（９）式で表される。

以下、加速度センサ２の測定データから台形歪み補正に必要な補正角度θを求める式を導出する。（７）式と（９）式からτを消去して、

を得る。これより、

が得られる。
また（７）〜（９）式から

が得られる。（１１）式と（１２）式を（１３）式に代入して、

となり、こうして加速度センサ２の出力と台形歪補正角度の関係式が得られる。

補正角度算出部１２において、加速度センサ２の零点補正後の測定データｘ’，ｙ’，ｚ’を上記関係式に代入してθについて解くことで、台形歪み補正の為に必要な補正角度θを得ることができる。（１４）式には温度ドリフトτと装置の偏角ψは含まれておらず、画像投射装置１の温度変化や水平方向の傾きに依存せずに補正角度θが得られることが分かる。

すなわち、本実施の形態の画像投射装置１は、互いに直交する３つの測定軸方向の加速度を測定する加速度センサ２と、加速度センサ２の測定結果から装置の設置角度を算出する補正角度算出部１０と、補正角度算出部１０が算出した設置角度に基づいて映像の台形補正を行う画像処理手段４と、台形補正された映像をスクリーンに表示する画像投射手段６と、を備える。加速度センサ２が３つの測定軸をもつため、画像投射装置１はどのような向きに傾いていても、例えば装置の側面方向の軸を傾けて設置されていても、温度ドリフトの影響を取り除いて正確に装置の設置角度を検出し台形補正を行う事ができる。

また、加速度センサ２の測定結果の零点補正を行う零点出力補正部９をさらに備え、補正角度算出部１０は、零点補正された加速度センサ２の測定結果に基づき設置角度を算出する。零点補正を行うことによって、より正確に装置の設置角度を検出し、台形補正を行うことが出来る。

すなわち、補正角度算出部１０は、加速度センサ２の測定結果と装置１の設置角度θとの関係式から、装置１の設置角度θを求める。これにより、画像投射装置１はどのような向きに傾いていても、例えば装置の側面方向の軸を傾けて設置されていても、温度ドリフトの影響を取り除いて正確に装置の設置角度を検出し台形補正を行う事ができる。

＜フローチャート＞
図９は、センサ出力補正手段３の補正角度θの算出手順のフローチャートである。まず、Ｓｔｅｐ１においてセンサ出力取得部８が加速度センサの出力ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁を取得する。次に、Ｓｔｅｐ２において、基準設置状態におけるセンサ出力ｘ₀，ｙ₀，ｚ₀を予め測定・記録しておき、これらをセンサ出力ｘ₁，ｙ₁，ｚ₁から減ずることでｘ’，ｙ’，ｚ’を得る。この差分値ｘ’，ｙ’，ｚ’が装置の基準設置状態からの傾きによって生ずる各測定軸に発生する加速度であり、前述のように温度ドリフトを含んだ測定値である。なお本実施形態における前述の基準設置状態とは、装置を水平に設置した状態である。

Ｓｔｅｐ３で、前述の３次元加速度センサの出力と台形歪補正角度の関係式を使い、Ｓｔｅｐ２で得られた差分値ｘ’，ｙ’，ｚ’からθを計算して、補正角度θを決定する（Ｓｔｅｐ４）。

ここで、Ｓｔｅｐ３における３次元加速度センサの出力と台形歪補正角度の関係式を解く方法の一例として探索法を用いる場合のフローチャートを図１０に示す。ステップＳ３以外は図９のフローチャートと同様であるため説明は省略する。

まず補正角度算出部１０は、Ｓｔｅｐ３ａでｘ’，ｙ’，ｚ’から（１４）式の左辺を算出する。そして、Ｓｔｅｐ３ｂでθ＝０を探索の初期値とし、Ｓｔｅｐ３ｃでθとｘ’，ｚ’から（１４）式の右辺を算出する。

Ｓｔｅｐ３ｄで、Ｓｔｅｐ３ａにおいて算出した（１４）式の左辺の値Ａと、Ｓｔｅｐ３ｃにおいて算出した（１４）式の右辺の値Ｂを比較する。｜Ａ−Ｂ｜が十分に小さい場合、画像の補正を行うのに十分な精度で補正角度θが得られたことになり、Ｓｔｅｐ４で補正角度θを決定する。

Ｓｔｅｐ３ｄで｜Ａ−Ｂ｜が十分大きい場合、Ｓｔｅｐ３ｅに進んでθを微小な値Δθだけ増加させ、Ｓｔｅｐ３ｃに戻る。｜Ａ−Ｂ｜が十分に小さくなるまでＳｔｅｐ３ｃから３ｅを繰り返すことにより、最終的に台形歪み補正角度θを決定することができる。仮にΔを０．００１とした場合、θの精度は１°以下になり映像の台形補正に必要十分な精度でθが求められる。

すなわち、補正角度算出部１０は、探索法によって、加速度センサ２の測定結果と装置の設置角度θとの関係式から、設置角度θを求める。これにより、画像投射装置１はどのような向きに傾いていても、例えば装置の側面方向の軸を傾けて設置されていても、温度ドリフトの影響を取り除いて、正確に装置の設置角度を検出し台形補正を行う事ができる。

前述したように、映像入力部５から画像記憶部１３に映像信号が記録され、台形補正部１２は補正角度算出部１０が算出した補正角度θから台形歪み補正を行う。台形歪み補正は、図８に示すスクリーンと投射される光学像との関係を元に、スクリーンに投影される画像が正方となるための変換を幾何学的に求める。台形補正部１２で求めた変換に従って、画像変換部１１は図８のように投射映像を台形に変換する。この結果スクリーン７上には歪みのない正しい画像が表示される。

したがって本構成の画像投射装置は、装置が図３に示すように傾いた状態であってもスクリーンに対する投射角度θを算出することが可能であり、加えて加速度センサの温度ドリフトも補正することができる。

前述の特徴を備えることにより本構成の画像投射装置は、設置環境の悪い場所での自動台形補正の使用が可能になる。たとえば会議室の天井裏といった空調設備の無い場所で季節による温度変化が大きい場所でも再調整等のわずらわしい操作を必要としない。さらに不安定な台やわずかに傾いた台に設置する場合でも、装置の傾きを補正するので台の傾きの変化を無視して、スクリーン上に正確に映像を投射表示することができる。

＜効果＞
本実施の形態の画像投射装置によれば、既に述べた通り以下の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の画像投射装置１は、互いに直交する３つの測定軸方向の加速度を測定する加速度センサ２と、加速度センサ２の測定結果から装置の設置角度を算出する補正角度算出部１０と、補正角度算出部１０が算出した設置角度に基づいて映像の台形補正を行う画像処理手段４と、台形補正された映像をスクリーンに表示する画像投射手段６と、を備える。加速度センサ２が３つの測定軸をもつため、画像投射装置１はどのような向きに傾いていても、例えば装置の側面方向の軸を傾けて設置されていても、温度ドリフトの影響を取り除いて正確に装置の設置角度を検出し台形補正を行う事ができる。

補正角度算出部１０は、探索法によって、加速度センサ２の測定結果と装置の設置角度θとの関係式から、設置角度θを求める。これにより、画像投射装置１はどのような向きに傾いていても、例えば装置の側面方向の軸を傾けて設置されていても、温度ドリフトの影響を取り除いて、正確に装置の設置角度を検出し台形補正を行う事ができる。

本発明は、会議室や教室などのプレゼンテーションで用いられるプロジェクターなどの画像投射表示装置に適用できる。

１画像投射装置、２加速度センサ、３センサ出力補正手段、４画像処理手段、５映像入力部、６画像投射手段、７スクリーン、８センサ出力取得部、９零点出力補正部９、１０補正角度算出部、１１画像変換部、１２台形補正部、１３画像記憶部。

Claims

互いに直交する３つの測定軸方向の加速度を測定する加速度センサと、
前記加速度センサの測定結果から装置の設置角度を算出する補正角度算出部と、
前記補正角度算出部が算出した前記設置角度に基づいて映像の台形補正を行う画像処理手段と、
前記台形補正された映像をスクリーンに表示する画像投射手段と、を備える画像投射装置。
前記加速度センサの測定結果の零点補正を行う零点出力補正部をさらに備え、
前記補正角度算出部は、前記零点補正された前記加速度センサの測定結果に基づき前記設置角度を算出することを特徴とする、請求項１に記載の画像投射装置。
前記補正角度算出部は、前記加速度センサの測定結果と前記装置の設置角度との関係式から、前記設置角度を求めることを特徴とする、請求項１又は２に記載の画像投射装置。
前記補正角度算出部は、探索法によって、前記加速度センサの測定結果と前記装置の設置角度との関係式から、前記設置角度を求めることを特徴とする、請求項３に記載の画像投射装置。