JP2019211677A - Projection device, control method and program for the same - Google Patents

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生就 中原
正治 山岸
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Abstract

To achieve higher resolution using pixel shift technique more reliably.SOLUTION: A projection device 100 comprises: an image generation section 341 generating a plurality of images from an input image; a light modulation element 170 modulating light from a light source 160 according to the plurality of images; a pixel shift element 190 shifting light outputted from the light modulation element 170 in a prescribed direction; a shift control section 195 controlling the pixel shift element 190; a CPU 101 detecting parameters related to a shift amount by the pixel shift element 190; and a position correction section 343 correcting at least one of the plurality of images based on the parameters related to a shift amount.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、擬似的に解像度を高める画素シフト技術を用いた投影装置及びその制御方法並びにプログラムに関する。   The present invention relates to a projection apparatus using a pixel shift technique for artificially increasing resolution, a control method therefor, and a program.

投影装置によって投影表示された画像の解像度を高める技術の1つとして、投影する画像の光路をシフトさせて表示することにより、高解像度化を実現する画素シフト技術がある。画素シフト技術では、入力画像に基づいて複数のフィールド画像を生成し、各フィールド画像の投影位置を1/2画素(0.5画素)だけシフトさせて表示することで、表示素子が備える解像度以上の高解像度化を実現する。   As one of techniques for increasing the resolution of an image projected and displayed by a projection apparatus, there is a pixel shift technique that realizes high resolution by shifting the optical path of an image to be projected. In the pixel shift technique, a plurality of field images are generated based on an input image, and the projection position of each field image is shifted by ½ pixel (0.5 pixel) and displayed. Realize higher resolution.

投影装置で複数のフィールド画像を時分割で表示することによって画素シフトを行う場合には、投影光路上に画素シフト素子が配置される。画素シフト素子には、平行平板方式と液晶方式がある。平行平板方式では、投影光路上に配置された透過性の光学部材の角度を変えることによって画像投影位置をシフトさせる。液晶方式では、液晶と複屈折材料を組み合わせ、液晶に印加する電圧を変化させて複屈折材料に入射する光の偏光方向を変えることによって画像投影位置をシフトさせる。   In the case where pixel shift is performed by displaying a plurality of field images in a time division manner using the projection device, a pixel shift element is disposed on the projection optical path. The pixel shift element includes a parallel plate method and a liquid crystal method. In the parallel plate method, the image projection position is shifted by changing the angle of the transmissive optical member arranged on the projection optical path. In the liquid crystal method, a liquid crystal and a birefringent material are combined, and a voltage applied to the liquid crystal is changed to change a polarization direction of light incident on the birefringent material, thereby shifting an image projection position.

このような画素シフト技術によって高解像度化を行うには、複数のフィールド画像を正確に1/2画素だけシフトさせて投影する必要がある。しかし実際には、画素シフト素子の機械的又は光学的な特性に起因して、理想的に1/2画素だけシフトさせて表示することは容易でなく、その結果、所望の解像度が得られない場合がある。このような問題に対し、特許文献1は、1/2画素だけ画像をシフトさせることができているか否かを、テストパターンを用いて判別する技術を開示している。   In order to increase the resolution by using such a pixel shift technique, it is necessary to project a plurality of field images by accurately shifting the field images by ½ pixel. However, in practice, due to the mechanical or optical characteristics of the pixel shift element, it is not easy to display an image that is ideally shifted by ½ pixel, and as a result, a desired resolution cannot be obtained. There is a case. To deal with such a problem, Patent Document 1 discloses a technique for determining whether or not an image can be shifted by 1/2 pixel using a test pattern.

特開2013−247458号公報JP 2013-247458 A

上記特許文献1に記載された技術では、1/2画素だけ画像をシフトさせることができているか否かを判別することが可能である。しかし、上記特許文献1には、シフト量が1/2画素より大きい場合又は小さい場合にそのずれを調整し又は補正することについて記載も示唆もされておらず、そのため、限定的にしか解像度を高めることができないという問題がある。   With the technique described in Patent Document 1, it is possible to determine whether or not an image can be shifted by 1/2 pixel. However, Patent Document 1 does not describe or suggest that the shift is adjusted or corrected when the shift amount is larger or smaller than 1/2 pixel. There is a problem that it cannot be raised.

本発明は、画素シフト技術による高解像度化を確実に実現することが可能な投影装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a projection apparatus that can reliably achieve high resolution by pixel shift technology.

本発明に係る投影装置は、入力画像から複数の画像を生成する生成手段と、光源からの光を前記複数の画像に応じて変調する変調手段と、前記変調手段から出力される光を所定の方向にシフトさせるシフト手段と、前記シフト手段を制御する制御手段と、前記シフト手段によるシフト量に関するパラメータを検出する検出手段と、前記複数の画像のうち少なくとも1つを前記パラメータに基づいて補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。   The projection apparatus according to the present invention includes a generation unit that generates a plurality of images from an input image, a modulation unit that modulates light from a light source according to the plurality of images, and a light output from the modulation unit. Shift means for shifting in the direction; control means for controlling the shift means; detection means for detecting a parameter relating to a shift amount by the shift means; and correcting at least one of the plurality of images based on the parameters. And a correcting means.

本発明によれば、画素シフト技術による高解像度化を確実に実現することができる。   According to the present invention, it is possible to reliably realize high resolution by the pixel shift technique.

第1実施形態に係る投影装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the projection apparatus which concerns on 1st Embodiment. 平行平板方式による理想的な画素シフトを説明する図である。It is a figure explaining the ideal pixel shift by a parallel plate system. 投影装置が有する画像処理部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the image process part which a projector has. 画素シフト表示のための画像の投影位置を説明する図である。It is a figure explaining the projection position of the image for pixel shift display. 入力画像に対するフレーム画像のサンプリングを説明する図である。It is a figure explaining sampling of the frame image with respect to an input image. フレーム補正テーブルのデータを説明する図である。It is a figure explaining the data of a frame correction table. 図6(b)に従う位置補正を模式的に説明する図である。FIG. 7 is a diagram schematically illustrating position correction according to FIG. 位置補正を行う場合の座標の補間計算を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the interpolation calculation of the coordinate in the case of performing position correction. 平行平板方式による光路シフトの例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the optical path shift by a parallel plate system. 第2実施形態での画素シフト素子の光学部材の角度と位置補正量との関係を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the relationship between the angle of the optical member of the pixel shift element and position correction amount in 2nd Embodiment. 第3実施形態での、画素シフト素子の累積駆動回数と光学部材の姿勢との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the cumulative driving frequency of a pixel shift element, and the attitude | position of an optical member in 3rd Embodiment. 第4実施形態での画像処理部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the image process part in 4th Embodiment. 第4実施形態でのフレーム画像の投影位置を説明する図である。It is a figure explaining the projection position of the frame image in a 4th embodiment. 第4実施形態でのフレーム画像の生成方法を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the production | generation method of the frame image in 4th Embodiment. 第5実施形態での画素シフト素子の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the pixel shift element in 5th Embodiment. 第6実施形態での画像処理部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the image process part in 6th Embodiment. 第6実施形態での縮小サンプリング位相の算出方法を説明する図である。It is a figure explaining the calculation method of the reduction sampling phase in a 6th embodiment. 第7実施形態での画像処理部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the image process part in 7th Embodiment. 第7実施形態での縮小画像生成時のフィルタ係数特性の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the filter coefficient characteristic at the time of the reduced image generation in 7th Embodiment.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<第1実施形態>
第1実施形態では、平行平板方式での画素シフトにより画像投影位置を補正する構成及び方法について説明する。図1は、第1実施形態に係る投影装置100の概略構成を示すブロック図である。投影装置100は、CPU110、RAM111、ROM112、操作部113、通信部114、画像入力部120、光源制御部130、画像処理部140、光変調制御部150、光源160、色分離部165及び色合成部180を備える。また、投影装置100は、光変調素子170R,170G,170B、投影光学系183、光学系制御部185、画素シフト素子190、シフト制御部195及びバス199を備える。
<First Embodiment>
In the first embodiment, a configuration and method for correcting an image projection position by pixel shift in a parallel plate method will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a projection apparatus 100 according to the first embodiment. The projection apparatus 100 includes a CPU 110, a RAM 111, a ROM 112, an operation unit 113, a communication unit 114, an image input unit 120, a light source control unit 130, an image processing unit 140, a light modulation control unit 150, a light source 160, a color separation unit 165, and a color composition. Part 180. The projection apparatus 100 also includes light modulation elements 170R, 170G, and 170B, a projection optical system 183, an optical system control unit 185, a pixel shift element 190, a shift control unit 195, and a bus 199.

バス199は、図1に示すように、投影装置100を構成する所定の各部を通信可能に接続している。CPU110は、投影装置100の各部の動作を制御することによって、投影装置100の全体的な動作を制御する。ROM112には、CPU110の処理手順を記述した制御プログラム等が記憶されている。RAM111は、CPU110のワークメモリとして制御プログラムやデータを一時的に記憶する。CPU110は、通信部114を通じて受信した静止画データや動画データを一時的にRAM111に記憶し、ROM112に記憶されたプログラムを実行することで、静止画や動画(映像)を再生する。   As shown in FIG. 1, the bus 199 connects predetermined units constituting the projection apparatus 100 so that they can communicate with each other. The CPU 110 controls the overall operation of the projection apparatus 100 by controlling the operation of each unit of the projection apparatus 100. The ROM 112 stores a control program describing the processing procedure of the CPU 110 and the like. The RAM 111 temporarily stores a control program and data as a work memory for the CPU 110. The CPU 110 temporarily stores still image data and moving image data received through the communication unit 114 in the RAM 111 and executes a program stored in the ROM 112 to reproduce a still image or moving image (video).

操作部113は、例えば、スイッチやダイヤル、リモートコントローラ(リモコン)からの信号を受信する赤外線受信部等の信号受信部等であり、ユーザからの指示を受け付けて、CPU110に指示信号を送信する。CPU110は、操作部113や通信部114から入力された制御信号を受信して、投影装置100の各部の動作を制御する。   The operation unit 113 is, for example, a signal reception unit such as an infrared reception unit that receives a signal from a switch, a dial, or a remote controller (remote controller), and receives an instruction from the user and transmits an instruction signal to the CPU 110. The CPU 110 receives a control signal input from the operation unit 113 or the communication unit 114 and controls the operation of each unit of the projection apparatus 100.

画像入力部120は、外部装置(不図示)から送信される画像を受信するインタフェースである。外部装置は、画像信号を出力できる装置や媒体であればよい。外部装置としては、パーソナルコンピュータ、カメラ、携帯電話、スマートフォン、ゲーム機、ハードディスクドライブ、USBフラッシュメモリ、SDカード等を挙げることができるが、これらに限られるものではない。画像入力部120は、受信した画像データを画像処理部140へ出力する。また、画像入力部120は、CPU110からの指示に従って、GUIのような任意のOSDやテストパターンを、受信した画像に重畳して出力することができる。更に画像入力部120は、CPU110からの指示に従って、受信した画像をRAM111に出力することもできる。   The image input unit 120 is an interface that receives an image transmitted from an external device (not shown). The external device may be any device or medium that can output an image signal. Examples of the external device include, but are not limited to, a personal computer, a camera, a mobile phone, a smartphone, a game machine, a hard disk drive, a USB flash memory, and an SD card. The image input unit 120 outputs the received image data to the image processing unit 140. Further, the image input unit 120 can output an arbitrary OSD such as a GUI or a test pattern superimposed on the received image in accordance with an instruction from the CPU 110. Further, the image input unit 120 can output the received image to the RAM 111 in accordance with an instruction from the CPU 110.

光源制御部130は、例えば、制御用のマイクロプロセッサ等で構成されており、光源160のオン/オフ制御や光量制御を行う。なお、光源制御部130は、専用のマイクロプロセッサである必要はなく、例えば、CPU110がROM112に記憶されたプログラムを実行することによって光源制御部130として機能する構成となっていてもよい。光源160は、スクリーン(不図示)に画像を投影するための光を出力するものであり、例えば、ハロゲンランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、レーザ、LED、蛍光体或いはこれらが組み合わされたものであってもよい。色分離部165は、例えば、ダイクロイックミラー或いはプリズム等で構成されており、光源160から照射された光を、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)に分離する。なお、光源160として各色に対応するLED等を使用する場合には、色分離部165は不要である。   The light source control unit 130 is configured by, for example, a control microprocessor, and performs on / off control and light amount control of the light source 160. The light source control unit 130 does not need to be a dedicated microprocessor, and may be configured to function as the light source control unit 130 by the CPU 110 executing a program stored in the ROM 112, for example. The light source 160 outputs light for projecting an image on a screen (not shown). For example, a halogen lamp, a xenon lamp, a high-pressure mercury lamp, a laser, an LED, a phosphor, or a combination thereof. There may be. The color separation unit 165 includes, for example, a dichroic mirror or a prism, and separates light emitted from the light source 160 into red (R), green (G), and blue (B). In addition, when using LED corresponding to each color as the light source 160, the color separation part 165 is unnecessary.

画像処理部140は、例えば、マイクロプロセッサ等で構成されており、画像入力部120から取得した画像信号に所定の画像処理を施して、光変調制御部150に送信する。光変調制御部150は、画像処理部140から取得した画像信号に基づいて、光変調素子170R,170G,170Bの各画素に印可する電圧を制御して、光変調素子170R,170G,170Bの光変調率を制御する。光変調素子170Rは、赤色に対応する光変調素子であって、色分離部165で分離されて出力される赤色の光の光変調率を制御する。光変調素子170Gは、緑色に対応する光変調素子であって、色分離部165で分離されて出力される緑色の光の光変調率を制御する。光変調素子170Bは、青色に対応する光変調素子であって、色分離部165で分離されて出力される青色の光の光変調率を制御する。色合成部180は、ダイクロイックミラー或いはプリズム等で構成されており、光変調素子170R,170G,170Bのそれぞれで変調された赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の光を合成する。以下の説明では、光変調素子170R,170G,170Bを区別しない場合に、これらを「光変調素子170」と記すこととする。   The image processing unit 140 includes, for example, a microprocessor, and performs predetermined image processing on the image signal acquired from the image input unit 120 and transmits the image signal to the light modulation control unit 150. The light modulation control unit 150 controls the voltage applied to each pixel of the light modulation elements 170R, 170G, and 170B based on the image signal acquired from the image processing unit 140, and the light of the light modulation elements 170R, 170G, and 170B. Control the modulation rate. The light modulation element 170R is a light modulation element corresponding to red, and controls the light modulation rate of red light that is separated and output by the color separation unit 165. The light modulation element 170G is a light modulation element corresponding to green, and controls the light modulation rate of the green light that is separated and output by the color separation unit 165. The light modulation element 170B is a light modulation element corresponding to blue, and controls the light modulation rate of the blue light separated and output by the color separation unit 165. The color synthesizing unit 180 includes a dichroic mirror, a prism, or the like, and synthesizes red (R), green (G), and blue (B) light modulated by the light modulation elements 170R, 170G, and 170B. . In the following description, when the light modulation elements 170R, 170G, and 170B are not distinguished, they are referred to as “light modulation elements 170”.

シフト制御部195は、光変調制御部150が光変調素子170を駆動するタイミングに同期させて、画素シフト素子190に印加する電圧又は電流を変化させることで、画素シフト素子190の姿勢を制御する。これにより、色合成部180からの合成光の光路をシフトさせることができる。   The shift control unit 195 controls the attitude of the pixel shift element 190 by changing the voltage or current applied to the pixel shift element 190 in synchronization with the timing when the light modulation control unit 150 drives the light modulation element 170. . As a result, the optical path of the combined light from the color combining unit 180 can be shifted.

図2は、平行平板方式による画素シフトを行うための画素シフト素子190が垂直方向で光路をシフトさせる原理を説明する図である。図2では、画素シフト素子190の姿勢が変わったときの光路の位置関係を明確にするために、共通の光路上の左右にそれぞれ画素シフト素子190の異なる姿勢を示している。   FIG. 2 is a diagram for explaining the principle by which the pixel shift element 190 for performing pixel shift by the parallel plate method shifts the optical path in the vertical direction. In FIG. 2, in order to clarify the positional relationship of the optical path when the attitude of the pixel shift element 190 changes, different attitudes of the pixel shift element 190 are shown on the left and right on the common optical path.

画素シフト素子190は、長方形板状(矩形板状)の形状を有し、空気に対する屈折率が1以上で、透過性(透光性)を有する光学部材200からなる。光学部材200は、色合成部180からの合成光(入射光)の全領域の光が光学部材200を透過するように配置される。なお、光学部材200は、高い透過率を有する材料を使用することが望ましい。具体的には、80%以上の透過率を持っていることが望ましく、90%以上の透過率を持っていることがより望ましい。   The pixel shift element 190 has a rectangular plate shape (rectangular plate shape), and includes an optical member 200 having a refractive index with respect to air of 1 or more and having transparency (translucency). The optical member 200 is arranged so that light in the entire region of the combined light (incident light) from the color combining unit 180 is transmitted through the optical member 200. The optical member 200 is desirably made of a material having a high transmittance. Specifically, the transmittance is desirably 80% or more, and more desirably 90% or more.

平行平板方式での画素シフトでは、入射光に対する光学部材200の角度をフレーム毎に制御することによって光路をシフトさせる。光学部材200において色合成部180から出力された合成光が入射光として入射する面(入射面)が入射光の進行方向と直交するときの光学部材200の姿勢を基本姿勢と称呼し、そのときの光学部材200の角度を0°とする。   In the pixel shift in the parallel plate method, the optical path is shifted by controlling the angle of the optical member 200 with respect to the incident light for each frame. The posture of the optical member 200 when the surface (incident surface) on which the combined light output from the color combining unit 180 in the optical member 200 is incident as incident light is orthogonal to the traveling direction of the incident light is referred to as a basic posture. The angle of the optical member 200 is set to 0 °.

図2の左側は、第1フレーム画像に対する光学部材200の姿勢と入射光及び出力光の光路との関係を表している。なお、第1フレーム画像の詳細については、後述する。第1フレーム画像については、光学部材200を反時計まわり方向に回転させて、光学部材200の角度を−θとする。ここで、光学部材200を反時計まわり方向に回転させたときの回転角度は負の値を取るものとし、よって‘θ’は正の値である。すると、光学部材200に入射した光は、図示の通りに、屈折により入射光の光路よりも上方向にシフトして投影光学系183へ出力される。 The left side of FIG. 2 represents the relationship between the attitude of the optical member 200 with respect to the first frame image and the optical paths of incident light and output light. Details of the first frame image will be described later. For the first frame image, the optical member 200 is rotated counterclockwise, and the angle of the optical member 200 is set to −θ S. Here, the rotation angle when the optical member 200 is rotated in the counterclockwise direction assumes a negative value, and therefore 'θ S ' is a positive value. Then, the light incident on the optical member 200 is output to the projection optical system 183 after being shifted upward from the optical path of the incident light due to refraction as illustrated.

図2の右側は、第2フレーム画像における光学部材200の姿勢と入射光と出力光の光路との関係を表している。なお、第2フレーム画像の詳細については、後述する。第2フレーム画像については、光学部材200を時計まわり方向に回転させて、光学部材200の角度を+θとする。ここで、光学部材200を時計まわり方向に回転させたときの回転角度は正の値を取るものとする。すると、光学部材200に入射した光は、図示の通りに、第1フレーム画像とは逆の方向となる下方向に光路をシフトさせて、出力される。そこで、角度θは、第1フレーム画像の出力光と第2フレーム画像の出力光とが、光変調素子170R,170G,170Bの画素ピッチに対して1/2画素だけシフトするように設計、制御される。 The right side of FIG. 2 represents the relationship between the attitude of the optical member 200 in the second frame image and the optical paths of the incident light and the output light. Details of the second frame image will be described later. For the second frame image, rotate the optical member 200 in the clockwise direction, the angle of the optical member 200 + theta and S. Here, it is assumed that the rotation angle when the optical member 200 is rotated in the clockwise direction takes a positive value. Then, the light incident on the optical member 200 is output with the optical path shifted in the downward direction, which is the opposite direction to the first frame image, as illustrated. Therefore, the angle θ S is designed so that the output light of the first frame image and the output light of the second frame image are shifted by ½ pixel with respect to the pixel pitch of the light modulation elements 170R, 170G, and 170B. Be controlled.

なお、画素シフト素子190が水平方向で光路をシフトさせる原理は、上述の通りに画素シフト素子190が垂直方向で光路をシフトさせる原理と同じであるため、説明を省略する。光学部材200の駆動方法は限定されず、例えば、画素シフト素子190が光学部材200に加えて永久磁石とコイルを有しており、シフト制御部195がコイルに流す電流を制御することによって光学部材200を駆動する構成となっていてもよい。また、画素シフト素子190が光学部材200に圧電素子を有しており、シフト制御部195が圧電素子に印加する電圧を制御することにより光学部材200を駆動する構成となっていてもよい。   Note that the principle by which the pixel shift element 190 shifts the optical path in the horizontal direction is the same as the principle by which the pixel shift element 190 shifts the optical path in the vertical direction as described above, and a description thereof will be omitted. The driving method of the optical member 200 is not limited. For example, the pixel shift element 190 includes a permanent magnet and a coil in addition to the optical member 200, and the shift control unit 195 controls the current flowing through the coil to control the optical member. 200 may be configured to be driven. Further, the pixel shift element 190 may have a piezoelectric element in the optical member 200, and the shift control unit 195 may be configured to drive the optical member 200 by controlling the voltage applied to the piezoelectric element.

光学系制御部185は、制御用のマイクロプロセッサからなり、投影光学系183を制御する。なお、光学系制御部185は、専用のマイクロプロセッサである必要はなく、例えば、CPU110がROM112に記憶されたプログラムを実行することによって光学系制御部185として機能する構成となっていてもよい。投影光学系183は、複数のレンズやレンズ駆動用のアクチュエータからなり、画素シフト素子190を透過した光をスクリーンに投影する。投影される画像の拡大や縮小、焦点調整等は、レンズの駆動によって実行可能となっている。   The optical system control unit 185 includes a control microprocessor and controls the projection optical system 183. The optical system control unit 185 does not need to be a dedicated microprocessor, and may be configured to function as the optical system control unit 185 by the CPU 110 executing a program stored in the ROM 112, for example. The projection optical system 183 includes a plurality of lenses and lens driving actuators, and projects the light transmitted through the pixel shift element 190 onto the screen. Enlargement and reduction of the projected image, focus adjustment, and the like can be performed by driving the lens.

次に、画像処理部140の構成について説明する。図3は、画像処理部140の構成を示すブロック図である。画像処理部140は、画像入力部120から入力画像IMGを取得し、画像処理部140内で以下に説明する処理を施すことにより出力画像を生成し、光変調制御部150へ出力する。   Next, the configuration of the image processing unit 140 will be described. FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the image processing unit 140. The image processing unit 140 acquires the input image IMG from the image input unit 120, generates an output image by performing processing described below in the image processing unit 140, and outputs the output image to the light modulation control unit 150.

画像処理部140は、画像生成部341、第1画像メモリ342、第2画像メモリ344、位置補正部343、第1補正テーブル345、第2補正テーブル346及びセレクタ347を有する。画像処理部140を構成する各部は、バス199を介してCPU110と接続されている。なお、以下の説明では、第1補正テーブル345と第2補正テーブル346を区別せずに、各テーブル又は両方のテーブルを指す場合に、単に「補正テーブル」という称呼を用いる。   The image processing unit 140 includes an image generation unit 341, a first image memory 342, a second image memory 344, a position correction unit 343, a first correction table 345, a second correction table 346, and a selector 347. Each unit constituting the image processing unit 140 is connected to the CPU 110 via a bus 199. In the following description, when referring to each table or both tables without distinguishing between the first correction table 345 and the second correction table 346, the name “correction table” is simply used.

画像生成部341は、入力画像IMGを第1画像メモリ342に書き込み、画素シフト表示のための縮小画像である第1フレーム画像DIV_Aと第2フレーム画像DIV_Bを生成する。画像生成部341は、第1フレーム画像DIV_Aと第2フレーム画像DIV_Bを入力信号の倍速で、出力する。例えば、入力周波数が60Hz(60FPS)の場合には、120Hz(120FPS)で第1フレーム画像DIV_Aと第2フレーム画像DIV_Bを出力する。また、画像生成部341は、出力されている画像が第1フレーム画像DIV_Aか第2フレーム画像DIV_Bかを識別するための同期信号を同じタイミングで出力する。   The image generation unit 341 writes the input image IMG into the first image memory 342, and generates a first frame image DIV_A and a second frame image DIV_B that are reduced images for pixel shift display. The image generation unit 341 outputs the first frame image DIV_A and the second frame image DIV_B at a double speed of the input signal. For example, when the input frequency is 60 Hz (60 FPS), the first frame image DIV_A and the second frame image DIV_B are output at 120 Hz (120 FPS). Further, the image generation unit 341 outputs a synchronization signal for identifying whether the output image is the first frame image DIV_A or the second frame image DIV_B at the same timing.

ここで、第1フレーム画像DIV_Aと第2フレーム画像DIV_Bの生成方法について説明する。図4は、第1フレーム画像DIV_Aと第2フレーム画像DIV_Bの投影面上における投影位置関係を示す。(0,0)や(3,3)等の数字が記されている四角形は第1フレーム画像における投影位置の1画素を表しており、これらの四角形の集合体が第1フレーム画像DIV_Aとなる。一方、ハッチングが施された四角形は第2フレーム画像における投影位置の1画素を表しており、これらの四角形の集合体が第2フレーム画像DIV_Bとなる。第1フレーム画像DIV_Aと第2フレーム画像DIV_Bは、画素シフト素子190によって光路がシフトされることにより、結果として図4に示すように、水平方向と垂直方向の各方向に1/2画素だけシフトした位置に投影される。   Here, a method of generating the first frame image DIV_A and the second frame image DIV_B will be described. FIG. 4 shows a projection position relationship on the projection plane between the first frame image DIV_A and the second frame image DIV_B. A square with numbers such as (0, 0) and (3, 3) represents one pixel at the projection position in the first frame image, and an aggregate of these squares becomes the first frame image DIV_A. . On the other hand, the hatched rectangle represents one pixel at the projection position in the second frame image, and an aggregate of these rectangles becomes the second frame image DIV_B. The first frame image DIV_A and the second frame image DIV_B are shifted by ½ pixel in each of the horizontal and vertical directions as a result of shifting the optical path by the pixel shift element 190 as shown in FIG. Projected to the selected position.

図5は、入力画像の画素配列に対する第1フレーム画像DIV_Aと第2フレーム画像DIV_Bのそれぞれのサンプリング位相を説明する図である。画像生成部341は、第1画像メモリ342から入力画像IMGの水平方向及び垂直方向の座標が共に偶数である画素データをサンプリングして、第1フレーム画像DIV_Aとして出力する。続いて、画像生成部341は、第1画像メモリ342から入力画像IMGの水平方向及び垂直方向の座標が共に奇数である画素データをサンプリングして、第2フレーム画像DIV_Bとして出力する。   FIG. 5 is a diagram illustrating the sampling phases of the first frame image DIV_A and the second frame image DIV_B with respect to the pixel arrangement of the input image. The image generation unit 341 samples pixel data in which both horizontal and vertical coordinates of the input image IMG are even numbers from the first image memory 342 and outputs the sampled pixel data as a first frame image DIV_A. Subsequently, the image generation unit 341 samples pixel data in which the horizontal and vertical coordinates of the input image IMG are both odd numbers from the first image memory 342 and outputs the sampled pixel data as a second frame image DIV_B.

図3の説明に戻る。位置補正部343は、画像生成部341から取得した第1フレーム画像DIV_Aと第2フレーム画像DIV_Bを第2画像メモリ344に書き込む。そして、位置補正部343は、補正テーブルに格納されている補正データに基づいて、第2画像メモリ344から第1フレーム画像DIV_Aと第2フレーム画像DIV_Bを読み出して位置補正を行う。位置補正部343は、位置補正後の画像を出力画像IMG_Dとして光変調制御部150へ出力する。   Returning to the description of FIG. The position correction unit 343 writes the first frame image DIV_A and the second frame image DIV_B acquired from the image generation unit 341 in the second image memory 344. Then, the position correction unit 343 reads the first frame image DIV_A and the second frame image DIV_B from the second image memory 344 and performs position correction based on the correction data stored in the correction table. The position correction unit 343 outputs the image after position correction to the light modulation control unit 150 as an output image IMG_D.

ここで、位置補正部343が行う位置補正の動作の詳細について述べる。以下の説明では、画像生成部341から出力され、位置補正部343に入力される画像を補正前画像IMG_Sと称呼する。補正前画像IMG_Sは、本実施形態では具体的には、第1フレーム画像DIV_Aと第2フレーム画像DIV_Bである。位置補正部343は、出力画像IMG_Dの画素毎に、補正前画像IMG_Sのどの座標の画素を参照すべきかを示す参照先画素座標を計算し、算出した座標に基づいて補正前画像IMG_Sを参照して出力画像IMG_Dを生成し、光変調制御部150へ出力する。出力画像IMG_Dは、本実施形態では具体的には、第1フレーム画像DIV_Aと第2フレーム画像DIV_Bのそれぞれを位置補正した画像となる。   Here, details of the position correction operation performed by the position correction unit 343 will be described. In the following description, an image output from the image generation unit 341 and input to the position correction unit 343 is referred to as a pre-correction image IMG_S. In the present embodiment, the pre-correction image IMG_S is specifically a first frame image DIV_A and a second frame image DIV_B. The position correction unit 343 calculates, for each pixel of the output image IMG_D, a reference pixel coordinate indicating which coordinate pixel of the pre-correction image IMG_S should be referred to, and refers to the pre-correction image IMG_S based on the calculated coordinates. The output image IMG_D is generated and output to the light modulation control unit 150. In the present embodiment, specifically, the output image IMG_D is an image obtained by correcting the position of each of the first frame image DIV_A and the second frame image DIV_B.

参照先画素座標の計算に用いる補正データは、第1補正テーブル345と第2補正テーブル346のそれぞれに格納されている。位置補正部343は、セレクタ347で選択された第1補正テーブル345及び第2補正テーブル346の一方から出力される補正データに基づいて補正前画像IMG_Sの位置補正を行う。なお、セレクタ347の動作の詳細については後述する。   The correction data used for calculation of the reference pixel coordinates is stored in each of the first correction table 345 and the second correction table 346. The position correction unit 343 corrects the position of the pre-correction image IMG_S based on correction data output from one of the first correction table 345 and the second correction table 346 selected by the selector 347. Details of the operation of the selector 347 will be described later.

図6(a)は、第1補正テーブル345に格納されているデータの一例を説明する図である。図6(b)は、第2補正テーブル346に格納されているデータの一例を説明する図である。各補正テーブルは、出力画像IMG_DのX座標とY座標をインデックスとし、その交点に補正データを格納したものである。補正データは、各交点における参照すべき補正前画像IMG_Sの座標を(X,Y)形式で表したものである。第1補正テーブル345及び第2補正テーブル346の出力画像IMG_Dに対するX座標及びY座標の各インデックスは共に所定の間隔で設定されており、ここでは、X座標及びY座標で共に10画素間隔で補正データを保持している。なお、インデックスに存在しない座標については、線形補間計算により参照先画素座標を求めることができ、その補間計算の詳細については、図8を参照して後述する。   FIG. 6A is a diagram for explaining an example of data stored in the first correction table 345. FIG. 6B is a diagram for explaining an example of data stored in the second correction table 346. Each correction table uses the X and Y coordinates of the output image IMG_D as indexes, and stores correction data at the intersections. The correction data represents the coordinates of the pre-correction image IMG_S to be referred to at each intersection in the (X, Y) format. Each index of the X coordinate and the Y coordinate for the output image IMG_D in the first correction table 345 and the second correction table 346 is set at a predetermined interval. Here, both the X coordinate and the Y coordinate are corrected at an interval of 10 pixels. Holds data. For coordinates that do not exist in the index, reference pixel coordinates can be obtained by linear interpolation calculation, and details of the interpolation calculation will be described later with reference to FIG.

例えば、図6(a)の出力画像IMG_Dの座標(X,Y)が(10,10)の位置の補正データとして(10,10)というデータが格納されている。これは、出力画像IMG_Dの座標(10,10)において補正前画像IMG_Sの座標(10,10)の画素を参照して階調値を出力することを意味している。従って、第1補正テーブル345を参照した位置補正部343は、補正前画像IMG_Sと出力画像IMG_Dを同じ座標でそのまま出力することとなる。つまり、ここでは、第1補正テーブル345には、位置補正を行わない場合の補正データが格納されている。   For example, data (10, 10) is stored as correction data at the position where the coordinates (X, Y) of the output image IMG_D in FIG. 6A are (10, 10). This means that the gradation value is output with reference to the pixel at the coordinates (10, 10) of the pre-correction image IMG_S at the coordinates (10, 10) of the output image IMG_D. Therefore, the position correction unit 343 referring to the first correction table 345 outputs the pre-correction image IMG_S and the output image IMG_D as they are with the same coordinates. That is, here, the first correction table 345 stores correction data when position correction is not performed.

これに対して、図6(b)の第2補正テーブル346には、部分的に位置補正を行う補正データが格納されている。出力画像IMG_Dの座標(X,Y)が(10,10)の位置の補正データとして(5,5)というデータが格納されている。これは、出力画像IMG_Dの座標(10,10)において補正前画像IMG_Sの座標(5,5)の画素を参照して階調値を出力することを意味している。   On the other hand, the second correction table 346 of FIG. 6B stores correction data for performing partial position correction. Data (5, 5) is stored as correction data at the position where the coordinates (X, Y) of the output image IMG_D are (10, 10). This means that the gradation value is output with reference to the pixel at the coordinates (5, 5) of the pre-correction image IMG_S at the coordinates (10, 10) of the output image IMG_D.

図7は、図6(b)の補正データに従う位置補正を模式的に説明する図である。補正前画像IMG_Sの座標(5,5)の位置の画素データが、位置補正された出力画像IMG_Dの座標(10,10)の画素データとして出力される。よって、補正前画像IMG_Sの座標(5,5)の画素は、水平方向と垂直方向のそれぞれの正方向に5画素ずつ位置補正されることになる。   FIG. 7 is a diagram schematically illustrating position correction according to the correction data in FIG. Pixel data at the position of the coordinates (5, 5) of the pre-correction image IMG_S is output as pixel data of the coordinates (10, 10) of the output image IMG_D whose position has been corrected. Accordingly, the position of the pixel at the coordinates (5, 5) of the pre-correction image IMG_S is corrected by 5 pixels in each of the horizontal and vertical directions.

続いて、位置補正部343が位置補正を行う場合の座標の補間計算について説明する。図8は、位置補正を行う場合の座標の補間計算を説明する模式図である。図8(a)は、補間計算により求める座標と、補間計算に使用する補正テーブルのインデックスと、の位置関係を表す図である。白点は、補間計算により求める座標を表しており、黒点は補間計算に使用する補正テーブルのインデックスを表している。ここでは、出力画像IMG_Dの座標(u´,v´)の補正前画像IMG_Sにおける参照先画素のX座標x(u´,v´)及びY座標y(u´,v´)を求める場合を例にとって説明する。補間計算は、求めたい出力画像の座標(u´,v´)の周囲の4つの補正データを用いて行う。そのために、補正テーブルのX座標のインデックスのうち、「u´」より小さく、且つ、最大のインデックスを「u」、「u´より大きく、且つ、最小のインデックス」を「u+d」とする。また、補正テーブルのY座標のインデックスのうち、「v´」より小さく、且つ、最大のインデックスを「v」、「v´」より大きく、且つ、最小のインデックスを「v+d」とする。そして、補正テーブルのインデックスが(u,v),(u+d,v),(u,v+d),(u+d,v+d)である4つの補正データを用いて補間計算を行う。なお、「d」はインデックスの間隔であり、例えば、図6に示した補正テーブルの場合には、d=10となる。   Next, coordinate interpolation calculation when the position correction unit 343 performs position correction will be described. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating coordinate interpolation calculation in the case of position correction. FIG. 8A is a diagram illustrating a positional relationship between coordinates obtained by interpolation calculation and an index of a correction table used for interpolation calculation. A white point represents coordinates obtained by interpolation calculation, and a black point represents an index of a correction table used for interpolation calculation. Here, the case of obtaining the X coordinate x (u ′, v ′) and Y coordinate y (u ′, v ′) of the reference pixel in the pre-correction image IMG_S of the coordinate (u ′, v ′) of the output image IMG_D. For example, The interpolation calculation is performed using four correction data around the coordinates (u ′, v ′) of the output image to be obtained. For this purpose, among the X coordinate indexes of the correction table, the maximum index that is smaller than “u ′” is “u”, and the “largest index that is larger than u ′ and minimum” is “u + d”. Further, among the Y coordinate indices of the correction table, the maximum index is smaller than “v ′”, the larger index is larger than “v”, “v ′”, and the smallest index is “v + d”. Then, interpolation calculation is performed using the four correction data whose correction table indexes are (u, v), (u + d, v), (u, v + d), and (u + d, v + d). Note that “d” is the index interval. For example, in the case of the correction table shown in FIG. 6, d = 10.

座標補間計算では、先ず、補正テーブルの座標インデックス(u,v)に格納されているX座標データx(u,v)と、座標インデックス(u+d,v)に格納されているX座標データx(u+d,v)を参照する。そして、出力画像IMG_Dの座標(u´,v)の補正前画像IMG_Sにおける参照先画素のX座標x(u´,v)を下記式1により補間して求める。また、出力画像IMG_Dの座標(u´,v+d)の補正前画像IMG_Sにおける参照先画素のX座標x(u´,v+d)を下記式2により求める。更に、出力画像IMG_Dの座標(u´,v´)の補正前画像IMG_Sにおける参照先画素のX座標x(u´,v´)を下記式3により求める。これらと同様にして、出力画像IMG_Dの座標(u´,v´)の補正前画像IMG_Sにおける参照先画素のY座標y(u´,v´)を下記式4〜6により求める。こうして、出力画像IMG_Dの座標(u´,v´)の補正前画像IMG_Sにおける参照先画素の画素座標(x(u´,v´),y(u´,v´))を求めることができる。   In the coordinate interpolation calculation, first, X coordinate data x (u, v) stored in the coordinate index (u, v) of the correction table and X coordinate data x (u) stored in the coordinate index (u + d, v). Reference is made to u + d, v). Then, the X coordinate x (u ′, v) of the reference pixel in the pre-correction image IMG_S of the coordinate (u ′, v) of the output image IMG_D is obtained by interpolation using the following equation 1. Further, the X coordinate x (u ′, v + d) of the reference destination pixel in the pre-correction image IMG_S of the coordinate (u ′, v + d) of the output image IMG_D is obtained by the following equation 2. Further, the X coordinate x (u ′, v ′) of the reference pixel in the pre-correction image IMG_S of the coordinates (u ′, v ′) of the output image IMG_D is obtained by the following Equation 3. Similarly to these, the Y coordinate y (u ′, v ′) of the reference pixel in the pre-correction image IMG_S of the coordinate (u ′, v ′) of the output image IMG_D is obtained by the following equations 4-6. Thus, the pixel coordinates (x (u ′, v ′), y (u ′, v ′)) of the reference pixel in the pre-correction image IMG_S of the coordinates (u ′, v ′) of the output image IMG_D can be obtained. .

Figure 2019211677
Figure 2019211677

図8(b)は、補正前画像IMG_Sにおける参照先画素のX座標x(u´,v´)及びY座標Y(u´,v´)を計算した結果をマッピングした模式図である。図8(b)において、黒点はテーブルに格納されている座標データを表しており、白点は補間により算出した座標データを表している。位置補正部343は、出力画像IMG_Dの全ての画素における補正前画像IMG_Sの参照先画素座標を上述の通りに計算する。   FIG. 8B is a schematic diagram in which the result of calculating the X coordinate x (u ′, v ′) and the Y coordinate Y (u ′, v ′) of the reference destination pixel in the pre-correction image IMG_S is mapped. In FIG. 8B, black dots represent coordinate data stored in the table, and white dots represent coordinate data calculated by interpolation. The position correction unit 343 calculates the reference pixel coordinates of the pre-correction image IMG_S in all the pixels of the output image IMG_D as described above.

続いて、位置補正部343は、補正前画像IMG_Sにおける参照先画素座標の周囲4画素の階調値を参照し、例えばバイリニア補間により、参照先画素座標における出力階調値を計算する。なお、階調値補間の方法は、バイリニア補間に限られるものではなく、バイキュービック補間法やその他の補間方法を用いてもよい。位置補正部343は、上述した手順で補正後画像の全ての画素について階調値を求めて、出力画像IMG_Dを生成する。なお、位置補正部343は、3つの色成分(R,G,B)毎に別々に位置補正を行ってもよいし、3色をあわせて位置補正を行ってもよい。   Subsequently, the position correction unit 343 refers to the gradation values of the four pixels around the reference pixel coordinates in the pre-correction image IMG_S, and calculates the output gradation value at the reference pixel coordinates, for example, by bilinear interpolation. Note that the gradation value interpolation method is not limited to bilinear interpolation, and a bicubic interpolation method or other interpolation methods may be used. The position correction unit 343 obtains gradation values for all pixels of the corrected image in the above-described procedure, and generates an output image IMG_D. Note that the position correction unit 343 may perform position correction separately for each of the three color components (R, G, B), or may perform position correction for the three colors together.

なお、第1補正テーブル345及び第2補正テーブル346はそれぞれ、所定の座標間隔で補正データを保持しているため、領域毎に異なる位置補正量を設定することが可能である。よって、位置補正部343は、画像の領域毎に位置を調整することが可能である。また、補正テーブルの全ての補正データに同値のオフセットを加えることによって、画像全体をシフトさせる位置補正を行うことも可能である。   Since the first correction table 345 and the second correction table 346 each hold correction data at a predetermined coordinate interval, different position correction amounts can be set for each region. Therefore, the position correction unit 343 can adjust the position for each region of the image. It is also possible to perform position correction for shifting the entire image by adding an offset of the same value to all correction data in the correction table.

位置補正部343が上記説明の通りに動作することにより、画像生成部341から出力される補正前画像IMG_Sを所定の領域毎に任意の位置補正量だけ移動させることができる。また、小数の画素の精度で補正座標を計算し、階調値を周囲の画素から補間するため、1画素以下の精度で表示位置を補正することができる。   By operating the position correction unit 343 as described above, the pre-correction image IMG_S output from the image generation unit 341 can be moved by an arbitrary position correction amount for each predetermined region. Further, since the correction coordinates are calculated with the accuracy of a small number of pixels and the gradation value is interpolated from the surrounding pixels, the display position can be corrected with an accuracy of one pixel or less.

なお、セレクタ347は、画像生成部341から出力された同期信号と同期して動作し、画像生成部341から第1フレーム画像DIV_Aが出力されるタイミングで第1補正テーブル345を位置補正部343へ出力する。また、セレクタ347は、画像生成部341から第2フレーム画像DIV_Bが出力されているタイミングで第2補正テーブル346を位置補正部343へ出力する。   The selector 347 operates in synchronization with the synchronization signal output from the image generation unit 341, and the first correction table 345 is sent to the position correction unit 343 at the timing when the first frame image DIV_A is output from the image generation unit 341. Output. Further, the selector 347 outputs the second correction table 346 to the position correction unit 343 at the timing when the second frame image DIV_B is output from the image generation unit 341.

次に、画素シフト素子190による第1フレーム画像の投影位置に対する第2フレーム画像の投影位置が理想的なシフト量である1/2画素からずれている場合に、そのずれを補正する構成及び方法について説明する。   Next, when the projection position of the second frame image with respect to the projection position of the first frame image by the pixel shift element 190 deviates from ½ pixel which is an ideal shift amount, a configuration and a method for correcting the deviation Will be described.

図9(a)〜(c)は、画素シフト素子190による光路シフトの例を説明する図である。シフト制御部195は、図2を参照して説明したように、第1フレーム画像の表示時には光学部材200の角度が−θ度となり、第2フレーム画像の表示時には光学部材200の角度が+θ度となるように、画素シフト素子190を駆動する。しかし、光学部材200の角度を精密に制御することは容易ではなく、角度誤差が生じることがある。 FIGS. 9A to 9C are diagrams for explaining an example of the optical path shift by the pixel shift element 190. FIG. As described with reference to FIG. 2, the shift control unit 195 has the angle of the optical member 200 of −θ S degrees when the first frame image is displayed, and the angle of the optical member 200 is + θ when the second frame image is displayed. The pixel shift element 190 is driven so as to be S degrees. However, it is not easy to precisely control the angle of the optical member 200, and an angle error may occur.

光学部材200の角度が、第1フレーム画像の表示時には図9(a)に示すように−θAV度になっており、第2フレーム画像の表示時には図9(b)に示すように+θBV度になっているとする。ここで、説明の便宜上、第1フレーム画像の表示時には角度誤差は生じておらず、第2フレーム画像の表示時に角度誤差α(>0)が生じて、光学部材200が+θ度よりも大きく時計まわり方向に回転しているものとする。つまり、‘−θAV=−θ’であり、‘+θBV>+θ(θBV−α=θ,)’であるとする。 The angle of the optical member 200 is −θ AV degrees as shown in FIG. 9A when the first frame image is displayed, and + θ BV as shown in FIG. 9B when the second frame image is displayed. Suppose that it is time. Here, for convenience of explanation, no angle error occurs when the first frame image is displayed, and an angle error α (> 0) occurs when the second frame image is displayed, so that the optical member 200 is larger than + θ S degrees. It is assumed that it is rotating clockwise. That is, it is assumed that “−θ AV = −θ S ” and “+ θ BV > + θ SBV −α = θ S ,)”.

図9(a)に示されるように第1フレーム画像については、入射光に対する出力光の変位量(以下「入射光/出力光間の変位量」と記す)は‘DAV’となる。また、図9(b)に示されるように第2フレーム画像については、入射光/出力光間の変位量は‘DBV’となる。よって、垂直方向において第1フレーム画像の出力光と第2フレーム画像の出力光との間には‘DAV+DBV’だけのシフト量GAP_ENCが生じており、‘DAV+DBV>1/2画素’となっている。なお、‘DAV+DBV>1/2画素’となる理由については、後述する第2実施形態での図10に関する説明及び式7より求められる。こうして、画素シフト素子190によるシフト量GAP_ENCが理想的なシフト量である1/2画素よりも大きくなってしまうと、解像度を高める効果を得ることができない。 As shown in FIG. 9A, for the first frame image, the displacement amount of the output light with respect to the incident light (hereinafter referred to as “the displacement amount between the incident light and the output light”) is “D AV ”. Further, as shown in FIG. 9B, for the second frame image, the amount of displacement between the incident light and the output light is 'D BV '. Therefore, in the vertical direction and cause the shift amount GAP_ENC only 'D AV + D BV' between the output light of the output light and the second frame image of the first frame image, 'D AV + D BV> 1/2 It's a pixel. Note that the reason why “D AV + D BV > ½ pixel” is obtained from the description relating to FIG. Thus, if the shift amount GAP_ENC by the pixel shift element 190 is larger than the ideal ½ pixel, the effect of increasing the resolution cannot be obtained.

図9(c)は、位置補正された第2フレーム画像を光学部材200へ入射させることにより、1/2画素シフトが実現されている状態を示す模式図である。CPU110は、光学部材200に対する入射位置を位置補正量C2だけ上方向に補正する補正データを第2補正テーブル346に書き込む。セレクタ347は画像生成部341が第2フレーム画像DIV_Bを出力しているタイミングでは第2補正テーブル346の補正データを出力するため、位置補正部343は第2補正テーブル346を参照して表示位置を補正する。これにより、光変調素子170上には、位置補正量C2分だけ上方向に画像が表示される。その結果、図9(c)に示すように、色合成部180から入射光は、位置補正量C2分だけ図示の上方向にずれて、光学部材200へ入射する。その結果、第1フレーム画像の出力光から第2フレーム画像のおける射出光へのシフト量GAP_ENCが1/2画素となって、解像度を高めることが可能となる。   FIG. 9C is a schematic diagram showing a state in which a ½ pixel shift is realized by causing the position-corrected second frame image to enter the optical member 200. The CPU 110 writes correction data for correcting the incident position with respect to the optical member 200 upward by the position correction amount C2 in the second correction table 346. Since the selector 347 outputs the correction data of the second correction table 346 at the timing when the image generation unit 341 outputs the second frame image DIV_B, the position correction unit 343 refers to the second correction table 346 and sets the display position. to correct. As a result, an image is displayed on the light modulation element 170 upward by the position correction amount C2. As a result, as shown in FIG. 9C, the incident light from the color synthesizing unit 180 is shifted upward in the drawing by the position correction amount C <b> 2 and enters the optical member 200. As a result, the shift amount GAP_ENC from the output light of the first frame image to the emitted light of the second frame image becomes ½ pixel, and the resolution can be increased.

図9を参照して、第2フレーム画像の位置補正を行わない場合のシフト量GAP_ENCが理想的なシフト量である1/2画素よりも大きい場合のシフト量GAP_ENCの補正方法について説明した。これに対して、第2フレーム画像の位置補正を行わない場合のシフト量GAP_ENCが1/2画素よりも小さい場合には、第2フレーム画像での入力光/出力光間の変位量DBVがより大きくなるように、位置補正量を求めればよい。 With reference to FIG. 9, the correction method of the shift amount GAP_ENC in the case where the shift amount GAP_ENC when the position correction of the second frame image is not performed is larger than ½ pixel which is an ideal shift amount has been described. On the other hand, when the shift amount GAP_ENC when the position correction of the second frame image is not performed is smaller than ½ pixel, the displacement amount D BV between the input light and the output light in the second frame image is What is necessary is just to obtain | require a position correction amount so that it may become larger.

CPU101は、各フレーム画像の光学部材200によるシフト量に関するパラメータを検出し、このパラメータに基づいて位置補正量C2を取得する。具体的には、CPU101は、パラメータとしてフレーム画像の位置補正を行わない場合のシフト量GAP_ENCの予め定められたシフト量(1/2画素)に対するずれ量を取得する。CPU101は、ずれ量の識別が可能なテストパターンを投影表示するように、投影装置100の各機能ブロックを制御する。そして、投影された画像を不図示の撮像装置(カメラ)で撮影して得られた撮影画像に基づいて、CPU101ずれ量を取得する。そして、CPU101は、取得したずれ量に基づいて位置補正量C2を決定する。この場合に表示するテストパターンは、ずれ量を確認することができればどのようなパターンであってもよく、例えば、クロスハッチ等を用いることができる。また、CZP(Circular Zone Plate)画像を表示し、最も高い周波成分の再現が可能な位置補正量C2をユーザによる調整によって決定してもよい。或いは、ユーザからの指示(入力値)に従って位置補正量を設定してもよい。上記説明では、上下方向のずれを補正する例について説明したが、同様の方法を用いて左右方向のずれを補正することもできる。   The CPU 101 detects a parameter related to the shift amount of each frame image by the optical member 200, and acquires the position correction amount C2 based on this parameter. Specifically, the CPU 101 acquires a shift amount with respect to a predetermined shift amount (1/2 pixel) of the shift amount GAP_ENC when the position correction of the frame image is not performed as a parameter. The CPU 101 controls each functional block of the projection apparatus 100 so as to project and display a test pattern that can identify the deviation amount. Then, the CPU 101 shift amount is acquired based on a captured image obtained by capturing the projected image with an imaging device (camera) (not shown). Then, the CPU 101 determines the position correction amount C2 based on the acquired deviation amount. The test pattern displayed in this case may be any pattern as long as the deviation amount can be confirmed. For example, a cross hatch or the like can be used. Further, a CZP (Circular Zone Plate) image may be displayed, and the position correction amount C2 that can reproduce the highest frequency component may be determined by adjustment by the user. Alternatively, the position correction amount may be set according to an instruction (input value) from the user. In the above description, the example of correcting the vertical shift is described, but the horizontal shift can be corrected using the same method.

なお、シフト量GAP_ENCは、光学部材200の厚みの面内差や光学特性の面内差、光学部材200の撓み等に起因して、画像投影面上の位置(領域)毎に異なる場合がある。しかし、そのような場合でも、位置補正部343は上述したように画像の領域毎に異なった位置補正を行うことができるように構成されているため、画像投影面の全域にわたってシフト量GAP_ENCを1/2画素に補正することができる。   The shift amount GAP_ENC may be different for each position (region) on the image projection plane due to an in-plane difference in the thickness of the optical member 200, an in-plane difference in optical characteristics, a deflection of the optical member 200, or the like. . However, even in such a case, the position correction unit 343 is configured to be able to perform different position corrections for each area of the image as described above. Therefore, the shift amount GAP_ENC is set to 1 over the entire area of the image projection plane. / 2 pixels can be corrected.

また、図9を参照した説明では、第1フレーム画像の投影位置を基準として第2フレーム画像の投影位置を補正した。これに限らず、第1フレーム画像の投影表示に際して所定の位置補正量を第1補正テーブル345に書き込むことによって、第2フレーム画像におけるずれを補正する場合と同様の補正を行うことができる。つまり、第1フレーム画像を投影表示するために光学部材200を駆動した際に角度誤差が生じている場合にも、位置補正量を設定してずれ量を低減させることが可能であり、これにより投影表示される画像の解像度を高めることができる。   In the description with reference to FIG. 9, the projection position of the second frame image is corrected based on the projection position of the first frame image. However, the present invention is not limited to this, and by writing a predetermined position correction amount in the first correction table 345 when the first frame image is projected and displayed, it is possible to perform the same correction as that for correcting the shift in the second frame image. That is, even when an angle error occurs when the optical member 200 is driven to project and display the first frame image, it is possible to set the position correction amount and reduce the shift amount. The resolution of the projected image can be increased.

上記説明の通り第1実施形態では、画素シフト表示を行う際に、画素シフト素子190によるフレーム画像の入射光/出力光間の変位量DAV,DBVを考慮して、シフト量GAP_ENCを理想的な1/2画素に補正した。これにより、解像度を高めることができる。その際、シフト量GAP_ENCの補正を、画素シフト素子190で調整するのではなく、画像データの補正によって実現する。そのため、画素シフト素子190の駆動制御や光学部材200の加工精度等を上げることによってシフト量GAP_ENCを補正する方法よりもコストを抑えることができ。製品(投影装置)の出荷後の経時劣化に起因して生じたずれも容易に補正することができる。 As described above, in the first embodiment, when the pixel shift display is performed, the shift amount GAP_ENC is set to the ideal in consideration of the displacement amounts D AV and D BV between the incident light / output light of the frame image by the pixel shift element 190. It corrected to a typical 1/2 pixel. Thereby, the resolution can be increased. At this time, the correction of the shift amount GAP_ENC is realized not by adjusting the pixel shift element 190 but by correcting the image data. Therefore, the cost can be reduced more than the method of correcting the shift amount GAP_ENC by increasing the drive control of the pixel shift element 190, the processing accuracy of the optical member 200, and the like. It is possible to easily correct a deviation caused by deterioration with time after shipment of the product (projection apparatus).

<第2実施形態>
第2実施形態では、光学部材200の角度を検出した結果に基づいてフレーム画像の入射光/出力光間の変位量を求めて、画像投影位置(シフト量GAP_ENC)を補正する投影装置について説明する。
Second Embodiment
In the second embodiment, a projector that corrects an image projection position (shift amount GAP_ENC) by obtaining a displacement amount between incident light and output light of a frame image based on a result of detecting an angle of the optical member 200 will be described. .

第2実施形態に係る投影装置は、シフト制御部195が光学部材200の角度検出手段を有している点で第1実施形態に係る投影装置100と異なるが、その他の構成は同じであるため、共通する構成についての説明は省略する。光学部材200の角度検出方法は限定されず、周知の技術を用いて、例えば、ロータリーエンコーダや加速度センサ等により検出することができる。CPU110は、シフト制御部195が検出した光学部材200の角度に基づいて、第1補正テーブル345及び第2補正テーブル346に書き込む位置補正量を算出する。   The projection apparatus according to the second embodiment is different from the projection apparatus 100 according to the first embodiment in that the shift control unit 195 includes an angle detection unit of the optical member 200, but the other configurations are the same. A description of the common configuration is omitted. The angle detection method of the optical member 200 is not limited, and can be detected using a known technique, for example, with a rotary encoder, an acceleration sensor, or the like. The CPU 110 calculates a position correction amount to be written in the first correction table 345 and the second correction table 346 based on the angle of the optical member 200 detected by the shift control unit 195.

図10は、光学部材200の角度に基づいて入射光/出力光間の変位量Dを算出する方法を説明する模式図である。入射光の入射角を‘θ’、光学部材200内での光の屈折角度を‘δ’、光学部材200の厚みを‘t’、光学部材200の空気に対する屈折率を‘n’とする。ここで、入射光と光学部材200の入射面とのなす角(=入射角θ)と、入射光と直交する面と光学部材200の入射面のなす角(=光学部材200の角度θ)は等しくなる。つまり、シフト制御部195が検出した光学部材200の角度θを入射角θとして用いることができる。よって、変位量Dは下記式7により算出することができ、CPU110は、下記式7を用いて変位量Dを算出する。なお、変位量Dは、図9と同様に、図10の下方向を正とし、上方向を負とする。また、光学部材200の厚みt、光学部材200の空気に対する屈折率nは、ROM112に予め格納されているものとする。 FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a method for calculating the displacement amount D between the incident light and the output light based on the angle of the optical member 200. The incident angle of incident light is “θ 1 ”, the refraction angle of light within the optical member 200 is “δ 1 ”, the thickness of the optical member 200 is “t”, and the refractive index of the optical member 200 with respect to air is “n”. To do. Here, the angle formed between the incident light and the incident surface of the optical member 200 (= incident angle θ 1 ), and the angle formed between the surface orthogonal to the incident light and the incident surface of the optical member 200 (= angle θ of the optical member 200). Are equal. That is, the angle θ of the optical member 200 detected by the shift control unit 195 can be used as the incident angle θ 1 . Therefore, the displacement amount D can be calculated by the following equation 7, and the CPU 110 calculates the displacement amount D using the following equation 7. The displacement amount D is positive in the lower direction in FIG. 10 and negative in the upper direction as in FIG. Further, it is assumed that the thickness t of the optical member 200 and the refractive index n of the optical member 200 with respect to the air are stored in the ROM 112 in advance.

Figure 2019211677
Figure 2019211677

CPU110は、算出した変位量Dと光変調素子170の画素ピッチに基づいて、1/2の画素シフトが実現されるように位置補正量を決定する。例えば、図9(a),(b)に示したように、位置補正部343で補正を行わない場合の第1フレーム画像における変位量を‘DAV’、第2フレーム画像における変位量を‘DBV’、光変調素子170の画素ピッチを‘P’とする。光変調素子170の画素ピッチPは、ROM112に予め格納されているものとする。この場合、DAV−DBV=P/2、の関係が満たされるように位置補正量を決定すればよい。つまり、第2フレーム画像における位置補正量を‘C2’とすると、位置補正量C2は、C2=(P/2)−|DAV−DBV|[mm]=(1/2)−|DAV−DBV|/P[画素]、により算出することができる。 The CPU 110 determines the position correction amount based on the calculated displacement amount D and the pixel pitch of the light modulation element 170 so that a 1/2 pixel shift is realized. For example, as shown in FIGS. 9A and 9B, the displacement amount in the first frame image when the position correction unit 343 does not perform correction is “D AV ”, and the displacement amount in the second frame image is “ Let D BV 'and the pixel pitch of the light modulation element 170 be' P '. It is assumed that the pixel pitch P of the light modulation element 170 is stored in the ROM 112 in advance. In this case, the position correction amount may be determined so that the relationship D AV −D BV = P / 2 is satisfied. That is, if the position correction amount in the second frame image is “C2”, the position correction amount C2 is C2 = (P / 2) − | D AV −D BV | [mm] = (1/2) − | D AV −D BV | / P [pixel].

具体例として、光変調素子170の画素ピッチPが10μmであるとすると、1/2画素は5μmであるので、変位量DAV,DBVの差が5μmであれば、1/2画素シフトが実現されていると言える。位置補正部343で補正を行わない場合の第1フレーム画像での変位量DAV=−2μm、第2フレーム画像での変位量DBV=+4μmの場合、位置補正量C2=−0.1画素となる。この場合、CPU110は、第2フレーム画像の投影位置を上方向に0.1画素シフトする補正データを第2補正テーブル346に書き込むことにより、シフト量GAP_ENCを1/2画素に補正することができる。 As a specific example, if the pixel pitch P of the light modulation element 170 is 10 μm, the ½ pixel is 5 μm. Therefore, if the difference between the displacement amounts D AV and D BV is 5 μm, a ½ pixel shift is performed. It can be said that it has been realized. When the displacement amount D AV in the first frame image when the position correction unit 343 does not perform correction is −2 μm and the displacement amount D BV in the second frame image is +4 μm, the position correction amount C2 is −0.1 pixel. It becomes. In this case, the CPU 110 can correct the shift amount GAP_ENC to ½ pixel by writing correction data for shifting the projection position of the second frame image by 0.1 pixel upward in the second correction table 346. .

なお、一般的に光学部材200の空気に対する屈折率nは入射光の波長によって異なる。そのため、位置補正部343が色(RGB)毎に異なる補正を行うことができる構成となっている場合には、入射光/出力光間の変位量Dを波長に応じた屈折率で算出することが望ましい。一方で、計算量や記憶容量を抑制するために、代表的な波長の屈折率を用いるようにしてもよい。また、光学部材200の温度によって屈折率nが変化する場合は、光学部材200の温度を検出可能な構成とし、入射光/出力光間の変位量Dを光学部材200の温度に応じて算出するようにしてもよい。その場合には、光学部材200の屈折率nの温度特性を予めROM112に格納しておき、CPU110による参照が可能な構成としておく。   In general, the refractive index n of the optical member 200 with respect to air varies depending on the wavelength of incident light. Therefore, when the position correction unit 343 is configured to be able to perform different corrections for each color (RGB), the displacement amount D between the incident light and the output light is calculated with a refractive index corresponding to the wavelength. Is desirable. On the other hand, in order to suppress the calculation amount and the storage capacity, a refractive index of a representative wavelength may be used. Further, when the refractive index n changes depending on the temperature of the optical member 200, the temperature of the optical member 200 is configured to be detectable, and the displacement amount D between the incident light / output light is calculated according to the temperature of the optical member 200. You may do it. In that case, the temperature characteristic of the refractive index n of the optical member 200 is stored in advance in the ROM 112 so that the CPU 110 can refer to it.

更に、光学部材200の温度は入射光量が多くなるに従って上昇しやすくなるため、入力画像IMGに基づいて位置補正量を決定するようにしてもよい。例えば、CPU110が、入力画像IMGの平均輝度(APL)が大きいほど位置補正量を大きくする構成としてもよい。また、第1フレーム画像DIV_A又は第2フレーム画像DIV_Bの平均輝度等の特徴量に基づいて位置補正量を決定するようにしてもよい。   Furthermore, since the temperature of the optical member 200 is likely to increase as the amount of incident light increases, the position correction amount may be determined based on the input image IMG. For example, the CPU 110 may be configured to increase the position correction amount as the average luminance (APL) of the input image IMG increases. Further, the position correction amount may be determined based on the feature amount such as the average luminance of the first frame image DIV_A or the second frame image DIV_B.

上記説明の通り、第2実施形態では、光学部材200の角度を検出し、検出された角度に基づいて入射光/出力光間の変位量Dを算出して、1/2画素シフトを実現するための位置補正量を求める。これにより、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。   As described above, in the second embodiment, the angle of the optical member 200 is detected, and the displacement amount D between the incident light / output light is calculated based on the detected angle to realize a 1/2 pixel shift. A position correction amount is obtained. Thereby, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.

<第3実施形態>
第3実施形態では、シフト制御部195が画素シフト素子190を駆動した累積駆動回数に応じて画像投影位置(シフト量GAP_ENC)を補正する投影装置について説明する。
<Third Embodiment>
In the third embodiment, a projection apparatus that corrects the image projection position (shift amount GAP_ENC) according to the cumulative number of times the shift control unit 195 has driven the pixel shift element 190 will be described.

第3実施形態に係る投影装置は、シフト制御部195が画素シフト素子190の累積駆動回数をカウントする手段を備える点で第1実施形態に係る投影装置100と異なるが、その他の構成は同じであるため、共通する構成についての説明は省略する。累積駆動回数とは、製品である投影装置の出荷後に、画素シフト素子190がシフト動作を行った回数の合計を指す。CPU110は、シフト制御部195がカウントした累積駆動回数をRAM111に記憶する。なお、RAM111に記憶された累積駆動回数は、投影装置の電源をオフにしても保持される。CPU110は、シフト制御部195がカウントした累積駆動回数に応じた位置補正量を計算し、第1補正テーブル345及び第2補正テーブル346に書き込む。   The projection apparatus according to the third embodiment is different from the projection apparatus 100 according to the first embodiment in that the shift control unit 195 includes a unit that counts the cumulative number of driving times of the pixel shift element 190, but the other configurations are the same. Therefore, description of the common configuration is omitted. The cumulative number of times of driving refers to the total number of times that the pixel shift element 190 has performed a shift operation after shipment of the projection device as a product. The CPU 110 stores the cumulative number of driving times counted by the shift control unit 195 in the RAM 111. Note that the cumulative drive count stored in the RAM 111 is maintained even when the power of the projection apparatus is turned off. The CPU 110 calculates a position correction amount corresponding to the cumulative number of driving times counted by the shift control unit 195 and writes it in the first correction table 345 and the second correction table 346.

図11(a)は、画素シフト素子190の累積駆動回数が少ない場合の光学部材200のシフト動作時の姿勢の一例を示す図である。図11(b)は、画素シフト素子190の累積駆動回数が多い場合の光学部材200のシフト動作時の姿勢の一例を示す図である。   FIG. 11A is a diagram illustrating an example of the posture during the shift operation of the optical member 200 when the cumulative number of driving times of the pixel shift element 190 is small. FIG. 11B is a diagram illustrating an example of the posture during the shift operation of the optical member 200 when the cumulative number of driving times of the pixel shift element 190 is large.

画素シフト素子190は、突き当て部1101を有する。光学部材200の最大角度は、突き当て部1101の高さにより規定される。図11(a)の状態では、突き当て部1101の高さが‘h’であるのに対し、累積駆動回数が多くなった図11(b)の状態では、摩耗等の機械的な経時的変化によって、突き当て部1101の高さが高さhよりも小さいht(h>ht)となっている。そのため、光学部材200の最大角度が、図11(a)の‘θ’から‘θ+β’へ大きくなっており、これに伴って、入射光/出力光間の変位量が‘D’から‘Dt(Dt>D)’へ変化している。   The pixel shift element 190 has an abutting portion 1101. The maximum angle of the optical member 200 is defined by the height of the abutting portion 1101. In the state of FIG. 11A, the height of the abutting portion 1101 is “h”, whereas in the state of FIG. Due to the change, the height of the abutting portion 1101 is ht (h> ht) smaller than the height h. Therefore, the maximum angle of the optical member 200 is increased from “θ” to “θ + β” in FIG. 11A, and accordingly, the amount of displacement between the incident light and the output light is changed from “D” to “Dt”. (Dt> D) ′.

第3実施形態では、累積駆動回数と変位量との関係を示すデータが、テーブル又は数式等の所定の形式で、ROM112に格納されている。CPU110は、シフト制御部195がカウントした累積駆動回数に応じて、ROM112に格納されたデータから、カウントされた累積駆動回数に対応する変位量を求める。そして、CPU110は、求めた変位量から1/2画素シフトを実現するための第1フレーム画像及び第2フレーム画像の位置補正量を算出して、第1補正テーブル345及び第2補正テーブル346に書き込む。位置補正部343は、第1補正テーブル345及び第2補正テーブル346に書き込まれた補正データを参照して補正を行う。これにより、累積駆動回数の増加に応じて突き当て部1101の高さが低くなることに起因する入射光/出力光間の変位量の増加を補正して、1/2画素シフトを実現することができる。こうして、第3実施形態でも、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the third embodiment, data indicating the relationship between the cumulative number of driving times and the amount of displacement is stored in the ROM 112 in a predetermined format such as a table or a mathematical expression. The CPU 110 obtains a displacement amount corresponding to the counted cumulative driving number from the data stored in the ROM 112 according to the cumulative driving number counted by the shift control unit 195. Then, the CPU 110 calculates the position correction amounts of the first frame image and the second frame image for realizing a ½ pixel shift from the obtained displacement amount, and stores them in the first correction table 345 and the second correction table 346. Write. The position correction unit 343 performs correction with reference to the correction data written in the first correction table 345 and the second correction table 346. Accordingly, a 1/2 pixel shift is realized by correcting the increase in the amount of displacement between the incident light and the output light caused by the height of the abutting portion 1101 being lowered in accordance with the increase in the cumulative number of driving times. Can do. Thus, the third embodiment can achieve the same effects as those of the first embodiment.

<第4実施形態>
第4実施形態では、4方向に画素シフトを行うことにより高解像度化を行う投影装置について説明する。第4実施形態に係る投影装置は、画像処理部、画素シフト素子及びシフト制御部の構成又は動作が、第1実施形態に係る投影装置100のものとは異なり、その他の構成は投影装置100と同じである。以下では、第4実施形態に係る投影装置について、投影装置100との相違点を中心に説明することとし、投影装置100と共通する構成についての説明を省略する。
<Fourth embodiment>
In the fourth embodiment, a description will be given of a projection apparatus that increases resolution by performing pixel shift in four directions. The projection apparatus according to the fourth embodiment differs from that of the projection apparatus 100 according to the first embodiment in the configuration or operation of the image processing unit, the pixel shift element, and the shift control unit. The same. Hereinafter, the projection apparatus according to the fourth embodiment will be described with a focus on differences from the projection apparatus 100, and description of the configuration common to the projection apparatus 100 will be omitted.

図12は、第4実施形態に係る投影装置の画像処理部1200の構成を示すブロック図である。画像処理部1200の構成要素のうち、投影装置100の画像処理部140の構成要素と機能が同じものについては、同じ符号を付して、適宜、共通する説明を省略する。画像処理部1200は、位置補正部343が参照する補正テーブルを4つ有している点で画像処理部140と異なる。4つの補正テーブルとは、第1補正テーブル1201、第2補正テーブル1202、第3補正テーブル1203及び第4補正テーブル1204であり、これらの補正テーブルは第1実施形態で説明した補正テーブルと同等のものである。   FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the image processing unit 1200 of the projection apparatus according to the fourth embodiment. Among the constituent elements of the image processing unit 1200, those having the same functions as those of the constituent elements of the image processing unit 140 of the projection apparatus 100 are denoted by the same reference numerals, and a common description is omitted as appropriate. The image processing unit 1200 is different from the image processing unit 140 in that it has four correction tables that the position correction unit 343 refers to. The four correction tables are a first correction table 1201, a second correction table 1202, a third correction table 1203, and a fourth correction table 1204. These correction tables are equivalent to the correction tables described in the first embodiment. Is.

画像処理部1200の画像生成部341は、入力画像IMGを第1画像メモリ342に書き込む。そして、画像生成部341は、画素シフト表示のための4つのフレーム画像、すなわち、第1フレーム画像DIV_A、第2フレーム画像DIV_B、第3フレーム画像DIV_C及び第4フレーム画像DIV_Dを生成する。そして、画像生成部341は、生成した第1フレーム画像DIV_A、第2フレーム画像DIV_B、第3フレーム画像DIV_C及び第4フレーム画像DIV_Dを4倍速で位置補正部343へ出力する。例えば、入力周波数が60Hz(60FPS)である場合には、出力周波数は240Hz(240FPS)となる。また、画像生成部341は、出力画像が、第1フレーム画像DIV_A、第2フレーム画像DIV_B、第3フレーム画像DIV_C及び第4フレーム画像DIV_Dのうちのどの画像かを識別可能な同期信号を出力する。   The image generation unit 341 of the image processing unit 1200 writes the input image IMG in the first image memory 342. Then, the image generation unit 341 generates four frame images for pixel shift display, that is, a first frame image DIV_A, a second frame image DIV_B, a third frame image DIV_C, and a fourth frame image DIV_D. Then, the image generation unit 341 outputs the generated first frame image DIV_A, second frame image DIV_B, third frame image DIV_C, and fourth frame image DIV_D to the position correction unit 343 at a quadruple speed. For example, when the input frequency is 60 Hz (60 FPS), the output frequency is 240 Hz (240 FPS). The image generation unit 341 outputs a synchronization signal that can identify which of the first frame image DIV_A, the second frame image DIV_B, the third frame image DIV_C, and the fourth frame image DIV_D. .

画素シフト素子190は、4方向に画素シフトを行う。図13は、4方向に画素シフトを行う場合の4つのフレーム画像の投影位置を説明する図であり、4つのフレーム画像を位置補正部343で補正することなく投影表示される画像を高解像度化することができる理想的な投影位置を示している。図13の左上に示すように、第1フレーム画像DIV_Aが投影面上に投影される。続いて、図13の右上に示すように、第2フレーム画像DIV_Bが第1フレーム画像DIV_Aよりも1/2画素だけ右側にシフトした位置に投影される。次いで、図13の右下に示すように、第3フレーム画像DIV_Cが第2フレーム画像DIV_Bよりも1/2画素だけ下側にシフトした位置に投影される。最後に、図13の左下に示すように、第4フレーム画像DIV_Dが第3フレーム画像DIV_Cよりも1/2画素だけ左にシフトした位置に投影される。その後、第1フレーム画像DIV_Aの投影に戻る。   The pixel shift element 190 performs pixel shift in four directions. FIG. 13 is a diagram for explaining the projection positions of four frame images when pixel shift is performed in four directions. The resolution of an image projected and displayed without correcting the four frame images by the position correction unit 343 is increased. It shows the ideal projection position that can be done. As shown in the upper left of FIG. 13, the first frame image DIV_A is projected on the projection plane. Subsequently, as shown in the upper right of FIG. 13, the second frame image DIV_B is projected at a position shifted to the right by ½ pixel from the first frame image DIV_A. Next, as shown in the lower right of FIG. 13, the third frame image DIV_C is projected to a position shifted by ½ pixel below the second frame image DIV_B. Finally, as shown in the lower left of FIG. 13, the fourth frame image DIV_D is projected to a position shifted to the left by ½ pixel from the third frame image DIV_C. Thereafter, the process returns to the projection of the first frame image DIV_A.

図14は、入力画像IMGからの第1フレーム画像DIV_A、第2フレーム画像DIV_B、第3フレーム画像DIV_C及び第4フレーム画像DIV_Dの生成方法を説明する模式図である。画像生成部341は、第1画像メモリ342から入力画像IMGの水平座標が偶数で垂直座標も偶数の座標の画素データをサンプリングして、第1フレーム画像DIV_Aを生成する。画像生成部341は、第1画像メモリ342から入力画像IMGの水平座標が奇数で垂直座標が偶数の座標の画素データをサンプリングして、第2フレーム画像DIV_Bを生成する。画像生成部341は、第1画像メモリ342から入力画像IMGの水平座標が奇数で垂直座標も奇数の座標の画素データをサンプリングして、第3フレーム画像DIV_Cを生成する。画像生成部341は、第1画像メモリ342から入力画像IMGの水平座標が偶数で垂直座標が奇数の座標の画素データをサンプリングして、第4フレーム画像DIV_Dを生成する。   FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a method for generating the first frame image DIV_A, the second frame image DIV_B, the third frame image DIV_C, and the fourth frame image DIV_D from the input image IMG. The image generation unit 341 generates pixel image data DIV_A from the first image memory 342 by sampling pixel data having an even horizontal coordinate and an even vertical coordinate of the input image IMG. The image generation unit 341 samples pixel data of the input image IMG whose horizontal coordinates are odd and whose vertical coordinates are even from the first image memory 342, and generates the second frame image DIV_B. The image generation unit 341 generates pixel image data DIV_C from the first image memory 342 by sampling pixel data having an odd horizontal coordinate and an odd vertical coordinate of the input image IMG. The image generation unit 341 generates pixel image data DIV_D from the first image memory 342 by sampling pixel data of the input image IMG whose horizontal coordinates are even and whose vertical coordinates are odd.

図13に示したように、生成された第1フレーム画像DIV_A、第2フレーム画像DIV_B、第3フレーム画像DIV_C及び第4フレーム画像DIV_Dを投影面上で4方向にシフトさせて投影することにより、高解像度化を図ることができる。しかしながら、投影の際に第1フレーム画像DIV_Aに対する第2フレーム画像DIV_B、第3フレーム画像DIV_C及び第4フレーム画像DIV_Dの各シフト量が理想的な1/2画素となるように画素シフト素子190を駆動することは容易ではない。そこで、画像処理部1200は、以下の説明の通りに動作することにより、画素シフト素子190の駆動によるシフト量GAP_ENCが1/2画素からずれている場合にそのずれを補正して、1/2画素シフトを実現する。   As shown in FIG. 13, by projecting the generated first frame image DIV_A, second frame image DIV_B, third frame image DIV_C, and fourth frame image DIV_D in four directions on the projection plane, High resolution can be achieved. However, the pixel shift element 190 is set so that the shift amounts of the second frame image DIV_B, the third frame image DIV_C, and the fourth frame image DIV_D with respect to the first frame image DIV_A are ideal ½ pixels during projection. It is not easy to drive. Therefore, the image processing unit 1200 operates as described below to correct the shift when the shift amount GAP_ENC due to the driving of the pixel shift element 190 is shifted from 1/2 pixel, and Realize pixel shift.

すなわち、セレクタ347は、画像生成部341から出力された同期信号と同期して動作し、画像生成部341から第1フレーム画像DIV_Aが出力されるタイミングで第1補正テーブル1201を位置補正部343へ出力する。同様に、セレクタ347は、画像生成部341から第2フレーム画像DIV_Bが出力されるタイミングで、第2補正テーブル1202を位置補正部343へ出力する。セレクタ347は、画像生成部341から第3フレーム画像DIV_Cが出力されるタイミングで第3補正テーブル1203を位置補正部343へ出力する。セレクタ347は、画像生成部341から第4フレーム画像DIV_Dが出力されるタイミングで第4補正テーブル1204を位置補正部343へ出力する。   That is, the selector 347 operates in synchronization with the synchronization signal output from the image generation unit 341, and the first correction table 1201 is sent to the position correction unit 343 at the timing when the first frame image DIV_A is output from the image generation unit 341. Output. Similarly, the selector 347 outputs the second correction table 1202 to the position correction unit 343 at the timing when the second frame image DIV_B is output from the image generation unit 341. The selector 347 outputs the third correction table 1203 to the position correction unit 343 at the timing when the third frame image DIV_C is output from the image generation unit 341. The selector 347 outputs the fourth correction table 1204 to the position correction unit 343 at the timing when the fourth frame image DIV_D is output from the image generation unit 341.

このように、第4実施形態では、位置補正部343が4つのフレーム画像毎に参照する補正テーブルを切り替える。これにより、4つのフレーム画像のそれぞれについて、画素シフト素子190の駆動特性に応じて入射光/出力光間の変位量を補正することが可能になることで1/2画素シフトを実現して、第1実施形態と同様の効果を得ることが可能になる。   Thus, in the fourth embodiment, the position correction unit 343 switches the correction table that is referred to for each of the four frame images. Thereby, for each of the four frame images, it is possible to correct the displacement amount between the incident light and the output light according to the driving characteristics of the pixel shift element 190, thereby realizing a 1/2 pixel shift, The same effect as that of the first embodiment can be obtained.

<第5実施形態>
第5実施形態では、画素シフト素子の温度に応じて位置補正量を変更する構成について説明する。なお、第5実施形態に係る投影装置での、シフト制御部、画素シフト素子及びCPUを除く各部の構成と動作は第1実施形態に係る投影装置と同様であるため、それらについての説明を省略し、以下では第5実施形態での特徴的構成について説明する。また、シフト制御部及びCPUについては、第1実施形態での説明と同じ符号を用いて説明を行う。
<Fifth Embodiment>
In the fifth embodiment, a configuration in which the position correction amount is changed according to the temperature of the pixel shift element will be described. Note that the configuration and operation of each unit other than the shift control unit, the pixel shift element, and the CPU in the projection device according to the fifth embodiment are the same as those of the projection device according to the first embodiment, and thus description thereof is omitted. Hereinafter, a characteristic configuration of the fifth embodiment will be described. The shift control unit and the CPU will be described using the same reference numerals as those described in the first embodiment.

図15は、第5実施形態に係る投影装置が備える画素シフト素子1500の概略構成を示す側面図である。画素シフト素子1500は、液晶パネル1510と複屈折素子1520を貼り合わせて構成される。色合成部180からの光は液晶パネル1510に入射し、シフト制御部によって液晶パネル1510での直線偏光方向が切り替えられる。複屈折素子1520は、複屈折特性を有し、直線偏光方向に応じて出力光の光路を空間的にシフトさせる。   FIG. 15 is a side view illustrating a schematic configuration of a pixel shift element 1500 included in the projection apparatus according to the fifth embodiment. The pixel shift element 1500 is configured by bonding a liquid crystal panel 1510 and a birefringent element 1520 together. Light from the color composition unit 180 enters the liquid crystal panel 1510, and the linear polarization direction in the liquid crystal panel 1510 is switched by the shift control unit. The birefringent element 1520 has birefringence characteristics and spatially shifts the optical path of output light according to the linear polarization direction.

画素シフト素子1500の駆動を制御するシフト制御部195(不図示)は、液晶パネル1510に印加する電圧を変化させることにより、フレーム画像の光路を制御する。また、シフト制御部195は、画素シフト素子1500の温度を検出する。温度検出手段としては、熱電対、サーミスタ、測温抵抗体等の温度センサを用いることができるが、温度を検出可能な構成であればどのようなものであってもよい。   A shift control unit 195 (not shown) that controls driving of the pixel shift element 1500 controls the optical path of the frame image by changing the voltage applied to the liquid crystal panel 1510. Further, the shift control unit 195 detects the temperature of the pixel shift element 1500. As the temperature detecting means, a temperature sensor such as a thermocouple, a thermistor, a resistance temperature detector, or the like can be used, but any configuration may be used as long as the temperature can be detected.

液晶パネル1510や複屈折素子1520には温度特性があり、温度に応じて入射光/出力光間の変位量が変化する場合があるため、シフト量GAP_ENCが1/2画素からずれてしまう場合がある。そこで、画素シフト素子1500の温度に応じて、画像生成部341から出力されたフレーム画像の補正を位置補正部343において行う。具体的には、先ず、CPU110(不図示)は、シフト制御部195から画素シフト素子1500の温度を取得する。続いてCPU110は、ROM112に予め格納されている液晶パネル1510と複屈折素子1520の温度特性を参照して位置補正量を計算し、算出した位置補正量を第1補正テーブル345及び第2補正テーブル346に書き込む。例えば、高温になるに従って屈折率が大きくなる複屈折素子1520が使用されている場合には、画素シフト素子1500が高温になるに従って大きい位置補正量が算出されるような補正データがROM112に格納される。逆に、高温になるに従って屈折率が小さくなる複屈折素子1520が使用されている場合には、画素シフト素子1500が高温になるに従って小さい位置補正量が算出されるような補正データがROM112に格納される。   Since the liquid crystal panel 1510 and the birefringent element 1520 have temperature characteristics, and the amount of displacement between incident light and output light may change depending on the temperature, the shift amount GAP_ENC may deviate from ½ pixel. is there. Therefore, the position correction unit 343 corrects the frame image output from the image generation unit 341 in accordance with the temperature of the pixel shift element 1500. Specifically, first, the CPU 110 (not shown) acquires the temperature of the pixel shift element 1500 from the shift control unit 195. Subsequently, the CPU 110 calculates a position correction amount by referring to the temperature characteristics of the liquid crystal panel 1510 and the birefringent element 1520 stored in advance in the ROM 112, and the calculated position correction amount is used as the first correction table 345 and the second correction table. Write to 346. For example, when a birefringent element 1520 whose refractive index increases as the temperature rises is used, correction data is stored in the ROM 112 so that a larger position correction amount is calculated as the pixel shift element 1500 becomes higher in temperature. The Conversely, when a birefringent element 1520 having a refractive index that decreases as the temperature rises is used, correction data is stored in the ROM 112 such that a smaller position correction amount is calculated as the pixel shift element 1500 becomes higher in temperature. Is done.

上記説明の通り第5実施形態では、位置補正部343は、画素シフト素子1500の温度変化に伴う入射光/出力光間の変位量の変化を考慮して第1補正テーブル345及び第2補正テーブル346に書き込まれた位置補正量を用いてフレーム画像の投影を行う。これにより1/2画素シフトを実現して、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。   As described above, in the fifth embodiment, the position correction unit 343 takes into account the change in the amount of displacement between the incident light and the output light accompanying the temperature change of the pixel shift element 1500, and the first correction table 345 and the second correction table. The frame image is projected using the position correction amount written in 346. Thus, a 1/2 pixel shift can be realized, and the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

<第6実施形態>
第1乃至第5実施形態では、縮小画像を生成した後に画像を補正することによって画素シフト素子に起因する画像投影位置のずれを補正する構成について説明した。これに対して、第6実施形態では、理想的な画像投影位置からの画素シフト素子によるずれ量に応じて縮小画像を生成する際の縮小サンプリング位相を決定して投影する画像を補正することにより1/2画素シフトを実現する構成について説明する。
<Sixth Embodiment>
In the first to fifth embodiments, the configuration has been described in which the shift of the image projection position caused by the pixel shift element is corrected by correcting the image after generating the reduced image. On the other hand, in the sixth embodiment, the image to be projected is corrected by determining the reduced sampling phase when generating the reduced image according to the shift amount by the pixel shift element from the ideal image projection position. A configuration for realizing a 1/2 pixel shift will be described.

第1乃至第5実施形態では、位置補正部343が出力画像IMG_Dを生成する際に、入力画像IMG_Sに対して補間処理を2回実行するが、第6実施形態では、入力画像IMG_Sに対する補間処理を1度で済ませることが可能になる。なお、第6実施形態に係る投影装置は、画像処理部、画素シフト素子及びシフト制御部の構成又は動作が第1実施形態に係る投影装置100のものとは異なるが、その他の構成は投影装置100と同じである。以下では、第6実施形態に係る投影装置について、投影装置100との相違点を中心に説明することとし、投影装置100と共通する構成についての説明を省略する。   In the first to fifth embodiments, when the position correction unit 343 generates the output image IMG_D, the interpolation process is executed twice for the input image IMG_S. In the sixth embodiment, the interpolation process for the input image IMG_S is performed. Can be completed once. The projection device according to the sixth embodiment is different from the projection device 100 according to the first embodiment in the configuration or operation of the image processing unit, the pixel shift element, and the shift control unit. The same as 100. Hereinafter, the projection apparatus according to the sixth embodiment will be described with a focus on differences from the projection apparatus 100, and the description of the configuration common to the projection apparatus 100 will be omitted.

図16は、第6実施形態に係る投影装置が備える画像処理部1600の構成を示すブロック図である。画像処理部1600は、エンコード部1601、位相算出部1602、第1画像生成部1603、第2画像生成部1604、選択部1605及び画像メモリ1610を有する。画像処理部1600を構成する各部は、バス199を介してCPU110と接続されている。   FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing unit 1600 included in the projection apparatus according to the sixth embodiment. The image processing unit 1600 includes an encoding unit 1601, a phase calculation unit 1602, a first image generation unit 1603, a second image generation unit 1604, a selection unit 1605, and an image memory 1610. Each unit constituting the image processing unit 1600 is connected to the CPU 110 via the bus 199.

エンコード部1601は、画素シフト素子190を構成する光学部材200の角度θを取得し、シフト量GAP_ENCへの変換を行う。なお、角度θの定義は、第1実施形態と同じである(図9及び図10参照)。また、角度θは、第2実施形態で説明したように、公知技術を用いて検出することができる。   The encoding unit 1601 acquires the angle θ of the optical member 200 constituting the pixel shift element 190, and performs conversion to the shift amount GAP_ENC. The definition of the angle θ is the same as that in the first embodiment (see FIGS. 9 and 10). Further, as described in the second embodiment, the angle θ can be detected using a known technique.

角度θを取得する際には、垂直方向での第1フレーム画像に対応した光学部材200の角度θAVと、第2フレーム画像に対応した光学部材200の角度θBVの2つを取得する。なお、角度θAV、角度θBV及び垂直方向でのシフト量GAP_ENCの関係は、図9(a)〜(c)を参照して説明した通りである。なお、水平方向での角度θAH、角度θBHは、垂直方向と同様に取得することができる。 When acquiring the angle θ, two angles are acquired: the angle θ AV of the optical member 200 corresponding to the first frame image in the vertical direction and the angle θ BV of the optical member 200 corresponding to the second frame image. The relationship between the angle θ AV , the angle θ BV, and the shift amount GAP_ENC V in the vertical direction is as described with reference to FIGS. Note that the angle θ AH and the angle θ BH in the horizontal direction can be acquired in the same manner as in the vertical direction.

第1フレーム画像に対応した垂直方向の変位量DAV(図9(a)参照)を、上記式7に従う下記式8により算出することができる。なお、下記式8において、‘t’は光学部材200の厚み、‘θ1AV’は入射光の入射角、‘δ1AV’は光学部材200内での光の屈折角度、‘n’は光学部材200の空気に対する屈折率、であり、‘θ1AV=θAV’、の関係が成り立つ。第2フレーム画像についての垂直方向の変位量DBV(図9(b)参照)は、下記式8において‘入射角θAV’を‘入射角θBV’に置換することによって求めることができる。第1フレーム画像と第2フレーム画像のそれぞれについての水平方向の変位量DAH,DBHはそれぞれ、変位量DAV,DAHと同様に算出することができる。 A vertical displacement D AV (see FIG. 9A) corresponding to the first frame image can be calculated by the following equation 8 according to the above equation 7. In the following Expression 8, 't' is the thickness of the optical member 200, 'θ 1AV ' is the incident angle of incident light, 'δ 1AV ' is the light refraction angle in the optical member 200, and 'n' is the optical member. The refractive index is 200 with respect to air, and the relationship 'θ 1AV = θ AV ' holds. The vertical displacement amount D BV (see FIG. 9B) for the second frame image can be obtained by substituting “incident angle θ AV ” with “incident angle θ BV ” in the following equation (8). The horizontal displacement amounts D AH and D BH for each of the first frame image and the second frame image can be calculated in the same manner as the displacement amounts D AV and D AH , respectively.

水平方向のシフト量GAP_ENCと垂直方向のシフト量GAP_ENCは、算出した変位量DAV,DBV,DAH,DBHから、図9(c)及び第2実施形態での説明に準じて、下記式9及び下記式10により算出することができる。なお、‘PWID’は、パネル画素数における水平方向の画素ピッチであり、‘PWID’は、パネル画素数における垂直方向の画素ピッチである。下記式9,10のようにパネル画素数における画素ピッチで除算するのは、長さの絶対値で算出されたシフト量DAH,DBH,DAV,DBVに対して、シフト量GAP_ENC,GAP_ENCを画素単位の値で算出するためである。算出されたシフト量GAP_ENC,GAP_ENCは、位相算出部1602へ出力される。 The horizontal shift amount GAP_ENC H and the vertical shift amount GAP_ENC V are calculated from the calculated displacement amounts D AV , D BV , D AH , and D BH according to FIG. 9C and the description in the second embodiment. It can be calculated by the following formula 9 and the following formula 10. Note that “PWID H ” is the horizontal pixel pitch in the number of panel pixels, and “PWID V ” is the vertical pixel pitch in the number of panel pixels. Dividing by the pixel pitch in the number of panel pixels as in Expressions 9 and 10 below is based on the shift amount GAP_ENC H with respect to the shift amounts D AH , D BH , D AV and D BV calculated by the absolute value of the length. , GAP_ENC V is calculated as a pixel unit value. The calculated shift amounts GAP_ENC H and GAP_ENC V are output to the phase calculation unit 1602.

Figure 2019211677
Figure 2019211677

位相算出部1602は、エンコード部1601で算出されたシフト量GAP_ENC,GAP_ENCに基づいて、第1画像生成部1603で縮小画像である第1フレーム画像DIV_Aを生成する際の縮小サンプリング位相PHASE_Aを算出する。位相算出部1602は、同様に、第2画像生成部1604で縮小画像である第2フレーム画像DIV_Bを生成する際の縮小サンプリング位相PHASE_Bを算出する。以下、縮小サンプリング位相PHASE_Aを「サンプリング位相P」と記し、縮小サンプリング位相PHASE_Bを「サンプリング位相P」と記す。 Based on the shift amounts GAP_ENC H and GAP_ENC V calculated by the encoding unit 1601, the phase calculation unit 1602 sets a reduced sampling phase PHASE_A when the first image generation unit 1603 generates the first frame image DIV_A that is a reduced image. calculate. Similarly, the phase calculation unit 1602 calculates a reduced sampling phase PHASE_B when the second image generation unit 1604 generates the second frame image DIV_B that is a reduced image. Hereinafter, the reduced sampling phase PHASE_A is referred to as “sampling phase P A ”, and the reduced sampling phase PHASE_B is referred to as “sampling phase P B ”.

図17は、縮小サンプリング位相P,Pの算出方法を説明する図であり、入力画像IMGに対応した解像度を表しており、パネル解像度の2倍の解像度の画像が入力されている。例えば、パネル解像度をFHD(1920×1080画素)とすると、入力画像IMGは4K(3840×2160画素)となる。 FIG. 17 is a diagram for explaining a method of calculating the reduced sampling phases P A and P B , showing the resolution corresponding to the input image IMG, and an image having a resolution twice the panel resolution is input. For example, if the panel resolution is FHD (1920 × 1080 pixels), the input image IMG is 4K (3840 × 2160 pixels).

縮小サンプリング位相P,Pはそれぞれ、水平方向の成分と垂直方向の各成分から構成される。縮小サンプリング位相Pは、図5での第1フレーム画像DIV_Aの縮小サンプリング位相になるため、水平座標と垂直座標が共に「偶数」である画素位置の中心からの差分量として算出される。図17では、画素D1が第1フレーム画像DIV_Aとして生成される。本実施形態では、縮小サンプリング位相Pを基準とするので、水平方向の縮小サンプリング位相PAHと垂直方向のサンプリング位相PAVは共にゼロ(0)となる。縮小サンプリング位相PAH,PAVは、第1画像生成部1603へ出力される。 The reduced sampling phases P A and P B are each composed of a horizontal component and a vertical component. Downsampling phase P A is A smaller sampling phase of the first frame image DIV_A in Fig 5 and is calculated as the difference amount from the center of the pixel position horizontal and vertical coordinates are both "even". In FIG. 17, the pixel D1 is generated as the first frame image DIV_A. In the present embodiment, since the basis of the reduced sampling phase P A, horizontal downsampling phase P AH and vertical sampling phase P AV are both zero (0). The reduced sampling phases P AH and P AV are output to the first image generation unit 1603.

一方、縮小サンプリング位相Pは、図5における第2フレーム画像DIV_Bの縮小サンプリング位相になるため、水平座標と垂直座標が共に「奇数」である画素位置の中心からの差分量として算出される。図17では、理想的には画素D4が縮小画像として生成されるが、実際には理想状態からのずれが生じていることが多い。理想状態の水平方向のシフト量を‘ZM’とすると、理想状態からの水平方向のずれ量DIFFは、DIFF=GAP_ENC−ZM、により求められる。同様に、理想状態の垂直方向のシフト量を‘ZM’とすると、理想状態からの垂直方向のずれ量DIFFは、DIFF=GAP_ENC−ZM、により求められる。そして、第2画像生成部1604で用いる水平方向の縮小サンプリング位相PBHは、ずれ量DIFFを用いて、PBH=DIFF、により求められる。同様に、第2画像生成部1604で用いる垂直方向の縮小サンプリング位相PBVは、ずれ量DIFFを用いて、PBV=DIFF、により求められる。算出された水平方向の縮小サンプリング位相PBH,PBVは、第2画像生成部1604へ出力される。 On the other hand, the reduced sampling phase P B is the reduced sampling phase of the second frame image DIV_B in FIG. 5, and thus is calculated as a difference amount from the center of the pixel position where the horizontal coordinate and the vertical coordinate are both “odd”. In FIG. 17, ideally, the pixel D4 is generated as a reduced image, but actually there are many cases where deviation from the ideal state occurs. Assuming that the horizontal shift amount in the ideal state is “ZM H ”, the horizontal shift amount DIFF H from the ideal state is obtained by DIFF H = GAP_ENC H −ZM H. Similarly, assuming that the vertical shift amount in the ideal state is “ZM V ”, the vertical shift amount DIFF V from the ideal state is obtained by DIFF V = GAP_ENC V −ZM V. Then, the horizontal reduced sampling phase P BH used in the second image generation unit 1604 is obtained by P BH = DIFF H using the shift amount DIFF H. Similarly, the reduced sampling phase P BV in the vertical direction used in the second image generation unit 1604 is obtained by P BV = DIFF V using the shift amount DIFF V. The calculated reduced sampling phases P BH and P BV in the horizontal direction are output to the second image generation unit 1604.

第1画像生成部1603は、入力画像IMGを画像メモリ1610に書き込み、位相算出部1602で算出された縮小サンプリング位相Pに基づいて、画素シフト表示のための第1フレーム画像DIV_Aを生成する。前述したように、第1画像生成部1603は、画素D1の画素値をそのまま第1フレーム画像DIV_Aとして出力する。これは、第1フレーム画像DIV_Aを基準として、ずれ量を第2フレーム画像DIV_Bで補正することで吸収するからである。そのため、第1フレーム画像DIV_Aについては、予め決められた理想的な縮小サンプリング位相で縮小処理が行われる。 The first image generating unit 1603 writes the input image IMG to the image memory 1610, based on the reduced sampling phase P A calculated by the phase calculating section 1602, and generates a first frame image DIV_A for pixel shift display. As described above, the first image generation unit 1603 outputs the pixel value of the pixel D1 as it is as the first frame image DIV_A. This is because the shift amount is absorbed by correcting with the second frame image DIV_B with the first frame image DIV_A as a reference. For this reason, the first frame image DIV_A is subjected to reduction processing at a predetermined ideal reduction sampling phase.

第2画像生成部1604は、入力画像IMGを画像メモリ1610に書き込み、位相算出部1602で算出された縮小サンプリング位相Pに基づいて、画素シフト表示のための第2フレーム画像DIV_Bを生成する。ここで、図17を用いて、補間位置P1の画素値を算出する方法について具体的に説明する。補間位置P1の補間画素値ODは、画素D4,D5,D6,D7の画素値を補間位置P1からの距離に基づく縮小サンプリング位相PBH,PBVで重み付け合成することにより算出され、下記式11により算出することができる。なお、‘D4(ix_i,iy_i)’は画素D4の画素値、‘D5(ix_i+1,iy_i)’は画素D5の画素値、‘D6(ix_i,iy_i+1)’は画素D6の画素値、‘D7(ix_i+1,iy_i+1)’は画素D7の画素値である。第2画像生成部1604は、こうして算出した補間画素値ODを全画素に対して算出したものを、第2フレーム画像DIV_Bとして出力する。なお、ここでは、バイリニア補間を用いた補間方法を例示したが、バイキュービック補間法等の他の補間方法を用いてもよい。バイキュービック補間法を用いると、より高画質な第2フレーム画像DIV_Bを生成することができる。 The second image generation unit 1604 writes the input image IMG into the image memory 1610, and generates a second frame image DIV_B for pixel shift display based on the reduced sampling phase P B calculated by the phase calculation unit 1602. Here, a method for calculating the pixel value at the interpolation position P1 will be described in detail with reference to FIG. The interpolation pixel value OD at the interpolation position P1 is calculated by weighting and combining the pixel values of the pixels D4, D5, D6, and D7 with the reduced sampling phases P BH and P BV based on the distance from the interpolation position P1. Can be calculated. Note that 'D4 (ix_i, iy_i)' is the pixel value of the pixel D4, 'D5 (ix_i + 1, iy_i)' is the pixel value of the pixel D5, 'D6 (ix_i, iy_i + 1)' is the pixel value of the pixel D6, and 'D7 ( ix_i + 1, iy_i + 1) ′ is the pixel value of the pixel D7. The second image generation unit 1604 outputs the calculated interpolation pixel value OD for all the pixels as the second frame image DIV_B. Here, although an interpolation method using bilinear interpolation is illustrated, other interpolation methods such as a bicubic interpolation method may be used. When the bicubic interpolation method is used, the second frame image DIV_B with higher image quality can be generated.

Figure 2019211677
Figure 2019211677

選択部1605は、第1フレーム画像DIV_Aと第2フレーム画像DIV_Bを入力信号の倍速のタイミングで選択し、出力画像IMG_Dとして光変調制御部150へ出力する。例えば、力周波数が60Hzの場合には、120Hzで第1フレーム画像DIV_Aと第2フレーム画像DIV_Bを切り換えて出力する。また、選択部1605は、出力画像IMG_Dが第1フレーム画像DIV_Aか第2フレーム画像DIV_Bかを識別するための同期信号をシフト制御部195へ出力する。   The selection unit 1605 selects the first frame image DIV_A and the second frame image DIV_B at the double speed of the input signal, and outputs the selected image to the light modulation control unit 150 as the output image IMG_D. For example, when the force frequency is 60 Hz, the first frame image DIV_A and the second frame image DIV_B are switched and output at 120 Hz. The selection unit 1605 outputs a synchronization signal for identifying whether the output image IMG_D is the first frame image DIV_A or the second frame image DIV_B to the shift control unit 195.

このように第6実施形態では、光学部材200の角度を検出し、縮小画像を生成する際の縮小サンプリング位相を制御して画像投影位置を補正することによって1/2画素シフトを実現する。これにより、投影される画像の解像度を高めることができる。なお、光学部材200の厚みの面内差や光学特性の面内差、光学部材200の撓み等によって、投影面上の位置毎に所望のシフト量に対するずれ量(つまり、補正量)が異なる場合がある。その場合でも第6実施形態では、エンコード部1601で領域毎に異なったシフト量GAP_ENCを算出し、位相算出部1602で縮小サンプリング位相P,Pを領域毎に算出するようにすることで、領域毎に縮小画像を生成すること可能である。これにより、投影面の全域にわたって1/2画素シフトを実現することができる。 As described above, in the sixth embodiment, a 1/2 pixel shift is realized by detecting the angle of the optical member 200 and controlling the reduced sampling phase when generating a reduced image to correct the image projection position. Thereby, the resolution of the projected image can be increased. Note that the amount of deviation (that is, the correction amount) with respect to the desired shift amount differs for each position on the projection surface due to an in-plane difference in thickness of the optical member 200, an in-plane difference in optical characteristics, a deflection of the optical member 200, or the like. There is. Even in such a case, in the sixth embodiment, the encoding unit 1601 calculates a different shift amount GAP_ENC for each region, and the phase calculation unit 1602 calculates the reduced sampling phases P A and P B for each region. It is possible to generate a reduced image for each region. Thereby, a ½ pixel shift can be realized over the entire projection surface.

<第7実施形態>
第7実施形態では、第6実施形態で説明した画像処理部1600の変形例について説明する。第6実施形態では、理想的な画像投影位置からの画素シフト素子によるずれ量に応じて縮小画像を生成する際の縮小サンプリング位相を決定したが、第7実施形態では、縮小サンプリング位相に加えてフィルタ係数を決定する構成について説明する。
<Seventh embodiment>
In the seventh embodiment, a modification of the image processing unit 1600 described in the sixth embodiment will be described. In the sixth embodiment, the reduced sampling phase for generating the reduced image is determined according to the shift amount by the pixel shift element from the ideal image projection position, but in the seventh embodiment, in addition to the reduced sampling phase. A configuration for determining the filter coefficient will be described.

図18は、第7実施形態に係る投影装置が備える画像処理部1800の構成を示すブロック図である。画像処理部1800は、フィルタ係数算出部1801を備える点で、図16に示す画像処理部1600と異なるが、その他の構成は、画像処理部1600と同じである。以下、画像処理部1800について、画像処理部1600との相違点を中心に説明することとし、画像処理部1600と共通する構成についての説明を省略する。   FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing unit 1800 included in the projection apparatus according to the seventh embodiment. The image processing unit 1800 is different from the image processing unit 1600 shown in FIG. 16 in that it includes a filter coefficient calculation unit 1801, but the other configuration is the same as the image processing unit 1600. Hereinafter, the image processing unit 1800 will be described with a focus on differences from the image processing unit 1600, and description of the configuration common to the image processing unit 1600 will be omitted.

画像処理部1600の構成では、理想的な画像投影位置からの画素シフト素子によるずれ量が大きくなると、画素シフト素子190の姿勢変更に要する時間(回転動作に要する時間)が長くなって、隣接フレームの画像が混じり合うクロストーク量が増大する。その結果、画像がぼやけてしまい、解像度を高める効果が得られなくなってしまう。この問題に対して、画像処理部1800では、縮小画像を生成する際に、画素シフト素子190によるずれ量に応じてフィルタ係数算出部1801によりフィルタ係数を制御する。   In the configuration of the image processing unit 1600, when the shift amount by the pixel shift element from the ideal image projection position increases, the time required for changing the posture of the pixel shift element 190 (time required for the rotation operation) increases, and the adjacent frame The amount of crosstalk in which the images are mixed increases. As a result, the image becomes blurred and the effect of increasing the resolution cannot be obtained. With respect to this problem, in the image processing unit 1800, when generating a reduced image, the filter coefficient calculation unit 1801 controls the filter coefficient according to the shift amount by the pixel shift element 190.

フィルタ係数算出部1801は、エンコード部1601が算出した画素シフト素子190のシフト量GAP_ENCに基づき、第1画像生成部1603で補間処理を行う際のフィルタ係数FILを算出する。これと同様にして、フィルタ係数算出部1801は、第2画像生成部1604で補間処理を行う際のフィルタ係数FILを算出する。その際、フィルタ係数算出部1801は、シフト量GAP_ENCが大きくなるほど急峻なフィルタ特性になるようにフィルタ係数FIL,FILを算出する。 Based on the shift amount GAP_ENC of the pixel shift element 190 calculated by the encoding unit 1601, the filter coefficient calculation unit 1801 calculates a filter coefficient FIL A when the first image generation unit 1603 performs interpolation processing. In the same manner, the filter coefficient calculation unit 1801 calculates a filter coefficient FIL B when the second image generation unit 1604 performs the interpolation process. At that time, the filter coefficient calculation unit 1801 calculates the filter coefficients FIL A and FIL B so that the filter characteristics become steeper as the shift amount GAP_ENC increases.

図19は、縮小画像生成時のフィルタ係数特性の例を示す図である。図19(a)は一般的なバイキュービック方式のフィルタ係数を表しており、図19(b)は一般的なニアレストネイバー方式のフィルタ係数を表している。バイキュービック方式の補間を行うと、一般的に、周囲の隣接画素値を用いた補間となるため、若干、画像のエッジがぼやける傾向があり、また、フィルタ形状によりピーク輝度が低下しやすい傾向がある。その結果、1画素が点灯しているような場合には、ピーク輝度が低下してエッジがぼけてしまう傾向がある。しかしながら、縮小画像を生成する際に周囲の隣接画素を用いるため、入力画像IMGに対し情報の欠落が少なくなる利点がある。   FIG. 19 is a diagram illustrating an example of filter coefficient characteristics when a reduced image is generated. FIG. 19A shows a general bicubic filter coefficient, and FIG. 19B shows a general nearest neighbor filter coefficient. When bicubic interpolation is performed, generally, interpolation is performed using neighboring neighboring pixel values, so the edges of the image tend to be slightly blurred, and the peak luminance tends to decrease due to the filter shape. is there. As a result, when one pixel is lit, the peak luminance tends to decrease and the edge tends to be blurred. However, since neighboring neighboring pixels are used when generating a reduced image, there is an advantage that information loss is reduced with respect to the input image IMG.

一方、ニアレストネイバー方式の補間を行うと、フィルタ特性がバイキュービック方式よりも急峻であるため、補間してもエッジ情報が残りやすい。その結果、エッジがぼやけ難くなり、また、バイキュービック方式よりも輝度低下が少ない傾向がある。但し、縮小画像の生成時に隣接画素を参照していないため、入力画像IMGに対して情報の欠落が多くなる傾向がある。   On the other hand, when nearest neighbor interpolation is performed, the filter characteristics are steeper than those of the bicubic method, so that edge information tends to remain even after interpolation. As a result, the edges are less likely to blur, and there is a tendency for the luminance to be reduced less than in the bicubic method. However, since adjacent pixels are not referred to when the reduced image is generated, there is a tendency for information to be missing from the input image IMG.

画素シフト素子190によるシフト量GAP_ENCに基づいてフィルタ係数を最適化することにより、縮小画像におけるぼやけの発生を適度に抑制しながら、縮小処理による情報の欠落を抑制することが可能となる。換言すれば、画素シフト素子190によるずれ量が大きくなることによって生じる投影画像のぼやけを軽減することができる。   By optimizing the filter coefficient based on the shift amount GAP_ENC by the pixel shift element 190, it is possible to suppress the loss of information due to the reduction process while appropriately suppressing the occurrence of blurring in the reduced image. In other words, it is possible to reduce the blurring of the projected image that occurs due to an increase in the shift amount by the pixel shift element 190.

第1画像生成部1603は、入力画像IMG、位相算出部1602で算出された縮小サンプリング位相P及びフィルタ係数算出部1801で算出されたフィルタ係数FILを用いて、第1フレーム画像DIV_Aを生成する。同様に、第2画像生成部1604は、入力画像IMG、位相算出部1602で算出された縮小サンプリング位相P及びフィルタ係数算出部1801で算出されたフィルタ係数FILを用いて、第2フレーム画像DIV_Bを生成する。その際、縮小サンプリング位相P,Pの制御は、第6実施形態と同様に行われる。また、座標補間には、例えば、バイキュービック補間を用いることができる。 The first image generating unit 1603 uses the input image IMG, downsampling calculated by the phase calculating section 1602 phase P A and the filter coefficients FIL A calculated by the filter coefficient calculation unit 1801, generating a first frame image DIV_A To do. Similarly, the second image generation unit 1604 uses the input image IMG, the reduced sampling phase P B calculated by the phase calculation unit 1602 and the filter coefficient FIL B calculated by the filter coefficient calculation unit 1801 to use the second frame image. DIV_B is generated. At that time, the control of the reduced sampling phases P A and P B is performed in the same manner as in the sixth embodiment. Further, for example, bicubic interpolation can be used for coordinate interpolation.

上述の通り、第7実施形態では、画素シフト素子190のシフト量GAP_ENCに応じて縮小画像を生成する際のフィルタ係数を制御する。これにより、投影された画像にぼやけが発生することを抑制しながら1/2画素シフトを実現して、解像度を高めることができる。   As described above, in the seventh embodiment, the filter coefficient for generating a reduced image is controlled according to the shift amount GAP_ENC of the pixel shift element 190. Thereby, it is possible to increase the resolution by realizing a 1/2 pixel shift while suppressing the occurrence of blurring in the projected image.

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。   Although the present invention has been described in detail based on preferred embodiments thereof, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various forms within the scope of the present invention are also included in the present invention. included. Furthermore, each embodiment mentioned above shows only one embodiment of this invention, and it is also possible to combine each embodiment suitably.

本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。   The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program. It can also be realized by processing. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

100 投影装置
140,1200,1600 画像処理部
150 光変調制御部
170 光変調素子
190 画素シフト素子
195 シフト制御部
200 光学部材
341 画像生成部
343 位置補正部
345 第1補正テーブル
346 第2補正テーブル
347 セレクタ
1500 画素シフト素子
1602 位相算出部
1605 選択部
1801 フィルタ係数算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Projector 140,1200,1600 Image processing part 150 Light modulation control part 170 Light modulation element 190 Pixel shift element 195 Shift control part 200 Optical member 341 Image generation part 343 Position correction part 345 1st correction table 346 2nd correction table 347 Selector 1500 Pixel shift element 1602 Phase calculation unit 1605 Selection unit 1801 Filter coefficient calculation unit

Claims (15)

入力画像から複数の画像を生成する生成手段と、
光源からの光を前記複数の画像に応じて変調する変調手段と、
前記変調手段から出力される光を所定の方向にシフトさせるシフト手段と、
前記シフト手段を制御する制御手段と、
前記シフト手段によるシフト量に関するパラメータを検出する検出手段と、
前記複数の画像のうち少なくとも1つを前記パラメータに基づいて補正する補正手段と、を備えることを特徴とする投影装置。
Generating means for generating a plurality of images from an input image;
Modulation means for modulating light from a light source according to the plurality of images;
Shift means for shifting light output from the modulation means in a predetermined direction;
Control means for controlling the shift means;
Detecting means for detecting a parameter relating to a shift amount by the shifting means;
And a correction unit that corrects at least one of the plurality of images based on the parameter.
前記補正手段は、前記シフト量が所定のシフト量に近づくように、前記複数の画像のうち、少なくとも1つを補正することを特徴とする請求項1に記載の投影装置。   The projection apparatus according to claim 1, wherein the correction unit corrects at least one of the plurality of images so that the shift amount approaches a predetermined shift amount. 入力画像をサンプリングして複数の画像を生成する生成手段と、
光源からの光を前記複数の画像に応じて変調する変調手段と、
前記変調手段から出力される光を所定の方向にシフトさせるシフト手段と、
前記シフト手段を制御する制御手段と、
前記シフト手段によるシフト量に関するパラメータを検出する検出手段と、を備え、
前記生成手段は、前記パラメータに基づく位相で前記入力画像をサンプリングして前記複数の画像を生成することを特徴とする投影装置。
Generating means for sampling an input image to generate a plurality of images;
Modulation means for modulating light from a light source according to the plurality of images;
Shift means for shifting light output from the modulation means in a predetermined direction;
Control means for controlling the shift means;
Detecting means for detecting a parameter relating to a shift amount by the shift means,
The projecting device generates the plurality of images by sampling the input image with a phase based on the parameter.
前記生成手段は、前記パラメータに基づいて前記複数の画像を生成する際に更にフィルタ係数を補正することを特徴とする請求項3に記載の投影装置。   The projection apparatus according to claim 3, wherein the generation unit further corrects a filter coefficient when generating the plurality of images based on the parameter. 前記生成手段は、前記シフト量が所定のシフト量に近づくように、前記複数の画像を生成するための位相を決定することを特徴とする請求項3又は4に記載の投影装置。   5. The projection apparatus according to claim 3, wherein the generation unit determines a phase for generating the plurality of images so that the shift amount approaches a predetermined shift amount. 6. 前記パラメータは、前記所定のシフト量に対する前記シフト量のずれ量であることを特徴とする請求項2又は5に記載の投影装置。   The projection apparatus according to claim 2, wherein the parameter is a shift amount of the shift amount with respect to the predetermined shift amount. 前記シフト手段は、光を透過する光学部材を有し、
前記制御手段は、前記変調手段から出力される光の前記光学部材への入射角を前記複数の画像毎に変えるように前記光学部材を制御することにより、前記変調手段から出力される光を所定の方向にシフトさせることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の投影装置。
The shift means includes an optical member that transmits light,
The control means controls the optical member so as to change the incident angle of the light output from the modulation means to the optical member for each of the plurality of images, thereby predetermining the light output from the modulation means. The projection apparatus according to claim 1, wherein the projection apparatus is shifted in the direction of.
前記検出手段は、前記変調手段から出力される光の前記光学部材に対する入射角、又は、前記変調手段から出力される光の進行方向と直交する面と前記光学部材における入射面とがなす角度、を検出し、検出した角度に基づいて前記パラメータを検出することを特徴とする請求項7に記載の投影装置。   The detection means is an incident angle of the light output from the modulation means with respect to the optical member, or an angle formed by a surface perpendicular to the traveling direction of the light output from the modulation means and the incident surface of the optical member, The projection apparatus according to claim 7, wherein the parameter is detected based on the detected angle. 前記検出手段は、前記光学部材の温度を検出し、検出した温度に基づいて前記パラメータを検出することを特徴とする請求項7又は8に記載の投影装置。   The projection device according to claim 7, wherein the detection unit detects a temperature of the optical member and detects the parameter based on the detected temperature. 前記シフト手段は、液晶パネルと、複屈折特性を有する光学部材とを有し、
前記制御手段は、前記液晶パネルに印加する電圧を制御することにより、前記変調手段から出力される光を所定の方向にシフトさせることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の投影装置。
The shift means includes a liquid crystal panel and an optical member having birefringence characteristics,
8. The control device according to claim 1, wherein the control unit shifts light output from the modulation unit in a predetermined direction by controlling a voltage applied to the liquid crystal panel. 9. Projection device.
前記シフト手段の累積駆動回数をカウントするカウント手段を備え、
前記検出手段は、前記累積駆動回数に基づいて前記パラメータを検出することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の投影装置。
A counting means for counting the cumulative number of driving times of the shift means;
The projection apparatus according to claim 1, wherein the detection unit detects the parameter based on the cumulative number of times of driving.
光源と、前記光源から照射された光を変調する変調素子と、前記変調素子から出力された光を所定の方向にシフトさせる光学部材とを備える投影装置の制御方法であって、
入力画像から複数の画像を生成する生成工程と、
前記複数の画像のうち少なくとも1つを補正する補正工程と、
前記複数の画像に基づいて前記光源から照射された光を変調するように前記変調素子を制御する変調制御工程と、
前記変調素子から出力された光を前記所定の方向にシフトさせるように、前記光学部材の駆動を制御するシフト制御工程と、
前記光学部材によるシフト量に関するパラメータを検出する検出工程と、
を有し、
前記補正工程は、前記複数の画像のうち少なくとも1つを前記パラメータに基づいて補正することを特徴とする投影装置の制御方法。
A control method for a projection apparatus, comprising: a light source; a modulation element that modulates light emitted from the light source; and an optical member that shifts light output from the modulation element in a predetermined direction.
A generation step of generating a plurality of images from the input image;
A correction step of correcting at least one of the plurality of images;
A modulation control step for controlling the modulation element to modulate light emitted from the light source based on the plurality of images;
A shift control step for controlling the driving of the optical member so as to shift the light output from the modulation element in the predetermined direction;
A detection step of detecting a parameter relating to a shift amount by the optical member;
Have
The method of controlling a projection apparatus, wherein the correcting step corrects at least one of the plurality of images based on the parameter.
光源と、前記光源から照射された光を変調する変調素子と、前記変調素子から出力された光を所定の方向にシフトさせる光学部材とを備える投影装置の制御方法であって、
入力画像をサンプリングして複数の画像を生成する生成工程と、
前記複数の画像のうち少なくとも1つを補正する補正工程と、
前記複数の画像に基づいて前記光源から照射された光を変調するように前記変調素子を制御する変調制御工程と、
前記変調素子から出力された光を前記所定の方向にシフトさせるように、前記光学部材の駆動を制御するシフト制御工程と、
前記光学部材によるシフト量に関するパラメータを検出する検出工程と、
を有し、
前記生成工程は、前記パラメータに基づく位相で前記入力画像をサンプリングして前記複数の画像を生成することを特徴とする投影装置の制御方法。
A control method for a projection apparatus, comprising: a light source; a modulation element that modulates light emitted from the light source; and an optical member that shifts light output from the modulation element in a predetermined direction.
A generation step of sampling the input image to generate a plurality of images;
A correction step of correcting at least one of the plurality of images;
A modulation control step for controlling the modulation element to modulate light emitted from the light source based on the plurality of images;
A shift control step for controlling the driving of the optical member so as to shift the light output from the modulation element in the predetermined direction;
A detection step of detecting a parameter relating to a shift amount by the optical member;
Have
The method for controlling a projection device, wherein the generating step samples the input image at a phase based on the parameter to generate the plurality of images.
請求項1乃至11のいずれか1項に記載の投影装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。   The program for functioning a computer as each means of the projection apparatus of any one of Claims 1 thru | or 11. 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の投影装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムを格納する記憶媒体。
A storage medium for storing a program for causing a computer to function as each unit of the projection apparatus according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022102514A1 (en) * 2020-11-11 2022-05-19 ソニーグループ株式会社 Signal processing apparatus and signal processing method

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