JP2019503616A - 投影装置の校正方法およびこのように校正された投影装置の操作方法 - Google Patents

Abstract

投影装置の校正方法およびこのように校正された投影装置の操作方法が提案され、この場合、投影装置は、それぞれ走査光線の１つの光線成分を放射する少なくとも２つの操作可能かつ制御可能な光源を備える。校正方法は、走査光線に対する基準光線の決定ステップを含み、基準光線のｘ投影機座標およびｙ投影機座標に対するそれぞれ１つのひずみ取り関数の決定ステップを含み、この場合、各ひずみ取り関数は、それぞれの投影機座標を、画像情報に割り当てられた対応画像座標に変換し、全ての光線成分に対するｘ投影機座標およびｙ投影機座標に対してそれぞれ１つのオフセット関数の決定ステップを含み、この場合、各オフセット関数は、基準光線のそれぞれのｘおよびｙ投影機座標とそれぞれの光線成分のｘまたはｙ画像座標の間のオフセットを接近させる。投影装置の操作の間に、個々の光線成分の画素の画像座標は、このとき、校正方法において得られた基準光線に対するひずみ取り関数および全ての光線成分に対するオフセット関数により決定される。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば飛点レーザラスタスキャナのような、その走査光線が異なる光源の複数の光線成分から構成された、離散的に記憶された画像情報を表示するためのいわゆる走査投影装置に関する。本発明は、このような投影装置の走査光線の個々の光線成分の間のオフセットを補償するために使用される。

ここで、画像形成は、投影面を例えば行ごとに所定の飛翔経路で掃引するパルス化光線により行われる。この場合、この走査光線の強度は、表示される画像情報に対応して変化される。上記のように、ここで話題となる投影装置における走査光線は、異なる光源の複数の成分から構成され、それは種々の波長領域を包含する。光線成分が投影面内で重ね合わされかつただ１つの画素を形成することが理想的である。すなわち、個々の光源の強度の変化により、きわめて大きなカラースペクトルが再現可能である。しかしながら、投影装置の光学構造への光源の最適調節は実際にほとんど達成されないので、一般的に、個々の光線成分の画素間にオフセットが存在する。

画像情報は、離散的走査値の形で提供される。各走査値が画像点に割り当てられている。これらの「理想的」画像点は、全画像面を覆うラスタ内に配置され、かつ一般的に直線でかつ直交する画像座標系の整数画像座標により表わされる。走査／投影過程の間における個々の光線成分の調節および偏向のために必要な光学構造に基づき、走査光線ないしは走査光線の個々の光線成分の実際の飛翔経路はこのラスタから外れるので、投影された画素の位置はラスタ点に一致しない。投影された画素は、画像座標系とは異なる、直線でなくかつ直交しない湾曲した、いわゆる投影機座標系に配置される。この投影機座標系においては、投影された画素に整数の投影機座標が割り当てられている。

補正されない画素ビデオストリームの場合、所定の画像点の画像情報は、その画像点の画像座標と同じ投影機座標を有する画素に割り当てられる。この場合、ほぼ全ての画素が対応画像座標から外れて投影されるであろう。結果として、この方法は画像ひずみを導く。

これを回避するために、投影機座標の画像座標からの非直線偏差は、投影過程の間における画像情報の前処理により補償される。画像情報のこの前処理は、撮影装置の校正を必要とする。この場合、画素の投影機座標を画像座標に変換する関数が決定され、これはひずみ取りと呼ばれる。

投影過程の間に、このとき、画像面内のその位置に対応する画像情報をそれぞれの画素に割り当てるために、個々の投影される画素の投影機座標は、所定のひずみ取り関数により画像座標に換算される。実際の画素の画像座標は一般的に整数ではない。したがって、対応光源の強度の制御は、たいていの場合、画像情報のただ１つの走査値のみでなく、実際画素の画像座標の定義される周囲内の走査値の平均値もまた基礎とされる。画像情報のこの前処理により、画像座標と投影機座標の間の非直線偏差および対応画像ひずみは回避される。

ひずみ取りのための複雑さ、したがってその計算コストは、一方で、走査／投影過程の間に個々の光線成分の調節および偏向のために選択されかつ実現された光学構造のタイプに依存し、他方で、目標とされる画像再現品質に依存する。投影過程に関与する全ての光源にひずみ取りが適用されたとき、画像ひずみのみでなく、この画像ひずみに重ね合わされた、個々の画素のカラー部分間のオフセットもまた補償される。関与する光源の数に応じてそれぞれ、これは、きわめて高い計算コストと結合されている。

投影面内の個々の光線成分間のオフセットを、画像ひずみとは全く無関係に補償する可能性が、国際公開第２００９／０２５９７６号に提案される。このために、さらに、最初の校正ステップにおいて、各光線／カラー成分に対して、変位に対応するオフセットが決定される。国際公開第２００９／０２５９７６号によると、画像情報は投影過程の間、中間メモリ内に記憶され、中間メモリ内に全画像の画像情報が記憶され、カラーチャネルに従って配置されかつ位置情報を備えている。この場合、各カラーチャネルの画像情報ないしは付属の位置情報に、事前に決定されたそれぞれのオフセットが供給される。このようにして得られた画像情報は、次に、ひずみ取り方法およびそれに基づく画像ひずみの補償のための入力データとして利用される。国際公開第２００９／０２５９７６号の場合、ひずみ取りは、また、投影過程に関与したただ１つの光源のみに対して行われ、このことは計算コストを著しく低減させる。

しかしながら、国際公開第２００９／０２５９７６号に記載の、投影装置の走査光線の個々の光線補償の間のオフセットの補償変更態様は、画像情報のための比較的大きな中間メモリを必要とする。これは、移動式投影装置のようないくつかの用途に対して、例えば消費者電子装置の範囲から問題があることがわかった。

国際公開第２００９／０２５９７６号

本発明により、投影装置の走査光線の個々の光線成分間のオフセットを、画像情報に対する増大されたメモリ要求なしに、かつ比較的小さい計算コストで補償する可能性が提供される。

本発明により、全ての光線成分に対する画像ひずみのみならず、事前に決定された基準光線に対する個々の各光線成分のオフセットもまた決定可能であることがわかる。この場合、オフセットのみならずひずみもまた場所に依存する。すなわち、ひずみおよびオフセットは、一般的に、画像の中央よりも画像の縁においてより大きい。本発明は、個々の光線成分の画素間のオフセットは、画素の投影機座標の画像座標への変換より少ない計算コストで処理可能であるという仮定に基づいている。

したがって、本発明により、
ａ．走査光線に対する基準光線の決定ステップと、
ｂ．基準光線のｘ投影機座標およびｙ投影機座標に対するそれぞれ１つのひずみ取り関数の決定ステップであって、各ひずみ取り関数は、それぞれの投影機座標を、画像情報に割り当てられた対応画像座標に変換するステップと、
ｃ．全ての光線成分に対するｘ投影機座標およびｙ投影機座標に対してそれぞれ１つのオフセット関数の決定ステップであって、各オフセット関数は、基準光線のそれぞれのｘおよびｙ投影機座標とそれぞれの光線成分のｘおよびｙ画像座標の間のオフセットを接近させるステップと、
ｄ．基準光線に対するひずみ取り関数の提供方法ステップ、
ｅ．全ての光線成分に対するオフセット関数の提供ステップと、
を含む投影装置の校正を行うことが提案される。

投影装置の操作において、このようにして得られた基準光線に対するひずみ取り関数および個々の光線成分に対するオフセット関数は、このとき、個々の光源の画素の画像座標の決定に利用される。このために、本発明による投影装置の操作方法は、
ａ．光源から発生された各画素に、飛翔経路上のその位置に対応してｘおよびｙ投影機座標が割り当てられ、この場合、異なる光源の同時に発生された画素に、同じｘおよびｙ投影機座標が割り当てられるステップと、
ｂ．これらの各ｘおよびｙ投影機座標は、ｘひずみ取り関数ないしはｙひずみ取り関数により画像情報の対応画像座標に変換されるステップであって、ひずみ取り関数は、校正方法において１つの基準光線に対して事前に決定され、かつこのように決定された画像座標が、全ての光源に対して、基準画素位置として機能するステップと、
ｃ．個々の光源から発生された画素の位置の、対応基準画素位置に対するオフセットは、校正方法において事前に各光源に対して決定されたｘおよびｙオフセット関数により決定されるステップと、
ｄ．個々の光源の画素の画像座標を個々に決定するために、各光源に対して個々に決定されたこのオフセットが、基準画素位置の画像座標に加算されるステップと、
を含む方法を提供する。

このようにして得られた画像座標は、次に、画像情報の前処理の基礎とされ、前処理は、個々の光源の対応操作により、画像ひずみおよびオフセットの補償を可能にする。
すなわち、本発明による校正方法により、本発明による投影装置の操作方法と組み合わせて、投影過程の間に、それにより個々の光源から発生された画素の投影機座標が画像座標に変換可能な比較的簡単な可能性が提供される。このとき、はじめて、画像ひずみのみならず、異なる光源の画素間のオフセットの本来の補償もまた、記憶された画像情報の処理の範囲内で行われる。この処理は、本発明により得られた画素の画像座標に基づいている。

本発明により、校正方法の範囲内において、走査光線に対する基準光線が決定される。ここでは、簡単に、走査光線の任意の光線成分が基準光線として選択される。この場合、このとき、この基準光線に対するその他の光線成分のオフセットが決定される。しかしながら、基準光線を光線成分の平均として定義する可能性もまた存在する。この場合、基準光線に対するオフセットは全ての光線成分に対して決定されなければならない。

本発明により、少なくとも基準光線に対する校正方法の範囲内において、１回だけ、それぞれの画素の投影機座標をできるだけ正確に画像座標に変換するｘおよびｙひずみ取り関数が決定される。校正方法の可能な変更態様において、さらに、その他の全ての光線成分に対してもまた、１回だけ、ｘおよびｙひずみ取り関数が決定される。次に、ｘおよびｙオフセット関数を、それぞれの光線成分のひずみ取り関数と基準光線のひずみ取り関数の間の差により、それぞれ決定する。

各場合において、基準光線に対するひずみ取り関数を、および場合によりその他の光線成分に対するひずみ取り関数もまた、ｎ次の多項式により近似することは有利であることがわかる。オフセット関数もまた、ｍ次の多項式により近似されることは有利である。個々の光線成分の画素間のオフセットが限界内に保持されることから出発されるので、オフセット関数は、少なくとも、ひずみ取り多項式より低い次数、すなわちｍ＜ｎの多項式で近似されてもよい。

これは、投影過程の間における個々の画素の画像座標の決定のための計算コストを実質的に低減する。多項式の計算のための計算コストは、多項式の次数と共に明らかに低下する。対応画像座標を決定するために、本発明により、より高い次数のひずみ取り多項式は、ただ１回のみ、すなわち基準光線に対して計算されなければならない。次に、この結果を、基準光線に対して既に存在する結果に加算するために、その他の光線成分の画素の画像座標に対して、より低い次数のオフセット多項式が計算されるだけでよい。

本発明の有利な実施形態および変更態様が以下に図面により詳細に説明される。

図１は、本発明により校正および操作可能な投影装置の投影機座標系および画像座標系の重ね合わせを有する画像面ないしは投影面１０の切取図を示す。 図２は、投影面上の２つの光源の画素の位置、ないしはこれらの画素位置の間のオフセットを示す。 図３は、本発明による投影装置の操作方法を表わすためのブロック図を示す。

図１は、例えば、いわゆる飛点レーザラスタスキャナのような、ここで話題とされたタイプの投影装置の画像面ないしは投影面１０を示す。図１は、ここでは＊印として示された、実際に発生された走査光線の画素の位置の、離散的に記憶された画像情報がそれに割り当てられた画像面１０内の位置からの偏差を表わす。これらの位置は、ここでは×印として示されている。×印は、ラスタ内に、行ないしは列の内部で等間隔に配置されている。このラスタは、直線でかつ直交する画像座標系を形成し、全画像面１０を覆う。個々のラスタ点、すなわち、離散的に記憶された画像情報に割り当てられた位置は整数画像座標により表わされる。

光路すなわち走査光線の飛翔経路はこのラスタから外れるので、投影画素の位置はラスタ点に対応しない。投影画素は、画像座標系とは異なる、直線でなくかつ直交しないで、一般的に湾曲し、しかも投影装置の光学構造に依存する投影機座標系を展張する。この投影機座標系において、投影画素は整数投影機座標を有する。この場合、投影機座標は画像面より大きい面を覆う。すなわち、投影機座標系は画像座標系に対してひずんでいる。図１は、このひずみが、画像中央においてよりも画像縁においてより強く示されていることを表わす。

補正されない画素ビデオストリームの場合、所定の画像点の画像情報は、その画像点の画像座標と同じ投影機座標を有する画素に割り当てられるであろう。すなわち、具体的には、この画素が画像面の外側に位置するにも関わらず、画素（１′、１′）に画像点（１、１）の画像情報が割り当てられるであろう。すなわち、画素（１′、１′）と同様に、その他のほぼ全ての画素もまた、対応画像座標から外れて投影されるであろう。結果として、この方法は画像ひずみに導く。これは、ねじり、クッションひずみ、台形ひずみまたはその他のより高次の偏差であってもよい。

対応画像ひずみを回避するために、投影機座標の画像座標からの非直線偏差は、投影過程の間における画像情報の前処理により補償される。しかしながら、このために、はじめに、投影機座標が画像座標に変換されなければならず、このことはひずみ取りと呼ばれる。このようにして得られた画素の画像座標は一般的に整数ではない。各画素にできるだけ画像面内のその位置に対応する画像情報を割り当てるために、一般的に、各画素に、画像情報のただ１つの走査値のみならず、得られた画素の画像座標の定義された周囲内の走査値の平均値もまた割り当てられる。この画像情報の前処理により、画像座標と投影機座標の間の非直線偏差が補償されかつ対応画像ひずみが回避される。

投影装置が複数の光源を含むとき、上記の図１と組み合わせて説明された効果に、他の効果が重ね合わされる。この場合、走査光線は、カラー画像再現を可能にする複数の光線成分から合成される。これは、例えば、赤、緑および青のカラーのレーザダイオードであってもよい。また、２つの赤のレーザダイオード、１つの緑および１つの青のレーザダイオードが設けられていてもよい。実際には、個々の光線成分は、光学構造に基づいて、ほぼ同じ飛翔経路を描く。個々の光源ないしは光線成分の画素が重なり合うのが理想的である。しかしながら、実際には、しばしば、個々の光源の画素間のオフセットが発生し、これが光学構造の回避不可能な調節エラーの原因となる。ここで問題となるタイプの投影装置の走査光線の両方の光線成分間のこのオフセットを図２が表わしている。ここでそれぞれ×印と＊印で示された、両方の光線成分の画素位置のラスタを有する投影面ないしは画像面が示されている。図２は、これらのオフセットは、同様に、確かに画像面上の画素の位置に依存するが、ほぼ並進していることを明確に表わしている。

したがって、本発明により、投影過程の間においては、全ての光線成分に対して画素の画像座標がひずみ取り関数により決定されず、事前に決定された基準光線に対してのみ決定される。その他の光線成分の画素に対しては、このとき、基準光線の対応画素に対するオフセットのみが決定されかつこれがこの基準画素の画像座標に加算され、このことが図３のブロック図により表わされる。

図３は、全部で４つの光源、すなわち、２つの赤のレーザダイオードγ０およびγ１、１つの緑のレーザダイオードｇおよび１つの青のレーザダイオードｂを有する投影装置に関する。これに、個々の光源ないしは光線成分の画素に投影機座標ｘ、ｙを割り当てるラスタ化装置３０１が割り当てられ、この場合、同時に発生された異なる光源γ０、γ１、ｇおよびｂの画素に同じ投影機座標ｘ、ｙが割り当てられる。これらの投影機座標ｘ、ｙは、ｘひずみ取り関数およびｙひずみ取り関数により画像座標に変換される。ここに記載の実施例において、これらの両方のひずみ取り関数はそれぞれ、事前に、基準光源ないしは基準光線に対する校正方法の範囲内で決定された、タイプ

の５次の多項式である。投影機座標ｘ、ｙは、さらに、その他の全ての光源ないしは光線成分の基準光線に対する画素のオフセットを決定するために使用される。これは、事前に、校正方法の範囲内で各光源に対して個々に決定されたｘオフセット関数およびｙオフセット関数により行われる。ここに記載の実施例において、これらのオフセット関数はそれぞれ、タイプ

の３次の多項式である。個々の光線成分の画素に対する画像座標γ０ｙ、γ１ｙ、ｇｙ、ｂｙおよびγ０ｘ、γ１ｘ、ｇｘ、ｂｘは、最終的に、はじめに、各光線成分に対して、基準光線に対する個々のオフセットが決定されることにより決定される。これは、次に、基準光線に対してひずみ取り関数により決定された基準光線の画像座標に加算される。

上記のように、このようにして得られた画像座標は、次に、画像情報の前処理の基礎とされる。この場合、画像面内の画素の位置に対応する、個々の光線成分に対する強度値が決定される。画像情報はメモリ部品３０２内に記憶されている。

上記のように、本発明による校正方法の範囲内において、走査光線に対して基準光線が決定される。これは、簡単に、走査光線の任意の光線成分であってもよい。基準光線は、光線成分の平均として定義されてもよい。図３に示されたブロック図は、両方の変更態様を含み、その理由は、ここでは、全ての光線成分に対して基準光線に対するオフセットが決定されるからである。１つの光線成分が基準光線として機能したとき、この光線成分に対するオフセットは簡単にゼロにセットされる。

校正方法の範囲内において、少なくとも基準光線に対して、それぞれの画素の投影機座標の画像座標に対する偏差が決定される。このために、例えば、カメラシステムが使用されてもよい。このようにして得られた情報に基づいて、この偏差をできるだけ良好に接近させる関数が、ひずみ取り関数として決定される。このために、ここに記載の実施例のように、より高次の多項式が提供される。個々の光線成分に対するオフセット関数は、同様に、多項式によって近似されることが有利である。個々の光線成分の画素間のオフセットが限界内に保持されることから出発されているので、オフセット関数はひずみ取り多項式より低次の多項式によって近似可能であることが有利である。

１０ 画像面、投影面
３０１ ラスタ化装置
３０２ メモリ部品

Claims (8)

1. それぞれ走査光線の１つの光線成分を放射する、少なくとも２つの操作可能かつ制御可能な光源と、
   対応画素が投影面上にできるだけ重ね合わされかつ所定の飛翔経路内で投影面上に移動されるような、光線成分の集束、調節および移動手段により、離散的に記憶された画像情報を表示するための投影装置の校正方法において、
   ａ．走査光線に対する基準光線の決定ステップと、
   ｂ．基準光線のｘ投影機座標およびｙ投影機座標に対するそれぞれ１つのひずみ取り関数の決定ステップであって、各ひずみ取り関数は、それぞれの投影機座標を、画像情報に割り当てられた対応画像座標に変換するステップと、
   ｃ．全ての光線成分に対するｘ投影機座標およびｙ投影機座標に対してそれぞれ１つのオフセット関数の決定ステップであって、各オフセット関数は、基準光線のそれぞれのｘおよびｙ投影機座標とそれぞれの光線成分のｘおよびｙ画像座標の間のオフセットを接近させるステップと、
   ｄ．基準光線に対するひずみ取り関数の提供ステップと、
   ｅ．全ての光線成分に対するオフセット関数の提供ステップと、
   を含む投影装置の校正方法。
2. 走査光線の全ての光線成分に対して、ｘ投影機座標およびｙ投影機座標に対するそれぞれ１つのひずみ取り関数が決定され、
   各ひずみ取り関数は、それぞれの投影機座標を、画像情報に割り当てられた対応画像座標に変換し、
   基準光線のそれぞれのｘまたはｙひずみ取り関数とそれぞれの光線成分のｘまたはｙひずみ取り関数の間のオフセットが接近させられることにより、全ての光線成分に対するｘ投影機座標およびｙ投影機座標に対してオフセット関数が決定されること、
   を特徴とする請求項１に記載の校正方法。
3. 走査光線の１つの光線成分が基準光線として決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の校正方法。
4. 個々の光線成分の光線経路が平均されることにより、基準光線が決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の校正方法。
5. ひずみ取り関数が
   

   

   の形のｎ次の多項式として決定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の校正方法。
6. オフセット関数が
   

   

   の形のｍ次の多項式として決定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の校正方法。
7. ｍ＜ｎである請求項５又は６に記載の校正方法。
8. それぞれ走査光線の光線成分を放射する、少なくとも２つの操作可能かつ制御可能な光源と、
   対応画素が投影面上にできるだけ重ね合わされかつ所定の飛翔経路内で投影面上に移動されるような、光線成分の集束、調節および移動手段により、離散的に記憶された画像情報を表示するための投影装置の操作方法において、
   投影装置は請求項１〜６のいずれか一項に記載の校正方法により校正済みであり、
   ａ．光源から発生された各画素に、飛翔経路上のその位置に対応してｘおよびｙ投影機座標が割り当てられるステップであって、異なる光源の同時に発生された画素に、同じｘおよびｙ投影機座標が割り当てられるステップと、
   ｂ．これらの各ｘおよびｙ投影機座標は、ｘひずみ取り関数ないしはｙひずみ取り関数により画像情報の対応画像座標に変換されるステップであって、ひずみ取り関数は、校正方法において１つの基準光線に対して事前に決定され、かつこのように決定された画像座標が、全ての光源に対して、基準画素位置として機能するステップと、
   ｃ．個々の光源から発生された画素の位置の、対応基準画素位置に対するオフセットは、請求項１〜６のいずれか一項に記載の校正方法において事前に各光源に対して決定されたｘおよびｙオフセット関数により決定されるステップと
   ｄ．個々の光源の画素の画像座標を個々に決定するために、各光源に対して個々に決定されたこのオフセットが、基準画素位置の画像座標に加算されるステップと、
   を含むことを特徴とする投影装置の操作方法。

Images