JP2020123800A - 投影位置検出装置、画像投影システムおよび投影位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投影対象の種類に限られずに、投影画像の投影位置を設定できる投影位置検出装置および画像投影システムを提供する。【解決手段】投影位置検出装置は、投影対象に投影された投影画像を含む撮像範囲からの光を受光し、互いに異なる波長に対応する複数の分光画像を撮像する分光カメラと、複数の前記分光画像に基づいて各画素の分光スペクトルを演算するスペクトル演算部と、前記画素の前記分光スペクトルに基づいて前記撮像範囲における特徴点を検出する特徴点検出部と、前記特徴点に対する前記投影画像の相対位置を算出する投影位置算出部と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、投影位置検出装置、画像投影システムおよび投影位置検出方法に関する。

従来、プロジェクターによって投影される投影画像の位置などを制御する画像投影システムが存在する。
例えば、特許文献１には、カメラを利用してスクリーンの位置を検出し、当該スクリーンに対する投影画像の位置を制御するシステムが記載されている。このシステムでは、２台のカメラでそれぞれ撮像された画像に基づいて、長方形のスクリーンの各角部を検出し、各カメラから各角部までの距離を算出することにより、プロジェクターに対するスクリーンの相対位置を算出する。そして、算出された相対位置に基づいて投射レンズの角度やズーム量等を調整することにより、スクリーンの投射領域に合わせた画像が投射される。

特開２００４−３４１０２９号公報

しかし、特許文献１に記載のシステムでは、スクリーンではなく一様な壁面等に画像を投影する場合、画像の投影位置を検出するための基準が存在しないため、画像の投影位置を設定できない。このため、設置場所の振動や人の接触等によって画像の投影位置にズレが生じた場合、このズレを検出することが困難である。

本発明の投影位置検出装置は、投影対象に投影された投影画像を含む撮像範囲からの光を受光し、互いに異なる波長に対応する複数の分光画像を撮像する分光カメラと、複数の前記分光画像に基づいて各画素の分光スペクトルを演算するスペクトル演算部と、前記画素の前記分光スペクトルに基づいて前記撮像範囲における特徴点を検出する特徴点検出部と、前記特徴点に対する前記投影画像の相対位置を算出する投影位置算出部と、を備えることを特徴とする。

本発明の投影位置検出装置において、前記分光カメラは、互いに対向する一対の反射膜および前記一対の反射膜の間のギャップの寸法を変更するギャップ変更部を有する波長可変干渉フィルターと、前記波長可変干渉フィルターを透過した光を撮像する撮像素子と、を備えることが好ましい。

本発明の投影位置検出装置において、前記分光カメラは、近赤外域の波長に対応する前記分光画像を撮像することが好ましい。

本発明の投影位置検出装置において、前記投影対象に対して近赤外域の波長を含む光を照射する光源をさらに備えることが好ましい。

本発明の画像投影システムは、上述の投影位置検出装置と、前記投影対象に対して前記投影画像を投射する投射レンズと、前記投射レンズの光軸調整またはズーム調整を行うレンズ調整機構と、前記特徴点に対する前記投影画像の前記相対位置の変動量に基づいて、前記レンズ調整機構を制御するレンズ制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明の画像投影システムは、上述の投影位置検出装置と、前記特徴点に対する前記投影画像の前記相対位置の変動量に基づいて、前記投影画像を補正する画像処理部と、を備えることを特徴とする。

本発明の投影位置検出方法は、投影対象に投影された投影画像を含む撮像範囲からの光を受光し、互いに異なる波長に対応する複数の分光画像を撮像する撮像ステップと、複数の前記分光画像に基づいて各画素の分光スペクトルを演算するスペクトル演算ステップと、前記画素の前記分光スペクトルに基づいて前記撮像範囲における特徴点を検出する特徴点検出ステップと、前記特徴点に対する前記投影画像の相対位置を算出する投影位置算出ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る画像投影システムおよび投影対象を示す模式図。 前記実施形態の画像投影システムの概略構成を示すブロック図。 前記実施形態の投影位置制御部の概略構成を示すブロック図。 前記実施形態の分光カメラの概略構成を示す模式図。 前記実施形態の画像投影システムにおける初期設定の流れを説明するフローチャート。 前記実施形態における解析画像の例を示す模式図。 前記実施形態の画像投影システムの動作を説明するフローチャート。 前記実施形態における解析画像の例を示す模式図。

以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る画像投影システム１および投影対象１０１を示す模式図であり、図２は、画像投影システム１の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る画像投影システム１は、図１に示すように、プロジェクター２と、プロジェクター２に接続された分光カメラ３と、を備えている。
この画像投影システム１は、本発明の投影位置検出装置を含んで構成されており、プロジェクター２により壁面などの投影対象１０１に投影される投影画像Ｉｐの位置を、分光カメラ３により撮像された分光画像に基づいて制御するものである。

［プロジェクター２の構成］
プロジェクター２は、図２に示すように、表示部２１、レンズ調整機構２２および制御部２３を備える。この他、プロジェクター２は、図示を省略するが、当該プロジェクター２を構成する電子部品に電力を供給する電源装置や、冷却対象を冷却する冷却装置等を備える。

表示部２１は、制御部２３から入力される駆動信号に応じた画像を形成および投射する。この表示部２１は、光源２１１、液晶パネル２１２および投射レンズ２１３を備える。
光源２１１は、液晶パネル２１２の画像形成領域を照明する。このような光源２１１としては、超高圧水銀ランプ等の光源ランプ、および、当該光源ランプから出射された光を一方向に揃えて反射させる反射鏡を有する構成を採用できる他、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）およびＬＤ（Laser Diode）等の固体光源を有する構成を例示できる。
液晶パネル２１２は、上記駆動信号に応じて駆動して、光源２１１から入射される光を変調する光変調装置である。

投射レンズ２１３は、液晶パネル２１２にて形成された画像を、スクリーンの被投射面上に拡大投射する投射光学装置である。この投射レンズ２１３は、鏡筒と、当該鏡筒内に配置された複数のレンズとを有する組レンズを例示できる。このような複数のレンズの１つとして、投射レンズ２１３は、入射された画像を拡大／縮小して被投射面に投射するズームレンズ２１３Ａを備え、当該ズームレンズ２１３Ａは、投射レンズ２１３の光軸に沿って進退する。

レンズ調整機構２２は、投射レンズ２１３を、当該投射レンズ２１３の光軸に対して直交するＸ方向、および、前記光軸およびＸ方向のそれぞれに直交するＹ方向に移動させ、投射位置を調整させる。また、レンズ調整機構２２は、投射レンズ２１３のズームレンズ２１３Ａを、当該投射レンズ２１３の光軸に沿うＺ方向に移動させ、投射画像を拡大／縮小させる。
すなわち、レンズ調整機構２２は、投射レンズ２１３の光軸をＸ方向移動させるＸシフト部２２１と、投射レンズ２１３の光軸をＹ方向に移動させるＹシフト部２２２と、ズームレンズ２１３ＡをＺ方向に移動させるズーム部２２３と、を備える。

ここで、投射レンズ２１３の光軸が＋Ｙ側に移動されると、投影画像Ｉｐは＋Ｙ側に移動される。同様に、投射レンズ２１３の光軸が−Ｙ側に移動されると、投影画像Ｉｐは、−Ｙ側に移動される。
また、投射レンズ２１３が＋Ｘ側に移動されると、投影画像Ｉｐは、＋Ｘ側に移動される。同様に、投射レンズ２１３が−Ｘ側に移動されると、投影画像Ｉｐは、−Ｘ側に移動される。
さらに、レンズ調整機構２２により、ズームレンズ２１３ＡがＺ方向に一方側に移動されて画角が広がると、投影画像Ｉｐのサイズは大きくなる。一方、ズームレンズ２１３ＡがＺ方向の他方側に移動されて画角が狭まると、投影画像Ｉｐのサイズは小さくなる。

このレンズ調整機構２２の具体的な構成は、特に限定されないが、例えば、投射レンズ２１３をＸ方向に移動可能に保持するＸ軸ガイドと、投射レンズ２１３をＹ方向に移動可能に保持するＹ軸ガイドと、投射レンズ２１３の内部でズームレンズ２１３ＡをＺ方向に移動させるＺ軸ガイドと、を備える。各軸ガイドには、投射レンズ２１３またはズームレンズ２１３Ａを駆動させる駆動力を供給するステッピングモーターが設けられる。この例では、レンズ調整機構２２は、制御部２３からのレンズ駆動信号に基づいて、各軸に対応したステッピングモーターを所定量駆動させることで、投射レンズ２１３またはズームレンズ２１３Ａを移動させる。

制御部２３は、表示部２１を含むプロジェクター２の装置全体の動作を制御する。この制御部２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）等が実装された回路基板として構成されている。
そして、制御部２３では、当該ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することで、画像処理部２３１、表示制御部２３２、レンズ制御部２３３および投影位置制御部２４０として機能する。また、制御部２３は、投影画像Ｉｐの初期位置などを記憶する記憶部２３４を含んでいる。

画像処理部２３１は、外部から受信された画像データ（画像信号を含む）を処理し、当該画像データに基づいて１画面分の画像をフレームメモリー（図示省略）に描画する。
表示制御部２３２は、画像処理部２３１にて描画された画像を適宜読み出し、液晶パネル２１２を順次駆動させて、当該画像を形成させる。
レンズ制御部２３３は、レンズ調整機構２２の動作を制御する。
記憶部２３４は、後述する投影画像Ｉｐの初期設定などを記憶する。

投影位置制御部２４０は、分光カメラ３により撮像された分光画像を解析し、解析結果に基づいてレンズ制御部２３３または画像処理部２３１に対して補正指示を出力する。これにより、投影位置制御部２４０は、投影対象１０１における投影画像Ｉｐの投影位置等を制御する。この投影位置制御部２４０は、分光カメラ３と共に投影位置検出装置１００を構成している。また、投影位置制御部２４０は、図３に示すように、スペクトル演算部２４１、特徴点検出部２４２、投影位置算出部２４３および補正指示部２４４を含んで構成される。

［分光カメラ３の構成］
分光カメラ３は、図２に示すように、近赤外光源３１と、入射光学系３２と、波長可変干渉フィルター３３と、撮像素子３４と、カメラ制御部３５と、を含んで構成されている。
近赤外光源３１は、分光カメラ３による撮像範囲に対して、近赤外域の光を照射する光源である。

図４は、入射光学系３２、波長可変干渉フィルター３３および撮像素子３４の各構成を示す模式図である。
入射光学系３２は、例えばテレセントリック光学系等により構成され、光軸と主光線とが平行または略平行となるように入射光を波長可変干渉フィルター３３および撮像素子３４に導く。
波長可変干渉フィルター３３は、ファブリーペローエタロンフィルターであり、互いに対向する一対の反射膜３３１，３３２と、これらの反射膜３３１，３３２の間の距離を変更可能な静電アクチュエーター３３３（本発明のギャップ変更部）とを備えて構成される。この波長可変干渉フィルター３３は、静電アクチュエーター３３３への印加電圧が制御されることで、反射膜３３１，３３２を透過する光の波長（分光波長）が変更可能となる。
撮像素子３４は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサーにより構成され、波長可変干渉フィルター３３を透過した画像光を撮像する。本実施形態の分光カメラ３では、撮像素子３４の各画素において、それぞれ波長可変干渉フィルター３３を透過した光が入射される。

カメラ制御部３５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および内蔵メモリー等を含んで構成された集積回路である。カメラ制御部３５は、ＣＰＵが内蔵メモリーに記録されたコンピュータープログラムを読み込み実行させることで、波長切替部３５１および撮像制御部３５２として機能する。また、カメラ制御部３５は、記憶部３５３を含んで構成される。
なお、記憶部３５３には、波長可変干渉フィルター３３を透過させる光の波長と静電アクチュエーター３３３への指令値とを互いに対応付けた駆動テーブルが記録されている。

波長切替部３５１は、駆動テーブルに基づいて、波長可変干渉フィルター３３の静電アクチュエーター３３３に入力する指令値を変更する。
撮像制御部３５２は、撮像素子３４の各画素から出力された受光信号（スペクトル情報）を取得して分光画像を得る。

分光カメラ３は、取得した分光画像をプロジェクター２に送信可能に構成されている。具体的には、分光カメラ３は、プロジェクター２に対して、電波や赤外線等を用いて無線接続されてもよいし、ケーブル線等により有線接続されてもよい。

［画像投影システム１の初期設定］
画像投影システム１の初期設定について、図５のフローチャートを参照して説明する。画像投影システム１の初期設定では、本実施形態の投影位置検出方法を利用する。なお、以下の説明において、プロジェクター２は、常設展示の画像を投影するものであり、投影対象１０１は、一様な色で彩色された平坦な壁面であるとする。

まず、プロジェクター２および分光カメラ３をそれぞれ設置する（ステップＳ１１）。
具体的には、例えばユーザーが、投影対象１０１に投影される投影画像Ｉｐを確認しながら、投影画像Ｉｐが所望位置に所望サイズで表示されるように、プロジェクター２を設置する。また、例えばユーザーは、投影対象１０１に投影された投影画像Ｉｐを含む所定範囲が撮像範囲となるように、分光カメラ３を設置する。
ここで、分光カメラ３の撮像範囲には、投影画像Ｉｐだけでなく、マーカーＭが含まれるものとする。本実施形態のマーカーＭは、図１に示すように投影対象１０１である壁面に設置された矩形のプレート（施設の案内プレート等）である。ただし、本発明はこれに限られず、マーカーＭは、投影対象１０１である壁面にみられる塗料のムラ、染み、または傷等であってもよい。
その後、プロジェクター２は、投影画像Ｉｐを投影開始する（ステップＳ１２）。なお、プロジェクター２は、ステップＳ１１から投影画像Ｉｐの投影を継続してもよい。

次に、分光カメラ３は、互いに異なる波長に対応する複数の分光画像を撮像する（ステップＳ１３；撮像ステップ）。
このとき、近赤外光源３１は、分光カメラ３の撮像範囲に対して、７５０ｎｍ〜９５０ｎｍの近赤外光を照射する。
また、波長切替部３５１は、駆動テーブルから指令値を順に読み出し、波長可変干渉フィルター３３の静電アクチュエーター３３３に順に入力する。これにより、波長可変干渉フィルター３３の透過波長は、予め設定された複数の波長（目標波長）に順次変更される。なお、目標波長は、可視光〜近赤外光の範囲（例えば６８０ｎｍ〜８８０ｎｍ）であって、２０ｎｍ刻みに設定されている。
また、撮像素子３４は、撮像制御部３５２に制御されることにより、波長可変干渉フィルター３３の透過波長が目標波長に設定される毎に撮像を行う。これにより、各目標波長に対応する分光画像が撮像される。

次に、スペクトル演算部２４１は、分光カメラ３から複数の分光画像を取得し、複数の分光画像に基づいて各画素の分光スペクトルを演算する（ステップＳ１４；スペクトル演算ステップ）。これにより、図６に示すような解析画像Ｉａが生成される。
図６に示す解析画像Ｉａは、各画素の分光スペクトルに基づいて、複数の画素領域に区分される。
ここで、投影画像Ｉｐは、可視光により投影される画像であるため、６８０ｎｍ付近の波長で最も反射強度が高くなる。このため、解析画像Ｉａにおいて６８０ｎｍ付近の波長で最大強度となる画素領域を、投影画像領域Ｒ１とする。
また、投影画像領域Ｒ１の周囲において、投影画像領域Ｒ１の分光スペクトルとは異なる分光スペクトルを示す画素領域を、背景領域Ｒ２とする。
また、背景領域Ｒ２により囲われる領域であって、投影画像領域Ｒ１および背景領域Ｒ２とはそれぞれ異なる分光スペクトルを示す画素領域を、マーカー領域Ｒ３とする。

特徴点検出部２４２は、解析画像Ｉａにおけるマーカー領域Ｒ３の境界線を検出して当該境界線の角部Ｃｍ１〜Ｃｍ４を導出する。そして、角部Ｃｍ１〜Ｃｍ４の４点に対する重心を特徴点Ｇとして検出する（ステップＳ１５；特徴点検出ステップ）。

次に、投影位置算出部２４３は、解析画像Ｉａにおける投影画像領域Ｒ１の境界線を検出して当該境界線の角部Ｃｐ１〜Ｃｐ４を導出する。そして、特徴点Ｇに対する投影画像Ｉｐの相対位置として、特徴点Ｇを原点とする角部Ｃｐ１〜Ｃｐ４の座標（Ｘａ１，Ｙａ１）〜（Ｘａ４，Ｙａ４）を算出する（ステップＳ１６；投影位置算出ステップ）。

その後、投影位置算出部２４３は、ステップＳ１６で算出した座標（Ｘａ１，Ｙａ１）〜（Ｘａ４，Ｙａ４）を、投影画像Ｉｐの初期位置として記憶部２３４に記憶させる（ステップＳ１７）。
以上により、画像投影システム１の初期設定が終了する。

［画像投影システム１の動作］
画像投影システム１の動作について、図７のフローチャートを参照して説明する。なお、図７のフローチャートは、プロジェクター２が投影画像Ｉｐを投影開始することにより開始される。

まず、分光カメラ３は、現在時刻が位置検出タイミングであるか否かを判断し（ステップＳ２１）、Ｙｅｓと判断した場合は次のステップＳ２２に進み、Ｎｏと判断した場合は、Ｙｅｓと判断するまで待機する。なお、位置検出タイミングは、例えば一定時間毎に設定されている。

次に、分光カメラ３は、互いに異なる波長に対応する複数の分光画像を撮像する（ステップＳ２２）。投影位置制御部２４０は、撮像された複数の分光画像に基づいて、特徴点Ｇに対する投影画像Ｉｐの相対位置、すなわち、特徴点Ｇを原点とする角部Ｃｐ１〜Ｃｐ４の座標（Ｘｂ１，Ｙｂ１）〜（Ｘｂ４，Ｙｂ４）を算出する（ステップＳ２３）。
なお、ステップＳ２２は、上述したステップＳ１３と同様であり、ステップＳ２３は、上述したステップＳ１４〜ステップＳ１６と同様である。

次に、補正指示部２４４は、ステップＳ２３で算出された座標（Ｘｂ１，Ｙｂ１）〜（Ｘｂ４，Ｙｂ４）と、記憶部２３４に記憶された初期位置（Ｘａ１，Ｙａ１）〜（Ｘａ４，Ｙａ４）とを比較し、初期位置に対する変動量（ΔＸ１，ΔＹ１）〜（ΔＸ４，ΔＹ４）を算出する（ステップＳ２４）。

次に、補正指示部２４４は、ステップＳ２４で算出された変動量（ΔＸ１，ΔＹ１）〜（ΔＸ４，ΔＹ４）が、Ｘ座標およびＹ座標のそれぞれについて、予め設定された閾値内であるか否かを判断する（ステップＳ２５）。
変動量（ΔＸ１，ΔＹ１）〜（ΔＸ４，ΔＹ４）が、Ｘ座標およびＹ座標の両方について閾値内であると判断された場合（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、ステップＳ２１に戻る。
一方、変動量（ΔＸ１，ΔＹ１）〜（ΔＸ４，ΔＹ４）が、Ｘ座標およびＹ座標の少なくとも一方について閾値内ではないと判断された場合（ステップＳ２５；Ｎｏ）、ステップＳ２６に進む。

次に、補正指示部２４４は、変動量（ΔＸ１，ΔＹ１）〜（ΔＸ４，ΔＹ４）に基づいて、投影画像Ｉｐの位置、サイズまたは形状に関して初期状態からのズレが生じているかを判断し、判断結果に基づいてレンズ制御部２３３または画像処理部２３１に補正指示を出力する（ステップＳ２６）。

例えば、投影画像Ｉｐが初期位置からＹ方向およびＸ方向にずれている場合の解析画像Ｉａを図８に例示する。なお、図８では、初期位置の投影画像領域Ｒ１を破線で示し、現在の投影画像領域Ｒ１を実線で示している。
図８に示す例において、変動量ΔＸ１〜ΔＸ４は互いに等しい値（図８中のΔＸ）であり、変動量ΔＹ１〜ΔＹ４は、互いに等しい値（図８中のΔＹ）である。このような場合、補正指示部２４４は、投影画像Ｉｐに位置ずれが生じたと判断し、レンズ制御部２３３に対して変動量（ΔＸ，ΔＹ）に基づく補正指示を出力する。この補正指示が入力されたレンズ制御部２３３は、変動量ΔＸに基づいてＸシフト部２２１を制御し、変動量ΔＹに基づいてＹシフト部２２２を制御する。これにより、Ｘシフト部２２１およびＹシフト部２２２は、投影画像Ｉｐの位置が初期位置に近づくように、投射レンズ２１３をＸ方向およびＹ方向に移動させる。すなわち、投影画像Ｉｐは、一定の投影位置を保つように制御される。

なお、補正指示部２４４は、投影画像Ｉｐにサイズ変動が生じたと判断した場合には、レンズ制御部２３３に対して変動量（ΔＸ１，ΔＹ１）〜（ΔＸ４，ΔＹ４）に基づく補正指示を出力する。レンズ制御部２３３は、補正指示に基づいてズーム部２２３を制御することにより、投影画像Ｉｐのサイズを初期状態に近づける。
また、補正指示部２４４は、投影画像Ｉｐの形状が変動したと判断した場合には、画像処理部２３１に対して変動量（ΔＸ１，ΔＹ１）〜（ΔＸ４，ΔＹ４）に基づく補正指示を出力する。画像処理部２３１は、補正指示に基づいて投影画像Ｉｐのデータを補正することにより、投影画像Ｉｐの形状を初期状態に近づける。

プロジェクター２の電源を切るなど、投影が終了した場合（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）には、上述のフローを終了する。一方、投影が継続する場合（ステップＳ２７：Ｎｏ）には、ステップＳ２１に戻り、上述のフローを繰り返す。

［本実施形態の効果］
以上説明した本実施形態に係る投影位置検出装置１００および画像投影システム１によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態の投影位置検出装置１００は、投影対象１０１に投影された投影画像Ｉｐを含む撮像範囲からの光を受光し、互いに異なる波長に対応する複数の分光画像を撮像する分光カメラ３と、複数の分光画像に基づいて各画素の分光スペクトルを演算するスペクトル演算部２４１と、画素の分光スペクトルに基づいて撮像範囲における特徴点Ｇを検出する特徴点検出部２４２と、特徴点Ｇに対する投影画像Ｉｐの相対位置を算出する投影位置算出部２４３と、を備える。
このような構成によれば、分光カメラ３の撮像範囲に検出される特徴点Ｇが、投影画像Ｉｐの投影位置を算出するための基準となる。このため、投影対象１０１の種類に限られずに、投影画像Ｉｐの投影位置を設定できる。よって、設置場所の振動や人の接触等により投影画像Ｉｐの投影位置がずれた場合には、このズレを容易に検出できる。

（２）本実施形態において、分光カメラ３は、互いに対向する一対の反射膜３３１，３３２および一対の反射膜３３１，３３２の間のギャップの寸法を変更する静電アクチュエーター３３３を有する波長可変干渉フィルター３３と、波長可変干渉フィルター３３を透過した光を撮像する撮像素子３４と、を備える。
このような構成では、撮像素子３４の同一の画素で複数の波長の光を受光するため、撮像範囲における特徴点Ｇを高精度かつ高分解能で検出することができる。

（３）本実施形態において、分光カメラ３は、近赤外域の波長に対応する分光画像を撮像する。
ここで、従来技術である特許文献１に記載のシステムでは、一般的なカメラを利用している。このため、暗い空間で撮像された撮像画像は不鮮明となり、このような撮像画像に基づいてスクリーンの角部を検出することは困難である。すなわち、暗い空間で投影画像の投影位置を検出することは困難である。
これに対して、本実施形態では、近赤外域の波長に対応する分光画像を撮像し、この分光画像に基づいて投影画像Ｉｐの投影位置を検出する。近赤外域の波長は、対象物の組成による光の反射性の違いを可視化できるため、暗い空間であっても投影画像Ｉｐの投影位置を好適に検出できる。

（４）本実施形態の分光カメラ３は、投影対象１０１に対して近赤外域の波長を含む光を照射する近赤外光源３１をさらに備える。
このような構成によれば、上述したように、暗い空間であっても投影画像Ｉｐの投影位置をより好適に検出できる。また、近赤外域の波長光は、人の目に見えないため、投影画像Ｉｐの色合いが変化することがない。また、照明によって明暗のコントラストを落とすこともなく、投影画像Ｉｐを鮮明に見せることができる。

（５）本実施形態の画像投影システム１は、上述の投影位置検出装置１００と、投影対象１０１に対して投影画像Ｉｐを投射する投射レンズ２１３と、投射レンズ２１３の光軸調整またはズーム調整を行うレンズ調整機構２２と、特徴点Ｇに対する投影画像Ｉｐの相対位置の変動量に基づいて、レンズ調整機構２２を制御するレンズ制御部２３３と、を備える。
このような構成によれば、投影画像Ｉｐに位置またはサイズが一定になるように制御することができる。

（６）本実施形態の画像投影システム１は、上述の投影位置検出装置１００と、特徴点Ｇに対する投影画像Ｉｐの相対位置の変動量に基づいて、投影画像Ｉｐを補正する画像処理部２３１と、を備える。
このような構成によれば、投影画像Ｉｐの形状が一定になるように制御することができる。

なお、従来技術として、パターン画像を投影対象に投影して当該パターン画像を撮像することにより、投影画像のパラメーターを補正する手法が存在する（例えば特開２００８−２８７４２６号公報参照）。しかし、このような従来技術では、パターン画像を投影するために、本来の投影画像の投影を中断しなくてはならない。
これに対して、本実施形態では、投影画像Ｉｐの投影を中断することなく、投影画像Ｉｐの投影位置を制御することができる。

［変形例］
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

（変形例１）
前記実施形態では、マーカー領域Ｒ３の角部Ｃｍ１〜Ｃｍ４の重心を特徴点Ｇとして検出しているが、本発明はこれに限られない。
例えば、マーカー領域Ｒ３の角部Ｃｍ１〜Ｃｍ４をそれぞれ特徴点として検出し、これらの特徴点に対する投影画像領域Ｒ１の角部Ｃｐ１〜Ｃｐ４の相対位置をそれぞれ算出してもよい。
あるいは、検出されたマーカー領域Ｒ３の角部Ｃｍ１〜Ｃｍ４のうちいずれか１つを特徴点として検出してもよい。

（変形例２）
前記実施形態では、矩形のプレートをマーカーＭとして利用しているが、本発明はこれに限られない。
例えば、マーカーＭは、投影対象１０１である壁面にみられる塗料のムラ、染み、または傷等であってもよい。このような場合、特徴点の検出については、一般的な画像処理の技術を利用できる。その一例として、染みを形成するエッジの内接円または外接円の中心を特徴点として検出してもよい。

（変形例３）
前記実施形態では、投影画像Ｉｐの投影位置として、投影画像領域Ｒ１の４つの角部Ｃｐ１〜Ｃｐ４の座標を算出しているが、本発明はこれに限られない。
例えば、大きなズレを想定しない場合には、投影画像領域Ｒ１の４つの角部Ｃｐ１〜Ｃｐ４のうち、少なくとも１つの角部の座標を算出してもよい。
また、投影画像Ｉｐの投影位置として、投影画像領域Ｒ１の角部Ｃｐ１〜Ｃｐ４の重心を利用してもよい。
あるいは、投影画像Ｉｐの投影位置として、投影画像領域Ｒ１の境界線の任意の点を利用してもよい。

（変形例４）
前記実施形態では、分光カメラ３が近赤外域の波長に対応する分光画像を撮像しているが、紫外域の波長に対応する分光画像を撮像してもよい。また、分光カメラ３は、投影対象１０１に対して紫外域の波長を含む光を照射する光源を備えていてもよい。紫外光は、近赤外光と同様、人の目に見えないため、投影画像Ｉｐの色合いが変化することがない。

（変形例５）
前記実施形態では、投影画像Ｉｐの位置およびサイズをレンズ調整機構２２で制御し、投影画像Ｉｐの形状を画像処理部２３１で制御しているが、本発明はこれに限られない。例えば、投影画像Ｉｐがプロジェクター２の投影可能な範囲よりも小さい領域に投影される画像である場合、画像処理部２３１によって投影画像Ｉｐの位置およびサイズを制御してもよい。

（変形例６）
前記実施形態では、分光カメラ３が波長可変干渉フィルター３３を有しているが、他の分光フィルターを有していてもよい。

（変形例７）
前記実施形態では、プロジェクター２と分光カメラ３とが別々に構成されているが、これらは一体に構成されてもよい。

１…画像投影システム、１００…投影位置検出装置、１０１…投影対象、２…プロジェクター、２１…表示部、２１１…光源、２１２…液晶パネル、２１３…投射レンズ、２１３Ａ…ズームレンズ、２２…レンズ調整機構、２２１…Ｘシフト部、２２２…Ｙシフト部、２２３…ズーム部、２３…制御部、２３１…画像処理部、２３２…表示制御部、２３３…レンズ制御部、２３４…記憶部、２４０…投影位置制御部、２４１…スペクトル演算部、２４２…特徴点検出部、２４３…投影位置算出部、２４４…補正指示部、３…分光カメラ、３１…近赤外光源、３２…入射光学系、３３…波長可変干渉フィルター、３３１…反射膜、３３３…静電アクチュエーター、３４…撮像素子、３５…カメラ制御部、３５１…波長切替部、３５２…撮像制御部、３５３…記憶部、Ｇ…特徴点、Ｉａ…解析画像、Ｉｐ…投影画像、Ｍ…マーカー、Ｒ１…投影画像領域、Ｒ２…背景領域、Ｒ３…マーカー領域。

Claims (7)

1. 投影対象に投影された投影画像を含む撮像範囲からの光を受光し、互いに異なる波長に対応する複数の分光画像を撮像する分光カメラと、
   複数の前記分光画像に基づいて各画素の分光スペクトルを演算するスペクトル演算部と、
   前記画素の前記分光スペクトルに基づいて前記撮像範囲における特徴点を検出する特徴点検出部と、
   前記特徴点に対する前記投影画像の相対位置を算出する投影位置算出部と、を備える
   ことを特徴とする投影位置検出装置。
2. 請求項１に記載の投影位置検出装置において、
   前記分光カメラは、
   互いに対向する一対の反射膜および前記一対の反射膜の間のギャップの寸法を変更するギャップ変更部を有する波長可変干渉フィルターと、
   前記波長可変干渉フィルターを透過した光を撮像する撮像素子と、を備える
   ことを特徴とする投影位置検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の投影位置検出装置において、
   前記分光カメラは、近赤外域の波長に対応する前記分光画像を撮像する
   ことを特徴とする投影位置検出装置。
4. 請求項３に記載の投影位置検出装置において、
   前記投影対象に対して近赤外域の波長を含む光を照射する光源をさらに備える
   ことを特徴とする投影位置検出装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の投影位置検出装置と、
   前記投影対象に対して前記投影画像を投射する投射レンズと、
   前記投射レンズの光軸調整またはズーム調整を行うレンズ調整機構と、
   前記特徴点に対する前記投影画像の前記相対位置の変動量に基づいて、前記レンズ調整機構を制御するレンズ制御部と、を備える
   ことを特徴とする画像投影システム。
6. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の投影位置検出装置と、
   前記特徴点に対する前記投影画像の前記相対位置の変動量に基づいて、前記投影画像を補正する画像処理部と、を備える
   ことを特徴とする画像投影システム。
7. 投影対象に投影された投影画像を含む撮像範囲からの光を受光し、互いに異なる波長に対応する複数の分光画像を撮像する撮像ステップと、
   複数の前記分光画像に基づいて各画素の分光スペクトルを演算するスペクトル演算ステップと、
   前記画素の前記分光スペクトルに基づいて前記撮像範囲における特徴点を検出する特徴点検出ステップと、
   前記特徴点に対する前記投影画像の相対位置を算出する投影位置算出ステップと、を含む
   ことを特徴とする投影位置検出方法。

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