JP3741136B2 - 障害物適応投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、スクリーン等の投射面（以下、スクリーンと記す）に対し拡大投射表示を行う際、投射領域内に障害物が存在した場合に、障害物を検知した情報を基に投射画像を加工する投射型表示装置に関する。

従来、光源ランプから出射された光束を、ライトバルブや投射レンズ等を用いて拡大投影する投影手段により、スクリーンに拡大投影を行う、プロジェクタと称する投射型表示装置が知られている。

このプロジェクタは、投影手段とスクリーンとの距離により画像の拡大率が変化するため、大画面表示を行うためには、スクリーンとの間に一定の距離をおく必要がある。この距離は、大画面になるほど長く取る必要がある。

しかし、プロジェクタとスクリーンとの距離が長くなるほど、その間に何らかの障害物が存在する可能性が高くなる。大画面投影の例として舞台装置を挙げると、舞台背景をプロジェクタの投影により行う場合、プロジェクタとスクリーンの間には舞台を演出する様々な大道具や、舞台上で演じる役者が存在する。このような場合、投影領域内において、これらの障害物とスクリーンを区別して投射することが望まれる。具体的には、障害物には投影画像を映さないことや、逆に障害物のみに特定の背景画像などを投影するといったことが望まれる。

投影領域に障害物が存在する場合に投影内容を変化させる投射型表示装置としては、特許文献１に記載されたものが知られている。その装置の概要を図５に記す。

図５において、投射型表示装置５０１は、光源ランプ５０２、液晶パネル５０３、投射レンズ５０４、調光手段である調光回路５０５、画像信号供給回路５０６、障害物検知手段である距離センサ５０８を備える。

前記液晶パネル５０３に、画像信号供給回路５０６からの輝度信号５０７を調光回路５０５を介して供給し、前記液晶パネル５０３で光変調された画像光を投射レンズ５０４を通じてスクリーン５０９上に拡大投射する。前記距離センサ５０８は前記投射レンズ５０４が配置された側で、前記スクリーン５０９に対向する面に配置された赤外線または超音波による物体検出と、その物体までの距離を計測する。

前記調光回路５０５は、前記距離センサ５０８で検出した障害物５１０までの距離データを基に輝度信号を算出し直し、投影光の調光を行う。
特開２００２−１９６４１８号公報

しかしながら上記の従来の構成では、投影領域全体を扱うものであり、投影領域内の障害物の位置以外も同様に処理が行われる。このため、障害物とスクリーンを区別して投影を行うことはできないという問題点を有していた。

本発明は上記問題点を解決するもので、プロジェクタとスクリーンとの間に障害物が存在した場合に、障害物とスクリーンを区別した投影を行うことを目的とする。

本発明の請求項１に記載の発明は、投射レンズ等を用いて画像をスクリーン上に拡大投射する投影手段と、前記投影手段の投影領域に存在する障害物の位置に関する情報を検知し障害物位置情報として出力する障害物検知手段と、画像信号を供給する画像信号供給手段と、前記画像信号供給手段から供給された画像信号を、前記障害物検知手段から得た前記障害物位置情報に基づき加工し、前記投影手段に供給する画像加工手段とを備え、障害物が検知された位置に対応する画素の情報を、予め記憶された画像情報に置き換えた画像を投射することを特徴とする投射型表示装置としたものであり、プロジェクタとスクリーンの間の投影領域に障害物がある場合に障害物とスクリーンを区別した投影を可能とする作用を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、投射レンズ等を用いて画像をスクリーン上に拡大投射する投影手段と、前記投影手段の投影領域に存在する障害物の位置に関する情報を検知し障害物位置情報として出力する障害物検知手段と、画像信号を供給する画像信号供給手段と、前記画像信号供給手段から供給された画像信号を、前記障害物検知手段から得た前記障害物位置情報に基づき加工し、前記投影手段に供給する画像加工手段と、前記画像信号供給手段から供給される画像信号を蓄積する原画情報蓄積手段と、前記投影手段の投影領域を撮影し画像信号として出力可能な撮影手段と、前記撮影手段の出力と前記原画情報蓄積手段の出力を比較し差分情報を前記画像加工手段に供給する比較手段とを備え、前記差分情報が検出された位置に対応する画素の情報を、予め記憶された画像情報に置き換えた画像を投射することを特徴とする投射型表示装置としたものであり、プロジェクタとスクリーンの間の投影領域に障害物がある場合に障害物とスクリーンを区別した投影を可能とする作用を有する。

本発明の請求項３に記載の発明は、前記障害物位置情報を記憶する障害物位置情報蓄積手段と、前記障害物検知手段の出力と前記障害物位置情報蓄積手段の内容を比較することで障害物の動きベクトルを算出し前記画像加工手段へ供給する動きベクトル算出手段とを備え、前記動きベクトルから次の画像の投射時に予測される前記障害物の位置に対応する画素の情報を、予め記憶された画像情報に置き換えた画像を投射することを特徴とする請求項１に記載の障害物適応投射型表示装置としたものであり、プロジェクタとスクリーンの間の投影領域に障害物があり、障害物に動きがある場合にも障害物とスクリーンを区別した投影を可能とする作用を有する。

本発明の請求項４に記載の発明は、前記障害物位置情報を記憶する障害物位置情報蓄積手段と、前記障害物検知手段の出力と前記障害物位置情報蓄積手段の内容を比較することで障害物の動きベクトルを算出し前記画像加工手段へ供給する動きベクトル算出手段と、を備え、前記動きベクトルから次の画像の投射時に予測される前記障害物の位置に対応する画素の情報を、予め記憶された画像情報に置き換えた画像を投射することを特徴とする請求項２に記載の障害物適応投射型表示装置としたものであり、プロジェクタとスクリーンの間の投影領域に障害物があり、障害物に動きがある場合にも障害物とスクリーンを区別した投影を可能とする作用を有する。

以上のように本発明は、プロジェクタとスクリーンの間の投影領域内に障害物が存在する場合に、障害物とスクリーンを区別した投影を可能とし、障害物を認識し予め記憶された画像を障害物に投影する処理を行うという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態の構成図である。

図１において、投射型表示装置１０１は、投影手段１０２、画像加工手段１０３、画像信号供給手段１０４、障害物検知手段１０８を備えている。

投影手段１０２は、投影手段１０２に入力された画像信号をスクリーン１０７に対し拡大投影する手段であり、拡大投影に必要な投射レンズ、ライトバルブ等を内部に備える。

障害物検知手段１０８は、前記投影手段１０２の投影領域内に存在する障害物を検知し、障害物が存在する場合には障害物の存在する位置を投影画像の画素に対応付けた障害物位置情報を画像加工手段１０３へ出力する。

障害物の検知は、例えば赤外線等の検出波を用いた距離センサを縦横方向に複数配置し、各センサの担当領域内に、スクリーンまでの距離より近い位置に障害物があるか否かを検出することで実現可能である。距離センサには指向性の強い検出波を用い、縦横各方向に投影画像の画素数分配置するのが望ましいが、視聴者とスクリーン１０７が離れている場合など、高い精度が要求されない場合には画素数以下でも十分な効果を発揮可能である。

また、前記障害物位置情報を生成するには、障害物の位置情報と投影画像の画素の位置の対応を事前に知っておく必要がある。これは、設置の際に事前に定めた規定位置に規定形状の障害物を置き、この際得られた障害物位置情報を、規定位置と比較し、対応付けて記憶しておくことで可能となる。

画像信号供給手段１０４は、外部の信号源１０５からの画像信号を受信し、画像加工手段１０３へ供給する。

画像加工手段１０３は、前記画像信号供給手段１０４から画像信号を、前記障害物検知手段１０８から前記障害物位置情報を取得する。画像加工手段１０３は、取得した前記障害物位置情報より障害物が存在する位置を割り出し、前記画像信号における障害物に対応した位置の画素情報を所定の情報に置き換え、前記投影手段１０２へ出力する。ここで所定の情報とは、障害物が検知された位置に投影すべき画像情報であり、画像加工手段１０３内に予め記憶しておく。

以上のように構成された障害物適応投射型表示装置において、図１を用いてその動作を説明する。

まず、信号源１０５から、投影すべき画像信号が、本障害物適応投射型表示装置１０１内の画像供給手段１０４へ入力される。

画像信号供給手段１０４は、この画像信号を受けとり、画像加工手段へ出力する。

後述する障害物位置情報が無い場合、画像加工手段１０３は、入力された画像信号を、投影手段１０２へ出力する。

投影手段１０２は、入力された画像信号を投影する。投影された画像は、スクリーン１０７上に表示される。

以降、投影手段１０２の投影領域内に障害物１０６が存在しない限り、信号源１０５から送られ、同様の処理を経た画像信号は、スクリーン１０７上へ投影され続ける。

次に、投影手段１０２の投影領域内に、何らかの障害物１０６が侵入した場合の動作を以下で説明する。

投影手段１０２の投影領域内に障害物１０６が存在する場合、障害物検知手段１０８は、投影領域内の障害物の有無を画素単位、または複数の画素単位で検出する。

障害物１０６が検出された後、障害物検知手段１０８は、障害物１０６が検出された画素の座標位置に関する情報を、画像加工手段１０３へ出力する。例えば障害物が検知された位置が、投影領域内の水平方向ａ、垂直方向ｂの位置と、水平方向（ａ＋１）、垂直方向（ｂ＋１）の場所の場合には、障害物位置情報（ａ、ｂ）と（ａ＋１、ｂ＋１）が画像加工手段１０３に出力される。

画像加工手段１０３は、障害物位置情報が入力されると、障害物位置情報に含まれる座標位置の画素の情報を、所定の画像に置き換える。例えば置き換える画素情報の輝度成分色差成分が（ｙ、ｐｂ、ｐｒ）の場合には、座標（ａ、ｂ）と（ａ＋１、ｂ＋１）の位置の輝度成分と色差成分が（ｙ、ｐｂ、ｐｒ）に置き換えられる。そして、画像情報加工手段１０３は、この加工された画像情報を投影手段１０２へ出力する。そして、投影手段１０２は入力された画像を投影する。

以上のように本実施の形態をとれば、前記投影手段１０２の投影領域内に障害物が存在する場合に、前記障害物検知手段１０８からの障害物位置情報に基づき、前記画像加工手段１０３により加工された画像信号が前記投影手段１０２に入力され、障害物の存在する位置に所定の画像を投影することが可能となる。

また、以上の説明では、障害物が存在する位置の画素において置き換えられる所定の画像情報を、前記画像加工手段１０３内に記憶するとしたが、この所定の画像情報は外部から入力する方法を用いても良い。

また、以上の説明では、障害物の位置情報と投影画像の画素の位置の対応を求めるために規定位置に規定形状の障害物をおき対応付けたが、同様の効果を発揮するものであれば別の方法を用いてもよい。

また、以上の説明では、障害物検知手段１０８が使用するセンサとして赤外線センサを例に挙げたが、同様の効果が得られるのであれば、他のセンサの使用可能である。

（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態の構成図である。

図２において、投射型表示装置２０１は、投影手段１０２、画像加工手段１０３、画像信号供給手段２０４、撮影手段２０８、原画情報蓄積手段２０９、比較手段２１０、を備える。

画像信号供給手段２０４は、実施の形態１における画像信号供給手段１０４が有する機能に加え、画像情報を原画情報蓄積手段２０９へ出力する機能をも備える。

撮影手段２０８は、カメラ又はビデオカメラをはじめとする静止画又は動画撮影手段であり、前記投影手段１０２の投影領域の撮影を行う。撮影した結果は、撮影情報として比較手段２１０へ出力される。

撮影手段２０８により前記投影手段１０２の投影領域を撮影するためには、撮影手段２０８の撮影領域と前記投影手段１０２の投影領域を一致させておく必要がある。このため設置時などに前記投影手段１０２より基準画像信号を投影し、撮影手段２０８において撮影された画像と基準画像信号のパターンマッチングを行うことで、予め位置補正を行っておく。

原画情報蓄積手段２０９は、前記画像信号供給手段２０４の出力する画像信号を蓄積し、比較手段２１０からの要求に応じて原画情報として出力する手段である。

比較手段２１０は、前記撮影手段２０８から送られる撮影情報と、前記原画情報蓄積手段から取得した原画情報を比較し、差分が認められればその差分情報を障害物位置情報として前記画像加工手段１０３に出力する。ただし、前記撮影情報と前記原画情報の間には時間差が存在する。このため、設置時等に信号源１０５より基準画像信号を出力し、その際撮影手段２０８により撮影された画像情報と、前記原画情報蓄積手段２０９内の画像情報を比較し、同一の画像情報が現れる時間差を求め、補正すべき時間差ΔＴとして保持しておく。

以上のように構成された、本実施の形態の障害物適応投射型表示装置において、図２を用いてその動作を説明する。

まず、信号源１０５より、投影すべき画像信号が、障害物適応投射型表示装置２０１内の画像信号供給手段２０４に入力される。

画像信号供給手段２０４は、入力された画像信号を画像加工手段１０３へ出力するとともに、原画情報蓄積手段２０９にも出力する。原画情報蓄積手段２０９は、入力された画像信号を原画情報として蓄積する。

投影手段１０２の投影領域内に障害物１０６が存在しない場合、画像加工手段１０３、及び投影手段１０２は、実施の形態１における動作と同じ動作を行い、スクリーン１０７上に画像が投影される。

撮影手段２０８は、スクリーン１０７上に投影された画像を撮影する。そして撮影した画像情報を比較手段２１０へ出力する。

比較手段２１０は、原画情報蓄積手段２０９に原画情報の取得を要求する。そして、予め保持していた時間差ΔＴだけ過去に取得した原画情報を、比較手段２１０へ出力する。

比較手段２１０は、撮影手段２０８から得た画像情報と、原画情報蓄積手段２０９から得た原画情報を比較する。障害物１０６が存在しない場合には差が認められない。この場合には、比較手段２１０は、画像加工手段１０３に対し、何も出力しない。

投影手段１０２の投影領域内に障害物１０６が存在する場合、比較手段２１０では、原画情報蓄積手段２０９から得た原画情報と、撮影手段２０８から得た画像情報に差を検出する。差が検出された画素の位置が、投影手段１０２の投影領域内において水平方向にａ、垂直方向にｂの位置の画素と、それぞれ（ａ＋１）、（ｂ＋１）の位置の画素の場合には、（ａ、ｂ）及び（ａ＋１、ｂ＋１）という位置情報が障害物位置情報として、画像加工手段１０３へ出力される。この場合の画像加工手段１０３における処理は、実施の形態１で説明したものと同じである。

以上のように本実施の形態をとれば、前記投影手段１０２の投影領域内に障害物が存在する場合に、前記比較手段２１０からの障害物位置情報に基づき、前記画像加工手段１０３により加工された画像信号が前記投影手段１０２に入力され、障害物の存在する位置に所定の画像を投影することが可能となる。

なお、以上の説明では、撮影手段２０８の撮影領域と前記投影手段１０２の投影領域を一致させるために基準画像信号を用いたが、同様の効果を発揮するものであれば別の方法を使用してもよい。

また、以上の説明では、前記撮影情報と前記原画情報の間の時間差を補正するために基準画像信号を信号源より入力したが、同様の効果を発揮するものであれば別の方法を使用してもよい。

（実施の形態３）
図３は本発明の第３の実施の形態の構成図である。

図３において、投射型表示装置３０１は、投影手段１０２、画像加工手段１０３、画像信号供給手段１０４、障害物検知手段３０８、動きベクトル算出手段３０９、障害物位置情報蓄積手段３１０、を備える。

障害物検知手段３０８は、実施の形態１における障害物検知手段１０８が備える機能に加え、障害物位置情報を２系統に出力する機能を備える。

障害物位置情報蓄積手段３１０は、前記障害物検知手段３０８の出力である障害物位置情報を蓄積し、動きベクトル算出手段３０９からの要求に応じて出力する。

前記画像加工手段１０３が扱う画像情報が、前記投影手段１０２により投影され、スクリーン１０７に表示されるまでには若干の時間を要する。この若干の時間における障害物の動きのため、前記障害物検知手段３０８が出力する障害物位置情報と、実際の投影時における障害物の位置とを比較すると、障害物位置の差が生じる場合がある。

動きベクトル算出手段３０９は、前記障害物検知手段３０８の出力である障害物位置情報を取得し、同時に一定時間前の障害物位置情報を前記障害物位置情報蓄積手段３１０より取得する。動きベクトル算出手段３０９では、この障害物位置情報と一定時間前の障害物位置情報を比較し、障害物の動きベクトルを算出する。動きベクトル算出手段３０９は、この障害物の動きベクトルから前記障害物位置の差を見積もり、投影時に予測される障害物位置を障害物位置情報として前記画像加工手段１０３へ出力する。

以上のように構成された、本実施の形態の障害物適応投射型表示装置において、図３を用いてその動作を説明する。

まず、信号源１０５より、投影すべき画像信号が、障害物適応投射型表示装置３０１内の画像信号供給手段１０４に入力される。

投影手段１０２の投影領域内に障害物１０６が存在しない場合、画像信号供給手段１０４、画像加工手段１０３、投影手段１０２は、実施の形態１で説明した動作と同じ動作を行い、スクリーン１０７上に画像が投影される。

このとき、障害物検知手段３０８は、障害物を検知しないため、特に動作しない。

投影手段１０２の投影領域内に障害物１０６が存在する場合、障害物検知手段３０８は、実施の形態１での説明と同じ動作を行い、障害物位置情報を出力する。このとき、障害物検知手段３０８は、障害物位置情報を、動きベクトル算出手段３０９と障害物位置情報蓄積手段３１０の両方に出力する。

動きベクトル算出手段３０９は、障害物位置情報蓄積手段３１０に対し、直前の障害物位置情報の取得を要求する。

障害物位置情報蓄積手段３１０に、直前の障害物位置情報が蓄積されていない場合、動きベクトル算出手段３０９は、障害物検知手段３０８より得た障害物位置情報を画像加工手段１０３へ出力する。この際の画像加工手段１０３、投影手段１０２の動作は、実施の形態１で説明した動作と同じである。

障害物位置情報蓄積手段３１０に、直前の障害物位置情報が蓄積されている場合、動きベクトル算出手段３０９は、この直前の障害物位置情報を取得する。そして、動きベクトル算出手段３０９は、障害物検知手段３０８から得た障害物位置情報と、障害物位置情報蓄積手段３１０から得た直前の障害物位置情報を比較し、障害物１０６の位置の差から、障害物１０６の単位時間当たりの移動距離Ｌを算出する。

動きベクトル算出手段３０９は、現在画像加工手段１０３内にある画像が、スクリーン１０７上に投影されるまでの時間Ｔを予め保持している。そして、各画素につき、Ｌ×Ｔを算出し、時間Ｔ後に予想される障害物の位置を、障害物位置情報として、画像加工手段１０３へ出力する。

障害物位置情報を得た画像加工手段１０３は、実施の形態１で説明した動作と同じ動作を行う。

以上のように本実施の形態をとれば、前記投影手段１０２の投影領域内に障害物が存在する場合に、前記動きベクトル算出手段３０９からの障害物位置情報に基づき、前記画像加工手段１０３により加工された画像信号が前記投影手段１０２に入力され、障害物の存在する位置に所定の画像を投影することが可能となる。

また上記説明では、動きベクトルの算出は、前記障害物位置情報蓄積手段３１０に蓄積された直前の障害物位置情報と、前記障害物検知手段３０８から出力される障害物位置情報の差分のみを使用したが、前記障害物位置情報蓄積手段３１０にて過去複数回の障害物位置情報を蓄積し、前記動きベクトル算出手段３０９にて利用することで、より精度を上げることが可能である。

加えて、以上の説明では、障害物１０６の動きを時間と位置の比例関係のみで予測したが、他の関係式を使用することも可能であることは言うまでもない。

また、本実施の形態では障害物の検知に実施の形態１と同様の障害物検知手段を用いたが、実施の形態２における前記撮影手段２０８、前記原画情報蓄積手段２０９、前記比較手段２１０を用いた構成でも同様の効果を得ることが可能である。

なお、実施の形態１〜３において説明した障害物適応投射型表示装置を複数台用意し、異なる角度から投影を行うことにより、スクリーン上に生じる障害物の影を無くす効果を得ることができる。この際、図４に示すように、全ての障害物適応投射型表示装置を通信手段により接続し、障害物の影の領域に投影可能な装置の数に応じて、影の領域に対応する画素の輝度情報を上げることで、より影を目立たせないという効果が得られる。

本発明にかかる障害物適応投射型表示装置は、プロジェクタとスクリーンの間の投影領域に障害物がある場合に障害物とスクリーンを区別した投影を可能とする特徴を有し、障害物に特別な画像を表示させる展示といった用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における障害物適応投射型表示装置の構成図 本発明の実施の形態２における障害物適応投射型表示装置の構成図 本発明の実施の形態３における障害物適応投射型表示装置の構成図 複数台の障害物適応投射型表示装置を用いた際の構成図 従来の障害物を検知可能な投射型表示装置の構成図

符号の説明

１０１ 障害物適応投射型表示装置
１０２ 投影手段
１０３ 画像加工手段
１０４ 画像信号供給手段
１０５ 信号源
１０６ 障害物
１０７ スクリーン
１０８ 障害物検知手段
２０１ 障害物適応投射型表示装置
２０４ 画像信号供給手段
２０８ 撮影手段
２０９ 原画情報蓄積手段
２１０ 比較手段
３０１ 障害物適応投射型表示装置
３０８ 障害物検知手段
３０９ 動きベクトル算出手段
３１０ 障害物位置情報蓄積手段
４０１ 障害物適応投射型表示装置
４０２ 投影内容算出手段
４０３ ネットワーク
５０１ 投射型表示装置
５０２ 光源ランプ
５０３ 液晶パネル
５０４ 投射レンズ
５０５ 調光回路
５０６ 画像信号供給回路
５０７ 輝度信号
５０８ 距離センサ
５０９ スクリーン
５１０ 障害物

Claims (4)

1. 投射レンズ等を用いて画像をスクリーン上に拡大投射する投影手段と、
   前記投影手段の投影領域に存在する障害物の位置に関する情報を検知し障害物位置情報として出力する障害物検知手段と、
   画像信号を供給する画像信号供給手段と、
   前記画像信号供給手段から供給された画像信号を、前記障害物検知手段から得た前記障害物位置情報に基づき加工し、前記投影手段に供給する画像加工手段と、
   を備え、
   障害物が検知された位置に対応する画素の情報を、予め記憶された画像情報に置き換えた画像を投射することを特徴とする障害物適応投射型表示装置。
2. 投射レンズ等を用いて画像をスクリーン上に拡大投射する投影手段と、
   前記投影手段の投影領域に存在する障害物の位置に関する情報を検知し障害物位置情報として出力する障害物検知手段と、
   画像信号を供給する画像信号供給手段と、
   前記画像信号供給手段から供給された画像信号を、前記障害物検知手段から得た前記障害物位置情報に基づき加工し、前記投影手段に供給する画像加工手段と、
   前記画像信号供給手段から供給される画像信号を蓄積する原画情報蓄積手段と、
   前記投影手段の投影領域を撮影し画像信号として出力可能な撮影手段と、
   前記撮影手段の出力と前記原画情報蓄積手段の出力を比較し差分情報を前記画像加工手段に供給する比較手段と、
   を備え、
   前記差分情報が検出された位置に対応する画素の情報を、予め記憶された画像情報に置き換えた画像を投射することを特徴とする障害物適応投射型表示装置。
3. 前記障害物位置情報を記憶する障害物位置情報蓄積手段と、
   前記障害物検出手段の出力と前記障害物位置情報蓄積手段の内容を比較することで障害物の動きベクトルを算出し前記画像加工手段へ供給する動きベクトル算出手段と、
   を備え、
   前記動きベクトルから次の画像の投射時に予測される前記障害物の位置に対応する画素の情報を、予め記憶された画像情報に置き換えた画像を投射することを特徴とする請求項１に記載の障害物適応投射型表示装置。
4. 前記障害物位置情報を記憶する障害物位置情報蓄積手段と、
   前記障害物検出手段の出力と前記障害物位置情報蓄積手段の内容を比較することで障害物の動きベクトルを算出し前記画像加工手段へ供給する動きベクトル算出手段と、
   を備え、
   前記動きベクトルから次の画像の投射時に予測される前記障害物の位置に対応する画素の情報を、予め記憶された画像情報に置き換えた画像を投射することを特徴とする請求項２に記載の障害物適応投射型表示装置。

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