JP3914828B2

JP3914828B2 - 多画面表示システム及びこれに用いられる輝度補正方法

Info

Publication number: JP3914828B2
Application number: JP2002172621A
Authority: JP
Inventors: 友義松下
Original assignee: Ｎｅｃビューテクノロジー株式会社
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: JP2004023242A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のプロジェクタを使用して、複数の画面が繋がった大画面をスクリーンに表示する、多画面表示システム及びこれに用いられる輝度補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の輝度補正方法を、図５を参照して説明する。左右それぞれのプロジェクタの投射する画像表示が重なり合う領域Ｆ２の黒の輝度は、重ならない領域Ｆ１の輝度よりも高い（図５▲３▼）。そのため、その重なった領域Ｆ２は、黒が少し浮き上がった帯状に見えてしまう。従来の輝度補正方法では、この帯状の不具合を低減するために、画像表示が重ならない領域Ｆ１の黒の輝度を上げることにより、領域Ｆ１の黒の輝度を重なり合う領域Ｆ２の黒の輝度と同じにしていた（図５▲４▼）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の輝度補正方法では、投射表示画像全体の黒の輝度レベルを合わせようとするため、スクリーン全体のコントラスト比が悪化してしまう、という大きな欠点がある。
【０００４】
換言すると、多画面投射表示における黒の輝度レベルを合わせる技術において、プロジェクタの性能面の課題として、コントラスト比の悪化を軽減することが要求されている。
【０００５】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、画面の繋ぎ目で黒の輝度レベルが高く見えることを抑えつつコントラストの改善を図る、多画面表示システム及びこれに用いられる輝度補正方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多画面表示システムは、複数のプロジェクタを使用して、複数の画面が繋がった大画面をスクリーンに表示するものであって、新規な輝度補正手段を備えている。この輝度補正手段は、複数の画面の繋ぎ目における重なり領域の端から非重なり領域の一定距離までの移行領域で、当該重なり領域のレベルから当該非重なり領域のレベルまで黒の輝度を徐々に変化させるものである（請求項１）。なお、輝度補正手段は、ハードウェアでもソフトウェアでも実現することができる。
【０００７】
例えば一つの画像を左右に分割した映像信号を二台のプロジェクタを使用して投射表示する場合、左右の画面の重なり領域の黒の輝度が非重なり領域の黒の輝度に比べて高くなる。そのため、従来技術では、重なり領域の黒側の輝度を上げる補正することで、暗い画像を投射した際の重なり領域が目立たないようにしている。しかし、これでは全体的に黒側の輝度が上がってしまうので、コントラストが低下していた。これに対し、本発明では、部分的に黒側の輝度を上げているので、従来よりもコントラストが向上する。しかも、重なり領域と非重なり領域との移行領域において、黒の輝度レベルが徐々に変化しているので、重なり領域が目立たない。
【０００８】
また、複数の画面は、水平方向に二つ並べられたものである、又は水平及び垂直方向に二つずつ若しくはそれ以上ずつ並べられたものである、としてもよい（請求項２）。更に、重なり領域のレベルから非重なり領域のレベルまで黒の輝度を、補間法によって徐々に変化させる、としてもよい（請求項３）。
【０００９】
更に、輝度補正手段は、入力した輝度信号を次の入出力特性に従って補正して出力するもの、としてもよい（請求項４）。ここで、入力信号をＸ、出力信号をＹ、重なり領域の端から非重なり領域側への距離をＺ、白レベルの入力信号及び出力信号をＸ_Ｗ，Ｙ_Ｗ、一定距離をＺ_Ｅ、距離Ｚ＝０における黒レベルの出力信号をａとする。このとき、重なり領域及び非重なり領域についての入出力特性が、
Ｙ＝（Ｙ_Ｗ／Ｘ_Ｗ）Ｘ・・・（１）
で表され、移行領域についての入出力特性が、
Ｙ＝［｛Ｙ_Ｗ−（ａ−ａＺ／Ｚ_Ｅ）｝／Ｘ_Ｗ］Ｘ＋（ａ−ａＺ／Ｚ_Ｅ）・・・（２）
で表わされる。
【００１０】
従来技術では、非重なり領域についての入出力特性が、
Ｙ＝［（Ｙ_Ｗ−ａ）／Ｘ_Ｗ］Ｘ＋ａ・・・（３）
となっていた。そのため、出力信号Ｙがａ〜Ｙ_Ｗとなることにより、コントラストが低下していた。これに対し、本発明では、非重なり領域についての入出力特性が、
Ｙ＝（Ｙ_Ｗ／Ｘ_Ｗ）Ｘ・・・（１）
となっている。そのため、出力信号Ｙが０〜Ｙ_Ｗとなることにより、コントラストが向上する。
【００１１】
また、移行領域についての入出力特性が、
Ｙ＝［｛Ｙ_Ｗ−（ａ−ａＺ／Ｚ_Ｅ）｝／Ｘ_Ｗ］Ｘ＋（ａ−ａＺ／Ｚ_Ｅ）・・・（２）
となっている。そのため、距離Ｄに応じて直線的にコントラストが変化することにより、隣接する画素間のコントラストの差が最小になるので、コントラストの変化が目立たない。
【００１２】
本発明に係る輝度補正方法（請求項５〜８）は、本発明に係る多画面表示システム（請求項１〜４）で使用されるものである。
【００１３】
換言すると、本発明は、プロジェクタを複数使用した多画面表示システムにおける投射画像の重なる部分の隣接した領域に、電気的な階調制御による輝度補正をかけることにより、コントラストの向上が図れる。
【００１４】
なお、「階調」とは、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの色の人が感じる強さをいう。一般的には、印加電圧やＰＷＭ変調（Pulse Width Modulation）によって階調を制御する。例えば、２５６階調と言えばＲ，Ｇ，Ｂそれぞれが２５６段階の光の強さを持つので、２５６の３乗、つまり16,777,216色を表現できることになる。「輝度」とは、発光面又は反射面の光の強さのことをいう。単位にはｃｄ／ｍ^２を使用する。「コントラスト」とは、表示装置の黒色部（最暗部）と白色部（最明部）との輝度の比率のことである。コントラストの値は、大きい程メリハリのある画像で見やすくなり、小さいほど深みの無い見づらい画像になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る多画面表示システムの一実施形態を示すブロック図である。図２乃至図４は、図１の多画面表示システムにおける輝度補正方法を示す説明図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００１６】
本実施形態の多画面表示システム１０は、信号発生源１２、画像分割装置１４、輝度補正回路１６Ａ，１６Ｂ、表示デバイス１８Ａ，１８Ｂ等を備えている。輝度補正回路１６Ａ，１６Ｂは、複数の画面の繋ぎ目における重なり領域Ｆ２の端から非重なり領域Ｆ１の一定距離までの移行領域Ｆ３で、重なり領域Ｆ２のレベルから非重なり領域Ｆ１のレベルまで黒の輝度を徐々に変化させる輝度補正手段、として動作する。輝度補正回路１６Ａ，１６Ｂの内部構成は同一であるため、輝度補正回路１６Ａについてのみ図示及び説明する。
【００１７】
輝度補正回路１６Ａは、黒レベル可変制御部２１、タイミング制御部２２、階調変換ＬＵＴ（ルックアップ・テーブル）部２３等を備えている。階調変換ＬＵＴ部２３は、信号レベル変換用ＬＵＴであり、黒レベル変換用ＬＵＴを有する。このＬＵＴは、一画面領域内の入力信号レベルを、画素ごとに階調変換できる回路である。
【００１８】
まず、信号発生源１２から出力された画像信号は、画像分割装置１４によって多画面化されて、輝度補正回路１６Ａ内の階調変換ＬＵＴ部２３に供給される。階調変換ＬＵＴ部２３では、複数のプロジェクタの投射表示領域が重なる面積と階調変換の対象となる領域とが合うように、外部からの設定に基づきタイミング制御部２２を介してタイミングの調整がなされる。また、入出力の黒レベルと信号振幅レベルとを、階調制御用データ２４として階調変換ＬＵＴ部２３に供給する。このときに設定される黒レベルデータは、黒レベル可変制御部２１にて可変できるような構成とする。
【００１９】
これらの設定により、階調変換ＬＵＴ部２３に入力された信号は、テーブル内部で信号レベルの変換処理がなされる。このようにして得られた表示デバイス１８Ａの入力信号と同じビットデプスの画像データは、表示デバイス１８Ａに供給され、最終的に光学処理によってスクリーンに投射される。なお、信号発生源１２、画像分割装置１４及び表示デバイス１８Ａ，１８Ｂについては、当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その説明を省略する。
【００２０】
次に、輝度補正回路１６Ａの動作について説明する。
【００２１】
まず、比較のために従来技術について、図５に基づき説明する。例えば、プロジェクタ２台を横に並べて投射する場合、画像のエッジが重なる領域の階調変換処理は、左側の画像の右端、及び右側の画像の左端について、端に近いほどそれぞれの輝度を落とす（図５▲１▼）。この補正によって得られる電気信号出力は、黒レベルが平坦になる（図５▲２▼）。しかし、各々の画像のエッジを電気的に上手くブレンドできたとしても、プロジェクタの黒の輝度は電気的にゼロになっても光学的にはゼロにならない。そのため、画像が重なる領域Ｆ２における黒側の輝度は、持ち上がってしまう（図５▲３▼）。したがって、輝度変換テーブルに設定されたデータによって黒補正することにより、光学的に持ち上がってしまった領域Ｆ２の黒の輝度レベルに、重なっていない領域Ｆ１の黒の輝度レベルを電気的に上げる（図５▲４▼）。具体例として、図５▲３▼の黒補正なしの投射輝度グラフにおいて、表示領域Ｆ１の入力信号レベルと出力信号レベルとの関係は、図３のＥ１のように表される。そして、画像が重なる領域Ｆ２での黒補正をかけた場合の入力出力関係は、図３のＥ２のようになる。しかし、この従来技術を用いた場合はコントラストの劣化が生じる。
【００２２】
これに対し、輝度補正回路１６Ａでは、図２▲２▼のように投射画像の重なる領域Ｆ２と重ならない領域Ｆ１との間に移行領域Ｆ３を設けて、黒レベル可変制御部２１によって黒レベルがなだらかに下がるように領域Ｆ３に黒階調補正をする。領域Ｆ２から領域Ｆ１にかけて、図３の出力ｙ軸上のａから０に値を少しずつ変化させていくことにより、図２▲２▼のようなコントラストを改善した黒補正が実現できる。
【００２３】
以上のように、従来技術によって得られる黒レベル全体が浮いた画像表示（図５▲４▼）に比べ、本発明では、投射画像の重なる領域の黒階調補正をするとともにその近辺をも同時に階調補正をすることで、コントラスト比の劣化をできる限り抑えることが可能である（図２▲２▼）。
【００２４】
次に、図４に基づき、階調変換ＬＵＴ部２３の入出力特性について、更に具体的に説明する。
【００２５】
入力信号をＸ、出力信号をＹ、重なり領域の端から非重なり領域側への距離をＺ、白レベルの入力信号及び出力信号をＸ_Ｗ，Ｙ_Ｗ、一定距離をＺ_Ｅ、距離Ｚ＝０における黒レベルの出力信号をａとする。すなわち、Ｘ＝０〜Ｘ_Ｗ，Ｙ＝０〜Ｙ_Ｗ，Ｚ＝０〜Ｚ_Ｅとなる。また、Ｚ＝０〜Ｚ_Ｅは移行領域Ｆ３である。
【００２６】
ここで、重なり領域Ｆ１及び非重なり領域Ｆ２についての、階調変換ＬＵＴ部２３の入出力特性は、
Ｙ＝（Ｙ_Ｗ／Ｘ_Ｗ）Ｘ・・・（１）
となる。
【００２７】
一方、移行領域Ｆ３についての、階調変換ＬＵＴ部２３の入出力特性は、次式のように、距離Ｚに応じて異なったものとなる。
Ｙ＝［｛Ｙ_Ｗ−（ａ−ｃＺ）｝／Ｘ_Ｗ］Ｘ＋（ａ−ｃＺ）・・・（２）’
【００２８】
ここでｃは係数であり、ｃ＝ａ／Ｚ_Ｅで与えられる。したがって、式（２）’は、次のようになる。
Ｙ＝［｛Ｙ_Ｗ−（ａ−ａＺ／Ｚ_Ｅ）｝／Ｘ_Ｗ］Ｘ＋（ａ−ａＺ／Ｚ_Ｅ）・・・（２）
【００２９】
従来技術では、非重なり領域Ｆ１についての入出力特性が、
Ｙ＝［（Ｙ_Ｗ−ａ）／Ｘ_Ｗ］Ｘ＋ａ・・・（３）
となっていた。そのため、出力信号Ｙがａ〜Ｙ_Ｗとなることにより、コントラストが低下していた。これに対し、本実施形態では、非重なり領域Ｆ１についての入出力特性が、式（１）となっている。そのため、出力信号Ｙが０〜Ｙ_Ｗとなることにより、コントラストが向上する。
【００３０】
また、移行領域Ｆ３についての入出力特性が、式（２）となっている。そのため、距離Ｄに応じて直線的にコントラストが変化することにより、隣接する画素間のコントラストの差が最小になるので、コントラストの変化が目立たない。
【００３１】
なお、上記実施形態では、二台のプロジェクタから水平方向に画像を並べて投射しているが、更に垂直方向にも二台ずつ又はそれ以上ずつ並べて合計四つ以上の画像を表示した場合に本発明の輝度補正方法を利用してもよく、何台使用したアプリケーションでも利用できる。また、階調変換ＬＵＴの画像対象領域を、一台のプロジェクタが投射表示する画像領域の端から一定の割合だけに限定することで、階調変換ＬＵＴを構成するメモリの容量を削減することができる。更に、一画面領域内の入力信号レベルを画素ごとに階調変換できる回路とした部分に関しても、ＬＵＴを構成するメモリの容量を削減するために、一定の画素ごとにレベル変換用データを蓄積できる回路構成とし、それらの画素間のレベルを補間回路により導く方式としてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る多画面表示システム及び輝度補正方法によれば、複数の画面の繋ぎ目における重なり領域の端から非重なり領域の一定距離までの領域で、当該重なり領域のレベルから当該非重なり領域のレベルまで黒の輝度を徐々に変化させることにより、部分的に黒側の輝度を上げればよいので、従来よりもコントラストを向上できる。しかも、重なり領域と非重なり領域との移行領域において、黒の輝度レベルが徐々に変化しているので、重なり領域を目立たなくできる。
【００３３】
また、重なり領域のレベルから非重なり領域のレベルまで黒の輝度を、補間法によって変化させることにより、メモリ容量を削減できる。
【００３４】
更に、非重なり領域の入出力特性を前述の式（１）とすることによりコントラストを向上できるとともに、移行領域についての入出力特性を前述の式（２）とすることにより、移行領域で隣接する画素間のコントラスト差を最小にできるので、コントラストの変化を最も目立たたなくできる。
【００３５】
換言すると、それぞれのプロジェクタ投射の画像表示が重なり合う部分の黒の輝度を、重ならない部分の輝度と単に同じにするだけでなく、その間の輝度差を徐々に無くすことによって、すなわち重なる部分から遠ざかるほど黒レベルを落とすことで、スクリーン全体のコントラスト比を増している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多画面表示システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の多画面表示システムにおける輝度補正方法を示す説明図（その１）であり、図２▲１▼は黒補正なしの投射であり、図２▲２▼はコントラストを改善した黒補正である。
【図３】図１の多画面表示システムにおける輝度補正方法を示す説明図（その２）である。
【図４】図１の多画面表示システムにおける輝度補正方法を示す説明図（その３）であり、図４▲１▼は入出力特性、図４▲２▼は画面である。
【図５】従来の輝度補正方法を示す説明図であり、図５▲１▼は表示端の電気的補正、図５▲２▼は電気的補正出力、図５▲３▼は黒補正なしの投射表示、図５▲４▼は黒補正後の投射結果である。
【符号の説明】
１０多画面表示システム
１２信号発生源
１４画像分割装置
１６Ａ，１６Ｂ輝度補正回路（輝度補正手段）
１８Ａ，１８Ｂ表示デバイス
２１黒レベル可変制御部
２２タイミング制御部
２３階調変換ＬＵＴ部
２４階調制御用データ
Ｆ１非重なり領域
Ｆ２重なり領域
Ｆ３移行領域

Claims

複数のプロジェクタを使用して、複数の画面が繋がった大画面をスクリーンに表示する多画面表示システムにおいて、
前記複数の画面の繋ぎ目における重なり領域の端から非重なり領域の一定距離までの移行領域で、当該重なり領域のレベルから当該非重なり領域のレベルまで黒の輝度を徐々に変化させる輝度補正手段を、
備えたことを特徴とする多画面表示システム。
前記複数の画面は、水平方向に二つ並べられたものである、又は水平及び垂直方向に二つずつ若しくはそれ以上ずつ並べられたものである、
請求項１記載の多画面表示システム。
前記重なり領域のレベルから前記非重なり領域のレベルまで黒の輝度を、補間法によって徐々に変化させる、
請求項１又は２記載の多画面表示システム。
前記輝度補正手段は、入力した輝度信号を次の入出力特性に従って補正して出力するものであり、
入力信号をＸ、出力信号をＹ、前記重なり領域の端から前記非重なり領域側への距離をＺ、白レベルの入力信号及び出力信号をＸ_Ｗ，Ｙ_Ｗ、前記一定距離をＺ_Ｅ、距離Ｚ＝０における黒レベルの出力信号をａとすると、
前記重なり領域及び前記非重なり領域についての入出力特性が、
Ｙ＝（Ｙ_Ｗ／Ｘ_Ｗ）Ｘ・・・（１）
で表され、前記移行領域についての入出力特性が、
Ｙ＝［｛Ｙ_Ｗ−（ａ−ａＺ／Ｚ_Ｅ）｝／Ｘ_Ｗ］Ｘ＋（ａ−ａＺ／Ｚ_Ｅ）・・・（２）
で表わされる、
請求項１乃至３のいずれかに記載の多画面表示システム。
複数のプロジェクタを使用して、複数の画面が繋がった大画面をスクリーンに表示する多画面表示システムに用いられ、
前記複数の画面の繋ぎ目における重なり領域の端から非重なり領域の一定距離までの移行領域で、当該重なり領域のレベルから当該非重なり領域のレベルまで黒の輝度を徐々に変化させる、輝度補正方法。
前記複数の画面は、水平方向に二つ並べられたものである、又は水平及び垂直方向に二つずつ若しくはそれ以上ずつ並べられたものである、
請求項５記載の輝度補正方法。
前記重なり領域のレベルから前記非重なり領域のレベルまで黒の輝度を、補間法によって徐々に変化させる、
請求項５又は６記載の輝度補正方法。
入力した輝度信号を次の入出力特性に従って補正して出力する輝度補正方法であり、
入力信号をＸ、出力信号をＹ、前記重なり領域の端から前記非重なり領域側への距離をＺ、白レベルの入力信号及び出力信号をＸ_Ｗ，Ｙ_Ｗ、前記一定距離をＺ_Ｅ、距離Ｚ＝０における黒レベルの出力信号をａとすると、
前記重なり領域及び前記非重なり領域についての入出力特性が、
Ｙ＝（Ｙ_Ｗ／Ｘ_Ｗ）Ｘ・・・（１）
で表され、前記移行領域についての入出力特性が、
Ｙ＝［｛Ｙ_Ｗ−（ａ−ａＺ／Ｚ_Ｅ）｝／Ｘ_Ｗ］Ｘ＋（ａ−ａＺ／Ｚ_Ｅ）・・・（２）
で表わされる、
請求項５乃至７のいずれかに記載の輝度補正方法。