JP4168024B2 - スタックプロジェクション装置及びその調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、特にスクリーンへ投影する立体映像の調整技術に好適なスタックプロジェクション装置に関する。

従来より２式のプロジェクタによりスクリーンにスタック投射することにより、スクリーンの投影輝度の向上や、１式を右眼用他の１式を左眼用としての３次元表示（３Ｄ表示ともいう）を行うスタックプロジェクションシステムが知られている。

この従来の技術では、２式のプロジェクタからスタック投影される画像をスクリーン上で正確に重ね合わせるため、２式のプロジェクタをきわめて近い位置に配置し、微妙な位置調整が可能な架台を用いてスタック位置を調整して、２式のプロジェクタからの投影がなるべく同一となるようにしている。

又、投影画像を画素単位で上下左右へ移動するデジタルシフト機能や、投影画像を台形補正する機能などスタック調整を行うに有効な補正機能を有するプロジェクション装置も登場しており、これらの補正機能によりスタック位置を調整する方法が知られている。例えば、〔特許文献１〕に記載のようにプロジェクタの投影領域内に存在するスクリーンの位置を検出し、プロジェクタとスクリーンの光学系モデルをシミュレーションすることによって、入力映像を加工処理してプロジェクタに出力するもの、〔特許文献２〕に記載のように、テスト画像を撮影し、テスト画像と比較してスクリーンに歪みのない映像が得られるように映像信号を補正するための補正データを算出して事前に逆歪みを与えるようにした映像投影装置がある。

特開２００２−６２８４２号公報 特開２００１−８３９４９号公報

近年のプロジェクション装置を取り巻く環境は、解像度の向上に伴いパソコンデータのプロジェクションや、ＣＧの実物大投影によるデザイン検証などと用途が広がり、スタック精度への要求は一段と厳しくなっている。従来のテレビ放映クラスの解像度では問題とはならなかったが、レンズの特性差で発生する画像の歪みも問題として挙げられるようになってきた。

プロジェクション装置や架台の位置調整，プロジェクション装置の補正機能などを使用した従来の技術では、スタック映像の品質は作業員の熟練度によるところが大きく、作業員により品質に差が出るという問題がある。

又、従来の技術でも、台形補正などの画角補正機能を使用すれば画像の外郭での合わせ込みがある程度可能であった。しかし、レンズの特性等による画面内の歪み部分もスタックするスタック映像では、十分な品質の画像を提供できないという問題がある。

又、従来の技術では、２式のプロジェクタからの投影がなるべく同一となるように、２式のプロジェクタをきわめて近い位置に配置する必要があり、プロジェクション装置のレイアウトの自由度が少ないという問題がある。

〔特許文献１〕，〔特許文献２〕に記載の従来の技術は、１つのプロジェクタで投影される映像について、スクリーンの位置を検出し、プロジェクタとスクリーンの光学系モデルをシミュレーションすることによって、入力映像を加工処理して歪みを小さくする、あるいはテスト画像を撮影し、テスト画像と比較してスクリーンに歪みのない映像が得られるように映像信号を補正するための補正データを算出して事前に逆歪みを与えて歪みを小さくするものであるが、２式のプロジェクタからスタック投影される画像をスクリーン上で正確に重ね合わせた場合については配慮されていないものであった。

本発明の第１の目的は、高度な調整技術がなくても２式のプロジェクタの精度の高いスタック映像を実現できるスタックプロジェクション装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、２式のプロジェクタのレイアウトの自由度を確保できるスタックプロジェクション装置を提供することにある。

上記の目的は、第１のプロジェクタによりスクリーンへ投影されるベース用画像の全体を、第２のプロジェクタによりスクリーンへ投影されるスタック用画像が含むように配置された第１、第２のプロジェクタを備え、計測カメラで撮影したそれぞれの座標パターン画像からベース用画像にスタック用画像がスタックするように補正する画素単位の補正データを算出し、その補正データをプロジェクタを制御する画像処理装置に設定することにより達成される。

また、前記第１のプロジェクタと第２のプロジェクタを一対のプロジェクタとして、スクリーン上に縦方向のブレンド部分及び／又は横方向のブレンド部分を有するスタック映像を投影するように複数対配置したものである。

本発明によれば、スタック画像がベース画像全体を含むように２式のプロジェクション装置を配置することにより、カメラ計測でき補正データを算出して画像処理装置にてスタック画像を自動調整でき、スタック映像を実現できるので、調整作業が容易で精度の高いスタックプロジェクションシステムを提供できる。又、撮影により画素単位にて補正データを自動生成するので、スクリーン上の歪みやレンズの特性等により画面内に歪みがあってもスタックさせることが可能である。

本発明の一実施例を図１から図７により説明する。図１は、本実施例のスタックプロジェクションシステムの構成図である。

本実施例のスタックプロジェクションシステムは、２式のプロジェクタで透過型スクリーンの背面から画像を投影してスクリーン上でスタックさせた立体画像を表示するものである。

図１に示すように、スクリーン１１８の背面には２台のプロジェクタ１００，１０１が設置されている。プロジェクタ１００は映像データ伝送線１１７により画像切替器１１０に接続され、プロジェクタ１０１は映像データ伝送線１１６，１１１により画像処理装置１０９を介して画像切替器１１０に接続されている。

画像切替器１１０は、映像データ伝送線１１３によりベース用画像再生装置１１５に、映像データ伝送線１１２によりスタック用画像再生装置１１４に接続されている。画像処理装置１０９は補正データ伝送線１０７により制御装置１０４に接続され、画像切替器
１１０は映像データ伝送線１０８により制御装置１０４に接続されている。スクリーン
１１８の前面には計測カメラ１０６が設置され、計測カメラ１０６は映像データ伝送線
１０５により制御装置１０４に接続されている。

ここで、計測カメラ１０６，映像データ伝送線１０５，制御装置１０４，補正データ伝送線１０７，映像データ伝送線１０８は、補正が完了した段階で取り外すことができるようになっている。

プロジェクタ１００，１０１とスクリーン１１８は、プロジェクタ１００から投影される画像はスクリーン１１８のベース画像領域１０２に投影され、プロジェクタ１０１から投影される画像はスクリーン１１８のべース画像領域１０２全体を含むスタック画像領域１０３に投影されるように配置されている。ここで、スタック画像領域１０３の大きさは、ベース画像領域１０２の大きさより画素数で１０２％以内の大きさに設定するのが好ましい。

ベース用画像再生装置１１５からの信号は画像切替器１１０を介してプロジェクタ100にてスクリーン１１８上へ投影される。このスクリーン１１８上に投影されたベース用画像は、スクリーン前方の計測カメラ１０６により撮影される。計測カメラ１０６で撮影された画像は、ＩＥＥＥ１３９４などのデジタル通信装置を介して制御装置１０４に送られる。

制御装置１０４では、計測カメラ１０６で撮影された画像からスタック画像領域１０３上の画像をベース画像領域１０２へスタック投射させるための補正データを演算し、演算された補正データから補正した映像信号を作成して、デジタルデータとして画像処理装置１０９に送信する。

スタック用画像再生装置１１４からのスタック用画像を画像切替器１１０を介して画像処理装置１０９に入力し、画像処理装置１０９では制御装置１０４から受信した補正データに基づいた処理をリアルタイムで行い、プロジェクタ１０１によりスクリーン１１８上のベース画像領域１０２に外郭および面内ともにスタックさせた映像を投影する。制御装置１０４から受信した補正データは、画像処理装置１０９の記憶部に記憶され、補正完了後は、この記憶された補正データに基づいて画像処理が行われる。

スタック用画像再生装置１１４及びベース用画像再生装置１１５は、立体表示である
３Ｄ表示を行う場合は、右眼用及び左眼用の別々の画像を再生するが、輝度向上などの場合は、同じ画像を再生する。

次に、補正データの生成方法について図２から図５を参照して説明する。初期状態では、スタック用画像再生装置１１４から画像切替器１１０を介して画像処理装置１０９は入力されたスタック用画像を補正せずに出力するように設定されている。

図２は補正データ生成のフロー図である。ステップ２００で、処理を開始し、ステップ２０１でベース画像領域１０２の座標パターンの撮影を行う。座標パターン画像３００の一例として、図３に示すように、反対色の四角形を交互に並べて形成し、規準となる四角形に規準マーキング３０１を施したものを例にとり説明する。座標パターン画像３００上の四角形の接合部分の座標は既知のものを使用する。このように、座標パターン画像には、画像面内の歪みを補正できるようなパターンが使用される。

ステップ２０１でのベース画像領域１０２の座標パターン撮影は、次のようにして行われる。制御装置１０４からの制御信号により、座標パターン画像３００を画像切替器110に出力し、画像切替器１１０を介してプロジェクタ１００よりスクリーン１１８上のベース画像領域１０２へ座標パターン画像３００を投影する。この時、プロジェクタ１０１は座標パターン画像３００には影響を与えない画面をスクリーン１１８上へ投影し、計測カメラ１０６はプロジェクタ１００の投影する座標パターン画像３００を撮影して、図４に示す撮影画像４００を制御装置１０４に記録する。

ステップ２０２で、スタック画像領域１０３の座標パターン撮影を行う。制御装置104からの制御信号により座標パターン画像３００を画像切替器１１０に出力し、画像切替器１１０から画像処理装置１０９を介してプロジェクタ１０１よりスクリーン１１８上のスタック画像領域１０３へ投影する。この時、プロジェクタ１００は座標パターン画像300には影響を与えない画面をスクリーン１１８へ投影し、計測カメラ１０６はプロジェクタ１０１の投影する座標パターン画像３００を撮影して、図５に示す撮影画像５００を制御装置１０４に記録する。

なお、ステップ２０１とステップ２０２の処理順序は逆にしてもよいが、計測カメラ
１０６の位置，画角の撮影条件は変更しないようにする必要がある。

ステップ２０３で、計測カメラ１０６上のベース映像座標算出を行う。ステップ２０１で制御装置１０４に記録した撮影画像４００について図４に示す座標パターン画像４０１を解析して数１に示す変換関数Ｆを得る。

ここで、Ｂ(ｘ，ｙ)はベース画像上の座標、Ｃ(ｘ，ｙ)は計測カメラ１０６上の座標であり、数１は、ベース画像上の座標であるＢ(ｘ，ｙ)を計測カメラ１０６上の座標であるＣ(ｘ，ｙ)へ変換する変換関数Ｆとの関係を表している。

ステップ２０４で、計測カメラ１０６上のスタック画像座標算出を行う。ステップ202で制御装置１０４に記録した撮影画像５００上の図５に示す座標パターン画像５０１を解析して数２に示す変換関数Ｇを得る。

ここで、Ｓ(ｘ，ｙ)はスタック画像上の座標、Ｃ(ｘ，ｙ)は計測カメラ１０６上の座標であり、数２は、スタック画像上の座標であるＳ(ｘ，ｙ)を計測カメラ１０６上の座標であるＣ(ｘ，ｙ)へ変換する変換関数Ｇとの関係を表している。

ここで、ステップ２０３とステップ２０４の処理順序は逆にしてもよい。

ステップ２０５で、スタック画像座標Ｓ(ｘ，ｙ)をベース画像座標Ｂ(ｘ，ｙ)へ変換する補正データの算出を行う。ステップ２０３で処理した数１、及びステップ２０４で処理した数２から数３を得、数３を変形して数４を得る。

数４は、スタック画像上の座標であるＳ(ｘ，ｙ)をベース画面上の座標であるＢ(ｘ，ｙ)へ変換する変換関数Ｔとの関係を表している。

ステップ２０６で、数４よりスタック画像領域１０３上の画像をベース画像領域１０２へスタック投射させるための補正データを画素単位で算出して補正データ生成処理を終了する。

このようにして算出された補正データを画像処理装置１０９に設定することにより画素単位で補正されたスタック映像を得ることができる。これにより、ベース用画像にスタック用画像を一致させることができる。

本発明の他の実施例を図６，図７を参照して説明する。

図６は、本実施例のスタックプロジェクションシステムのプロジェクタ部分とスクリーン部分の配置を示す斜視図である。本実施例では、スクリーンは曲面スクリーンであり、２式のプロジェクタ６００，６０１で曲面スクリーン６０２上にスタック映像６０３を投影している。この場合も上述した処理により補正データが計算され、画像処理装置１０９に記憶される。

曲面スクリーン等への投影は、スクリーン上に歪みがあるため、従来は画素単位でのスタック投影は非常に困難であったが、本実施例によれば、計測カメラ１０６により撮影した映像から制御装置１０４が画素単位の補正データを生成し、画像処理装置１０９によりベース映像にスタック映像を画素単位で補正してスタックしているので、曲面スクリーン６０２へのスタックプロジェクションが良好に行える。

図７は本実施例のマルチプロジェクションシステムのプロジェクタ部分とスクリーン部分の配置を示す斜視図である。

本実施例では、１式のプロジェクタ７００〜７０３のそれぞれに対応して、他の１式のプロジェクタ７０４〜７０７を設けた２式のマルチプロジェクションシステムにより、スクリーン７０８上には縦方向のブレンド部分７１０と横方向のブレンド部分７１１を有するスタック映像７０９を投影している。プロジェクタ７００〜７０３はブレンド部分710及び７１１を有するマルチプロジェクションのベース画像をスクリーン７０８上へ投影する。プロジェクタ７０４はプロジェクタ７００の投影領域全体を含んで、プロジェクタ
７０５はプロジェクタ７０１の投影領域全体を含んで、プロジェクタ７０６はプロジェクタ７０２の投影領域全体を含んで、プロジェクタ７０７はプロジェクタ７０３の投影領域全体を含んで映像を投影するように配置されている。

マルチプロジェクションによる投影はスクリーン７０８上にオーバーラップしたブレンド部分７１０及び７１１が存在するため、従来はブレンド部分を投影しているプロジェクタ間にて画素単位で補正を行うことは非常に困難であったが、本実施例によれば、計測カメラ１０６により撮影した映像から制御装置１０４が画素単位の補正データを生成し、画像処理装置１０９にてベース映像に補正したスタック映像を画素単位でスタックしているので、マルチプロジェクションシステムによるスクリーン７０８へのスタックプロジェクションも良好に行える。

以上説明したように、本実施例によれば、２式のプロジェクタである、ベース画像を出力するプロジェクタとスタック画像を出力するプロジェクタを、ベース画像が投影される領域全体を含むようにスタック画像を投射するように配置すればよいので、高度な熟練者でなくてもプロジェクタの設置，調整を行える効果がある。又、画像処理装置は１台設ければよく、設備費の節約，省スペース化が可能となる。

又、ベース画像を出力する画像に対し、スタック画像を出力するプロジェクタは、ベース画像が投影される領域全体を含むようにスタック画像を投射するように２式のプロジェクタ装置を配置すればよいので、２式のプロジェクタ装置を上下左右別々の場所に設置でき、スクリーン対してプロジェクタのレイアウトの自由度が増す効果がある。

又、撮影により画素単位にて補正データを自動生成するので、作業者の熟練度によらず均質なスタックプロジェクションシステムを提供できる効果がある。

又、撮影により画素単位にて補正データを自動生成するので、レンズの特性等により画面内に歪みがあってもスタックさせることが可能である。

又、撮影により画素単位にて補正データを自動生成するので、円柱型や円球型などのスクリーンであってもスタックさせることが可能である。

又、撮影により画素単位にて補正データを自動生成するので、オーバーラップするブレンド領域を持つ２式のマルチプロジェクションシステム間であってもスタックさせることが可能である。

本発明の一実施例のスタックプロジェクションシステムの構成図である。 補正データ生成の流れ図である。 座標パターン画像の一例を示す平面図である。 計測カメラで撮影したベース画像領域の座標パターン撮影の一例を示す平面図である。 計測カメラで撮影したスタック画像領域の座標パターン撮影の一例を示す平面図である。 本発明の他の実施例であるスタックプロジェクションシステムのプロジェクタ部分とスクリーン部分の配置を示す斜視図である。 本発明の他の実施例であるマルチプロジェクションシステムのプロジェクタ部分とスクリーン部分の配置を示す斜視図である。

符号の説明

１００，１０１，６００，６０１，７００〜７０７…プロジェクタ、１０２…ベース画像領域、１０３…スタック画像領域、１０４…制御装置、１０５,１０８,１１１〜１１３，１１６，１１７…映像データ伝送線、１０６…計測カメラ、１０７…補正データ伝送線、１０９…画像処理装置、１１０…画像切替器、１１４…スタック用画像再生装置、115…ベース用画像再生装置、１１８，７０８…スクリーン、３００…座標パターン画像、
３０１…規準マーキング、６０２…曲面スクリーン、６０３，７０９…スタック映像、
７１０，７１１…ブレンド部分。

Claims (3)

1. ベース用画像再生装置と接続された第１のプロジェクタと、スタック用画像再生装置と画像処理装置を介して接続された第２のプロジェクタと、前記第１，第２のプロジェクタからの画像が投影されるスクリーンとを備え、前記第１のプロジェクタによりスクリーンへ投影されるベース用画像の全体を、前記第２のプロジェクタによりスクリーンへ投影されるスタック用画像が含むように前記第１，第２のプロジェクタを配置すると共に前記第１のプロジェクタと第２のプロジェクタを一対のプロジェクタとして、スクリーン上に縦方向のブレンド部分及び／又は横方向のブレンド部分を有するスタック映像を投影するように複数対配置し、計測カメラで撮影された前記第１のプロジェクタによりスクリーンへ投影される画像面内の歪みを補正するための座標パターン画像、及び前記第２のプロジェクタによりスクリーンへ投影される画像面内の歪みを補正するための座標パターン画像からベース用画像にスタック用画像をスタックするために算出された画素単位の補正データを前記画像処理装置に記憶させたスタックプロジェクション装置。
2. ベース用画像再生装置と接続された第１のプロジェクタと、スタック用画像再生装置と画像処理装置を介して接続された第２のプロジェクタと、前記第１，第２のプロジェクタからの画像が投影される曲面スクリーンとを備え、前記第１のプロジェクタによりスクリーンへ投影されるベース用画像の全体を、前記第２のプロジェクタにより曲面スクリーンへ投影されるスタック用画像が含むように前記第１，第２のプロジェクタを配置し、計測カメラで撮影された前記第１のプロジェクタにより曲面スクリーンへ投影される画像面内の歪みを補正するための座標パターン画像、及び前記第２のプロジェクタにより曲面スクリーンへ投影される画像面内の歪みを補正するための座標パターン画像からベース用画像にスタック用画像をスタックするために算出された画素単位の補正データを前記画像処理装置に記憶させたスタックプロジェクション装置。
3. ベース用画像再生装置と接続された第１のプロジェクタによりスクリーンへ投影されるベース用画像の全体を、スタック用画像再生装置と画像処理装置を介して接続された第２のプロジェクタによりスクリーンへ投影されるスタック用画像が含むように前記第１，第２のプロジェクタを配置すると共に前記第１のプロジェクタと第２のプロジェクタを一対のプロジェクタとして、スクリーン上に縦方向のブレンド部分及び／又は横方向のブレンド部分を有するスタック映像を投影するように複数対配置し、前記第１のプロジェクタからスクリーン上に投影される画像面内の歪みを補正するための第１の映像を計測カメラで撮影して記録し、前記第２のプロジェクタから前記スクリーン上に投影される画像面内の歪みを補正するための第２の映像を前記計測カメラで撮影して記録し、前記記録された第１の映像及び第２の映像からベース用画像にスタック用画像をスタックするための画素単位の補正データを算出し、前記画像処理装置により補正データに従って前記スタック用画像再生装置からのスタック用画像を変形させて前記ベース用画像に一致させるスタックプロジェクション装置の調整方法。

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