JP4710780B2 - Image projection display device - Google Patents
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本発明は、スクリーン上に入力画像を投影する画像投影表示装置に関し、特に、スクリーンが任意の形状を有する面であっても投影画像の幾何歪を補正する画像投影表示装置に関するものである。 The present invention relates to an image projection display device that projects an input image on a screen, and more particularly to an image projection display device that corrects geometric distortion of a projection image even if the screen has a surface having an arbitrary shape.
一般的に、画像投影表示装置は、スクリーンが平面であることを前提としているため非平面なスクリーンに投影した場合、投影画像が歪む問題がある。この問題を解決するため画像投影表示装置の入力画像に対し幾何補正処理を行い、非平面なスクリーンに投影した場合でも投影画像が歪まないようにした画像投影表示装置がある(例えば、特許文献1参照)。
しかし、上述の従来の画像投影表示装置では、入力画像に対し幾何補正処理を行う場合、テスト画像をプロジェクタから投影し、それをカメラで撮影し、テスト画像のマーカー位置とカメラで撮影したテスト画像のマーカー位置の対応関係から幾何補正処理のための補正データを求めていたため、カメラが1回の撮影でスクリーン全体のテスト画像を撮影することが出来ない場合、カメラの向きを変え複数回撮影する必要があるため、補正データの算出が煩雑になると共に時間がかかる、という課題があった。 However, in the above-described conventional image projection display device, when geometric correction processing is performed on an input image, a test image is projected from the projector, photographed by the camera, and the test image marker position and the test image photographed by the camera. Since the correction data for the geometric correction processing is obtained from the correspondence between the marker positions of the camera, if the camera cannot shoot a test image of the entire screen in a single shooting, the camera is turned and shot multiple times. Therefore, there is a problem that calculation of correction data becomes complicated and takes time.
そこで、本発明は、スクリーンの画像投影面の形状に対する入力画像の幾何補正処理を簡単に実行することができる画像投影表示装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an image projection display device that can easily execute a geometric correction process of an input image with respect to the shape of an image projection surface of a screen.
上記目的を達成するため、本発明の画像投影表示装置では、スクリーン(10)上に入力画像を投影する画像投影表示装置であって、前記スクリーン上の複数の位置に順次レーザ光線を照射すると共に、照射した前記レーザ光線の反射光が戻るまでの時間とその反射光のレベルとを測定して、前記スクリーン上における前記各照射位置までの距離と反射率とを検出するレーザスキャナ部(11)と、前記レーザスキャナ部が検出した前記距離および前記反射率の変化に基づき前記スクリーンの画像投影面の形状を特定するスクリーン形状特定部(12)と、観測者の位置、投影部の位置、前記レーザスキャナ部の位置、前記スクリーン形状特定部が特定した前記スクリーンの形状に基づいて、前記入力画像を前記スクリーンに投影するための補正データを算出する補正データ算出部(13)であって、前記補正データ算出部は、仮想平面スクリーン上における投影されるべき画像の位置と観測者の位置とを通る線が前記スクリーンと交差する点を求め、前記仮想平面スクリーン上における投影されるべき画像を前記スクリーンと交差する点に投影するように前記補正データを算出する補正データ算出部と、前記補正データ算出部によって算出された前記補正データに基づき、前記入力画像に対し幾何補正処理を行う幾何補正部(14)と、前記幾何補正部によって幾何補正処理された前記入力画像を前記スクリーンに投影する投影部(15)と、を有するものである。 In order to achieve the above object, the image projection display device of the present invention is an image projection display device that projects an input image on a screen (10), and sequentially irradiates a plurality of positions on the screen with laser beams. The laser scanner unit (11) detects the distance to each irradiation position and the reflectance on the screen by measuring the time until the reflected light of the irradiated laser beam returns and the level of the reflected light. A screen shape specifying unit (12) for specifying the shape of the image projection surface of the screen based on the distance and the reflectance change detected by the laser scanner unit , the position of the observer, the position of the projection unit, position of the laser scanner unit, based on the shape of the screen where the screen pattern identifying unit has identified, for projecting the input image on the screen A correction data calculating unit for calculating a positive data (13), the correction data calculation unit, a line which passes through the position of the observer of the image to be projected on the virtual plane screen intersects the screen A correction data calculation unit that calculates a correction data so as to obtain a point and project the image to be projected on the virtual plane screen to a point that intersects the screen; and the correction calculated by the correction data calculation unit A geometric correction unit (14) that performs a geometric correction process on the input image based on data; and a projection unit (15) that projects the input image geometrically corrected by the geometric correction unit onto the screen. Is.
なお、上記画像投影表示装置において、前記レーザスキャナ部(11)は、前記スクリーン(10)上の任意の内部位置から所定間隔で縦方向または横方向に交互に照射位置を変えて前記スクリーンの外方に巻回する巻回経路で前記レーザ光を照射し、前記スクリーン形状特定部(12)は、前記レーザスキャナ部が検出した前記距離および前記反射率の変化に基づき、前記渦巻きが広がるような回転経路の途中の1周全ての前記照射位置にて前記スクリーン外と判断した場合、前記レーザスキャナ部に前記レーザ光の照射を中止させる、ようにしても良い。 In the image projection display device, the laser scanner unit (11) is configured to change the irradiation position alternately at a predetermined interval from an arbitrary internal position on the screen (10) in a vertical direction or a horizontal direction. The screen shape specifying unit (12) irradiates the laser beam through a winding path that winds in the direction, and the swirl spreads based on the change in the distance and the reflectance detected by the laser scanner unit. When it is determined that the screen is out of the screen at all the irradiation positions in the middle of the rotation path, the laser scanner unit may stop the irradiation of the laser beam.
本発明の画像投影表示装置では、スクリーン上の複数の位置に順次レーザ光線を照射すると共に、照射した前記レーザ光線の反射光が戻るまでの時間とその反射光のレベルとを測定して、スクリーン上における前記各照射位置までの距離と反射率とを検出し、その距離および反射率の変化に基づき前記スクリーンの画像投影面の形状を特定し、特定したスクリーンの形状に基づいて、入力画像を前記スクリーンに投影するための補正データを算出して入力画像に対し幾何補正処理を行い、幾何補正処理された入力画像をスクリーンに投影するようにしたので、スクリーンの画像投影面の形状に対する入力画像の幾何補正処理を簡単に実行することができる。 In the image projection display device of the present invention, a laser beam is sequentially irradiated to a plurality of positions on the screen, and the time until the reflected light of the irradiated laser beam returns and the level of the reflected light are measured, and the screen The distance to each of the irradiation positions and the reflectance are detected, the shape of the image projection surface of the screen is specified based on the change in the distance and the reflectance, and the input image is determined based on the specified shape of the screen. Since the correction data for projecting onto the screen is calculated and geometric correction processing is performed on the input image, and the input image subjected to the geometric correction processing is projected onto the screen, the input image corresponding to the shape of the image projection plane of the screen The geometric correction process can be easily executed.
図1は、本発明に係る実施の形態の画像投影表示装置の構成例を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an image projection display device according to an embodiment of the present invention.
図1において、この画像投影表示装置は、スクリーン10に対し入力画像を投影するもので、スクリーン10上の複数の位置に順次レーザ光線を照射すると共に、照射した前記レーザ光線の反射光が戻るまでの時間とその反射光のレベルとを測定して、スクリーン10上における各照射位置までの距離と反射率とを検出するレーザスキャナ部11と、レーザスキャナ部11が検出した距離および反射率の変化に基づきスクリーン10の画像投影面の形状を特定するスクリーン形状特定部12と、スクリーン形状特定部12が特定したスクリーン10の画像投影面の形状に基づいて、入力画像をスクリーン10に投影するための補正データを算出する補正データ算出部13と、補正データ算出部13によって算出された補正データに基づき、入力画像に対し幾何補正処理を行う幾何補正部14と、幾何補正部14によって幾何補正処理された入力画像をスクリーン10に投影する投影部であるプロジェクタ15とを有している。
In FIG. 1, this image projection display device projects an input image onto a
次に動作を説明する。 Next, the operation will be described.
まず、レーザスキャナ部11は、スクリーン10の画像投影面の形状を測定する。レーザスキャナ部11は、照射したレーザ光線が測定対象物であるスクリーン10の画像投影面にあたり、その反射光が戻ってくるまでの時間とその反射光のレベルとを測定し、各照射位置までの距離と反射率とを算出する。
First, the
レーザ光線は、スポット光のため、スクリーン10の画像投影面の形状を測定するために、レーザ光線によってスクリーン10をスキャンし、レーザスキャナ部11からスクリーン10上の複数点の距離を測定する。
Since the laser beam is a spot beam, the
図2は、本実施の形態1のレーザスキャナ部11によるスクリーン10のスキャン方法の一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a scanning method of the
スキャンの方法としては、図2に示すようにまずスクリーン10の中央など任意の位置からスキャンを開始し、レーザスキャナ部11は、レーザ光線の照射方向のパンまたはチルトを一定角度毎に行い、スクリーン10上の任意の内部位置から所定間隔で縦方向または横方向に交互に照射位置を変えて渦巻きが広がるような回転経路、すなわちスクリーン10の外方に巻回する巻回経路でレーザ光を照射して、順次照射位置で距離と反射率の測定を行う。
As a scanning method, as shown in FIG. 2, first, scanning is started from an arbitrary position such as the center of the
その際、スクリーン形状特定部12は、レーザスキャナ部11が順次照射位置で検出した距離および反射率の変化に基づき、各照射位置で検出したその距離または反射率がスクリーン10の内外で大きく変化することを利用して、スクリーン10の内外判定を行う。例えば、各照射位置での距離が急に大きくなり、かつ、反射率が急に小さく変化した場合は、スクリーン10外と判断することができ、その逆の場合には、スクリーン10内と判断することができる。
At that time, the screen
図2では、スクリーン10の内外判定の結果、スクリーン10内と判定した点を○、スクリーン10外と判定した点を×で図示している。
In FIG. 2, the points determined to be inside the
これにより、スクリーン10の画像投影面をカメラ等により撮影して画像処理をしなくても、簡単にスクリーン10の画像投影面の3次元形状を特定することができる。
Accordingly, the three-dimensional shape of the image projection surface of the
そして、スクリーン形状特定部12は、レーザスキャナ部11が検出した距離および反射率の変化に基づき、任意の位置からの渦巻きが広がるような回転経路の途中の1周全ての照射位置にてスクリーン10外と判断した場合、レーザスキャナ部11にレーザ光の照射を中止させる。
Then, the screen
これにより、回転経路の途中の1周全ての照射位置または照射点にてスクリーン10外と判定された場合、この終了条件により、レーザスキャナ部11がスクリーン10を下方から仰ぎ見る位置に設置されており、スクリーン10がレーザスキャナ部11の位置から図2に示すように見えていたとしても、スクリーン10の画像投影面の形状測定が中途で終了することを防ぐことが出来る。
Thereby, when it is determined that the
そして、スクリーン形状特定部12は、ローカルエリアネットワーク等を介して、特定したスクリーン10の画像投影面の形状モデルを補正データ算出部13に送る。
Then, the screen
補正データ算出部13では、パソコン等により構成されており、パソコンのユーザーインターフェースにより、観測者の位置、プロジェクタ15の位置、レーザスキャナ部11の位置と、スクリーン形状特定部12が特定したスクリーン10上の画像投影面の三次元的形状を入力して、レーザスキャナ部11からの距離と、レーザスキャナ部11のパンおよびチルト角から、レーザスキャナ部11の位置を原点とする三次元座標を算出し、算出された点の三次元座標からスクリーン10の画像投影面の形状モデルを生成して、入力画像を幾何補正処理するための補正データを算出する。
The correction
図3は、補正データ算出部13による補正データの算出方法を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a correction data calculation method by the correction
図3において、Eは観測者や視聴者等のユーザの位置、Pはプロジェクタの位置である。Pから仮想平面スクリーン10’上の点Aに投影された画像をスクリーン10上の曲面状の画像投影面に投影する場合、ユーザは線EAの方向に画像を認識しているため、スクリーン10上の曲面状の画像投影面上の点B’に画像を投影するとユーザは画像の歪みを認知できない。
In FIG. 3, E is the position of a user such as an observer or viewer, and P is the position of the projector. When an image projected from P to a point A on the
そのため、補正データ算出部13は、仮想平面スクリーン10’上の点Aに投影すべき画像をユーザが正しく視聴できるように、スクリーン10上の点B’、すなわち仮想平面スクリーン10’上の点Bに投影するよう補正データを、スクリーン形状特定部12が特定したスクリーン10上の画像投影面全ての画素について補正データの算出を行う。
Therefore, the correction
そして、幾何補正部14は、補正データ算出部13からの補正データを使用して入力画像に対し幾何補正処理を行い、幾何補正処理した入力画像をプロジェクタ部に出力する。
Then, the
プロジェクタ部15は、幾何補正部14によって幾何補正処理された入力画像を出力してスクリーン10の画像投影面に投影する。
The
これにより、スクリーン10の画像投影面が曲面であっても、そのスクリーン10の画像投影面の3次元的形状に応じて、正確に入力画像を幾何補正処理して投影することが可能となる。
Thereby, even if the image projection surface of the
このように、本実施の形態の画像投影表示装置では、スクリーン10上の複数の位置に順次レーザ光線を照射すると共に、照射したレーザ光線の反射光が戻るまでの時間とその反射光のレベルとを測定して、スクリーン10上における各照射位置までの距離と反射率とを検出し、その距離および反射率の変化に基づきスクリーン10上の画像投影面の形状を特定し、特定したスクリーンの形状に基づいて、入力画像をスクリーン10に投影するための補正データを算出して入力画像に対し幾何補正処理を行い、幾何補正処理された入力画像をスクリーン10に投影するようにしたので、スクリーン10の画像投影面を撮影してスクリーン10の画像投影面の形状を特定する場合等と比べ、スクリーン10の画像投影面の三次元的な形状に対する入力画像の幾何補正処理を簡単に実行することができる。
As described above, in the image projection display device according to the present embodiment, the laser beam is sequentially irradiated to a plurality of positions on the
特に、本実施の形態では、レーザスキャナ部11は、スクリーン10上の任意の位置から所定間隔で縦方向または横方向に交互に照射位置を変えてスクリーン10の外方に巻回する巻回経路でレーザ光を照射し、スクリーン形状特定部12は、レーザスキャナ部11が検出した距離および反射率の変化に基づき、渦巻きが広がるような回転経路の途中の1周全ての照射位置にてスクリーン10外と判断した場合、レーザスキャナ部11にレーザ光の照射を中止させるようにしたので、簡単にスクリーン10の画像投影面の形状を自動的に特定することができる。
In particular, in the present embodiment, the
なお、本実施の形態の画像投影表示装置では、レーザスキャナ部11は、スクリーン10上の画像投影面の任意の内部位置から所定間隔で縦方向または横方向に交互に照射位置を変えてスクリーン10の外方に巻回する巻回経路でレーザ光を照射するように説明したが、本発明は、これに限らず、スクリーン10の画像投影面の三次元的な形状を特定できれば十分であるので、例えば、スクリーン10上の画像投影面の任意の内部位置や、スクリーン10外の任意の位置から、所定間隔で円弧状のレーザ光線をスキャンさせるようにしても良いし、ブラウン管テレビの電子銃の走査のように水平方向または垂直方向に連続的にスキャンするようにしても勿論良い。
In the image projection display device of the present embodiment, the
10 スクリーン
11 レーザスキャナ部
12 スクリーン形状特定部
13 補正データ算出部
14 幾何補正部
15 プロジェクタ(投影部)
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記スクリーン上の複数の位置に順次レーザ光線を照射すると共に、照射した前記レーザ光線の反射光が戻るまでの時間とその反射光のレベルとを測定して、前記スクリーン上における前記各照射位置までの距離と反射率とを検出するレーザスキャナ部と、
前記レーザスキャナ部が検出した前記距離および前記反射率の変化に基づき前記スクリーンの画像投影面の形状を特定するスクリーン形状特定部と、
観測者の位置、投影部の位置、前記レーザスキャナ部の位置、前記スクリーン形状特定部が特定した前記スクリーンの形状に基づいて、前記入力画像を前記スクリーンに投影するための補正データを算出する補正データ算出部であって、前記補正データ算出部は、仮想平面スクリーン上における投影されるべき画像の位置と観測者の位置とを通る線が前記スクリーンと交差する点を求め、前記仮想平面スクリーン上における投影されるべき画像を前記スクリーンと交差する点に投影するように前記補正データを算出する補正データ算出部と、
前記補正データ算出部によって算出された前記補正データに基づき、前記入力画像に対し幾何補正処理を行う幾何補正部と、
前記幾何補正部によって幾何補正処理された前記入力画像を前記スクリーンに投影する投影部と、
を有し、
前記レーザスキャナ部は、前記スクリーン上の任意の内部位置から所定間隔で縦方向または横方向に交互に照射位置を変えて前記スクリーンの外方に巻回する巻回経路で前記レーザ光を照射し、
前記スクリーン形状特定部は、前記レーザスキャナ部が検出した前記距離および前記反射率の変化に基づき、前記渦巻きが広がるような回転経路の途中の1周全ての前記照射位置にて前記スクリーン外と判断した場合、前記レーザスキャナ部に前記レーザ光の照射を中止させる、
ことを特徴とする画像投影表示装置。
An image projection display device that projects an input image on a screen,
A plurality of positions on the screen are sequentially irradiated with a laser beam, and the time until the reflected light of the irradiated laser beam returns and the level of the reflected light are measured, until each irradiation position on the screen. A laser scanner unit for detecting the distance and the reflectance,
A screen shape identifying unit that identifies the shape of the image projection surface of the screen based on the change in the distance and the reflectance detected by the laser scanner unit;
Correction for calculating correction data for projecting the input image on the screen based on the position of the observer, the position of the projection unit, the position of the laser scanner unit, and the shape of the screen specified by the screen shape specifying unit A data calculation unit, wherein the correction data calculation unit obtains a point where a line passing through the position of the image to be projected and the position of the observer on the virtual plane screen intersects the screen, and A correction data calculation unit for calculating the correction data so as to project an image to be projected at a point intersecting the screen;
A geometric correction unit that performs a geometric correction process on the input image based on the correction data calculated by the correction data calculation unit;
A projection unit that projects the input image subjected to geometric correction processing by the geometric correction unit onto the screen;
I have a,
The laser scanner unit irradiates the laser beam through a winding path that winds outward from the screen while changing the irradiation position alternately in a vertical direction or a horizontal direction at a predetermined interval from an arbitrary internal position on the screen. ,
The screen shape specifying unit determines that the screen is out of the screen at all the irradiation positions in the middle of the rotation path in which the spiral is expanded based on the change in the distance and the reflectance detected by the laser scanner unit. If so, the laser scanner unit to stop the irradiation of the laser beam,
An image projection display device characterized by that.
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