JP4756567B2

JP4756567B2 - 投射型表示装置の画像補正方法

Info

Publication number: JP4756567B2
Application number: JP2001211590A
Authority: JP
Inventors: 雄介太田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: JP2003029714A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクタ等の投射式表示装置における垂直あるいは水平方向の台形歪を補正する画像補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタ等の投射式表示装置においては、液晶パネルに形成されたデジタル画像が投影面であるスクリーン上に投影されるが、プロジェクタの光軸とスクリーンとの成す角が垂直または水平方向から傾くことによって投影画像の形状に台形歪（キーストン歪み）が生じる。
【０００３】
スクリーン上に投影された上辺が伸び、下辺が圧縮された台形歪（キーストン歪み）をデジタル的に補正処理する技術として、例えば特開平８−９８１１９号公報に記載の画像処理装置や特開平８−２５４３００号公報に記載の投射表示装置の表示方法がある。これらの技術では、補正の際に使用するパラメータとして、装置とスクリーンとの間の距離が使用される。この他に、パラメータとして装置とスクリーンとの間の距離を使用しない補正方法もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の技術では、幾何学的な関係式を用いて正確な座標変換を行っている。しかしながら、上記した関係式には三角関数が使われているため、高速化の妨げとなっている。
【０００５】
そこで、本発明では、実際に液晶プロジェクタを使用する際、わずかな座標変換の誤差は問題にならない（一般的な使い方をするユーザには分からない）ことに着目してなされたもので、
本発明の目的は、正確な変換式に対する誤差の少ない簡便な変換式を用いることで、実用上の画質的問題がほとんど生じないまま、キーストン補正のための座標変換の計算量を削減した投射型表示装置の画像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】
本発明では、画像形成部上の入力画像をスクリーンに投射して表示する投射型表示装置において、光軸とスクリーンとのなす角が垂直または水平方向から傾くことに起因する台形歪を補正する方法として、正確な幾何学変換式の代わりに簡単な近似変換式を用いて座標変換を行う。
【０００７】
また、本発明では、調整のためのパラメータとして、表示される画像の横端の線と垂直方向とのなす角を用いる。
【０００８】
本発明の投射型表示装置は、台型歪補正を行う機能を持ち、またＰＣなどの画像信号元がなくても調整できるようにするために、補正度調整用の表示データを内蔵している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて具体的に説明する。
【００１０】
前述したように、液晶プロジェクタに用いるキーストン補正用の座標変換式が提案され、さらにこれを改良して光学シフトに対応した式もある。これらの式は従来の方式に比べ、使用するパラメータの点で優れている。すなわち、従来の方式がプロジェクタとスクリーンとの距離（設置状況によって変わる）を用いているのに対して、プロジェクタの固有値のみをパラメータで使用しているため、設置状況に関わらず光軸とスクリーンとの角度だけで補正の度合いを調整することができる。また、厳密な幾何学的関係を考慮して式を立てているため、画面上どこにも歪みのない変換式を提供することができる。
【００１１】
しかし、三角関数を式に含むため、実際に座標を変換する際に計算時間がかかる問題があることは前述した通りである。
【００１２】
ところで、実際にキーストン補正機能を持つプロジェクタを使用している際に、一般ユーザには座標変換の多少の歪みはほとんど分からない。幾何学的に正しく変換された画像と、わずかな誤差を持って変換された画像とでは、実際の使用状況でユーザがその違いを認識することが極めて難しい。また、「キーストン補正をする際にユーザが意識するパラメータは、『光軸とスクリーンとの角度』ではなく、『画面の横端と鉛直方向との角度』である」という点も考慮する必要がある。
【００１３】
本発明では、以上の２点を考慮に入れたキーストン補正用の簡単な座標変換式を提案するもので、次のような特徴を持つ。すなわち、
（１）式が簡単である。
（２）正確な変換に対する誤差が小さい。
（３）画像の横端の線と鉛直方向とのなす角をパラメータとする。
なお、次の条件を前提とする。
（４）小型ポータブルプロジェクタで使用。
（５）キーストン補正の範囲は、光軸とスクリーンとの角度で高々２０°まで。
【００１４】
本発明のキーストン補正用変換式で使用する座標系（ｕ，ｖ）は、ある画素の補正前の液晶面での座標であり、座標系（ｘ，ｙ）は、その画素の補正後の液晶面での座標である（図２）。
【００１５】
これらの座標系は、次のように考えてよい。
（ｕ，ｖ）：入力画像（外部から入力されてフレームメモリに記録された画像）での座標
（ｘ，ｙ）：液晶上での座標
実際の処理の際には、液晶面のそれぞれの画素の値を求めるために必要な入力画像上の画素の座標を計算することになるので、
変換式はｕ＝ｆ（ｘ，ｙ），ｖ＝ｇ（ｘ，ｙ）という形になる。
【００１６】
なお、入力画像と液晶面のサイズについては次の通り定める。
入力画像の大きさ：Ｕ＊Ｖ
液晶面の大きさ：Ｘ＊Ｙ
ただし、Ｘ：Ｕ＝Ｙ：Ｖ＝１：ｋとする。この結果、ｋは入力画像と出力画像とのサイズ比を表すこととなり、これらの座標変換式が解像度変換も考慮したものになる（図２）
計算速度を重視した本発明の方法；
縦方向のキーストン歪を幾何学的に正しく補正した画像は液晶上で、図２（ｂ）に示すように台形になる（つまり、液晶上の台形をスクリーン上に投影すると、上辺が伸び、キーストン歪が補正された長方形が表示される）。そこで、その台形に近い形状の台形へと変形できてなおかつ平易な構成の座標変換式を厳密な式の代わりに使用すれば、より高速なキーストン補正ができる。この場合、画枠内の各箇所における縮小率の変化の度合いの違いがあまり大きいと画質的に問題となるので、これを小さく抑えられるような変換式が望ましい。どの程度の誤差が許容されるのかは、プロジェクタの用途や製品レベルによるが、ここでは小型ポータブルでキーストン補正角度は一般に考えられる程度（２０°）までのプロジェクタを想定し、厳密な座標変換式の結果と簡易座標変換式の結果とを並べて見比べて違いがほとんど視認できない程度を目標とした。
【００１７】
また、従来の方式では光軸とスクリーンとがなす角をパラメータとして座標変換式を作っているが、ユーザがキーストン補正を調整する際には画像の横端の縦線が垂直方向になるかどうかを見ることが多い。そこで、本発明ではより直感的な座標変換式になるように、液晶上の変換画像の横端の縦線と垂直方向とのなす角をパラメータとした。
【００１８】
本発明の座標変換式の特徴をまとめると、簡単である、正確な変換に対して極端にずれていない、画像の横端の線と鉛直方向とのなす角をパラメータとする、となる。
【００１９】
以下、図３を用いて本発明の座標変換式を説明する。液晶面の横端と台形歪み補正済み画像の横端とのなす角をφとし、入力画像と液晶面とのサイズ比をｋ（＝Ｕ／Ｘ＝Ｖ／Ｙ）とする。
【００２０】
まず、ｋ＝１（すなわちＵ＝Ｘ、Ｖ＝Ｙ）の場合を考える。
台形内の座標を（ｘ、ｙ）、長方形内の座標を（ｘ’、ｙ’）とし、台形の右上端の点（ｘ０、ｙ０）と長方形の右上の頂点（Ｘ／２、Ｙ）との関係は、
Ｘ／２＝▲１▼＋▲２▼＝ｘ０＋ｔａｎφ・ｙ０
である。
【００２１】
一般の（ｘ、ｙ）の場合、▲２▼の大きさはｘおよびｙの値に応じて変化する。ｘ＝０のときはｙの値に関係なく▲２▼＝０であり、ｙ＝０のときもｘに関係なく▲２▼＝０である。さらに、変化量はｘ、ｙにそれぞれ比例するものと仮定して、
【００２２】
【数２】

さらに、角度が小さいことからｔａｎφ≒φと近似して
【００２３】
【数３】

となる。
ｋ≠１の場合に拡張すると、ｕ＝ｋｘ’、Ｕ＝ｋＸなので
【００２４】
【数４】

となる。ａは、比例係数であり、調整用のパラメータである。
ｖは、ｙ’の増加分がｙとφに比例するものと考えパラメータｂを追加して、
【００２５】
【数５】

となる。
【００２６】
上記した変換式は、垂直方向の台形歪補正に関する変換式であるが、水平方向の台形歪に関しても同じように対応できることは明らかである（ただし、この式では両方向同時に補正することはできない）。
【００２７】
本発明の画像補正方法は、液晶プロジェクタにおいて、ＰＣなどから入力された画像信号がフレームメモリに貯えられた状態から、表示のために液晶パネルに書き込まれるまでのプロセス内で使用される。
【００２８】
図１は、本発明の実施例に係る構成を示す。フレームメモリ１には、入力画像データの１フレーム分が書き込まれている（例えば、図２（ａ）に示す長方形の画像が書き込まれている）。フレームメモリ上の座標を（ｕ，ｖ）［整数］とする。なお、（ｕ，ｖ）、（ｘ，ｙ）の座標軸の方向と原点の位置は、前述した座標変換式のものと異なるが、これは、例えば次のような座標変換を行うことで互換性を保てる。
ｘ’＝ｘ＋Ｘ／２
ｙ’＝−ｙ＋Ｙ
読み出し制御部２では、液晶パネル４上の座標（ｘ，ｙ）［整数］に対応する（ｕ，ｖ）［実数］を、本発明の座標変換式（３）、（４）から導き出し、その（ｕ，ｖ）［実数］の周囲にある画素をフレームメモリ１から読み出す。読み出す画素数は画素補間処理部３における画素補間方式に依存する。
【００２９】
画素補間処理部３では、読み出し制御部２で読み出した画素をもとに（ｘ，ｙ）に書き込む画素の値を計算する。補間方法としては、例えば線型補間法や３次補間法などを用いる。以上の処理を経て、液晶パネル４上には台形歪が補正済みの画像（図２（ｂ）の台形の画像）が形成される。液晶パネル４上に形成された画像が図示しないスクリーンに投影されると、投影された画像はフレームメモリ１に書き込まれた元の画像と同じものとなる。
【００３０】
また、本発明の投射型表示装置は、ＰＣなどの画像信号元がなくても調整できるようにするために、補正度調整用の表示データを内蔵している。すなわち、補正度調整用の表示データとしては、液晶パネル４の表示範囲の枠の外縁に線が表示されるデータを持つ。このように、液晶パネルに罫線を表示することにより、台形歪補正の角度調整の利便性が向上する。さらに、補正度調整用の表示データとして、液晶パネル４に複数の縦線が表示されるデータを持たせることにより、縦方向の台形歪補正の角度調整の利便性が向上する。
【００３１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、以下のような効果が得られる。
（１）正確な幾何学式と比べて単純な数式を用いることによって必要な計算処理が軽減される。
（２）使用者が最も意識する横端部の角度をパラメータとすることで直感的な調整が可能になる。
（３）計算処理の軽減によって、処理の高速化およびハードの小型化が実現できる。
（４）ＰＣなどの画像信号元がなくても罫線を表示することで、台形歪補正の角度調整の利便性が向上し、また、縦線を表示することで縦方向の台形歪補正の角度調整の利便性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る構成を示す。
【図２】入力画像と液晶上の画像との対応を示す。
【図３】本発明の座標変換の関係を説明する図である。
【符号の説明】
１フレームメモリ
２読み出し制御部
３画素補間処理部
４液晶パネル

Claims

入力画像を画像形成部に形成し、前記画像形成部上の画像をスクリーンに投射して表示する投射型表示装置において、光軸とスクリーンとの成す角が垂直または水平方向から傾くことによって生じる台形歪を補正する画像補正方法であって、
前記入力画像上の任意の画素位置の座標を（ｕ，ｖ）、前記画像形成部上の任意の画素位置の座標を（ｘ，ｙ）とし、前記画像形成部の横端と、画像形成部に形成される台形歪が補正された補正画像の横端とのなす角をφとし、前記入力画像のサイズをＵ×Ｖ、前記画像形成部のサイズをＸ×Ｙとし、前記入力画像と前記画像形成部とのサイズ比をｋ（＝Ｕ／Ｘ＝Ｖ／Ｙ）としたとき、
前記座標（ｕ，ｖ）と（ｘ，ｙ）との座標変換を、

ここで、ａ、ｂは所定の係数
を用いて行うことを特徴とする投射型表示装置の画像補正方法。
前記画像形成部の横端と、画像形成部に形成される台形歪が補正された補正画像の横端とのなす角φを調整のためのパラメータとして用いることを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置の画像補正方法。
前記画像形成部には、補正度調整用の表示データが内蔵されていることを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置の画像補正方法。
前記表示データは、表示範囲の枠の外縁に表示される罫線データであることを特徴とする請求項３記載の投射型表示装置の画像補正方法。
前記表示データは、複数の縦線が表示されるデータであることを特徴とする請求項３記載の投射型表示装置の画像補正方法。