JP5186964B2 - プロジェクションシステム - Google Patents

Description

本発明は、投影範囲を、撮像部を用いて撮像するプロジェクションシステムに関し、さらに詳しくは、撮像部へのホットスポットの映りこみのない画像を得るプロジェクションシステムに関するものである。

プロジェクタとカメラを組み合わせて、カメラから撮り込んだ画像情報を使って、ピント合わせやキーストン補正を行うプロジェクションシステムなどが提案されている。更に、高度な応用例として、スクリーン面にマーカーペンで書き込みを入れ、その書き込み画像を撮影し、投影画像に重畳して投影したり、レーザポインタの軌跡を画像として、元の投影画像に重畳して表示するなどの活用法も提案されている。しかし、プロジェクタから画像を投影した状態で、カメラで投影範囲を撮影しようとした場合、ホットスポットの映り込みにより、ホットスポットと重なる位置や周辺では白とびしてしまい、正しく画像を撮り込むことができない。ホットスポットとはプロジェクタのランプの光源像が映りこみ、その部分だけが高輝度となってしまう現象である。
そのため、ホットスポットの映り込みを避ける手段としては、図１５のように、投影面（スクリーン）５１を対称面とする位置に、プロジェクタ５３の投影レンズを想定し、その想定した投影レンズを撮影範囲内に含まないように、プロジェクタ５３、カメラ５２、スクリーン５１の配置とすることが考えられる。特許文献１では、「撮像部の撮像レンズを投影画像の光の直接反射領域外に配置する」と記載されているが、同じことを意味している。
また、リアプロジクションの場合は、スクリーンの選択によっては、ユーザーの側から見た場合にホットスポットが見えないようにしたり、多少見えたとしても、実質的に問題にならならず、ほとんど気にならないレベルに抑えることができる。しかし、スクリーンを保持するための透明板（アクリル板やガラス板）の裏面に反射して、撮像範囲にホットスポットが写り込んでしまう。図１６（ａ）に示すように、シフトさせて投影させる打ち上げ投影の場合、上隅部分の入射角が大きくなる。しかし、図１６（ｂ）のように、投影光軸をスクリーンの中心に垂直に（直交して）配置できると、周辺部の最大入射角が同じであっても、光路を短くできるので、小型化できるが、特許文献１の方法では、カメラを大きくあおる配置にせざるを得ず、被写界深度内に全撮影範囲が収まらない可能性がある。

従来技術として特許文献１には、撮像部の撮像レンズを投影画像の直接反射領域外に配置することにより、投影範囲を撮影したときの画像にホットスポットの映り込みを避けるプロジェクションシステムについて開示されている。
また、特許文献２には、スクリーンには投影表示期間に散乱状態に、撮影期間に透過状態に時分割制御できるものを用い、投影表示期間に透過状態に、撮影期間に光遮断または光散乱状態に時分割制御して、投影表示手段の光源、発光体等の高輝度発光部分や投影映像がスクリーンに到達しないようにするマスクを設ける表示撮像装置について開示されている。
また、特許文献３には、投影手段から出力される投影光を遮断する遮断手段を有する構成について開示されている。
特許第３７３６３５０号公報 特開平０６−２６９００２号公報 特開２００３−１４３３４８公報

しかし、特許文献１の従来技術は、プロジェクタ、カメラ、スクリーン配置の自由度が狭められるといった問題がある。
また、特許文献２の従来技術は、投影画像の取り込みに関するもので、会議システムでのスクリーンのホットスポット発生を防止するものであり、スクリーンに特殊な機能を付加しなければならず、装置のコストが高くなるといった問題がある。
また、特許文献３の従来技術は、撮影時に投影手段から出力される投影光を遮断する遮断手段を有するので、撮影時に投影が中断される問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、投影部により投影された画像に含まれるホットスポットによる画像劣化を補正するために、複数の撮像部により撮影する際に、撮像部を光源像の映り込み位置が互いにずれる位置に移動して画像を部分的に重複して撮影すると共に、夫々の撮像画像への光源像の映り込みが、投影された画像に対して異なる位置に生じるように配置することにより、画像劣化を低減した投影像を生成することができるプロジェクションシステムを提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、画像を投影する画像投影手段と、撮像手段の位置を移動させる撮像部移動手段と、該撮像部移動手段により、夫々の撮影位置での撮像範囲で前記画像投影手段による光源像の映り込み位置が互いにずれる位置に移動することにより、投影された画像全体を、部分的に重複させて撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された画像データに対して所定の処理を行う処理手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項２は、前記撮像手段の画角及び角度を決める際には、最大画角で、且つ最至近投影距離で夫々の撮像範囲が重なる位置に、複数の前記撮像手段を配置することを特徴とする。
請求項３は、前記処理手段は、前記撮像手段により撮像した画像の重複部分を調整して１つの画像データに合成すると共に、画角による画像歪みを補正することを特徴とする。

請求項４は、画像を投影面に投影する画像投影手段と、該画像投影手段により投影された画像全体を部分的に重複するように撮像する複数の撮像手段と、該撮像手段により撮像された夫々の画像データに対して所定の処理を行う処理手段と、を備え、前記複数の撮像手段は、夫々の撮像画像への光源像の映り込みが、投影された画像に対して異なる位置に生じるように配置されることを特徴とする。
請求項５は、前記画像投影手段の焦点調節に応じて、前記撮像手段の撮影方向を調整する撮像方向調整手段を設けたことを特徴とする。
請求項６は、前記複数の撮像手段は、前記画像投影手段により投影面上に投影された画像の全体を撮像する第１の撮像手段と、前記画像投影手段の光源像が映り込まないように前記投影された画像の一部を撮像する第２の撮像手段と、を備え、前記処理手段は、前記第１の撮像手段により撮像した前記光源像を含む画像部分を前記第２の撮像手段により撮像した画像により補正することを特徴とする。

請求項７は、前記第１と第２の撮像手段は、撮像素子の画素数がそれぞれ異なることを特徴とする。
請求項８は、画像を投影する画像投影手段と、夫々の撮影位置での撮像範囲で前記画像投影手段による光源像の映り込み位置が互いにずれるように配置し、前記画像投影手段により投影された画像全体を部分的に重複するように撮像する複数の撮像手段と、該撮像手段の位置を移動させる撮像部移動手段と、前記撮像手段により撮像された画像データに対して所定の処理を行う処理手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項９は、前記撮像部移動手段は、回動軸に対して偏心した位置に前記撮像手段が取り付けられ、前記回動軸の回転により該撮像手段の移動がなされることを特徴とする。

請求項１０は、複数の前記撮像手段の撮影範囲が重複する領域に位置調整用のパターンを投影する調整パターン投影手段を設け、該パターンの結像位置を使って、夫々の前記撮像手段の相対的な位置ズレ量を検出する撮像位置ズレ検出手段を設けたことを特徴とする。
請求項１１は、投影の方式がリアプロジェクションであって、投影光軸がスクリーンの中心に直交するように配置されたことを特徴とする。

本発明によれば、画像を投影する画像投影手段と、撮像手段の位置を移動させる撮像部移動手段と、撮像移動手段により、夫々の撮影位置での撮像範囲で画像投影手段による光源像の映り込み位置が互いにずれる位置に移動することにより、投影された画像全体を、部分的に重複させて撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像された画像データに対して所定の処理を行う処理手段と、を備え、複数の撮像部により撮影する際に、撮像部を光源像の映り込み位置が互いにずれる位置に移動して画像を部分的に重複して撮影すると共に、夫々の撮像画像への光源像の映り込みが、投影された画像に対して異なる位置に生じるように配置するので、画像劣化を低減した投影像を生成することができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明のプロジェクションシステムの投影部と撮像部の配置を示す図である。図２は図１の配置関係を示した斜視図である。同じ構成要素には図１と同じ参照番号を付して説明する。スクリーン２の結像面を面対称として、投影部３の光源の対称位置をそれぞれの撮像部４、５が、撮像範囲に含まないように、図１、図２のように投影部をはさんで、それぞれの撮像部４、５を配置し、撮像部４、５の撮像範囲は互いに斜めに撮影する。撮像部４、５は、それぞれの撮像範囲は投影範囲の中心ａを重複させて撮影し、それぞれの撮像部４、５では、ホットスポット仮想位置１が撮影範囲に入らないように配置にする。
斜め方向に撮影しようとすると、部分的に撮影距離が変わってしまうので、イメージサークル内で、撮像素子の位置を動かすシフトを行うと、レンズを投影面に対して傾けなくても済む場合がある。また、シフトだけでは足りなくても、チルトの量が少なく済むので、部分的ボケを小さくしたり、キーストン歪みの発生を小さく抑えたりすることが可能である。
撮像後は、重なり合って撮影した部分を調整して１つの画像にする。シフトだけでは、所望の撮影範囲をカバーしきれない場合は、それぞれの画像データは、チルトで撮影位置を合わせることになるので、図３（ａ）のようにキーストン歪み補正が生じるので、補正処理を行ってから図３（ｂ）のように１つの画像に合成する。

図４は、投影距離が変化した場合のホットスポットの映り込みの様子を説明する図である。図４（ｂ）に示すように、投影距離が縮まる場合は、撮像部４、５の画角や向きがそのままの場合、ホットスポットが映り込む可能性があるが、図４（ｃ）のように投影距離が伸びる場合は、ホットスポットの映り込みがない。投影距離が伸びたとしても、それぞれの撮像部４、５の撮像範囲は投影範囲の画像を取り込むことができる。そこで、撮像部４、５の画角や角度を決める際には、最至近投影距離で、それぞれの撮像範囲が重なる位置に、撮像部４、５を配置する。
即ち、投影部３により投影された画像に含まれるホットスポットによる画像劣化を補正するために、複数の撮像部４、５により撮影する際に、撮像部４、５を光源像の映り込み位置が互いにずれる位置に移動して画像を部分的に重複して撮影することにより、画像劣化を低減した投影像を生成することができる。

図５はオーバーラップ領域に映り込んだホットスポットを補正する動作について説明する図である。図６は図５の配置関係を示した斜視図である。図５、図６のように、投影部３をはさんで、それぞれの撮像手段４、５を配置する。図５の矢印部分Ａ、Ｂの位置が、それぞれの撮像部で撮影された画像上にホットスポットが現れる位置である。それぞれの撮像部４、５で部分的に投影面を撮影すると、それぞれの撮像部４、５で、ホットスポットＡ、Ｂの映り込みが生じているが、それぞれのホットスポット位置Ａ、Ｂは、お互いの撮影範囲のオーバーラップ領域Ｃにあり、お互いの撮像部４、５でのホットスポットの発生位置が異なる。そこで、図７（ａ）のように、互いのホットスポットの映り込み位置Ａ、Ｂの画像を補い合って、図７（ｂ）のようにホットスポットの映り込みＡ、Ｂによる不具合のない投影範囲全体の画像を作ることができる。互いのカメラのあおり角が小さいので、先に述べた方法に比べ、撮影範囲が正対した位置に近くなるので、キーストン歪を小さくすることができる。

図８は投影距離が変化した場合のホットスポットの映り込みの様子を説明する図である。図８（ｃ）のように、投影距離が遠くなる場合は、投影範囲が広くなる。しかし、撮像部４、５の向きが固定されていると、中心の重複する部分ｃが必要以上に大きくなったり、撮影範囲が投影範囲を含まなくなったりする。そこで、投影距離に応じてピントを調整する手段に連動して、それぞれの撮像部４、５の向き又は間隔を変える。図８（ｃ）のように、投影距離が遠くなる場合は、撮像部を内側に向けるか、撮像部同士の間隔を狭める。逆に、図８（ｂ）のように、投影距離が短くなる場合は、撮像部を外に向けるか、撮像部同士の間隔を広げる。方法としては、投影部のフォーカスリングの回転を歯車などで伝え撮像部を回動させる方法や、レンズの位置を検出しレンズ位置に応じて、撮像部の撮像方向制御用のモータの回転角を制御するようにしてもよい。
即ち、影部により投影された画像に含まれるホットスポットによる画像劣化を補正するために、複数の撮像部４、５により撮影する際に、撮像部４、５を夫々の撮像画像への光源像の映り込みが、投影された画像に対して異なる位置に生じるように配置することにより、画像劣化を低減した投影像を生成することができる

図９のように全体を撮影する撮像部５と、投影像の一部を撮影する撮像部４を備える。全体撮影の撮像部５の画像には、ホットスポットが映り込んでしまって、正しく画像を取り込めない部分があるが、もう一方の撮像部４は、撮像部５でホットスポットが移り込む範囲をホットスポットが写り込まない位置から撮影し、撮像部４で取り込んだ画像を使って補う。例えば、全体撮影用の撮像部５は、図９のように投影範囲全体を撮影するが、矢印で示した部分Ａと重なる位置でホットスポット１が撮像面に映りこみ、その部分を正しく撮影することができない。そこで、もう一方の撮像部４は、全体を撮影する撮像部５でホットスポット１と重なってしまう位置の画像を正しく撮るために、ホットスポット１が映りこまないか、全体撮影用の撮像部５とは異なる位置にホットスポットが生じるように配置する。
電子カメラは、撮像素子の画素数が少ないほど、一般的に、価格が安くなり、小型する。投影全体を撮影する撮像部５で、ホットスポットの映り込みが発生してしまう位置の画像を補うための、一部の撮影を行う撮像部４は、撮像素子の画素数が少ないものを採用する。これによりコストを下げて一部を撮影する撮像部４の配置の自由度をあげることができる。

図１０は、撮像部を１つにした場合の動作を説明する図である。図１０のように撮像部６を１つにして、位置を変えて、ホットスポットの映り込みを避けたり、ホットスポットの発生位置をずらしたりして撮影する。そして、往復さてそれぞれの位置で撮影を行い、画像データを合成すれば、時間はかかるものの、２つの撮像部を備えた場合と同じ効果を得ることができる。

図１１は撮像部移動手段について説明する図である。図１１のように回転軸７からずれた位置に撮像部４、５を取り付け、１８０度ずつ回転させて撮影を行う。回転軸７が、スクリーンの中央の垂線と一致していれば、撮影は、上下が反転するだけですむ。多少、回転軸７がスクリーンの中央の垂線とずれていたとしても、補正撮像範囲に余裕があればシステムは成り立つ。

また、図１２のように、撮像部４、５を内側に向けて取り付ければ、１８０度回転したときに、傾き方向がちょうど逆になるので、撮像部４、５の位置移動と撮影方向の切り替えを１つの機構で行える。
図１３のように、投影部３から、それぞれ撮像部４、５の撮像範囲が重なっている中央位置（重複撮影範囲）８で、それぞれの撮像部にホットスポットが写りこまない位置で、撮像部の相対位置調整用のパターン９を投影する。そのパターン９を、それぞれの撮像部で撮影し、それぞれの撮像面での対応位置を検出し、画像データの合成の際に、位置ズレが生じるのを防ぐ。例えば、撮像部５では、上から５００画素の位置を中心に横線を検出し、撮像部４では、上から４９０画素の位置を中心に横線を検出したとすると、画像データを合成するときは、１０画素分どちらかをずらすなどして調整し、つなぎ部分が不自然にならないようにすることができる。位置だけではなく、調整パターンの色を変えて撮像することにより、それぞれの撮像部の色ずれを防止、軽減することもできる。

図１４のように、投影部３のレンズの光軸とスクリーン２面の中心Ａを合わせる。リアスクリーンの場合、スクリーン２の素材により、ホットスポットは、観視側からは見えないか、見えたとしても、ほとんど気にならなくすることができる。周辺部の最大入射角を同じにする場合、打ち上げ投影する場合に比べ、投影距離を短くするので、筐体を小型化できる。また、投影部３をこのように配置した場合、１つの撮像部で、ホットスポットを回避しようとすると、大きくあおらせる必要があり、部分的に撮影距離が大きく異なり、撮影範囲全体が被写界深度内に収まらず、プロジェクションシステムが成立しないこともありえる。撮像部を分けることにより、それぞれの撮像範囲は狭くなるために、同じ画角で撮影する場合には、撮像部とスクリーンの距離も狭めることができ、光路を曲げるためのミラーを無くしたり減らしたりもできる。

本発明のプロジェクションシステムの投影部と撮像部の配置を示す図である。 図１の配置関係を示した斜視図である。 キーストン歪み補正を説明する図である。 投影距離が変化した場合のホットスポットの映り込みの様子を説明する図である。 オーバーラップ領域に映り込んだホットスポットを補正する動作について説明する図である。 図５の配置関係を示した斜視図である。 ホットスポットのない画像を補い合って補正する様子を説明する図である。 投影距離が変化した場合のホットスポットの映り込みの様子を説明する図である。 全体撮像部と一部撮像部によりホットスポットを補正する図である。 撮像部を１つにした場合の動作を説明する図である。 撮像部移動手段について説明する図である。 他の撮像部移動手段について説明する図である。 調整用パターンを利用して補正する図である。 リアスクリーンを使用した場合について説明する図である。 従来のホットスポットの映り込みを避ける手段について説明する図である。 従来の打ち上げ投影の課題を説明する図である。

符号の説明

１ ホットスポット、２ スクリーン、３ 投影部、４、５、６ 撮像部、７ 回転軸、８ 重複撮影範囲、９ 調整用パターン、１０ 撮影範囲

Claims (11)

1. 画像を投影する画像投影手段と、撮像手段の位置を移動させる撮像部移動手段と、該撮像部移動手段により、夫々の撮影位置での撮像範囲で前記画像投影手段による光源像の映り込み位置が互いにずれる位置に移動することにより、投影された画像全体を、部分的に重複させて撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された画像データに対して所定の処理を行う処理手段と、を備えたことを特徴とするプロジェクションシステム。
2. 前記撮像手段の画角及び角度を決める際には、最大画角で、且つ最至近投影距離で夫々の撮像範囲が重なる位置に、複数の前記撮像手段を配置することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションシステム。
3. 前記処理手段は、前記撮像手段により撮像した画像の重複部分を調整して１つの画像データに合成すると共に、画角による画像歪みを補正することを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクションシステム。
4. 画像を投影面に投影する画像投影手段と、該画像投影手段により投影された画像全体を部分的に重複するように撮像する複数の撮像手段と、該撮像手段により撮像された夫々の画像データに対して所定の処理を行う処理手段と、を備え、前記複数の撮像手段は、夫々の撮像画像への光源像の映り込みが、投影された画像に対して異なる位置に生じるように配置されることを特徴とするプロジェクションシステム。
5. 前記画像投影手段の焦点調節に応じて、前記撮像手段の撮影方向を調整する撮像方向調整手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
6. 前記複数の撮像手段は、前記画像投影手段により投影面上に投影された画像の全体を撮像する第１の撮像手段と、前記画像投影手段の光源像が映り込まないように前記投影された画像の一部を撮像する第２の撮像手段と、を備え、
   前記処理手段は、前記第１の撮像手段により撮像した前記光源像を含む画像部分を前記第２の撮像手段により撮像した画像により補正することを特徴とする請求項４に記載のプロジェクションシステム。
7. 前記第１と第２の撮像手段は、撮像素子の画素数がそれぞれ異なることを特徴とする請求項６に記載のプロジェクションシステム。
8. 画像を投影する画像投影手段と、
   夫々の撮影位置での撮像範囲で前記画像投影手段による光源像の映り込み位置が互いにずれるように配置し、前記画像投影手段により投影された画像全体を部分的に重複するように撮像する複数の撮像手段と、
   該撮像手段の位置を移動させる撮像部移動手段と、
   前記撮像手段により撮像された画像データに対して所定の処理を行う処理手段と、を備えたことを特徴とするプロジェクションシステム。
9. 前記撮像部移動手段は、回動軸に対して偏心した位置に前記撮像手段が取り付けられ、前記回動軸の回転により該撮像手段の移動がなされることを特徴とする請求項８に記載のプロジェクションシステム。
10. 複数の前記撮像手段の撮影範囲が重複する領域に位置調整用のパターンを投影する調整パターン投影手段を設け、該パターンの結像位置を使って、夫々の前記撮像手段の相対的な位置ズレ量を検出する撮像位置ズレ検出手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のプロジェクションシステム。
11. 投影の方式がリアプロジェクションであって、投影光軸がスクリーンの中心に直交するように配置されたことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載のプロジェクションシステム。

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