JP5377278B2 - 投射型表示装置及び幾何学歪補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、投射型表示装置及び幾何学歪補正方法に関する。

特許文献１は、表示デバイス（液晶パネル）と異なるアスペクト比の入力画像に対してアスペクト比と補正方向に応じて、水平方向又は垂直方向を外側へ拡大する台形歪補正を行う投射型表示装置を開示している。かかる投射型表示装置によれば、垂直又は水平解像度の低下を防止しつつ画質劣化を防ぐことができる。

特開２００５−１２３６６９号公報

しかしながら、特許文献１では、入力画像に応じて拡大率が異なるため、ある入力画像に対して投射像を投射面の所定領域に表示するように調整していたとしても、別の入力画像に対しては投射像は投射面の所定領域からはみ出してしまう。従って、この場合にはたとえ投射型表示装置の位置や姿勢を変更しなくてもズームや歪補正量を再度調整する必要が生じ、操作性が低下する。

そこで、本発明は、画質劣化を防止しつつ操作性を向上することが可能な投射型表示装置及び幾何学歪補正方法を提供することを例示的な目的とする。

本発明の投射型表示装置は、表示に使用可能な最大領域である第１有効領域を有する表示手段と、入力画像の解像度に依存せず、前記第１有効領域の内部に設定されて前記第１有効領域よりも小さい幾何学歪の補正前の仮想有効領域である第２有効領域に対応する画像を生成する仮想有効領域画像生成部と、前記入力画像の縦横比率を維持して前記第２有効領域に収まるようにサイズを変更する解像度変換を行う画像処理部と、前記画像処理部によって解像度変換された入力画像を、前記仮想有効領域画像生成部が生成した仮想有効領域画像に重畳する入力画像重畳部と、幾何学歪の補正後の仮想有効領域である第３有効領域が、前記第２有効領域と前記第１有効領域との間の領域にある部分を有するように、前記入力画像重畳部によって重畳された画像を拡大処理することによって幾何学歪を補正する幾何学歪補正部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、画質劣化を防止しつつ操作性を向上することが可能な投射型表示装置及び幾何学歪補正方法を提供することができる。

図１は、本実施例の投射型表示装置（プロジェクタ）のブロック図である 図２は、図１に示す幾何学歪補正量演算部が行う処理のフローチャートである。 図３は、本実施例の幾何学歪補正の効果を説明するための図である。

図１は、本実施例の投射型表示装置（プロジェクタ）のブロック図である。投射型表示装置は、入力部１、画像処理部２、メモリ３、仮想有効領域画像生成部４、入力画像重畳部５、幾何学歪補正部６、投射部７を有する。

入力部１は、入力画像信号に対してＡＤ変換などの処理を行って画像データに変換する。入力部１は、後述する仮想有効領域を設定するグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）などの設定手段としても機能する。更に、入力部１は、幾何学歪補正のための情報（台形歪における傾き角度）も入力することができる。入力部１から入力された仮想有効領域や幾何学歪補正のパラメータはメモリ３に格納される。

画像処理部２は、メモリ３に記憶されているユーザが設定したパラメータや予め設定されているパラメータなどに基づいて、入力部１からの画像データについて、明るさや色の調整や、デインターレース、解像度変換などの処理を行う。

「解像度変換」では、メモリ３に記憶されている仮想有効領域に関する情報を参照し、例えば、入力画像の縦横比率を維持して仮想有効領域の範囲内に収まるような解像度変換処理や、仮想有効領域内で最大限のサイズに拡大するような解像度変換処理を行う。「仮想有効領域」は、後述する表示手段が表示に使用可能な最大領域である有効領域の内部に中心及び高さが一致するように設定されて投射面（スクリーン）の大きさや形状から実際に表示に使用される仮想的な有効領域である。

仮想有効領域画像生成部４は、メモリ３に記憶されている補正前の仮想有効領域（第２有効領域）に関する情報から仮想有効領域画像のサイズを求めて画像を生成する。補正前の仮想有効領域（後述する図３の左側に示す「補正前の仮想有効領域Ｕ」）は、表示手段の有効領域の内部に投射面の縦横比率からユーザが補正時に入力部１から設定する。補正前の仮想有効領域は、表示手段の有効領域の内部に設定されて投射面に投射可能な最大領域が仮想有効領域である。

入力画像重畳部５は、画像処理部２が処理した画像を、仮想有効領域画像生成部４から送られてきた仮想有効領域画像と重畳する。

幾何学歪補正部６は、メモリ３に記憶されている幾何学歪補正に関する補正パラメータ（台形歪の傾き角度など）と、有効領域に関する情報と、から、入力画像重畳部５が重畳した入力画像に対して拡大処理を利用した幾何学歪補正（キーストーン補正）を行う。

幾何学歪補正部６は、補正前の表示手段が形成する矩形の画像が投射面上に台形の画像として表示される場合に、補正前の表示手段が形成する画像に対して前記台形の上下を逆さにした台形の画像になるような幾何学歪補正を施し、投射面上で矩形の画像を得る。この場合、幾何学歪補正部６は、補正後の投射面上に投射される矩形の画像の縦横比率（アスペクト比）が補正前の表示手段が形成する矩形の画像の縦横比率に等しくなるように幾何学歪補正を行う。

なお、幾何学歪は台形歪だけでなくディストーション、丸壁に投射する場合、壁の隅（９０度の窪み）に投射する場合など、その他の歪を含む。ディストーションの場合はレンズ情報を格納したメモリから補正データを取得し、投射面の歪みの場合にはツールやカメラ撮影によって投射時に移動すべき位置を指定したりすることによって補正データを取得する。

投射部７は、幾何学歪補正部６が補正した画像を表示手段７ａで表示し、投射面に投射する。表示手段７ａは、表示に使用可能な最大領域である有効領域（第１有効領域）を有する。表示手段７ａは液晶パネルなどの格子状表示手段であるが、これに限定されず、投写像を表示して光変調を行う表示手段であれば足りる。

図３の左は、実線で示された１６：９の表示手段７ａの有効領域（第１有効領域）Ｋの内部に設定されて、それよりも小さい４：３の幾何学歪の補正前の仮想有効領域Ｕ（第２有効領域）を示している。図３の左では、表示手段７ａの有効領域Ｋの中心と補正前の仮想有効領域Ｕの中心とが一致し、両者の縦方向の長さ（高さ）は一致し、両者は横方向の幅が異なる。仮想有効領域Ｕの横方向の領域の境界は点線で示されている。

従来は、表示手段７ａの有効領域Ｋの縦横比率と投射面の表示領域の縦横比率は４：３と等しく、補正前の仮想有効領域Ｕと表示手段７ａの有効領域Ｋは等しかった。そして、従来の幾何学歪補正部は、補正後の仮想有効領域を補正前の仮想有効領域の内部に形成していた。この場合、縦方向台形歪補正の場合には垂直方向に縮小処理が行なわれて垂直解像度が低下し、横方向台形歪補正の場合には水平方向に縮小処理が行なわれて水平解像度が低下するため、画質劣化が生じる。

しかし、最近ではワイドスクリーンを有するユーザのために、表示手段７ａの有効領域Ｋは１６：９や１６：１０のように構成される場合がある。この場合、図３の左に示すように、補正前の仮想有効領域Ｕの外側に表示手段７ａの有効領域Ｋが存在する。

そこで、本実施例は、従来は補正前の仮想有効領域Ｕの内部に形成されていた補正後の仮想有効領域を補正前の仮想有効領域Ｕと表示手段７ａの有効領域Ｋとの間の領域Ｖまで拡大する。即ち、幾何学歪補正部６は、補正前の仮想有効領域Ｕ（第２有効領域）を拡大する拡大処理を施すことによって入力画像の幾何学歪を補正する。拡大処理は、補正後の仮想有効領域Ｍ（第３有効領域）が補正前の仮想有効領域Ｕと表示手段７ａの有効領域Ｋとの間の領域Ｖに位置する部分を有するように行なわれる。これによって、画質劣化を防止することができる。

また、この補正は入力画像の解像度に依存せず、設定された特定の仮想有効領域に対しては、あらゆる入力画像に対して一様の幾何学歪補正効果を得ることができる。このため、一旦ズームやシフトなどの設置処理を行えば設置位置や仮想有効領域を変更しない限り入力画像が変わった場合の再設定が不要になる。

本実施例では、幾何学歪補正部６は、投射型表示装置を投射面に対して垂直方向へ傾けた際に生じる台形歪みを補正し、幾何学歪補正量演算部１１、垂直スケーラ部１２、水平スケーラ部１３を有する。幾何学歪補正量演算部１１は、例えば、プロセッサから構成される。

垂直スケーラ部１２は、設定された補正量に基づいて画像に対する垂直方向への伸縮処理を行い、水平スケーラ部１３は、設定された補正量に基づいて画像に対する水平方向へのライン毎に異なる倍率での伸縮処理を行う。

幾何学歪補正量演算部１１は、表示手段７ａの有効領域Ｋに関する情報と、補正前の仮想有効領域Ｕに関する情報と、台形歪の傾き角度等の補正パラメータと、をメモリ３から取得し、垂直スケーラ部１２と水平スケーラ部１３に設定する補正量を計算する。

幾何学歪補正量演算部１１は、水平スケーラ部１３の拡大処理のみで補正が行える範囲では、水平スケーラ部１３のみで補正を行い、水平方向への拡大だけでは補正ができなくなった段階で初めて垂直スケーラ部１２を用いた補正を行う。

図２は、幾何学歪補正量演算部１１が行なう幾何学歪補正方法のフローチャートであり、「Ｓ」はステップの略である。図３は、１６：９の表示手段７ａの有効領域（第１有効領域）Ｋの内部に、それよりも小さい４：３の幾何学歪が補正される前の仮想有効領域Ｕ（第２有効領域）を定義した画像に対する幾何学歪補正の効果を説明する図である。

まず、幾何学歪補正量演算部１１は、メモリ３から、表示手段７ａの有効領域Ｋに関する情報と、補正前の仮想有効領域Ｕに関する情報と、台形歪の傾き角度等の補正パラメータと、を取得する（Ｓ１０１）。

次に、幾何学歪補正量演算部１１は、Ｓ１０１で取得した各種の情報から幾何学歪補正後の台形形状を求める（Ｓ１０２）。

次に、幾何学歪補正量演算部１１は、Ｓ１０２で求めた台形形状の上底と下底の長い方の辺の長さを高さで除した値を求め、比率を仮想有効領域の高さに乗じた値を求める（Ｓ１０３）。

次に、幾何学歪補正量演算部１１は、Ｓ１０３で求めた値が表示手段７ａの有効領域Ｋの横方向の幅よりも小さいかどうかを判断する（Ｓ１０４）。

幾何学歪補正量演算部１１は、Ｓ１０３で求めた値が有効領域Ｋの横方向の幅以上であると判断すると（Ｓ１０４のＮｏ）、垂直スケーラ部１２と水平スケーラ部１３とを用いた幾何学歪補正を行う（Ｓ１０５）。

より具体的には、水平方向の拡大率が最大になるライン（上底と下底の長い方の辺）が有効領域の幅と一致する拡大率となるように垂直スケーラ部１２と水平スケーラ部１３の補正量を計算し、それぞれのスケーラ部へ補正量を設定する。例えば、台形の高さが仮想有効領域Ｍの高さと一致させると下底が有効領域Ｋの外側に張り出すのであれば下底が有効領域Ｋの横方向の長さに一致するように全体を縮小する。この場合は、補正後の仮想有効領域Ｍの高さは補正前の仮想有効領域Ｕの高さよりも小さくなる。

一方、幾何学歪補正量演算部１１は、Ｓ１０３で求めた値が有効領域の幅よりも小さいと判断すると（Ｓ１０４のＹｅｓ）、水平スケーラ部１３を用いた拡大処理による幾何学的補正を行なう（Ｓ１０６）。ここでは、水平スケーラ部１３のみの補正量を計算し、垂直スケーラ部１２による補正を行わない。この場合は、補正後の仮想有効領域Ｍの高さは補正前の仮想有効領域Ｕの高さと一致するが、下底は有効領域Ｋの横方向の長さよりも小さくなる（領域Ｖの範囲にある）。

このように、水平方向の拡大処理のみで補正が行える範囲では拡大処理のみにより幾何学歪補正処理を行い、それ以外の場合は垂直方向の縮小処理と、水平ラインでの縮小処理と、水平方向の拡大処理と縮小処理と、を合わせた幾何学歪補正処理を行う。いずれの場合であっても、補正後の仮想有効領域Ｍ（第３有効領域）は補正前の仮想有効領域Ｕと表示手段７ａの有効領域Ｋの間の領域Ｖに位置する部分を有する。

投射型表示装置の設置作業においては、仮想有効領域を決定し、投射型表示装置を設置し、仮想有効領域の範囲がわかるような映像を投射する。次に、投射型表示装置の向きを調整する。次に、投射面上の像が歪み無く表示されるように幾何学歪補正を設定し、ズームやシフト機構を用いた投射像のサイズや位置の調整を行う。調整が完了すれば明るさや色の調整といった画像処理設定を行い、調整が完了していなければ上述の投射型表示装置の向きの調整から処理を繰り返す。

本実施例の投射型表示装置は、設置作業を終えると、以降は全ての入力に対して同等の効果をもつ幾何学歪補正が適用されることとなる。入力画像のサイズが変化しても仮想有効領域全面に画像を表示した場合より大きく投射されることは無いため、投射型表示装置の設置位置や投射面を変更しない限り、再度設置作業を行う必要はなくなる。

図３の右のハッチング領域は図３の左に示す補正後の仮想有効領域Ｍを不図示の投射面に投射した場合の仮想有効領域を示しており、補正前の仮想有効領域Ｕの縦横比率を維持している。図３の右の破線は表示手段７ａの有効領域Ｋの全面に画像を表示した場合の投射領域を示している。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

例えば、本実施例では入力画像に対するスケーリングと、幾何学歪み補正時に行うスケーリングと、を分けているが、これらの一連の処理を一度に行うような構成でもよい。また、本実施例では垂直方向の傾きによる台形歪の補正について説明して拡大処理も水平方向のみに限定しているが、水平方向の傾きによる台形歪の補正を可能としたり、垂直方向への拡大処理を行ったりしてもよい。

投射型表示装置は、画像の表示に適用することができる。

６ 幾何学歪補正部
７ａ 表示手段

Claims (4)

1. 表示に使用可能な最大領域である第１有効領域を有する表示手段と、
   入力画像の解像度に依存せず、前記第１有効領域の内部に設定されて前記第１有効領域よりも小さい幾何学歪の補正前の仮想有効領域である第２有効領域に対応する画像を生成する仮想有効領域画像生成部と、
   前記入力画像の縦横比率を維持して前記第２有効領域に収まるようにサイズを変更する解像度変換を行う画像処理部と、
   前記画像処理部によって解像度変換された入力画像を、前記仮想有効領域画像生成部が生成した仮想有効領域画像に重畳する入力画像重畳部と、
   幾何学歪の補正後の仮想有効領域である第３有効領域が、前記第２有効領域と前記第１有効領域との間の領域にある部分を有するように、前記入力画像重畳部によって重畳された画像を拡大処理することによって幾何学歪を補正する幾何学歪補正部と、
   を有することを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記幾何学歪補正部は、前記第３有効領域の全体が前記第１有効領域に含まれる場合には前記第３有効領域が前記第２有効領域と前記第１有効領域との間の領域に位置する部分を有するように拡大処理を行い、前記第３有効領域が前記第１有効領域の外部にある部分を有する場合には前記第３有効領域の縦横比率を維持して前記第１有効領域に収まるように、前記第３有効領域を縮小処理することを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. プロセッサが、表示手段の表示に使用可能な最大領域である第１有効領域に関する情報と、入力画像の解像度に依存せず、前記第１有効領域の内部に設定されて前記第１有効領域よりも小さい幾何学歪の補正前の仮想有効領域である第２有効領域に関する情報と、幾何学歪を補正するための情報と、を取得するステップと、
   プロセッサが、前記取得するステップで取得した情報に基づいて、入力画像の縦横比率を維持して前記第２有効領域に収まるようにサイズを変更する解像度変換を行い、解像度変換された入力画像を前記第２有効領域に対応する画像に重畳し、重畳された画像を、補正後の仮想有効領域である第３有効領域が前記第２有効領域と前記第１有効領域との間の領域にある部分を有するように、拡大処理することによって幾何学歪を補正するステップと、
   を有することを特徴とする幾何学歪補正方法。
4. 前記幾何学歪を補正するステップは、前記第３有効領域の全体が前記第１有効領域に含まれる場合には前記第３有効領域が前記第２有効領域と前記第１有効領域との間の領域に位置する部分を有するように拡大処理を行い、前記第３有効領域が前記第１有効領域の外部にある部分を有する場合には前記第３有効領域の縦横比率を維持して前記第１有効領域に収まるように前記第３有効領域を縮小処理することを特徴とする請求項３に記載の幾何学歪補正方法。