JP5590668B2 - プロジェクタ装置、映像信号補正装置、映像信号補正方法及びプログラム - Google Patents
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特に、スクリーンや壁などの任意の場所に、その投影位置の前面側から投影させる、いわゆるフロントプロジェクタ装置は、そのプロジェクタ装置を用意すれば、投影用スクリーン以外であっても、ユーザが所望の任意の位置に映像を投影できるため、今後も普及が見込まれている。
図15は、この特許文献1に記載のプロジェクタ装置の輝度補正処理構成を示したブロック図である。図15に従って説明すると、映像信号源30から供給された映像信号をプロジェクタ装置10に入力させ、そのプロジェクタ装置10内の信号処理部20に供給する。信号処理部20内では、入力映像信号を輝度変換部21に供給し、入力した映像信号から輝度データを得る。輝度変換部21で得られた輝度データは、輝度過不足分補正部22に供給する。輝度過不足分補正部22では、スクリーンの応答特性を記憶したルックアップテーブル(LUT)23に記憶された応答特性のデータを使用して、輝度の補正処理を行う。
輝度過不足分補正部22で補正された輝度データは、映像信号変換部24で表示用の映像信号に変換し、変換された映像信号を映像投影部12に供給して、スクリーン40に対して投影させる。
さらに、プロジェクタ装置そのものが、固定されていない状況で投影させた場合での補正も困難である。
その補正のための処理構成としては、投影された映像を撮像して得られた撮像映像の画素ごとの各色成分の輝度値を計測する投影面輝度計測部と、全画素の輝度値が同一となる基準となる映像を投影させた際の投影面輝度計測部で計測された画素ごとの各色成分の輝度に基づいて、映像中の基準点の輝度に対する画素ごとの輝度の変化率を示す配光マップを算出し、1フレーム毎に更新する配光特性算出部と、入力又は生成した映像信号の1フレーム目の各画素の輝度値及び配光マップに基づいて基準応答関数を算出する基準応答関数算出部と、更新された配光マップと基準応答関数に基づいて各画素ごとの応答関数を算出する応答関数算出部とを備える。
そして、入力又は生成した映像信号の画素ごとの各色成分の輝度値を、応答関数及び配光マップを利用して補正し、補正された映像信号を得、その補正された映像信号による映像を投影させる。
この場合、1フレーム目以降の映像を投影する際に、投影面輝度計測部で計測されたリアルタイムの輝度値と、応答関数によって補正処理部で補正された映像の輝度値との差を検出し、配光マップを更新するようにした。
また、リアルタイムに適切な補正が行われるので、例えば映像を投影しているスクリーンの前を人などが横切ることがあっても、その影響を極力排除した映像の投影が行える。
1.一実施の形態の全体構成例の説明(図1)
2.一実施の形態の全体の処理例の説明(図2)
3.一実施の形態の投射面輝度計測処理例の説明(図3,図4)
4.一実施の形態の配光特性算出処理例の説明(図5)
5.一実施の形態の基準応答特性算出処理例の説明(図6−図8)
6.一実施の形態の例の具体的処理例の説明(図9−図11)
7.他の実施の形態の例(プロジェクタ装置と補正装置が別体の例)の説明(図12,図13)
8.他の実施の形態の例(手振れ補正を行う例)の説明(図14)
9.その他の変形例
図1を参照して、一実施の形態の装置の全体構成例について説明する。
図1に示すように映像信号源101からプロジェクタ装置100に映像信号が供給され、この映像信号による映像を、プロジェクタ装置100でスクリーン102に投影させるものである。プロジェクタ装置100は、スクリーン102の前面に配置する、いわゆるフロント型のプロジェクタ装置である。
なお、スクリーン102は、映像投影用として構成された専用のスクリーンを使用する場合と、部屋の壁面などの任意の位置をスクリーンとして使用する場合とのいずれでもよく、以下の説明でスクリーンと述べた場合には、単に投影面のことを示し、必ずしもプロジェクタ専用のスクリーンが配置されているとは限らない。
輝度変換部111は、入力した映像信号の輝度成分を、補正できるデータに変換する。具体的には、例えば1フレームの映像信号について、その1フレーム内のそれぞれの画素ごとに、赤色信号の輝度値と緑色信号の輝度値と青色信号の輝度値のデータとする。
補正された各画素の各色の輝度値は、映像変換部113に供給して、投影用の所定の方式の映像信号に変換し、変換された映像信号を、信号処理部110の出力として映像投影部120に供給する。
基準応答特性算出部150は、投影面輝度計測部130で計測された画素ごとの各色成分の輝度値を、配光マップ記憶部141が記憶した配光マップを用いて正規化して、応答関数を算出する。特に、初期状態で得た応答関数を、基準応答関数として基準応答関数記憶部151が記憶する。
次に、図2のフローチャートを参照して、一実施の形態のプロジェクタ装置100内での処理状態の例について説明する。
まず、初期状態の処理として、映像内の全面(つまり全画素)が白色の白色映像を映像投影部120からスクリーン102に投影させる(ステップS11)。ここでの白色映像は、輝度値が最大の100%白映像とする。あるいは、全画素値が同一となる単色映像であり、各画素間の輝度比が算出可能であれば、100%白映像以外の基準となる映像でもよい。
この状態で、投影面輝度計測部130で投影された白色映像の計測を行い、配光特性算出部140で、配光特性の傾向を示すデータである配光マップを算出する(ステップS12)。そして、映像信号源101から入力した映像信号による映像の1フレーム目の投影を開始させ(ステップS13)、基準応答特性算出部150で基準応答関数を算出する(ステップS14)。ステップS13での1フレーム目の投影映像は、信号処理部110で補正処理が行われていない映像である。
次に、図3及び図4を参照して、投影面輝度計測部130での輝度計測処理の詳細について説明する。
本実施の形態においては、図3に示すように、投影面輝度計測部130を構成するカメラが備えるレンズ131で、スクリーン102上の投影映像を撮像するように設定する。投影面輝度計測部130を構成するカメラ内には撮像素子132を備え、その撮像素子132で投影映像を撮像する。撮像信号は、補正用の画素単位の信号として、その画素単位の各色の輝度値を計測して出力する。
次に、図5を参照して、図4に示すように計測された輝度値から、配光特性算出部140で配光特性である配光マップを得る処理について説明する。
図5の左側に示した画素ごとの輝度値については、図4に示した計測された輝度値である。そして、配光特性算出部140では、中央の基準点xの輝度値を1.0とし、その基準点との輝度の比(つまり配光特性)を算出して、その比の値を、図5の右側に示すように各画素に設定する。この図5の右側に示した比の値を各画素で示したものを、配光マップと称し、配光マップ記憶部141に記憶させる。なお、図4の例では、中央の画素を基準点(基準画素)としたが、中央以外の特定位置の画素を基準点としてもよい。
次に、基準応答特性算出部150での応答関数を算出する処理例について、図6〜図8を参照して説明する。
まず、図6に示すように、入力映像信号の1フレーム目の映像を、そのまま補正をせずに映像投影部120から投影させる。図6(a)は、その投影させる映像信号の3つの画素位置の1つの色の輝度値を示す。ここでは、入力映像信号で示される輝度値として、中央の基準点xの輝度値100と、画素Aの輝度値80と、画素Bの輝度値120とを得たとする(実際には全ての画素の輝度値を得る)。
即ち、図7(a)の左端に示すように、投影面輝度計測部130で計測された各画素の計測値(観測値)に、図7(a)の中央に示す配光マップ上の各画素の特性値を乗算して、図7(a)の右端に示すように、各画素の輝度値を基準点xでの出力値で正規化した結果を得る。
このようにして、1つの映像投影結果より、基準点における全画素分の大量の入出力関係が得られる。その得られた大量の入出力関係を、最小二乗化により、応答関数を算出する。
その上で、基準応答特性算出部150から供給される基準応答関数及び配光特性算出部140から供給される配光マップより、映像信号をそのままスクリーン102に投影させた際に得られると予測される輝度情報βを画素毎に求める。
そして、輝度補正量(α)−(β)を、「基準応答関数」及び「配光マップ」を用いて補正する。この各画素での補正は、映像信号の色成分ごとに個別に行われる。このようにして補正が行われることで、スクリーン102の状態がどのような状態であっても、全面白のスクリーンに投影した場合と同様に見える投影が行える。
まず、基準応答関数と配光マップから、各画素毎の応答関数を算出する処理は、次の(式1)で示される。
O(s,t)=H(i)×Map(s,t)・・・(式1)
s,t:画素の2次元座標
i:画素(s,t)に対する入力信号
O(s,t):画素(s,t)で予想される出力輝度
H(i):基準応答関数
Map(s,t):配光マップの値
O(s,t)/Map(s,t)=H(i)・・・(式2)
i=H‐1(O(s,t)/Map(s,t))・・・(式3)
i’=H‐1(O’(s,t)/Map(s,t))・・・(式4)
として求める事ができる。
(式4)の補正後信号i’が、入力信号iに対する補正後の信号値となる。この演算処理が、図2のフローチャートに示した映像補正処理時に実行される。
プロジェクタ装置によってスクリーンに投影された映像の明るさ(輝度)は、投影面上の座標(s,t)と画素値iにおいて、(式5)ように表現される。
輝度(s,t,i)=応答関数F(i)×配光特性L(s,t)・・・(式5)
次に、図9〜図11を参照して、具体的な処理状態の概要について説明する。
まず、図9に示すような、全面白の背景中に、赤い丸の模様yが配置されたスクリーンを使用して投影する場合を想定する。この映像の中央の基準点xは、白色の箇所である。
図10(a)は、赤色信号(R)の輝度を示したものである。赤色成分は、この図10(a)に示すように、全ての画素が同じ輝度レベルである。
図10(b)は、緑色信号(G)の輝度を示したものであり、図10(c)は、青色信号(B)の輝度を示したものである。緑色成分と青色成分は、白色の画素が高い輝度値となり、丸い模様yの部分の画素は、低い輝度値となる。
この図11に示すように、赤い模様y上の各色の信号を出力する場合、色ごとに目標輝度が定まる。
その“目標輝度”を実現するための入力補正値は、図11(b)に示した各画素毎の応答関数よりわかる。
この赤い模様yの範囲の応答関数より、赤色信号Rと比べて緑色信号G及青色信号Bは、より大きな入力値を必要とする傾向となる。つまり、赤い模様yの範囲内の画素については、補正後の緑色信号G及青色信号Bは、元々の値よりも大きな値となる補正が行われる。
従って、例えばこの図9の赤い模様があるスクリーンに、映像を投影させたとき、赤い模様を隠すような補正が行われて投影が行われることになり、実質的に全面白のスクリーンに投影させた場合とほぼ同様の映像投影が行える。しかも、リアルタイム補正であるので、例えば赤い模様の位置が時間で変化するような場合でも、追随して補正されることになる。但し、図2のフローチャートから判るように、スクリーン上の観測結果の反映は、原理的に1フレームだけ遅れるので、1フレームだけずれで補正されることになるが、実用上はスクリーン状態の変化に追随した補正が行える。従って、例えばスクリーンそのものは全面白であっても、そのスクリーンの前を赤い服を着た人が横切るようなことがあっても、その赤い服の色を消すような補正がされることになり、良好な投影が行える。
また、十分な投影光量または適度な暗室状態があれば、どのような場所であってもプロジェクタ装置による情報提示が可能となる。例えば、イベント会場や自動車内でのインフォメーション提示等が簡単に行える。
また、例えば全周囲に映像を投影するような、VR(バーチャルリアリティ)装置やシミュレータ、トレーニング装置などを、専用のスクリーンを用意することなく、簡易に構築可能となる。
さらに、様々な場所を広告用ディスプレイとして利用可能となる。
また、電車内などでも、膝の上や鞄の後ろに映像投影することで映像コンテンツを視聴可能となる効果を有する。
なお、図1の構成では、プロジェクタ装置に補正処理部を内蔵させた構成としたが、プロジェクタ装置とは別の補正装置で補正処理を行う構成としてもよい。
図12は、この場合の構成例を示したものである。この図12の例では、映像信号源101が出力する映像信号を、映像信号補正装置300に供給し、その映像信号補正装置300で補正した映像信号を、プロジェクタ装置200に供給して、スクリーン102に投影させる。プロジェクタ装置200は、既存のプロジェクタ装置が使用可能である。
輝度変換部311は、入力した映像信号の輝度成分を、補正できるデータに変換する。具体的には、例えば1フレームの映像信号について、その1フレーム内のそれぞれの画素ごとに、赤色信号の輝度値と緑色信号の輝度値と青色信号の輝度値のデータとする。
補正された各画素の各色の輝度値は、映像変換部313に供給して、投影用の所定の方式の映像信号に変換し、変換された映像信号を、プロジェクタ装置200内の映像投影部201に供給する。
これらの各部での処理は、既に説明した図1例のプロジェクタ装置100での処理と同じである。
この図12に示すように、別体の補正装置を設けることで、既存のプロジェクタ装置で投影させる場合にも適用が可能となる。
即ち、図13に示した映像信号補正装置300′は、図12に示した映像信号補正装置300から投影面輝度計測部330を除いた構成としてあり、その他の構成は映像信号補正装置300と同じである。そして、映像信号補正装置300′とは別に、カメラ装置400を用意し、そのカメラ装置400が備える投影面輝度計測部401で、投影面を撮影してその投影面の輝度を計測する。計測した輝度の値は、映像信号補正装置300′内の配光特性算出部340及び基準応答特性算出部350に供給する。
このように映像信号補正装置300′とカメラ装置400を個別の装置として構成させることで、既存のカメラ装置を適用することができ、よりシステム構成の柔軟性が向上する。特に、カメラ装置400を他の装置と個別の装置としてあることで、カメラ装置の設置位置に自由度が増し、例えばカメラ装置400を観察者の位置に近い位置として、より良好な補正を行えるようにすることが可能になる。
図14の例は、プロジェクタ装置100′を小型で手持ちできる携帯用に構成した場合の例である。プロジェクタ装置100′内の基本的な構成は図1で説明した構成であり、その装置100′の振動状態である手振れ検出部161を設けた点が異なる。手振れ検出部161は、例えば、角速度センサなどの振動検出手段を使用して、スクリーンに対する垂直方向の動き及び水平方向の動きを検出する。
そして、その手振れ検出部161で検出した信号を、画素位置補正部162に供給して、補正を行う。図14の例では、投影面輝度計測部130で検出された画素位置を、画素位置補正部162で動きに応じて補正してから、配光特性算出部140及び基準応答特性算出部150に供給する構成としてあるが、その他の位置で補正してもよい。投影用の映像信号そのものの画素位置を補正してもよい。
この図14に示す構成とすることで、小型のプロジェクタ装置を手持ちで投影させる場合にも、映像補正を正しい位置で同期させて行うことが可能になる。
なお、本発明の処理は、以下の各例にも適用可能である。
例えば、映像投影中に環境光が変化した場合(例:照明の点灯,窓の開閉,プロジェクタランプの消耗)にも適用できる。
即ち、複数(N台)のプロジェクタ装置の出力を、一つのプロジェクタ装置であるかのように見立てて応答関数を計測し、N台のプロジェクタ装置により、N倍のダイナミックレンジをもつプロジェクタとして輝度補正を行う。
このようにすることで、反射率差の大きな模様などに対しても補正可能となる。
Claims (6)
- 入力又は生成した映像信号による映像を投影するプロジェクタ装置であって、
投影された映像を撮像して得られた撮像映像の画素ごとの各色成分の輝度値を計測する投影面輝度計測部と、
全画素の輝度値が同一となる基準となる映像を投影させた際の前記投影面輝度計測部で計測された画素ごとの各色成分の輝度に基づいて、映像中の基準点の輝度に対する画素ごとの輝度の変化率を示す配光マップを算出し、1フレーム毎に更新する配光特性算出部と、
入力又は生成した映像信号の1フレーム目の各画素の輝度値及び前記配光マップに基づいて基準応答関数を算出する基準応答関数算出部と、
更新された前記配光マップと前記基準応答関数に基づいて各画素ごとの応答関数を算出する応答関数算出部と、
前記入力又は生成した映像信号の画素ごとの各色成分の輝度値を、前記応答関数及び前記配光マップを利用して補正し、補正された映像信号を得る補正処理部と、
前記補正処理部で補正された映像信号による映像を投影する投影部と、を備え、
前記1フレーム目以降の映像を投影する際に、前記投影面輝度計測部で計測されたリアルタイムの輝度値と、前記応答関数によって前記補正処理部で補正された映像の輝度値との差を検出し、前記配光マップを更新するようにしたプロジェクタ装置。 - 前記基準となる映像は、白色の映像である
請求項1記載のプロジェクタ装置。 - 前記投影部で投影される映像のぶれを検出する投影ぶれ検出部を設け、
前記投影ぶれ検出部で検出した投影ぶれにより、前記補正処理部で補正する画素位置を補正する
請求項1〜2のいずれか1項に記載のプロジェクタ装置。 - 入力又は生成した映像信号を投影状態に応じて補正してプロジェクタ装置に供給する映像信号補正装置であって、
投影された映像を撮像して得られた撮像映像の画素ごとの各色成分の輝度値を計測する投影面輝度計測部と、
全画素の輝度値が同一となる基準となる映像を投影させた際の前記投影面輝度計測部で計測された画素ごとの各色成分の輝度に基づいて、映像中の基準点の輝度に対する画素ごとの輝度の変化率を示す配光マップを算出し、1フレーム毎に更新する配光特性算出部と、
入力又は生成した映像信号の1フレーム目の各画素の輝度値及び前記配光マップに基づいて基準応答関数を算出する基準応答関数算出部と、
更新された前記配光マップと前記基準応答関数に基づいて各画素ごとの応答関数を算出する応答関数算出部と、
前記入力又は生成した映像信号の画素ごとの各色成分の輝度値を、前記応答関数及び前記配光マップを利用して補正し、補正された映像信号を得る補正処理部と、
前記補正処理部で補正された映像信号を出力して前記プロジェクタ装置に供給する出力部とを備え、
前記1フレーム目以降の映像を投影する際に、前記投影面輝度計測部で計測されたリアルタイムの輝度値と、前記応答関数によって前記補正処理部で補正された映像の輝度値との差を検出し、前記配光マップを更新するようにした映像信号補正装置。 - 入力又は生成した映像信号による映像をプロジェクタ装置から投影する際の投影状態に応じて補正する映像信号補正方法であって、
投影された映像を撮像して得られた撮像映像の画素ごとの各色成分の輝度値を計測する投影面輝度計測処理と、
全画素の輝度値が同一となる基準となる映像を投影させた際の前記投影面輝度計測処理で計測された画素ごとの各色成分の輝度に基づいて、映像中の基準点の輝度に対する画素ごとの輝度の変化率を示す配光マップを算出し、1フレーム毎に更新する配光特性算出処理と、
入力又は生成した映像信号の1フレーム目の各画素の輝度値及び前記配光マップに基づいて基準応答関数を算出する基準応答関数算出処理と、
更新された前記配光マップと前記基準応答関数に基づいて各画素ごとの応答関数を算出する応答関数算出処理と、
前記入力又は生成した映像信号の画素ごとの各色成分の輝度値を、前記応答関数及び前記配光マップを利用して補正し、補正された映像信号を得、補正された映像信号を投影用の映像信号とする補正処理とを実行する映像信号補正方法であり、
前記1フレーム目以降の映像を投影する際に、前記投影面輝度計測処理で計測されたリアルタイムの輝度値と、前記応答関数によって前記補正処理で補正された映像の輝度値との差を検出し、前記配光マップを更新するようにした映像信号補正方法。 - 入力又は生成した映像信号による映像をプロジェクタ装置から投影する際に、投影状態に応じて補正する処理をコンピュータに実行させるプログラムであり、
投影された映像を撮像して得られた撮像映像の画素ごとの各色成分の輝度値を計測する投影面輝度計測処理手順と、
全画素の輝度値が同一となる基準となる映像を投影させた際の前記投影面輝度計測処理手順で計測された画素ごとの各色成分の輝度に基づいて、映像中の基準点の輝度に対する画素ごとの輝度の変化率を示す配光マップを算出し、1フレーム毎に更新する配光特性算出処理手順と、
入力又は生成した映像信号の1フレーム目の各画素の輝度値及び前記配光マップに基づいて基準応答関数を算出する基準応答関数算出処理手順と、
更新された前記配光マップと前記基準応答関数に基づいて各画素ごとの応答関数を算出する応答関数算出処理手順と、
前記入力又は生成した映像信号の画素ごとの各色成分の輝度値を、前記応答関数及び前記配光マップを利用して補正し、補正された映像信号を得、補正された映像信号を投影用の映像信号とする補正処理手順とを実行するプログラムであり、
前記1フレーム目以降の映像を投影する際に、前記投影面輝度計測処理手順で計測されたリアルタイムの輝度値と、前記応答関数によって前記補正処理手順で補正された映像の輝度値との差を検出し、前記配光マップを更新するようにしたプログラム。
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