JP5679791B2 - 画像投影装置及びその制御方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、投写画像の台形歪みを是正するよう画像を投写する画像投影装置及びその制御方法、プログラムに関する。

プロジェクタなどの画像投影装置からスクリーンに投影する際、投影角度に応じて画像に台形状の歪みが生じてしまう。この歪みを補正する為に、入力画像に対して台形補正を行い、入力画像と投影画像が相似になるようにする。この台形補正を縮小処理で行う場合、折り返し歪によって視認されるモアレを抑制する為、縮小前にローパスフィルタによる帯域制限を行う。

このとき、本来帯域制限する必要のない周波数領域まで制限してしまい、結果、投影画像がぼやけてしまう問題が発生する。これに対して、特許文献１では、台形補正後の画像に対してエッジ強調処理を行うことで画像のぼやけを改善させている。

特開２００５−２１０４１８号公報

しかしながら、エッジ強調処理をする際に、所定の周波数以上を強調するような処理構成、例えば、ハイパスフィルタを使用したエッジ抽出にすると、折り返し歪を防止する為に制限した周波数帯域まで強調されてしまう。その結果、モアレが発生し、さらには強調され投影されてしまうという課題があった。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、エッジ強調を行いつつ、モアレを抑制した画像を表示することを目的とする。

上述の問題点を解決するため、本発明の画像投影装置は以下の構成を有する。すなわち、入力画像の画素位置と投影手段の投影角度とに基づいて、前記画素位置の台形補正のための縮小率を算出する算出手段と、前記算出済み縮小率に応じたカットオフ周波数で前記入力画像に対してローパスフィルタ処理を施す帯域制限手段であって、第１の縮小率に対応する画素位置よりも、前記第１の縮小率より縮小の度合いが大きい第２の縮小率に対応する画素位置のほうが、低い空間周波数成分が除去されるカットオフ周波数でローパスフィルタ処理を施す帯域制限手段と、前記帯域制限手段による前記ローパスフィルタ処理済み画像に対して、前記算出手段によって算出された縮小率を用いて縮小処理を行う縮小処理手段と、前記帯域制限手段で用いられたカットオフ周波数であって、前記画素位置に応じた縮小率から求まるカットオフ周波数を高域側のカットオフ周波数としたバンドパスフィルタ処理を用いたエッジ強調処理を、前記縮小済み画像に対して行うエッジ強調手段とを有する。

本発明は、バンドパスフィルタのカットオフ周波数をローパスフィルタカットオフ周波数に合わせて可変制御させることにより、エッジ強調を行いつつ、モアレを抑制した画像を表示することが可能となる。

実施形態１の構成を表すブロック図 実施形態１の処理概要を示す周波数スペクトル図 実施形態１の処理フローを示すフローチャート 本発明の画像投影装置に適用可能なコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図

以下、添付の図面を参照して、本願発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。

＜実施形態１＞
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態の構成を示すブロック図である。１０１は水平方向カウンタ、１０２は垂直方向縮小率算出部、１０３は垂直方向カウンタ、１０４は水平方向縮小率算出部である。１０５は垂直方向ローパスフィルタ、１０６は垂直方向縮小処理部である。１０７は水平方向ローパスフィルタ、１０８は水平方向縮小処理部である。１０９はバンドパスフィルタで構成されたエッジ強調処理部である。

まず、垂直方向縮小率算出部１０２において、外部より入力される画像投影装置の投影角度と、水平方向カウンタ１０１で算出される入力画像の水平方向位置情報に基づき、入力画像の各画素に対する垂直方向縮小率を算出する。
垂直方向ローパスフィルタ１０５では、前記算出された垂直方向縮小率から、折り返し歪を抑制する最適なカットオフ周波数（ωｃ＿ｖ）と、それを実現できるローパスフィルタの係数を決定し、入力画像に対して垂直方向の帯域制限を行う。垂直方向縮小処理部１０６では、前記帯域制限が行われた画像に対して、垂直方向の縮小処理を行う。

次に、水平方向縮小率算出部１０４において、外部より入力される画像投影装置の投影角度と、垂直方向カウンタ１０３で算出される入力画像の垂直方向位置情報に基づき、入力画像の各画素に対する水平方向縮小率を算出する。

水平方向ローパスフィルタ１０７では、前記算出された水平方向縮小率から、折り返し歪を抑制する最適なカットオフ周波数（ωｃ＿ｈ）と、それを実現できるローパスフィルタの係数を決定し、入力画像に対して水平方向の帯域制限を行う。水平方向縮小処理部１０８では、前記帯域制限が行われた画像に対して、水平方向の縮小処理を行い、台形補正画像の生成を行う。

上記の様に、縮小処理を行う前に、縮小率に応じたカットオフ周波数のローパスフィルタで帯域制限を行うことで縮小時に発生する折り返し歪（モアレ）を抑制することができる。しかしながら、回路上実現可能なローパスフィルタは、理想ローパスフィルタではない為、本来制限すべきでない周波数領域まで削ってしまうことになり、結果、画像がぼやけてしまう。これを、図２を用いて説明する。

図２（ａ）の２０１は、入力画像の水平方向１ライン分の周波数スペクトルを示す。サンプリング周波数はナイキスト周波数（入力画像の持つ周波数の２倍の周波数）としている。よって周波数スペクトルは２πの周期で繰り返し出現することになり、折り返し歪は生じない。この入力画像に対して水平方向に３／４縮小したものが図２（ｂ）となる。縮小することにより、サンプリング周波数が減少する為、図に示すように周波数スペクトルが３／２π（２π×３／４）の周期で繰り返されることになる。これより２０２に示すように、周波数スペクトルに重なりが生じ（折り返し歪）、投影面上にモアレが発生する。この折り返し歪を回避する為には、２０３に示す周波数をカットオフ周波数（ωｃ）としたローパスフィルタを設計し、ωｃよりも高い周波数を遮断し、低い周波数のみ通すようにすればよい。しかしながら、インパルス応答が有限長となるＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ ｉｍｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタでは、上記を実現できる理想ローパスフィルタを設計することはできない。よって、一部ωｃよりも高い周波数が遮断できず、ωｃよりも低い周波数を遮断してしまうことになる。これを、図２（ｃ）に示す。

図２（ｃ）の２０４は入力画像の周波数スペクトル、２０５は入力画像に対してカットオフ周波数をωｃとしたローパスフィルタをかけた周波数スペクトルを示す。２０６に示すように、ωｃよりも高い周波数を遮断することにより、周波数スペクトルの重なる面積を減少させ、モアレの発生を抑制することができる。しかしながら、２０７に示すように本来遮断すべきでない周波数まで遮断されてしまうため、画像がぼやけてしまう問題が発生する。この問題に対して、エッジ強調を行うことで、ぼやけを改善させることは可能である。

しかしながら、ローパスフィルタのωｃを考慮しないエッジ強調では、前記ωｃよりも高い周波数領域を強調することになり、結果、モアレが発生、もしくモアレが強調されるという問題が発生する。これを図２（ｄ）に示す。

図２（ｄ）は、図２（ｃ）に対してハイパスフィルタ使用して高域を強調した周波数スペクトルを示す。２０８は高域強調を開始する周波数（ωｈ）を示し、ωｈを起点としてπまでが強調される周波数領域となる。これにより、２０９に示すように、ローパスフィルタにより削られた周波数領域が強調され、投影画像のぼやけは改善される。しかしながら、２１０に示すように周波数スペクトルの重なる面積が増大してしまうため、モアレが発生、もしくは強調されて投影されてしまう問題が発生する。

これに対して本発明では、ωｃに応じて高域側のカットオフ周波数を可変とするバンドパスフィルタでエッジ強調を行うことにより、モアレを抑制しつつ、ローパスフィルタで削られたエッジ部の強調を行う。これを実現する為に、図１に示すエッジ強調処理部１０９にて、台形補正後の画像に対してバンドパスフィルタを使用しエッジの抽出を行い、エッジ強調を行う。

エッジ強調処理部１０９には、垂直方向ローパスフィルタ１０５より各画素の垂直方向カットオフ周波数（ωｃ＿ｖ）と、水平方向ローパスフィルタ１０７より水平方向カットオフ周波数（ωｃ＿ｈ）が入力される。このカットオフ周波数が、バンドパスフィルタの高域側のカットオフ周波数となるようにバンドパスフィルタの周波数特性、フィルタ係数を決定する。

なお、前記フィルタ係数の算出方法は、入力されるローパスフィルタのカットオフ周波数からリアルタイムで算出してもよいし、あらかじめ所望のファイルタ係数をメモリに格納し前記カットオフ周波数に応じて選択出力される構成でもよい。

また、本発明では、バンドパスフィルタの係数を決めるにあたり、必ずしも図１に限定される構成である必要はない。例えば、水平方向と垂直方向のカウンタ値から、台形補正画像の各画素のローパスフィルタ係数値を特定することも可能である。これにより、上記カウンタ値からバンドパスフィルタ係数を決める構成であってもよい。このフィルタの効果を図２（ｅ）に示す。バンドパスフィルタを使用した高域強調処理により、ωｈを起点としてωｃまでが強調される周波数領域となる。これにより、２１１に示すようにローパスフィルタにより削られた周波数領域が強調され、かつ、２１２に示すように周波数スペクトルの重なる面積を減少させ、モアレを抑制することが可能となる。

上記一連の処理を、図３のフローチャートで説明する。
まず、ステップＳ３０１において、垂直方向縮小率算出部１０２は、画像投影装置の投影角度から垂直方向の縮小率を算出する。
次に、ステップＳ３０２において、垂直方向ローパスフィルタ１０５は、前記縮小率から垂直方向のカットオフ周波数（ωｃ＿ｖ）を算出する。次に、ステップＳ３０３において、垂直方向ローパスフィルタ１０５は、前記カットオフ周波数のローパスフィルタで入力画像に対して垂直方向の帯域制限を行う。

次に、ステップＳ３０４において垂直方向縮小処理部１０６は、垂直方向の縮小処理を行う。
次にステップＳ３０５において、水平方向縮小率算出部１０４は、画像投影装置の投影角度から水平方向の縮小率を算出する。
次に、ステップＳ３０６において、水平方向ローパスフィルタ１０７は、前記縮小率から水平方向のカットオフ周波数（ωｃ＿ｈ）を算出する。次に、ステップＳ３０７において、水平方向ローパスフィルタ１０７は、前記カットオフ周波数のローパスフィルタで入力画像に対して水平方向の帯域制限を行う。

次に、ステップＳ３０８において、水平方向縮小処理部１０８は、水平方向の縮小処理を行い、台形歪を補正した画像を生成する。
次に、ステップＳ３０９において、エッジ強調処理部１０９は、ステップＳ３０２で算出した各画素の垂直方向カットオフ周波数（ωｃ＿ｖ）が、高域側のカットオフ周波数となるようにバンドパスフィルタのフィルタ係数を設定する。このフィルタ係数は入力されるカットオフ周波数からリアルタイムで算出してもよいし、あらかじめメモリに格納し前記カットオフ周波数に応じて選択してもよい。エッジ強調処理部１０９は、このバンドパスフィルタを使用して垂直方向のエッジ成分の抽出を行い、垂直方向のエッジ強調を行う。

次に、ステップＳ３１０において、エッジ強調処理部１０９は、ステップＳ３０６で算出した各画素の水平方向カットオフ周波数（ωｃ＿ｈ）が高域側のカットオフ周波数となるようにバンドパスフィルタのフィルタ係数を設定する。このフィルタ係数も垂直方向と同様に、入力されるカットオフ周波数からリアルタイムで算出してもよいし、メモリに格納したものを選択してもよい。エッジ強調処理部１０９は、このバンドパスフィルタを使用して水平方向のエッジ成分の抽出を行い、水平方向のエッジ強調を行い、エッジ強調された台形補正画像を生成する。

以上より、本発明では、台形補正後の画像に対してバンドパスフィルタのカットオフ周波数をローパスフィルタカットオフ周波数に合わせて可変制御させることにより、エッジ強調を行いつつ、モアレを抑制した画像を表示することが可能となる。

＜実施形態２＞
図１に示した各処理部はハードウェアでもって構成しているものとして上記実施形態では説明した。しかし、図１に示した各処理部で行なう処理をコンピュータプログラムでもって構成しても良い。

図４は、上記各実施形態に係る画像表示装置に適用可能なコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。

ＣＰＵ４０１は、ＲＡＭ４０２やＲＯＭ４０３に格納されているコンピュータプログラムやデータを用いてコンピュータ全体の制御を行うと共に、上記各実施形態に係る画像処理装置が行うものとして上述した各処理を実行する。即ち、ＣＰＵ４０１は、図１に示した各処理部として機能することになる。

ＲＡＭ４０２は、外部記憶装置４０６からロードされたコンピュータプログラムやデータ、Ｉ／Ｆ（インターフェース）４０９を介して外部から取得したデータなどを一時的に記憶するためのエリアを有する。更に、ＲＡＭ４０２は、ＣＰＵ４０１が各種の処理を実行する際に用いるワークエリアを有する。即ち、ＲＡＭ４０２は、例えば、フレームメモリとして割当てたり、その他の各種のエリアを適宜提供することができる。

ＲＯＭ４０３には、本コンピュータの設定データや、ブートプログラムなどが格納されている。操作部４０４は、キーボードやマウスなどにより構成されており、本コンピュータのユーザが操作することで、各種の指示をＣＰＵ４０１に対して入力することができる。表示部４０５は、ＣＰＵ４０１による処理結果を表示する。また表示部４０５は例えば液晶ディスプレイのようなホールド型の表示装置や、フィールドエミッションタイプの表示装置のようなインパルス型の表示装置で構成される。

外部記憶装置４０６は、ハードディスクドライブ装置に代表される、大容量情報記憶装置である。外部記憶装置４０６には、ＯＳ（オペレーティングシステム）や、図１に示した各部の機能をＣＰＵ４０１に実現させるためのコンピュータプログラムが保存されている。更には、外部記憶装置４０６には、処理対象としての各画像データが保存されていても良い。

外部記憶装置４０６に保存されているコンピュータプログラムやデータは、ＣＰＵ４０１による制御に従って適宜ＲＡＭ４０２にロードされ、ＣＰＵ４０１による処理対象となる。Ｉ／Ｆ４０７には、ＬＡＮやインターネット等のネットワーク、投影装置や表示装置などの他の機器を接続することができ、本コンピュータはこのＩ／Ｆ４０７を介して様々な情報を取得したり、送出したりすることができる。４０８は上述の各部を繋ぐバスである。

上述の構成からなる作動は前述のフローチャートで説明した作動をＣＰＵ４０１が中心となってその制御を行う。

＜その他の実施形態＞
本発明の目的は、前述した機能を実現するコンピュータプログラムのコードを記録した記憶媒体を、システムに供給し、そのシステムがコンピュータプログラムのコードを読み出し実行することによっても達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたコンピュータプログラムのコード自体が前述した実施形態の機能を実現し、そのコンピュータプログラムのコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。また、そのプログラムのコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した機能が実現される場合も含まれる。

さらに、以下の形態で実現しても構わない。すなわち、記憶媒体から読み出されたコンピュータプログラムコードを、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込む。そして、そのコンピュータプログラムのコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行って、前述した機能が実現される場合も含まれる。

本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するコンピュータプログラムのコードが格納されることになる。

Claims (5)

1. 入力画像の画素位置と投影手段の投影角度とに基づいて、前記画素位置の台形補正のための縮小率を算出する算出手段と、
   前記算出済み縮小率に応じたカットオフ周波数で前記入力画像に対してローパスフィルタ処理を施す帯域制限手段であって、第１の縮小率に対応する画素位置よりも、前記第１の縮小率より縮小の度合いが大きい第２の縮小率に対応する画素位置のほうが、低い空間周波数成分が除去されるカットオフ周波数でローパスフィルタ処理を施す帯域制限手段と、
   前記帯域制限手段による前記ローパスフィルタ処理済み画像に対して、前記算出手段によって算出された縮小率を用いて縮小処理を行う縮小処理手段と、
   前記帯域制限手段で用いられたカットオフ周波数であって、前記画素位置に応じた縮小率から求まるカットオフ周波数を高域側のカットオフ周波数としたバンドパスフィルタ処理を用いたエッジ強調処理を、前記縮小済み画像に対して行うエッジ強調手段と
   を有することを特徴とする画像投影装置。
2. 前記バンドパスフィルタ処理のためのフィルタ係数を前記ローパスフィルタ処理のためのカットオフ周波数から算出するフィルタ係数算出手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
3. 前記バンドパスフィルタ処理のためのフィルタ係数を前記ローパスフィルタ処理のためのカットオフ周波数に対応づけて記憶するメモリから、前記フィルタ係数を取得する取得手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
4. 入力画像の画素位置と投影手段の投影角度とに基づいて、前記画素位置の台形補正のための縮小率を算出する算出工程と、
   前記算出済み縮小率に応じたカットオフ周波数で前記入力画像に対してローパスフィルタ処理を施す帯域制限工程であって、第１の縮小率に対応する画素位置よりも、前記第１の縮小率より縮小の度合いが大きい第２の縮小率に対応する画素位置のほうが、低い空間周波数成分が除去されるカットオフ周波数でローパスフィルタ処理を施す帯域制限工程と、
   前記帯域制限工程による前記ローパスフィルタ処理済み画像に対して、前記算出工程によって算出された縮小率を用いて縮小処理を行う縮小処理工程と、
   前記帯域制限工程で用いられたカットオフ周波数であって、前記画素位置に応じた縮小率から求まるカットオフ周波数を高域側のカットオフ周波数としたバンドパスフィルタ処理を用いたエッジ強調処理を前記縮小済み画像に対して行うエッジ強調工程と
   を有することを特徴とする画像投影装置の制御方法。
5. コンピュータに、
   入力画像の画素位置と投影手段の投影角度とに基づいて、前記画素位置の台形補正のための縮小率を算出する算出手順と、
   前記算出済み縮小率に応じたカットオフ周波数で前記入力画像に対してローパスフィルタ処理を施す帯域制限手順であって、第１の縮小率に対応する画素位置よりも、前記第１の縮小率より縮小の度合いが大きい第２の縮小率に対応する画素位置のほうが、低い空間周波数成分が除去されるカットオフ周波数でローパスフィルタ処理を施す帯域制限手順と、
   前記帯域制限手順による前記ローパスフィルタ処理済み画像に対して、前記算出手順によって算出された縮小率を用いて縮小処理を行う縮小処理手順と、
   前記帯域制限手順で用いられたカットオフ周波数であって、前記画素位置に応じた縮小率から求まるカットオフ周波数を高域側のカットオフ周波数としたバンドパスフィルタ処理を用いたエッジ強調処理を、前記縮小済み画像に対して行うエッジ強調手順と
   を実行させることを特徴とするプログラム。

Images