JP7327772B2

JP7327772B2 - 表示装置、及び画像表示方法

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Publication number: JP7327772B2
Application number: JP2018223895A
Authority: JP
Inventors: ピエールコプフ; 宏之 ▲徳▼茂
Original assignee: Octec Inc
Current assignee: Octec Inc
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2023-08-16
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: WO2020111164A1; JP2020088739A

Description

本発明は、表示装置、及び画像表示方法に関する。

複数のプロジェクタから投影される画像をスクリーン上で重畳することにより、１台のプロジェクタでは実現できない高解像度、高輝度な大画面画像を生成する表示システムが知られている（例えば特許文献１）。

特開平５－１０３２８６号公報

しかし、従来の表示システムでは、明るい領域が明るい程、また明るい領域が大きい程、コントラスト率が低下するという問題点を有していた。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、コントラスト率が良好である表示装置、及び画像表示方法を提供することを目的とする。

一態様に係る表示装置は、第１面に投影された光を反射させ、第２面に投影された光を透過させるスクリーンと、元画像から設定値より低い値を有する画素を抽出して生成された第１画像が入力され、入力された前記第１画像を前記スクリーンの第１面に投影するフロントプロジェクタと、前記スクリーンの第２面側に配置されており、前記元画像から設定値より高い値を有する画素を抽出して生成された第２画像が入力され、入力された前記第２画像を表示するリア表示部と、前記スクリーンの前記第２面と前記リア表示部との間に配置されており、前記リア表示部から出射する光の一部を遮光するマスクとを備え、前記マスクは、前記元画像から生成された透過マップ画像であって、前記第２画像中の前記設定値より高い値を有する画素の部分を透過し、それ以外の部分を遮光するための透過マップ画像が入力され、入力された前記透過マップ画像に基づいて、前記リア表示部から出射される光において、前記設定値より高い値を有する画素の部分を透過し、それ以外の部分を遮光し、前記元画像の実際の輝度を表示する場合、前記フロントプロジェクタへの入力階調値と該入力階調値に基づく前記スクリーン上での輝度との関係を規定する輝度補正データベース、前記リア表示部への入力階調値と該入力階調値に基づく前記スクリーン上での輝度との関係を規定する輝度補正データベース、前記マスクへの入力階調値と該入力階調値に基づく前記マスクの透過率との関係を規定する透過率データベース、並びに、前記スクリーンの前記第１面に投影された光の反射率及び前記第２面に投影された光の透過率に基づいて、前記元画像を実際の輝度で表示するための前記第１画像、前記第２画像、及び前記透過マップ画像を生成する生成部を更に備える。

一態様に係る画像表示方法は、入力された元画像から設定値より低い値を有する画素を抽出して第１画像を生成し、前記元画像から設定値より高い値を有する画素を抽出して第２画像を生成し、前記元画像から、前記第２画像中の前記設定値より高い値を有する画素の部分を透過し、それ以外の部分を遮光するための透過マップ画像を生成し、第１面に投影された光を反射させ、第２面に投影された光を透過させるスクリーンの前記第１面側に配置されたフロントプロジェクタにより、前記第１画像を前記スクリーンに投影し、前記スクリーンの前記第２面側に配置したリア表示部により前記第２画像を表示し、前記スクリーンの前記第２面と前記リア表示部との間に配置したマスクにより、前記透過マップ画像に基づいて、前記リア表示部により表示された前記第２画像中の前記設定値より高い値を有する画素の部分を透過し、それ以外の部分を遮光し、前記元画像の実際の輝度を表示する場合、前記フロントプロジェクタへの入力階調値と該入力階調値に基づく前記スクリーン上での輝度との関係を規定する輝度補正データベース、前記リア表示部への入力階調値と該入力階調値に基づく前記スクリーン上での輝度との関係を規定する輝度補正データベース、前記マスクへの入力階調値と該入力階調値に基づく前記マスクの透過率との関係を規定する透過率データベース、並びに、前記スクリーンの前記第１面に投影された光の反射率及び前記第２面に投影された光の透過率に基づいて、前記元画像を実際の輝度で表示するための前記第１画像、前記第２画像、及び前記透過マップ画像を生成する。

本発明によれば、画像のコントラスト率が良好である。

実施の形態１に係る表示システムの構成を示す斜視図である。表示システムの構成を示す側面図である。Ｒプロジェクタがモノクロのプロジェクタであり、透明液晶がカラー液晶である場合の色の表現を示す説明図である。実施の形態１に係る画像処理装置の内部構成を説明するブロック図である。実施の形態１に係る画像処理装置が実行する処理の手順を説明するフローチャートである。変形例の表示システムを示す側面図である。実施の形態４に係る表示システムを示す斜視図である。実施の形態５に係る表示システムを示す側面図である。実施の形態５に係る表示システムの構成を示すブロック図である。スクリーンの正面側の観測点から見た実施例１の画像を示す写真である。スクリーンの正面側の観測点から見た比較例１の画像を示す写真である。スクリーンの正面側の観測点から見た比較例２の画像を示す写真である。スクリーンの正面側の観測点から見た比較例３の画像を示す写真である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１に係る表示システム１０の構成を示す斜視図、図２は表示システム１０の構成を示す側面図である。
実施の形態１に係る表示システム１０は、２台のリアプロジェクタ（以下、Ｒプロジェクタという）１，１と、マスクとしての透明液晶（液晶パネル）２と、スクリーン３と、１台のフロントプロジェクタ（以下、Ｆプロジェクタという）４と、画像処理装置５とを備える。Ｒプロジェクタ１、透明液晶２、スクリーン３、Ｆプロジェクタ４により表示装置が構成される。
Ｒプロジェクタ１，Ｆプロジェクタ４は、投影画像が相互に重畳するように配置されており、スクリーン３上で投影画像を重ね合わせることにより一の光学像を表示する。

スクリーン３はリアプロジェクタ用のスクリーンであり、光を透過及び反射させる。スクリーン３は、反射と透過の割合及び拡散のバランスが取れたものを用いる。Ｒプロジェクタ１から投影される画像をある程度ぼかし、モアレ現象を抑えるために、スクリーン３のＲプロジェクタ１側の面に光拡散用のフィルム等を貼ってもよい。また、前記面にＲプロジェクタ１からの光を鑑賞視点に集めるためにレンズフィルム等を貼ってもよい。

透明液晶２は、スクリーン３の背面に配置されている。透明液晶２は、通常の液晶ディスプレイから光源や導光板等を除いた構成を有し、即ち偏光板、カラーフィルタ基板、透明電極、配向膜、液晶層、配向膜、透明電極、アクティブマトリクス基板、偏光板を有する。Ｒプロジェクタ１が投光する画像の反射損失を抑えるために、透明液晶２のＲプロジェクタ１側に反射防止フィルム等を貼ってもよい。

Ｒプロジェクタ１は、スクリーン３の背面側から画像を投影するプロジェクタであり、入力画像の明るい部分を表示するために用いられる。Ｒプロジェクタ１は、画像処理装置５により生成された画像（高輝度再現用の階調データに基づく画像）を透明液晶２上に投影する。透明液晶２における光の透過率を制御することにより、画像処理装置５にて生成された画像の高輝度部分を透過し、それ以外の部分を遮光して、高輝度部分を再現する画像をスクリーン３上に投影する。

Ｒプロジェクタ１は、カラーホイールを除去した、１チップＤＬＰ（Digital Light Processing：登録商標）プロジェクタである。Ｒプロジェクタ１がＤＬＰ等の、偏光技術を用いない場合、Ｒプロジェクタ１の投光経路は偏光に依存しないので、Ｒプロジェクタ１と透明液晶２との偏光の向きを合わせたり、偏光の影響による輝度補正及び色補正を行ったりする必要がない。

Ｒプロジェクタ１がカラーホイールを除去され、モノクロのプロジェクタとされることにより、より強い光で投光が可能となり、画像内の高輝度表示部分における明るさを確保できる。カラーの透明液晶を用いることにより、色を良好に再現できる。
図３は、Ｒプロジェクタ１がモノクロのプロジェクタであり、透明液晶２がカラー液晶である場合の色の表現を示す説明図である。
Ｒプロジェクタ１から、白黒の、コントラストが大きい画像が透明液晶２へ投影される。透明液晶２において、白を例えば赤に変換し、黒の部分を遮光することで、Ｒプロジェクタ１がモノクロのプロジェクタでも、コントラストが大きいカラー画像を表示することができる。

Ｒプロジェクタ１が投光する画素のピッチが透明液晶２の画素のピッチに近いとモアレ現象が発生しやすいため、Ｒプロジェクタ１の解像度を変える、又は各Ｒプロジェクタ１の投影領域を分け、投影画像のブレンディングを行うことで画素ピッチを変えることが好ましい。

Ｆプロジェクタ４は、スクリーン３の正面側から画像を投影するプロジェクタであり、入力画像の暗い部分を表示するために用いられる。Ｆプロジェクタ４は、画像処理装置５により生成された画像（低輝度再現用の階調データに基づく画像）をスクリーン３上に投影する。Ｆプロジェクタ４は、投射レンズの前方にＮＤフィルタ（ND : Neutral Density）等の減光フィルタを設け、Ｆプロジェクタ４から出射されるカラー画像を減光してスクリーン３上に投影することにしてもよい。

画像処理装置５は、汎用又は専用のコンピュータ装置であり、例えばＨＤＲカメラや２次元輝度計等の撮像装置６（図４参照）によって撮像されたデジタル形式の画像データが入力される。画像処理装置５は、入力された画像データに基づく入力画像から設定値より高い値を有する高輝度部分を再現する高輝度再現用の階調データを生成し、生成した階調データをＲプロジェクタ１へ出力する。画像処理装置５は、入力画像の設定値より低い値を有する低輝度部分を再現する低輝度再現用の階調データを生成し、生成した階調データをＦプロジェクタ４へ出力する。また、画像処理装置５は、透明液晶２における透過を制御するための透過マップ画像の階調データを生成し、生成した階調データを透明液晶２へ出力する。

Ｒプロジェクタ１及びＦプロジェクタ４の投影画像と、スクリーン３の位置対応はキャリブレーションしておく。Ｒプロジェクタ１及びＦプロジェクタ４から投影した所定の画像を、カメラ（不図示）で撮影し、プロジェクタの姿勢及び投影領域を得る。Ｒプロジェクタ１及びＦプロジェクタ４を同一の視点からのカメラでキャリブレーションを行うのが困難である場合は、スクリーン３に位置が分かる印（ＡＲマーカー等）を付けて撮影する等してカメラのスクリーン３からの位置関係を把握することで複数視点からのキャリブレーションを行う。透明液晶２の透光の制御可能領域は、透明液晶２に所定の画像を表示し、適切な照明を当てて取得する、又は透明液晶２の支持構造等に印を付けてカメラで撮影することで正確な位置を取得する。以上のようにして、Ｒプロジェクタ１、透明液晶２、スクリーン３、Ｆプロジェクタ４の姿勢を把握し、表示したい画像を重ね合わせることができる。

本実施の形態では、高輝度再現用の階調データと低輝度再現用の階調データとを分離して生成し、これらの階調データに基づきＲプロジェクタ１，Ｆプロジェクタ４から画像を投影し、コントラスト率の低下の原因となる高輝度再現用のＲプロジェクタ１からの低輝度で表示したい部分の光量を透明液晶２により低減した状態で、スクリーン３上に一の光学像を形成する。このような構成により、本実施の形態では、高輝度再現用のＲプロジェクタ１から投影される画像で、低輝度で表示したい部分の光量を低減することができ、スクリーン３上に形成される光学像のコントラストの低下を抑えることを可能としている。

図４は、実施の形態１に係る画像処理装置５の内部構成を説明するブロック図である。画像処理装置５は、例えば、制御部５１、記憶部５２、入力部５３、及び出力部５４を備える。

制御部５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える。制御部５１が備えるＲＯＭには、上記ハードウェア各部の動作を制御するための制御プログラム等が記憶される。制御部５１内のＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラムや後述する記憶部５２に記憶された各種プログラムを実行し、上記ハードウェア各部の動作を制御する。なお、制御部５１が備えるＲＡＭには、各種プログラムの実行中に一時的に利用されるデータが記憶される。

なお、制御部５１は、上記の構成に限定されるものではなく、シングルコアＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、マイコン、揮発性又は不揮発性のメモリ等を含む一又は複数の処理回路であればよい。

記憶部５２は、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、フラッシュメモリ、ハードディスク等を用いた記憶装置を備える。記憶部５２には、ＣＰＵによって実行される各種コンピュータプログラム（以下、プログラムという）Ｐ、及び各種プログラムＰを実行する際に用いられるデータ等が記憶される。記憶部５２が記憶するプログラムＰには、例えば、入力部５３を通じて入力される画像データを処理するための画像処理プログラムが含まれる。また、記憶部５２が記憶するデータには、スクリーン３上で所定の表示輝度値（実輝度）を得るために、スクリーン３上の位置に関連付けて階調値と輝度との関係を規定する輝度補正データベースを含めてもよい。

記憶部５２に記憶されるプログラムＰは、プログラムＰを読み取り可能に記録した記録媒体５５により提供されてもよい。記録媒体５５は、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＳＤ（Secure Digital）カード、マイクロＳＤカード、コンパクトフラッシュ（登録商標）等の可搬型のメモリである。記録媒体５５に記録される各種プログラムＰは、図に示していない読取装置を用いて記録媒体から読み取られ、画像処理装置５が備える記憶部５２にインストールされる。また、画像処理装置５が外部通信装置と通信可能な通信部を備える場合、記憶部５２に記憶されるプログラムＰは、通信部を介した通信により提供されてもよい。

入力部５３は、画像データを出力することが可能な外部装置を接続する接続インタフェースを備える。ここで、接続インタフェースに接続される外部装置は、例えば、デジタルカメラ、車載カメラ等の撮像装置６である。また、外部装置は、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン、ゲーム機等の情報処理装置であってもよく、ＤＶＤ再生装置等の画像再生装置であってもよい。入力部５３を通じて画像処理装置５内に入力される画像データは、例えば各画素をＲＧＢの各階調値によって表したデータである。

制御部５１は、入力部５３を通じて入力された画像データから、高輝度再現用の階調データ、低輝度再現用の階調データ、及び透過マップ画像を生成する処理を実行する。また、制御部５１は、スクリーン３上に表示した画像が実輝度を示すように、輝度補正データベースを参照して階調値を補正する処理を実行してもよい。制御部５１が実行する処理内容については、後に詳述する。

出力部５４は、Ｒプロジェクタ１、Ｆプロジェクタ４、及び透明液晶２を接続する接続インタフェースを備える。出力部５４は、制御部５１によって生成された高輝度再現用の階調データをＲプロジェクタ１へ出力し、低輝度再現用の階調データをＦプロジェクタ４へ出力し、透過マップ画像の階調データを透明液晶２へ出力する。

なお、本実施の形態では、Ｒプロジェクタ１、Ｆプロジェクタ４、及び透明液晶２へ出力する階調データを生成する処理、及び階調値を補正する処理を制御部５１が実行する構成としたが、画像処理装置５内に各種演算回路、バッファメモリ等を備える画像処理部を設け、この画像処理部に上述した処理を実行させる構成であってもよい。

以下、画像処理装置５が実行する処理の手順について説明する。
図５は、実施の形態１に係る画像処理装置５が実行する処理の手順を説明するフローチャートである。
画像処理装置５の制御部５１は、入力部５３を通じて入力画像に係る画像データを取得する（Ｓ１）。制御部５１が取得する画像データは、例えば各画素がＲＧＢ等の階調値によって表されたデータである。また、制御部５１が取得する画像データは、各画素における値が、ＣＩＥ（Commission Internationale de l'Eclairage）で定めるＣＩＥ表色系の三刺激値データＸ、Ｙ、Ｚを用いて表現したデータであってもよく、ＣＩＥＬＡＢ（CIE L*a*b*）値、ＣＩＥＲＧＢ（CIE Red Green Blue）値、その他任意の形式により表現されても良い。

制御部５１は、取得した入力画像において設定値以上の値を有する画素を抽出し、抽出した画素を再配置して階調値を補正することによって高輝度再現用のＲプロジェクタ１へ出力する階調データ（画像）を生成する（Ｓ２）。

制御部５１は、取得した入力画像において設定値未満の値を有する画素を抽出し、抽出した画素を再配置して階調値を補正することによって低輝度再現用のＦプロジェクタ４へ出力する階調データ（画像）を生成する（Ｓ３）。
制御部５１は、記憶部５２に記憶されている輝度補正データベースを参照し、入力画像を構成する各画素の階調値を補正した低輝度再現用のＦプロジェクタ４へ出力する階調データ（画像）を生成する（Ｓ３）。なお、Ｓ３の設定値をＳ２の設定値よりも高く設定し、Ｓ３の設定値よりも低い値を有する画像を抽出してもよい。

制御部５１は、画像処理装置５にて生成された高輝度用画像の高輝度部分を透過し、それ以外の部分を遮光して、高輝度部分を再現する透過マップ画像を生成する（Ｓ４）。
なお、本フローチャートでは、便宜的に、高輝度再現用の階調データを生成した後に低輝度再現用の階調データ、及び透過マップ画像を生成する手順としたが、低輝度再現用の階調データを生成した後に高輝度再現用の階調データを生成する手順としてもよく、高輝度再現用の階調データ及び低輝度再現用の階調データを並行して生成する手順としてもよい。

次いで、制御部５１は、出力部５４を通じて、Ｓ２で生成した高輝度再現用の階調データをＲプロジェクタ１へ出力し、Ｓ３で生成した低輝度再現用の階調データをＦプロジェクタ４へ出力し、Ｓ４で生成した透過マップ画像の階調データを透明液晶２へ出力する（Ｓ５）。

入力画像の実際の輝度の表示を目的とせずに、高コントラストの画像を表示したい場合は、表示画像内の高輝度表示したい領域のみを透過させ、それ以外の領域を遮光する画像を透明液晶２に入力する。入力画像に近い画像を表示したい場合、透明液晶２への入力値と遮光率（透過率）との関係、及びスクリーン３の光の透過率及び反射率を測定し、これらのデータに基づいてＦプロジェクタ４、スクリーン３、透明液晶２、及びＲプロジェクタ１に入力する画像を作成する。

実輝度表示のための輝度補正を行う場合、記憶部５２に、Ｒプロジェクタ１の輝度補正データベース、Ｆプロジェクタ４の輝度補正データベース、並びに透明液晶２及びスクリーン３の透過率データベースを記憶しておく必要がある。透明液晶２及びスクリーン３の透過率及び反射率は見る角度によって異なるため、いずれのデータベースも実輝度表示を行う対象（目及びカメラ等）と同一の位置からキャリブレーションを行う。具体的には、透明液晶２及びスクリーン３に階調値が一定の画像を入力し、空間内の一つの視点から、２次元輝度計で測定するか、スポット輝度計で多数点を測定することで、前記視点を対象とした輝度分布を得る。事前に取得したＲプロジェクタ１及びＦプロジェクタ４への入力階調値と投光する明るさや色との関係、並びにＲプロジェクタ１及びＦプロジェクタ４への入力階調値と透過率との関係と、得られた輝度分布とを組み合わせることで、実輝度表示をするためのデータが得られる。Ｒプロジェクタ１及びＦプロジェクタ４への入力階調値と透過率を最大透過率で割った値の関係が、スクリーン３を見る角度によって変化する場合は、見る角度を考慮した輝度分布の補正が必要である。

表示可能な最大輝度を表示する場合、Ｒプロジェクタ１に最大入力階調値を送信し、透明液晶２で透過するように白を入力すればよい。それより低い輝度を表示する場合、Ｒプロジェクタ１に入力する階調値を低くするか、透明液晶２に入力する階調値を低くするか、またはその両方を行うというように自由度がある。最終的に、透明液晶２及びスクリーン３を通過したＲプロジェクタ１からの表示とＦプロジェクタ４からの表示を足し合わせた輝度や色が、入力画像データの輝度や色と等しくなるように画像を作成し、Ｒプロジェクタ１、透明液晶２、及びＦプロジェクタ４に入力すればよい。

Ｒプロジェクタ１及びＦプロジェクタ４の台数は、上記の場合に限定されない。
図６は、変形例の表示システム１４を示す側面図である。
変形例の表示システム１４は、Ｒプロジェクタ１の数が３台であり、Ｆプロジェクタ４の数が２台であること以外は、実施の形態１に係る表示システム１０と同様の構成を有する。Ｒプロジェクタ１及びＦプロジェクタ４の台数は、図１及び図２に示した場合に限定されない。Ｒプロジェクタ１及びＦプロジェクタ４の台数は各一台であってもよく、任意の台数を有するＲプロジェクタ１及びＦプロジェクタ４を組み合わせてもよい。

複数のプロジェクタを用いる場合、Ｒプロジェクタ１及びＦプロジェクタ４の全てのプロジェクタが画像表示領域を覆うように画像を投影し重ね合わせてもよいし、表示したい領域を分割、分配し、各プロジェクタが担当した投影領域の端をエッジブレンディング及び輝度補正をして実輝度表示をするようにしてもよい。
スクリーン３の枚数も一枚の場合に限定されず、スクリーン３を複数つなぎ合わせ、各スクリーン３に夫々、Ｒプロジェクタ１及びＦプロジェクタ４から画像が投影されるようにしてもよい。複数のスクリーン３を用いることで、広視野角で実輝度の表示を実現できる。

また、コントラスト率を向上させるために、透明液晶２を２枚重ねることにしてもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２に係る表示システム１０は、Ｒプロジェクタ１がカラーホイールを除去していない１チップＤＬＰプロジェクタ又は３チップＤＬＰプロジェクタであること以外は、実施の形態１に係る表示システム１０と同様の構成を有する。
Ｒプロジェクタ１がＤＬＰプロジェクタであるので、偏光角度を考慮せずに、Ｒプロジェクタ１、透明液晶２、Ｆプロジェクタ４の制御を行うことができる。
本実施の形態においては、Ｒプロジェクタ１はカラーのプロジェクタである。透明液晶２をモノクロの透明液晶にすることで、透明液晶２の透過率を上げ、より明るい画像を表示することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３に係る表示システム１０は、Ｒプロジェクタ１が液晶プロジェクタ又はＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon：登録商標）プロジェクタであること以外は、実施の形態１に係る表示システム１と同様の構成を有する。
Ｒプロジェクタ１がＤＬＰプロジェクタである場合と異なり、ＰＷＭ（Pulse-width Modulation）制御に依存していないため、表示システム１０を車載カメラ等の検証にも適用できる。
液晶プロジェクタ又はＬＣＯＳプロジェクタである場合、偏光技術を用いるので、Ｒプロジェクタ１と透明液晶２との偏光の向きを合わせたり、偏光の影響による輝度補正及び色補正を行ったりする必要がある。

（実施の形態４）
図７は、実施の形態４に係る表示システム１５を示す斜視図である。図７中、図１と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
表示システム１５においては、透明液晶２に代えて、マスクとしてエレクトロクロミックガラス２１をスクリーン３の背面に配置している。エレクトロクロミックガラス２１により、微弱電流のスイッチング作用を用いて遮光制御を行うことができる。
マスクとして、エレクトロクロミックガラス２１を用いる代わりに、機械的な開閉機構が複数搭載された板を用いて、透光させる部分を選択するようにしてもよい。
また、透過させたい箇所に孔が空いた板を用い、画像を変更させる都度、板を取り替えることにしてもよい。この場合、構成が簡単であり、材料コストも低い。しかし、マスクの遮光の動的な制御が困難であるため、用途が静止画に限定される。

本実施の形態においては、マスクが偏光に依存しないので、任意のＲプロジェクタ１を選択することができる。表示システム１５は、省エネルギーであり、静止画の表示に適している。

（実施の形態５）
図８は実施の形態５に係る表示システム１６を示す側面図、図９は実施の形態５に係る表示システム１６の構成を示すブロック図である。図８、図９中、図２、図４と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
実施の形態５に係る表示システム１６は、Ｒプロジェクタ１の代わりにディスプレイ１１を有すること以外は、実施の形態１に係る表示システム１０と同様の構成を有する。
ディスプレイ１１としては、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ等が挙げられる。
マスクとしては透明液晶２の代わりに、エレクトロクロミックガラス２１、開閉機構を有する板、又は孔を有する板を用いることができる。
ディスプレイ１１として液晶ディスプレイを用い、マスクとして透明液晶２を用いた場合、ディスプレイ１１と透明液晶２との偏光の向きを合わせたり、輝度補正及び色補正を行ったりする必要がある。
観測者は、ディスプレイ１１から発され透明液晶２等のマスク及びスクリーン３を透過した画像、及びＦプロジェクタ４から投影されスクリーン３で反射した画像を合わせた画像を見ることとなる。

以下、実施の形態１の車と街灯が含まれた夜間のシーンを表示する実施例を具体的に説明するが、この実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
実施の形態１に係る表示システム１０を用いた。Ｒプロジェクタ１はカラーフィルタを除去した１チップＤＬＰであり、Ｆプロジェクタ４の投射レンズの前方にＮＤフィルタを設けてある。車のリアランプ部分と街灯のみが白い画像をＲプロジェクタ１に入力し、車のリアランプ部分が赤色で、街灯が白く、他の部分が黒い画像を透明液晶２に入力し、夜間のシーンの画像を、ＮＤフィルタを投射レンズ前方に設置したＦプロジェクタ４に入力した。図１０は、スクリーン３の正面側の観測点から見た実施例１の画像を示す写真である。

［比較例１］
実施の形態１に係る表示システム１０を用い、車のリアランプ部分と街灯のみが白い画像をＲプロジェクタ１に入力し、車のリアランプ部分が赤色で、それ以外の画素全てが白色の画像を透明液晶２に入力し、夜間のシーンの画像を、ＮＤフィルタを投射レンズ前方に設置したＦプロジェクタ４に入力した。図１１は、スクリーン３の正面側の観測点から見た比較例１の画像を示す写真である。

［比較例２］
実施の形態１に係る表示システム１０を用い、Ｆプロジェクタ４は用いず、車のリアランプ部分と街灯のみが白い画像をＲプロジェクタ１に入力し、車のリアランプ部分が赤色で、街灯が白く、他の部分が黒い画像を透明液晶２に入力した。図１２は、スクリーン３の正面側の観測点から見た比較例２の画像を示す写真である。

［比較例３］
実施の形態１に係る表示システム１０を用い、Ｆプロジェクタ４は用いず、車のリアランプ部分と街灯のみが白い画像をＲプロジェクタ１に入力し、車のリアランプ部分が赤色で、それ以外の画素全てが白色の画像を透明液晶２に入力した。図１３は、スクリーン３の正面側の観測点から見た比較例３の画像を示す写真である。

図１０の実施例１の画像と、図１１～図１３の比較例１～３の画像とを比較することにより、Ｆプロジェクタ４及びＲプロジェクタ１を有する表示システム１０において、高輝度画素を抽出して作成した透過マップ画像を透明液晶２に入力した場合に得られる合成画像は、コントラストが大きく、鮮明であることが証明された。

プロジェクタの特性として、投影する画像中に高輝度の部分が存在すると、画像全体が明るくなり、本来の「黒」で表現すべき部分が明るくなる。
実施例１においては、Ｆプロジェクタ４から投影する画像から、高輝度の部分を除いており、また、投影レンズの前方にＮＤフィルタを設置し、投影する画像の光量を全体として低減しているため、夜道等の暗い部分が良好に投影される。Ｒプロジェクタ１は、高輝度の部分を投影するので、本来の「黒」の部分も多少明るくなるところ、透明液晶２により遮光するので、低輝度部分への悪影響が防止されている。
プロジェクタのコントラスト率には限界があり、夜道の街灯や車のリアランプの光等を実際通りには表現できない。Ｒプロジェクタ１を用いることで、明るい部分を実際の通りに明るく表示できる。

以上のように、本発明の一態様に係る表示装置は、第１面に投影された光を反射させ、第２面に投影された光を透過させるスクリーンと、入力された第１画像を前記スクリーンの第１面に投影するフロントプロジェクタと、前記スクリーンの第２面側に配置されており、入力された第２画像を表示するリア表示部と、前記スクリーンの前記第２面と前記リア表示部との間に配置されており、前記リア表示部から出射する光の一部を遮光するマスクとを備える。

上記構成によれば、リア表示部から出射する光の一部をマスクにより遮光した状態でスクリーンに投影された画像と、フロントプロジェクタからスクリーンに投影された画像とが合成されるので、合成画像のコントラスト率が良好である。

上述の表示装置において、前記表示部は、前記第２画像を前記マスクに投影する第２のプロジェクタであってもよい。

上記構成によれば、表示部がディスプレイではなく、プロジェクタであるので、高輝度画像が得られる。

上述の表示装置において、前記第２のプロジェクタは、１チップＤＬＰプロジェクタ又は３チップＤＬＰプロジェクタであってもよい。

上記構成によれば、第２のプロジェクタが液晶プロジェクタ又はＬＣＯＳプロジェクタである場合と異なり、偏光技術を用いないので、リア表示部とマスクとの偏光の向きを合わせたり、偏光の影響による輝度補正及び色補正を行ったりする必要がない。

上述の表示装置において、前記第２のプロジェクタは、カラーホイールを除去した１チップＤＬＰプロジェクタであってもよい。

上記構成によれば、第２のプロジェクタがモノクロのプロジェクタであり、白黒の、コントラストが大きい画像がマスクへ投影される。マスクにおいて、白を他の色に変換して元画像の色を再現し、黒の部分を遮光することで、コントラストが大きい画像を表示できる。

上述の表示装置において、前記第２のプロジェクタは、ＬＣＤプロジェクタであってもよい。

上記構成によれば、第２のプロジェクタはＰＷＭ制御に依存していないため、表示装置を車載カメラ等の検証にも用いることができる。

本発明の一態様に係る表示システムは、上述の表示装置と、入力された元画像から設定値より低い値を有する画素を抽出して前記第１画像を生成する第１画像生成部と、前記元画像から設定値より高い値を有する画素を抽出して前記第２画像を生成する第２画像生成部とを有する画像処理装置とを備える。

上記構成によれば、元画像から高輝度部分と低輝度部分とを分離し、コントラスト率の低下の原因となる高輝度再現用のリア表示部からの低輝度で表示したい部分の光量を低減した状態で、リア表示部から投影された画像とフロントプロジェクタから投影された画像とが合成されるので、該画像のコントラスト率が良好である。

本発明の一態様に係る画像表示方法は、入力された元画像から設定値より低い値を有する画素を抽出して第１画像を生成し、前記元画像から設定値より高い値を有する画素を抽出して第２画像を生成し、第１面に投影された光を反射させ、第２面に投影された光を透過させるスクリーンの前記第１面側に配置されたフロントプロジェクタにより、前記第１画像を前記スクリーンに投影し、前記スクリーンの前記第２面側に配置したリア表示部により前記第２画像を表示し、前記スクリーンの前記第２面と前記リア表示部との間に配置したマスクにより、前記リア表示部から出射する光の一部を遮光する。

上記構成によれば、元画像から高輝度部分と低輝度部分とを分離し、コントラスト率の低下の原因となる高輝度再現用のリア表示部からの低輝度で表示したい部分の光量を低減した状態で、リア表示部から投影された画像とフロントプロジェクタから投影された画像とを合成するので、該画像のコントラスト率が良好である。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１Ｒプロジェクタ
２透明液晶
２１エレクトロクロミックガラス
３スクリーン
４Ｆプロジェクタ
５画像処理装置
１１ディスプレイ

Claims

第１面に投影された光を反射させ、第２面に投影された光を透過させるスクリーンと、
元画像から設定値より低い値を有する画素を抽出して生成された第１画像が入力され、入力された前記第１画像を前記スクリーンの第１面に投影するフロントプロジェクタと、
前記スクリーンの第２面側に配置されており、前記元画像から設定値より高い値を有する画素を抽出して生成された第２画像が入力され、入力された前記第２画像を表示するリア表示部と、
前記スクリーンの前記第２面と前記リア表示部との間に配置されており、前記リア表示部から出射する光の一部を遮光するマスクと
を備え、
前記マスクは、前記元画像から生成された透過マップ画像であって、前記第２画像中の前記設定値より高い値を有する画素の部分を透過し、それ以外の部分を遮光するための透過マップ画像が入力され、入力された前記透過マップ画像に基づいて、前記リア表示部から出射される光において、前記設定値より高い値を有する画素の部分を透過し、それ以外の部分を遮光し、
前記元画像の実際の輝度を表示する場合、前記フロントプロジェクタへの入力階調値と該入力階調値に基づく前記スクリーン上での輝度との関係を規定する輝度補正データベース、前記リア表示部への入力階調値と該入力階調値に基づく前記スクリーン上での輝度との関係を規定する輝度補正データベース、前記マスクへの入力階調値と該入力階調値に基づく前記マスクの透過率との関係を規定する透過率データベース、並びに、前記スクリーンの前記第１面に投影された光の反射率及び前記第２面に投影された光の透過率に基づいて、前記元画像を実際の輝度で表示するための前記第１画像、前記第２画像、及び前記透過マップ画像を生成する生成部
を更に備える
表示装置。
前記リア表示部は、前記第２画像を前記マスクに投影する第２のプロジェクタである、請求項１に記載の表示装置。
前記第２のプロジェクタは、１チップＤＬＰ（デジタル・ライト・プロセッシング）プロジェクタ又は３チップＤＬＰプロジェクタである、請求項２に記載の表示装置。
前記第２のプロジェクタは、カラーホイールを除去した１チップＤＬＰプロジェクタである、請求項２に記載の表示装置。
前記第２のプロジェクタは、ＬＣＤプロジェクタである、請求項２に記載の表示装置。
入力された元画像から設定値より低い値を有する画素を抽出して第１画像を生成し、
前記元画像から設定値より高い値を有する画素を抽出して第２画像を生成し、
前記元画像から、前記第２画像中の前記設定値より高い値を有する画素の部分を透過し、それ以外の部分を遮光するための透過マップ画像を生成し、
第１面に投影された光を反射させ、第２面に投影された光を透過させるスクリーンの前記第１面側に配置されたフロントプロジェクタにより、前記第１画像を前記スクリーンに投影し、
前記スクリーンの前記第２面側に配置したリア表示部により前記第２画像を表示し、
前記スクリーンの前記第２面と前記リア表示部との間に配置したマスクにより、前記透過マップ画像に基づいて、前記リア表示部により表示された前記第２画像中の前記設定値より高い値を有する画素の部分を透過し、それ以外の部分を遮光し、
前記元画像の実際の輝度を表示する場合、前記フロントプロジェクタへの入力階調値と該入力階調値に基づく前記スクリーン上での輝度との関係を規定する輝度補正データベース、前記リア表示部への入力階調値と該入力階調値に基づく前記スクリーン上での輝度との関係を規定する輝度補正データベース、前記マスクへの入力階調値と該入力階調値に基づく前記マスクの透過率との関係を規定する透過率データベース、並びに、前記スクリーンの前記第１面に投影された光の反射率及び前記第２面に投影された光の透過率に基づいて、前記元画像を実際の輝度で表示するための前記第１画像、前記第２画像、及び前記透過マップ画像を生成する、
画像表示方法。