KR20040081022A - 화상 처리 시스템, 프로젝터 및 화상 처리 방법 - Google Patents

화상 처리 시스템, 프로젝터 및 화상 처리 방법 Download PDF

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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

사용자가 의도한 투사 위치를 변경하지 않고, 화상의 왜곡 보정과 초점 조절을 거의 동시에 실행할 수 있는 화상 처리 시스템 등을 제공하기 위해서, 화상의 왜곡을 조절하기 위해 화상 신호를 보정하는 왜곡 보정부(120), 보정된 화상 신호에 기반하여 화상을 투사하는 것과 함께 초점 조절 기능을 갖는 렌즈 유닛(198)을 구비한 화상 투사부(190), 화상 투사 영역까지의 초점거리가 변화하도록 렌즈 유닛(198)의 구동을 제어하는 제어부(160) 및 포커스 렌즈 구동부(162), 투사된 화상을 촬상하는 촬상부(180), 및 촬상 정보에 기반하여 화상 투사 영역의 중심까지의 초점거리를 도출하는 것과 함께 왜곡 보정부(120)에 의한 왜곡 보정량을 도출하는 왜곡 보정량 도출부(140)를 포함하여 프로젝터를 구성한다.

Description

화상 처리 시스템, 프로젝터 및 화상 처리 방법{IMAGE PROCESSING SYSTEM, PROJECTOR, AND IMAGE PROCESSING METHOD}
본 발명은 화상의 왜곡 보정과 초점 조절이 가능한 화상 처리 시스템, 프로젝터 및 화상 처리 방법에 관한 것이다.
프로젝터 등의 화상 표시 장치와 화상의 투사 대상 위치의 상호관계에 의해화상이 왜곡되고, 세로방향이나 가로방향으로, 소위 사다리꼴 왜곡이 발생하는 경우가 있다. 또한, 화상 표시 장치와 투사 대상이 거의 정면으로 마주보는 경우라 하더라도, 화상 표시 장치와 투사 대상과의 거리가 변화된 경우에는 화상의 초점(핀트, 포커스)이 흐릿한 상태로 된다.
따라서, 화상 표시 장치는 화상을 표시하는 경우에 화상의 왜곡이나 핀트의 어긋남을 제거한 상태에서 화상을 표시할 필요가 있다.
그러나, 일반적인 화상의 왜곡 보정 기능 및 오토포커스 기능이 부여된 프로젝터에서는 사용자가 마우스 등을 이용하여 스크린의 네 모서리의 점을 지시함으로써 반자동적으로 화상의 왜곡을 보정한다. 또한, 오토포커스를 실행하기 위해서는, 일반적인 프로젝터는 화상의 왜곡 보정을 일단 해제한 후 캘리브레이션(calibration) 화상을 투사한다. 이 때, 상기 프로젝터가 다시 화상의 왜곡을 보정하면, 보정후의 투사 영역 내측이 적절하게 포커스되지 않을 가능성이 있다.
또한, 사용자에 따라서는 마우스 등을 이용하여 스크린의 네 모서리의 점을 지시하는 것은 번거로운 일이다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 예를 들면, 일본 특허공개 2000-241874호 공보에서는, 초점 조절, 주밍(zooming), 부앙각(俯仰角) 조정 및 아오리(あおり) 조정이 가능한 투사 렌즈, 프로젝터 본체 전면에 설치되어 스크린에 투사된 화상을 촬상하는 모니터 카메라, 모니터 카메라로부터 입력된 화상 신호 정보를 디지털 데이터로 변환하여 기억하는 데이터 변환수단, 데이터 변환수단에 의해 변환된 디지털 데이터를 연산 처리하는 연산수단, 투사 렌즈의 초점 조절수단, 투사 렌즈를 주밍하는 주밍 구동수단, 모니터 카메라에 의해 촬상된 화상 내의 스크린 위치를 검출하는 스크린 위치 검출수단, 및 검출된 스크린 위치의 데이터에 의해 영사화상의 사다리꼴 왜곡을 조정하는 사다리꼴 왜곡 조정수단을 구비한 프로젝터의 자동 화면 위치 조정장치가 개시되어 있다.
그러나, 일본국 특허공개 2000-241874호 공보의 방법에서는 특허공개 2000-241874호 공보의 명세서 단락번호 0021∼0029에 기재되어 있는 바와 같이, 테스트 패턴 화상을 투사하고 촬상하여 포커스의 최적점을 검출하고, 포커스 조정을 수행하고, 완전 백색 화상을 투사하고 촬상하여 스크린의 끝점을 검출하고, 주밍에 의해 투사 화상이 스크린의 끝점에 도달할 때까지 투사 범위를 축소 또는 확대하고, 스크린의 화상이 화면의 중앙에 위치하도록 프로젝터 본체의 전면방향 또는 투사 렌즈의 부앙각을 조정한다.
또한, 상기 방법에서는 촬상된 화상 내의 스크린의 대향변의 길이를 비교하여 사다리꼴 왜곡을 검정하고 조정한다.
이상과 같이, 일본 특허공개 2000-241874호 공보의 방법에서는, 일단 포커스 조정을 한 후에 사다리꼴 왜곡의 조정을 행하기 때문에, 사다리꼴 왜곡 조정 후의 화상의 포커스가 원래 의도한 포커스의 최적점으로 되지 않을 가능성이 있다.
또한, 스크린의 위치를 검출하기 위해서는 고해상도의 카메라가 필요하게 되고, 제조비용이 증대하게 된다.
또한, 일본 특허공개 2000-241874호 공보의 방법에서는, 원래의 투사 위치를무시하고 강제적으로 스크린 중앙으로 화상이 투사되도록 프로젝터 본체의 부앙각 등을 조정한다. 이러한 처리가 전제로 되기 때문에, 프로젝터 본체가 스크린과 거의 정면으로 마주하는 것이 전제로 된다.
그러나, 실제로는 프로젝터 본체가 스크린에 거의 정면으로 마주하지 않는 경우에 가로방향의 사다리꼴 왜곡이 발생하기 때문에, 프로젝터 본체가 스크린에 거의 정면으로 마주하는 것을 전제로 하여 처리하면, 가로방향의 사다리꼴 왜곡을 적절하게 보정할 수 없다.
또한, 사용자가 의도한 투사 위치를 무시하고 강제적으로 스크린 중앙으로 화상이 투사되도록 프로젝터 본체의 부앙각 등을 조정하는 것으로는, 사용자의 목적에 맞은 화상을 표시할 수 없다. 구체적으로는, 예를 들면 스크린의 중앙 위치의 전면에 장애물이 있기 때문에, 사용자가 스크린의 우측 절반에 화상을 투사하는 등의 경우도 생각할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 사용자가 의도한 투사 위치를 변경하지 않고, 화상의 왜곡 보정과 초점 조절을 거의 동시에 실행 할 수 있는 화상 처리 시스템, 프로젝터 및 화상 처리 방법을 제공하는데 있다.
도1은 화상 투사시의 상태를 나타내는 모식도이다.
도2는 본 실시형태의 일례에 관한 화상의 네 모서리의 처리 대상을 나타내는 모식도이다.
도3a는 초점이 맞은 경우의 화상의 상태를 나타내는 모식도이며, 도3b는 초점이 맞은 경우의 휘도 분포를 나타내는 모식도이다.
도4a는 초점이 맞지 않은 경우의 화상의 상태를 나타내는 모식도이며, 도4b는 초점이 맞지 않은 경우의 휘도 분포를 나타내는 모식도이다.
도5는 본 실시형태의 일례에 관한 프로젝터의 기능 블록도이다.
도6은 본 실시형태의 일례에 관한 프로젝터의 하드웨어 블록도이다.
도7은 본 실시형태의 일례에 관한 화상 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도8은 본 실시형태의 일례에 관한 촬상 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도9는 화상 왜곡 발생시의 화상의 정면 모식도이다.
도10은 화상 왜곡 발생시의 화상의 상면 모식도이다.
도11은 화상 왜곡 발생시의 화상의 측면 모식도이다.
도12는 화상 왜곡 보정 전의 투사 영역과 화상 왜곡 보정 후의 투사 영역을 나타내는 모식도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 스크린 12: 투사 영역
20: 프로젝터(화상 처리 시스템) 60: 색광 센서
120: 왜곡 보정부
140: 왜곡 보정량 도출부 (왜곡 보정량 도출수단)
160: 제어부(구동 제어수단)
162: 포커스 렌즈 구동부(구동 제어수단)
170: 화상 해석부(왜곡 보정량 도출수단)
180: 촬상부 190: 화상 투사부
198: 렌즈 유닛 900: 정보 기억 매체
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 화상 처리 시스템 및 프로젝터는, 화상의 왜곡을 조절하기 위해 화상 신호를 보정하는 왜곡 보정수단, 보정된 화상 신호에 기반하여 화상을 투사하는 것과 함께 초점 조절 기능을 갖는 렌즈 유닛을 구비한 화상 투사수단, 화상 투사 영역까지 초점거리가 변하도록 상기 렌즈 유닛의 구동을 제어하는 구동 제어수단, 투사된 화상을 촬상하는 촬상수단, 및 상기 촬상수단으로부터의 촬상 정보에 기반하여 화상 투사 영역의 중심까지의 초점거리를 도출하는 것과 함께 상기 왜곡 보정수단에 의한 왜곡 보정량을 도출하는 왜곡 보정량 도출수단을 포함하고, 상기 왜곡 보정량 도출수단은 촬상 정보에 기반하는 화상의 휘도 변화에 기반하여 화상 투사 영역의 복수의 경계점까지의 최적 초점거리를 각각 판별하고, 당해 경계점까지의 최적 초점거리에 기반하여 화상 투사 영역의 중심까지의 초점거리를 도출하고, 당해 경계점까지의 최적 초점거리와, 상기 화상 투사수단의 수평방향 및 수직방향의 반화각(半畵角)에 기반하여 복수의 경계점의 3차원 공간상의 좌표를 도출하고, 당해 3차원 공간상의 좌표에 기반하여 왜곡 보정량을 도출하고, 상기 왜곡 보정수단은 당해 왜곡 보정량에 기반하여 화상 신호를 보정하고, 상기 구동 제어수단은 상기 왜곡 보정량 도출수단에 의해 도출된 화상 투사 영역의 중심까지의 초점거리가 되도록 상기 렌즈 유닛의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 화상 처리 방법은 소정의 캘리브레이션 화상을 렌즈 유닛의 초점거리를 변화시키면서 투사하고, 상기 렌즈 유닛의 초점거리의 변화에따라 당해 캘리브레이션 화상을 촬상하고, 촬상 정보에 기초한 화상의 휘도 변화에 기반하여 화상 투사 영역의 복수의 경계점까지의 최적 초점거리를 각각 판별하고, 당해 경계점까지의 최적 초점거리와, 상기 화상 투사수단의 수평방향 및 수직방향의 반화각에 기반하여 복수 경계점의 3차원 공간상의 좌표를 도출하고, 당해 3차원 공간상의 좌표에 기반하여 왜곡 보정량을 도출하고, 당해 왜곡 보정량에 기반하여 화상의 왜곡이 보정되도록 화상 신호를 보정하고, 화상 투사 영역의 복수의 경계점까지의 최적 초점거리에 기반하여 화상 투사 영역의 중심까지의 초점거리를 도출하고, 당해 초점거리로 되도록 상기 렌즈 유닛의 초점거리를 변화시키고, 보정된 화상 신호에 기반하여 화상을 투사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 화상 처리 시스템 등은 화상의 휘도 변화에 기반하여 화상 투사 영역의 복수의 경계점까지의 각각의 최적 초점거리와, 수평방향 및 수직방향의 반화각에 기반하여 복수의 경계점의 3차원 공간상의 좌표를 도출하여 화상의 왜곡을 보정함과 동시에, 각각의 최적 초점거리에 기반하는 화상 투사 영역의 중심까지의 초점거리가 되도록 렌즈 유닛을 구동할 수 있다.
이에 의해, 화상 처리 시스템 등은 화상의 왜곡 보정과 초점 조절을 거의 동시에 실행할 수 있다.
또한, 상기 화상 처리 시스템 및 상기 프로젝터에 있어서, 상기 왜곡 보정량 도출수단은 촬상 정보에 기반하는 화상 투사 영역의 복수의 경계점 부근의 경계 영역에 있어서의 휘도와 화소수의 관계를 나타내는 휘도 분포에 기반하여, 당해 휘도 분포가 화상 투사 영역 내측의 휘도 분포와 화상 투사 영역 외측의 휘도 분포로 명확하게 분리되는 것을 조건으로 하여 최적 초점거리를 판별해도 좋다.
또한, 상기 화상 처리 방법에서는 촬상 정보에 기반하는 화상 투사 영역의 복수의 경계점 부근의 경계 영역에 있어서의 휘도와 화소수의 관계를 나타내는 휘도 분포에 기반하여, 당해 휘도 분포가 화상 투사 영역 내측의 휘도 분포와 화상 투사 영역 외측의 휘도 분포로 명확하게 분리되는 것을 조건으로 하여 최적 초점거리를 판별해도 좋다.
이에 의하면, 화상 처리 시스템 등은 휘도 분포에 기반하여 최적 초점거리를 판별함으로써, 고해상도의 카메라를 적용하지 않고, 화상의 왜곡 보정과 초점 조절을 거의 동시에 실행할 수 있다.
또한, 상기 화상 처리 시스템, 상기 프로젝터 및 상기 화상 처리 방법에 있어서, 상기 화상은 직사각형의 화상이고, 상기 복수의 경계점은 당해 직사각형 화상의 각 꼭지점이어도 좋다.
이에 의하면, 화상 처리 시스템 등은 직사각형 화상의 각 꼭지점을 대상으로 함으로써, 화상 전체를 대상으로 하는 경우와 비교하여 보다 효율적으로 화상의 왜곡 보정과 초점 조절을 실행할 수 있다.
또한, 상기 화상 처리 시스템 및 상기 프로젝터에 있어서, 상기 화상 투사수단은 흑색 화상과 백색 화상을 투사하고, 상기 왜곡 보정량 도출수단은 흑색 화상의 촬상 정보와 백색 화상의 촬상 정보의 차분에 기반하여 투사 영역을 판별해도 좋다.
또한, 상기 화상 처리 방법에 있어서, 상기 캘리브레이션 화상으로서 적어도흑색 화상과 백색 화상을 투사하고, 흑색 화상의 촬상 정보와 백색 화상의 촬상 정보의 차분에 기반하여 투사 영역을 판별해도 좋다.
이에 따르면, 화상 처리 시스템 등은 흑색 화상의 촬상 정보와 백색 화상의 촬상 정보의 차분에 기반하여 투사 영역을 판별함으로써, 투사 영역을 보다 명확하게 판별할 수 있다.
이하, 본 발명을 화상의 왜곡과 화상의 초점 조절을 거의 동시에 실행하는 프로젝터에 적용한 경우를 예로 들어 도면을 참조하여 설명한다. 즉, 이하에 제시하는 실시형태는 특허청구의 범위에 기재된 발명의 내용에 대해 어떠한 한정을 하는 것이 아니다. 또한, 이하의 실시형태로 제시하는 구성의 전부가 특허청구의 범위에 기재된 발명의 해결수단으로서 필수적인 것으로 제한되지는 않는다.
(시스템 전체의 설명)
도1은 화상 투사시의 상태를 나타내는 모식도이다.
프로젝터(20)는 스크린(10)에 대하여 직사각형의 화상을 투사함으로써, 직사각형의 투사 영역(12)을 형성한다. 또한, 본 실시의 형태에서는 촬상수단의 일부인 색광 센서(60)는 투사 영역(12)을 포함하는 스크린(10) 상의 영역을 촬상한다.
또한, 본 실시의 형태에서는 프로젝터(20)는 색광 센서(60)에 의한 촬상 정보에 기반하는 화상의 휘도의 변화에 기반하여 투사 영역(12)의 경계점인 네 모서리 영역까지 최적 초점거리를 각각 판별한다.
도2는 본 실시형태의 일례에 관한 화상의 네 모서리의 처리 대상을 나타내는모식도이다. 또한, 도3a는 초점이 맞은 경우의 화상의 상태를 나타내는 모식도이며, 도3b은 초점이 맞은 경우의 휘도 분포를 나타내는 모식도이다. 또한, 도4a는 초점이 맞지 않는 경우의 화상의 상태를 나타내는 모식도이며, 도4b는 초점이 맞지 않는 경우의 휘도 분포를 나타내는 모식도이다.
도2에 도시하는 바와 같이, 촬상 화상(210)은 투사 영역(12)에 상응하는 영역(212)과 그 이외의 영역을 포함한다. 또한, 프로젝터(20)는 처리 대상으로서 상기 네 모서리 부근의 영역인 경계 영역(220∼223)을 설정한다.
예를 들면, 초점이 맞는 경우, 경계 영역(222)에서는 영역(212)과 그 이외의 영역이 명확하게 구분되고, 휘도 분포도 영역(212)과 그 이외의 영역이 명확하게 분리된다.
한편, 예를 들어 초점이 맞지 않는 경우, 경계 영역(222)에서는 영역(212)과 그 이외의 영역이 명확하게 구분되지 않고, 휘도 분포도 영역(212)과 그 이외의 영역이 명확하게 분리되지 않는다.
또한, 명확하게 분리되는지의 여부를 판정하는 기준으로서는, 예를 들면 소정 휘도 범위에 있어서의 총 화소수가 역치를 초과했는지 여부의 기준(즉, 영역(212)의 휘도 분포와 그 이외의 영역의 휘도 분포로 분리함), 화소수가 역치를 초과하지 않는 휘도 범위가 다른 역치를 초과하지 않는다(즉, 영역(212)과 그 이외의 영역 어느 쪽으로도 구분할 수 없는 영역이 적음)라고 하는 기준 등을 채용해도 좋다.
이와 같이, 본 실시의 형태에서는, 프로젝터(20)는 색광 센서(60)에 의한 촬상 정보에 기반하는 화상의 휘도 변화에 기반하여 투사 영역(12)의 경계점인 네 모서리 영역까지의 최적 초점거리를 각각 판별한다.
그리고, 본 실시의 형태에서는 프로젝터(20)는 당해 초점거리에 기반하여 투사 영역(12)의 중심까지의 초점거리를 도출하고, 당해 초점거리와, 프로젝터(20)의 수평방향 및 수직방향의 반화각에 기반하여 투사 영역(12) 네 모서리의 3차원 공간상의 좌표를 도출하고, 당해 3차원 공간상의 좌표에 기반하여 왜곡 보정량을 도출하고, 당해 왜곡 보정량에 기반하여 화상 신호를 보정한다.
또한, 본 실시의 형태에서는 프로젝터(20)는 도12에 나타내는 투사 영역(12)의 왜곡을 보정한 상태의 투사 영역(13) 중심(P)까지의 초점거리가 되도록 초점 조절 기능을 갖는 렌즈 유닛의 구동을 제어한다.
이와 같이, 프로젝터(20)는 화상의 투사 위치를 변경하지 않고, 화상의 왜곡 보정과 초점 조절을 거의 동시에 실행한다.
(기능 블록의 설명)
다음에, 이러한 기능을 실장하기 위한 프로젝터(20)의 기능 블록에 대하여 설명한다.
도5는 본 실시형태의 일례에 관한 프로젝터(20)의 기능 블록도이다.
프로젝터(20)는 화상 신호를 입력하는 신호 입력부(110), 화상의 왜곡이 조절되도록, 입력된 화상 신호를 보정하는 왜곡 보정부(120), 보정된 화상 신호를 출력하는 신호 출력부(130), 화상 신호에 기반하여 화상을 투사하는 화상투사부(190), 투사된 화상을 촬상하는 촬상부(180), 및 촬상 정보에 기반하여 투사 영역(12) 중심까지의 초점거리를 도출하는 것과 함께 왜곡 보정부(120)에 의한 왜곡 보정량을 도출하는 왜곡 보정량 도출부(140)를 포함하여 구성된다.
또한, 촬상부(180)는 초점 조절 기능을 갖는 렌즈 유닛(184) 및 렌즈 유닛(184)으로부터의 빛을 수광하는 수광부(182)를 포함하여 구성된다.
또한, 화상 투사부(190)는 공간 광 변조기(192), 공간 광 변조기(192)를 구동하는 구동부(194), 광원(196), 및 초점 조절 기능을 갖는 렌즈 유닛(198)을 포함하여 구성된다.
구동부(194)는 신호 출력부(130)로부터의 화상 신호에 기반하여 공간 광 변조기(192)를 구동한다. 그리고, 화상 투사부(190)는 광원(196)으로부터의 빛을 공간 광 변조기(192) 및 렌즈 유닛(198)을 통해 투사한다.
또한, 프로젝터(20)는 구동 제어수단의 일부로서 기능하고 렌즈 유닛(184) 및 렌즈 유닛(198)을 구동하는 포커스 렌즈 구동부(162), 왜곡 보정량 도출수단의 일부로서 기능하고 촬상 정보를 해석하는 화상 해석부(170), 구동 제어수단의 일부로서 기능하고 촬상 정보에 기반하여 포커스 렌즈 구동부(162)를 제어하는 제어부(160), 및 보정용 캘리브레이션 화상을 생성하는 캘리브레이션 화상 생성부(150)를 포함하여 구성된다.
또한, 상술한 프로젝터(20)의 각 부를 컴퓨터에 실장하기 위한 하드웨어로서, 예를 들면 하기의 것을 적용할 수 있다.
도6은 본 실시형태의 일례에 관한 프로젝터(20)의 하드웨어 블록도이다.
예를 들면, 신호입력부(110)로서는 예를 들면 A/D컨버터(930) 등, 왜곡 보정부(120)로서는 예를 들면 화상 처리 회로(970), RAM(950), CPU(910) 등, 신호 출력부(130)로서는 예를 들면 D/A 컨버터(940) 등, 캘리브레이션 화상 생성부(150) 및 화상 해석부(170)로서는 예를 들면 화상 처리 회로(970), RAM(950) 등, 제어부(160) 및 포커스 렌즈 구동부(162)로서는 예를 들면 CPU(910), RAM(950) 등, 촬상부(180)로서는 예를 들면 CCD 카메라 등, 공간 광 변조기(192)로서는 예를 들면 액정 패널(920), 액정 패널(920)을 구동하는 액정 라이트 밸브 구동 드라이버를 기억하는 ROM(960) 등을 사용하여 컴퓨터에 실장할 수 있다.
또한, 이들 각 부는 시스템 버스(980)를 통해 서로 정보를 주고 받을 수 있다. 또한, 색광 센서(60)는 촬상부(180)의 일부이다.
또한, 이들 각 부는 그 일부 또는 전부를 회로와 같이 하드웨어적으로 컴퓨터에 실장해도 좋고, 드라이버와 같이 소프트웨어적으로 컴퓨터에 실장해도 좋다.
또한, 왜곡 보정부(120) 등으로서, 컴퓨터를 기능시키기 위한 프로그램을 기억시킨 정보 기억 매체(900)로부터 프로그램을 판독하여 왜곡 보정부(120) 등의 기능을 컴퓨터에 실장해도 좋다.
이러한 정보 기억 매체(900)로서는, 예를 들면 CD-ROM, DVD-ROM, ROM, RAM, HDD 등을 적용할 수 있다. 또한, 정보 기억 매체(900)에 기억된 프로그램의 판독 방식은 접촉 방식이거나 비접촉 방식, 어느 쪽이어도 좋다.
또한, 정보 기억 매체(900)를 대신하여, 상술한 각 기능을 컴퓨터에 실장하기 위한 프로그램 등을, 전송로를 통해 호스트 장치 등으로부터 다운로드함으로써상술한 각 기능을 컴퓨터에 실장하는 것이 가능하다.
다음에, 이들 각 부를 이용한 화상 처리의 흐름에 대하여 설명한다.
도7은 본 실시형태의 일례에 관한 화상 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 사용자는 프로젝터(20)를 가동시키고, 프로젝터(20)는 캘리브레이션 화상을 투사한다.
또한, 초기 상태에서는 제어부(160) 및 포커스 렌즈 구동부(162)는 렌즈 유닛(184,198)의 초점거리가 최단 거리로 되도록 렌즈 유닛(184, 198)의 구동을 제어한다(단계 S1).
그리고, 프로젝터(20)는 초점거리가 최장 거리가 될 때까지(단계 S2), 촬상 처리(단계 S3)를 실행한다.
도8은 본 실시형태의 일례에 관한 촬상 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
프로젝터(20)는 초회(初回)인지를 판정하고(단계 S10), 초회인 경우, 캘리브레이션 화상 생성부(150)는 완전 흑색의 캘리브레이션 화상을 생성하고, 화상 투사부(190)는 완전 흑색의 캘리브레이션 화상을 투사한다(단계 S11).
촬상부(180)는 완전 흑색의 캘리브레이션 화상이 투사된 스크린(10)을 촬상한다(단계 S12).
또한, 캘리브레이션 화상 생성부(150)는 완전 백색의 캘리브레이션 화상을 생성하고, 화상 투사부(190)는 완전 백색의 캘리브레이션 화상을 투사한다(단계 S13).
촬상부(180)는 완전 백색의 캘리브레이션 화상이 투사된 스크린(10)을 촬상한다(단계 S14).
그리고, 프로젝터(20)는 초회인지를 판정하고(단계 S15), 초회인 경우에만 투사 영역을 추출한다(단계 S16). 구체적으로는, 화상 해석부(170)는 완전 백색의 캘리브레이션 화상의 촬상 정보와 완전 흑색의 캘리브레이션 화상의 촬상 정보의 차분에 기반하여 투사 영역(12)에 상응하는 영역(212)과 그 이외의 영역을 판별한다. 화상 해석부(170)는 이 정보를 기억해둠으로써, 이후의 처리에서 경계 영역(220∼223)을 식별할 수 있다.
그리고, 화상 해석부(170)는 영역(212)의 네 모서리 주변의 휘도 분포를 검출한다(단계 S17). 촬상부(180)는 촬상 정보로서 예를 들면 화상의 XYZ 값을 출력하고, 화상 해석부(170)는 당해 XYZ 값에 기반하는 Y값을 휘도로서 취급함으로써 휘도 분포를 검출할 수 있다.
또한, 여기에서 XYZ 값이란 국제 조명 위원회(CIE:Commssion Internationale de l'Eclairage)에 의해 정해진 디바이스 비의존형 표색계(表色系)인 XYZ 표색계에 있어서의 3 자극값(tri-stimulus values)의 값이다. 또한, XYZ 표색계에 있어서는 Y값을 휘도값으로 취급할 수 있다.
그리고, 제어부(160) 및 포커스 렌즈 구동부(162)는 렌즈 유닛(184,198)의 초점거리가 일정 간격으로 변하도록 렌즈 유닛(184,198)의 구동을 제어한다(단계 S18).
이상의 촬상 처리(단계 S3)를 수행하는 동안에 초점거리가 최장 거리로 되는 경우, 화상 해석부(170)는 제어부(160)에 기억되어 있는 초점거리와, 화상해석부(170) 내에 기억된 휘도 분포에 기반하여 프로젝터(20)로부터 투사 영역(12)의 네 모서리까지의 거리를 검출한다(단계 S4).
그리고, 제어부(160)는 당해 정보를 왜곡 보정량 도출부(140)로 전송한다. 왜곡 보정량 도출부(140)는 투사 영역(12)의 네 모서리까지의 거리에 기반하여 왜곡 보정량을 도출한다(단계 S5).
여기에서, 왜곡 보정량의 도출 방법에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도9는 화상 왜곡 발생시의 화상의 정면 모식도이다. 또한, 도10은 화상 왜곡 발생시의 화상의 상면 모식도이다. 또한, 도11은 화상 왜곡 발생시의 화상의 측면 모식도이다. 또한, 도12는 화상 왜곡 보정 전의 투사 영역(12)과 화상 왜곡 보정 후의 투사 영역(13)을 나타내는 모식도이다.
예를 들면, 가상적인 3차원 공간의 원점을 O이라 하고, O을 원점으로 하여 수평방향을 X축, 수직방향을 Y축, X축 및 Y축과 수직으로 교차하는 축을 Z축이라고 상정한다.
또한, 프로젝터(20)의 수평방향의 반화각을 θh, 수직방향의 반화각을 θv로 하고, 투사 영역(12)의 네 모서리의 점 A, B, C, D 까지의 초점거리를 각각 L1, L2 , L3, L4(단위는 cm 등)로 한 경우, A , B, C, D의 3차원 공간상의 좌표는 이하의 삼각 함수를 이용한 계산에 의해 구해질 수 있다.
A : (Xl, Yl, Zl) = (-L1＊tan(θh), L1＊tan(θv), Ll)
B : (X2, Y2, Z2) = (-L2＊tan(θh), -L2＊tan(θv), L2)
C : (X3, Y3, Z3) = ( L3＊tan(θh), -L3＊tan(θv), L3)
D : (X4, Y4, Z4) = ( L4＊tan(θh), L4＊tan(θv), L4)
다음에, A , B, C, D 중 임의의 3점의 좌표 정보를 이용하여 스크린(10)에 수직한 벡터 N을 구한다. 여기에서는 A, C, D의 좌표 정보를 이용한 경우의 계산예를 나타낸다.
N = (Xn, Yn, Zn)
Xn = (Y4-Y3)＊(Zl-Z4)-(Z4-Z3)＊(Yl-Y4)
Yn = (Z4-Z3)＊(X1-X4)-(X4-X3)＊(Zl-Z4)
Zn = (X4-X3)＊(Yl-Y4)-(Y4-Y3)＊(X1-X4)
이 벡터(N)으로부터, 스크린(10)과 프로젝터(20)가 이루는 각도, 수평방향 θx, 수직방향 θy를 구한다.
θx = atan(Xn/Zn)
θy = atan(Yn/Zn)
그리고, 이들의 각도 정보 θx, θy를 이용하여 각도 정보 θx, θy와, 화상 왜곡 보정 후의 액정 라이트 밸브상의 네 모서리의 xy 좌표에 있어서의 보정량이 연관지어진 테이블로부터 화상 왜곡 보정 후의 네 모서리의 액정 라이트 밸브상에 있어서의 좌표 A', B', C', D'를 얻는다.
이렇게 하여, 화상 해석부(170)는 네 모서리의 점 A, B, C, D 까지의 초점거리인 L1, L2, L3, L4에 기반하여 왜곡 보정량을 도출할 수 있다(단계 S5).
또한, 화상 해석부(170)는 액정 라이트 밸브상에 있어서의 화상 왜곡이 보정된 상태의 영역을 나타내는 좌표 A', B', C', D' 중심의 좌표의 위치, 및 투사 영역(12)의 네 모서리의 좌표 A, B, C, D와 프로젝터(20)의 실제의 거리를 나타내는 L1∼L4에 기반하여, 도12에 나타내는 화상 왜곡 보정 후의 투사 영역(13)의 네 모서리의 좌표 E, F, G, H의 중심(P)까지의 거리(L5)를 연산한다(단계 S6).
그리고, 제어부(160) 및 포커스 렌즈 구동부(162)는 렌즈 유닛(198)의 초점거리가 L5로 되도록 렌즈 유닛(198)을 제어한다(단계 S7).
이렇게 하여, 왜곡 보정부(120)는 사다리꼴 왜곡이 보정되는 보정량으로 입력 신호 처리부(110)로부터의 화상 신호를 보정하고, 화상 투사부(190)는 보정된 화상 신호에 기반하여 초점거리가 조절된 상태에서 화상을 투사한다(단계 S8).
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 프로젝터(20)는 화상의 휘도 변화에 기반하여 투사 영역(12)의 네 모서리까지의 각각의 최적 초점거리와, 수평방향 및 수직방향의 반화각에 기반하여 네 모서리의 3차원 공간상의 좌표를 도출하여 화상의 왜곡을 보정함과 동시에 각각의 최적 초점거리에 기반하는 투사 영역(12)의 중심까지의 초점거리가 되도록 렌즈 유닛(198)을 구동할 수 있다.
이에 의해, 프로젝터(20)는 화상의 왜곡 보정과 초점 조절을 거의 동시에 실행할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 프로젝터(20)는 휘도 분포에 기반하여 최적 초점거리를 판별함으로써, 고해상도의 카메라를 적용하지 않고, 화상의 왜곡 보정과 초점 조절을 거의 동시에 실행할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 프로젝터(20)는 직사각형 화상의 각 꼭지점을 대상으로 함으로써 화상 전체를 대상으로 하는 경우와 비교하여 보다 효율적으로화상의 왜곡 보정과 초점 조절을 실행할 수 있다.
또한, 촬상부(180)의 일부로서 기능하는 색광 센서(60)는 위치를 직접 검출하는 것은 아니고, 색광 센서(60)의 해상도가 낮아도 되므로, 제품으로서 제공할 때의 제조 코스트를 억제할 수 있다.
(변형예)
이상, 본 발명을 적용한 바람직한 실시의 형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명의 적용은 상술한 실시예에 한정되지 않는다.
예를 들면, 상술한 실시예에서는 왜곡 보정량을 도출할 때에, θx, θy와 보정량이 연관지어진 테이블을 이용했었다. 변형예로서, 예를 들면, 네 모서리의 점 A, B, C, D의 3차원 좌표와 보정량이 연관지어진 테이블을 이용하도록 프로젝터(20)를 구성해도 좋다. 이에 의하면, 프로젝터(20)는 θh, θx를 구하지 않고, 왜곡 보정량을 구할 수 있다. 한편, θx, θy를 이용하는 방식을 채용한 경우, 테이블은 θx, θy를 검색키(key)로 한 2차원 구조이면 되기 때문에, 네 모서리 점의 3차원 좌표를 이용하는 방식과 비교하여 테이블 구조를 단순화할 수 있고, 소위 텔레·와이드(망원·확대)시에도 대응할 수 있는 등의 장점이 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 최단 초점거리로부터 최장 초점거리까지 초점거리를 변경하면서 캘리브레이션 화상의 투사, 촬상, 화상 처리를 반복하여 실행했었다. 변형예로서, 예를 들면 투사 영역(12)의 네 모서리의 최적 초점거리가 검출된 시점에서 캘리브레이션 화상의 투사 등을 종료하도록 프로젝터(20)를 구성해도 좋다.
또한, 본 발명은 프로젝터(20) 이외에도 CRT(Cathode Ray Tube), LED(Light Emitting Diode) 등의 각종 광원을 이용한 화상 처리 시스템에 유효하다.
또한, 프로젝터(20)로서는, 예를 들면 액정 프로젝터, DMD(Digital Micromirror Device)를 이용한 프로젝터 등을 이용해도 좋다. 한편, DMD는 미국 텍사스 인스트루먼트사의 상표이다.
또한, 상술한 프로젝터(20)의 기능은, 예를 들면 프로젝터 단일체로 실장해도 좋으며, 복수의 처리 장치로 분산하여(예를 들면, 프로젝터와 PC로 분산 처리) 실장해도 좋다.
본 발명에 의하면, 사용자가 의도한 투사 위치를 변경하지 않고, 화상의 왜곡 보정과 초점 조절을 거의 동시에 실행 할 수 있는 화상 처리 시스템, 프로젝터 및 화상 처리 방법이 제공될 수 있다.

Claims (9)

  1. 화상의 왜곡을 조절하기 위해 화상 신호를 보정하는 왜곡 보정수단;
    보정된 화상 신호에 기반하여, 화상 투사 기능과 함께 초점 조절 기능을 갖는 렌즈 유닛을 구비한 화상 투사수단;
    화상 투사 영역까지의 초점거리가 변화하도록 상기 렌즈 유닛의 구동을 제어하는 구동 제어수단;
    투사된 화상을 촬상하는 촬상수단; 및
    상기 촬상수단으로부터의 촬상 정보에 기반하여, 화상 투사 영역의 중심까지의 초점거리를 도출하는 것과 함께 상기 왜곡 보정수단에 의한 왜곡 보정량을 도출하는 왜곡 보정량 도출수단
    을 포함하고,
    상기 왜곡 보정량 도출수단은 촬상 정보에 기반하는 화상의 휘도 변화에 기반하여 화상 투사 영역의 복수의 경계점까지의 최적 초점거리를 각각 판별하고, 당해 경계점까지의 최적 초점거리에 기반하여 화상 투사 영역의 중심까지의 초점거리를 도출하고, 당해 경계점까지의 최적 초점거리와, 상기 화상 투사수단의 수평방향 및 수직방향의 반화각에 기반하여, 복수의 경계점의 3차원 공간상의 좌표를 도출하고, 당해 3차원 공간상의 좌표에 기반하여 왜곡 보정량을 도출하며;
    상기 왜곡 보정수단은 당해 왜곡 보정량에 기반하여 화상 신호를 보정하고,
    상기 구동 제어수단은 상기 왜곡 보정량 도출수단에 의해 도출된 화상 투사영역의 중심까지의 초점거리가 되도록 상기 렌즈 유닛의 구동을 제어하는
    화상 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 왜곡 보정량 도출수단은 촬상 정보에 기반하는 화상 투사 영역의 복수의 경계점 부근의 경계 영역에서의 휘도와 화소수의 관계를 나타내는 휘도 분포에 기반하여, 당해 휘도 분포가 화상 투사 영역 내측의 휘도 분포와 화상 투사 영역 외측의 휘도 분포로 명확하게 분리되는 것을 조건으로 하여 최적 초점거리를 판별하는
    화상 처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화상은 직사각형의 화상이고,
    상기 복수의 경계점은 당해 직사각형의 화상의 각 꼭지점인
    화상 처리 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화상 투사수단은 흑색 화상과 백색 화상을 투사하고,
    상기 왜곡 보정량 도출수단은 흑색 화상의 촬상 정보와 백색 화상의 촬상 정보의 차분에 기반하여 투사 영역을 판별하는
    화상 처리 시스템.
  5. 화상의 왜곡을 조절하기 위해 화상 신호를 보정하는 왜곡 보정수단;
    보정된 화상 신호에 기반하여 화상을 투사하는 것과 함께 초점 조절 기능을 갖는 렌즈 유닛을 구비한 화상 투사수단;
    화상 투사 영역까지의 초점거리가 변화하도록 상기 렌즈 유닛의 구동을 제어하는 구동 제어수단;
    투사된 화상을 촬상하는 촬상수단; 및
    상기 촬상수단으로부터의 촬상 정보에 기반하여 화상 투사 영역의 중심까지의 초점거리를 도출하는 것과 함께 상기 왜곡 보정수단에 의한 왜곡 보정량을 도출하는 왜곡 보정량 도출수단
    을 포함하고,
    상기 왜곡 보정량 도출수단은 촬상 정보에 기반하는 화상의 휘도 변화에 기반하여 화상 투사 영역의 복수의 경계점까지의 최적 초점거리를 각각 판별하고, 당해 경계점까지의 최적 초점거리에 기반하여 화상 투사 영역의 중심까지의 초점거리를 도출하고, 당해 경계점까지의 최적 초점거리와, 상기 화상 투사수단의 수평방향및 수직방향의 반화각에 기반하여 복수의 경계점의 3차원 공간상의 좌표를 도출하고, 당해 3차원 공간상의 좌표에 기반하여 왜곡 보정량을 도출하며;
    상기 왜곡 보정수단은 당해 왜곡 보정량에 기반하여 화상 신호를 보정하고,
    상기 구동 제어수단은 상기 왜곡 보정량 도출수단에 의해 도출된 화상 투사 영역의 중심까지의 초점거리가 되도록 상기 렌즈 유닛의 구동을 제어하는
    프로젝터.
  6. 소정의 캘리브레이션 화상을 렌즈 유닛의 초점거리를 변화시키면서 투사하고;
    상기 렌즈 유닛의 초점거리의 변화에 따라 당해 캘리브레이션 화상을 촬상하고;
    촬상 정보에 기반하는 화상의 휘도 변화에 기반하여 화상 투사 영역의 복수의 경계점까지의 최적 초점거리를 각각 판별하고;
    당해 경계점까지의 최적 초점거리와, 상기 화상 투사수단의 수평방향 및 수직방향의 반화각에 기반하여 복수의 경계점의 3차원 공간상의 좌표를 도출하고,
    당해 3차원 공간상의 좌표에 기반하여 왜곡 보정량을 도출하고;
    당해 왜곡 보정량에 기반하여 화상의 왜곡이 보정되도록 화상 신호를 보정하고;
    화상 투사 영역의 복수의 경계점까지의 최적 초점거리에 기반하여 화상 투사영역의 중심까지의 초점거리를 도출하고;
    당해 초점거리로 되도록 상기 렌즈 유닛의 초점거리를 변화시키고, 보정된 화상 신호에 기반하여 화상을 투사하는
    화상 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    촬상 정보에 기반하는 화상 투사 영역의 복수의 경계점 부근의 경계 영역에서의 휘도와 화소수의 관계를 나타내는 휘도 분포에 기반하여, 당해 휘도 분포가 화상 투사 영역 내측의 휘도 분포와 화상 투사 영역 외측의 휘도 분포로 명확하게 분리되는 것을 조건으로 하여 최적 초점거리를 판별하는
    화상 처리 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 화상은 직사각형의 화상이고,
    상기 복수의 경계점은 당해 직사각형의 화상의 각 꼭지점인
    화상 처리 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캘리브레이션 화상으로서 적어도 흑색 화상과 백색 화상을 투사하고;
    흑색 화상의 촬상 정보와 백색 화상의 촬상 정보의 차분에 기반하여 투사 영역을 판별하는
    화상 처리 방법.
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