制御装置および投写型映像表示装置
【課題】スクリーンに投影されたテストパターンの検出精度を向上させる。
【解決手段】辺比率算出部４２は、撮像部３０により撮像された画像内に写ったスクリーン３００の対向する二辺のそれぞれの長さを測定し、それら二辺の長さの比率を算出する。光量比率算出部４３は、辺比率算出部４２により算出された比率にもとづいて、設置されているスクリーン３００の、二辺のうちの一方の辺に投影された光量と、他方の辺に投影された光量との比率を算出する。補正値生成部４４は、光量比率算出部４３により算出された比率に応じた補正値を生成する。
【解決手段】辺比率算出部４２は、撮像部３０により撮像された画像内に写ったスクリーン３００の対向する二辺のそれぞれの長さを測定し、それら二辺の長さの比率を算出する。光量比率算出部４３は、辺比率算出部４２により算出された比率にもとづいて、設置されているスクリーン３００の、二辺のうちの一方の辺に投影された光量と、他方の辺に投影された光量との比率を算出する。補正値生成部４４は、光量比率算出部４３により算出された比率に応じた補正値を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型映像表示装置を駆動制御するための制御装置、およびそれを搭載した投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラを搭載した投写型映像表示装置（以下適宜、プロジェクタと表記する）が実用化されている。カメラを搭載したプロジェクタのなかには、スクリーンに投影されたテストパターンをそのカメラで撮像し、撮像された画像をもとに台形歪み補正やオートフォーカス調整を行うことができるものもある。
【０００３】
撮像画像を使用する台形歪み補正では、撮像された画像内のエッジを検出することにより、投影されたテストパターンの形状を特定し、その形状の歪みが打ち消されるように、映像信号を補正する手法が、よく使用される。
【０００４】
また、撮像画像を使用するオートフォーカス調整では、複数のレンズ位置でそれぞれ撮像された画像のコントラストを算出し、コントラストが最大となるレンズ位置を検出することにより、フォーカスを合わせる手法（コントラスト検出法）が、よく使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１５９４２６号公報
【特許文献２】特開２００５−１５９４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スクリーンがプロジェクタに対して正対していない場合、すなわち、スクリーンが傾斜している場合、スクリーン面内の各位置とプロジェクタとの距離が不均一となる。スクリーン面内の各位置の投影光量は、光源からの距離の二乗に反比例するため、プロジェクタから遠い位置ほど、その反射光量が小さくなる。
【０００７】
上述した台形歪み補正およびオートフォーカス調整のいずれにおいても、撮像画像内の高周波成分を検出する必要がある。したがって、スクリーンが傾斜している場合、その高周波成分の検出精度が低下する。たとえば、台形歪み補正において、エッジ検出用の閾値を遠距離側に合わせた場合、近距離側では目的のエッジ以外のエッジを、目的のエッジとして誤検出することが多くなる。
【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、スクリーンに投影されたテストパターンの検出精度を向上させることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様の制御装置は、スクリーンに映像を投写する投写部と、スクリーンを撮像するための撮像部と、を備える投写型映像表示装置に搭載されるべき制御装置であって、撮像部により撮像された画像内に写ったスクリーンの対向する二辺のそれぞれの長さを測定し、それら二辺の長さの比率を算出する辺比率算出部と、辺比率算出部により算出された比率にもとづいて、設置されているスクリーンの、二辺のうちの一方の辺に投影された光量と、他方の辺に投影された光量との比率を算出する光量比率算出部と、光量比率算出部により算出された比率に応じた補正値を生成する補正値生成部と、を備える。
【００１０】
本発明の別の態様は、投写型映像表示装置である。この装置は、スクリーンに映像を投写する投写部と、スクリーンを撮像するための撮像部と、上述した制御装置と、を備える。
【００１１】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スクリーンに投影されたテストパターンの検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置と、スクリーンとの位置関係を示す図である。
【図２】図１に示した位置関係において、撮像部により撮像された撮像画像の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。
【図４】スクリーンの画像が写った撮像画像の一例を示す図である。
【図５】図４に示したスクリーン位置における補正ゲインを示す図である。
【図６】実施の形態に係る台形歪み補正部の構成を示す図である。
【図７】台形歪み補正を説明するための図である。図７（ａ）は、垂直台形歪み補正を示し、図７（ｂ）は、水平台形歪み補正を示す。
【図８】実施の形態に係るオートフォーカス調整部の構成を示す図である。
【図９】フォーカスレンズの合焦位置の決定処理について説明するための図である。
【図１０】本実施の形態の変形例１に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。
【図１１】本実施の形態の変形例１に係る台形歪み補正部の構成を示す図である。
【図１２】本実施の形態の変形例１に係るオートフォーカス調整部の構成を示す図である。
【図１３】本実施の形態の変形例２に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。
【図１４】傾斜スクリーンおよび正面スクリーン上の点までの距離比を説明するための図である。
【図１５】スクリーン位置における補正ゲインの別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置２００と、スクリーン３００との位置関係を示す図である。実施の形態に係る投写型映像表示装置２００は、スクリーン３００方向を撮影するための撮像部３０を備える。撮像部３０は、その光軸中心と、投写型映像表示装置２００から投写される投写光の光軸中心とが平行な関係になるよう、設置される。図１では、スクリーン３００が投写型映像表示装置２００に対して正対せずに、右側が奧に傾いている。
【００１５】
図２は、図１に示した位置関係において、撮像部３０により撮像された撮像画像ＰｕＩの一例を示す。撮像画像ＰｕＩ内には、投写型映像表示装置２００から投写された、山と太陽が描かれた投影画像ＰｒＩが写っている。また、撮像画像ＰｕＩ内には、スクリーン３００の画像ＳＩも写っている。スクリーン３００面内の各位置の投影光量は光源からの距離の二乗に反比例するため、スクリーン３００の画像ＳＩの左側から右側にいくにしたがって、輝度レベルが漸次的に低下する。すなわち、右側にいくにしたがって暗い画像となる。実施の形態に係る投写型映像表示装置２００では、このスクリーン３００の画像ＳＩの輝度レベルを平坦化または均一化する。
【００１６】
図３は、本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置２００の構成を示す図である。投写型映像表示装置２００は、投写部１０、レンズ駆動部２０、撮像部３０および制御装置１００を備える。制御装置１００は、画像解析部４０、撮像画像信号補正部５０、台形歪み補正部６０、オートフォーカス調整部７０、画像メモリ８２、映像信号設定部８４および駆動信号設定部８６を備える。
【００１７】
制御装置１００の構成は、ハードウェア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００１８】
投写部１０は、スクリーン３００に映像を投写する。投写部１０は、光源１１、光変調部１２およびフォーカスレンズ１３を含む。光源１１には、フィラメント型の電極構造を有するハロゲンランプ、アーク放電を発生させる電極構造を有するメタルハライドランプ、キセノンショートアークランプ、高圧型の水銀ランプ、ＬＥＤランプなどを採用することができる。
【００１９】
光変調部１２は、映像信号設定部８４から設定される映像信号に応じて、光源１１から入射される光を変調する。たとえば、光変調部１２にはＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を採用することができる。ＤＭＤは、画素数に対応した複数のマイクロミラーを備え、各マイクロミラーの向きが各画素信号に応じて制御されることにより、所望の映像光を生成する。
【００２０】
フォーカスレンズ１３は、光変調部１２から入射される光の焦点位置を調整する。フォーカスレンズ１３は、レンズ駆動部２０によりそのレンズ位置が光軸上で移動される。光変調部１２により生成された映像光は、フォーカスレンズ１３を介して、スクリーン３００に投写される。
【００２１】
レンズ駆動部２０は、駆動信号設定部８６から設定される駆動信号に応じて、フォーカスレンズ１３の位置を移動させる。レンズ駆動部２０には、ステッピングモータ、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、ピエゾ素子などを採用することができる。
【００２２】
撮像部３０は、スクリーン３００およびスクリーン３００に投影された投影画像を、主な被写体として、撮像する。撮像部３０は、固体撮像素子３１および信号処理回路３２を含む。固体撮像素子３１には、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Devices）イメージセンサなどを採用することができる。信号処理回路３２は、固体撮像素子３１から出力される信号に対して、Ａ／Ｄ変換や、ＲＧＢフォーマットからＹＵＶフォーマットへの変換などの各種信号処理を施し、制御装置１００に出力する。本実施の形態では、画像解析部４０および撮像画像信号補正部５０に出力する。
【００２３】
画像解析部４０は、撮像部３０から出力される撮像画像信号を解析する。画像解析部４０は、スクリーン位置検出部４１、辺比率算出部４２、光量比率算出部４３および補正値生成部４４を含む。
【００２４】
スクリーン位置検出部４１は、撮像画像内のエッジを抽出することにより、当該撮像画像内に写ったスクリーン３００の四辺（上辺、下辺、左辺および右辺）の位置を検出する。
【００２５】
辺比率算出部４２は、撮像画像内に写ったスクリーン３００の対向する二辺（たとえば、左辺と右辺）のそれぞれの長さを測定し、それら二辺の長さの比率を算出する。投写部１０から当該二辺のうちの一辺までの距離と、投写部１０からその他辺までの距離との比率は、当該二辺の長さの比率の逆数となる。すなわち、辺の長さが短いほど、投写部１０から当該辺までの距離が長いことを示す。
【００２６】
光量比率算出部４３は、辺比率算出部４２により算出された比率にもとづいて、設置されているスクリーン３００の、二辺のうちの一方の辺に投影された光量と、他方の辺に投影された光量との比率を算出する。各辺に投影された光量は、投写部１０から各辺までの距離の二乗に反比例する。すなわち、投写部１０から各辺までの距離が長いほど、各辺に投影された光量が少ないことを示す。投写部１０から一辺までの距離と、投写部１０から当該一辺と他辺との間に位置する画素までの距離との比率は、当該画素の座標位置から算出可能である。したがって、一辺に投影された光量と、当該画素に投影された光量との比率も算出可能である。
【００２７】
補正値生成部４４は、光量比率算出部４３により算出された比率に応じて、各画素の補正値を生成する。本実施の形態では、各画素信号に乗算すべき補正ゲインを生成する。上記二辺間の各画素の反射光量（なお、投影光以外の外光は無視して考える）は、その一辺から他辺に向けて、グラデーション変化する。補正値生成部４４は、このグラデーション変化をキャンセルまたは抑制するよう、各画素の補正ゲインを生成する。
【００２８】
なお、各画素の輝度レベルを完全に一致させるための補正ゲインを生成してもよいし、各画素の輝度レベルの変化割合をより小さくするための補正ゲインを生成してもよい。前者の場合、最も輝度レベルが高い画素に、その他の画素の輝度レベルを合わせてもよいし、平均輝度レベルに、すべての画素の輝度レベルを合わせてもよい。これらの補正ゲインを算出するための関数は、当業者にとって容易に生成可能である。
【００２９】
以上の処理により、スクリーン３００の左右方向または上下方向の傾きを、信号処理上補償するための補正ゲインを生成することができる。もちろん、スクリーン３００の左右方向および上下方向の両方の傾きを、一度に補償するための補正ゲインを生成することもできる。
【００３０】
すなわち、辺比率算出部４２は、撮像画像内に写ったスクリーン３００の上辺、下辺、左辺および右辺のそれぞれの長さを測定し、上辺と下辺の長さの比率および左辺と右辺の長さの比率をそれぞれ算出する。光量比率算出部４３は、上述した上辺と下辺の長さの比率にもとづいて、スクリーンの上辺に投影された光量と下辺に投影された光量との比率を算出し、上述した左辺と右辺の長さの比率にもとづいて、スクリーンの左辺に投影された光量と右辺に投影された光量との比率を算出する。
【００３１】
補正値生成部４４は、光量比率算出部４３により算出された二つの比率に応じて、各画素の補正値を生成する。上述した上辺と下辺との間の各画素の反射光量は、上辺から下辺に向けて、グラデーション変化する。左辺と右辺についても同様である。補正値生成部４４は、左右方向および上下方向の両方のグラデーション変化を同時にキャンセルまたは抑制するよう、各画素の補正ゲインを生成する。
【００３２】
以下、図４、図５を参照しながら補正ゲイン生成の具体例を説明する。図４は、スクリーン３００の画像が写った撮像画像の一例を示す図である。
【００３３】
図４では、撮像部３０がＶＧＡ（６４０×４８０）サイズで画像を撮像する例を描いている。スクリーン位置検出部４１は、撮像画像内に写ったスクリーン３００の四隅の頂点座標をそれぞれ検出し、辺比率算出部４２は、当該スクリーン３００の上辺、下辺、左辺および右辺のそれぞれの長さを測定する。ここでは、上辺が２７０画素、下辺が３００画素、左辺が２３０画素および右辺が１８４画素である。
【００３４】
下辺が上辺より長く、かつ左辺が右辺より長いため、スクリーン３００の左下隅が投写部１０から最も近く、右上隅が最も遠いことが分かる。上辺の下辺に対する比率は、２７０／３００＝９／１０である。また、投写部１０から上辺までの距離の、投写部１０から下辺までの距離に対する比率は、その逆数の１０／９である。投影光量は当該距離の二乗に反比例して減少するため、上辺の投影光量の、下辺の投影光量に対する比率は、１／（１０／９）＾２＝０．８１である。
【００３５】
また、右辺の左辺に対する比率は、１８４／２３０＝８／１０である。また、投写部１０から右辺までの距離の、投写部１０から左辺までの距離に対する比率は、その逆数の１０／８である。投影光量は当該距離の二乗に反比例して減少するため、右辺の投影光量の、左辺の投影光量に対する比率は、１／（１０／８）＾２＝０．６４である。
【００３６】
図５は、図４に示したスクリーン位置における補正ゲインを示す図である。図５では、スクリーン３００の左下隅以外の画素の輝度レベルを、左下隅の画素の輝度レベルに合わせている。左下隅の画素の輝度レベルは補正する必要がないため、その補正ゲインは１となる。一方、右上隅の画素の輝度レベルに対する補正ゲインは、上記の比率を使用して、（１／０．８１）×（１／０．６４）≒１．９３となる。これらの結果を元に、補正値生成部４４は、各スクリーン位置における補正ゲインを図５のように生成する。
【００３７】
図３に戻る。撮像画像信号補正部５０は、撮像画像内に写ったスクリーンの画像の輝度レベルが平坦化または均一化されるよう、撮像部３０から出力される画素信号を、補正値生成部４４により生成された補正値を用いて補正する。たとえば、各画素信号に、対応する各画素の上記補正ゲインを乗算する。撮像画像信号補正部５０により輝度レベルが平坦化または均一化された画像信号は、台形歪み補正部６０およびオートフォーカス調整部７０に出力される。
【００３８】
台形歪み補正部６０は、スクリーン３００に投影される画像の台形歪みを補正する。台形歪みは、スクリーン３００と投写型映像表示装置２００とが正対していない場合に発生する。たとえば、投写光の光軸が上向きにずれている場合、スクリーン３００には上部が膨らんだ台形歪みが発生する。
【００３９】
投写型映像表示装置２００の起動時や、ユーザ操作により台形歪みの調整が指示されたとき、映像信号設定部８４は、画像メモリ８２から台形歪み調整用のテストパターンを読み出し、投写部１０に投写させる。当該テストパターンは、たとえば、四角形（正方形、長方形、平行四辺形、菱形など）で形成される。撮像部３０は、スクリーン３００に投影されたテストパターンを撮像する。台形歪み補正部６０は、撮像画像に写ったテストパターンの形状をもとに、台形歪みを検出し、その台形歪みがキャンセルされるよう、映像信号設定部８４に設定すべき映像信号を補正する。
【００４０】
図６は、実施の形態に係る台形歪み補正部６０の構成を示す図である。台形歪み補正部６０は、エッジ抽出部６１、歪み検出部６２および映像信号補正部６３を含む。エッジ抽出部６１は、上記テストパターンが写った撮像画像内からエッジを検出する。その際、エッジ抽出部６１は、スクリーン位置検出部４１から設定されるスクリーン領域の範囲内でエッジを抽出する。エッジは、所定の閾値を超える輝度レベル変化が発生した箇所で抽出される。
【００４１】
歪み検出部６２は、エッジ抽出により特定されるテストパターンの頂点座標から、上下左右のどちらの方向に、どの程度膨らんでいるかを特定する。映像信号補正部６３は、スクリーン３００に投影されたテストパターンの膨らみがキャンセルされるよう、映像信号設定部８４に設定すべき映像信号を補正する。
【００４２】
図７は、台形歪み補正を説明するための図である。図７（ａ）は、垂直台形歪み補正を示し、図７（ｂ）は、水平台形歪み補正を示す。図７（ａ）では、投影画像ＰｒＩの上部が膨らんでいる。映像信号補正部６３は、アスペクト比が維持された四角形がスクリーン３００に投影されるよう、投影すべき映像の上端から下端に向けて、映像の横幅を徐々にスケールダウンする。図７（ｂ）では、投影画像ＰｒＩの左部が膨らんでいる。映像信号補正部６３は、アスペクト比が維持された四角形がスクリーン３００に投影されるよう、投影すべき映像の左端から右端に向けて、映像の縦幅を徐々にスケールダウンする。
【００４３】
オートフォーカス調整部７０は、コントラスト検出法を用いて、フォーカスを合わせる。投写型映像表示装置２００の起動時や、ユーザ操作によりオートフォーカス調整が指示されたとき、映像信号設定部８４は、画像メモリ８２からオートフォーカス調整用のテストパターンを読み出し、投写部１０に投写させる。当該テストパターンは、たとえば、ストライプパターンやチェッカーフラグパターンで形成される。撮像部３０は、スクリーン３００に投影されたテストパターンを撮像する。オートフォーカス調整部７０は、複数のレンズ位置にて、撮像部３０によりそれぞれ撮像された当該テストパターンの鮮明度をもとに、フォーカスレンズ１３の位置を決定する。
【００４４】
図８は、実施の形態に係るオートフォーカス調整部７０の構成を示す図である。オートフォーカス調整部７０は、検出領域設定部７１、ハイパスフィルタ７２、積算部７３およびレンズ位置決定部７４を含む。検出領域設定部７１は、撮像画像内にて、ハイパスフィルタ７２による高周波成分の抽出対象となる検出領域を設定する。検出領域設定部７１は、たとえば、スクリーン位置検出部４１から設定されるスクリーン領域を、当該検出領域に設定してもよい。また、スクリーン領域内の一部の領域（たとえば、中央領域）を、当該検出領域に設定してもよい。
【００４５】
ハイパスフィルタ７２は、当該検出領域内の画像信号の、所定の閾値を超える高周波成分を抽出して、その抽出した高周波成分を積算部７３に供給する。ハイパスフィルタ７２は、水平方向に高周波成分を抽出してもよいし、水平方向および垂直方向の両方向に高周波成分を抽出してもよい。
【００４６】
積算部７３は、それぞれのレンズ位置にて、ハイパスフィルタ７２により抽出された高周波成分を積算し、レンズ位置決定部７４に供給する。なお、ハイパスフィルタ７２により水平方向および垂直方向の両方向に高周波成分が抽出されている場合、積算部７３は、両者の高周波成分を合算する。レンズ位置決定部７４は、積算部７３から供給される複数の積算値のうち、最大積算値が検出されたフォーカスレンズ１３の位置を、合焦位置に決定する。
【００４７】
図９は、フォーカスレンズ１３の合焦位置の決定処理について説明するための図である。オートフォーカス機能が有効化されると、オートフォーカス調整部７０は、映像信号設定部８４にテストパターンの投写を指示するとともに、フォーカスレンズ１３をニア側からファー側へまたはファー側からニア側へ、所定のステップ幅で順次、移動させるための制御信号を駆動信号設定部８６に設定する。映像信号設定部８４は、当該テストパターンの映像信号を光変調部１２に設定し、駆動信号設定部８６は、上記制御信号に応じた駆動信号をレンズ駆動部２０に設定する。
【００４８】
オートフォーカス調整部７０は、フォーカスレンズ１３の各レンズ位置において撮像された、テストパターンに含まれるシャープネス（上記積算値を用いることができる）を算出する。このシャープネスは、フォーカスレンズ１３が合焦位置に近づくにつれ、上昇する。その上昇がピークをうち、下降に転換したとき、オートフォーカス調整部７０は、その一つ前のレンズ位置を合焦位置に決定する。
【００４９】
図３に戻る。画像メモリ８２は、スクリーン３００に投写すべき画像データを保持する。当該画像データは、図示しない外部インタフェースを介して、ＰＣなどから供給される。本実施の形態では、台形歪み補正時やオートフォーカス調整時に投写されるテストパターンも保持する。映像信号設定部８４は、画像メモリ８２に保持される画像データにもとづく映像信号を光変調部１２に設定する。映像信号設定部８４は、台形歪み補正部６０による台形歪み補正機能が有効な期間は、台形歪み補正部６０から供給される台形歪み補正後の映像信号を光変調部１２に設定する。駆動信号設定部８６は、フォーカスレンズ１３を、オートフォーカス調整部７０から指示されるレンズ位置に移動させるための駆動信号をレンズ駆動部２０に設定する。
【００５０】
以上説明したように本実施の形態によれば、スクリーン３００の傾きに起因する反射光量の不均一を、撮像画像信号を補正することにより、信号処理上、補償することができる。したがって、その補正後の撮像画像信号から、台形歪み検出用またはオートフォーカス調整用のテストパターンを抽出することにより、そのテストパターンの検出精度を向上させることができる。よって、台形歪み補正精度またはオートフォーカス調整精度を向上させることができる。
【００５１】
図１０は、本実施の形態の変形例１に係る投写型映像表示装置２００の構成を示す図である。図１１は、本実施の形態の変形例１に係る台形歪み補正部６０の構成を示す図である。図１２は、本実施の形態の変形例１に係るオートフォーカス調整部７０の構成を示す図である。
【００５２】
図１０に示す投写型映像表示装置２００の構成は、図３に示した投写型映像表示装置２００と比較し、撮像画像信号補正部５０が除去された構成である。その代わりに、台形歪み補正部６０に閾値補正部６４が追加され、オートフォーカス調整部７０に閾値補正部７５が追加された構成である。
【００５３】
変形例１では、補正値生成部４４により生成された補正値は、撮像画像信号補正部５０ではなく、台形歪み補正部６０内の閾値補正部６４およびオートフォーカス調整部７０内の閾値補正部７５に設定される。変形例１の補正値には、上述した補正値のように、撮像されたスクリーン画像内の輝度レベルのグラデーション変化をキャンセルするための補正値ではなく、そのグラデーション変化そのものを表す補正値が用いられる。
【００５４】
台形歪み補正部６０に追加された閾値補正部６４は、撮像画像内に写ったスクリーンの画像の輝度レベルが平坦であると擬制されるよう、撮像部３０から出力される画像信号からエッジを検出するための閾値を、補正値生成部４４により生成された補正値を用いて補正し、エッジ抽出部６１に設定する。エッジ抽出部６１がハイパスフィルタで構成される場合、各画素のフィルタ強度を補正する。通常、当該エッジを検出するための閾値はすべての画素で同じであるが、変形例１では、スクリーン画像内の輝度レベルのグラデーション変化に合わせて、スクリーン画像に対応した領域の当該エッジを検出するための閾値をグラデーション変化させる。
【００５５】
オートフォーカス調整部７００に追加された閾値補正部７５は、撮像画像内に写ったスクリーンの画像の輝度レベルが平坦であると擬制されるよう、撮像部３０から出力される画像信号の高周波成分を検出するための閾値を、補正値生成部４４により生成された補正値を用いて補正し、ハイパスフィルタ７２に設定する。すなわち、各画素ごとのフィルタ強度を補正する。通常、当該高周波成分を検出するための閾値はすべての画素で同じであるが、変形例１では、スクリーン画像内の輝度レベルのグラデーション変化に合わせて、スクリーン画像に対応した領域の当該高周波成分を検出するための閾値をグラデーション変化させる。
【００５６】
以上説明したように変形例１によれば、撮像部３０から出力される画像信号からエッジまたは高周波成分を検出するための閾値を、スクリーン画像内の輝度レベルのグラデーション変化に合わせて、グラデーション変化させることにより、スクリーンの画像の輝度レベルが平坦であると擬制することができる。したがって、上述した実施の形態で説明した撮像画像信号を補正する場合と同様の効果を奏する。
【００５７】
図１３は、本実施の形態の変形例２に係る投写型映像表示装置２００の構成を示す図である。図１３に示す投写型映像表示装置２００の構成は、図３に示した投写型映像表示装置２００と比較し、撮像画像信号補正部５０が除去され、映像信号補正部８３が追加された構成である。変形例２では、補正値生成部４４により生成された補正値は、撮像画像信号補正部５０ではなく、映像信号補正部８３に設定される。変形例２の補正値には、上述した補正値と同様に、撮像されたスクリーンの画像内における輝度レベルのグラデーション変化をキャンセルするための補正値が用いられる。
【００５８】
映像信号補正部８３は、スクリーン面上に投影される光量が平坦化されるよう、スクリーンに投影すべき映像信号を、補正値生成部４４により生成された補正値を用いて補正する。当該スクリーンに投影すべき映像信号として、主に、台形歪み検出用またはオートフォーカス調整用のテストパターンが該当する。映像信号補正部８３は、当該テストパターンを、上記補正値を用いてグラデーション変化させる。これにより、スクリーン面上に投影されるテストパターンの各画素の光量が平坦化される。したがって、上述した実施の形態で説明した撮像画像信号を補正する場合と同様の効果を奏する。
【００５９】
また、映像信号補正部８３は、上記テストパターンではなく、実データにもとづく映像信号を、上記補正値を用いて補正してもよい。なお、光量の不均一は、形状の歪ほど、補正の必要を感じないユーザも多い。したがって、上記映像信号の補正を上記テストパターンに限る構成であってもよい。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６１】
たとえば、スクリーン位置検出部４１は、撮像画像内からスクリーン位置を検出する前に、簡易な投影光量の補正を行ってもよい。たとえば、スクリーン位置検出部４１は、撮像部３０により撮像された画像の輝度レベルを水平方向および垂直方向にモニタリングし、それらの輝度レベルが平坦化されるよう、映像信号設定部８４に設定すべき映像信号を補正する。ここでの補正は、上述した補正のように厳密なものではなく、ラフなものでよい。たとえば、撮像画像内の上部と下部とで輝度レベルの差が所定の設定値より大きい場合、輝度レベルが小さい方の領域の映像信号を増大させる。左部と右部との間でも同様である。これにより、撮像画像内のスクリーン画像の検出精度を高めることができる。スクリーン画像が正確に検出されれば、上述した実施の形態に係る補正処理により、スクリーンの傾斜を正確に検出することができる。
【００６２】
図５で説明した傾斜スクリーン位置における補正ゲインの例では、投写部から画素までの距離比が、スクリーンの一辺から対辺に向かうにつれて線形に変化すると仮定して補正ゲインを演算したものである。代替的に、正対したスクリーンと傾斜スクリーンの位置関係を考慮して傾斜スクリーン位置における補正ゲインを演算してもよい。この演算方法について、図１４を用いて説明する。
【００６３】
図１４は、投写型映像表示装置２００と、正対スクリーン４００と、傾斜スクリーン４１０との位置関係を上面から観察した様子を示す図である。投写型映像表示装置２００の投影口Ｍから投影される光量は、ゲイン補正をしない状態では、正対スクリーン４００上の点Ａ、Ｂｖ、Ｃｖ、Ｄｖ、Ｅｖで同一の輝度となるように調整されている。たとえスクリーン４００が投影口Ｍに対して正対していても、投影口からスクリーン中心点Ｃｖまでの距離と、スクリーン端の点ＡおよびＥｖまでの距離とは異なるが、この距離差を補正した光量が予め設定されていることとする。このような補正は、一般的なシェーディング補正で行うことができる。
【００６４】
この状態で正対スクリーン４００の代わりに傾斜スクリーン４１０を配置すると、正対スクリーン上の点Ｂｖ、Ｃｖ、Ｄｖ、Ｅｖは、傾斜スクリーン上の点Ｂｒ、Ｃｒ、Ｄｒ、Ｅｒとしてそれぞれ投影される。図から明らかなように、投影口Ｍから傾斜スクリーン上の点Ｂｒ〜Ｅｒまでの距離は、初期設定されている正対スクリーン上の点Ｂｖ〜Ｅｖまでの距離とは異なる。したがって、補正値生成部４４は、投影口Ｍから正対スクリーン４００上の各点までの距離Ｌｖと、投影口Ｍから傾斜スクリーン４１０上の各点までの距離Ｌｒとの距離比を求めることで、補正ゲインを算出することができる。
【００６５】
この距離比は、以下のような手順で求められる。図１４において、投影口Ｍを原点としたｘ−ｙ直交座標を考える。そして、正対スクリーンがｙ＝ｂ、傾斜スクリーンがｙ＝ａｘ＋ｃ（ａ〜ｃは実数）の直線で表せるとする。正対スクリーン上への投影は等間隔になされるので、投影口Ｍから正対スクリーン上の点（図では点Ｄｖ）までの距離Ｌｖは、三平方の定理から求められる。点Ｄｖに対応する傾斜スクリーン上の点Ｄｒまでの距離Ｌｒは、投影口Ｍと点Ｄｖを結ぶ直線と、傾斜スクリーンを表す直線ｙ＝ａｘ＋ｂとの交点から求めることができる。このようにして、正対スクリーン上の各点に対する補正ゲイン＝Ｌｒ／Ｌｖを演算することができる。図１５は、傾斜スクリーン位置における補正ゲインのｘ−ｙ平面上分布の例を示しており、図中左下の点がスクリーンの左端に相当する。図から分かるように、補正ゲインは、スクリーンの左端から右端に向けて二次関数的に増加する形となる。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 投写部、 １１ 光源、 １２ 光変調部、 １３ フォーカスレンズ、 ２０ レンズ駆動部、 ３０ 撮像部、 ３１ 固体撮像素子、 ３２ 信号処理回路、 ４０ 画像解析部、 ４１ スクリーン位置検出部、 ４２ 辺比率算出部、 ４３ 光量比率算出部、 ４４ 補正値生成部、 ５０ 撮像画像信号補正部、 ６０ 台形歪み補正部、 ６１ エッジ抽出部、 ６２ 歪み検出部、 ６３ 映像信号補正部、 ６４ 閾値補正部、 ７０ オートフォーカス調整部、 ７１ 検出領域設定部、 ７２ ハイパスフィルタ、 ７３ 積算部、 ７４ レンズ位置決定部、 ７５ 閾値補正部、 ８２ 画像メモリ、 ８３ 映像信号補正部、 ８４ 映像信号設定部、 ８６ 駆動信号設定部、 １００ 制御装置、 ２００ 投写型映像表示装置、 ３００ スクリーン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型映像表示装置を駆動制御するための制御装置、およびそれを搭載した投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラを搭載した投写型映像表示装置（以下適宜、プロジェクタと表記する）が実用化されている。カメラを搭載したプロジェクタのなかには、スクリーンに投影されたテストパターンをそのカメラで撮像し、撮像された画像をもとに台形歪み補正やオートフォーカス調整を行うことができるものもある。
【０００３】
撮像画像を使用する台形歪み補正では、撮像された画像内のエッジを検出することにより、投影されたテストパターンの形状を特定し、その形状の歪みが打ち消されるように、映像信号を補正する手法が、よく使用される。
【０００４】
また、撮像画像を使用するオートフォーカス調整では、複数のレンズ位置でそれぞれ撮像された画像のコントラストを算出し、コントラストが最大となるレンズ位置を検出することにより、フォーカスを合わせる手法（コントラスト検出法）が、よく使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１５９４２６号公報
【特許文献２】特開２００５−１５９４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スクリーンがプロジェクタに対して正対していない場合、すなわち、スクリーンが傾斜している場合、スクリーン面内の各位置とプロジェクタとの距離が不均一となる。スクリーン面内の各位置の投影光量は、光源からの距離の二乗に反比例するため、プロジェクタから遠い位置ほど、その反射光量が小さくなる。
【０００７】
上述した台形歪み補正およびオートフォーカス調整のいずれにおいても、撮像画像内の高周波成分を検出する必要がある。したがって、スクリーンが傾斜している場合、その高周波成分の検出精度が低下する。たとえば、台形歪み補正において、エッジ検出用の閾値を遠距離側に合わせた場合、近距離側では目的のエッジ以外のエッジを、目的のエッジとして誤検出することが多くなる。
【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、スクリーンに投影されたテストパターンの検出精度を向上させることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様の制御装置は、スクリーンに映像を投写する投写部と、スクリーンを撮像するための撮像部と、を備える投写型映像表示装置に搭載されるべき制御装置であって、撮像部により撮像された画像内に写ったスクリーンの対向する二辺のそれぞれの長さを測定し、それら二辺の長さの比率を算出する辺比率算出部と、辺比率算出部により算出された比率にもとづいて、設置されているスクリーンの、二辺のうちの一方の辺に投影された光量と、他方の辺に投影された光量との比率を算出する光量比率算出部と、光量比率算出部により算出された比率に応じた補正値を生成する補正値生成部と、を備える。
【００１０】
本発明の別の態様は、投写型映像表示装置である。この装置は、スクリーンに映像を投写する投写部と、スクリーンを撮像するための撮像部と、上述した制御装置と、を備える。
【００１１】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、スクリーンに投影されたテストパターンの検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置と、スクリーンとの位置関係を示す図である。
【図２】図１に示した位置関係において、撮像部により撮像された撮像画像の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。
【図４】スクリーンの画像が写った撮像画像の一例を示す図である。
【図５】図４に示したスクリーン位置における補正ゲインを示す図である。
【図６】実施の形態に係る台形歪み補正部の構成を示す図である。
【図７】台形歪み補正を説明するための図である。図７（ａ）は、垂直台形歪み補正を示し、図７（ｂ）は、水平台形歪み補正を示す。
【図８】実施の形態に係るオートフォーカス調整部の構成を示す図である。
【図９】フォーカスレンズの合焦位置の決定処理について説明するための図である。
【図１０】本実施の形態の変形例１に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。
【図１１】本実施の形態の変形例１に係る台形歪み補正部の構成を示す図である。
【図１２】本実施の形態の変形例１に係るオートフォーカス調整部の構成を示す図である。
【図１３】本実施の形態の変形例２に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。
【図１４】傾斜スクリーンおよび正面スクリーン上の点までの距離比を説明するための図である。
【図１５】スクリーン位置における補正ゲインの別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置２００と、スクリーン３００との位置関係を示す図である。実施の形態に係る投写型映像表示装置２００は、スクリーン３００方向を撮影するための撮像部３０を備える。撮像部３０は、その光軸中心と、投写型映像表示装置２００から投写される投写光の光軸中心とが平行な関係になるよう、設置される。図１では、スクリーン３００が投写型映像表示装置２００に対して正対せずに、右側が奧に傾いている。
【００１５】
図２は、図１に示した位置関係において、撮像部３０により撮像された撮像画像ＰｕＩの一例を示す。撮像画像ＰｕＩ内には、投写型映像表示装置２００から投写された、山と太陽が描かれた投影画像ＰｒＩが写っている。また、撮像画像ＰｕＩ内には、スクリーン３００の画像ＳＩも写っている。スクリーン３００面内の各位置の投影光量は光源からの距離の二乗に反比例するため、スクリーン３００の画像ＳＩの左側から右側にいくにしたがって、輝度レベルが漸次的に低下する。すなわち、右側にいくにしたがって暗い画像となる。実施の形態に係る投写型映像表示装置２００では、このスクリーン３００の画像ＳＩの輝度レベルを平坦化または均一化する。
【００１６】
図３は、本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置２００の構成を示す図である。投写型映像表示装置２００は、投写部１０、レンズ駆動部２０、撮像部３０および制御装置１００を備える。制御装置１００は、画像解析部４０、撮像画像信号補正部５０、台形歪み補正部６０、オートフォーカス調整部７０、画像メモリ８２、映像信号設定部８４および駆動信号設定部８６を備える。
【００１７】
制御装置１００の構成は、ハードウェア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００１８】
投写部１０は、スクリーン３００に映像を投写する。投写部１０は、光源１１、光変調部１２およびフォーカスレンズ１３を含む。光源１１には、フィラメント型の電極構造を有するハロゲンランプ、アーク放電を発生させる電極構造を有するメタルハライドランプ、キセノンショートアークランプ、高圧型の水銀ランプ、ＬＥＤランプなどを採用することができる。
【００１９】
光変調部１２は、映像信号設定部８４から設定される映像信号に応じて、光源１１から入射される光を変調する。たとえば、光変調部１２にはＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を採用することができる。ＤＭＤは、画素数に対応した複数のマイクロミラーを備え、各マイクロミラーの向きが各画素信号に応じて制御されることにより、所望の映像光を生成する。
【００２０】
フォーカスレンズ１３は、光変調部１２から入射される光の焦点位置を調整する。フォーカスレンズ１３は、レンズ駆動部２０によりそのレンズ位置が光軸上で移動される。光変調部１２により生成された映像光は、フォーカスレンズ１３を介して、スクリーン３００に投写される。
【００２１】
レンズ駆動部２０は、駆動信号設定部８６から設定される駆動信号に応じて、フォーカスレンズ１３の位置を移動させる。レンズ駆動部２０には、ステッピングモータ、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、ピエゾ素子などを採用することができる。
【００２２】
撮像部３０は、スクリーン３００およびスクリーン３００に投影された投影画像を、主な被写体として、撮像する。撮像部３０は、固体撮像素子３１および信号処理回路３２を含む。固体撮像素子３１には、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Devices）イメージセンサなどを採用することができる。信号処理回路３２は、固体撮像素子３１から出力される信号に対して、Ａ／Ｄ変換や、ＲＧＢフォーマットからＹＵＶフォーマットへの変換などの各種信号処理を施し、制御装置１００に出力する。本実施の形態では、画像解析部４０および撮像画像信号補正部５０に出力する。
【００２３】
画像解析部４０は、撮像部３０から出力される撮像画像信号を解析する。画像解析部４０は、スクリーン位置検出部４１、辺比率算出部４２、光量比率算出部４３および補正値生成部４４を含む。
【００２４】
スクリーン位置検出部４１は、撮像画像内のエッジを抽出することにより、当該撮像画像内に写ったスクリーン３００の四辺（上辺、下辺、左辺および右辺）の位置を検出する。
【００２５】
辺比率算出部４２は、撮像画像内に写ったスクリーン３００の対向する二辺（たとえば、左辺と右辺）のそれぞれの長さを測定し、それら二辺の長さの比率を算出する。投写部１０から当該二辺のうちの一辺までの距離と、投写部１０からその他辺までの距離との比率は、当該二辺の長さの比率の逆数となる。すなわち、辺の長さが短いほど、投写部１０から当該辺までの距離が長いことを示す。
【００２６】
光量比率算出部４３は、辺比率算出部４２により算出された比率にもとづいて、設置されているスクリーン３００の、二辺のうちの一方の辺に投影された光量と、他方の辺に投影された光量との比率を算出する。各辺に投影された光量は、投写部１０から各辺までの距離の二乗に反比例する。すなわち、投写部１０から各辺までの距離が長いほど、各辺に投影された光量が少ないことを示す。投写部１０から一辺までの距離と、投写部１０から当該一辺と他辺との間に位置する画素までの距離との比率は、当該画素の座標位置から算出可能である。したがって、一辺に投影された光量と、当該画素に投影された光量との比率も算出可能である。
【００２７】
補正値生成部４４は、光量比率算出部４３により算出された比率に応じて、各画素の補正値を生成する。本実施の形態では、各画素信号に乗算すべき補正ゲインを生成する。上記二辺間の各画素の反射光量（なお、投影光以外の外光は無視して考える）は、その一辺から他辺に向けて、グラデーション変化する。補正値生成部４４は、このグラデーション変化をキャンセルまたは抑制するよう、各画素の補正ゲインを生成する。
【００２８】
なお、各画素の輝度レベルを完全に一致させるための補正ゲインを生成してもよいし、各画素の輝度レベルの変化割合をより小さくするための補正ゲインを生成してもよい。前者の場合、最も輝度レベルが高い画素に、その他の画素の輝度レベルを合わせてもよいし、平均輝度レベルに、すべての画素の輝度レベルを合わせてもよい。これらの補正ゲインを算出するための関数は、当業者にとって容易に生成可能である。
【００２９】
以上の処理により、スクリーン３００の左右方向または上下方向の傾きを、信号処理上補償するための補正ゲインを生成することができる。もちろん、スクリーン３００の左右方向および上下方向の両方の傾きを、一度に補償するための補正ゲインを生成することもできる。
【００３０】
すなわち、辺比率算出部４２は、撮像画像内に写ったスクリーン３００の上辺、下辺、左辺および右辺のそれぞれの長さを測定し、上辺と下辺の長さの比率および左辺と右辺の長さの比率をそれぞれ算出する。光量比率算出部４３は、上述した上辺と下辺の長さの比率にもとづいて、スクリーンの上辺に投影された光量と下辺に投影された光量との比率を算出し、上述した左辺と右辺の長さの比率にもとづいて、スクリーンの左辺に投影された光量と右辺に投影された光量との比率を算出する。
【００３１】
補正値生成部４４は、光量比率算出部４３により算出された二つの比率に応じて、各画素の補正値を生成する。上述した上辺と下辺との間の各画素の反射光量は、上辺から下辺に向けて、グラデーション変化する。左辺と右辺についても同様である。補正値生成部４４は、左右方向および上下方向の両方のグラデーション変化を同時にキャンセルまたは抑制するよう、各画素の補正ゲインを生成する。
【００３２】
以下、図４、図５を参照しながら補正ゲイン生成の具体例を説明する。図４は、スクリーン３００の画像が写った撮像画像の一例を示す図である。
【００３３】
図４では、撮像部３０がＶＧＡ（６４０×４８０）サイズで画像を撮像する例を描いている。スクリーン位置検出部４１は、撮像画像内に写ったスクリーン３００の四隅の頂点座標をそれぞれ検出し、辺比率算出部４２は、当該スクリーン３００の上辺、下辺、左辺および右辺のそれぞれの長さを測定する。ここでは、上辺が２７０画素、下辺が３００画素、左辺が２３０画素および右辺が１８４画素である。
【００３４】
下辺が上辺より長く、かつ左辺が右辺より長いため、スクリーン３００の左下隅が投写部１０から最も近く、右上隅が最も遠いことが分かる。上辺の下辺に対する比率は、２７０／３００＝９／１０である。また、投写部１０から上辺までの距離の、投写部１０から下辺までの距離に対する比率は、その逆数の１０／９である。投影光量は当該距離の二乗に反比例して減少するため、上辺の投影光量の、下辺の投影光量に対する比率は、１／（１０／９）＾２＝０．８１である。
【００３５】
また、右辺の左辺に対する比率は、１８４／２３０＝８／１０である。また、投写部１０から右辺までの距離の、投写部１０から左辺までの距離に対する比率は、その逆数の１０／８である。投影光量は当該距離の二乗に反比例して減少するため、右辺の投影光量の、左辺の投影光量に対する比率は、１／（１０／８）＾２＝０．６４である。
【００３６】
図５は、図４に示したスクリーン位置における補正ゲインを示す図である。図５では、スクリーン３００の左下隅以外の画素の輝度レベルを、左下隅の画素の輝度レベルに合わせている。左下隅の画素の輝度レベルは補正する必要がないため、その補正ゲインは１となる。一方、右上隅の画素の輝度レベルに対する補正ゲインは、上記の比率を使用して、（１／０．８１）×（１／０．６４）≒１．９３となる。これらの結果を元に、補正値生成部４４は、各スクリーン位置における補正ゲインを図５のように生成する。
【００３７】
図３に戻る。撮像画像信号補正部５０は、撮像画像内に写ったスクリーンの画像の輝度レベルが平坦化または均一化されるよう、撮像部３０から出力される画素信号を、補正値生成部４４により生成された補正値を用いて補正する。たとえば、各画素信号に、対応する各画素の上記補正ゲインを乗算する。撮像画像信号補正部５０により輝度レベルが平坦化または均一化された画像信号は、台形歪み補正部６０およびオートフォーカス調整部７０に出力される。
【００３８】
台形歪み補正部６０は、スクリーン３００に投影される画像の台形歪みを補正する。台形歪みは、スクリーン３００と投写型映像表示装置２００とが正対していない場合に発生する。たとえば、投写光の光軸が上向きにずれている場合、スクリーン３００には上部が膨らんだ台形歪みが発生する。
【００３９】
投写型映像表示装置２００の起動時や、ユーザ操作により台形歪みの調整が指示されたとき、映像信号設定部８４は、画像メモリ８２から台形歪み調整用のテストパターンを読み出し、投写部１０に投写させる。当該テストパターンは、たとえば、四角形（正方形、長方形、平行四辺形、菱形など）で形成される。撮像部３０は、スクリーン３００に投影されたテストパターンを撮像する。台形歪み補正部６０は、撮像画像に写ったテストパターンの形状をもとに、台形歪みを検出し、その台形歪みがキャンセルされるよう、映像信号設定部８４に設定すべき映像信号を補正する。
【００４０】
図６は、実施の形態に係る台形歪み補正部６０の構成を示す図である。台形歪み補正部６０は、エッジ抽出部６１、歪み検出部６２および映像信号補正部６３を含む。エッジ抽出部６１は、上記テストパターンが写った撮像画像内からエッジを検出する。その際、エッジ抽出部６１は、スクリーン位置検出部４１から設定されるスクリーン領域の範囲内でエッジを抽出する。エッジは、所定の閾値を超える輝度レベル変化が発生した箇所で抽出される。
【００４１】
歪み検出部６２は、エッジ抽出により特定されるテストパターンの頂点座標から、上下左右のどちらの方向に、どの程度膨らんでいるかを特定する。映像信号補正部６３は、スクリーン３００に投影されたテストパターンの膨らみがキャンセルされるよう、映像信号設定部８４に設定すべき映像信号を補正する。
【００４２】
図７は、台形歪み補正を説明するための図である。図７（ａ）は、垂直台形歪み補正を示し、図７（ｂ）は、水平台形歪み補正を示す。図７（ａ）では、投影画像ＰｒＩの上部が膨らんでいる。映像信号補正部６３は、アスペクト比が維持された四角形がスクリーン３００に投影されるよう、投影すべき映像の上端から下端に向けて、映像の横幅を徐々にスケールダウンする。図７（ｂ）では、投影画像ＰｒＩの左部が膨らんでいる。映像信号補正部６３は、アスペクト比が維持された四角形がスクリーン３００に投影されるよう、投影すべき映像の左端から右端に向けて、映像の縦幅を徐々にスケールダウンする。
【００４３】
オートフォーカス調整部７０は、コントラスト検出法を用いて、フォーカスを合わせる。投写型映像表示装置２００の起動時や、ユーザ操作によりオートフォーカス調整が指示されたとき、映像信号設定部８４は、画像メモリ８２からオートフォーカス調整用のテストパターンを読み出し、投写部１０に投写させる。当該テストパターンは、たとえば、ストライプパターンやチェッカーフラグパターンで形成される。撮像部３０は、スクリーン３００に投影されたテストパターンを撮像する。オートフォーカス調整部７０は、複数のレンズ位置にて、撮像部３０によりそれぞれ撮像された当該テストパターンの鮮明度をもとに、フォーカスレンズ１３の位置を決定する。
【００４４】
図８は、実施の形態に係るオートフォーカス調整部７０の構成を示す図である。オートフォーカス調整部７０は、検出領域設定部７１、ハイパスフィルタ７２、積算部７３およびレンズ位置決定部７４を含む。検出領域設定部７１は、撮像画像内にて、ハイパスフィルタ７２による高周波成分の抽出対象となる検出領域を設定する。検出領域設定部７１は、たとえば、スクリーン位置検出部４１から設定されるスクリーン領域を、当該検出領域に設定してもよい。また、スクリーン領域内の一部の領域（たとえば、中央領域）を、当該検出領域に設定してもよい。
【００４５】
ハイパスフィルタ７２は、当該検出領域内の画像信号の、所定の閾値を超える高周波成分を抽出して、その抽出した高周波成分を積算部７３に供給する。ハイパスフィルタ７２は、水平方向に高周波成分を抽出してもよいし、水平方向および垂直方向の両方向に高周波成分を抽出してもよい。
【００４６】
積算部７３は、それぞれのレンズ位置にて、ハイパスフィルタ７２により抽出された高周波成分を積算し、レンズ位置決定部７４に供給する。なお、ハイパスフィルタ７２により水平方向および垂直方向の両方向に高周波成分が抽出されている場合、積算部７３は、両者の高周波成分を合算する。レンズ位置決定部７４は、積算部７３から供給される複数の積算値のうち、最大積算値が検出されたフォーカスレンズ１３の位置を、合焦位置に決定する。
【００４７】
図９は、フォーカスレンズ１３の合焦位置の決定処理について説明するための図である。オートフォーカス機能が有効化されると、オートフォーカス調整部７０は、映像信号設定部８４にテストパターンの投写を指示するとともに、フォーカスレンズ１３をニア側からファー側へまたはファー側からニア側へ、所定のステップ幅で順次、移動させるための制御信号を駆動信号設定部８６に設定する。映像信号設定部８４は、当該テストパターンの映像信号を光変調部１２に設定し、駆動信号設定部８６は、上記制御信号に応じた駆動信号をレンズ駆動部２０に設定する。
【００４８】
オートフォーカス調整部７０は、フォーカスレンズ１３の各レンズ位置において撮像された、テストパターンに含まれるシャープネス（上記積算値を用いることができる）を算出する。このシャープネスは、フォーカスレンズ１３が合焦位置に近づくにつれ、上昇する。その上昇がピークをうち、下降に転換したとき、オートフォーカス調整部７０は、その一つ前のレンズ位置を合焦位置に決定する。
【００４９】
図３に戻る。画像メモリ８２は、スクリーン３００に投写すべき画像データを保持する。当該画像データは、図示しない外部インタフェースを介して、ＰＣなどから供給される。本実施の形態では、台形歪み補正時やオートフォーカス調整時に投写されるテストパターンも保持する。映像信号設定部８４は、画像メモリ８２に保持される画像データにもとづく映像信号を光変調部１２に設定する。映像信号設定部８４は、台形歪み補正部６０による台形歪み補正機能が有効な期間は、台形歪み補正部６０から供給される台形歪み補正後の映像信号を光変調部１２に設定する。駆動信号設定部８６は、フォーカスレンズ１３を、オートフォーカス調整部７０から指示されるレンズ位置に移動させるための駆動信号をレンズ駆動部２０に設定する。
【００５０】
以上説明したように本実施の形態によれば、スクリーン３００の傾きに起因する反射光量の不均一を、撮像画像信号を補正することにより、信号処理上、補償することができる。したがって、その補正後の撮像画像信号から、台形歪み検出用またはオートフォーカス調整用のテストパターンを抽出することにより、そのテストパターンの検出精度を向上させることができる。よって、台形歪み補正精度またはオートフォーカス調整精度を向上させることができる。
【００５１】
図１０は、本実施の形態の変形例１に係る投写型映像表示装置２００の構成を示す図である。図１１は、本実施の形態の変形例１に係る台形歪み補正部６０の構成を示す図である。図１２は、本実施の形態の変形例１に係るオートフォーカス調整部７０の構成を示す図である。
【００５２】
図１０に示す投写型映像表示装置２００の構成は、図３に示した投写型映像表示装置２００と比較し、撮像画像信号補正部５０が除去された構成である。その代わりに、台形歪み補正部６０に閾値補正部６４が追加され、オートフォーカス調整部７０に閾値補正部７５が追加された構成である。
【００５３】
変形例１では、補正値生成部４４により生成された補正値は、撮像画像信号補正部５０ではなく、台形歪み補正部６０内の閾値補正部６４およびオートフォーカス調整部７０内の閾値補正部７５に設定される。変形例１の補正値には、上述した補正値のように、撮像されたスクリーン画像内の輝度レベルのグラデーション変化をキャンセルするための補正値ではなく、そのグラデーション変化そのものを表す補正値が用いられる。
【００５４】
台形歪み補正部６０に追加された閾値補正部６４は、撮像画像内に写ったスクリーンの画像の輝度レベルが平坦であると擬制されるよう、撮像部３０から出力される画像信号からエッジを検出するための閾値を、補正値生成部４４により生成された補正値を用いて補正し、エッジ抽出部６１に設定する。エッジ抽出部６１がハイパスフィルタで構成される場合、各画素のフィルタ強度を補正する。通常、当該エッジを検出するための閾値はすべての画素で同じであるが、変形例１では、スクリーン画像内の輝度レベルのグラデーション変化に合わせて、スクリーン画像に対応した領域の当該エッジを検出するための閾値をグラデーション変化させる。
【００５５】
オートフォーカス調整部７００に追加された閾値補正部７５は、撮像画像内に写ったスクリーンの画像の輝度レベルが平坦であると擬制されるよう、撮像部３０から出力される画像信号の高周波成分を検出するための閾値を、補正値生成部４４により生成された補正値を用いて補正し、ハイパスフィルタ７２に設定する。すなわち、各画素ごとのフィルタ強度を補正する。通常、当該高周波成分を検出するための閾値はすべての画素で同じであるが、変形例１では、スクリーン画像内の輝度レベルのグラデーション変化に合わせて、スクリーン画像に対応した領域の当該高周波成分を検出するための閾値をグラデーション変化させる。
【００５６】
以上説明したように変形例１によれば、撮像部３０から出力される画像信号からエッジまたは高周波成分を検出するための閾値を、スクリーン画像内の輝度レベルのグラデーション変化に合わせて、グラデーション変化させることにより、スクリーンの画像の輝度レベルが平坦であると擬制することができる。したがって、上述した実施の形態で説明した撮像画像信号を補正する場合と同様の効果を奏する。
【００５７】
図１３は、本実施の形態の変形例２に係る投写型映像表示装置２００の構成を示す図である。図１３に示す投写型映像表示装置２００の構成は、図３に示した投写型映像表示装置２００と比較し、撮像画像信号補正部５０が除去され、映像信号補正部８３が追加された構成である。変形例２では、補正値生成部４４により生成された補正値は、撮像画像信号補正部５０ではなく、映像信号補正部８３に設定される。変形例２の補正値には、上述した補正値と同様に、撮像されたスクリーンの画像内における輝度レベルのグラデーション変化をキャンセルするための補正値が用いられる。
【００５８】
映像信号補正部８３は、スクリーン面上に投影される光量が平坦化されるよう、スクリーンに投影すべき映像信号を、補正値生成部４４により生成された補正値を用いて補正する。当該スクリーンに投影すべき映像信号として、主に、台形歪み検出用またはオートフォーカス調整用のテストパターンが該当する。映像信号補正部８３は、当該テストパターンを、上記補正値を用いてグラデーション変化させる。これにより、スクリーン面上に投影されるテストパターンの各画素の光量が平坦化される。したがって、上述した実施の形態で説明した撮像画像信号を補正する場合と同様の効果を奏する。
【００５９】
また、映像信号補正部８３は、上記テストパターンではなく、実データにもとづく映像信号を、上記補正値を用いて補正してもよい。なお、光量の不均一は、形状の歪ほど、補正の必要を感じないユーザも多い。したがって、上記映像信号の補正を上記テストパターンに限る構成であってもよい。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６１】
たとえば、スクリーン位置検出部４１は、撮像画像内からスクリーン位置を検出する前に、簡易な投影光量の補正を行ってもよい。たとえば、スクリーン位置検出部４１は、撮像部３０により撮像された画像の輝度レベルを水平方向および垂直方向にモニタリングし、それらの輝度レベルが平坦化されるよう、映像信号設定部８４に設定すべき映像信号を補正する。ここでの補正は、上述した補正のように厳密なものではなく、ラフなものでよい。たとえば、撮像画像内の上部と下部とで輝度レベルの差が所定の設定値より大きい場合、輝度レベルが小さい方の領域の映像信号を増大させる。左部と右部との間でも同様である。これにより、撮像画像内のスクリーン画像の検出精度を高めることができる。スクリーン画像が正確に検出されれば、上述した実施の形態に係る補正処理により、スクリーンの傾斜を正確に検出することができる。
【００６２】
図５で説明した傾斜スクリーン位置における補正ゲインの例では、投写部から画素までの距離比が、スクリーンの一辺から対辺に向かうにつれて線形に変化すると仮定して補正ゲインを演算したものである。代替的に、正対したスクリーンと傾斜スクリーンの位置関係を考慮して傾斜スクリーン位置における補正ゲインを演算してもよい。この演算方法について、図１４を用いて説明する。
【００６３】
図１４は、投写型映像表示装置２００と、正対スクリーン４００と、傾斜スクリーン４１０との位置関係を上面から観察した様子を示す図である。投写型映像表示装置２００の投影口Ｍから投影される光量は、ゲイン補正をしない状態では、正対スクリーン４００上の点Ａ、Ｂｖ、Ｃｖ、Ｄｖ、Ｅｖで同一の輝度となるように調整されている。たとえスクリーン４００が投影口Ｍに対して正対していても、投影口からスクリーン中心点Ｃｖまでの距離と、スクリーン端の点ＡおよびＥｖまでの距離とは異なるが、この距離差を補正した光量が予め設定されていることとする。このような補正は、一般的なシェーディング補正で行うことができる。
【００６４】
この状態で正対スクリーン４００の代わりに傾斜スクリーン４１０を配置すると、正対スクリーン上の点Ｂｖ、Ｃｖ、Ｄｖ、Ｅｖは、傾斜スクリーン上の点Ｂｒ、Ｃｒ、Ｄｒ、Ｅｒとしてそれぞれ投影される。図から明らかなように、投影口Ｍから傾斜スクリーン上の点Ｂｒ〜Ｅｒまでの距離は、初期設定されている正対スクリーン上の点Ｂｖ〜Ｅｖまでの距離とは異なる。したがって、補正値生成部４４は、投影口Ｍから正対スクリーン４００上の各点までの距離Ｌｖと、投影口Ｍから傾斜スクリーン４１０上の各点までの距離Ｌｒとの距離比を求めることで、補正ゲインを算出することができる。
【００６５】
この距離比は、以下のような手順で求められる。図１４において、投影口Ｍを原点としたｘ−ｙ直交座標を考える。そして、正対スクリーンがｙ＝ｂ、傾斜スクリーンがｙ＝ａｘ＋ｃ（ａ〜ｃは実数）の直線で表せるとする。正対スクリーン上への投影は等間隔になされるので、投影口Ｍから正対スクリーン上の点（図では点Ｄｖ）までの距離Ｌｖは、三平方の定理から求められる。点Ｄｖに対応する傾斜スクリーン上の点Ｄｒまでの距離Ｌｒは、投影口Ｍと点Ｄｖを結ぶ直線と、傾斜スクリーンを表す直線ｙ＝ａｘ＋ｂとの交点から求めることができる。このようにして、正対スクリーン上の各点に対する補正ゲイン＝Ｌｒ／Ｌｖを演算することができる。図１５は、傾斜スクリーン位置における補正ゲインのｘ−ｙ平面上分布の例を示しており、図中左下の点がスクリーンの左端に相当する。図から分かるように、補正ゲインは、スクリーンの左端から右端に向けて二次関数的に増加する形となる。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 投写部、 １１ 光源、 １２ 光変調部、 １３ フォーカスレンズ、 ２０ レンズ駆動部、 ３０ 撮像部、 ３１ 固体撮像素子、 ３２ 信号処理回路、 ４０ 画像解析部、 ４１ スクリーン位置検出部、 ４２ 辺比率算出部、 ４３ 光量比率算出部、 ４４ 補正値生成部、 ５０ 撮像画像信号補正部、 ６０ 台形歪み補正部、 ６１ エッジ抽出部、 ６２ 歪み検出部、 ６３ 映像信号補正部、 ６４ 閾値補正部、 ７０ オートフォーカス調整部、 ７１ 検出領域設定部、 ７２ ハイパスフィルタ、 ７３ 積算部、 ７４ レンズ位置決定部、 ７５ 閾値補正部、 ８２ 画像メモリ、 ８３ 映像信号補正部、 ８４ 映像信号設定部、 ８６ 駆動信号設定部、 １００ 制御装置、 ２００ 投写型映像表示装置、 ３００ スクリーン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーンに映像を投写する投写部と、前記スクリーンを撮像するための撮像部と、を備える投写型映像表示装置に搭載されるべき制御装置であって、
前記撮像部により撮像された画像内に写ったスクリーンの対向する二辺のそれぞれの長さを測定し、それら二辺の長さの比率を算出する辺比率算出部と、
前記辺比率算出部により算出された比率にもとづいて、設置されているスクリーンの、前記二辺のうちの一方の辺に投影された光量と、他方の辺に投影された光量との比率を算出する光量比率算出部と、
前記光量比率算出部により算出された比率に応じた補正値を生成する補正値生成部と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記撮像部により撮像された画像内に写ったスクリーンの画像の輝度レベルが平坦化されるよう、前記撮像部から出力される画素信号を、前記補正値を用いて補正する撮像画像信号補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記撮像部により撮像された画像内に写ったスクリーンの画像の輝度レベルが平坦であると擬制されるよう、前記撮像部から出力される画像信号からエッジまたは高周波成分を検出するための閾値を、前記補正値を用いて補正する閾値補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記スクリーン面上に投影される光量が平坦化されるよう、前記スクリーンに投影すべき映像信号を、前記補正値を用いて補正する映像信号補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
前記辺比率算出部は、前記撮像部により撮像された画像内に写ったスクリーンの上辺、下辺、左辺および右辺のそれぞれの長さを測定し、上辺と下辺の長さの比率および左辺と右辺の長さの比率をそれぞれ算出し、
前記光量比率算出部は、前記上辺と下辺の長さの比率にもとづいて、前記スクリーンの上辺に投影された光量と下辺に投影された光量との比率を算出し、前記左辺と右辺の長さの比率にもとづいて、前記スクリーンの左辺に投影された光量と右辺に投影された光量との比率を算出し、
前記補正値生成部は、前記光量比率算出部により算出された二つの比率に応じた補正値を生成することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
スクリーンに映像を投写する投写部と、
前記スクリーンを撮像するための撮像部と、
請求項１から５のいずれかに記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１】
スクリーンに映像を投写する投写部と、前記スクリーンを撮像するための撮像部と、を備える投写型映像表示装置に搭載されるべき制御装置であって、
前記撮像部により撮像された画像内に写ったスクリーンの対向する二辺のそれぞれの長さを測定し、それら二辺の長さの比率を算出する辺比率算出部と、
前記辺比率算出部により算出された比率にもとづいて、設置されているスクリーンの、前記二辺のうちの一方の辺に投影された光量と、他方の辺に投影された光量との比率を算出する光量比率算出部と、
前記光量比率算出部により算出された比率に応じた補正値を生成する補正値生成部と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記撮像部により撮像された画像内に写ったスクリーンの画像の輝度レベルが平坦化されるよう、前記撮像部から出力される画素信号を、前記補正値を用いて補正する撮像画像信号補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記撮像部により撮像された画像内に写ったスクリーンの画像の輝度レベルが平坦であると擬制されるよう、前記撮像部から出力される画像信号からエッジまたは高周波成分を検出するための閾値を、前記補正値を用いて補正する閾値補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記スクリーン面上に投影される光量が平坦化されるよう、前記スクリーンに投影すべき映像信号を、前記補正値を用いて補正する映像信号補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
前記辺比率算出部は、前記撮像部により撮像された画像内に写ったスクリーンの上辺、下辺、左辺および右辺のそれぞれの長さを測定し、上辺と下辺の長さの比率および左辺と右辺の長さの比率をそれぞれ算出し、
前記光量比率算出部は、前記上辺と下辺の長さの比率にもとづいて、前記スクリーンの上辺に投影された光量と下辺に投影された光量との比率を算出し、前記左辺と右辺の長さの比率にもとづいて、前記スクリーンの左辺に投影された光量と右辺に投影された光量との比率を算出し、
前記補正値生成部は、前記光量比率算出部により算出された二つの比率に応じた補正値を生成することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
スクリーンに映像を投写する投写部と、
前記スクリーンを撮像するための撮像部と、
請求項１から５のいずれかに記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする投写型映像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１７６６２９（Ｐ２０１１−１７６６２９Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３９２５５（Ｐ２０１０−３９２５５）
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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