WO2013046302A1 - プロジェクター補正システムと方法、プロジェクター - Google Patents

プロジェクター補正システムと方法、プロジェクター Download PDF

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Abstract

　本発明は、歪み補正および輝度むら補正を、より容易かつ確実に行うことを実現するもので、幾何学補正データ用メモリと、画像補正部と、歪み補正を行うための幾何学補正データと輝度補正を行うためのブレンディングデータの内容を示す２次元補正データが入力されると、前記２次元補正データに基づいて、前記ブレンディングデータおよび前記幾何学補正データを作成し、前記ブレンディングデータ用メモリおよび前記幾何学補正データ用メモリのそれぞれへ格納し、入力された映像信号について、前記ブレンディングデータ用メモリおよび前記幾何学補正データ用メモリの格納内容を参照し、各格納内容に応じた歪み補正および輝度むら補正を前記画像補正部に行わせるＣＰＵとを有する。

Description

プロジェクター補正システムと方法、プロジェクター
　本発明は、複数台のプロジェクターにより投写を行う際の、各プロジェクターの投写映像の輝度および歪みを補正するプロジェクター補正システムと方法、プロジェクターに関する。
　複数のプロジェクターの投写映像により一つの映像を投写するビデオウォールシステムがある。このビデオウォールシステムにおいて、各プロジェクターの投写映像に対して行われる輝度補正および歪み補正について以下に説明する。
　図１は、２台のプロジェクターの投写映像を横に繋げて、大きな映像を投写するシステムの概略構成を示す図である。
　太線で示されるプロジェクター１が投写する投写映像１１と、実線で示されるプロジェクター２が投写する投写映像１２を重ね合わせて、それらの各投写映像領域に跨る、実際に映像が表示される映像領域１３が破線で示されている。
　図１に示すように、映像領域１３に対して左側に位置し、右側に傾けられて配置されたプロジェクター１による投写映像１１は右側に向けて拡大するものとなり、映像領域１３に対して右側に位置し、左側に傾けられて配置されたプロジェクター２による投写映像１２は左側に向けて拡大するものとなる。このため、均一な映像を投写させたときの投写映像１１、１２の輝度は、図面左右方向の位置に応じて異なる輝度むらを伴うものとなる。
　また、映像領域１３には、プロジェクター１，２が同時に投写を行う領域が含まれており、この領域は、各プロジェクターのみによって投写が行われる領域よりも格段に輝度が高いものとなっている。
　上記のような投写映像１１，１２に発生する歪みおよび輝度むらは、プロジェクター１，２を投写面に正対させることにより発生することはなくなるが、大画面のビデオウォールシステムを採用するような状況の場合、プロジェクターと投写面の間に、投写の妨げとなる人や物が介在しないように、プロジェクターと投写面の間を近づけて配置されることが多い。また、たとえ、プロジェクターを投写面に正対させようとしても、厳密に実行することは困難であり、ビデオウォールシステムを構成する各プロジェクターの投写映像は、上記の歪みおよび輝度むらを伴うものとなっている。
　図２は、図１に示した投写映像領域および映像と同じであるが、映像領域１３のうちの、プロジェクター１のみによる投写映像領域２１、プロジェクター２のみによる投写映像領域２２と、プロジェクター１とプロジェクター２による投写映像領域が重なる重複領域２３を示している。
　図３はプロジェクター１に供給される映像信号による投写映像を示す図である。
　プロジェクター１、２による投写映像は、コンピュータや（ＤＶＤプレイヤー：Digital　Versatile　Disc　Player）などの映像機器から供給される映像信号によるものであるが、映像信号が示す映像は、プロジェクターが投写面に正対しているときの図３に示すような矩形を示すものである。上述したように、複数のプロジェクターを用いるビデオウォールシステムでは、各プロジェクターからの投写映像は図１および図２に示したような歪みおよび輝度むらを伴うものであるため、歪みおよび輝度むらを相殺する図３に示す映像を実現する映像信号が供給される。
　図３において、実際に映像を表示する領域は、投写映像領域２１と重複領域２３から成り、その他の領域３１～３４には映像表示が不要となるため、コンピュータ上で幾何学補正を行う。さらにプロジェクター２の投写映像と重複する重複領域２３に対しては輝度補正も行う。
　領域２３の形状は設置状態によって変化することから、輝度補正データは２次元データとして作成されることが一般的である。
　データ量は、例えば、映像のレベルを下げる場合で、かつ、２次元の補正をかける場合は、アルファブレンディング用のメモリを用いるのが一般的であり、そのデータ量はアルファデータが、８ビットで、解像度が水平１０２４ドット、垂直７６８ラインの場合、１０２４ｘ７６８ｘ８＝６２９１４５６ビット＝７８６４３２バイトのデータとなる。
　上記の輝度むらを軽減するための技術として、特許文献１（特開２００７－５８４２５号公報）には、投写している映像信号の輝度レベルを調整する技術が記載されている。
　特許文献１には、複数のプロジェクターを用いて一つの画面を表示することを、簡易的かつ低コストで可能とする技術を提供することを目的とし、重複領域に相当するブレンディングエリアとブレンディング量をマスク画像としてパーソナルコンピュータから映像信号で受け取ってキャプチャするキャプチャ部と、マスク画像から得られたゲインをアルファブレンディング機能を用いて投影する映像に反映させる映像調整部とを有するプロジェクターが開示されている。
　特許文献１に記載されている具体的な映像調整は以下の通りである。
１．第１、第２のプロジェクターによる画像を投影させ、歪み補正を行う。
２．第１、第２のプロジェクターによるそれぞれの画像のキャリブレーションを行う。
３．第１、第２のプロジェクターから調整用画像を投影する。
４．パーソナルコンピュータを用いて調整用画像を確認しながら、グラディエーションを施す領域であるマスク画像の形状について、まず第１のプロジェクター調整用画像に対応するマスク画像の形状を特定し、グラディエーションを施す。つづいて同様に、ユーザは、第２のプロジェクター調整用画像に対応するマスク画像の形状を特定し、グラディエーションを施す。
５．投影されている全画面において輝度が一定になるように、第１、第２のプロジェクター調整用画像の各マスク画像のグラディエーションを調整する。
６．各プロジェクターのキャプチャ部は、調整されたマスク画像を取り込む。
７．各プロジェクターのキャプチャ部は、取り込んだマスク画像の輝度データをゲイン調整マップに変換する。
特開２００７－５８４２５号公報
　特許文献１に記載の発明では、歪み補正を行ってから調整用画像を投影し、これに基づいた補正が行われる。このように、歪み補正と輝度むら補正が別々に行われるため、調整に時間がかかるものとなる。
　輝度むらの補正は、マスク画像の領域（本願の、図２、３中の重複領域２３）についてのみ行われる。上述したように、歪み補正が発生した場合の輝度むらは、本願の図２でいうと、図面左右方向の位置に応じて異なるものであるため、重複領域のみの輝度むら補正では不完全となる。
　本発明は、歪み補正および輝度むら補正を、より容易かつ確実に行うものである。
　本発明のプロジェクター補正システムは、複数台のプロジェクターにより投写を行う際に、各プロジェクターの歪み補正および輝度補正を行うプロジェクター補正システムであって、
　前記複数台のプロジェクターの投写映像を撮影するカメラと、
　前記複数台のプロジェクターの表示内容を設定して前記カメラによる撮影を行わせ、撮影結果から前記複数台のプロジェクターそれぞれの歪み補正を行うための幾何学補正データと輝度補正を行うためのブレンディングデータを得、これらの内容を示す２次元補正データを作成して前記複数台のプロジェクターのそれぞれに送付するコンピュータと、
　前記複数台のプロジェクターのそれぞれは、
　ブレンディングデータ用メモリと、
　幾何学補正データ用メモリと、
　画像補正部と、
　前記コンピュータからの前記２次元補正データに基づいて、前記ブレンディングデータおよび前記幾何学補正データを作成し、前記ブレンディングデータ用メモリおよび前記幾何学補正データ用メモリのそれぞれへ格納し、入力された映像信号について、前記ブレンディングデータ用メモリおよび前記幾何学補正データ用メモリの格納内容を参照し、各格納内容に応じた歪み補正および輝度むら補正を前記画像補正部に行わせるＣＰＵとを有することを特徴とする。
　本発明のプロジェクター補正方法は、複数台のプロジェクターにより投写を行う際に、各プロジェクターの歪み補正および輝度補正を行う、前記複数台のプロジェクターの投写映像を撮影するカメラを備えたプロジェクター補正システムで行われるプロジェクター補正方法であって、
　コンピュータが、前記複数台のプロジェクターの表示内容を設定して前記カメラによる撮影を行わせ、撮影結果から前記複数台のプロジェクターそれぞれの歪み補正を行うための幾何学補正データと輝度補正を行うためのブレンディングデータを得、これらの内容を示す２次元補正データを作成して前記複数台のプロジェクターのそれぞれに送付し、
　前記複数台のプロジェクターのそれぞれが、前記コンピュータからの前記２次元補正データに基づいて、前記ブレンディングデータおよび前記幾何学補正データを作成し、入力された映像信号について、前記ブレンディングデータおよび前記幾何学補正データに応じた歪み補正および輝度むら補正を行うことを特徴とする。
　本発明のプロジェクターは、
　ブレンディングデータ用メモリと、
　幾何学補正データ用メモリと、
　画像補正部と、
　歪み補正を行うための幾何学補正データと輝度補正を行うためのブレンディングデータの内容を示す２次元補正データが入力されると、前記２次元補正データに基づいて、前記ブレンディングデータおよび前記幾何学補正データを作成し、前記ブレンディングデータ用メモリおよび前記幾何学補正データ用メモリのそれぞれへ格納し、入力された映像信号について、前記ブレンディングデータ用メモリおよび前記幾何学補正データ用メモリの格納内容を参照し、各格納内容に応じた歪み補正および輝度むら補正を前記画像補正部に行わせるＣＰＵとを有することを特徴とする。
　上記の構成による本発明では、歪み補正および輝度むら補正が、より容易かつ確実に行われる。
２台のプロジェクターの投写映像を横に繋げて、大きな映像を投写するシステムの概略構成を示す図である。 図１に示した投写映像領域および映像と同じであるが、映像領域１３のうちの、プロジェクター１のみによる投写映像領域２１、プロジェクター２のみによる投写映像領域２２と、プロジェクター１とプロジェクター２による投写映像領域が重なる重複領域２３を示している。 プロジェクター１に供給される映像信号による投写映像を示す図である。 本発明によるプロジェクター補正システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。 プロジェクター１００1～１００nの要部構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態の歪み補正および輝度むら補正に関する動作を示すフローチャートである。
　次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図４は、本発明によるプロジェクター補正システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態は、ビデオウォールシステムを構成する複数のプロジェクター１００1，１００2，・・・１００nと、各プロジェクター１００1～１００n、およびカメラ２００に接続されて、これらの動作を制御するパーソナルコンピュータ３００から構成されている。
　パーソナルコンピュータ３００は、カメラ２００の撮影内容から各プロジェクター１００1～１００nそれぞれの投写面に対する相対位置の検出を行い、検出結果に応じて、幾何学データおよびブレンディング領域の算出を行うことにより、図３に示したような、各プロジェクターが投写すべき映像を示す２次元補正データを作成して各プロジェクターに配信する。２次元補正データの形式はBMP（Bit　MaP）などの画像フォーマットを使用するのが便宜である。
　各プロジェクターでは、パーソナルコンピュータ３００から配信された２次元補正データに基づいて投写映像を調整して投写する。
　図５は、プロジェクター１００1～１００nの要部構成を示すブロック図である。図５では、パーソナルコンピュータ３００に接続されるプロジェクターをプロジェクター１００とし、１台のみが接続された状態が示されている。また、プロジェクター１００には、実際には投写光学系が設けられているが、図５には本発明に関する映像信号の処理系のみを示している。
　プロジェクター１００は、入力部１１０、通信部１２０、出力部１３０、およびスケーリング部１４０から構成されている。スケーリング部１４０は、ＯＳＤ（On-Screen　Display）表示部１４１、ブレンディングデータ用メモリ１４２、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）１４３、画像補正部１４４、幾何学補正用データ用メモリ１４５から構成されている。
　ＣＰＵ１４３は、通信部１２０を介してパーソナルコンピュータ３００より送られてきた２次元補正データに基づいて、歪み補正を行うための幾何学補正データを作成し、幾何学補正データ用メモリ１４５へ格納する。また、ＣＰＵ１４３は、通信部１２０を介してパーソナルコンピュータ３００より送られてきた２次元補正データに基づいて、輝度むら補正を行うためのブレンディングデータを作成し、ブレンディングデータ用メモリ１４２へ格納する。
　幾何学補正データは、図３に示した領域でいうと、映像表示が不要となる領域３１～３４を示すものである。また、ブレンディングデータは、輝度むら補正が必要となる投写映像領域２１と重複領域２３に対する補正値を示すものである。
　ＣＰＵ１４３は、入力部１１０を介してパーソナルコンピュータ３００から送られてきた映像信号に対し、ＯＳＤ表示部１１０を用いてＯＳＤ表示を行わせる。また、ブレンディングデータ用メモリ１４２および幾何学補正データ用メモリ１４５の格納内容を参照し、これらの格納内容に応じた歪み補正および輝度むら補正を画像補正部１４４に行わせる。これらの処理が施された映像信号は、出力部１３０へ送られ、投写光学系を構成する表示部（不図示）へ供給されて歪み補正および輝度むら補正が施された映像が投写される。
　図６は、本実施形態の歪み補正および輝度むら補正に関する動作を示すフローチャートである。
　動作が開始されると、パーソナルコンピュータ３００は、プロジェクター１００1～１００nにすべてが黒のテストパターンを表示させ、カメラ２００に撮影させる（ステップＳ６０１）。
　次に、パーソナルコンピュータ３００は、プロジェクター１００1にのみ、すべて白のテストパターンを表示させ、残りのプロジェクターにはすべて黒のテストパターンを表示させてカメラ２００に撮影させる。このことをすべてのプロジェクターについて順に行う（ステップＳ６０２）。ステップＳ６０１における撮影内容と比較することにより、各プロジェクターの輝度むらの状態を把握することができる。
　次に、パーソナルコンピュータ３００は、プロジェクター１００1にのみ、５ドットのテストパターンを表示させてカメラ２００に撮影させ、この後、全面ドットのテストパターンを表示させてカメラ２００に撮影する。このことをすべてのプロジェクターについて順に行う（ステップＳ６０３）。ここで、５ドットのテストパターンとは投写映像の中央および４隅に所定のドットを表示させたテストパターンであり、全面ドットのテストパターンは、投写映像全体にむらなくドットを表示させたテストパターンである。これらを撮影することにより各プロジェクターの投写映像の輪郭、形状が分かり、歪みの状態を把握することができる。
　次に、パーソナルコンピュータ３００は、ステップＳ６０１～Ｓ６０３における各撮影結果から、各プロジェクターの、合成された映像領域に対する相対位置を検出し、幾何学補正データとブレンディングデータとを得て、これらの内容を示す、図３に示したような、各プロジェクターが投写すべき映像を示す２次元データを作成して各プロジェクターに配信する（ステップＳ６０４）。
　各プロジェクターでは、パーソナルコンピュータ３００から配信された２次元補正データに基づいて投写映像を調整して投写する（ステップＳ６０５）。
　本実施形態で行われる歪み補正および輝度むら補正は、１つのビデオウォールシステムに対して一度行われる。２次元補正データが各プロジェクターに配信された後は、２次元補正データによる歪み補正および輝度むら補正は各プロジェクターごとに行われるため、歪み補正および輝度むら補正のためのパーソナルコンピュータやカメラは不要となる。
　プロジェクターへの映像信号の供給は、コンピュータや映像機器から行われるが、補正をコンピュータ内部で行う構成の場合には、コンピュータの出力映像にしか補正を行うことができず、映像機器が映像信号を供給する場合には歪み補正および輝度補正を行うことができなかった。上記のように構成される本実施形態においては、２次元補正データによる歪み補正および輝度補正がプロジェクター側で行われるので、映像信号の供給源に関わらず、確実に歪み補正および輝度補正を行うことができる。
　なお、上述した実施形態では、２次元補正データの形式をＢＭＰとしたが、ＪＰＥＧ（Joint　Photographic　Experts　Group）形式としてもよい。ＪＰＥＧ形式とすることで、データ量を削減することができ、２次元補正データの転送時間を短縮し、高速化を図ることができる。ここで、ＪＰＥＧフォーマットは非可逆圧縮データであるが、必要な８ビットのアルファデータを同じ８ビットのＹ（輝度）成分に組み込むことにより、非可逆という制限を回避することができる。
　また、データ量の圧縮という観点において、連長圧縮（ランレングス圧縮、RLE：Run　Length　Encoding）を採用することでも同様の結果が期待できる。ほぼ同じパターンが連続する映像の場合には、連長圧縮の効果が大きなものとなる。
　上述したＪＰＥＧ形式とする場合、もしくは、連長圧縮を採用する場合、演算が必要な箇所はプロジェクターの設置状態によって決定されることを踏まえ、作成するアルファデータの解像度を半減させることでも高速化が可能になる。
　２つのプロジェクターを用いたビデオウォールシステムを構成する場合、例えば、第１のプロジェクターと第２のプロジェクターの相対位置から、第１のプロジェクターにてブレンディング補正を行うのは投写画面内右半分になることがわかる。そこで作成するアルファデータの解像度を1024x768ではなく、512ｘ768とすることで、データが半減できる。これらのデータ量軽減を行うことで、従来からのブレンディング補正処理の高速化が可能になる。
　本実施形態では、パーソナルコンピュータから配信された２次元補正データに基づいて歪補正データとブレンディングデータを得ているため、歪補正された画像領域とブレンディング補正された画像領域が必ず一致する。歪補正とブレンディングを個別に行う引用文献１に記載の発明などでは、必ずしも両者の領域が一致するとは限らない。その結果、補正後の投写画像の品質が低下するおそれがあるのに対し、本実施形態では歪補正された画像領域とブレンディング補正された画像領域が必ず一致するので、これに起因する補正後の投写画像の品質の低下は生じないものとなっている。
　また、補正用画像をファイルとして通信部を介して転送することにより、すでに補正を行った設置条件毎にファイルを用意しておけば、設置条件が異なるときにも、すぐに歪補正およびブレンディング補正を行うことができる。
　なお、一般に斜め投写を行うと、投写画像は歪の広がり方向に輝度傾斜が生ずる（引用文献１の図２でいえば右上方向の輝度が暗くなる）。本実施形態では、カメラで投写画像全体を撮像して歪補正およびブレンディングの調整を行うので、斜め投写に起因する輝度傾斜分も同時に補正することが可能となっている。
　他の実施形態として、パーソナルコンピュータから２次元補正データを配信する替わりに、補正後の画像を映像信号として出力し、プロジェクタでその画像をキャプチャして２次元補正データとして取り込んでもよい。この場合、パーソナルコンピュータによる歪の補正とブレンディング補正が終了した時点でプロジェクタが表示中の画像をキャプチャすることにより、歪補正とブレンディング補正を行うことが可能となり、調整の過程を目視することができる。
　１００　　プロジェクター
　１１０　　入力部
　１２０　　通信部
　１３０　　出力部
　１４０　　スケーリング部
　１４１　　ＯＳＤ表示部
　１４２　　ブレンディングデータ用メモリ
　１４３　　ＣＰＵ
　１４４　　画像補正部
　１４５　　幾何学補正データ用メモリ
　２００　　カメラ
　３００　　パーソナルコンピュータ

Claims (3)

  1. 複数台のプロジェクターにより投写を行う際に、各プロジェクターの歪み補正および輝度補正を行うプロジェクター補正システムであって、
    　前記複数台のプロジェクターの投写映像を撮影するカメラと、
    　前記複数台のプロジェクターの表示内容を設定して前記カメラによる撮影を行わせ、撮影結果から前記複数台のプロジェクターそれぞれの歪み補正を行うための幾何学補正データと輝度補正を行うためのブレンディングデータを得、これらの内容を示す２次元補正データを作成して前記複数台のプロジェクターのそれぞれに送付するコンピュータと、
    　前記複数台のプロジェクターのそれぞれは、
    　ブレンディングデータ用メモリと、
    　幾何学補正データ用メモリと、
    　画像補正部と、
    　前記コンピュータからの前記２次元補正データに基づいて、前記ブレンディングデータおよび前記幾何学補正データを作成し、前記ブレンディングデータ用メモリおよび前記幾何学補正データ用メモリのそれぞれへ格納し、入力された映像信号について、前記ブレンディングデータ用メモリおよび前記幾何学補正データ用メモリの格納内容を参照し、各格納内容に応じた歪み補正および輝度むら補正を前記画像補正部に行わせるＣＰＵとを有することを特徴とするプロジェクター補正システム。
  2. 複数台のプロジェクターにより投写を行う際に、各プロジェクターの歪み補正および輝度補正を行う、前記複数台のプロジェクターの投写映像を撮影するカメラを備えたプロジェクター補正システムで行われるプロジェクター補正方法であって、
    　コンピュータが、前記複数台のプロジェクターの表示内容を設定して前記カメラによる撮影を行わせ、撮影結果から前記複数台のプロジェクターそれぞれの歪み補正を行うための幾何学補正データと輝度補正を行うためのブレンディングデータを得、これらの内容を示す２次元補正データを作成して前記複数台のプロジェクターのそれぞれに送付し、
    　前記複数台のプロジェクターのそれぞれが、前記コンピュータからの前記２次元補正データに基づいて、前記ブレンディングデータおよび前記幾何学補正データを作成し、入力された映像信号について、前記ブレンディングデータおよび前記幾何学補正データに応じた歪み補正および輝度むら補正を行うことを特徴とするプロジェクター補正方法。
  3. ブレンディングデータ用メモリと、
    　幾何学補正データ用メモリと、
    　画像補正部と、
    　歪み補正を行うための幾何学補正データと輝度補正を行うためのブレンディングデータの内容を示す２次元補正データが入力されると、前記２次元補正データに基づいて、前記ブレンディングデータおよび前記幾何学補正データを作成し、前記ブレンディングデータ用メモリおよび前記幾何学補正データ用メモリのそれぞれへ格納し、入力された映像信号について、前記ブレンディングデータ用メモリおよび前記幾何学補正データ用メモリの格納内容を参照し、各格納内容に応じた歪み補正および輝度むら補正を前記画像補正部に行わせるＣＰＵとを有することを特徴とするプロジェクター。
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