JP5068007B2 - Video projection system - Google Patents
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Description
本発明は、星座などの映像の他、ドームスクリーン上で任意に移動可能な目印となる像を投影可能なビデオプロジェクタと、基準となるマークがドームスクリーンの所定のドームスクリーン上の座標になるように表示可能な基準マーク手段を有し、ビデオプロジェクタで投影される映像を、本来投影すべき位置に投影する手段を有する映像投影システムに関する。 The present invention provides a video projector capable of projecting an image that can be arbitrarily moved on a dome screen in addition to an image of a constellation and the like so that the reference mark becomes a coordinate on a predetermined dome screen of the dome screen. The present invention relates to a video projection system that has reference mark means that can be displayed on the screen and has means for projecting an image projected by a video projector to a position to be originally projected.
従来のプラネタリウムでは、ドームスクリーンの中心に恒星を投影する光学式の恒星投影機を設置して、恒星を投影することが行われていた。光学式の恒星投影機は、複数の投影レンズと精密に加工された透過孔パターンを有する恒星原板を使用して、極めてシャープな恒星の像を投影でき、極めてリアルで美しい星空を再現することができた。
また、従来のプラネタリウムでは、恒星以外の様々な天体やさまざま映像を投影するためビデオプロジェクタを用いることが行われてきた。
In a conventional planetarium, an optical star projector that projects a star at the center of a dome screen is installed to project the star. An optical stellar projector can project a very sharp star image using multiple projection lenses and a stellar original plate with a precisely processed through-hole pattern, which can reproduce a very realistic and beautiful starry sky. did it.
Also, in conventional planetariums, video projectors have been used to project various astronomical objects other than stars and various images.
たとえば恒星投影機で投影した星空に、ビデオプロジェクタを使って星座の絵を重ねたり、星座の線を重ねるなどの演出が行われてきた。星座絵などの投影装置をビデオコンピュータにより生成した映像を直接投影できるため、映像の内容の変更が容易であり、必要に応じてリアルタイムで映像を動かしたり変形させることもできるため、従来の補助投影機では困難であった、星座をアニメーションで動かしながら恒星と連動させるなど、複雑で高度な演出効果を得ることもできるようになった。 For example, effects such as overlaying constellation pictures or constellation lines using a video projector on the starry sky projected by a stellar projector have been performed. Since the image generated by a video computer can be projected directly by a projection device such as a constellation picture, it is easy to change the content of the image, and the image can be moved and deformed in real time as needed, so conventional auxiliary projection It is now difficult to use the machine, and it has become possible to obtain complex and sophisticated effects such as moving the constellation through animation and linking it with a star.
しかしながら従来の技術には、以下の問題があった。
恒星投影機による星空と、ビデオプロジェクタによる映像を連動させるには、恒星投影機ビデオプロジェクタによる映像と恒星投影機から投影された恒星像の位置関係を正確に維持しなければならないが、これに新たな課題が生じる。すなわちビデオプロジェクタと恒星投影機が別々に設置され、投影用レンズも全く異なるため、両者から投影される映像の位置関係が複雑で、両者を正確に連動させるためには、恒星投影機から投影される恒星像の位置をドームスクリーン上の座標たとえば地平座標に変換した後、何らかの方法で、地平座標とプロジェクタの画面上の座標の対応関係をコンピュータで計算し、この結果に基づいて図形を表示したり、画像を必要な形に歪ませて出力した映像を投影することが必要である。
However, the conventional technique has the following problems.
In order to synchronize the starry sky from the star projector and the image from the video projector, the positional relationship between the image from the star projector video projector and the star image projected from the star projector must be maintained accurately. Challenges arise. In other words, the video projector and the stellar projector are installed separately, and the projection lens is completely different, so the positional relationship of the images projected from both is complicated. After converting the position of the stellar image to coordinates on the dome screen, for example, horizon coordinates, the computer calculates the correspondence between the horizon coordinates and the coordinates on the projector screen by some method, and displays the figure based on this result. It is also necessary to project an image output by distorting the image into a necessary shape.
この地平座標と画面上の座標の関係を作る関数を作成するには、画像中の多数の点で画面上の座標と地平座標の対応関係のデータを何らかの方法で取得するか、投影に関わる様々な幾何学的なパラメータすなわち、プロジェクタの設置位置や姿勢角、プロジェクタのレンズの収差特性まで考慮して計算しなければならない。
最近ではコンピュータを用いてこれらの計算は極めて短時間に、正確に行わせる。しかしながらプロジェクタの設置位置や姿勢角を設計値に正確に合わせることは非常に困難であり、またこれらを実際に設置した値を測定するのもまた非常に手間を要する。またドームスクリーンの施工にも僅かながら誤差がありえるため、これらの誤差が映像の投影位置に影響し、上記の計算値だけで正確に投影することは困難である。
In order to create a function that creates the relationship between the horizon coordinates and the coordinates on the screen, the data on the correspondence between the coordinates on the screen and the horizon coordinates at a number of points in the image can be obtained in some way, or various projection-related data can be obtained. The calculation must be performed in consideration of various geometric parameters, that is, the installation position and orientation angle of the projector, and the aberration characteristics of the projector lens.
Recently, these calculations can be performed accurately in a very short time using a computer. However, it is very difficult to accurately match the installation position and attitude angle of the projector with the design values, and it is also very troublesome to measure the values where these are actually installed. Further, since there may be slight errors in the construction of the dome screen, these errors affect the projection position of the image, and it is difficult to accurately project only with the above calculated values.
特許文献1および2はビデオプロジェクタと恒星投影機によってドームにビデオ映像および星などの像を投影する従来のプラネタリウム装置の一例を開示するものである。
特許文献1は、望遠鏡コンソールから座標入力された天体を天体望遠鏡の視野に導入し、該視野をビデオカメラで撮影してビデオ投映機によりドームスクリーンに投映するもので、ビデオ投映機による投映位置と恒星投映機による投映位置とを一致させるものである。また、特許文献2は、映像を投影するビデオプロジェクタと、星などを投影する投影機でプラネタリウムドームに投影するシステムであり、ビデオプロジェクタに固定されているカメラの像を見て、タッチパネルで軌跡をなぞることにより、その軌跡をドーム上に投影するようにしたものである。しかしながら上記特許文献1および2はビデオ投映機による投映像の、恒星投映機による像に対する歪みなどを補正する手段の開示はなく、また、ビデオプロジェクタと投影機の投影像の位置合わせについての具体的な構成も存在しない。
上記背景から従来は、レーザー投光機などで例えば方位角や高度といった基準マークを投影するか、もしくはドームスクリーン上にLEDなどで設置し、プロジェクタからは高度と方位に相当する目盛りを投影し、基準マークと目盛りのずれを人間の目で確認し、補正してゆくという工程が必要であった。しかしこれには手間とコストを要し、なおかつ熟練した作業員を必要とするため、ビデオプロジェクタの設置コストの上昇、しいてはシステム全体の運用コストの上昇を招いていた。また、プロジェクタの設置位置が何らかの原因でずれた場合、またはプロジェクタの破損で代替機に交換するなどした場合は、設置作業上の限界や、プロジェクタの固体差などのため、前の状態を完全に復元することが困難であり、前記の調整作業を再度やり直さなければならず、映像施設の安定運用に支障をきたすことがあった。さらにビデオプロジェクタは、プラネタリウム機器に比べて製品の更新周期が短く、プラネタリウム施設を運用している間に、使用しているプロジェクタが生産中止となった場合、新しい型番に替える必要があり、この場合もまた、前記のような調整作業を再びやり直す必要があった。 From the above background, conventionally, for example, a reference mark such as an azimuth angle and altitude is projected by a laser projector or the like, or an LED or the like is installed on a dome screen, and a scale corresponding to the altitude and azimuth is projected from the projector. The process of checking and correcting the difference between the reference mark and the scale with the human eye was necessary. However, this requires labor and cost, and also requires skilled workers, which increases the installation cost of the video projector and the operating cost of the entire system. In addition, if the installation position of the projector deviates for some reason, or if the projector is replaced with a replacement device due to damage to the projector, the previous state will be completely removed due to limitations in installation work or differences in individual projectors. It is difficult to restore, and the adjustment work described above must be performed again, which may hinder stable operation of the video facility. In addition, video projectors have a shorter product update cycle than planetarium equipment, and if the projector being used is discontinued while operating the planetarium facility, it will be necessary to change to a new model number. Also, it was necessary to redo the adjustment work as described above.
この発明は、前記のような問題を解決するためになされたものである。
本発明の目的は、ドーム状などのスクリーンの中心もしくは中心付近に設置された恒星投影機から投影された恒星像,独立して設置したマーク投影装置による投影像またはスクリーン上に設置したマークなどの、スクリーン上の座標が既知であるマーク手段を使用し、ビデオプロジェクタから表示する目印となる像(カーソル)を基準マークに一致させるように投影し、このときのカーソルの画面上の座標と、基準マークのスクリーン上座標を使用し、スクリーン上座標と投影画面上座標の座標変換パラメータを算出したり、補間演算したりすることにより、設置調整や画像のずれの補正作業の手間を低減し、なおかつ恒星投影機から投影される恒星像との位置関係も正確に維持できるよう、所望する位置と形状の画像や映像、図形などを正確に投影できる映像投影システムを提供することにある。
The present invention has been made to solve the above problems.
The object of the present invention is to provide a stellar image projected from a stellar projector installed at or near the center of the screen, such as a dome shape, a projected image by a mark projector installed independently, or a mark installed on the screen. , Using mark means whose coordinates on the screen are known, project the image (cursor) to be displayed from the video projector so that it matches the reference mark, and the coordinates of the cursor on the screen at this time and the reference By using the on-screen coordinates of the mark, calculating the coordinate conversion parameters between the on-screen coordinates and the projected screen coordinates, or by performing an interpolation operation, it is possible to reduce the labor of installation adjustment and image misalignment correction work, and In order to accurately maintain the positional relationship with the stellar image projected from the stellar projector, images, videos, figures, etc. of the desired position and shape are corrected. It is to provide an image projection system capable of projecting a.
前記目的を達成するために本発明の請求項1は、コンピュータやビデオ装置などの映像生成手段から出力される映像を曲面を有するドーム状スクリーンに投影するものであって、スクリーン上で任意に移動可能な目印となる像を投影可能なプロジェクタと、前記ドーム状スクリーンに星空を再現する恒星投影機と、前記恒星投影機が有する角位置制御により、前記ドーム状スクリーン上に、スクリーン上の座標が既知となるように基準となるマークを表示する基準マーク手段と、前記プロジェクタから投影される目印となる像と前記基準マークをスクリーン上の複数個所で位置合わせする位置合わせ手段と、前記位置合わせ手段で一致した目印となる像の投影画面上座標とその基準マークのドーム状スクリーン上の座標を記憶し、スクリーン上座標−画面座標対応データを格納する記憶手段と、前記スクリーン上座標−画面座標対応データを用いて、各スクリーン上座標に対応するプロジェクタの座標,姿勢角または撮影レンズの焦点距離の座標変換パラメータを算出する座標変換パラメータ算出手段と、前記座標変換パラメータを用いてスクリーン上座標から投影画面上の座標または投影画面上座標からスクリーン上座標への座標変換を行う座標変換手段とを備え、前記恒星投影機が投影する星空に対応して前記プロジェクタのドーム状スクリーン上へ投影する像を、ドーム状スクリーン上でのずれおよび形状を補正して表示することを特徴とする。
本発明の請求項2は、コンピュータやビデオ装置などの映像生成手段から出力される映像を曲面を有するドーム状スクリーンに投影するものであって、スクリーン上で任意に移動可能な目印となる像を投影可能なプロジェクタと、前記ドーム状スクリーンに星空を再現する恒星投影機と、前記恒星投影機が有する角位置制御により、前記ドーム状スクリーン上に、スクリーン上の座標が既知となるように基準となるマークを表示する基準マーク手段と、前記プロジェクタから投影される目印となる像と前記基準マークをスクリーン上の複数個所で位置合わせする位置合わせ手段と、前記位置合わせ手段で一致した目印となる像の投影画面上座標とその基準マークのドーム状スクリーン上座標を、複数記憶し、スクリーン上座標−画面座標対応データを格納する記憶手段と、前記スクリーン上座標−画面座標対応データを用い、任意の位置の近隣付近の複数のスクリーン上座標それぞれに対応する画面座標を求め、該複数の画面座標について補間演算することにより、任意の位置のスクリーン上座標に対応する画面座標を求める補間演算手段とを備え、前記恒星投影機が投影する星空に対応して前記プロジェクタのドーム状スクリーン上へ投影する像を、ドーム状スクリーン上でのずれおよび形状を補正して表示することを特徴とする。
本発明の請求項3は、請求項1または2記載の発明において前記位置合わせ手段は、前記目印となる像と前記基準マークを撮影するカメラと、前記カメラの撮影画像より目印となる像と基準マークを抽出し、目印となる像位置と基準マーク位置の差を検出し、前記目印となる像位置を前記基準マーク位置に一致させるように前記プロジェクタから出力される目印となる像位置を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
本発明の請求項4は、請求項3記載の発明において前記カメラは前記基準マーク手段と同架したことを特徴とする。
本発明の請求項5は、請求項1または2記載の発明において前記位置合わせ手段は、前記目印となる像を投影画面中で手動で移動できる操作装置を有し、前記操作装置により目印となる像を前記基準マークに合わせることを特徴とする。
本発明の請求項6は、請求項1,2,3,4または5記載の発明において前記基準マーク手段の前記基準マークは恒星投影機から投影される恒星の像を用いたことを特徴とする。
本発明の請求項7は、請求項1,2,3,4または5記載の発明において前記基準マーク手段は、ドーム状スクリーン上の所定のドーム状スクリーン上の座標に投影可能に制御されている投影装置であることを特徴とする。
本発明の請求項8は、請求項1,2,3,4または5記載の発明において前記基準マーク手段は、恒星投影機に搭載した投影装置であることを特徴とする。
本発明の請求項9は、請求項8記載の発明において前記投影装置は、恒星投影機が有する回転軸の角位置制御により前記基準マークのドーム状スクリーン上の座標を設定することを特徴とする。
本発明の請求項10は、請求項1,2,3,4,5,7,8または9記載の発明において前記目印となる像および基準マークを、任意にオンオフできることを特徴とする。
本発明の請求項11は、請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9または10記載の発明において前記基準マークのドーム状スクリーン上座標は、高度と方位角で表される地平座標であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, claim 1 of the present invention projects an image output from image generation means such as a computer or a video device onto a dome-shaped screen having a curved surface, and is arbitrarily moved on the screen. A projector capable of projecting an image as a possible landmark, a stellar projector that reproduces the starry sky on the dome-shaped screen, and the angular position control of the stellar projector, the coordinates on the screen are on the dome-shaped screen. Reference mark means for displaying a reference mark so as to be known, alignment means for aligning the reference image projected from the projector and the reference mark at a plurality of locations on the screen, and the alignment means in stores projected screen coordinates of the matched mark image and the coordinates on the dome-shaped screen of the reference mark, a screen Coordinates - storage means for storing the screen coordinate corresponding data, the on-screen coordinates - using the screen coordinates corresponding data, the coordinates of the projector corresponding to each screen on the coordinate, the coordinate transformation parameters of the focal length of the attitude angles or photographic lens Coordinate conversion parameter calculation means for calculating, and coordinate conversion means for performing coordinate conversion from coordinates on the screen to coordinates on the projection screen or from coordinates on the projection screen to coordinates on the screen using the coordinate conversion parameters, the stellar projection An image projected onto the dome-shaped screen of the projector corresponding to the starry sky projected by the machine is displayed with correction of displacement and shape on the dome-shaped screen.
According to a second aspect of the present invention, an image output from image generation means such as a computer or a video device is projected onto a dome-shaped screen having a curved surface, and an image that can be arbitrarily moved on the screen is formed. A projector capable of projecting, a stellar projector that reproduces the starry sky on the dome-shaped screen, and a reference so that the coordinates on the screen are known on the dome-shaped screen by the angular position control of the stellar projector. A reference mark means for displaying the mark, a mark image projected from the projector, a positioning means for aligning the reference mark at a plurality of positions on the screen, and an image corresponding to the mark matched by the positioning means Multiple coordinates on the projected screen and the coordinates on the dome-shaped screen of the reference mark are stored, and the coordinates on the screen correspond to the screen coordinates. Using the storage means for storing the data and the on-screen coordinate-screen coordinate correspondence data, the screen coordinates corresponding to each of the plurality of on-screen coordinates in the vicinity of an arbitrary position are obtained, and the interpolation calculation is performed on the plurality of screen coordinates. Interpolation calculation means for obtaining screen coordinates corresponding to the coordinates on the screen at an arbitrary position, and an image projected on the dome-shaped screen of the projector corresponding to the starry sky projected by the stellar projector, The shift and shape on the dome-shaped screen are corrected and displayed.
According to a third aspect of the present invention, in the invention according to the first or second aspect, the positioning means includes a camera that captures the image that serves as the mark and the reference mark, and an image that serves as the landmark from the captured image of the camera and a reference. A mark is extracted, a difference between an image position serving as a mark and a reference mark position is detected, and an image position serving as a mark output from the projector is controlled so that the image position serving as the mark matches the reference mark position. And a control means.
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the third aspect, the camera is mounted on the reference mark means.
According to a fifth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, the positioning means includes an operation device that can manually move the image to be the mark in the projection screen, and the mark is made by the operation device. The image is aligned with the reference mark.
Claim 6 of the present invention, the reference mark of the reference mark means in the invention of
According to a seventh aspect of the present invention, in the invention according to the first, second, third, fourth or fifth aspect, the reference mark means is controlled so as to be projected onto a predetermined coordinate on the dome-shaped screen. It is a projection device.
According to an eighth aspect of the present invention, in the first, second, third, fourth or fifth aspect, the reference mark means is a projection device mounted on a stellar projector.
According to a ninth aspect of the present invention, in the invention according to the eighth aspect, the projection device sets the coordinates of the reference mark on the dome-shaped screen by controlling the angular position of the rotation axis of the stellar projector. .
According to a tenth aspect of the present invention, in the invention according to the first , second , third , fourth , fifth , seventh , eighth, or ninth aspect, the image and the reference mark as the mark can be arbitrarily turned on and off.
According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention according to the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, ninth, or tenth aspect, the coordinates on the dome-shaped screen of the reference mark are expressed by altitude and azimuth. It is characterized by being a horizontal coordinate.
前記構成によれば、ドームスクリーンに対し投影される恒星などの星の投影像に対し容易にしかも正確かつ効率的にビデオプロジェクタの投影映像のずれを補正することができ、プラネタリウムドームなどにおいて映像施設設置の作業の簡易化、コスト低減を図ることができる。 According to the above configuration, it is possible to easily and accurately correct the deviation of the projected image of the video projector with respect to the projected image of a star or the like projected onto the dome screen. Simplification of installation work and cost reduction can be achieved.
以下、図面等を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
まず、プラネタリウムドーム施設においてビデオプロジェクタを設置する場合の、投影画面上の座標と、半球状のドームスクリーン上の座標の関係について説明する。
ビデオプロジェクタは、映像生成装置から出力される映像(投影画面)を、ほぼそのままの形で投影する。スクリーンが平面であり、ビデオプロジェクタの光軸と直交していれば、スクリーン面には、投影画面がほぼそのままの形で投影される。
しかし、ドームスクリーンの場合、スクリーン面が曲面であるため、投影される映像には複雑な歪みが生じる。そのために、投影画面上の座標と、ドームスクリーン上の座標を区別して考える必要が生じる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the relationship between the coordinates on the projection screen and the coordinates on the hemispherical dome screen when a video projector is installed in the planetarium dome facility will be described.
The video projector projects the video (projection screen) output from the video generation device almost as it is. If the screen is a plane and is orthogonal to the optical axis of the video projector, the projected screen is projected on the screen surface as it is.
However, in the case of a dome screen, since the screen surface is a curved surface, a complicated distortion occurs in the projected image. Therefore, it is necessary to distinguish the coordinates on the projection screen from the coordinates on the dome screen.
図1A〜図1Fは、上記のドームスクリーン上の座標と投影画面上の座標の関係を説明するための図である。ここでは、ドームスクリーン上の座標は、ドームの中心を基準とした、高度と方位角で表される地平座標としている。
図1Aはドームスクリーン上の地平座標を示す図である。
図1Bは、このビデオプロジェクタで投影する投影画面を示したものである。投影画面上の座標はX,Yで表わす2次元の直交座標で表わされる。幅はW、高さはHである。
図1Cは、図1Bに示す投影画面を、ドームスクリーン内に設置したビデオプロジェクタで投影した様子を示す斜視図である。ビデオプロジェクタ3は、ドームスクリーン1に、映像6を投影する。映像6上の座標線6aは、図1Bの破線で示す投影画面上の座標線である。
図1Dは、ドーム上に地平座標線を正しく投影するための投影画面例である。球面に投影するため、複雑な歪みを生じ、画面上で地平座標線は複雑なカーブを描いていることがわかる。
1A to 1F are diagrams for explaining the relationship between the coordinates on the dome screen and the coordinates on the projection screen. Here, the coordinates on the dome screen are horizon coordinates expressed by altitude and azimuth with respect to the center of the dome.
FIG. 1A is a diagram showing horizon coordinates on a dome screen.
FIG. 1B shows a projection screen projected by this video projector. The coordinates on the projection screen are represented by two-dimensional orthogonal coordinates represented by X and Y. The width is W and the height is H.
FIG. 1C is a perspective view showing a state in which the projection screen shown in FIG. 1B is projected by a video projector installed in the dome screen. The video projector 3 projects an image 6 on the
FIG. 1D is an example of a projection screen for correctly projecting the horizon coordinate line on the dome. Since it is projected onto the spherical surface, complicated distortion occurs, and it can be seen that the horizon coordinate line draws a complex curve on the screen.
たとえば、プロジェクタの向きを上に2度ずらした場合には図1Eに示す映像例となる。正しい設定の映像例の天頂付近に注目すると、天頂付近の映像がすこし下にずれていることが分かる。さらにレンズの焦点距離が短くなっている場合には図1Fに示す映像例となる。正しい設定の映像例と比較すると、映像の湾曲する度合いが異なっていることが分かる。すなわち、本来の映像の形状から変形した形状となっている。
本発明では、上記映像歪みが最も少なくなるように、ビデオプロジェクタの位置および姿勢を求めてドームスクリーン上の座標から画面上の座標に変換をして、映像や図形を正しい位置に投影しようとするものである。
For example, when the orientation of the projector is shifted twice, the image example shown in FIG. 1E is obtained. If attention is paid to the vicinity of the zenith in the image example of the correct setting, it can be seen that the image near the zenith is slightly shifted downward. Furthermore, when the focal length of the lens is shortened, the image example shown in FIG. 1F is obtained. It can be seen that the degree of curving of the video differs when compared with a video example with the correct setting. In other words, the shape is a deformed shape from the original image shape.
In the present invention, the position and orientation of the video projector is obtained and the coordinates on the dome screen are converted from the coordinates on the screen so as to minimize the above-mentioned image distortion, and the image or figure is projected to the correct position. Is.
まず、本発明の実施の形態を説明する前に、基本となるプロジェクタの座標変換についてその具体的な計算内容を説明する。
ここでは、ドームスクリーン上の高度,方位の既知の点が、プロジェクタの投影画面上のどの座標に相当するかを算出する。
ドーム中心を原点とし南方をX軸、西方をY軸、天頂をZ軸とする直交座標系をワールド座標、プロジェクタ位置(レンズ絞位置)を原点とし座標軸の方向をワールド座標と同じとする直交座標系をローカル座標、プロジェクタ位置を原点としプロジェクタの底面を基準として前方をX、側方をY、上方をZとする直交座標系をプロジェクション座標とする。
First, before describing the embodiment of the present invention, the specific calculation content of the basic coordinate transformation of the projector will be described.
Here, it is calculated which coordinate on the projection screen of the projector corresponds to a known point of altitude and direction on the dome screen.
Cartesian coordinates with the origin of the dome as the origin, the X axis as the south, the Y axis as the west, the world coordinate as the Cartesian coordinate system with the Z axis as the zenith, and the projector position (lens aperture position) as the origin and the coordinate axis direction as the world coordinate An orthogonal coordinate system in which the system is a local coordinate, the projector position is an origin, the front is X, the side is Y, and the upper is Z with respect to the bottom of the projector is a projection coordinate.
プロジェクタの投影レンズ焦点距離をf、ドーム半径をRとする。
恒星投影機のサーボ制御により、ポインタを、地平座標(AZM,ALT) (方位=AZM ,高度=ALT )に投影する。
それと重なるようにカーソルを表示する。このときのカーソルのプロジェクタ画面上の座標を(CX,CY)とする。
今、プロジェクタの設定値(位置および姿勢角)の現実の値は未知であるが、この値をワールド座標で、たとえば設計値として(PX, PY, PZ)とし、姿勢角を(p,y,r)と仮定する。
投影されているカーソル像のワールド座標は、
WX= R・cosAZM・cosALT
WY= R・sinAZM・cosALT
WZ= R・sinALT
となる。これをローカル座標に変換すると、
LX=WX-PX
LY=WY-PY
LZ=WZ-PZ
となる。
Let f be the focal length of the projection lens of the projector, and R be the dome radius.
The pointer is projected onto the horizontal coordinate (AZM, ALT) (azimuth = AZM, altitude = ALT) by the servo control of the star projector.
Display the cursor so that it overlaps. The coordinates of the cursor on the projector screen at this time are (CX, CY).
Now, the actual values of the projector settings (position and attitude angle) are unknown, but this value is the world coordinate, for example, (PX, PY, PZ) as the design value, and the attitude angle (p, y, Assume r).
The world coordinates of the projected cursor image are
WX = R ・ cosAZM ・ cosALT
WY = R ・ sinAZM ・ cosALT
WZ = R ・ sinALT
It becomes. Convert this to local coordinates,
LX = WX-PX
LY = WY-PY
LZ = WZ-PZ
It becomes.
これをプロジェクション座標に変換するには
プロジェクタのパネル(画面)上の推定座標は
CPX =PYR/PXR
CPY =PZR/PXR
となる。
この計算例では、地平座標から投影画面上座標への変換例を示したが、もちろん逆の計算で、投影画面上座標から地平座標への変換も可能である。
To convert this to projection coordinates
The estimated coordinates on the projector panel (screen) are
CPX = PYR / PXR
CPY = PZR / PXR
It becomes.
In this calculation example, an example of conversion from the horizontal coordinate to the coordinate on the projection screen is shown, but it is of course possible to convert from the coordinate on the projection screen to the horizontal coordinate by reverse calculation.
図2は、本発明による映像投影システムを設置したドームシアタの側面図、図3は本発明による映像投影システムに用いる恒星投影機の実施の形態を説明するための図である。
恒星をドームスクリーン1に投影する投影部を多数有する恒星投影機2は、日周軸2a,緯度軸2b,方位軸2cの3つの回転軸を備えており、それぞれの軸をコンピュータ7の指令により任意の角位置に設定することができる。恒星投影機2を支持する支持枠11および支持枠11を受ける台座12は図示しない駆動源により、それぞれ日周軸2a,緯度軸2bおよび方位軸2cを調整可能であり、上記コンピュータ7の指令によって駆動される。
恒星投影機2の緯度軸ベースに基準マーカ投影機としてレーザポインタ10が設置されており、このレーザポインタ10は、コンピュータ7の指令により任意にオンオフすることができる。
FIG. 2 is a side view of a dome theater equipped with a video projection system according to the present invention, and FIG. 3 is a diagram for explaining an embodiment of a stellar projector used in the video projection system according to the present invention.
A
A
このレーザポインタ10から発射される光は、ドームスクリーン1上に当たると点状の映像を作るが、この点像の位置は、恒星投影機2の日周軸2aと方位軸2cの角度により、ドームスクリーン1上の任意の位置に設定することができる。恒星投影機2の中心がドームスクリーン1の球芯に一致しており、レーザポインタ10の光軸が正確に恒星投影機2の日周軸2a,緯度軸2b,方位軸2cと交わり、なおかつ緯度軸2bと日周軸2aがなす平面と正確に直交しているならば、この点像の方位角と高度は、それぞれ方位軸2cの示す方位角と、緯度軸2bの示す緯度角と等しくなる。
これにより、恒星投影機2は、緯度軸2bと方位軸2cの角位置を制御することにより、ドームスクリーン1上の任意の高度と方位角の位置にレーザ光の点像を投影する機能を有することになる。
図5に上記レーザポインタによる点像の位置の一例が示されている。
When the light emitted from the
Thereby, the
FIG. 5 shows an example of the position of the point image by the laser pointer.
ビデオプロジェクタ3は、コンピュータ7から生成される画面を投影する構成となっており、画面の内容が、映像aとなってドームスクリーン1に投影される。このビデオプロジェクタの姿勢角は図4に示すようにピッチ(p),ヨー(y),ロール(r)の各軸の角度で表され、ビデオプロジェクタの位置の座標は図6に示すようにX,Y,Z軸上の点(Px,Py,Pz)で表される。
コンピュータ7は、オペレータによるマウス等の操作で任意の位置に移動できるカーソルを表示制御し、該カーソル像4がドームスクリーン1に投影されるようになっている。
The video projector 3 is configured to project a screen generated from the computer 7, and the content of the screen is projected onto the
The computer 7 controls display of a cursor that can be moved to an arbitrary position by an operation of a mouse or the like by an operator, and the cursor image 4 is projected onto the
恒星投影機2の方位軸2cと緯度軸2bをある所定の値に設定したとき、レーザ像は当然所定の値である方位,高度(AZM,ALTと表現する)に投影されるが、この像の位置が映像aの範囲内にあるとき、オペレータは、マウスの操作などによりカーソルを動かして、ビデオプロジェクタ3で投影されるカーソル像を、恒星投影機2から投影されるレーザ像に一致させる。このときのカーソルの座標はコンピュータ7上のデータで記録されており、座標をX,Yとする。
When the azimuth axis 2c and the latitudinal axis 2b of the
オペレータは予め分かっているレーザ像の高度,方位を手動で入力するか、あるいは恒星投影機2から然るべき通信手段や制御手段を用いて直接高度と方位を取得し、またその時のマウスカーソルの値を取得することにより、投影画面(プロジェクタが投影する画面)上の例えばX1,Y1座標値と、実際のドーム上の方位角と高度の値の関係を、(X1,Y1)&(AZM1,ALT1)という形で取得する。コンピュータ7はこの値を記憶することができるようになっている。以降、この(X1,Y1)と(AZM1,ALT1)の対を、地平&画面座標対と呼ぶ。
この作業を、恒星投影機の方位角と緯度角を変えて何度も行うことにより、(Xn,Yn)&(AZMn,ALTn)という関係の地平&画面座標対の集合を作る(なお、n=1,2・・・)。
The operator manually inputs the altitude and direction of the known laser image, or obtains the altitude and direction directly from the
This operation is repeated many times by changing the azimuth angle and latitude angle of the stellar projector, thereby creating a set of horizon & screen coordinate pairs of the relationship (Xn, Yn) & (AZMn, ALTn) (n = 1, 2, ...).
この関係を画面の広い範囲で作ることにより、コンピュータ画面上と実際の高度および方位角の関係を図示することができ、またこの値を補完することにより、任意の高度と方位角に対する、画面上の座標の近似式を求める補完式を作ることができる。
そこで、例えば(Azmp,Altp)の方位角,高度に天体を投影したい場合は、この補完式に基づいて上記高度と方位をXY座標の(Xp,Yp)に変換し、このXY座標位置に天体を投影すれば、所望する方位角と高度の位置に天体の映像を投影することができることになる。この投影位置の精度は、画面上の関係データの数が多く、その間隔が密なほど正確になる。
データのサンプル作業は手間を要するので、最小限のデータのサンプル数で、より良い補正結果を得るためには、単純に座標値の補完を行うのではなく、プロジェクタの位置,姿勢角,光学特性により画面上からドームスクリーン上の方位角,高度に座標変換する方法が理論値に近く、好ましい。
そこで、サンプル値を用いて実際のプロジェクタの位置や姿勢角、プロジェクタの光学特性などを推定し、この値を元に座標変換することになる。これは、非常に良好な座標変換となる。
By creating this relationship over a wide range of screens, the relationship between the actual altitude and azimuth on the computer screen can be illustrated, and by complementing this value, on the screen for any altitude and azimuth. It is possible to create a complementary expression for obtaining an approximate expression of the coordinates of.
Therefore, for example, when it is desired to project a celestial object at an azimuth angle and altitude of (Azmp, Altp), the altitude and azimuth are converted into (Xp, Yp) of the XY coordinates based on this complementary formula, and the celestial object is located at this XY coordinate position Can project a celestial image at a desired azimuth and altitude position. The accuracy of the projection position becomes more accurate as the number of related data on the screen is larger and the interval is closer.
Since data sampling is time consuming, in order to obtain a better correction result with the minimum number of data samples, the projector position, orientation angle, and optical characteristics are not simply complemented with coordinate values. Thus, the method of converting the azimuth angle on the dome screen from the screen to the high altitude is close to the theoretical value and is preferable.
Therefore, the actual position and orientation angle of the projector, the optical characteristics of the projector, and the like are estimated using the sample values, and coordinate conversion is performed based on these values. This is a very good coordinate transformation.
図3(a)の例は基準マーク手段としてレーザポインタ10を恒星投影機2に内蔵させている例を示しているが、図3(b)に示すようにレーザポインタ15を恒星投影機17の外表面に取り付けることも可能である。さらに図3(c)に示すようにレーザポインタ16などの基準マーカを恒星投影機17とは独立してドーム内に設置でき、さらには恒星投影機から投影される恒星像を基準マークとすることもできる。
恒星投影機2に内蔵させるタイプや外表面に取り付けるタイプの基準マーク手段は、前述したように恒星投影機2の方位軸と緯度軸の角位置を制御することにより投影した基準マークの位置を知ることができる。独立して設置するタイプの基準マーク手段は、自らの方位軸と緯度軸の角位置の調整機構が設置され、この調整機構により投影した基準マークの方位角,高度を知ることができる。恒星像を用いる場合は、所定日時における投影画面上の高度方位角が分かっているため、これを利用して恒星像の投影された方位角,高度を知ることができる。
また基準マークを投影するのではなく、ドームスクリーン上の複数個所の方位角,高度にLED,電球,蓄光,蛍光シールなどのマークを設け、これを基準マークとすることもできる。
The example of FIG. 3A shows an example in which the
The reference mark means of the type incorporated in the
Instead of projecting the reference mark, it is also possible to provide a plurality of azimuth angles on the dome screen, such as LEDs, light bulbs, phosphorescents, and fluorescent seals, and use these as reference marks.
図7は、本発明による映像投影システムのカーソルとポインタの位置合わせ装置の実施の形態を示すブロック図で、手動でカーソル位置合わせを行うコンピュータの一部の構成を示すものである。
地平座標設定装置35は、レーザポインタを所定の方位角,高度(azm,alt)を設定するもので、例えば、複数の方位角,高度を予め設定してあり、このデータはカーソルを合わせる毎にサーボ制御装置36に出力されるとともに地平座標一画面座標対応データ記憶装置39に記憶される。このデータがサーボ制御装置36から出力されるタイミングは、手動で行っても、また、直前に出力された方位角,高度のポインタ像にカーソル像34が位置合わせされたことを検出して自動的に行っても良い。サーボ制御装置36はモータなどの駆動手段の回転駆動力をポインタ内蔵の恒星投影機37の方位軸と緯度軸に伝達する伝達機構(減速ギヤ群,駆動軸変換ギヤ,ベルトなど)を備えており、地平座標設定装置35から与えられる方位角,高度になるように恒星投影機37の方位軸と緯度軸を駆動調整できる。ドームスクリーン40のポインタ像38は恒星投影機37の設定された方位角,高度に投影される。
FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment of an apparatus for aligning a cursor and a pointer in a video projection system according to the present invention, and shows a configuration of a part of a computer for manually performing cursor alignment.
The horizon coordinate setting
カーソル座標設定装置31は、カーソルの座標を設定するための装置である。マウスなどのカーソル位置操作装置30を操作することにより画面上の所定位置にカーソルを移動させることができる。カーソル座標設定装置31は、移動させられたカーソル位置を認識し、液晶表示部などのカーソル表示装置32にカーソルの座標位置を表示する。ドームスクリーン40にはビデオプロジェクタ33によってカーソルが投影され、その位置はカーソル表示装置32に表示された座標位置となる。カーソル座標は位置合わせされたポインタ像の地平座標(azmn,altn)に対応付けられて地平座標一画面座標対応データ記憶装置39に記憶される。これにより順番に方位角,高度が変えられる恒星投影機から投影されるポインタ像に対し、オペレータは目視でカーソルをポインタに合わせてその位置を記憶させていくことができる。
なお、カーソルの移動はマウスではなくキーボードなどの方向キーの操作またはパッドなどの十字キーなどによって位置合わせを行うことも可能である。
The cursor coordinate setting
Note that the cursor can be positioned by operating a direction key such as a keyboard or a cross key such as a pad instead of a mouse.
このようにして地平座標一画面座標対応データ記憶装置39に記憶したデータを用いてパラメータ算出装置40により最小映像歪みを実現するプロジェクタパラメータ(座標,姿勢角,レンズ焦点距離)を求めることができる。なお、上記のように求めるプロジェクタパラメータを真のプロジェクタパラメータと表現することとする。
In this way, the projector parameters (coordinates, posture angle, lens focal length) for realizing the minimum image distortion can be obtained by the
図8は、本発明による映像投影システムのカーソルとポインタの位置合わせ装置の他の実施の形態を示すブロック図で、カメラを利用してポインタ像にカーソル像を自動的に位置合わせする例を示している。
カーソル表示装置32,ビデオプロジェクタ33,地平座標設定装置35,サーボ制御装置36,恒星投影機37およびパラメータ算出装置40は、図7で同じ符号を付した装置と同一である。
カーソル座標設定装置53は、カーソルの座標を設定するための装置であり、差動演算器52から入力される誤差データに基づき、ビデオプロジェクタ33に出力するカーソル座標に対しポインタ像61とカーソル像56の位置の誤差がないようなカーソル座標を出力するように制御する。カーソル座標設定装置53から出力されるカーソル座標はカーソル表示装置32に表示される。ドームスクリーン63にはビデオプロジェクタ33によってカーソルが投影され、その位置はカーソル表示装置32に表示された座標位置となる。
FIG. 8 is a block diagram showing another embodiment of the cursor and pointer alignment apparatus of the video projection system according to the present invention, and shows an example in which the cursor image is automatically aligned with the pointer image using a camera. ing.
The
The cursor coordinate setting
ビデオカメラ57ではドームスクリーン63に投影されたカーソル像56とポインタ像61を撮影し、そのアナログ画像はビデオキャプチャ部50で所定のイメージデータ形式(画像データ)に変換される。画像処理装置51は入力される画像データを分析し、特徴形状に基づきカーソル像56とポインタ像61を認識することにより、それぞれのアドレスデータを得て、これらアドレスデータによりカーソルとポインタのXY座標を算出する。
The video camera 57 captures the cursor image 56 and the pointer image 61 projected on the dome screen 63, and the analog image is converted into a predetermined image data format (image data) by the
この際、カーソル像とポインタ像を認識するアルゴリズムにはさまざまな方法が考えられるが、たとえば、ポインタをON/OFFできる構成とし、ポインタをONした状態で撮影して画像を記憶し(画像A)、続いてポインタをOFFした状態で撮影した画像(画像B)を用意し、両画像同士で各画素の輝度の差を取った画像(画像C)を作成すれば、画像Cでは、余計なほかの被写体は相殺されて消え、ポインタ像の部分のみ浮かび上がるので、容易にポインタ像を認識することができる。カーソルについても同様に、コンピュータの指令によりカーソルをON/OFFすれば、同様の認識ができる。このようにして認識して得たカーソルのXY座標データとポインタのXY座標データは差動演算器52の−,+の入力端子に入力され、差動演算器52から誤差データが出力され、カーソル座標設定装置53に入力する。
At this time, various methods for recognizing the cursor image and the pointer image are conceivable. For example, the pointer can be turned on / off, and the image is recorded with the pointer turned on (image A). Subsequently, if an image (image B) taken with the pointer turned off is prepared, and an image (image C) in which the brightness of each pixel is taken between the two images is created, image C can be used in an extra manner. The subject is canceled out and disappears, and only the pointer image portion emerges, so that the pointer image can be easily recognized. Similarly, the cursor can be similarly recognized by turning the cursor ON / OFF according to a command from the computer. The XY coordinate data of the cursor and the XY coordinate data of the pointer obtained by recognizing in this way are input to the-and + input terminals of the
誤差がなく、差動演算器52の出力は0値であれば、カーソル座標設定装置53はカーソルがポインタ像と一致したとして、そのカーソル座標を地平座標一画面座標対応データ記憶装置62に記憶する。地平座標一画面座標対応データ記憶装置62では位置合わせが行われたポインタ像の地平座標(azmn,altn )に対応付けられてカーソル座標が記憶される。
誤差がある場合には、その誤差分を修正したカーソル座標がカーソル座標設定装置53から出力され、上記と同様な画像を取り込み、演算が行われてカーソル像とポインタ像の位置合わせ制御が行われる。
If there is no error and the output of the
If there is an error, the cursor coordinates corrected for the error are output from the cursor coordinate setting
図14は図8の映像投影システムの実施の形態を示す概略図である。
カメラ57はレーザポインタ41を有する恒星投影機37に並設されており、ドームスクリーンに投影されたポインタ像とカーソル像を撮影し、その出力は図示しないコンピュータに接続され、ビデオプロジェクタで投影されるカーソル像がポインタ像に一致するようにカーソル像の座標位置が自動的に調整される。
FIG. 14 is a schematic diagram showing an embodiment of the video projection system of FIG.
The camera 57 is juxtaposed to the
図15は、ビデオプロジェクタの設置構造の実施の形態を示す斜視図である。
台座58は垂直方向を軸に回転可能に構成されており、この垂直方向の軸がヨー(y)軸であり、ヨー角を調整可能である。台座58の上面に支柱59が植設され、支柱59の先端に水平方向を軸に回転可能に支持杆60が取り付けられている。この水平方向の軸がピッチ(p)軸であり、ピッチ角を調整可能である。支持杆60の上端には支持枠63が取り付けられ、ビデオプロジェクタ33の光軸方向に平行な軸を中心にビデオプロジェクタ33が回転可能となっている。この光軸方向に平行な軸がロール(r)軸であり、ロール角を調整可能である。
これらヨー角,ピッチ角およびロール角を調整することによりビデオプロジェクタの姿勢角を調整することができる。パラメータ算出装置で求めた真のプロジェクタの座標と姿勢角に設定すれば、個別のプラネタリウムドームスクリーンに対し最も映像の歪みの少ないプロジェクタによる映像を投影することができる。
FIG. 15 is a perspective view showing an embodiment of a video projector installation structure.
The pedestal 58 is configured to be rotatable about the vertical direction. The vertical axis is a yaw (y) axis, and the yaw angle can be adjusted. A support column 59 is planted on the upper surface of the pedestal 58, and a
The attitude angle of the video projector can be adjusted by adjusting the yaw angle, pitch angle and roll angle. By setting the true projector coordinates and attitude angles determined by the parameter calculation device, it is possible to project an image from a projector with the least image distortion on an individual planetarium dome screen.
続いて、基準マークとカーソルを用いて座標変換パラメータを算出し、座標変換する実施の形態を説明する。
ドームの曲率半径やビデオプロジェクタの投影レンズの焦点距離があらかじめ正確に判明している前提で、ビデオプロジェクタを例えば設計上の位置および姿勢に近い位置および姿勢で取り付け、ドームスクリーンに画面を投影する。このプロジェクタの位置と姿勢角の組み合わせを、以降プロジェクタパラメータと呼ぶ。
Subsequently, an embodiment in which coordinate conversion parameters are calculated using a reference mark and a cursor and coordinate conversion will be described.
On the premise that the curvature radius of the dome and the focal length of the projection lens of the video projector are known in advance, the video projector is mounted at a position and posture close to the designed position and posture, for example, and the screen is projected onto the dome screen. This combination of projector position and attitude angle is hereinafter referred to as a projector parameter.
レーザーポインタを所定の方位角,高度(azm1,alt1 )に向ける。そして、プロジェクタ画面上のカーソルをレーザポインタの点像に一致させる。このときのポイントを点1とし、画面上のカーソル座標(CX1,CY1) と、(azm1,alt1) をまとめて地平&画面座標対とよび、コンピュータに記憶する。この操作を、点nまでn回繰り返すと、
(CX1,CY1)&(azm1,alt1)
(CX2,CY2)&(azm2,alt2)
:
:
(Cxn,CYn)&(azmn,altn)
の地平&画面座標対のデータ列がコンピュータの記憶装置39(62)に記憶される。
Point the laser pointer at the specified azimuth and altitude (azm1, alt1). Then, the cursor on the projector screen is matched with the point image of the laser pointer. The point at this time is
(CX1, CY1) & (azm1, alt1)
(CX2, CY2) & (azm2, alt2)
:
:
(Cxn, CYn) & (azmn, altn)
A data string of the horizon & screen coordinate pair is stored in the storage device 39 (62) of the computer.
プロジェクタの位置(x,y,z)と姿勢角(p,y,r) を、ある値(たとえば、設計上の値)と仮定して(仮プロジェクタパラメータ)、地平座標(azm1,alt1)の点が、プロジェクタ画面上のどこに相当するかを計算する。求められた値を(CPX1,CPY1) とする。この値を、投影画面上の推定座標とする。
ここで、もし仮プロジェクタパラメータが、現実のプロジェクタの設置位置や姿勢角と完全に一致していれば、推定座標(CPX1,CPY1) は、地平&画面座標対から取り出した画面上座標(CX1,CY1)と一致するはずである。しかし実際に誤差があれば、両方の座標には誤差に起因する差異が発生する。座標値誤差Errは、
Err = ((CPX1−CX1)2 + (CPY1−CY1)2)1/2 ・・・(1)
になる。
Assuming that the projector position (x, y, z) and attitude angle (p, y, r) are certain values (for example, design values) (provisional projector parameters), the horizontal coordinates (azm1, alt1) Calculate where the points correspond on the projector screen. Let the calculated value be (CPX1, CPY1). This value is assumed to be an estimated coordinate on the projection screen.
Here, if the temporary projector parameters completely match the actual projector installation position and attitude angle, the estimated coordinates (CPX1, CPY1) are the coordinates on the screen (CX1, CPY1) extracted from the horizon & screen coordinate pair. Should match CY1). However, if there is an actual error, a difference due to the error occurs in both coordinates. The coordinate value error Err is
Err = ((CPX1−CX1) 2 + (CPY1−CY1) 2 ) 1/2 (1)
become.
これを複数の点で行い、複数の地平&画面座標対で同様の計算を行って、各々座標値誤差の総和ΣErrを求める。仮プロジェクタパラメータが現実の設定値と一致していれば、ΣErrはやはり0になるが、現実には、誤差に応じた値になる。
ΣErrを求める誤差総和算出装置の実施の形態を図9に示す。
図9において誤差総和算出装置は、座標変換装置(1)65a〜(n)65nと、画面座標誤差算出装置(1)66a〜(n)66nと、積算装置67より構成されている。
座標変換装置(1)65a〜(n)65nは、地平座標(azm1,alt1)〜(azmn,altn)に対しプロジェクタパラメータを取り込み、それぞれ推定座標(CPX1,CPY1) 〜(CPXn,CPYn) に変換する。画面座標誤差算出装置(1)66a〜(n)66nは画面上座標(CX1,CY1)〜(CXn,CYn)に対し、それぞれ推定座標(CPX1,CPY1) 〜(CPXn,CPYn) を取り入れ(1)式の演算を行って座標値誤差Err1 〜nを算出する。積算装置67は座標値誤差Err1 〜nを積算し誤差の総和を出力する。
This is performed at a plurality of points, and the same calculation is performed on a plurality of horizon & screen coordinate pairs to obtain a sum ΣErr of each coordinate value error. If the temporary projector parameter matches the actual set value, ΣErr is still 0, but in reality, it becomes a value corresponding to the error.
FIG. 9 shows an embodiment of an error sum calculation apparatus for obtaining ΣErr.
In FIG. 9, the error sum calculation device is composed of coordinate conversion devices (1) 65a to (n) 65n, screen coordinate error calculation devices (1) 66a to (n) 66n, and an
Coordinate converters (1) 65a to (n) 65n take projector parameters for the horizontal coordinates (azm1, alt1) to (azmn, altn) and convert them into estimated coordinates (CPX1, CPY1) to (CPXn, CPYn), respectively. To do. The screen coordinate error calculation devices (1) 66a to (n) 66n incorporate estimated coordinates (CPX1, CPY1) to (CPXn, CPYn) with respect to the on-screen coordinates (CX1, CY1) to (CXn, CYn) (1 ) To calculate the coordinate value errors Err1 to n. The integrating
したがって、逆に言えば、このΣErrが0になるプロジェクタパラメータを見つけることができれば、これが真の設定値であるといえる。現実には測定誤差などもあるので、完全にΣErrが0になる条件は非常に少ないが、このΣErrが0にもっとも近くなるプロジェクタパラメータ(最適プロジェクタパラメータ)を見つければよい。
最適プロジェクタパラメータの決定方法は様々あるが、たとえば最も簡単には、設計値に近い値で、プロジェクタパラメータを幾通りにも変えてΣErrを求めて、最小の値となる条件を検索する方法などがある。
この位置と姿勢角を最終的に用いるプロジェクタパラメータを座標変換パラメータとして採択し、プロジェクタの座標変換を行い、表示したい高度, 方位角からプロジェクタ上の座標を算出すれば、常に正しい位置に、映像を表示できる。
Therefore, conversely, if a projector parameter in which ΣErr is 0 can be found, it can be said that this is a true set value. Actually, there are measurement errors and the like, so there are very few conditions for ΣErr to be completely zero. However, it is only necessary to find a projector parameter (optimum projector parameter) where ΣErr is closest to zero.
There are various methods for determining the optimum projector parameter. For example, the simplest method is to search for a condition for obtaining the minimum value by obtaining ΣErr by changing the projector parameter in various ways with a value close to the design value. is there.
Projector parameters that ultimately use this position and attitude angle are adopted as coordinate transformation parameters, and the projector coordinate transformation is performed, and if the coordinates on the projector are calculated from the altitude and azimuth to be displayed, the image is always in the correct position. Can be displayed.
続いて、この座標変換パラメータを用いて、地平座標を基準に描かれたマスター画像を、座標変換によって正しく投影されるように変形して投影する手順を示す。
ここでマスター画像について説明するため、マスター画像の一例を図10に示す。
マスター画像は、縦横が所定のピクセル数の画素で構成されたディジタル画像であり、コンピュータ内のマスター画像メモリ(図示されていない)に記憶されている。マスター画像は図示のとおり、横軸が地平座標での方位角、縦軸が高度に対応している。横幅はwピクセル、高さはhピクセルであり、1ピクセルに相当する角度を設定する画像の解像度は、RESO pixel/ 度であるとする。つまり、たとえば画像中のある画素(gx,gy) の地平座標(azmg,altg) は
azmg = gx * RESO
altg = gy * RESO
となる。
マスター画像メモリからは、任意の位置のピクセルの色情報を取り出せるようになっている。
Next, a procedure for projecting the master image drawn on the basis of the horizontal coordinate using the coordinate transformation parameters so as to be correctly projected by the coordinate transformation will be described.
Here, in order to explain the master image, an example of the master image is shown in FIG.
The master image is a digital image composed of a predetermined number of pixels in the vertical and horizontal directions, and is stored in a master image memory (not shown) in the computer. As shown in the figure, the horizontal axis corresponds to the azimuth angle in the horizontal coordinate and the vertical axis corresponds to the altitude. The horizontal width is w pixels, the height is h pixels, and the resolution of an image for setting an angle corresponding to one pixel is RESO pixel / degree. In other words, for example, the horizontal coordinate (azmg, altg) of a pixel (gx, gy) in the image is
azmg = gx * RESO
altg = gy * RESO
It becomes.
From the master image memory, color information of a pixel at an arbitrary position can be extracted.
図11は、マスター画像を変形して投影画面に描画する手順を示すフローチャートである。
プログラムが開始する(ステップ(以下、「S」という)01)と、プログラムは、画面上の全画素に対して処理を行うため、マスター画面上座標GXを0からWまで、GYを0からHまで、それぞれ1つづつ変化させる。このループ動作の実行がS02とS03である。
そしてループ内で設定された各画素の色情報を読み出して変数Colに代入する(S04)。また、この画素の地平座標を、マスター画面上座標GXとGYから算出して方位角azmgと高度altgに代入する(S05)。このazmgとaltgを、前記座標変換手段によってプロジェクタの画面上座標に変換し、それをCX,CYとする(S06)。続いて、プロジェクタ画面上の座標CX、CYの点に、S04で取得した色の点を描画する(S07)。これを全画素に対して行うことで、プロジェクタ画面上には、ドームスクリーン上の正しい位置に画像が投影されるための画像が現れることになる。S08とS09は、GX、GYのループの末尾である。
FIG. 11 is a flowchart showing a procedure for transforming the master image and drawing it on the projection screen.
When the program starts (step (hereinafter referred to as “S”) 01), the program performs processing on all pixels on the screen, so the coordinates GX on the master screen are changed from 0 to W, and GY is changed from 0 to H. Until one is changed. The execution of this loop operation is S02 and S03.
Then, the color information of each pixel set in the loop is read and substituted into the variable Col (S04). Further, the horizontal coordinate of this pixel is calculated from the coordinates GX and GY on the master screen and substituted for the azimuth angle azmg and the altitude altg (S05). The azmg and altg are converted into the coordinates on the screen of the projector by the coordinate conversion means, and these are set as CX and CY (S06). Subsequently, the point of the color acquired in S04 is drawn at the point of coordinates CX, CY on the projector screen (S07). By performing this for all pixels, an image for projecting the image at the correct position on the dome screen appears on the projector screen. S08 and S09 are the end of the loop of GX and GY.
このような手順によってマスター画像が変形され正しく投影される様子を図12に示す。図12(a)は、マスター画像であり、座標線は地平座標(方位,高度)である。図12(b)は、マスター画像を座標変換して投影画面に描画した様子である。なお、理解を容易にするために実際にドームスクリーンに投影されない座標線を図12には描いている。この投影画面をプロジェクタで投影した斜視図が図12(c)である。ドーム上の地平座標目盛に沿って正しく投影されている様子が分かる。
この実施の形態では、元画像の座標をもとにプロジェクタ画面上の座標に変換して描画する例を示したが、実際には、プロジェクタ画面上の座標上で、CX,CY の値を変化させつつ設定し、このXY座標から地平座標に変換する逆変換処理を行い、元画像中の座標GX,GY を求め、それから元画像の座標(GX,GY) の画素の色を読み出して画面上の座標(CX,CY) に描画する方法でもよいことは勿論である。
FIG. 12 shows how the master image is deformed and projected correctly by such a procedure. FIG. 12A is a master image, and the coordinate lines are horizon coordinates (azimuth, altitude). FIG. 12B shows a state in which the master image is coordinate-transformed and drawn on the projection screen. For easy understanding, FIG. 12 shows coordinate lines that are not actually projected onto the dome screen. FIG. 12C is a perspective view of the projection screen projected by the projector. You can see how it is projected correctly along the horizontal coordinate scale on the dome.
In this embodiment, an example of drawing by converting to coordinates on the projector screen based on the coordinates of the original image is shown, but in actuality, the values of CX and CY are changed on the coordinates on the projector screen. And reverse conversion processing to convert from the XY coordinates to the horizon coordinates, find the coordinates GX, GY in the original image, and then read out the pixel color of the coordinates (GX, GY) of the original image on the screen Of course, it is possible to draw at the coordinates (CX, CY).
つづいて、この座標変換手順により、図形をドームスクリーン上に投影する手順を説明する。
この実施の形態は、もっとも単純な図形の例として線分を描画する例である。線分の描画は、たとえば星座を構成する星と星を直線で結ぶ場合などに有用となる技術である。
線分の特徴点は、両端の端点である。これを線分端点1、線分端点2とする。
それぞれの地平座標は以下のとおりである。
線分端点1の赤道座標は(AZM1 , ALT1) 、
線分端点2の赤道座標は(AZM2 , ALT2) である。
この値は、線分データメモリに記憶されている。
Next, a procedure for projecting a figure onto the dome screen by this coordinate conversion procedure will be described.
This embodiment is an example of drawing a line segment as an example of the simplest graphic. Drawing a line segment is a technique that is useful, for example, when connecting stars constituting a constellation with straight lines.
The feature points of the line segment are end points at both ends. These are designated as line
Each horizon coordinate is as follows.
The equator coordinates of
The equator coordinate of line
This value is stored in the line segment data memory.
プログラムが開始すると、まず線分データメモリからデータを読み出す。続いて線分端点1と線分端点2の座標を座標変換手段により座標変換して、画面座標(CX1,CY1)-(CX2,CY2) とする。その後、プロジェクタ画面上で(CX1,CY1)と(CX2,CY2) を結ぶ線を描画すれば、ドームスクリーン上で、地平座標(AZM1,ALT1) と、地平座標(AZM2,ALT2) を結ぶ線が描かれることになる。
上記プログラムの実行により、線分が正しく投影される様子を図13に示す。
図13(a)は、線分データメモリに記憶された線分のデータ(線分端点1と線分端点2)のデータを分かり易く図示したものであり、現実にこのような画像を用意するわけではない。図13(b)は、線分端点1の座標と線分端点2の座標を座標変換により投影画面上座標に変換して、投影画面に描画した様子である。この投影画面をプロジェクタで投影した斜視図が図13(c)である。ドーム上の地平座標目盛に沿って線分が正しく投影されている様子が分かる。
When the program starts, data is first read from the line segment data memory. Subsequently, the coordinates of the line
FIG. 13 shows how line segments are correctly projected by executing the above program.
FIG. 13A illustrates the data of the line segments (line
このように線分を描画することを応用して、三角形,四角形などの多角形、さらには複雑な図形を描くこともできる。また、図形を構成する特徴点の座標は、地平座標で定義するばかりでなく、赤道座標や黄道座標で定義し、これを座標変換によって地平座標に変換することも可能であり、たとえば赤道座標や黄道座標で定義する恒星の座標を特徴点として用いれば、恒星と恒星を結ぶ点を描画し、星座を分かりやすく示すための星座線を描くことも可能である。 By applying line segment drawing in this way, polygons such as triangles and quadrilaterals, and even complex figures can be drawn. Also, the coordinates of the feature points that make up the figure can be defined not only by horizon coordinates, but also by equator coordinates and zodiacal coordinates, which can be converted to horizon coordinates by coordinate transformation. If the coordinates of the star defined by the zodiac coordinates are used as feature points, it is possible to draw a point connecting the star and the star and draw a constellation line to show the constellation in an easy-to-understand manner.
つぎに、映像の歪みを補正する手段として図7,図8に示すパラメータ算出装置を用いるのではなく、補間法による例について説明する。
図3に示すような恒星投影機を用いて、ポインタを地平高度, 方位角をある値に設定して投影する。そして、図7または図8のシステムを使い、カーソルの位置を合わせることでコンピュータ画面上の座標(X,Y)を取得する。なお、記憶装置39(62)に接続されているパラメータ算出装置40の代わりに補間法による演算が行える装置が接続される。取得したデータは、そのときのポインタの地平座標(方位, 高度)と、このポインタに一致して投影されているカーソルのコンピュータ画面上の座標(X,Y )を、地平座標一画面座標対応データとして記憶装置39(62)に記憶する。
Next, instead of using the parameter calculation apparatus shown in FIGS. 7 and 8 as means for correcting image distortion, an example using an interpolation method will be described.
Using a stellar projector as shown in FIG. 3, the horizon altitude and azimuth angle are set to a certain value and projected. Then, using the system of FIG. 7 or FIG. 8, coordinates (X, Y) on the computer screen are acquired by matching the position of the cursor. In addition, a device capable of performing calculation by the interpolation method is connected instead of the
この操作を、ポインタの方位角,高度を一定角刻み(たとえば10度ずつ)変化させて繰り返し行うと、地平座標一画面座標対応データがまとまった形で取得できる。このうち画面座標をコンピュータ画面上にまとめて表示したのが図16である(理解を助けるために地平座標(方位角,高度)を併記してある)。また、この点を直線で結んだのが図17である。
ここで、例えば、ドーム上の方位角10度, 高度10度の位置に何らかの映像を投影したいときには、ここで取得されている地平座標一画面座標対応データの中から、方位10度, 高度10度のデータに相当する画面座標を選択し、この画面座標に表示をすればよいわけである。しかしこのままでは、今回の場合10度刻みの飛び飛びの値でしか表示する画像の高度と方位角を設定できない。しかし図16,17を見れば容易に推察できるように、この途中の値であっても、近隣の値から補間計算することは容易であって、表示したい方位角,高度が中途半端な数値であっても、補間計算により、これに相当する画面座標を求めることができる。
If this operation is repeated by changing the azimuth angle and altitude of the pointer in steps of a fixed angle (for example, by 10 degrees), it is possible to obtain a set of horizon coordinate data corresponding to one screen coordinate. Of these, the screen coordinates are collectively displayed on the computer screen as shown in FIG. 16 (horizontal coordinates (azimuth angle, altitude) are shown together to aid understanding). Further, FIG. 17 shows that these points are connected by a straight line.
Here, for example, when you want to project some image on the dome at an azimuth angle of 10 degrees and an altitude of 10 degrees, from the data corresponding to the horizontal coordinates of one screen coordinate acquired here, the azimuth is 10 degrees and the altitude is 10 degrees. It is only necessary to select screen coordinates corresponding to the data and display the screen coordinates. However, in this case, it is not possible to set the altitude and azimuth of the image to be displayed in this case only with a jump value of 10 degrees. However, as can be easily guessed by looking at FIGS. 16 and 17, even if this value is in the middle, it is easy to interpolate from neighboring values, and the azimuth and altitude to be displayed are halfway values. Even if it exists, the screen coordinate corresponding to this can be calculated | required by interpolation calculation.
補間計算では必ず誤差が生じるが、補間アルゴリズムを、直線よりも曲線、例えば2次や3次の式としたり、あるいは取得する地平座標一画面座標対応データの間隔をより細かくすれば、精度を充分上げることができる。
ここで、ある面積をもった画像を、この補間法を用いて表示する実施例を示す。表示したいオリジナル画像を表示する角度や位置,回転角などを決めると、この画像の各ピクセルに相当する地平座標を求めることができる。それぞれの画素に対して地平座標を求め、この地平座標から上記の方法で画面上座標を求めて、そこにこのピクセルを描画する。これを繰り返せば、ドームスクリーン上の正しい位置に画像が表示されることになる。
An error always occurs in the interpolation calculation. However, if the interpolation algorithm is a curve rather than a straight line, for example, a quadratic or cubic equation, or the interval between the obtained horizontal coordinate and one-screen coordinate correspondence data is made finer, sufficient accuracy is obtained. Can be raised.
Here, an embodiment in which an image having a certain area is displayed using this interpolation method will be described. When the angle, position, rotation angle, etc. for displaying the original image to be displayed are determined, the horizon coordinates corresponding to each pixel of this image can be obtained. The horizontal coordinates are obtained for each pixel, the coordinates on the screen are obtained from the horizontal coordinates by the above method, and the pixels are drawn there. If this is repeated, the image is displayed at the correct position on the dome screen.
続いて補完法について説明する。
上記方法で、方位および高度を一定刻み(方位の刻み値をdazm,角度の刻み値をdalt)で変えながら、地平座標一画面座標対応データを取得して記憶装置39(62)に記憶する。ここである地平座標(azmP,altP) の点を、画面上でどの位置(座標)に表示すべきか求めるものとする。
先に取得した地平座標一画面座標対応データの集合の中で、地平座標において、表示したい値を矩形に囲む近隣の4つの値(基準点)を選び出す。これを以下とする。
点00:(azm0,alt0) (x00,y00)
点01:(azm1,alt0) (x01,y01)
点10:(azm0,alt1) (x10,y10)
点11:(azm1,alt1) (x11,y11)
ここで、点00と点01の高度(=alt0) は等しい。同様に点01と点11の方位角(=azm1)も等しい。
Next, the complement method will be described.
By changing the azimuth and altitude in a constant step (the azimuth step value is dazm and the angle step value is dalt), the horizontal coordinate one-screen coordinate correspondence data is acquired and stored in the storage device 39 (62). It is assumed that the position (coordinates) on which the point of the horizontal coordinates (azmP, altP) should be displayed on the screen is obtained.
In the set of horizon coordinate one-screen coordinate correspondence data acquired previously, four values (reference points) in the horizon coordinate that surround the value to be displayed in a rectangle are selected. This is as follows.
Point 00: (azm0, alt0) (x00, y00)
Point 01: (azm1, alt0) (x01, y01)
Point 10: (azm0, alt1) (x10, y10)
Point 11: (azm1, alt1) (x11, y11)
Here, the altitudes (= alt0) of the points 00 and 01 are equal. Similarly, the azimuth angle (= azm1) of point 01 and
表示したい点(点P)の地平座標とは以下の関係が成り立つものとする。
azm0 ≦ azmP ≦ azm1
alt0 ≦ altP ≦ alt1
ちなみに
azm1 −azm0 = dazm
alt1 −alt0 = dalt
である。
この4つの基準点と、点Pを、地平座標でプロットしたものが図18である。
ここで、点00を基準として、方位刻み値に対する点Pの方位角を点Pの方位相対値とする。
点Pの方位相対値azmr= (azmP-azm0)/dazm
同様に高度についても高度相対値 altr= (altP-alt0)/dalt
と求められる。
It is assumed that the following relationship holds with the horizontal coordinate of the point (point P) to be displayed.
azm0 ≤ azmP ≤ azm1
alt0 ≤ altP ≤ alt1
By the way
azm1 −azm0 = dazm
alt1 −alt0 = dalt
It is.
FIG. 18 is a plot of these four reference points and point P in horizon coordinates.
Here, with the point 00 as a reference, the azimuth angle of the point P with respect to the azimuth increment value is taken as the azimuth relative value of the point P.
Azimuth relative value of point Pazmr = (azmP-azm0) / dazm
Similarly, for altitude, altitude relative value altr = (altP-alt0) / dalt
Is required.
ここで、4つの基準点と、点Pを画面座標でプロットしたのが図19である。
点Pの画面座標は未知であるが、ここで中間点を使って補間する。
点00と点10の間の補間点(xt0,yt0)は、
xt0 = (x10−x00) * altr
yt0 = (y10−y00) * altr
として求められる。
同様に点10と点11の間の補間点(xt1,yt1)は
xt1 = (x11−x01) * altr
yt1 = (y11−y01) * altr
となる。
Here, FIG. 19 is a plot of the four reference points and the point P in screen coordinates.
The screen coordinates of the point P are unknown, but interpolation is performed using the intermediate point here.
The interpolation point (xt0, yt0) between
xt0 = (x10−x00) * altr
yt0 = (y10−y00) * altr
As required.
Similarly, the interpolation point (xt1, yt1) between
xt1 = (x11−x01) * altr
yt1 = (y11−y01) * altr
It becomes.
次に、この補間点同士を補間することで点Pの画面上座標(xP,yP) を求められる。
xP = (xt− xt0) * azmr
yP = (yt1 − yt0) * azmr
この実施例は、補間計算を1次式で行ったもっとも原始的な例であり、地平座標一画面座標対応データの取得間隔が充分小さくないと、補間の精度も落ちてしまうが、実際には2次や3次などの高次式で補間するなどして更に高い精度で補間して算出することができる。
このようにして、充分広い範囲にわたり得られた地平座標一画面座標対応データの集合があれば、任意の方位角,高度に対応する画面座標を取得することができる。
Next, the on-screen coordinates (xP, yP) of the point P can be obtained by interpolating the interpolation points.
xP = (xt− xt0) * azmr
yP = (yt1 − yt0) * azmr
This embodiment is the most primitive example in which the interpolation calculation is performed by a linear expression. If the acquisition interval of the horizontal coordinate one-screen coordinate correspondence data is not sufficiently small, the accuracy of the interpolation is lowered. It can be calculated by interpolating with higher accuracy by interpolating with a high-order expression such as quadratic or cubic.
In this way, if there is a set of horizon coordinate one-screen coordinate correspondence data obtained over a sufficiently wide range, screen coordinates corresponding to an arbitrary azimuth and altitude can be acquired.
ここで、映像の歪(恒星投影機による恒星などの像点に対しビデオプロジェクタの本来投影されるべき位置からの映像のずれ量)を補正する手段を整理して挙げると以下の通りである。
(1)サンプルされた画面−地平座標対応データ(図7または図8の構成による記憶手段に記憶されたデータ)をもとに、補間計算により座標変換するものである。
(2)サンプルされた画面−地平座標対応データをもとに、プロジェクタのパラメータである位置、姿勢角、その他の情報(光学特性、焦点距離など)を算出し、このパラメータにより、地平座標と画面座標の座標変換を行う。
(3)上記2方式を併用する方法((2)の方法で座標変換し、残存誤差を(1)の方法でさらに補正する)で補正する。
Here, the means for correcting the distortion of the image (the amount of deviation of the image from the position that should be projected by the video projector with respect to an image point such as a star by the stellar projector) is summarized as follows.
(1) Coordinate conversion is performed by interpolation calculation based on sampled screen-horizontal coordinate correspondence data (data stored in the storage means having the configuration of FIG. 7 or FIG. 8).
(2) Based on the sampled screen-horizontal coordinate correspondence data, the position, attitude angle, and other information (optical characteristics, focal length, etc.) that are parameters of the projector are calculated. Perform coordinate transformation of coordinates.
(3) Correction is performed by a method using both of the above two methods (coordinate conversion is performed by the method (2) and the remaining error is further corrected by the method (1)).
プラネタリウム施設において恒星投影機とビデオプロジェクタを設置する際の、ビデオプロジェクタの投影する映像の歪み(プロジェクタ画面の投影すべき位置からのずれ)を補間計算や真のビデオプロジェクタの位置および姿勢を求める装置により補正するシステムである。 A device that calculates the position and orientation of the true video projector by interpolating the distortion of the image projected by the video projector (deviation from the position to be projected on the projector screen) when installing a star projector and a video projector in a planetarium facility It is a system which corrects by.
1,42,63 ドームスクリーン
2,17,37 恒星投影機
3,33 ビデオプロジェクタ
4 カーソル
5 点像
6 ビデオプロジェクタの映像a
7 コンピュータ(制御装置)
10,15,16,41 レーザポインタ(基準マーカ投影機)
11 支持枠
12 台座
18,57 カメラ
30 カーソル位置操作装置(マウス)
31 カーソル座標設定装置
32 カーソル表示装置
34,56 カーソル像
35 地平座標設定装置
36 サーボ制御装置
38,61 ポインタ像
39,62 地平座標一画面座標対応データ記憶装置
50 ビデオキャプチャ部
51 画像処理装置
52 差動演算器
53 カーソル座標設定装置
65a〜65n 座標変換装置1〜n
66a〜66n 画面座標誤差算出装置1〜n
67 積算装置
1,42,63
7 Computer (control device)
10, 15, 16, 41 Laser pointer (reference marker projector)
11 Support frame 12 Pedestal 18, 57
DESCRIPTION OF
66a to 66n Screen coordinate
67 Accumulator
Claims (11)
前記ドーム状スクリーンに星空を再現する恒星投影機と、
前記恒星投影機が有する角位置制御により、前記ドーム状スクリーン上に、スクリーン上の座標が既知となるように基準となるマークを表示する基準マーク手段と、
前記プロジェクタから投影される目印となる像と前記基準マークをスクリーン上の複数個所で位置合わせする位置合わせ手段と、
前記位置合わせ手段で一致した目印となる像の投影画面上座標とその基準マークのドーム状スクリーン上の座標を記憶し、スクリーン上座標−画面座標対応データを格納する記憶手段と、
前記スクリーン上座標−画面座標対応データを用いて、各スクリーン上座標に対応するプロジェクタの座標,姿勢角または撮影レンズの焦点距離の座標変換パラメータを算出する座標変換パラメータ算出手段と、
前記座標変換パラメータを用いてスクリーン上座標から投影画面上の座標または投影画面上座標からスクリーン上座標への座標変換を行う座標変換手段と、
を備え、
前記恒星投影機が投影する星空に対応して前記プロジェクタのドーム状スクリーン上へ投影する像を、ドーム状スクリーン上でのずれおよび形状を補正して表示することを特徴とする映像投影システム。 A projector capable of projecting an image output from image generation means such as a computer or a video apparatus onto a dome-shaped screen having a curved surface, and capable of projecting an image as a mark that can be arbitrarily moved on the screen;
A star projector that reproduces the starry sky on the dome-shaped screen;
Reference mark means for displaying a reference mark so that coordinates on the screen are known on the dome-shaped screen by the angular position control of the stellar projector,
Alignment means for aligning the image to be a mark projected from the projector and the reference mark at a plurality of positions on the screen;
Storage means for storing the coordinates on the projection screen of the image to be the mark coincident with the alignment means and the coordinates on the dome-shaped screen of the reference mark, and storing on- screen coordinate -screen coordinate correspondence data;
A coordinate conversion parameter calculation means for calculating a coordinate conversion parameter of a projector coordinate, an attitude angle, or a focal length of a photographing lens corresponding to each on-screen coordinate, using the on-screen coordinate-screen coordinate correspondence data;
Coordinate conversion means for performing coordinate conversion from coordinates on the screen to coordinates on the projection screen or from coordinates on the projection screen to coordinates on the screen using the coordinate conversion parameters;
With
An image projection system for displaying an image projected on the dome-shaped screen of the projector corresponding to the starry sky projected by the stellar projector with correction and displacement on the dome-shaped screen.
前記ドーム状スクリーンに星空を再現する恒星投影機と、
前記恒星投影機が有する角位置制御により、前記ドーム状スクリーン上に、スクリーン上の座標が既知となるように基準となるマークを表示する基準マーク手段と、
前記プロジェクタから投影される目印となる像と前記基準マークをスクリーン上の複数個所で位置合わせする位置合わせ手段と、
前記位置合わせ手段で一致した目印となる像の投影画面上座標とその基準マークのドーム状スクリーン上座標を、複数記憶し、スクリーン上座標−画面座標対応データを格納する記憶手段と、
前記スクリーン上座標−画面座標対応データを用い、任意の位置の近隣付近の複数のスクリーン上座標それぞれに対応する画面座標を求め、該複数の画面座標について補間演算することにより、任意の位置のスクリーン上座標に対応する画面座標を求める補間演算手段と、
を備え、
前記恒星投影機が投影する星空に対応して前記プロジェクタのドーム状スクリーン上へ投影する像を、ドーム状スクリーン上でのずれおよび形状を補正して表示することを特徴とする映像投影システム。 A projector capable of projecting an image output from image generation means such as a computer or a video apparatus onto a dome-shaped screen having a curved surface, and capable of projecting an image as a mark that can be arbitrarily moved on the screen;
A star projector that reproduces the starry sky on the dome-shaped screen;
Reference mark means for displaying a reference mark so that coordinates on the screen are known on the dome-shaped screen by the angular position control of the stellar projector,
Alignment means for aligning the image to be a mark projected from the projector and the reference mark at a plurality of positions on the screen;
Storage means for storing a plurality of coordinates on the projection screen of the image serving as a mark matched by the positioning means and coordinates on the dome-shaped screen of the reference mark, and storing screen-coordinate-screen coordinate correspondence data;
Using the screen coordinate-screen coordinate correspondence data, a screen coordinate corresponding to each of a plurality of screen coordinates in the vicinity of an arbitrary position is obtained, and a screen at an arbitrary position is obtained by performing an interpolation operation on the plurality of screen coordinates. Interpolation calculation means for obtaining screen coordinates corresponding to the upper coordinates;
With
An image projection system for displaying an image projected on the dome-shaped screen of the projector corresponding to the starry sky projected by the stellar projector with correction and displacement on the dome-shaped screen.
前記目印となる像と前記基準マークを撮影するカメラと、
前記カメラの撮影画像より目印となる像と基準マークを抽出し、目印となる像位置と基準マーク位置の差を検出し、前記目印となる像位置を前記基準マーク位置に一致させるように前記プロジェクタから出力される目印となる像位置を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする請求項1または2記載の映像投影システム。 The alignment means includes
A camera for photographing the image serving as the mark and the reference mark;
The projector extracts a mark and a reference mark from a photographed image of the camera, detects a difference between the mark image position and the reference mark position, and matches the image position of the mark with the reference mark position. Control means for controlling the position of the image to be output from
The video projection system according to claim 1, further comprising:
前記目印となる像を投影画面中で手動で移動できる操作装置を有し、
前記操作装置により目印となる像を前記基準マークに合わせることを特徴とする請求項1または2記載の映像投影システム。 The alignment means includes
An operating device capable of manually moving the image serving as the mark in the projection screen;
The video projection system according to claim 1, wherein an image serving as a mark is matched with the reference mark by the operation device.
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