JP7459644B2 - Projection system, projection method, program - Google Patents
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Description
本発明は、投影システム、投影方法、及び、プログラムに関する。 The present invention relates to a projection system, a projection method, and a program.
複数台のプロジェクタから投影して1つの大きな画面を形成するマルチプロジェクションシステムの利用が増えている。マルチプロジェクションシステムでは、複数台のプロジェクタがそれぞれ画像を投影して1つの大きな画像を表示するため、画像間に隙間ができないように、設置者は隣り合うプロジェクタが投影する画像の一部が重なるようにプロジェクタを配置する。 The use of multi-projection systems, which form one large screen by projecting from multiple projectors, is increasing. In a multi-projection system, multiple projectors each project an image to display one large image, so to avoid gaps between the images, installers position the projectors so that the images projected by adjacent projectors overlap in part.
そして、プロジェクタに画像を送信する情報処理装置は各画像の重複部分が目立たなくなるような画像処理を行う(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1には、デジタルカメラにより撮像した基準画像中の特徴点の位置を検出し、その検出された各プロジェクタの4つ以上の特徴点の位置に基づき、各プロジェクタの投影画像を変形し、重複領域を検出してブレンディング処理を施し、複数のプロジェクタからこの変形及びブレンディング処理された画像を互いに重複領域を持たせつつスクリーン上に並べることによって、1つの高解像度な画像を投影する方法が開示されている。
The information processing device that transmits the images to the projector then performs image processing so that the overlapping parts of each image are not noticeable (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来の技術では、重複領域の黒つぶれを抑制しながら明るさを抑制することが困難であるという問題があった。すなわち、複数の画像が重なる重複部分は非重複領域よりも明るさが増してしまうため、輝度調整(ブレンディング)により輝度を落とす処理が行われる。比較的明るい画像では輝度調整が有効であるが、暗い画像に関しては単に輝度調整すると黒つぶれを起こしやすくなる。このため、ある程度以下には輝度を落とすことができない。この結果、重複領域が非重複領域よりも不自然に明るくなってしまう場合があった。 However, the conventional technology has a problem in that it is difficult to suppress brightness while suppressing blackout in the overlapping area. That is, since the overlapping area where multiple images overlap has a higher brightness than the non-overlapping area, processing is performed to reduce the brightness by brightness adjustment (blending). Brightness adjustment is effective for relatively bright images, but for dark images, simply adjusting the brightness tends to cause blackouts. Therefore, the brightness cannot be lowered below a certain level. As a result, the overlapping area may become unnaturally brighter than the non-overlapping area.
本発明は、上記課題に鑑み、重複領域の黒つぶれを抑制しながら明るさを抑制することができる投影システムを提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide a projection system that can suppress brightness while suppressing crushed black in overlapping areas.
上記課題に鑑み、本発明は、複数の投影装置に情報処理装置がそれぞれ画像データを送信し、前記複数の投影装置がそれぞれ画像を投影体に投影する投影システムであって、前記情報処理装置は、前記投影体に投影された画像の撮像画像から、隣り合った前記画像の重複領域を検出する重複領域検出部と、前記重複領域検出部が検出した前記重複領域の画像の階調を0~255のフルレンジに変更し、非重複領域の画像の階調を16~235のリミテッドレンジに変更する階調変更部と、前記階調変更部が階調を変更した画像の前記重複領域の輝度を低減する輝度調整部と、前記輝度調整部が前記重複領域の輝度を低減した画像データを複数の投影装置に送信する投影画像出力部と、を有し、前記複数の投影装置は前記投影画像出力部が送信した画像データを受信して、それぞれが画像を投影することを特徴とする。
In view of the above problems, the present invention provides a projection system in which an information processing device transmits image data to a plurality of projection devices, and the plurality of projection devices each project an image onto a projection body, the information processing device having an overlapping area detection unit that detects an overlapping area of adjacent images from a captured image of the images projected onto the projection body, a gradation modification unit that changes the gradation of the image of the overlapping area detected by the overlapping area detection unit to a full range of 0 to 255 and changes the gradation of the image of the non-overlapping area to a limited range of 16 to 235 , a brightness adjustment unit that reduces the luminance of the overlapping area of the image whose gradation has been modified by the gradation modification unit, and a projection image output unit that transmits to the plurality of projection devices the image data in which the luminance of the overlapping area has been reduced by the luminance adjustment unit, and the plurality of projection devices receive the image data transmitted by the projection image output unit and each project an image.
重複領域の黒つぶれを抑制しながら明るさを抑制することができる投影システムを提供することができる。 It is possible to provide a projection system that can suppress brightness while suppressing blackout in overlapping areas.
以下、本発明を実施するための形態の一例として、情報処理装置と情報処理装置が行う投影方法について説明する。 Below, an information processing device and a projection method performed by the information processing device will be described as an example of a form for implementing the present invention.
<処理の概略>
まず、図1を用いて情報処理装置が行う処理の概略を説明する。図1は情報処理装置が行う画像処理を模式的に示す図である。図1では情報処理装置と3台のプロジェクタ(投影装置の一例)150a~150cが接続されている。
<Processing Overview>
First, an overview of the processing performed by the information processing device will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a diagram showing a schematic diagram of image processing performed by the information processing device. In Fig. 1, the information processing device is connected to three projectors (examples of projection devices) 150a to 150c.
情報処理装置110は3つの画像をそれぞれ各プロジェクタに送信する。3つの画像は重複領域を有するように予め用意されていてもよいし、情報処理装置110が1つの画像を3つに分割してもよい。分割の際、情報処理装置110は分割後の各画像の端部を予め決まった幅だけ重複させて分割する。このようにして分割され投影される画像を投影画像という。後述するように、3つのプロジェクタ150a~150cが個別に投影画像を投影した状態で、3つの投影画像を1つの撮像装置で撮像する。撮像された画像から情報処理装置110が重複領域を検出する。したがって、各投影画像の重複領域が明らかになる。
本実施形態の情報処理装置110は投影画像の重複領域の諧調を非重複領域よりも広くすることが特徴の1つとなっている。例えば、投影画像の非重複領域のRGBレンジをリミテッドレンジ(例:16~235)とし、重複領域はフルレンジ(0~255)とする。
One of the features of the
各プロジェクタ150a~150cは、RGBレンジをフルレンジとして投影する。プロジェクタ150aには通常、入力信号がリミテッドレンジかフルレンジかをユーザが設定する項目を有している。本実施形態ではフルレンジに設定される。
Each of the
このような重複領域の画像処理により、リミテッドレンジに変換された非重複領域の黒レベルは少し持ち上げられ(最低でも16なので明るくなる)、フルレンジとなっている重複領域は非重複領域より暗く投影されることになる(最低では0の値をとれる)。 Through this image processing of overlapping areas, the black level of non-overlapping areas converted to limited range is slightly raised (at least 16, so it becomes brighter), and overlapping areas that are full range are projected darker than non-overlapping areas. (The minimum value can be 0).
なお、重複領域が非重複領域の明るさと同等となるように情報処理装置110がRGBレンジの値を決定するので、画像の重ね合わせにより重複領域が明るくなることは抑制される。
Note that since the
したがって、情報処理装置110は重複領域を暗く表示することができる。重複領域が暗くなるように補正されたわけではないので、黒つぶれしにくくなっている。
Therefore, the
<用語について>
重複領域とは複数の画像が重なっている領域である。重なっている領域のみを検出することが好ましいが、重なっていない領域が一部に含まれてもよい。すなわち、一部でも重なっている領域があればよい。
<Terminology>
An overlapping region is a region where multiple images overlap. It is preferable to detect only overlapping regions, but non-overlapping regions may also be included. In other words, it is sufficient if there is at least a partial overlapping region.
画像の階調とは色の濃さや明るさを何段階で表現することができるかを表す数である。RGBの各色ごとに何ビットと表現される。本実施形態では元の画像の階調が256階調であるとして説明するが、これ未満でもより多くてもよい。
<全体構成>
図2は、本実施形態による投影システム100の全体構成を示す概略図である。図2に示す投影システム100は、システムの全体制御を行う情報処理装置110と、複数のプロジェクタ150と、カメラ160とを有している。なお、説明する実施形態では、投影システム100は、3台のプロジェクタ150a~150cの投影像を投影面上で合成し、単一のプロジェクタよりも大きな領域に画像を投影する、いわゆる大画面のマルチ・プロジェクションに対応した構成とされている。
The gradation of an image is a number that indicates how many levels of color density and brightness can be expressed. Each color of RGB is expressed by how many bits. In this embodiment, the gradation of the original image is described as having 256 gradations, but it may be less than this or more than this.
<Overall composition>
Fig. 2 is a schematic diagram showing the overall configuration of the
情報処理装置110は、典型的には、パーソナル・コンピュータ、ワークステーションなどの汎用コンピュータとして構成される。なお、情報処理装置110は、汎用コンピュータに限定されるものではなく、専用コントローラとして実装されてもよいし、いずれかのプロジェクタ150に組み込まれてもよい。
プロジェクタ150は、それぞれ、液晶方式、CRT(Cathode Ray Tube)方式、DLP(Digital Light Processing)方式、又は、LCOS( Liquid Crystal On Silicon)方式などを採用する投影装置である。
The
カメラ160は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)やCCD( Charge Coupled Device)などのイメージセンサと、イメージセンサの受光領域上に結像するためレンズなどの結像光学系とを含む撮像装置である。カメラ160は、WEBカメラ、デジタル・スチル・カメラ、デジタル・ビデオ・カメラなどの専用デバイスとして構成されてもよいし、あるいは、スマートフォン端末やタブレット端末などの汎用デバイスに組み込まれたデバイスとして構成されてもよい。
本投影システム100には、投影面を提供するスクリーン102が設置されている。プロジェクタ150は、それぞれ、プロジェクタ間で投影中心の位置をずらしながらスクリーン102上に投影するように設置されている。情報処理装置110は、複数のプロジェクタ150a~150cに投影させる複数の投影画像を生成し、対応するプロジェクタ150各々に投影画像各々を出力する。プロジェクタ150は、それぞれ、情報処理装置110から本プロジェクタ150に入力される投影画像を、投影体であるスクリーン102上に投影する。スクリーン102上には、図2に示すように、複数のプロジェクタ150a~150c各々からの複数の投影像104a~104cが投影されている。複数のプロジェクタ150a~150cからの複数の投影像104a~104cは、投影面上で重なり合わせられて、単一の投影像106に合成される。
The
投影システム100は、投影モード中、上述したように複数のプロジェクタ150a~150cを用いて単一の投影像106を投影するが、上述した投影モード前に、通常、校正処理が行われる。図2に示すカメラ160は、この校正処理の際に用いられる。情報処理装置110は、校正モード中、複数のプロジェクタ150それぞれに校正用画像を出力し、スクリーン102上に校正用投影像を投影させる。そして、所定のプロジェクタ150により投影されるスクリーン102上の投影像104がカメラ160の画角内に入るように、カメラ視点及び視野が設定され、カメラ160により校正のため複数回の撮像が行われることになる。
During the projection mode, the
カメラ160で撮像された撮像画像(以下、校正用投影像が写り込んだ撮像画像を校正用撮像画像と参照する。)は、それぞれ、無線LAN( Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、ワイヤレスUSB(Universal Serial Bus)などの無線接続、又は有線USBや有線LANなどの有線接続を介して、情報処理装置110へ送信される。あるいは、カメラ160で撮像された校正用撮像画像は、SDカード(登録商標)やコンパクトフラッシュ(登録商標)などのリムーバブル・メディアを介して、情報処理装置110で読み取られる。
The captured image captured by the camera 160 (hereinafter, the captured image in which the projection image for calibration is reflected is referred to as the captured image for calibration) is connected to wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), wireless The information is transmitted to the
情報処理装置110は、入力された複数の校正用撮像画像を用いて、複数のプロジェクタ150a~150cの投影像各々の位置合わせ、スケール合わせ、歪み補正、及び重複領域の輝度調整などを行うための各種補正係数を計算する。情報処理装置110は、投影モード中、計算された各種補正係数に基づき、プロジェクタ150a~150c各々に投影させるための補正された投影画像を生成する。
The
<ハードウェア構成>
<<プロジェクタ>>
図3は、プロジェクタのハードウェア構成図である。図3に示すように、プロジェクタ150は、CPU(Central Processing Unit)801、ROM(Read Only Memory)802、RAM(Random Access Memory)803、メディアI/F(Interface)807、操作部808、電源スイッチ809、バスライン810、ネットワークI/F811、LED(Light Emitting Diode)駆動回路814、LED光源815、投写デバイス816、投写レンズ817、外部機器接続I/F(Interface)818、ファン駆動回路819、冷却ファン820を備えている。
<Hardware configuration>
<<Projector>>
FIG. 3 is a hardware configuration diagram of the projector. As shown in FIG. 3, the
これらのうち、CPU801は、プロジェクタ全体の動作を制御する。ROM802は、CPU801の駆動に用いられるプログラムを記憶する。RAM803は、CPU801のワークエリアとして使用される。メディアI/F807は、フラッシュメモリ等の記録メディア806に対するデータの読み出し又は書き込み(記憶)を制御する。
Among these, the
操作部808は、種々のキー、ボタン及びLED等が配設されており、ユーザによるプロジェクタ150の電源のON/OFF以外の各種操作を行うために使用される。例えば、操作部808は、投写画像の大きさの調整操作、色調の調整操作、ピント調整操作、キーストン調整操作等の指示操作を受け付けて、受け付けた操作内容をCPU801に出力する。
The
電源スイッチ809は、プロジェクタ150の電源のON/OFFを切り換えるためのスイッチである。バスライン810は、図3に示されているCPU801等の各構成要素を電気的に接続するためのアドレスバスやデータバス等である。
The
ネットワークI/F811は、インターネット等の通信ネットワークを利用してデータ通信をするためのインターフェースである。LED駆動回路814は、CPU801の制御下で、LED光源815の点灯及び消灯を制御する。
The network I/
LED光源815は、LED駆動回路814の制御によって点灯されると、投写光を投写デバイス816に照射する。投写デバイス816は、外部機器接続I/F818等を介して与えられた画像データに基づいて、空間光変調方式によりLED光源815からの投写光を変調して得た変調光を、投写レンズ817を通して、スクリーンの投写面へ画像として投写する。投写デバイス816としては、例えば、液晶パネル又はDMD(Digital Micromirror Device)等が用いられている。上記LED駆動回路814、LED光源815、投写デバイス816及び投写レンズ817は、全体として、画像データに基づいて投写面に投写画像を投写する投写部(投写手段)として機能している。
When the LED
外部機器接続I/F818は、直接、PC(Personal Computer)が接続され、PCとの間で、制御信号や画像データを取得する。
The external device connection I/
ファン駆動回路819は、CPU801及び冷却ファン820に接続されており、CPU801からの制御信号に基づいて、冷却ファン820の駆動/駆動停止を行う。
The
冷却ファン820は、回転することで、プロジェクタ150内部の空気を排気して、プロジェクタ150内部を冷却する。
By rotating, the cooling fan 820 exhausts the air inside the
また、CPU801は、電源電力が供給されると、ROM802に予め記憶されている制御プログラムにしたがって起動し、LED駆動回路814に制御信号を与えてLED光源815を点灯させるとともに、ファン駆動回路819に制御信号を与えて冷却ファン820を所定の定格回転数で回転させる。また、プロジェクタ150は、電源回路21からの電源電力の供給が開始されると、投写デバイス816が画像表示可能状態になり、更に、他の種々の構成要素へ電源回路21から電力が供給される。
When power is supplied to the
また、プロジェクタ150は、電源スイッチ809がOFF操作されると、電源スイッチ809から電源OFF信号がCPU801に送られ、CPU801は、電源OFF信号を検知すると、LED駆動回路814へ制御信号を与えてLED光源815を消灯させる。CPU801は、その後、所定時間が経過すると、ファン駆動回路819へ制御信号を与えて冷却ファン820を停止させるとともに、自身で自身の制御処理を終了させ、最後に電源回路21へ指示を与えて電源電力の供給を停止させる。
Further, in the
<<情報処理装置>>
図4は、情報処理装置110のハードウェア構成図である。図4に示されているように、情報処理装置110は、コンピュータによって構築されており、CPU501、ROM502、RAM503、HD504、HDD(Hard Disk Drive)コントローラ505、ディスプレイ506、外部機器接続I/F(Interface)508、ネットワークI/F509、バスライン510、キーボード511、ポインティングデバイス512、DVD-RW(Digital Versatile Disk Rewritable)ドライブ514、メディアI/F516を備えている。
<<Information processing device>>
Fig. 4 is a hardware configuration diagram of the
これらのうち、CPU501は、情報処理装置全体の動作を制御する。ROM502は、IPL等のCPU501の駆動に用いられるプログラムを記憶する。RAM503は、CPU501のワークエリアとして使用される。HD504は、プログラム等の各種データを記憶する。HDDコントローラ505は、CPU501の制御にしたがってHD504に対する各種データの読み出し又は書き込みを制御する。ディスプレイ506は、カーソル、メニュー、ウィンドウ、文字、又は画像などの各種情報を表示する。外部機器接続I/F508は、各種の外部機器を接続するためのインターフェースである。この場合の外部機器は、例えば、USB(Universal Serial Bus)メモリやプリンタ等である。ネットワークI/F509は、通信ネットワークを利用してデータ通信をするためのインターフェースである。バスライン510は、図4に示されているCPU501等の各構成要素を電気的に接続するためのアドレスバスやデータバス等である。
Of these, the
また、キーボード511は、文字、数値、各種指示などの入力のための複数のキーを備えた入力手段の一種である。ポインティングデバイス512は、各種指示の選択や実行、処理対象の選択、カーソルの移動などを行う入力手段の一種である。DVD-RWドライブ514は、着脱可能な記録媒体の一例としてのDVD-RW513に対する各種データの読み出し又は書き込みを制御する。なお、DVD-RWに限らず、DVD-R等であってもよい。メディアI/F516は、フラッシュメモリ等の記録メディア515に対するデータの読み出し又は書き込み(記憶)を制御する。
The
<補正の概要>
以下、図5~図8を参照しながら、各種補正係数の計算処理及び補正係数に基づく補正処理の概要について説明する。
<Summary of amendment>
Hereinafter, an overview of the calculation process of various correction coefficients and the correction process based on the correction coefficients will be described with reference to FIGS.
<<全体機能構成>>
図5は、本実施形態による投影システム100の機能ブロック図である。図5に示す投影システム100は、情報処理装置110上で動作する複数の機能ブロックを含む。情報処理装置110は、コンテンツ格納部112と、プロジェクタ毎の補正処理部114a~114cと、プロジェクタ毎の投影画像出力部116a~116cと、プロジェクタ毎の切替部122a~122cとを含み構成される。情報処理装置110は、更に、校正用画像格納部118と、校正用シーン選択部120と、校正用撮像画像入力部124と、補正係数算出部130とを有する。
<<Overall functional configuration>>
Fig. 5 is a functional block diagram of the
コンテンツ格納部112は、単一の投影像106として投影する対象であるコンテンツ画像のファイルを格納する。コンテンツ格納部112は、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、着脱可能なリムーバブル・メディアの記憶領域として構成される。なお、投影対象となるコンテンツ画像は、ワードプロセッサやプレゼンテーションなどのアプリケーションでファイルを実行した場合の表示画面として与えられてもよいし、静止画像として与えられてもよいし、動画ファイル中の任意のタイミングのフレームとして与えられてもよい。また、コンテンツ画像は、ファイルとして与えられる必要はなく、情報処理装置110がオペレーティング・システムの実行により生成する画面、情報処理装置110に外部入力される映像として与えられてもよい。以下、説明の便宜上、静止画像としてコンテンツ画像が与えられた場合を一例に説明する。
The
補正処理部114a~114cは、投影システム100に含まれるプロジェクタ150a~150cに対応して設けられている。補正処理部114は、それぞれ、コンテンツ格納部112からコンテンツ画像を読み出し、補正処理を施し、対応するプロジェクタ用の投影画像を生成する。なお、補正処理部114a~114cそれぞれが実行する処理については詳細を後述する。
投影画像出力部116a~116cは、投影システム100に含まれるプロジェクタ150a~150cに対応して設けられている。投影画像出力部116は、それぞれ、対応するプロジェクタ150に接続されるディスプレイ出力を含み、接続されるプロジェクタに対し、切替部122で選択された入力画像を映像出力する。
Projection
切替部122a~122cは、投影システム100の動作モードに応じて、画像のフローを切り替える。コンテンツ画像を投影する投影モード中は、切替部122は、補正処理部114の出力に入力側を切り替える。これに伴い、投影画像出力部116は、投影モード中は、それぞれ、対応する補正処理部114によるコンテンツ画像に基づく処理結果を映像出力する。一方、校正モード中は、切替部122は、後述する校正用シーン選択部120の出力に入力側を切り替える。これに伴い、投影画像出力部116は、校正モード中は、それぞれ、校正用シーン選択部120で選択して出力された校正用画像を映像出力する。
The switching
校正用画像格納部118は、校正モード中にプロジェクタ150から投影させるための校正用画像を格納する。校正用画像格納部118は、HDD、SSD、着脱可能なリムーバブル・メディアの記憶領域として構成される。校正用画像は、典型的には、事前に準備された静止画像として与えられる。
The calibration
ここで、校正用画像は、投影像の格子点を規定する格子パターン及び投影像の位置合わせ点を規定する位置合わせパターンの両方又は一方を含むものである。図6は、本実施形態による投影システム100で用いられる2種類の校正用画像を例示する図である。図6(A)は、位置合わせパターン202及び格子パターン206の両方を含む第1校正用画像200を例示する。図6(B)は、位置合わせパターン212のみを含む第2校正用画像210を例示する。
Here, the calibration image includes both or one of a lattice pattern that defines the lattice points of the projected image and an alignment pattern that defines the alignment points of the projected image. FIG. 6 is a diagram illustrating two types of calibration images used in the
格子パターン206は、プロジェクタ・メモリ上の座標を規定するものであり、任意の図形要素が所定の規則で配置されてなす模様として構成される。スクリーン102上に投影された格子パターン206を撮像することにより、投影像の台形歪みや局所的な歪みを検出することができる。図6(A)に例示する第1校正用画像200では、格子パターン206は、プロジェクタ150の全投影領域を横に10ブロック、縦に7ブロックに分割
し、そのうちの中央の8×5ブロックに黒地上に白ベタの円204を格子状に並べたものが用いられている。
The
しかしながら、格子パターン206は、特に限定されるものではなく、図6(A)のような背景に対してコントラストを有する円形状を2次元に配列した水玉模様のほか、背景に対してコントラストを有するドットを2次元に配列したドット模様、互いにコントラストを有する2色の正方形マスが水平及び垂直方向に交互に配列された市松模様、背景に対してコントラストを有するラインを2次元に配列した格子模様など、種々の模様を用いることがきる。プロジェクタ150の全投影領域の分割方法も上述した態様に限定されるものではなく、要求される精度や情報処理装置110の性能に応じて、領域の分割数や領域の分割方法を決定すればよい。
However, the
位置合わせパターン202,212は、撮像画像間での投影像の基準位置(位置合わせ点)を規定するものであり、複数の任意の図形要素が所定の位置に配置されてなす模様として構成される。スクリーン102上に投影された共通の位置合わせパターン202,212を収めて複数回撮像することにより、複数の撮像画像間で、位置合わせを行うことができる。
The alignment patterns 202, 212 define the reference positions (alignment points) of the projected images between the captured images, and are configured as a pattern of multiple arbitrary graphic elements arranged at predetermined positions. By capturing the common alignment patterns 202, 212 projected onto the
位置合わせパターン及び格子パターンの両方を含む第1校正用画像200においては、位置合わせパターン202は、好適には、図6(A)に示すように、格子パターン206が配置された領域の周辺の位置に配置することができる。位置合わせパターンのみを含む第2校正用画像210においても、図6(B)に示すように、図6(A)に示した校正用画像と同じ位置(格子パターンが含まれるとしたら配置される領域の周辺の位置)に位置合わせパターン212が配置される。
In the
図6(A)に例示する第1校正用画像200では、位置合わせパターン202は、プロジェクタ150の全投影画像領域の10×7ブロックの外周の四隅に矩形マーカ202LT,202RT,202LB,202RBを配置したものを用いている。図6(B)に例示する第2校正用画像でも同様に、位置合わせパターン212は、10×7ブロックの外周の四隅に矩形マーカ212LT,212RT,212LB,212RBを配置したものを用いている。
In the
しかしながら、位置合わせパターン202,212は、特に限定されるものではない。位置合わせパターン202,212のマーカの形状は、円形など任意の図形要素としてよいし、マーカの数も、少なくとも4点あればよい。なお、位置合わせのためのマーカ数を多くすることにより、位置合わせ精度を向上させることができる。 However, the alignment patterns 202 and 212 are not particularly limited. The shape of the markers of the alignment patterns 202 and 212 may be any graphic element such as a circle, and the number of markers may be at least four. Note that alignment accuracy can be improved by increasing the number of markers for alignment.
ここで、再び図5を参照する。本実施形態による校正処理では、複数回に分けて、プロジェクタ150の投影像の幾何歪みを検出するための格子パターンの撮像が行われ、位置合わせパターンにより複数の撮像の結果が統合される。校正用シーン選択部120は、上述した校正用画像格納部118から各校正用画像を読み出し、複数のプロジェクタ150a~150c各々に対し、適切な校正用画像を選択して出力する。ここで、校正用シーン選択部120は、複数のプロジェクタ150の投影像の位置関係を把握しており、校正用画像は、全体として過不足なく各プロジェクタ150の校正結果が得られるように、校正処理の各段階に応じて選択される。少なくとも1つのプロジェクタ150で投影させる校正用画像を含む各校正処理の段階におけるシーンを、校正用投影シーンと参照する。
Now, let us refer to FIG. 5 again. In the calibration process according to this embodiment, the grid pattern is captured multiple times to detect the geometric distortion of the projected image of the
校正用シーン選択部120により、プロジェクタ150各々から、校正用投影シーンに応じた校正用画像が投影されることになる。このとき、ユーザは、カメラ160を用いて、校正用投影シーン毎に、投影された校正用投影像が画角に収まるようにして撮像を行う。校正用撮像画像入力部124は、カメラ160からの無線接続、有線接続、リムーバブル・メディアを介して各撮像画像の入力を受けて、校正処理のために複数の校正用撮像画像を準備する。なお、少なくとも1つの校正用投影シーンにおいては、ユーザは、スクリーンに対して正対して撮像することが求められ、典型的には、1回目の撮像が水準器などを用いてスクリーンに対して正対して行われる。この場合、2回目以降の撮像は、スクリーンに対して正対して行う必要はない。このスクリーン102に正対して撮像された校正用撮像画像を基準にして結果の統合が行われる。
The calibration
図2に示すような3台のプロジェクタ150a~150cを用いる実施形態においては、図7及び図8に示す2つの態様で校正用投影シーンを構成し、校正用撮像画像を撮像することができる。図7は、第1の態様において、校正用シーン選択部120が順次選択する校正用投影シーン及びその撮像方法を説明する図である。図8は、第2の態様において、校正用シーン選択部120が順次選択する校正用投影シーン及びその撮像方法を説明する図である。
In an embodiment using three
第1の態様では、図7に示すように、3回の撮像に対応した3個の校正用投影シーンが準備される。第1の校正用投影シーンでは、第1プロジェクタ150aが図6(A)に示す第1校正用画像200を投影し、第2プロジェクタ150bが図6(B)に示す第2校正用画像210を投影する。第3プロジェクタ150cは何も投影しない。この第1の校正用投影シーンにおいては、カメラ160を用いて、第1プロジェクタ150a及び第2プロジェクタ150bの投影像230a,230bが視野に収まるように撮像が行われる。
In the first mode, as shown in FIG. 7, three calibration projection scenes corresponding to three imaging operations are prepared. In the first calibration projection scene, the
第2の校正用投影シーンでは、第1プロジェクタ150aが何も投影せず、第2プロジェクタ150bが図6(A)に示す第1校正用画像200を投影し、第3プロジェクタ150cが図6(B)に示す第2校正用画像210を投影する。第2の校正用投影シーンにおいては、カメラ160を用いて、第2プロジェクタ150b及び第3プロジェクタ150cの投影像232b,232cが視野に収まるように撮像が行われる。最後の第3の校正用投影シーンでは、第3プロジェクタ150cが図6(A)に示す第1校正用画像200を投影する。第1プロジェクタ150a及び第2プロジェクタ150bは何も投影しない。この第3の校正用投影シーンにおいては、第3プロジェクタ150cの投影像234cが視野に収まるように撮像が行われる。
In the second calibration projection scene, the
なお、図7では、投影像を水平方向に3つ並べる3台のプロジェクタ150a~150cに対応して3個の校正用投影シーンが準備されている。しかしながら、N(N ≧ 2 )台のプロジェクタ150に対して一般化すると、下記のようにN個の校正用投影シーンを構成すればよいことになる。すなわち、第n( 1 ≦ n ≦ N - 1 。)番目の校正用投影シーンは、投影像の配列において、隣接するプロジェクタのうちの一方(n台目)が図6(A)に示すような位置合わせパターン(1台目は位置合わせパターンを必ずしも投影することを要さない。)及び少なくとも格子パターンを含む校正用画像を投影し、かつ、他方(n+1台目)が図6(B)に示すような位置合わせパターンのみを含む校正用画像を投影するように準備される。最後となる第N番目の校正用投影シーンは、最後のプロジェクタ(N台目)が図6(A)に示すような格子パターン及び位置合わせパターンの両方を含む校正用画像を投影するように準備される。2つの校正用撮像画像において、共通するプロジェクタ150が投影する位置合わせパターンを用いて、結果の統合が行われる。
Note that in FIG. 7, three projection scenes for calibration are prepared corresponding to three
上述した第1の態様では、カメラ160が一度の撮像で収める範囲が最大でも2台分の投影範囲となるので、台数Nが増大したとしても、スクリーン102に対する奥行きの制約が緩和されるので、ひいては多様なスクリーンの並べ方に対応することができる。なお、投影像を垂直方向に並べる場合についても、投影像を2次元で一筆書きに並べる場合についても、同様である。
In the first aspect described above, the range that the
第2の態様では、図8に示すように、2回の撮像に対応した2個の校正用投影シーンが準備される。第1の校正用投影シーンでは、第1プロジェクタ150a及び第3プロジェクタ150cが図6(A)に示す第1校正用画像200を投影し、第2プロジェクタ150bが図6(B)に示す位置合わせパターンのみの第2校正用画像210を投影する。
第2の校正用投影シーンでは、第2プロジェクタ150bが図6(A)に示す第1校正用画像200を投影する。第1プロジェクタ150a及び第3プロジェクタ150cは何も投影しない。第1の校正用投影シーンにおいては、第1プロジェクタ150a~第3プロジェクタ150cの投影像240a~240cが、第2の校正用投影シーンにおいては、第2プロジェクタ150bの投影像242bが、視野に収まるようにそれぞれカメラ160で撮像される。
In the second mode, two calibration projection scenes corresponding to two imaging operations are prepared as shown in Fig. 8. In the first calibration projection scene, the
In the second calibration projection scene, the
なお、図8では、投影像を水平方向に3つ並べる3台のプロジェクタ150a~150cに対応して2個の校正用投影シーンが準備されている。N( N ≧ 3 )台のプロジェクタ150に対し一般化すると、下記のように2個の校正用投影シーンを構成すればよいことになる。すなわち、第1の校正用投影シーンでは、投影像の配列において、複数のプロジェクタ150のうちの交互に選択された第1のグループのもの(例えば奇数台目)が少なくとも格子パターンを含む第1校正用画像を投影するように構成される。第2の校正用投影シーンでは、投影像の配列において、上記第1のグループのものにそれぞれ隣接する第2のグループのもの(例えば偶数台目)が格子パターンを投影するように構成される。更に、上記第1の校正用投影シーン及び第2の校正用投影シーンは、少なくとも1つの共通するプロジェクタが位置合わせパターンを投影するように構成される。
Note that in FIG. 8, two calibration projection scenes are prepared corresponding to three
より好ましくは、第2のグループのもの(例えば偶数台目)が、第1の校正用投影シーンにおいて、位置合わせパターンのみを含む第2校正用画像を投影するように構成され、第2の校正用投影シーンにおいて、格子パターン及び位置合わせパターンの両方を含む第1校正用画像を投影するように構成することができる。 More preferably, the second group (e.g., the even-numbered units) can be configured to project a second calibration image including only an alignment pattern in the first calibration projection scene, and to project a first calibration image including both a grid pattern and an alignment pattern in the second calibration projection scene.
上述した第2の態様では、カメラ160が一度の撮像で収める範囲が広くなるものの、撮像回数が2回で済むことになる。このため、スクリーン102に対する奥行きの制約上の問題が回避できる場合には、校正作業が簡素化される。なお、投影像を垂直方向に並べる場合についても同様である。また、上述した説明では、第1及び第2のグループに対して1回ずつ全体の撮像を行うものとして説明した。しかしながら、他の実施形態では、必要な画角を小さくするために、第1及び第2のグループそれぞれを複数回に分けて分割撮像し、グループ内で共通する位置合わせパターンを介して統合する態様としてもかまわない。
In the second aspect described above, although the range that the
ここで、再び図5を参照する。補正係数算出部130は、校正用撮像画像入力部124により準備された複数の校正用撮像画像を読み出し、補正処理部114a~114bに対し設定する各種補正係数を計算する。ここでは、各校正用撮像画像と、上述した校正用シーンとは、対応付けられて校正用撮像画像入力部124に与えられているものとする。補正係数算出部130は、より詳細には、特徴点抽出部132と、格子点変換部134と、幾何学的な補正係数を計算する幾何補正係数計算部136と、投影像のブレンディングの補正係数を算出する輝度調整部138と、階調変更部139と、重複領域検出部140とを含む。
Referring now to FIG. 5 again. The correction
特徴点抽出部132は、準備された複数の校正用撮像画像各々から特徴点を抽出する。ここで抽出される特徴点は、校正用画像の格子パターンに対応する、投影像の歪みを示す格子点と、校正用画像の位置合わせパターンに対応する、校正用撮像装置間の位置合わせの基準となる位置合わせ点とを含みうる。
The feature
特徴点抽出部132により抽出されたプロジェクタ毎の格子点及び撮像画像毎の位置合わせ点は、格子点変換部134へ渡される。格子点変換部134は、上記特徴点抽出部132により複数の校正用撮像画像から抽出されたプロジェクタ150各々の投影像の格子点(この段階では格子点は各々の校正用撮像画像の座標系上の点である。)を、校正用撮像画像間で共通する位置合わせ点に基づいて、共通座標系上に変換し、統合する。共通座標系としては、説明する実施形態では、スクリーン102に正対して撮像された第1の校正用撮像画像の座標系である。
The lattice points for each projector and the alignment points for each captured image extracted by the feature
格子点変換部134により共通座標系上に変換されたプロジェクタ毎の格子点は、幾何補正係数計算部136へ渡される。幾何補正係数計算部136は、共通座標系上の格子点に基づいて、上記複数のプロジェクタ150各々から投影する投影画像を与えるプロジェクタ毎の幾何補正係数を計算する。幾何補正係数は、位置合わせ、スケール合わせ、歪み補正などの幾何学的な補正を織り込んだ補正係数である。
The lattice points for each projector transformed onto the common coordinate system by the lattice
重複領域検出部140は、複数のプロジェクタ150各々に対し、注目するプロジェクタ(例えば150a)の投影像と、この注目するプロジェクタに隣接するプロジェクタ各々(例えば150b)の投影像との間の重複領域を検出する。輝度調整部138は、重複領域の検出結果に基づき、これらの投影像の重ね合わせを調整するブレンディング係数を計算する。ブレンディング係数が1未満なら重複領域の輝度を低減する効果がある。このプロジェクタ毎のブレンディング係数により、スクリーン102上における複数のプロジェクタ150の投影像が重なる部分において、画像が滑らかに合成される。
The overlapping
補正処理部114は、それぞれ、幾何補正係数計算部136及び輝度調整部138によって計算された各種補正係数に基づき、コンテンツ画像からプロジェクタ毎の投影画像を生成する。より具体的には、補正処理部114は、まず、幾何補正係数計算部136によって計算された幾何補正係数に基づき、コンテンツ画像から、プロジェクタ毎の中間画像を生成する。中間画像は、コンテンツ画像のプロジェクタが担当する画像を、検出された幾何歪みの逆に変形させたものとなる。補正処理部114は、続いて、上記中間画像に対し、上記輝度調整部138によって計算されたブレンディング係数を乗じて、プロジェクタ毎の最終的な投影画像を算出する。投影モード中、切替部122によって、補正処理部114により計算された投影画像が選択され、プロジェクタ150に出力されることになる。
The correction processing unit 114 generates a projection image for each projector from the content image based on various correction coefficients calculated by the geometric correction
なお、本実施形態の処理は、単一の情報処理装置110により実現されるものとして説明したが、投影システム100の実施形態は、図5に示すものに限定されるものではない。他の実施形態では、台数の増加に伴う情報処理装置110の負荷を軽減するため、補正処理部114a~114c各々をプロジェクタ150a~150c各々上で実現してもよい。他の実施形態では、本実施形態で説明した処理を複数の情報処理装置110が分散して実行してもよいし、情報処理装置110が有する機能をいずれかのプロジェクタ150上で実装してもよいし、図5に示した情報処理装置110が有する機能と、複数のプロジェクタの機能とを備える単一の装置として構成してもよい。更に、他の実施形態では、補正係数算出部130の機能をサービスとしてネットワークを介して提供するサーバとして実装してもよい。
The processing of this embodiment has been described as being realized by a single
<全体処理フロー>
以下、図9を参照しながら、各種補正係数の計算処理及び補正係数に基づく補正処理の全体的な流れについて説明する。図9は、本実施形態による各種補正係数の計算処理及び補正係数に基づく補正処理の全体的な処理の流れを示すフローチャートである。図9に示す処理は、ユーザからの校正処理開始の指示に応答して、ステップS100から開始される。なお、図9には、ステップS101~ステップS104で示す第1の態様と、ステップS105~ステップS108で示す第2の態様との両方がまとめて示されていることに留意されたい。
<Overall processing flow>
Hereinafter, with reference to FIG. 9, the overall flow of calculation processing of various correction coefficients and correction processing based on the correction coefficients will be described. FIG. 9 is a flowchart showing the overall processing flow of calculation processing of various correction coefficients and correction processing based on the correction coefficients according to the present embodiment. The process shown in FIG. 9 starts from step S100 in response to a user's instruction to start the calibration process. Note that FIG. 9 shows both the first aspect shown in steps S101 to S104 and the second aspect shown in steps S105 to S108 together.
図7に示す第1の態様では、ステップS101では、情報処理装置110は、第1プロジェクタ150aから第1校正用画像(格子パターンを含む。)を出力させ、第2プロジェクタ150bから第2校正用画像(位置合わせパターンを含む。)を出力させる。ステップS102では、情報処理装置110は、第2プロジェクタ150bから第1校正用画像(格子パターン及び位置合わせパターンを含む。)を出力させ、第3プロジェクタ150cから第2校正用画像(位置合わせパターンを含む。)を出力させる。ステップS103では、情報処理装置110は、第3プロジェクタ150cから第1校正用画像(格子パターン及び位置合わせパターンを含む。)を出力させる。上記ステップS101~ステップS103の各段階で、ユーザは、例えば情報処理装置110が行うガイダンスに従い、カメラ160の画角に投影中の校正用画像が収まるように撮像を行う。ステップS104では、情報処理装置110は、カメラ160からの複数の校正用撮像画像の入力をまとめて受けて、ステップS109へ処理が進められる。
In the first aspect shown in FIG. 7, in step S101, the
これに対して図8に示す第2の態様では、ステップS105では、情報処理装置110は、第1プロジェクタ150a及び第3プロジェクタ150cから第1校正用画像(格子パターンを含む。)を出力させ、第2プロジェクタ150bから第2校正用画像(位置合わせパターンを含む。)を出力させる。ステップS106では、情報処理装置110は、カメラ160からステップS105で撮像された校正用撮像画像の入力を受ける。ステップS107では、情報処理装置110は、第2プロジェクタ150bから第1校正用画像(格子パターン及び位置合わせパターンを含む。)を出力させる。ステップS108では、情報処理装置110は、カメラ160からステップS107で撮像された校正用撮像画像の入力を受け、ステップS109へ処理が進められる。
On the other hand, in the second mode shown in FIG. 8, in step S105, the
ステップS109では、詳細を後述するが、情報処理装置110は、各プロジェクタの幾何補正係数を計算する。ステップS109におけるプロジェクタ毎の幾何補正係数算出処理では、各校正用撮像画像からの特徴点の抽出、各校正用撮像画像の格子点の共通座標系への変換、及び各プロジェクタの幾何補正係数の算出が行われる。ステップS110では、詳細を後述するが、情報処理装置110は、各プロジェクタのブレンディング係数を計算する。
In step S109, the
ステップS111では、情報処理装置110は、各補正処理部114に対し、ステップS109及びステップS110で計算されたプロジェクタ毎の幾何補正係数及びブレンディング係数を設定する。ステップS112では、情報処理装置110は、切替部122に対し、補正処理部114の出力に、投影画像出力部116の入力を切り替えさせて、投影モードに移行する。
In step S111, the
ステップS113では、情報処理装置110は、コンテンツ画像を読み出す。ステップS114では、情報処理装置110は、コンテンツ画像に対し、プロジェクタ毎の補正処理部114で補正処理を実行する。ステップS115では、情報処理装置110は、補正されたプロジェクタ毎の投影画像をプロジェクタ毎の投影画像出力部116からそれぞれ出力させる。
In step S113, the
ステップS116では、情報処理装置110は、ユーザからの投影モードの終了指示を受け付けたか否かを判定する。ステップS116で、投影モードの終了指示を受け付けていないと判定された場合(NO)は、ステップS113へ処理をループさせ、投影画像を更新する。動画であれば次のフレームに対する処理へ進められる。ステップS116で、投影モードの終了指示を受け付けたと判定された場合(YES)は、ステップS117へ処理を分岐させ、本処理を終了する。
In step S116, the
<幾何補正係数の計算>
以下、図10~図16及び図20(A)を参照しながら、各プロジェクタの幾何補正係数の計算処理の詳細について説明する。図10は、本実施形態による補正係数算出部130が実行する幾何補正係数の計算処理を示すフローチャートである。図10に示す処理は、図9に示したステップS109で呼び出されて、ステップS200から開始される。
<Calculation of geometric correction coefficient>
The calculation process of the geometric correction coefficients of each projector will be described in detail below with reference to Figs. 10 to 16 and Fig. 20(A). Fig. 10 is a flowchart showing the calculation process of the geometric correction coefficients executed by the correction
ステップS201では、特徴点抽出部132は、準備された複数の校正用撮像画像各々から、各々の撮像画像座標系におけるプロジェクタ150各々の投影像の円形状の重心座標を格子点座標(小数点精度)として抽出する。円形状の重心座標は、例えば、画像を2値化し、白画素のかたまりをパターンマッチングなどで切り出し、その重心座標を求めることによって計算することができる。
In step S201, the feature
ステップS202では、特徴点抽出部132は、複数の校正用撮像画像各々から、各々の撮像画像座標系におけるプロジェクタ150各々の投影像の矩形マーカの重心座標を位置合わせ点座標として抽出する。矩形マーカの重心座標も同様に、例えば、画像を2値化し、白画素のかたまりをパターンマッチングなどで切り出し、その重心座標を求めることによって計算することができる。
In step S202, the feature
図7に示した第1の態様について、より具体的に説明すると、特徴点抽出部132は、第n( 1 ≦ n ≦ N - 1 。)番目の校正用投影シーンを撮像した校正用撮像画像各々から、投影像の配列において、隣接するプロジェクタのうちの一方(n台目)が投影する位置合わせパターン(1台目は必ずしも投影されない。)の位置合わせ点及び少なくとも格子パターンの格子点と、他方(n+1台目)が投影する位置合わせパターンの位置合わせ点とを抽出する。最後の第N番目の校正用投影シーンを撮像した校正用撮像画像からは、最後のプロジェクタ(N台目)が投影する格子パターンの格子点と、位置合わせパターンの位置合わせ点とが抽出される。 More specifically, the first aspect shown in FIG. 7 will be described. From each, in the arrangement of projected images, a positioning point of a positioning pattern (the first projector is not necessarily projected) projected by one of the adjacent projectors (nth projector) and at least a grid point of a grid pattern; The alignment points of the alignment pattern projected by the other (n+1)th unit are extracted. The grid points of the grid pattern projected by the last projector (Nth projector) and the alignment points of the alignment pattern are extracted from the captured calibration image obtained by capturing the last Nth calibration projection scene. .
なお、1つの校正用撮像画像において、一方のプロジェクタの円パターンと、他方のプロジェクタの4つの位置合わせ矩形マーカとは、互いの位置関係を利用して識別することができる。図7に示す第1の態様で校正用投影シーンが構成される場合は、円パターンの外側に矩形マーカが存在し、左右の隣接プロジェクタの8つの矩形マーカが、左側プロジェクタの左側2つの矩形マーカ、右側プロジェクタの左側2つの矩形マーカ、左側プロジェクタの右側2つの矩形マーカ、そして右側プロジェクタの右側2つの矩形マーカの順に存在する。このような位置関係に基づいて、各々の円パターン及び矩形マーカを識別することができる。なお、位置関係以外にも、例えば、投影する矩形マーカの色や形をプロジェクタ毎に変更することによって、撮像された矩形マーカの色や形を識別し、これら識別された特徴に基づいて判別を行ってもよい。 In addition, in one captured image for calibration, the circular pattern of one projector and the four alignment rectangular markers of the other projector can be identified using their positional relationship. When the projection scene for calibration is configured in the first mode shown in FIG. , two rectangular markers on the left side of the right projector, two rectangular markers on the right side of the left projector, and two rectangular markers on the right side of the right projector, in this order. Based on such positional relationships, each circular pattern and rectangular marker can be identified. In addition to the positional relationship, for example, by changing the color and shape of the rectangular marker to be projected for each projector, the color and shape of the imaged rectangular marker can be identified, and the discrimination can be performed based on these identified characteristics. You may go.
図8に示した第2の態様について説明すると、特徴点抽出部132は、第1番目の校正用投影シーンを撮像した校正用撮像画像から、投影像の配列において、第1のグループのもの( 例えば奇数台目)が投影する格子パターンの格子点を抽出する。第2番目の校正用投影シーンを撮像した校正用撮像画像からは、上記第2のグループのもの(例えば偶数台目)が投影する格子パターンの格子点が抽出される。特徴点抽出部132は、更に、上記第1の校正用投影シーン及び第2の校正用投影シーンをそれぞれ撮像した校正用撮像画像各々から、共通するプロジェクタ150が投影する位置合わせパターンの位置合わせ点を抽出する。
To explain the second aspect shown in FIG. 8, the feature
ステップS203では、格子点変換部134は、所定の校正用撮像画像の対について、撮像画像間で共通する矩形マーカの位置合わせ点座標に基づき、射影変換係数を計算する。ステップS204では、格子点変換部134は、ステップS203で計算された射影変換係数に基づき、プロジェクタ各々の投影像の格子点座標を、共通座標系に変換し、統合する。
In step S203, the lattice
図11は、第1の態様において、各校正用投影シーンを撮像して準備された3つの校正用撮像画像と、これらの撮像画像間各々で計算される射影変換係数について説明する図である。図12は、第2の態様において、各校正用投影シーンを撮像して準備された2つの校正用撮像画像と、これら撮像画像間で計算される射影変換係数について説明する図である。 FIG. 11 is a diagram illustrating three calibration captured images prepared by capturing each calibration projection scene and projective transformation coefficients calculated between these captured images in the first embodiment. FIG. 12 is a diagram illustrating two calibration captured images prepared by capturing each calibration projection scene and projective transformation coefficients calculated between these captured images in the second embodiment.
第1の態様においては、図11に示すように、第1の校正用撮像画像250及び第2の校正用撮像画像260の対について、撮像画像間で共通する第2プロジェクタ150bの投影像252b,262bの矩形マーカ254,264の位置合わせ点座標の対が求められる。格子点変換部134は、この位置合わせ点座標の対(254,264)に基づき、第2の校正用撮像画像260の座標系から第1の校正用撮像画像250の座標系へ変換する射影変換の係数を計算する。同様に、第2の校正用撮像画像260,及び第3の校正用撮像画像270の対について、撮像画像間で共通する第3プロジェクタ150cの投影像262c,272cの矩形マーカ264,274の位置合わせ点座標の対が求められる。この位置合わせ点座標の対(264,274)に基づき、第3の校正用撮像画像270の座標系から第2の校正用撮像画像260の座標系へ変換する射影変換の係数が計算される。
In the first aspect, as shown in FIG. 11, for a pair of the
射影変換の変換式は、下記式(1)で表され、下記式(1)の分母を払って整理すると下記式(2)で表す一次多項式に展開することができる。 The transformation formula for projective transformation is expressed by the following formula (1), and by subtracting the denominator from the formula (1) and rearranging it, it can be expanded into a first-order polynomial expressed by the following formula (2).
第1の態様において、2対の撮像画像間の射影変換係数a~hがそれぞれ計算されると、格子点変換部134は、抽出された第2の校正用撮像画像の格子点を、第1の撮像画像の座標系へ変換する射影変換を実行する。格子点変換部134は、更に、抽出された第3の校正用撮像画像の格子点を、第3の校正用撮像画像の座標系から第2の校正用撮像画像の座標系へ変換する射影変換を実行し、更に、第2の校正用撮像画像の座標系から第1の校正用撮像画像の座標系へ変換する射影変換を実行する。これにより、すべてのプロジェクタ150a~150cの格子点座標が、スクリーンに正対して撮像された第1の校正用撮像画像の座標系である共通座標系に変換され、統合される。
In the first aspect, when the projective transformation coefficients a to h between the two pairs of captured images are calculated, the lattice
第2の態様においては、図12に示すように、第1の校正用撮像画像280及び第2の校正用撮像画像290の対について、撮像画像間で共通する第2プロジェクタ150bの投影像282b,292bの矩形マーカ284,294の位置合わせ点座標の対が求められる。そして、この位置合わせ点座標の対に基づき、第2の校正用撮像画像290の座標系から第1の校正用撮像画像280の座標系へ変換する射影変換の係数が計算される。格子点変換部134は、1組の校正用撮像画像間の射影変換係数a~hに基づいて、第2の校正用撮像画像の抽出された格子点を、第1の撮像画像の座標系へ変換する射影変換を実行し、共通座標系に変換する。
In the second mode, as shown in FIG. 12, for a pair of a first calibration captured
図13は、共通座標系300上に統合された各プロジェクタの格子点座標の集合を模式的に示す図である。図13に示すように、各プロジェクタの格子点座標の集合302a,302b,302cは、それぞれ、第1の校正用撮像画像の共通座標系300上に変換され、統合されている。なお、図13には、撮像された複数のプロジェクタ150a~150の円形状が重ね合わせて表現されているが、画像自体は重ね合わせる必要はない。
Figure 13 is a diagram that shows a schematic of a set of lattice point coordinates of each projector integrated on a common coordinate system 300. As shown in Figure 13, the sets of lattice point coordinates 302a, 302b, and 302c of each projector are each transformed and integrated on the common coordinate system 300 of the first calibration image. Note that Figure 13 shows the circular shapes of the captured
再び図10を参照すると、ステップS205では、幾何補正係数計算部136は、プロジェクタ150各々について、共通座標系上に変換及び統合された格子点座標各々を線形に外挿し、投影可能領域の外周座標を計算する。
Referring again to FIG. 10, in step S205, the geometric correction
図14は、統合された格子点座標各々を用いた線形外挿による投影可能領域の外周座標の計算方法を示す図である。図14(A)は、プロジェクタ・メモリ上の左上隅の4つの格子点を示し、図14(B)は、共通座標系上の対応する4つの格子点を示す。図14(A)に示すように、プロジェクタ・メモリ上の外周座標(4隅及び4辺上の格子点)は、外周部に位置する4つの格子点(例えばP00P~P11P)の四辺形パッチを外挿する位置(格子点間距離の1.5倍の距離の位置)に定められる。 FIG. 14 is a diagram showing a method of calculating the outer circumferential coordinates of the projectable area by linear extrapolation using each integrated grid point coordinate. FIG. 14(A) shows the four grid points in the upper left corner on the projector memory, and FIG. 14(B) shows the corresponding four grid points on the common coordinate system. As shown in FIG. 14(A), the outer circumferential coordinates (lattice points on the four corners and four sides) on the projector memory are a quadrilateral patch of four grid points (for example, P00P to P11P) located on the outer circumference. It is determined at the position to be extrapolated (a position at a distance 1.5 times the distance between grid points).
共通座標系における各プロジェクタの投影可能領域に対応する外周画素の座標(4隅及び4辺上の格子点)は、図14(B)に示すように、外周部に位置する各4つの格子点座標から線形に外挿することによって計算することができる。同様に、外周座標(4隅及び4辺上の格子点)以外のプロジェクタ・メモリ上の任意の座標点に対応する共通座標系上の点も、近傍の4点の格子点座標を線形に内挿又は外挿して求めることができる。 The coordinates of the outer perimeter pixels (grid points on the four corners and four sides) corresponding to the projectable area of each projector in the common coordinate system can be calculated by linearly extrapolating from the coordinates of the four lattice points located on the perimeter, as shown in Figure 14 (B). Similarly, a point on the common coordinate system corresponding to any coordinate point on the projector memory other than the outer perimeter coordinates (grid points on the four corners and four sides) can be found by linearly interpolating or extrapolating the grid point coordinates of four nearby points.
ここで、プロジェクタ・メモリ上の任意の座標点QPが、プロジェクタ・メモリ上での座標位置が近傍にある4つの格子点P00P,P10P,P01P,P11Pにおいて、x軸方向にt :1-t ( 0 < t < 1 )で、y軸方向にs:1-s( 0 < s < 1 ) で内分する点だとする。すると、座標点QPに対応する共通座標系上の点QCは、対応する4つの格子点P00C,P10C,P01C,P11Cの座標ベクトルから、下記式(3)を用いて計算することができる。外挿する点の場合は、上記t及びsに対し、-1.5 < t< 0 、-1.5 < s < 0 の範囲を設定して下記式(3)を用いて計算することができる。 Here, assume that an arbitrary coordinate point QP on the projector memory is a point that is divided internally by t:1-t (0 < t < 1) in the x-axis direction and s:1-s (0 < s < 1) in the y-axis direction at four neighboring lattice points P00P , P10P , P01P , and P11P, whose coordinate positions on the projector memory are close to each other. Then, a point QC on the common coordinate system corresponding to the coordinate point QP can be calculated using the following formula (3) from the coordinate vectors of the corresponding four lattice points P00C , P10C , P01C , and P11C . In the case of a point to be extrapolated, the calculation can be performed using the following formula (3) by setting the ranges of -1.5 < t < 0, -1.5 < s < 0 for the above t and s.
上述した線形的な外挿をプロジェクタ毎に行うことにより、3つのプロジェクタ150a~150cの投影可能領域(つまり全面白画像を投影して映る範囲である。)が共通座標系上で検出される。図15(A)には、共通座標系300上において検出された3つのプロジェクタの投影可能領域304a~304cが表されている。第1プロジェクタ150aの投影可能領域304aは、実線の白線で示され、第2プロジェクタ150bの投影可能領域304bは、破線の白線で示され、第3プロジェクタ150cの投影可能領域304cは、2点鎖線の白線で示されている。
By performing the above-mentioned linear extrapolation for each projector, the projectable areas of the three
再び図10を参照すると、ステップS206では、幾何補正係数計算部136は、共通座標系において、すべてのプロジェクタの投影可能領域の論理和(OR)を求めて、コンテンツ画像をマップするための補正後投影目標領域を上記論理和の領域内に設定する。補正後投影目標領域は、コンテンツ画像を、そのアスペクト比を保って、すべてのプロジェクタの投影可能領域304a~304cの論理和となる領域内に最大の大きさでマップするように設定される。
Referring again to FIG. 10, in step S206, the geometric correction
共通座標系上で各投影可能領域の4隅の点が既知であり、これらを結ぶ4つの辺(上辺、下辺、左辺、右辺)も、それぞれ格子点幅で線形区分された形で求まり、それらの存在範囲も把握される。したがって、共通座標系上での3つのプロジェクタの投影可能領域304a~304cの上辺306T、及び下辺306Bで挟まれた範囲、同じく左辺306L、右辺306Rで挟まれた範囲に、3つの論理和の領域内に取り得る矩形範囲が定まる。 The four corner points of each projectable area on the common coordinate system are known, and the four sides (top, bottom, left, and right sides) that connect them are also found linearly divided by the grid point width. The range of existence of is also grasped. Therefore, in the range sandwiched by the upper side 306T and lower side 306B of the projectable areas 304a to 304c of the three projectors on the common coordinate system, and also in the range sandwiched by the left side 306L and right side 306R, there are three logical sum areas. The rectangular range that can be taken within is determined.
補正後投影目標領域310は、図15(A)の点線で示した矩形領域のように、4辺306T,306B,306L,306Rの矩形範囲内にコンテンツ画像のアスペクト比(例えばM : N )を保って最大サイズで割り付けられた領域となる。図15(A)の例示では、若干縦方向に余りがあるので、上下に余白が設けられて、補正後投影目標領域がセンタリングされている。そして、図15(B)に示すように、この補正後投影目標領域310に、投影すべきコンテンツ画像320が貼り付けられることになる。 The corrected projection target area 310 is an area allocated at the maximum size while maintaining the aspect ratio (e.g. M:N) of the content image within the rectangular range of the four sides 306T, 306B, 306L, and 306R, as shown by the dotted lines in Figure 15 (A). In the example of Figure 15 (A), there is some vertical space, so margins are provided above and below and the corrected projection target area is centered. Then, as shown in Figure 15 (B), the content image 320 to be projected is pasted into this corrected projection target area 310.
再び図10を参照すると、ステップS207~ステップS211のループでは、プロジェクタ毎に、ステップS208~ステップS210で示す各処理が実行され、複数のプロジェクタ各々の幾何補正係数が求められる。ステップS208では、幾何補正係数計算部136は、共通座標系上の格子点座標を、元のコンテンツ画像の座標系に変換する。以下、共通座標系上で補正後投影目標領域310に貼り付けられるコンテンツ画像を「投影コンテンツ画像」と参照し、その元となるオリジナルのコンテンツ画像を「等倍コンテンツ画像」と参照する。
Referring again to FIG. 10, in the loop of steps S207 to S211, the processes shown in steps S208 to S210 are executed for each projector, and the geometric correction coefficients for each of the multiple projectors are calculated. In step S208, the geometric correction
ステップS209では、幾何補正係数計算部136は、プロジェクタ・メモリ上の格子点座標を、共通座標系を経由して、等倍コンテンツ画像の座標系の画素位置に対応付ける。ステップS210では、幾何補正係数計算部136は、プロジェクタ・メモリ上の整数画素座標を、共通座標系を経由して、等倍コンテンツ画像の座標系の画素位置へ線形補間により対応付ける。
In step S209, the geometric correction
ステップS208~ステップS210で示す各処理で計算される幾何補正係数は、図16に示すように、プロジェクタ・メモリ330上の各座標を、投影コンテンツ画像上の位置に対応する等倍コンテンツ画像上の画素位置に対応付けるものである。 The geometric correction coefficients calculated in each process shown in steps S208 to S210 correspond to each coordinate in the projector memory 330 with a pixel position on the full-size content image that corresponds to the position on the projected content image, as shown in FIG. 16.
図16に示すプロジェクタ・メモリ330aの1つの格子点P42Pを代表して説明すると、プロジェクタ・メモリ330上の格子点P42Pに対しては、共通座標系300上の対応点P42C( XP42C ,YP42C)が抽出されている。そして、補正後投影目標領域310にコンテンツ画像がマップされるため、図16に示すように、共通座標系300上の対応点P42Cに対しては、更に、等倍コンテンツ画像上での対応する画素位置P42m(XP42m ,YP42m)が定まる。 Taking one lattice point P42P in the projector memory 330a shown in Fig. 16 as a representative, a corresponding point P42C ( XP42C , YP42C ) on the common coordinate system 300 is extracted for the lattice point P42P on the projector memory 330. Then, since the content image is mapped to the post-correction projection target area 310, a corresponding pixel position P42m ( XP42m , YP42m ) on the life-size content image is further determined for the corresponding point P42C on the common coordinate system 300, as shown in Fig. 16.
等倍コンテンツ画像上での対応する画素位置P42m( XP42m ,YP42m )は、共通座標系300上の対応点P42Cの座標( XP42C , YP42C )から、以下式(4)で計算することができる。下記式(4)中、座標( X0 ,Y0)は、共通座標系上での投影コンテンツ画像の左上の原点の座標であり、Rは、コンテンツ画像の変倍率を表す。なお、ここでは、説明の便宜上、等倍コンテンツ画像を、所定の変倍率Rで、そのまま補正後投影目標領域310にマップするものとしているが、コンテンツの共通座標系上へのマップの仕方は特に限定されるものではない。 The corresponding pixel position P42m ( XP42m , YP42m ) on the same-size content image is calculated from the coordinates ( XP42C , YP42C ) of the corresponding point P42C on the common coordinate system 300 using the following formula (4). can do. In the following equation (4), the coordinates (X 0 , Y 0 ) are the coordinates of the upper left origin of the projected content image on the common coordinate system, and R represents the scaling factor of the content image. Here, for convenience of explanation, it is assumed that the same-size content image is directly mapped to the corrected projection target area 310 at a predetermined magnification ratio R, but the method of mapping the content onto the common coordinate system is particularly It is not limited.
図20(A)は、ステップS208~ステップS210の処理で計算される1つのプロジェクタの幾何補正係数のデータ構造を例示する。図20(A)に示すように、こうして求めたプロジェクタ・メモリの全画素に対する等倍コンテンツ画像上での対応する画素位置が、幾何補正係数となる。 Figure 20 (A) shows an example of the data structure of the geometric correction coefficient for one projector calculated in the processing of steps S208 to S210. As shown in Figure 20 (A), the corresponding pixel positions on the life-size content image for all pixels in the projector memory calculated in this way become the geometric correction coefficient.
ステップS207~ステップS211のループがプロジェクタ台数分だけ繰り返され、すべてのプロジェクタについて、プロジェクタ・メモリ上の整数画素座標と等倍コンテンツ画像の座標系との対応付けが完了すると、ステップS212に進められる。ステップS212では、本処理を終了し、図11に示した呼び出し元へ処理が戻される。これにより、すべてのプロジェクタ150a~150cそれぞれのための幾何補正係数が準備される。
The loop from step S207 to step S211 is repeated for the number of projectors, and when the correspondence between the integer pixel coordinates on the projector memory and the coordinate system of the same-sized content image is completed for all projectors, the process proceeds to step S212. In step S212, this process is ended and the process is returned to the calling source shown in FIG. As a result, geometric correction coefficients for all
なお、説明する実施形態では、幾何補正係数として、プロジェクタ・メモリの全画素に対する等倍コンテンツ画像上での対応する画素位置を求めているが、これに限定されるものではない。他の実施形態では、プロジェクタ・メモリ上の各格子点PijPに対する等倍コンテンツ画像上での画素位置Pijmを幾何補正係数として求め、後述する補正処理部114で、格子点以外の座標については四辺形パッチ毎に射影変換あるいは線形変換することにより計算する態様としてもよい。 In the embodiment described, the geometric correction coefficients are obtained by calculating the pixel positions on the life-size content image corresponding to all pixels in the projector memory, but the present invention is not limited to this. In another embodiment, the geometric correction coefficients may be calculated by calculating pixel positions Pij m on the life-size content image corresponding to each lattice point Pij P on the projector memory, and the correction processing unit 114 described later may calculate the coordinates other than the lattice points by performing projective transformation or linear transformation for each quadrilateral patch.
<ブレンディング係数の計算>
以下、図17~図20を参照しながら、各プロジェクタのブレンディング係数の計算処理の詳細について説明する。図17は、本実施形態による補正係数算出部130が実行するブレンディング係数の計算処理を示すフローチャートである。図17に示す処理は、図9に示したステップS110で呼び出されて、ステップS300から開始される。ステップS301~ステップS313のループでは、注目するプロジェクタ毎に、ステップS302~ステップS312で示す各処理が実行され、複数のプロジェクタ150a~150c各々のブレンディング係数が求められる。
<Calculation of blending coefficient>
The details of the calculation process of the blending coefficient of each projector will be described below with reference to FIGS. 17 to 20. FIG. 17 is a flowchart showing a blending coefficient calculation process executed by the correction
ステップS302では、重複領域検出部140は、共通座標系300において、注目プロジェクタと、該注目プロジェクタの隣接プロジェクタとの投影可能領域の外周座標に基づき、これらの重複領域を検出する。図18は、プロジェクタ・メモリ330上の各座標に対するブレンディング係数の対応付けを説明する図である。図18に示すように、共通座標系300での補正後投影目標領域310の最上辺においては、左原点(○)から右方向へ探索することにより、第1プロジェクタ150aと第2プロジェクタ150bとの重複領域の開始点(●)及び終了点(◎)が検出される。すなわち、左原点(○)から右方向へ探索した場合に、第2プロジェクタ150bの投影可能領域304bから第1プロジェクタ150aの投影可能領域304aまでが重複領域である。他の水平ラインについても同様に重複領域の開始点及び終了点が検出される。
In step S302, the overlapping
再び図17を参照すると、ステップS302では、輝度調整部138は、まず、共通座標系の各座標に対するブレンディング係数を0で初期化する。ステップS304~ステップS311のループでは、共通座標系の水平ライン(補正後投影目標領域に対応する部分のみでよい。)毎に、ステップS305~ステップS310で示す各処理が実行される。ステップS305~ステップS310で示す各処理により、共通座標系上の各座標位置に対し、ブレンディング係数の中間結果が割り当てられる。
Referring again to FIG. 17, in step S302, the
ステップS305では、注目する水平ラインにおいて、上述した投影可能領域の外周座標と、検出された重複領域とに基づき、当該プロジェクタの投影可能領域の開始点及び終了点、並びに隣接プロジェクタとの重複領域の開始点及び終了点を設定する。 In step S305, in the horizontal line of interest, based on the above-mentioned outer circumferential coordinates of the projectable area and the detected overlapping area, the start and end points of the projectable area of the projector and the overlapping area with the adjacent projector are determined. Set the start and end points.
ステップS306~ステップS310のループでは、共通座標系の水平ラインの各画素毎(投影可能領域内のみ。)に、ステップS307~ステップS309で示す処理が実行される。ステップS307~ステップS309で示す処理により、水平ラインにおける共通座標系上の各画素毎にブレンディング係数が決定される。 In the loop of steps S306 to S310, the processes shown in steps S307 to S309 are executed for each pixel (only within the projectable area) on the horizontal line of the common coordinate system. The processes shown in steps S307 to S309 determine the blending coefficient for each pixel on the common coordinate system on the horizontal line.
ステップS307では、輝度調整部138は、注目する画素が重複領域に該当するか否かに応じて処理を分岐させる。ステップS307で、重複領域に該当しないと判定された場合(NO)は、ステップS308A、S308Bへ処理が進められる。この場合は、非重複領域であるため階調変更部139はRGBレンジをリミテッドレンジ(16~235)に変更する(元のRGB画像がリミテッドレンジの場合、変更しなくてよい。)。また、ステップS308Bでは、輝度調整部138は、ブレンディング係数を最大値1に決定する。階調の変更の詳細を図22にて説明する。
In step S307, the
一方、ステップS307で、重複領域に該当すると判定された場合(YES)は、ステップS309A,S309Bへ処理が進められる。この場合は、重複領域であるため階調変更部139はRGBレンジをフルレンジ(0~255)に変更する(元のRGB画像がフルレンジの場合、変更しなくてよい。)。また、ステップS309Bでは、輝度調整部138は、ブレンディング係数を所定の関係式にしたがって計算する。
On the other hand, if it is determined in step S307 that the area corresponds to an overlapping area (YES), the process proceeds to steps S309A and S309B. In this case, since it is an overlapping area, the
図19は、プロジェクタの入出力特性のグラフを示すが、プロジェクタの入出力特性は、典型的には、線形とはならない。上記重複領域に対応する画素に対するブレンディング係数の計算では、この入出力特性の逆補正を一旦施して線形になるように補正した上で、両側のプロジェクタからの光量が合計して1となるように重み付けを行う。 FIG. 19 shows a graph of the input/output characteristics of a projector, but the input/output characteristics of a projector are typically not linear. In calculating the blending coefficient for the pixel corresponding to the above-mentioned overlapping area, the input/output characteristics are reversely corrected to make them linear, and then the light amounts from the projectors on both sides add up to 1. Perform weighting.
具体的には、図18の下段のグラフで第1プロジェクタについて示すように、原点(○)から、重複領域の開始点(●)までの範囲の画素に対しては、上記ステップS308でブレンディング係数が最大1に決定される。一方、重複領域の開始点(●)から終了点(◎)までの範囲の画素に対しては、上記ステップS309で、開始点(●)からの水平距離に応じて、実際の明るさが線形に1.0から0へ徐々に落ちていくように、プロジェクタの入出力特性の逆補正をかけたブレンディング係数を算出する。図19に示すような入出力特性であれば、開始点から終了点まで距離で正規化した開始点からの水平距離x(0.0≦x≦1.0)に対するブレンディング係数yは、下記式(5)で計算することができる。 Specifically, as shown for the first projector in the graph at the bottom of FIG. 18, for pixels in the range from the origin (○) to the start point (●) of the overlapping area, the blending coefficient is determined to be a maximum of 1 in step S308. On the other hand, for pixels in the range from the start point (●) to the end point (◎) of the overlapping area, a blending coefficient is calculated in step S309 by applying an inverse correction to the input/output characteristics of the projector so that the actual brightness gradually drops linearly from 1.0 to 0 depending on the horizontal distance from the start point (●). With input/output characteristics as shown in FIG. 19, the blending coefficient y for the horizontal distance x (0.0≦x≦1.0) from the start point normalized by the distance from the start point to the end point can be calculated using the following formula (5).
ステップS312では、輝度調整部138は、プロジェクタ・メモリ上の整数画素座標各々に対し、図20(A)に示すデータ構造によって対応付けられる共通座標系の座標(小数点)の最近傍の整数画素に割り当てられたブレンディング係数を対応付ける。図20(B)は、ステップS302~ステップS312の処理で計算された1つのプロジェクタのブレンディング係数のデータ構造を例示する。図20(B)に示すように、プロジェクタ・メモリの全画素に対するブレンディング係数が求められる。
In step S312, the
ステップS301~ステップS313のループで、すべてプロジェクタについての処理が完了すると、ステップS314で本処理を終了し、図9に示した呼び出し元へ処理が戻される。 When the process for all projectors is completed in the loop from step S301 to step S313, the process is ended in step S314, and the process is returned to the calling source shown in FIG.
上述した処理により、複数のプロジェクタ150a~150cの各々に対して、プロジェクタ・メモリの全画素分のブレンディング係数が得られることになる。なお、上述した説明では、第1プロジェクタ150aと第2プロジェクタ150bとの重複領域について説明している。第2プロジェクタ150bが対象となる場合は、左右の第1プロジェクタ150a及び第3プロジェクタ150cを合わせて、2つの重複領域についてブレンディング補正の計算が行われることとなる。
By the above process, blending coefficients for all pixels in the projector memory are obtained for each of the
<階調補正>
図21は、投影システム100における階調補正を説明する図である。3台のプロジェクタを使用した投影システムでは、隙間をつくらないように投影画像の一部が重なるように配置される。情報処理装置110から例えばネットワーク経由で各プロジェクタに投影画像が送信される。各プロジェクタは、送信された画像をRAMやSDDなどに保存して、投影開始の指示が送信された場合、投影する。動画の場合、情報処理装置110は各プロジェクタ150a~150cの間で同期を取って投影する。例えば、情報処理装置110は全てのプロジェクタから投影完了を受信してから次の投影画像の投影を指示する。同期はプロジェクタ150a~150c間で通信して取ってもよい。
<Gradation correction>
FIG. 21 is a diagram for explaining gradation correction in the
図22はフルレンジからリミテッドレンジへの階調補正を説明する図である。フルレンジとは、RGB信号を0~255(8bitの場合)の256階調で表す階調表現方法をいい、リミテッドレンジとはRGB信号を16~235(8bitの場合)の220階調で表す階調表現方法をいう。一般にコンピュータ内部ではフルレンジで処理される。PCモニターはフルレンジで処理することが一般的である。テレビ受像機は元来リミテッドレンジであったが、通常のテレビはリミテッドレンジをフルレンジに変換する機能を有している。 Figure 22 is a diagram explaining gradation correction from full range to limited range. Full range refers to a gradation expression method in which RGB signals are expressed in 256 gradations from 0 to 255 (in the case of 8 bits), and limited range refers to a gradation expression method in which RGB signals are expressed in 220 gradations from 16 to 235 (in the case of 8 bits). Generally, processing is done in full range inside a computer. PC monitors generally process in full range. Television sets were originally limited range, but regular televisions have the function of converting limited range to full range.
図22(a)は元の画像データのRGBレンジがフルレンジの場合に、非重複領域の階調変換を模式的に示す図である。非重複領域はリミテッドレンジに変換されるので、階調が狭くなる。フルレンジのRGB信号からリミテッドレンジのRGB信号への変換は、フルレンジを均等にリミテッドレンジに対応づけることで行われる。「256-220=36」なので、図22(b)に示すように、約7階調に1回、フルレンジのRGB値は同じリミテッドレンジの同じRGB値に対応づけられる。図22(b)は対応テーブルの一例を示す図である。このような対応テーブルによりフルレンジのRGB信号はリミテッドレンジに変換される。なお、均等に対応づける図22(b)の例は一例であって、暗い領域(例えば16未満)と明るい領域(例えば235超)の少なくともどちらか一方でフルレンジとリミテッドレンジを1対1に対応付け、中間領域でフルレンジのRGB値を同じリミテッドレンジのRGB値に対応づけてもよい。 FIG. 22A is a diagram schematically showing gradation conversion of non-overlapping areas when the RGB range of the original image data is a full range. Since the non-overlapping area is converted to a limited range, the gradation becomes narrower. Conversion from a full range RGB signal to a limited range RGB signal is performed by equally associating the full range with the limited range. Since "256-220=36", as shown in FIG. 22(b), RGB values in the full range are associated with the same RGB values in the same limited range approximately once every seven gradations. FIG. 22(b) is a diagram showing an example of a correspondence table. With such a correspondence table, a full range RGB signal is converted to a limited range. Note that the example of FIG. 22(b) in which the correspondence is made equal is one example, and the full range and the limited range are matched one-to-one in at least one of the dark area (for example, less than 16) and the bright area (for example, more than 235). Alternatively, full range RGB values may be associated with the same limited range RGB values in the intermediate region.
なお、重複領域の階調はフルレンジのままなので、元の画像データのRGBレンジがフルレンジの場合、変換は不要である。 Note that the gradation of the overlapping area remains full range, so if the RGB range of the original image data is full range, no conversion is necessary.
例えば、フルレンジで10の非重複領域のRGB値は25に変換される。重複領域の同じく10のRGB値は変換されない。この結果、25>10となり、非重複領域の黒レベルは持ち上げられ、重複領域が非重複領域よりも暗く投影される。重複領域は暗くなるように補正されたわけではないので黒つぶれしにくい。 For example, an RGB value of 10 in the full range of a non-overlapping area is converted to 25. An RGB value of 10 in the overlapping area is not converted. As a result, 25>10, the black level of the non-overlapping area is raised, and the overlapping area is projected darker than the non-overlapping area. Because the overlapping area is not corrected to be darker, it is less likely to be crushed.
コンピュータ内で扱われる画像データは主にフルレンジであると説明したが、変換前の画像データがリミテッドレンジの場合もある。RGB信号がリミテッドレンジ(16~235)である場合、階調変更部139は、非重複領域のRGBレンジをリミテッドレンジのままとする。そして重複領域についてはRGBレンジをフルレンジに変換する。
As explained above, image data handled within a computer is primarily full range, but there are also cases where the image data before conversion is limited range. When the RGB signal is limited range (16 to 235), the
図23はリミテッドレンジからフルレンジへの階調補正を説明する図である。図23(a)は元のRGB信号がリミテッドレンジの場合に、重複領域の階調変換を模式的に示す図である。重複領域はフルレンジに変換されるので、階調が広くなる。リミテッドレンジのRGBからフルテッドレンジのRGBへの変換は、リミテッドレンジを均等にフルレンジに対応づけることで行われる。したがって、フルレンジからリミテッドレンジとは逆の変換になる。図23(b)に示すように、約7階調に1回の割合で、リミテッドレンジのRGB値は異なるフルレンジに対応づけられる。例えば、RGB値が22の場合、2回に1回ずつ、フルレンジの6又は7に対応づけられる。図23(b)は対応テーブルの一例を示す図である。このような対応テーブルによりリミテッドレンジのRGB信号はフルレンジに変換される。なお、均等に対応づける図23(b)の例は一例であって、暗い領域(例えば16未満)又は明るい領域(例えば235超)の少なくとも一方でリミテッドレンジとフルレンジを1対1に対応付け、中間領域でリミテッドレンジのRGB値を異なるフルレンジのRGB値に対応づけてもよい。 FIG. 23 is a diagram illustrating tone correction from limited range to full range. FIG. 23(a) is a diagram schematically showing gradation conversion in an overlapping area when the original RGB signal is in a limited range. Since the overlapping area is converted to a full range, the gradation becomes wider. Conversion from limited range RGB to full range RGB is performed by equally associating the limited range with the full range. Therefore, the conversion from full range to limited range is the opposite. As shown in FIG. 23(b), the RGB values of the limited range are associated with different full ranges approximately once every seven gradations. For example, if the RGB value is 22, it will be associated with the full range of 6 or 7 once every two times. FIG. 23(b) is a diagram showing an example of a correspondence table. With such a correspondence table, limited range RGB signals are converted to full range signals. Note that the example of FIG. 23(b) in which the correspondence is made evenly is one example, and the limited range and the full range are made to correspond one-to-one in at least one of the dark area (for example, less than 16) or the bright area (for example, more than 235), In the intermediate region, limited range RGB values may be associated with different full range RGB values.
例えば、リミテッドレンジで25の非重複領域のRGB値は25のまま変換されない。重複領域の同じく25のRGB値は10に変換される。この結果、25>10となり、重複領域が非重複領域よりも暗く投影される。重複領域は階調が広がっているので黒つぶれしにくい。 For example, in the limited range, an RGB value of 25 in a non-overlapping area remains unconverted at 25. An RGB value of 25 in an overlapping area is converted to 10. As a result, 25>10, and the overlapping area is projected darker than the non-overlapping area. The overlapping area has a wider range of gradations, so it is less likely to be crushed blacks.
階調補正の後、ブレンディング処理により、隣り合うプロジェクタの重複領域が非重複領域と同等となるように調整されるので、重なり領域が不自然に明るくなってしまうのを防ぐことができる。 After tone correction, a blending process adjusts the overlapping areas of adjacent projectors so that they are equivalent to the non-overlapping areas, preventing the overlapping areas from becoming unnaturally bright.
なお、本実施形態では、フルレンジとリミテッドレンジという用語で説明したが、重複領域の方が非重複領域よりも階調が大きくなればよい。したがって、例えば、非重複領域のRGBレンジを50~200、重複領域のRGBレンジを0~255としてもよい。あるいは、非重複領域のRGBレンジを50~255、重複領域のRGBレンジを0~255としてもよい。 Although the present embodiment has been described using the terms full range and limited range, it is only necessary that the overlapping area has a larger gradation than the non-overlapping area. Therefore, for example, the RGB range of the non-overlapping area may be set to 50-200, and the RGB range of the overlapping area may be set to 0-255. Alternatively, the RGB range of the non-overlapping area may be set to 50 to 255, and the RGB range of the overlapping area may be set to 0 to 255.
<補正処理>
以下、図20及び図24を参照しながら、上記補正係数に基づく補正処理の詳細について説明する。図24は、上記補正係数に基づく補正処理を説明する図である。上述した幾何補正係数計算部136で算出された各プロジェクタの幾何補正係数と、上述した輝度調整部138で算出された各プロジェクタのブレンディング係数とが、図9に示したステップS111で、各補正処理部114に設定される。
<Correction processing>
Hereinafter, details of the correction process based on the above correction coefficient will be explained with reference to FIGS. 20 and 24. FIG. 24 is a diagram illustrating a correction process based on the above correction coefficient. The geometric correction coefficient of each projector calculated by the geometric correction
まず、補正処理部114は、プロジェクタ・メモリの全画素と、等倍コンテンツ画像上での対応する画素位置との対応付けデータを準備する。上述した幾何補正係数計算部136での処理により、図20(A)に示すようなプロジェクタ・メモリの全画素に対する画素位置が求められている場合は、補正処理部114は、図20(A)に示す対応付けデータをそのまま読み出す。プロジェクタ・メモリの格子点座標毎の等倍コンテンツ画像上での画素位置だけが与えられている場合は、格子点以外のプロジェクタ・メモリ上の全画素について、格子点の座標から線形補間等で、参照すべき等倍コンテンツ画像上の座標を計算し、図20(A)に示すような対応付けデータを計算する。
First, the correction processing unit 114 prepares association data between all pixels in the projector memory and corresponding pixel positions on the same-size content image. When the pixel positions for all pixels of the projector memory as shown in FIG. 20(A) have been determined by the processing in the geometric correction
補正処理部114は、プロジェクタ・メモリの画素毎の参照すべき等倍コンテンツ画像上の画素位置(小数点数)に基づき、投影すべき等倍コンテンツ画像から、バイリニア、バイキュービックなどの画素補間方法によって中間画像を生成する。補正処理部114は、更に、生成された中間画像のR,G,B各色の画素値に対し、図20(B)の対応付けデータにより対応付けられるブレンディング係数を乗じ、最終的な投影画像を生成する。 The correction processing unit 114 generates an intermediate image from the life-size content image to be projected by a pixel interpolation method such as bilinear or bicubic, based on the pixel position (decimal point number) on the life-size content image to be referenced for each pixel in the projector memory. The correction processing unit 114 further multiplies the pixel values of R, G, and B of the generated intermediate image by blending coefficients associated with each other by the association data in FIG. 20(B), to generate the final projected image.
図24には、3台のプロジェクタ150a~150cについて、補正処理部114a~114cによりコンテンツ画像から最終的に得られた投影画像350a~350cが示されている。図24に示すように、投影モード中、これらの投影画像350a~350cが、プロジェクタ150から投影される。投影画像350は、対応するプロジェクタ150が担当すべきコンテンツ画像の部分に対し各種補正がかけられているので、投影画像350a~350cの投影像は、投影面上で好適に重なり合わせられて、単一の投影像352に合成される。
FIG. 24 shows projected
<主な効果>
以上説明したように、本実施形態の投影システムは、重複領域の階調を非重複領域よりも広くすることで、黒つぶれを抑制しながら重複領域が不自然に明るくなってしまうのを防ぐことができる。
<Major Effects>
As described above, the projection system of this embodiment can prevent the overlapping areas from becoming unnaturally bright while suppressing crushed blacks by making the gradation of the overlapping areas wider than that of the non-overlapping areas.
<その他の適用例>
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
<Other application examples>
The above describes the best mode for carrying out the present invention using examples, but the present invention is not limited to these examples in any way, and various modifications and substitutions can be made within the scope that does not deviate from the gist of the present invention.
例えば、図5などの構成例は、情報処理装置110による処理の理解を容易にするために、主な機能に応じて分割したものである。処理単位の分割の仕方や名称によって本願発明が制限されることはない。情報処理装置110の処理は、処理内容に応じて更に多くの処理単位に分割することもできる。また、1つの処理単位が更に多くの処理を含むように分割することもできる。
For example, in the configuration example shown in FIG. 5, the
また、上記で説明した実施形態の各機能は、一又は複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、本明細書における「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたASIC(Application Specific Integrated Circuit)、DSP(digital signal processor)、FPGA(field programmable gate array)や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。 Furthermore, each function of the embodiments described above can be realized by one or more processing circuits. Here, the term "processing circuit" in this specification includes a processor programmed to execute each function by software, such as a processor implemented by an electronic circuit, and devices such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), DSP (digital signal processor), FPGA (field programmable gate array), and conventional circuit modules designed to execute each function described above.
100 投影システム
110 情報処理装置
150 プロジェクタ
100
Claims (5)
前記情報処理装置は、
前記投影体に投影された画像の撮像画像から、隣り合った前記画像の重複領域を検出する重複領域検出部と、
前記重複領域検出部が検出した前記重複領域の画像の階調を0~255のフルレンジに変更し、非重複領域の画像の階調を16~235のリミテッドレンジに変更する階調変更部と、
前記階調変更部が階調を変更した画像の前記重複領域の輝度を低減する輝度調整部と、
前記輝度調整部が前記重複領域の輝度を低減した画像データを複数の投影装置に送信する投影画像出力部と、を有し、
前記複数の投影装置は前記投影画像出力部が送信した前記画像データを受信して、それぞれが画像を投影することを特徴とする投影システム。 A projection system in which an information processing device transmits image data to each of a plurality of projection devices, and each of the plurality of projection devices projects an image onto a projection body,
The information processing device includes:
an overlapping area detection unit that detects an overlapping area of the adjacent images from captured images of images projected on the projector;
a gradation changing unit that changes the gradation of the image of the overlapping area detected by the overlapping area detection unit to a full range of 0 to 255, and changes the gradation of the image of the non-overlapping area to a limited range of 16 to 235 ;
a brightness adjustment unit that reduces the brightness of the overlapping area of the image whose gradation has been changed by the gradation change unit;
a projection image output unit that transmits image data in which the brightness adjustment unit has reduced the brightness of the overlapping area to a plurality of projection devices;
The projection system is characterized in that the plurality of projection devices receive the image data transmitted by the projection image output section, and each projects an image.
前記情報処理装置は、
重複領域検出部が、前記投影体に投影された画像の撮像画像から、隣り合った前記画像の重複領域を検出するステップと、
階調変更部が、前記重複領域検出部が検出した前記重複領域の画像の階調を0~255のフルレンジに変更し、非重複領域の画像の階調を16~235のリミテッドレンジに変更するステップと、
輝度調整部が、前記階調変更部が階調を変更した画像の前記重複領域の輝度を低減するステップと、
投影画像出力部が、前記輝度調整部が前記重複領域の輝度を低減した画像データを複数の投影装置に送信するステップと、を有し、
前記複数の投影装置が、前記投影画像出力部が送信した前記画像データを受信して、それぞれが画像を投影するステップと、
を有することを特徴とする投影方法。 A projection method performed by a projection system in which an information processing device transmits image data to a plurality of projection devices, and the plurality of projection devices each project an image onto a projection object, comprising:
The information processing device includes:
an overlapping area detection unit detecting an overlapping area between adjacent images from a captured image of the image projected onto the projection body;
a gradation changing unit changing the gradation of the image of the overlapping area detected by the overlapping area detection unit to a full range of 0 to 255 and changing the gradation of the image of the non-overlapping area to a limited range of 16 to 235 ;
A brightness adjustment unit reduces the brightness of the overlapping region of the image whose gradation has been changed by the gradation change unit;
a step of a projection image output unit transmitting image data in which the brightness adjustment unit has reduced the brightness of the overlapping region to a plurality of projection devices;
a step of the plurality of projection devices receiving the image data transmitted by the projection image output unit and each projecting an image;
13. A projection method comprising:
投影体に投影された画像の撮像画像から、隣り合った前記画像の重複領域を検出する重複領域検出部と、
前記重複領域検出部が検出した前記重複領域の画像の階調を0~255のフルレンジに変更し、非重複領域の画像の階調を16~235のリミテッドレンジに変更する階調変更部と、
前記階調変更部が階調を変更した画像の前記重複領域の輝度を低減する輝度調整部と、
前記輝度調整部が前記重複領域の輝度を低減した前記画像データを複数の投影装置に送信する投影画像出力部、として機能させるためのプログラム。 An information processing device that sends image data to multiple projection devices,
an overlapping area detection unit that detects an overlapping area of the adjacent images from the captured images of the images projected on the projector;
a gradation changing unit that changes the gradation of the image of the overlapping area detected by the overlapping area detection unit to a full range of 0 to 255, and changes the gradation of the image of the non-overlapping area to a limited range of 16 to 235 ;
a brightness adjustment unit that reduces the brightness of the overlapping area of the image whose gradation has been changed by the gradation change unit;
A program for causing the brightness adjustment unit to function as a projection image output unit that transmits the image data with reduced brightness of the overlapping area to a plurality of projection devices.
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