JP2003162000A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明が対象とするような映像表示装置におい
ては従来、個々の画像変調投影手段から投影した映像の
スクリーン上での明るさが、画像変調投影手段間で大き
く異なる場合には、最終的にユーザに提供される映像で
表現できる階調が少なくなるという課題があった。 【解決手段】減光手段を備える。スクリーン上に明るい
映像を投射している側の画像変調投影手段の投射光が前
記減光手段を通してスクリーン上に投射されるようにす
る。また、該減光手段が投射光の明るさを減少させる割
合を、スクリーン上での映像の明るさの比に応じて決定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スクリーンと複数
のプロジェクタを用いて映像を表示する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像変調手段と画像投影手段を備えた画
像変調投影手段によって、原画像を変調した後に投射す
ることで、複数の画像変調投影手段から投射された映像
をスクリーン上で滑らかに接続し、１つの映像としてユ
ーザに提供する装置がある。例えば、特開２００１−５
４１３１に記載の装置がその例である。これらの装置で
は、全体的な明るさの調整や、複数の画像投影手段によ
って重複して投影されている領域におけるエッジブレン
ド処理を、原画像に変調を施した変調画像を投影するこ
とにより実施していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、液晶プロジェ
クタを始めとするデジタルプロジェクタでは、入力画像
の「黒」を投影した際に、漏れ光などの影響により、映
像は真の「黒」にはならず、非投影領域に比べ、ある程
度の明るさ（以後「最低輝度レベル」と呼ぶ）を持つと
いう特徴を持つ。したがって、例えば、複数のプロジェ
クタから、互いに異なる精細度の映像（「精細度」はス
クリーン上での画素の細かさの意味であり、原画像の
「解像度」は互いに等しいものであってもよい）を投影
しようとした場合、投影距離やズーム率を調整して投影
領域のサイズを調整するが、投影領域が狭くなればなる
ほど、すなわち、ユーザに提供する映像の精細度を高く
しようとすればするほど、投射光のエネルギー密度が上
がることになり、最低輝度レベルは上がってしまう。複
数のプロジェクタから投影される映像全体を滑らかにつ
なげて１つの映像としてユーザに提供する場合、「黒」
は最低輝度レベルがもっとも高いプロジェクタの最低輝
度レベルに合わせざるを得ず、したがってこれはコント
ラストの低下につながる。

【０００４】また、複数のプロジェクタから投影される
映像全体を滑らかにつなげて１つの映像としてユーザに
提供するために、原画像を画像変調手段で変調した変調
画像をプロジェクタに供給し、プロジェクタからは該変
調画像を投影するという方法を採った場合、投影した映
像のスクリーン上での明るさの差がプロジェクタ間で大
きい場合には、次のような課題が発生する。すなわち、
原画像を画像変調手段で変調する際に、明るい映像を提
供しているプロジェクタに供給する変調画像の画素値と
して、大きな値をとることができなくなるため、表現で
きる階調が少なくなってしまう。例えば、もともと２５
６階調が表現可能であり、画素値と明るさが比例関係に
あるとすると、映像の明るさの比が４倍あった場合に、
明るい映像を提供しているプロジェクタに供給する変調
画像の画素値は、６４階調でしか表現できないことにな
る。これは、変調画像そのものの階調に加え、エッジブ
レンド処理の滑らかさにも影響するため、最終的にユー
ザに提供する映像の品質劣化につながることになる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明においては、前記
の課題を解決するため、減光手段を備え、所定の映像を
提供している側のプロジェクタの投影光を、減光手段を
通した上でスクリーンに投影するようにした。ここで、
所定の映像としては、所定の明るさの映像としてもよ
い。所定の明るさの映像には、所定値以上の明るさの映
像、ある範囲の映像のうち、比較的に明るさが明るい映
像が含まれる。

【０００６】また、減光手段が投射光の明るさを減少さ
せる割合を、スクリーン上での映像の明るさの比に応じ
て決めるようにした。

【０００７】このような手段をとることにより、従来の
技術による装置に比べ、最低輝度レベルを低下させ、変
調画像で表現できる階調を増やすことができるため、結
果としてユーザに提供する映像の品質を向上させること
ができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図４を用いて、本発
明の第一の実施例について説明する。図１は、本発明の
第一の実施例における装置の概念図である。

【０００９】画像変調投影手段２０は、画像出力手段２
２から入力された原画像データ２０５に変調を施した上
で、該変調後の変調画像２０６をスクリーン２４上の映
像領域２０４に投影する。画像変調投影手段２１は、画
像出力手段２２から入力された原画像データ２１５に変
調を施した上で、該変調後の変調画像２１６を、減光手
段２３を通して、スクリーン２４上の映像領域２１４に
投影するものである。ここで、画像変調投影手段２０お
よび画像変調投影手段２１は、映像領域２０４および映
像領域２１４がいずれも長方形の領域となるように設
置、およびズーム率やアオリ補正の調整する。また、こ
れに加え、映像領域２１４がスクリーン２４上で映像領
域２０４の内部にあるようにしてもよい。また、これら
に加え、映像領域２１４においてユーザに提供される映
像が映像領域２０４においてユーザに提供される映像よ
りも高精細となるようにしてもよい。また、これらに加
え、画像変調投影手段２１で原画像データ２１５に幾何
学的な変調だけを施した上で画像を投影した場合の映像
領域２１４での画像変調投影手段２１の投射光の明るさ
が画像変調投影手段２０で原画像データ２０５に幾何学
的な変調だけを施した上で画像を投影した場合の映像領
域２０４での画像変調投影手段２０の投射光の明るさよ
りも明るくなるように、調整を行ってもよい。また、こ
の投射光の明るさの調整は、単独で行ってもよい。

【００１０】画像変調投影手段２０において原画像デー
タ２０５に施される変調、および、画像変調投影手段２
１において原画像データ２１５に施される変調は、所与
の変調パラメタによって実施され、スクリーン２４上で
映像領域２０４と映像領域２１４に表示される映像を、
全体として繋がった１つの映像としてユーザに提供する
ためのものである。

【００１１】ここで、該変調パラメタは、従来のシステ
ムにおいて、減光手段２３をあらかじめ加えた上で調整
を行うことによって得ることができる。具体的な変調パ
ラメタは、幾何学的な位置合わせに関する補正と各画像
変調投影手段の特性の違いを吸収するための色補正とス
クリーン上で「黒」レベルが明るくなってしまうことに
対する補正に加えて、原画像データ２０５のうち映像領
域２１４に投射される部分の画素値を「黒」にする変調
を行うようなものとなる。また、これは、映像領域２１
４の内部に映像領域２０４との映像貼り合わせ用の「の
りしろ領域」を設けて、該のりしろ領域においてエッジ
ブレンドを行うような変調パラメタとしてもよい。

【００１２】ここで、減光手段２３は、投射光の色味を
変えずに明るさだけを落とすものであり、その１つの例
としてニュートラルデンシティフィルタ（ＮＤフィル
タ）が挙げられる。また、画像変調投影手段２１の投射
光に関して、ＲＧＢ３色の偏光方向が揃っているような
場合には、偏光フィルタを使うこともできる。偏光フィ
ルタを使った場合、偏光の角度を調整することにより、
投射光の明るさを減少させる割合（以下、「減光率」と
呼ぶ）を連続的に変化させることができる。なお、減光
手段２３として、減光率がどの程度のものを使用すれば
よいかについては、図３および図４において説明する。

【００１３】図２は、本発明の第一の実施例における装
置構成図である。なお、図２において、図１と同じ記号
は図１と同じものを表す。

【００１４】画像出力手段２２は、演算処理装置２２４
を使用して、主記憶装置２２１内の画像生成プログラム
２２２と画像生成用データ２２３とに基づいて、画像変
調投影手段２０の入力として与えるべき原画像データ２
０５を生成し、画像出力ボード２２５から画像変調投影
手段２０へ向けて出力する。同様に、画像出力手段２２
は、演算処理装置２２４を使用して、主記憶装置２２１
内の画像生成プログラム２２２と画像生成用データ２２
３とに基づいて、画像変調投影手段２１の入力として与
えるべき原画像２１５を生成し、画像出力ボード２２６
から画像変調投影手段２１へ向けて出力する。

【００１５】なお、原画像２０５を生成する際には画像
出力ボード２２５のハードウェアアクセラレーション機
能を使用してもよいし、同様に、原画像２１５を生成す
る際には画像出力ボード２２６のハードウェアアクセラ
レーション機能を使用してもよいことは言うまでもな
い。なお、外部記憶装置２２７を備え、画像生成プログ
ラム２２２や画像生成用データ２２３を、必要に応じて
外部記憶装置２２７から読み出すようにしてもよい。ま
た、通信手段２２８を備え、画像生成プログラム２２２
や画像生成用データ２２３を、通信手段２２８を介し
て、必要に応じてネットワークから読み込むようにして
もよい。

【００１６】画像変調投影手段２０は、画像出力ボード
２２５から入力された原画像データ２０５に対して、画
像変調手段２０１を用いて、所与の画像変調パラメタ２
０２に基づいた変調を施し、該変調の施された変調画像
２０６を、画像投影手段２０３からスクリーン２４へ向
けて投影する。

【００１７】画像変調投影手段２１は、画像出力ボード
２２６から入力された原画像データ２１５に対して、画
像変調手段２１１を用いて、所与の画像変調パラメタ２
１２に基づいた変調を施し、該変調の施された変調画像
２１６を、画像投影手段２１３からスクリーン２４へ向
けて投影する。その際、画像投影手段２１３の投射光の
光路を遮るように減光手段２３を設置し、画像投影手段
２１３の投射光が減光手段２３を通してスクリーン２４
上に投射されるようにする。

【００１８】なお、画像変調パラメタ２０２および画像
変調パラメタ２１２は、従来のシステムにおいて、減光
手段２３をあらかじめ加えた上で調整を行うことによっ
て容易に得ることができる。

【００１９】図３は、本発明の第一の実施例において、
減光手段２３の減光率を決定するための、減光率決定処
理のフローチャートである。

【００２０】減光率決定処理が開始されると、まず、ス
テップ３０１の映像投射面積算出処理において、画像投
影手段２０３の映像投射面積Ｓ０および画像投影手段２
１３の映像投射面積Ｓ１を算出する。映像投射面積算出
処理の詳細は、図４において説明する。

【００２１】次に、ステップ３０２の映像投射面積比算
出処理において、画像投影手段２０３の映像投射面積Ｓ
０に対する画像投影手段２１３の映像投射面積Ｓ１の比
Ｓｒを算出する。これは、下記の（数１）で算出する。

【００２２】

【数１】 次に、ステップ３０３の推定輝度比算出処理において、
画像投影手段２０３が投影している映像のスクリーン２
４上での明るさに対する、画像投影手段２１３が投影し
ている映像のスクリーン２４上での明るさの比ｒの推定
値を算出する。これは、画像投影手段２０３の諸元上の
明るさがＬ０であり、画像投影手段２１３の諸元上の明
るさがＬ１である場合、ステップ３０２で算出したＳｒ
を使って、次のように算出する。

【００２３】

【数２】 したがって、画像投影手段２０３と画像投影手段２１３
とが同一の諸元を持つ装置である場合、Ｌ０とＬ１とは
等しい値であるから、Ｓｒの値だけから求めるようにし
てもよい。

【００２４】次に、ステップ３０４の理想減光率算出処
理において、減光手段２３としての理想的な減光率Ｃｉ
を算出する。これは、下記の(数３)で算出する。

【００２５】

【数３】 なお、減光手段２３の減光率がＣの時、減光手段２３を
通った光の明るさは（１／Ｃ）倍となる。

【００２６】次に、ステップ３０５の実減光率算出処理
において、減光手段２３の実際の減光率を算出する。例
えば減光手段としてＮＤフィルタを使用する場合、市販
されているＮＤフィルタの減光率は、２の二分の一乗刻
みのものや、２の三分の一乗刻みのものといった、離散
的なものが一般的であり、理想減光率とちょうど等しい
減光率のものがあるとは限らない。そのため、理想減光
率から実際に使用可能な減光率のうちの一つを選択する
のが実減光率算出処理の目的である。具体的な処理とし
ては、市販のフィルタのカタログなどを用いてあらかじ
め作成しておいた使用可能な減光率のテーブルから、ス
テップ３０４において求めた理想減光率Ｃｉに値が最も
近いものを、減光手段２３の実際の減光率Ｃｒとして選
択する。

【００２７】ステップ３０５において実減光率Ｃｒを算
出後、減光率決定処理を終了する。

【００２８】図４は、本発明の第一の実施例の減光率決
定処理における映像投射面積算出処理を説明するための
図である。

【００２９】まず、映像領域２０４の縦方向の長さＬｖ
を求める。図４において辺４１０と辺４１１と辺４１２
と辺４１３は長方形である映像領域２０４の四辺であ
る。すなわち、辺４１０と辺４１２とは互いに平行で同
じ長さであり、辺４１１と辺４１３は互いに平行で同じ
長さである。線分４０５は、画像投影手段２０３の光軸
４０４とスクリーン２４との交点４０２を通り辺４１０
に平行な直線４０７上の線分であり、その両端点は、直
線４０７と辺４１１の交点４０１、および、直線４０７
と辺４１３の交点４０３である。また、交点４０２と理
想投影点４００と交点４０１とで決まる角度をθとし、
交点４０２と理想投影点４００と交点４０３とで決まる
角度をφとする。また、交点４０１と理想投影点４００
と交点４０３とで張られる面内において、光軸４０４
と、交点４０２におけるスクリーン２４の法線４０６と
の成す角をρとする。また、理想投影点４００とスクリ
ーン２４との距離をｄとする。このとき、理想投影点４
００と交点４０３と交点４０１とで決まる角度Ｒ２は、
(数４)にて算出する。

【００３０】

【数４】 この角度Ｒ２を用いると、理想投影点４００と交点４０
１と交点４０３とで決まる角度Ｒ１を、(数５)のとおり
算出する。

【００３１】

【数５】 このとき、長さＬｖは、（数６）で算出する。

【００３２】

【数６】 映像領域２０４の横方向の長さＬｈも同様の方法で算出
することができるので、結局、画像投影手段２０３の映
像投射面積Ｓ０は、(数７)で算出する。

【００３３】

【数７】 なお、以上の説明では、画像投影手段２０３の映像投射
面積Ｓ０を算出する方法を説明したが、画像投影手段２
１３の映像投射面積Ｓ１も、同様の方法で算出すること
ができる。

【００３４】以上、本発明の第一の実施例によれば、２
つの画像投影手段の投射光のスクリーン上での明るさの
比を推定し、その比から算出された減光率を有する減光
手段を備えて、スクリーン上に明るい映像を投射してい
る側の画像変調投影手段の投射光が前記減光手段を通し
てスクリーン上に投射されるようにしたことにより、従
来の技術による装置に比べ、最低輝度レベルを低下させ
ることができるようになり、また、変調画像で表現でき
る階調を増やすことができるようになり、ユーザに提供
する映像の品質を向上させることができる。また、前記
減光手段の減光率を、プロジェクタの諸元と、スクリー
ンおよびプロジェクタの配置とから、装置設計段階にお
いて求めることができる。

【００３５】なお、前記第一の実施例においては、映像
がスクリーン上に長方形に映し出される場合について説
明し、これは、画像投影手段として例えばアオリ補正機
能付のプロジェクタを使用することで実施できるもので
あるが、本発明の適用範囲はこのような場合に限るもの
ではない。例えば、スクリーンは平面であるがプロジェ
クタの配置によって映像が長方形ではなく一般の四辺形
となってしまう場合、透視変換の原理に基づいて映像の
四頂点のスクリーン上での位置を求め、次に、それによ
って定まる四辺形の面積をそれぞれ求め、その後、その
面積比を基準にして、理想減光率を決定すればよい。

【００３６】また、例えば、スクリーンが平面ではなく
曲面である場合、投影された映像は歪んでしまうが、そ
の場合には、投射光の光軸とスクリーンとの交点を通り
光軸に垂直な平面を考え、これを仮想スクリーンとして
投影面積の近似値を求め、該近似値に基づいて理想減光
率Ｃｉを決定するようにしてもよい。

【００３７】また、前記第一の実施例においては、実減
光率Ｃｒとして、使用可能な減光率のテーブルから、理
想減光率Ｃｉに値が最も近いものを選択したが、これ
を、「理想減光率Ｃｉ以下の値で」理想減光率Ｃｉに最
も近いものを選択するようにしてもよい。これは、減光
手段２３の実減光率Ｃｒとして理想減光率Ｃｉより大き
い値を選択した場合、ユーザに提供する映像の明るさを
必要以上に落とすことになり、「映像の明るさ」という
観点における、映像品質の劣化に繋がるためである。

【００３８】また、前記第一の実施例においては、装置
の設計時に減光手段２３の実減光率Ｃｒを決定できるよ
うにするために、理想減光率Ｃｉを計算によって求めた
が、装置の設計時に決定する必要がない場合には、減光
手段２３以外の装置の設置が完了した後、画像投影手段
２０３と画像投影手段２１３から同一の画像を投影し、
スクリーン上での映像の明るさの比を輝度計などの計測
器を用いて実際に測定して、その計測値に基づいて理想
減光率Ｃｉを決定するようにしてしてもよい。

【００３９】また、前記第一の実施例においては、低精
細な映像の内部に高精細な映像を表示する場合について
説明したが、本発明の適用範囲はこのような場合に限る
ものではない。例えば、ユーザを囲むように複数のスク
リーンを設置し、スクリーンの繋ぎ目で映像が幾何学的
に滑らかにつながるように調整されている映像装置にお
いて、正面に位置するスクリーンに、その他のスクリー
ンに投射されている映像に比べて高精細で明るい映像を
投射するようにし、正面に位置するスクリーンに映像を
投射している画像変調投影手段の投射光の明るさを、減
光手段を用いて減少させるようにしてもよい。

【００４０】また、前記第一の実施例においては、映像
領域２１４において常に高精細な映像を表示するように
したが、本発明の適用範囲はこのような場合に限るもの
ではない。例えば、画像出力手段２２が、さらに合成用
プログラムを備え、原画像データ２１５のうち重要でな
い部分を「黒」にした画像データ２１８をあらためて原
画像データとして画像変調投影手段２１に出力するよう
にし、さらに、原画像データ２０５のうち画像データ２
１５と画像データ２１８とで画素値が一致している部分
に対応する部分を「黒」にした画像データ２０８をあら
ためて原画像データとして画像変調投影手段２０に出力
するようにして、高精細映像が表示される領域を動的に
変えるようにしてもよい。このような構成とした場合、
画像変調パラメタ２０２および画像変調パラメタ２１２
は、幾何学的な位置合わせに関する補正と各画像変調投
影手段の特性の違いを吸収するための色補正とスクリー
ン上で「黒」レベルが明るくなってしまうことに対する
補正と、を行うようなものとする。すなわち、原画像デ
ータのうち映像領域２１４に投射される部分の画素値を
「黒」にする変調や、精細度の境界部分におけるエッジ
ブレンドを行う必要はない。

【００４１】また、前記第一の実施例においては、各々
の精細度について１つの画像変調投影手段を用意した
が、本発明の適用範囲はこのような場合に限るものでは
ない。例えば、高精細な映像を提供する画像変調投影手
段を複数用意してもよい。また、例えば、画像変調投影
手段を多数用意し、精細度を高精細・低精細の２段階で
はなく、多段階に拡張してもよい。なお、これらの場合
においては、画像変調投影手段の追加に伴って、減光手
段も追加するが、追加した減光手段の理想減光率Ｃｉに
関しては、前記複数の画像変調投影手段からスクリーン
上に投射されている映像のうち、最も暗い映像を基準に
して、前記第一の実施例と同様にして求めればよい。ま
た、理想減光率Ｃｉから実減光率Ｃｒを決定する際、減
光手段によって明るさを減少させた後も、高精細な映像
ほど明るくなるように、実減光率Ｃｒを決定するように
してもよい。

【００４２】上述した実施の形態によれば、投射光の明
るさを減少させる割合が、２つの画像投影手段の投射光
のスクリーン上での明るさの比に応じて決定された値に
等しく、あるいは近い値であるような減光手段を備え、
スクリーン上に明るい映像を投射している側の画像変調
投影手段の投射光が前記減光手段を通してスクリーン上
に投射されるようにしたことにより、従来の技術による
装置に比べ、最低輝度レベルを低下させることができる
ようになり、また、変調画像で表現できる階調を増やす
ことができるようになり、ユーザに提供する映像の品質
を向上させることができる。また、上記減光手段の減光
率を、プロジェクタの諸元と、スクリーンおよびプロジ
ェクタの配置とから、装置設計段階において求めること
ができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、複数のプロジェクタを
含む映像発生源を用いて映像を表示する場合でも最低輝
度レベルを低下可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例における装置の概念図で
ある。

【図２】本発明の第一の実施例における装置構成図であ
る。

【図３】本発明の第一の実施例における減光率決定処理
のフローチャートである。

【図４】本発明の第一の実施例の減光率決定処理におけ
る映像投射面積算出処理を説明するための図である。

【符号の説明】

２０、２１……画像変調投影手段 ２０１、２１１……画像変調手段 ２０３、２１３……画像投影手段 ２２……画像出力手段 ２３……減光手段 ２４……スクリーン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】映像を映写するスクリーンと、 前記スクリーンに前記映像を投影する複数の投影手段
   と、 前記複数の投影手段それぞれから前記スクリーンに投影
   される各映像の明るさを検知する検知手段と、 前記検知手段から検知された前記各映像の明るさを示す
   情報を入力し、入力された前記情報に基づいて、所定の
   条件に合致する明るさの映像を投影する投影手段からの
   投影光を減光する減光手段を有することを特徴とする映
   像表示装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の映像表示装置において、 前記減光手段は、前記複数の投影手段のうち、投影光が
   最も明るい投影光を投影する投影手段の投影光を減光す
   ることを特徴とする映像表示装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の映像表示装置において、 前記減光手段は、前記複数の投影手段のうち、映像に対
   して幾何学的な変調を施して前記スクリーン上に投影し
   た映像の明るさが、最も明るい映像を投射している投影
   手段の投射光を減光することを特徴とする映像表示装
   置。
4. 【請求項４】請求項３に記載の映像表示装置において、 前記減光手段は、前記複数の投影手段各々で幾何学的な
   変調を施して前記スクリーン上に投影した映像の明るさ
   の比が他の投影手段からの映像と実質的に同一となるよ
   う減光することを特徴とする映像表示装置。