JP2004158941A

JP2004158941A - 色ムラ補正装置、プロジェクタ、色ムラ補正方法、プログラムおよび記録媒体

Info

Publication number: JP2004158941A
Application number: JP2002320649A
Authority: JP
Inventors: Kenji Fukazawa; 賢二深沢
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】本発明は、表示装置による投影画像の色ムラをより良く抑制可能な色ムラ補正装置、プロジェクタ、色ムラ補正方法、プログラムおよび記録媒体を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明による色ムラ補正装置は、照明光下での、表示装置出力光の投影面における撮像結果に基づき投影画像の色ムラを補正する。すなわち、演算部１５０が、前記撮像結果に基づき、前記投影面の色データと前記照明光のデータとを所定領域毎に集計して補正量を演算し、色ムラ補正部１１５が、演算された補正量に基づいて色ムラ補正を行う。
【選択図】図２

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、色ムラ補正、より具体的には、例えば投射型表示装置による投影画像の色ムラを抑制可能な色ムラ補正装置、プロジェクタ、色ムラ補正方法、プログラムおよび記録媒体に関する。
【従来の技術】
プロジェクタなどの画像表示装置を用いてスクリーンに所望の画像を表示させる場合、スクリーン自体の色が不均一であったり照明光のスクリーン上での輝度が不均一であるために、スクリーンに投影された画像に色ムラが生じる場合がある。
このような投射型表示装置による投影画像の色ムラを抑制可能な色ムラ補正装置としては、特許文献１に記載の色ムラ補正装置がある。この特許文献１に記載の色ムラ補正装置は、スクリーンを所定領域に分割して、スクリーンの色データを取得し、当該所定領域毎のスクリーンの色データに基づき色ムラ補正を行っている。
【特許文献１】
特開２０００−３１６１７０号公報
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、表示装置による投影画像の色ムラをより良く抑制可能な色ムラ補正装置、プロジェクタ、色ムラ補正方法、プログラムおよび記録媒体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、請求項１に記載の発明は、照明光下での、表示装置出力光の投影面における撮像結果に基づき投影画像の色ムラを補正する装置であって、前記撮像結果に基づき、前記投影面の色データと前記照明光のデータとを所定領域毎に集計して補正量を演算する演算部を備え、当該演算された補正量に基づいて色ムラ補正を行うように構成される。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の色ムラ補正装置であって、前記所定領域毎に最小輝度値を演算し、当該演算された最小輝度値の中の最大値に基づき前記補正量を決定するように構成される。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の色ムラ補正装置であって、前記所定領域毎に最大輝度値を演算し、当該演算された最大輝度値の中の最小値に基づき前記補正量を決定するように構成される。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の色ムラ補正装置であって、前記所定領域毎に行う補正量演算を画素毎に行うように構成される。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の色ムラ補正装置であって、前記撮像結果から所定領域毎に輝度値を演算し、当該輝度値の最大値および最小値に基づき撮像領域を決定するように構成される。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の色ムラ補正装置を備えるように構成される。
請求項７に記載の発明は、照明光下での、表示装置出力光の投影面における撮像結果に基づき投影画像の色ムラを補正する方法であって、前記撮像結果に基づき、前記投影面の色データと前記照明光のデータとを所定領域毎に集計して補正量を演算する演算部を備え、当該演算された補正量に基づいて色ムラ補正を行うように構成される。
請求項８に記載の発明は、照明光下での、表示装置出力光の投影面における撮像結果に基づき投影画像の色ムラを補正する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記撮像結果に基づき、前記投影面の色データと前記照明光のデータとを所定領域毎に集計して補正量を演算する演算処理と、当該演算された補正量に基づいて色ムラ補正を行う色ムラ補正処理と、をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
請求項９に記載の発明は、照明光下での、表示装置出力光の投影面における撮像結果に基づき投影画像の色ムラを補正する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読取可能な記録媒体であって、前記撮像結果に基づき、前記投影面の色データと前記照明光のデータとを所定領域毎に集計して補正量を演算する演算処理と、当該演算された補正量に基づいて色ムラ補正を行う色ムラ補正処理と、をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読取可能な記録媒体である。
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。
システム構成
図１に、本発明にかかる色ムラ補正装置を備えるプロジェクタ２０を用いたシステムの概略説明図を示す。
スクリーン１０（投影面）のほぼ正面に設けられたプロジェクタ２０から、所定の画像が投影される。この場合、照明器具５０からの照明光８０によってスクリーン１０に投影された画像には、スクリーン１０の色が不均一であったり、照明光８０のスクリーン１０上での輝度が不均一であるために、色ムラが生じる。本発明による色ムラ補正装置は、このようにして生じる色ムラをカメラセンサ６０による撮像およびフィードバック補正によって抑制する。
プロジェクタ２０内の画像処理部１００の構成
図２に、本発明にかかる色ムラ補正装置を備えるプロジェクタ２０内の画像処理部１００の機能ブロック図を示す。
図２に示すプロジェクタ２０内の画像処理部１００は、アナログ形式の画像入力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１１０と、カメラセンサ６０による投影面の撮像結果に基づき色ムラ補正を行うための演算を行う演算部１５０と、当該演算部１５０による演算結果に基づき色ムラ補正を行う色ムラ補正部１１５と、一次元色補正テーブルを各ＲＧＢ画像入力信号に対して適用して所望の色補正を行う色補正部１２０と、デジタル信号をアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換部１３０と、液晶ライトバルブを駆動して画像の投影表示を行うためのＬ／Ｖ（ライトバルブ）駆動部１４０と、を備える。
演算部１５０の構成
次に、図７を参照して、図２に示す演算部１５０の詳細な構成を説明する。
図７に示す演算部１５０は、カメラセンサ６０による撮像データを格納する撮像データ格納部１５０ａと、前記撮像データに基づいてプロジェクタの投影領域を決定する投影領域決定部１５０ｂと、決定された投影領域に基づいてプロジェクタの各画素位置とカメラ測定値との対応付けを行う画素・測定値の対応付け部１５０ｃと、前記撮像データに基づいて各出力画素における色再現特性を推定する色再現特性推定部１５０ｄと、前記撮像データに基づいて各階調における目標色度を決定する色度決定部１５０ｅと、プロジェクタの各画素位置とカメラ測定値との対応、推定された各出力画素における色再現特性および決定された目標色度に基づいて色ムラ補正部１１５への入力値（Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂ）に対する出力輝度（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ，Ｚｏｕｔ）を決定する入出力対応関係決定部１５０ｆと、を備えて構成される。
色ムラ補正処理
次に、図３乃至図６を参照して、演算部１５０および色ムラ補正部１１５による色ムラ補正処理を説明する。
ここで説明する演算部１５０および色ムラ補正部１１５による色ムラ補正処理は、プロジェクタの画像処理部１００のプログラム格納部（図示せず）に記録されたプログラムを実行することによって行われる。前記プログラム格納部は、プログラムを記録した媒体を構成する。さらに、当該処理プログラム自体も、本願発明の範囲内に包含される。
図６に、演算部１５０および色ムラ補正部１１５による色ムラ補正処理を説明するためのフローチャートを示す。
当該実施形態では、スクリーン右側から照明光が照射され、投影面内の輝度が不均一になっている場合の色ムラ補正処理について説明する。
図６に示すように、まず、プロジェクタ２０からスクリーン（投影面）１０に対して、白、黒、赤、緑、青の均一なカラーチャートを順に表示し、その都度多画素のカメラセンサ６０によって表示領域全体を撮像する（Ｓ１０）。そして、撮像された撮像データは演算部１５０内の撮像データ格納部１５０ａに格納される。
白チャートの撮影結果の一例を図３に示す。照明光が投影面右上から照射されると、投影面の輝度が均一でなくなる。そして、投影領域決定部１５０ｂは、慣用の方法で、白チャートの撮影結果による各画素のＲＧＢ値（前記撮像データの一部）をＸＹＺ値に変換する（Ｓ１２）。
次に、投影領域決定部１５０ｂが、前記撮像データおよび変換されたＸＹＺ値に基づきプロジェクタの投影面に対する投影領域を決定する（Ｓ１４）。
具体的には、変換したＹ値で２次元画像ｇ（ｉ，ｊ）を形成し、この画像に対して
ｅ（ｉ，ｊ）＝ｇ（ｉ，ｊ）×Ｍ（ｉ，ｊ）
【数１】

のフィルタをかける。フィルタ処理後のｅ（ｉ，ｊ）の値が最も大きくなった（ｉ，ｊ）を（ｉｓ，ｊｓ）とし、プロジェクタ投射領域の左上の画素と対応付ける。
同様に、
ｆ（ｉ，ｊ）＝ｇ（ｉ，ｊ）×Ｎ（ｉ，ｊ）
【数２】

のフィルタをかけ、フィルタ処理後のｆ（ｉ，ｊ）の値が最も大きくなった（ｉ，ｊ）を（ｉｅ，ｊｅ）とし、プロジェクタ投射領域の右下の画素と対応付ける。
また、図４に示すように、左上および右下角の検出を行う領域を制限することによって、壁の模様などによるプロジェクタ表示領域の誤検出を防ぐことができる（高精度化）とともに、プロジェクタ表示領域検出の高速化を図ることができる。なお、検出する領域は、ズームによる投影領域の変化を考慮して決定する。
次に、画素・測定値の対応付け部１５０ｃが、決定された投影領域に基づいてプロジェクタの各画素位置とカメラ測定値との対応付けを行う（Ｓ１６）。
図５に、プロジェクタの各画素位置とカメラ測定値との対応付けを説明するための図を示す。図５のマーク×に示すように、カメラセンサ画素位置におけるＸＹＺ値が得られる。当該カメラセンサ画素位置におけるＸＹＺ値に基づき、プロジェクタの各画素におけるＸＹＺ値を以下のように求める。
まず、カメラセンサの横および縦の画素数をＮｘｃ，Ｎｙｃ、プロジェクタの縦画素数および横画素数をＮｘｐ，Ｎｙｐとする。また、カメラセンサ撮像領域内のプロジェクタ投影領域の左上位置を前述のように（ｉｓ，ｊｓ）、右下位置を（ｉｅ，ｊｅ）とする。
そして、あるプロジェクタ画素をＰ（ｘｐ，ｙｐ）とすると、この画素Ｐ（ｘｐ，ｙｐ）のカメラセンサ撮像領域における位置（ｉｐ，ｊｐ）は、以下のように表すことができる。
ｉｐ＝ｉｓ＋（ｉｅ−ｉｓ）／Ｎｘｐ＊ｘｐ
ｊｐ＝ｊｓ＋（ｊｅ−ｊｓ）／Ｎｙｐ＊ｙｐ
ただし、カメラセンサ画素ピッチを１とし、ｉｐ，ｊｐは、小数点の値をとるものとする。
そして、あるプロジェクタ画素Ｐを取り囲むカメラ画素４点を選択する。この４点の画素位置を
Ｃ０：（Ｋ，Ｍ）
Ｃ１：（Ｋ＋１，Ｍ）
Ｃ２：（Ｋ，Ｍ＋１）
Ｃ３：（Ｋ＋１，Ｍ＋１）
とする。
ただし、Ｋ＝ＩＮＴ（ｉｐ）、Ｍ＝ＩＮＴ（ｊｐ）であり、ＩＮＴ（ｉｐ）は、ｉｐの整数値部を表す。また、これらの画素におけるＸＹＺ値が
Ｃ０：（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）
Ｃ１：（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）
Ｃ２：（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）
Ｃ３：（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）
であったとすると、画素Ｐ位置におけるＸＹＺ値（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）は、補間演算により
Ｘｐ＝｛Ｘ０＊（１−ｋ）＊（１−ｍ）＋Ｘ１＊ｋ＊（１−ｍ）＋Ｘ２＊（１−ｋ）＊ｍ＋Ｘ３＊ｋ＊ｍ｝
Ｙｐ＝｛Ｙ０＊（１−ｋ）＊（１−ｍ）＋Ｙ１＊ｋ＊（１−ｍ）＋Ｙ２＊（１−ｋ）＊ｍ＋Ｙ３＊ｋ＊ｍ｝
Ｚｐ＝｛Ｚ０＊（１−ｋ）＊（１−ｍ）＋Ｚ１＊ｋ＊（１−ｍ）＋Ｚ２＊（１−ｋ）＊ｍ＋Ｚ３＊ｋ＊ｍ｝
となる。ここで、ｋ＝ｉｐ−Ｋ、ｍ＝ｊｐ−Ｍとする。
次に、色再現特性推定部１５０ｄが、前記撮像データに基づいて各出力画素における色再現特性を推定する（Ｓ１８）。
ある画素ｉにおけるＷ，Ｂｋ，Ｒ，Ｇ，Ｂのチャート出力時のＸＹＺ輝度値をそれぞれ
Ｗチャート表示時の輝度値（Ｘｗｉ，Ｙｗｉ，Ｚｗｉ）
Ｂｋチャート表示時の輝度値（Ｘｋｉ，Ｙｋｉ，Ｚｋｉ）
Ｒチャート表示時の輝度値（Ｘｒｉ，Ｙｒｉ，Ｚｒｉ）
Ｇチャート表示時の輝度値（Ｘｇｉ，Ｙｇｉ，Ｚｇｉ）
Ｂチャート表示時の輝度値（Ｘｂｉ，Ｙｂｉ，Ｚｂｉ）
すると、表示装置でＢｋ（黒）を出力したときのセンサ出力値は照明光の光成分と考えられるので、プロジェクタの入力信号（Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂ）の場合の画素ｉの輝度は、以下のように表すことができる。ただし、プロジェクタのガンマ特性値をγで表す。
【数３】

【数４】

次に、色度決定部１５０ｅが、前記撮像データに基づいて、プロジェクタへの入力信号（Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂ）に対する、目標とするプロジェクタ投影面全体の色度を決定する（Ｓ２０）。
当該実施形態では、すべての入力信号において、投影画面全体が均一な色度になることを目指した場合について説明する。
最小輝度の目標値
まず、最小輝度の目標値を求める。目標のｘｙ色度を（ｘｔ，ｙｔ）とすると、各画素において最小輝度となる（ｘｔ，ｙｔ）を実現するのは、入力信号（Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂ）の何れかが０となる場合である。
色度値（ｘ，ｙ）とＣＩＥＸＹＺ値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）との間には、
ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ），ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ） … （３）
の関係がある。目標色度（ｘｔ，ｙｔ）を実現する画素ｉにおけるＣＩＥＸＹＺ値を（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）とすると、
ｘｔ＝Ｘｉ／（Ｘｉ＋Ｙｉ＋Ｚｉ），ｙｔ＝Ｙｉ／（Ｘｉ＋Ｙｉ＋Ｚｉ） … （４）
の関係式が得られるので、これに、式（１）および式（２）を代入し、Ｄｒ＝０，Ｄｇ＝０，Ｄｂ＝０のそれぞれの場合についてＹ値を算出する。
この結果の中でＤｒ＞＝０，Ｄｇ＞＝０，Ｄｂ＞＝０の条件を満たし、かつＹ値が最小になるのが、この画素の最小輝度である。この最小輝度値をＹｍｉｎ（ｉ）とする。
この計算をすべての画素について行う。そしてその最大値をＹｌｏとする（Ｎは、画素数）。すなわち、
Ｙｌｏ＝Ｍａｘ［Ｙｍｉｎ（０），Ｙｍｉｎ（１），，，Ｙｍｉｎ（Ｎ）］ … （５）
となる。
これにより、最小輝度の目標値は、（ｘ，ｙ，Ｙ）＝（ｘｔ，ｙｔ，Ｙｌｏ）となり、（３）式よりＸＹＺ値（Ｘｌｏ，Ｙｌｏ，Ｚｌｏ）が求められる。
最大輝度の目標値
次に最大輝度の目標値を求める。同様に、目標のｘｙ色度を（ｘｔ，ｙｔ）とすると、各画素において最大輝度となる（ｘｔ，ｙｔ）を実現するのは、入力信号（Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂ）の何れかが１となる場合である。
目標色度（ｘｔ，ｙｔ）を実現する画素ｉにおけるＣＩＥＸＹＺ値を（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）とすると、
ｘｔ＝Ｘｉ／（Ｘｉ＋Ｙｉ＋Ｚｉ），ｙｔ＝Ｙｉ／（Ｘｉ＋Ｙｉ＋Ｚｉ） … （６）
の関係式が得られるので、これに、式（１）および式（２）を代入し、Ｄｒ＝１．０，Ｄｇ＝１．０，Ｄｂ＝１．０のそれぞれの場合についてＹ値を算出する。
この結果の中でＤｒ＜＝０，Ｄｇ＜＝０，Ｄｂ＜＝０の条件を満たし、かつＹ値が最大になる場合、この画素の最大輝度となる。この最大輝度値をＹｍａｘ（ｉ）とする。
この計算をすべての画素について行う。そしてその最小値をＹｈｉとする。
Ｙｈｉ＝Ｍａｘ［Ｙｍａｘ（０），Ｙｍａｘ（１），，，Ｙｍａｘ（Ｎ）］ … （７）
これにより、最大輝度の目標値は、（ｘ，ｙ，Ｙ）＝（ｘｔ，ｙｔ，Ｙｈｉ）となり、式（３）よりＸＹＺ値（Ｘｈｉ，Ｙｈｉ，Ｚｈｉ）が求められる。
以上より、ある環境での、プロジェクタ出力の最小輝度値と最大輝度値が決定される。このように、本発明による色ムラ補正処理では、投影面の色データ（撮像データ）と照明光データとを画素毎に集計して色ムラの補正量を演算し、色ムラ補正を行うようにしている。当該実施形態では、画素毎にデータの集計を行っているが、同様の方法で所定領域毎にデータの集計を行って色ムラ補正処理の高速化を図ることができる。
そして、入出力対応関係決定部１５０ｆが、プロジェクタの各画素位置とカメラ測定値との対応、推定された各出力画素における色再現特性および決定された目標色度に基づいて色ムラ補正部１１５への入力値（Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂ）に対する出力輝度（Ｘｏｕｔ，Ｙｏｕｔ，Ｚｏｕｔ）を以下のように決定する（Ｓ２２）。
【数５】

【数６】

式（１）および式（８）より、
【数７】

に関係式が得られ、
【数８】

として、これを（Ｄｒｉ，Ｄｇｉ，Ｄｂｉ）について解くと、
【数９】

が得られる。
そして、色ムラ補正部１１５が、演算部１５０によって求められた式（９）に基づき、画素ｉにおける入力信号（Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂ）に対して、（Ｄｒｉ，Ｄｇｉ，Ｄｂｉ）となるような色信号の変換を行うことによって、環境による画面の色ムラを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる色ムラ補正装置を備えるプロジェクタ２０を用いたシステムの概略説明図である。
【図２】本発明にかかる色ムラ補正装置を備えるプロジェクタ２０内の画像処理部１００の機能ブロック図である。
【図３】プロジェクタ出力光が投射された投影面の撮影結果の一例を示す図である。
【図４】プロジェクタ投影領域検出の高精度化および高速化を説明するための図である。
【図５】プロジェクタの各画素位置とカメラ測定値との対応付けを説明するための図である。
【図６】演算部１５０および色ムラ補正部１１５による色ムラ補正処理を説明するためのフローチャートである。
【図７】図２に示す演算部１５０の詳細な構成を説明するための機能ブロック図である。
【符号の説明】
１０スクリーン
２０プロジェクタ
５０照明器具
６０カメラセンサ
８０照明光
１００画像処理部
１１０Ａ／Ｄ変換部
１１５色ムラ補正部
１２０色補正部
１３０Ｄ／Ａ変換部
１４０Ｌ／Ｖ駆動部
１５０演算部
１５０ａ撮像データ格納部
１５０ｂ投影領域決定部
１５０ｃ画素・測定値の対応付け部
１５０ｄ色再現特性推定部
１５０ｅ色度決定部
１５０ｆ入出力対応関係決定部

Claims

照明光下での、表示装置出力光の投影面における撮像結果に基づき投影画像の色ムラを補正する装置であって、
前記撮像結果に基づき、前記投影面の色データと前記照明光のデータとを所定領域毎に集計して補正量を演算する演算部を備え、当該演算された補正量に基づいて色ムラ補正を行う色ムラ補正装置。
請求項１に記載の色ムラ補正装置であって、
前記所定領域毎に最小輝度値を演算し、当該演算された最小輝度値の中の最大値に基づき前記補正量を決定する色ムラ補正装置。
請求項１または２に記載の色ムラ補正装置であって、
前記所定領域毎に最大輝度値を演算し、当該演算された最大輝度値の中の最小値に基づき前記補正量を決定する色ムラ補正装置。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の色ムラ補正装置であって、
前記所定領域毎に行う補正量演算を、画素毎に行う色ムラ補正装置。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の色ムラ補正装置であって、
前記撮像結果から所定領域毎に輝度値を演算し、当該輝度値の最大値および最小値に基づき撮像領域を決定する、色ムラ補正装置。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の色ムラ補正装置を備えるプロジェクタ。
照明光下での、表示装置出力光の投影面における撮像結果に基づき投影画像の色ムラを補正する方法であって、
前記撮像結果に基づき、前記投影面の色データと前記照明光のデータとを所定領域毎に集計して補正量を演算する演算部を備え、当該演算された補正量に基づいて色ムラ補正を行う色ムラ補正方法。
照明光下での、表示装置出力光の投影面における撮像結果に基づき投影画像の色ムラを補正する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記撮像結果に基づき、前記投影面の色データと前記照明光のデータとを所定領域毎に集計して補正量を演算する演算処理と、
当該演算された補正量に基づいて色ムラ補正を行う色ムラ補正処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
照明光下での、表示装置出力光の投影面における撮像結果に基づき投影画像の色ムラを補正する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読取可能な記録媒体であって、
前記撮像結果に基づき、前記投影面の色データと前記照明光のデータとを所定領域毎に集計して補正量を演算する演算処理と、
当該演算された補正量に基づいて色ムラ補正を行う色ムラ補正処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読取可能な記録媒体。