JP2003029714A - 投射型表示装置の画像補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 キーストン補正のための座標変換の計算量を
削減する。 【解決手段】 読み出し制御部２は、液晶パネル４上の
整数座標（ｘ，ｙ）に対応する実数座標（ｕ，ｖ）を、
本発明の座標変換方式によって算出し、実数座標（ｕ，
ｖ）の周囲にある画素をフレームメモリ１から読み出
す。画素補間処理部３では、読み出し制御部２で読み出
した画素を基に、（ｘ，ｙ）に書き込む画素値を計算
し、液晶パネル４上に台形歪補正済みの画像を形成す
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、液晶プロジェクタ
等の投射式表示装置における垂直あるいは水平方向の台
形歪を補正する画像補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクタ等の投射式表示装置に
おいては、液晶パネルに形成されたデジタル画像が投影
面であるスクリーン上に投影されるが、プロジェクタの
光軸とスクリーンとの成す角が垂直または水平方向から
傾くことによって投影画像の形状に台形歪（キーストン
歪み）が生じる。

【０００３】スクリーン上に投影された上辺が伸び、下
辺が圧縮された台形歪（キーストン歪み）をデジタル的
に補正処理する技術として、例えば特開平８−９８１１
９号公報に記載の画像処理装置や特開平８−２５４３０
０号公報に記載の投射表示装置の表示方法がある。これ
らの技術では、補正の際に使用するパラメータとして、
装置とスクリーンとの間の距離が使用される。この他
に、パラメータとして装置とスクリーンとの間の距離を
使用しない補正方法もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の技術で
は、幾何学的な関係式を用いて正確な座標変換を行って
いる。しかしながら、上記した関係式には三角関数が使
われているため、高速化の妨げとなっている。

【０００５】そこで、本発明では、実際に液晶プロジェ
クタを使用する際、わずかな座標変換の誤差は問題にな
らない（一般的な使い方をするユーザには分からない）
ことに着目してなされたもので、本発明の目的は、正確
な変換式に対する誤差の少ない簡便な変換式を用いるこ
とで、実用上の画質的問題がほとんど生じないまま、キ
ーストン補正のための座標変換の計算量を削減した投射
型表示装置の画像補正方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、画像形成部
上の入力画像をスクリーンに投射して表示する投射型表
示装置において、光軸とスクリーンとのなす角が垂直ま
たは水平方向から傾くことに起因する台形歪を補正する
方法として、正確な幾何学変換式の代わりに簡単な近似
変換式を用いて座標変換を行う。

【０００７】また、本発明では、調整のためのパラメー
タとして、表示される画像の横端の線と垂直方向とのな
す角を用いる。

【０００８】本発明の投射型表示装置は、台型歪補正を
行う機能を持ち、またＰＣなどの画像信号元がなくても
調整できるようにするために、補正度調整用の表示デー
タを内蔵している。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面を
用いて具体的に説明する。

【００１０】前述したように、液晶プロジェクタに用い
るキーストン補正用の座標変換式が提案され、さらにこ
れを改良して光学シフトに対応した式もある。これらの
式は従来の方式に比べ、使用するパラメータの点で優れ
ている。すなわち、従来の方式がプロジェクタとスクリ
ーンとの距離（設置状況によって変わる）を用いている
のに対して、プロジェクタの固有値のみをパラメータで
使用しているため、設置状況に関わらず光軸とスクリー
ンとの角度だけで補正の度合いを調整することができ
る。また、厳密な幾何学的関係を考慮して式を立ててい
るため、画面上どこにも歪みのない変換式を提供するこ
とができる。

【００１１】しかし、三角関数を式に含むため、実際に
座標を変換する際に計算時間がかかる問題があることは
前述した通りである。

【００１２】ところで、実際にキーストン補正機能を持
つプロジェクタを使用している際に、一般ユーザには座
標変換の多少の歪みはほとんど分からない。幾何学的に
正しく変換された画像と、わずかな誤差を持って変換さ
れた画像とでは、実際の使用状況でユーザがその違いを
認識することが極めて難しい。また、「キーストン補正
をする際にユーザが意識するパラメータは、『光軸とス
クリーンとの角度』ではなく、『画面の横端と鉛直方向
との角度』である」という点も考慮する必要がある。

【００１３】本発明では、以上の２点を考慮に入れたキ
ーストン補正用の簡単な座標変換式を提案するもので、
次のような特徴を持つ。すなわち、 （１）式が簡単である。 （２）正確な変換に対する誤差が小さい。 （３）画像の横端の線と鉛直方向とのなす角をパラメー
タとする。なお、次の条件を前提とする。 （４）小型ポータブルプロジェクタで使用。 （５）キーストン補正の範囲は、光軸とスクリーンとの
角度で高々２０°まで。

【００１４】本発明のキーストン補正用変換式で使用す
る座標系（ｕ，ｖ）は、ある画素の補正前の液晶面での
座標であり、座標系（ｘ，ｙ）は、その画素の補正後の
液晶面での座標である（図２）。

【００１５】これらの座標系は、次のように考えてよ
い。 （ｕ，ｖ）：入力画像（外部から入力されてフレームメ
モリに記録された画像）での座標 （ｘ，ｙ）：液晶上での座標 実際の処理の際には、液晶面のそれぞれの画素の値を求
めるために必要な入力画像上の画素の座標を計算するこ
とになるので、変換式はｕ＝ｆ（ｘ，ｙ），ｖ＝ｇ
（ｘ，ｙ） という形になる。

【００１６】なお、入力画像と液晶面のサイズについて
は次の通り定める。 入力画像の大きさ：Ｕ＊Ｖ 液晶面の大きさ：Ｘ＊Ｙ ただし、Ｘ：Ｕ＝Ｙ：Ｖ＝１：ｋとする。この結果、ｋ
は入力画像と出力画像とのサイズ比を表すこととなり、
これらの座標変換式が解像度変換も考慮したものになる
（図２） 計算速度を重視した本発明の方法；縦方向のキーストン
歪を幾何学的に正しく補正した画像は液晶上で、図２
（ｂ）に示すように台形になる（つまり、液晶上の台形
をスクリーン上に投影すると、上辺が伸び、キーストン
歪が補正された長方形が表示される）。そこで、その台
形に近い形状の台形へと変形できてなおかつ平易な構成
の座標変換式を厳密な式の代わりに使用すれば、より高
速なキーストン補正ができる。この場合、画枠内の各箇
所における縮小率の変化の度合いの違いがあまり大きい
と画質的に問題となるので、これを小さく抑えられるよ
うな変換式が望ましい。どの程度の誤差が許容されるの
かは、プロジェクタの用途や製品レベルによるが、ここ
では小型ポータブルでキーストン補正角度は一般に考え
られる程度（２０°）までのプロジェクタを想定し、厳
密な座標変換式の結果と簡易座標変換式の結果とを並べ
て見比べて違いがほとんど視認できない程度を目標とし
た。

【００１７】また、従来の方式では光軸とスクリーンと
がなす角をパラメータとして座標変換式を作っている
が、ユーザがキーストン補正を調整する際には画像の横
端の縦線が垂直方向になるかどうかを見ることが多い。
そこで、本発明ではより直感的な座標変換式になるよう
に、液晶上の変換画像の横端の縦線と垂直方向とのなす
角をパラメータとした。

【００１８】本発明の座標変換式の特徴をまとめると、
簡単である、正確な変換に対して極端にずれていない、
画像の横端の線と鉛直方向とのなす角をパラメータとす
る、となる。

【００１９】以下、図３を用いて本発明の座標変換式を
説明する。液晶面の横端と台形歪み補正済み画像の横端
とのなす角をφとし、入力画像と液晶面とのサイズ比を
ｋ（＝Ｕ／Ｘ＝Ｖ／Ｙ）とする。

【００２０】まず、ｋ＝１（すなわちＵ＝Ｘ、Ｖ＝Ｙ）
の場合を考える。台形内の座標を（ｘ、ｙ）、長方形内
の座標を（ｘ’、ｙ’）とし、台形の右上端の点（ｘ
０、ｙ０）と長方形の右上の頂点（Ｘ／２、Ｙ）との関
係は、 Ｘ／２＝＋＝ｘ０＋ｔａｎφ・ｙ０ である。

【００２１】一般の（ｘ、ｙ）の場合、の大きさはｘ
およびｙの値に応じて変化する。ｘ＝０のときはｙの値
に関係なく＝０であり、ｙ＝０のときもｘに関係なく
＝０である。さらに、変化量はｘ、ｙにそれぞれ比例
するものと仮定して、

【００２２】

【数２】 さらに、角度が小さいことからｔａｎφ≒φと近似して

【００２３】

【数３】 となる。ｋ≠１の場合に拡張すると、ｕ＝ｋｘ’、Ｕ＝
ｋＸなので

【００２４】

【数４】 となる。ａは、比例係数であり、調整用のパラメータで
ある。ｖは、ｙ’の増加分がｙとφに比例するものと考
えパラメータｂを追加して、

【００２５】

【数５】 となる。

【００２６】上記した変換式は、垂直方向の台形歪補正
に関する変換式であるが、水平方向の台形歪に関しても
同じように対応できることは明らかである（ただし、こ
の式では両方向同時に補正することはできない）。

【００２７】本発明の画像補正方法は、液晶プロジェク
タにおいて、ＰＣなどから入力された画像信号がフレー
ムメモリに貯えられた状態から、表示のために液晶パネ
ルに書き込まれるまでのプロセス内で使用される。

【００２８】図１は、本発明の実施例に係る構成を示
す。フレームメモリ１には、入力画像データの１フレー
ム分が書き込まれている（例えば、図２（ａ）に示す長
方形の画像が書き込まれている）。フレームメモリ上の
座標を（ｕ，ｖ）［整数］とする。なお、（ｕ，ｖ）、
（ｘ，ｙ）の座標軸の方向と原点の位置は、前述した座
標変換式のものと異なるが、これは、例えば次のような
座標変換を行うことで互換性を保てる。 ｘ’＝ｘ＋Ｘ／２ ｙ’＝−ｙ＋Ｙ 読み出し制御部２では、液晶パネル４上の座標（ｘ，
ｙ）［整数］に対応する（ｕ，ｖ）［実数］を、本発明
の座標変換式（３）、（４）から導き出し、その（ｕ，
ｖ）［実数］の周囲にある画素をフレームメモリ１から
読み出す。読み出す画素数は画素補間処理部３における
画素補間方式に依存する。

【００２９】画素補間処理部３では、読み出し制御部２
で読み出した画素をもとに（ｘ，ｙ）に書き込む画素の
値を計算する。補間方法としては、例えば線型補間法や
３次補間法などを用いる。以上の処理を経て、液晶パ
ネル４上には台形歪が補正済みの画像（図２（ｂ）の台
形の画像）が形成される。液晶パネル４上に形成された
画像が図示しないスクリーンに投影されると、投影され
た画像はフレームメモリ１に書き込まれた元の画像と同
じものとなる。

【００３０】また、本発明の投射型表示装置は、ＰＣな
どの画像信号元がなくても調整できるようにするため
に、補正度調整用の表示データを内蔵している。すなわ
ち、補正度調整用の表示データとしては、液晶パネル４
の表示範囲の枠の外縁に線が表示されるデータを持つ。
このように、液晶パネルに罫線を表示することにより、
台形歪補正の角度調整の利便性が向上する。さらに、補
正度調整用の表示データとして、液晶パネル４に複数の
縦線が表示されるデータを持たせることにより、縦方向
の台形歪補正の角度調整の利便性が向上する。

【００３１】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、以下のような効果が得られる。 （１）正確な幾何学式と比べて単純な数式を用いること
によって必要な計算処理が軽減される。 （２）使用者が最も意識する横端部の角度をパラメータ
とすることで直感的な調整が可能になる。 （３）計算処理の軽減によって、処理の高速化およびハ
ードの小型化が実現できる。 （４）ＰＣなどの画像信号元がなくても罫線を表示する
ことで、台形歪補正の角度調整の利便性が向上し、ま
た、縦線を表示することで縦方向の台形歪補正の角度調
整の利便性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る構成を示す。

【図２】入力画像と液晶上の画像との対応を示す。

【図３】本発明の座標変換の関係を説明する図である。

【符号の説明】

１ フレームメモリ ２ 読み出し制御部 ３ 画素補間処理部 ４ 液晶パネル

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｇ 3/20 ６８０ Ｇ０９Ｇ 3/20 ６８０Ｃ ５Ｃ０８０ Ｈ０４Ｎ 3/23 Ｈ０４Ｎ 3/23 Ｃ 5/74 5/74 Ｚ // Ｇ０２Ｆ 1/133 ５７５ Ｇ０２Ｆ 1/133 ５７５ Ｆターム(参考） 2H093 NA80 NC13 NC29 NC50 NC62 NC90 ND41 NG02 5B057 CA08 CA12 CA16 CB08 CB12 CB16 CC01 CD06 CD12 CH16 CH20 5C006 AB05 AF04 AF47 EC11 GA02 5C058 AA01 AA06 AB06 BA27 BB25 EA02 5C068 AA20 JA09 5C080 AA10 BB05 DD24 EE32 GG02 GG12 JJ01 JJ07 KK43

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力画像を画像形成部に形成し、前記画
   像形成部上の画像をスクリーンに投射して表示する投射
   型表示装置において、光軸とスクリーンとの成す角が垂
   直または水平方向から傾くことによって生じる台形歪を
   補正する画像補正方法であって、前記入力画像上の任意
   の画素位置の座標を（ｕ，ｖ）、前記画像形成部上の任
   意の画素位置の座標を（ｘ，ｙ）とし、前記画像形成部
   の横端と、画像形成部に形成される台形歪が補正された
   補正画像の横端とのなす角をφとし、前記入力画像のサ
   イズをＵ×Ｖ、前記画像形成部のサイズをＸ×Ｙとし、
   前記入力画像と前記画像形成部とのサイズ比をｋ（＝Ｕ
   ／Ｘ＝Ｖ／Ｙ）としたとき、前記座標（ｕ，ｖ）と
   （ｘ，ｙ）との座標変換を、 【数１】 ここで、ａ、ｂは所定の係数を用いて行うことを特徴と
   する投射型表示装置の画像補正方法。
2. 【請求項２】 前記画像形成部の横端と、画像形成部に
   形成される台形歪が補正された補正画像の横端とのなす
   角φを調整のためのパラメータとして用いることを特徴
   とする請求項１記載の投射型表示装置の画像補正方法。
3. 【請求項３】 前記画像形成部には、補正度調整用の表
   示データが内蔵されていることを特徴とする請求項１記
   載の投射型表示装置の画像補正方法。
4. 【請求項４】 前記表示データは、表示範囲の枠の外縁
   に表示される罫線データであることを特徴とする請求項
   ３記載の投射型表示装置の画像補正方法。
5. 【請求項５】 前記表示データは、複数の縦線が表示さ
   れるデータであることを特徴とする請求項３記載の投射
   型表示装置の画像補正方法。