JP2006030600A - 多画面表示システム、多画面表示方法、輝度補正方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】輝度均一化を実現する階調変換方法、多画面表示方法、多画面表示システム及びプログラムを提供する。
【解決手段】信号発生源１から出力された一画面を示す画像信号は大画面を表示するための複数の画面の画像信号に画像分割装置２によって分割されて、輝度補正回路３Ａ内の階調変換ＬＵＴ部３１に供給される。係数配列制御部３２では、タイミング回路３４からの表示位置の情報をもとに、画素単位に行う階調制御用ゲイン係数３３の配列を、非線形に行う。階調変換ＬＵＴ部３１は、タイミング回路３４からの表示位置の情報をもとに、複数のプロジェクタの投射表示領域が重なる領域と階調変換の対象となる領域とが合うように、表示位置の調整をし、階調制御用ゲイン係数３３の配列を用いて分割された画像信号の入力信号レベルを、画素単位で輝度レベル変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、多画面表示システム、多画面表示方法、輝度補正方法及びプログラムに関する。

従来の技術としては、マルチスクリーンシステムにおいて、拡大分配器内に映像信号を補正する輝度むら補正回路を設け、輝度むら補正回路はＬＵＴ（ルックアップ・テーブル）で構成されており、そのＬＵＴのアドレスをコアの拡大率に応じてｎ分割し、そのｎ分割されたＬＵＴのデータで各コア毎に輝度むらを補正する輝度むら補正装置がある（特許文献１参照。）。

従来の輝度補正方法を図６を参照して説明する。

図６の（１）において、従来の方法では、それぞれのプロジェクタの投射する画像表示を重ねた領域の輝度分布を一定とするため、重なり合う部分の輝度レベルを画像の端に向かって下げていく手段をとっており、画面端からの距離によって階調変換係数が決まっている。そして、光学歪のある場合の重なり領域での輝度のムラを低減する従来方法として、画像の幾何学歪補正回路にて画像歪補正回路を通した後に、重なり領域の階調変換を行っていた。
特開平７−５０７９５号公報

従来の幾何学歪補正方法においては、その回路規模が大きくなるという欠点と、出力画像の画質劣化が必ず伴うという大きな欠点がある。平面ではないところに画像を投射した際の歪を補正するのに、この幾何学歪補正を用いるのは一般的であるが、平面スクリーンに投射する際に光学系の歪を補正するためにだけ、その幾何学歪補正回路を用いることは有効的ではない。

従来の電気的輝度補正方法では、例えば一つの画像を左右に分割した映像信号を２台のプロジェクタを使用して投射表示する場合、表示画像の左右の端から水平方向に任意の一定画素数の間隔で電気的階調制御を行うため、２台のプロジェクタが光学的な歪を持っている場合は、図６の（４）のように、白レベルの重なり領域の輝度ムラを目立たなくすることは不可能であった。

本発明の目的は、上記のような欠点を補うべく、輝度均一化を実現する階調変換方法、多画面表示方法、多画面表示システム及びプログラムを提供することにある。

本発明の多画面表示システムは、
複数のプロジェクタを使用して、複数の画面を組み合わせた一つの大画面をスクリーンに表示する多画面表示システムであって、画面に投射された画像の重なる領域では、階調補正領域での画素単位に行う階調制御用ゲイン係数の配列を非線形に行う輝度補正回路を備えている。

また、信号発生源から出力された一画面を示す画像信号を大画面を表示するための複数の画面の画像信号に分割する画像分割装置と、複数のプロジェクタの投射表示領域が重なる領域と階調変換の対象となる領域とが合うように、表示位置の情報を生成する輝度補正回路内のタイミング回路と、タイミング回路からの表示位置の情報をもとに、画素単位に行う階調制御用ゲイン係数の配列を非線形に行う輝度補正回路内の係数配列制御部と、タイミング回路からの表示位置の情報をもとに、複数のプロジェクタの投射表示領域が重なる領域と階調変換の対象となる領域とが合うように、表示位置の調整をし、階調制御用ゲイン係数の配列を用いて分割された画像信号の入力信号レベルを、画素単位で輝度レベル変換する輝度補正回路内の階調変換ＬＵＴ部と、輝度レベル変換された画像信号をスクリーンに表示するプロジェクタとを有してもよい。

本発明の輝度補正方法は、
複数のプロジェクタを使用して、複数の画面を組み合わせた一つの大画面をスクリーンに表示する多画面表示システムに用いられ、画面に投射された画像の重なる領域では、階調補正領域での画素単位に行う階調制御用ゲイン係数の配列を非線形に行う。

本発明の多画面表示方法は、
複数のプロジェクタを使用して、複数の画面を組み合わせた一つの大画面をスクリーンに表示する多画面表示方法であって、信号発生源から出力された一画面を示す画像信号を大画面を表示するための複数の画面の画像信号に分割するステップと、複数のプロジェクタの投射表示領域が重なる領域と階調変換の対象となる領域とが合うように、表示位置の情報を生成するステップと、表示位置の情報をもとに、画素単位に行う階調制御用ゲイン係数の配列を非線形に行うステップと、表示位置の情報をもとに、複数のプロジェクタの投射表示領域が重なる領域と階調変換の対象となる領域とが合うように、表示位置の調整をし、階調制御用ゲイン係数の配列を用いて分割された画像信号の入力信号レベルを、画素単位で輝度レベル変換するステップと、輝度レベル変換された画像信号をスクリーンに表示するステップとを有する。

本発明のプログラムは、
コンピュータを上述の多画面表示システムとして機能させる。

本発明のプログラムは、
コンピュータに上述の輝度補正方法を実行させる。

本発明のプログラムは、
コンピュータに上述の多画面表示方法を実行させる。

即ち、本発明は、プロジェクタを複数使用した多画面表示システムにおける投射画像の重なる部分に光学歪がある場合でも、電気的な階調変換係数を用いる際に、非線形な配列制御によって輝度補正をかけることで、画像の重なり位置の輝度ムラが目立たなくなることを特徴としている。

本発明には、以下の効果がある。

本発明の輝度補正方法により、光学歪のある環境においても、それぞれのプロジェクタ投射の画像表示が重なり合う部分の輝度分布を一定に保つことができ、つなぎ目のない画像を表示できる。

また、特に光学歪の度合いに対して重なり領域の幅が狭い場合は、特にこの補正が有効的である。

図１は、本発明の多画面表示システムの実施の形態を示すブロック図である。

本実施の形態の多画面表示システムは、信号発生源１、画像分割装置２、輝度補正回路３Ａ、３Ｂ、表示デバイス４Ａ、４Ｂを備えている。

輝度補正回路３Ａ、３Ｂの内部構成は同一であるため、輝度補正回路３Ａの内部構成についてのみ図示し説明する。

輝度補正回路３Ａは、画面端混合方式を用いており、信号レベル変換用ＬＵＴ（ルックアップ・テーブル）を備えた階調変換ＬＵＴ部３１と、係数配列制御部３２とを有する。この階調変換ＬＵＴ部３１の信号レベル変換用ＬＵＴは、一画面領域内の入力信号レベルを、画素単位で輝度レベル変換するためのテーブルである。

まず、信号発生源１から出力された一画面を示す画像信号は大画面を表示するための複数の画面の画像信号に画像分割装置２などによって分割されて、輝度補正回路３Ａ内の階調変換ＬＵＴ部３１に供給される。

輝度補正回路３Ａ内のタイミング回路３４は、複数のプロジェクタの投射表示領域が重なる領域と階調変換の対象となる領域とが合うように、表示位置の情報を生成する。

係数配列制御部３２では、タイミング回路３４からの表示位置の情報をもとに、画素単位に行う階調制御用ゲイン係数３３の配列を、非線形に行う。

階調変換ＬＵＴ部３１は、タイミング回路３４からの表示位置の情報をもとに、複数のプロジェクタの投射表示領域が重なる領域と階調変換の対象となる領域とが合うように、表示位置の調整をし、階調制御用ゲイン係数３３の配列を用いて分割された画像信号の入力信号レベルを、画素単位で輝度レベル変換する。

かくして輝度レベル変換された表示デバイス４Ａの入力と同じビット幅の画像信号は、表示デバイス４Ａに供給され、最終的に光学処理によりスクリーンに投射される。

図１の画像分割装置２または回路は、当業者にとってよく知られており、また本発明とは直接関係しないので、その詳細な構成は省略する。

以下、本実施の形態の動作につき説明する。まず輝度補正回路３Ａの動作について、投射画像イメージと輝度分布の図を用いて説明する。

例えば、プロジェクタ２台を横に並べて投射する場合の画像のエッジが重なる部分の電気的な階調変換処理は、一般的に図６の（１）のように行う。この補正によって得られる光学出力、即ち投射画像は、理想的には図６の（５）のように画像の輝度分布が均一に保たれていることが望ましい。

しかしながら、図６の（２）のようにプロジェクタのレンズ等による光学歪がある場合は、図６の（３）のように、位置Ａにおける結果が図６の（５）の様に輝度分布が均一になるような調整すると、位置Ｂにおいては図６の（４）のように均一にならず、この例では重ね合わせた部分の上下に輝度の高い縦線が見える結果となる。

輝度分布の具体例として図２を用いて説明する。出力輝度レベルｙを入力輝度レベルｘの関数として、
ｙ＝ｘγ
で表されるとき、重ね合わせ領域に用いられる図１の輝度補正回路３Ａ内ガンマ係数３５を上記階調制御用ゲイン係数γと同じ値にする必要がある。ここではガンマ係数３５を、
γ＝１
として例を述べる。また、以下では黒のレベルは０、白のレベルを１として説明する。

投射した２つの画像が重なる領域幅をＬ１で表し、図６の（１）のように電気的に階調補正する領域幅をＬ３で表すと、
Ｌ３＝Ｌ１×０．５
Ｌ１−（２×Ｌ３）＝０ ・・・（ａ）
のとき、Ｌ４の領域のゲイン値Ｇ（Ｌ４）とＬ３の領域のゲイン値Ｇ（Ｌ３）は
Ｇ（Ｌ４）＝１
Ｇ（Ｌ３）＝１
となり、図６の（５）のように輝度分布が一定となる理想的な状態が得られる。

しかし光学歪のある場合においては、
Ｌ１−（２×Ｌ３）＞０ ・・・（ｂ）
のとき、Ｌ４の領域のゲイン値Ｇ（Ｌ４）は
Ｇ（Ｌ４）＞１
となり、結果として輝度が１を越えるために明るくなり、逆に
Ｌ１−（２×Ｌ３）＜０ ・・・（ｃ）
のとき、Ｌ４’の領域のゲイン値Ｇ（Ｌ４’）は
Ｇ（Ｌ４’）＜１
となり、結果として輝度が１に満たないため暗くなる。

したがって一般的には、上記のような光学歪の影響による輝度分布の不均一性を軽減するために、画像の幾何学歪補正回路によって補正された後に重なり位置の階調変換を行い、上記輝度分布を一定にする手法を取り入れる場合がある。

しかしこの方法を用いる場合は、入力画像信号に対して非線形補間処理を行なう必要があり、大規模な回路が必要となり、また出力画像の劣化にもつながるという大きな弱点がある。

本輝度補正方法では、従来の階調変換ＬＵＴ部３１を有する方法に、各画素への階調制御用ゲイン係数３３の設定を２次元空間で非線形に配列する制御を取り入れることで、前記重なり領域の輝度分布を一定に保つ階調補正が実現できる。

具体的には、投射時の光学歪のため、図３の（１）に示すように重なり領域Ｌｂが予想される場合、右側の投射画像の左上部分を拡大した図４のように階調変換に用いる階調制御用ゲイン係数３３を非線形領域に配列することで、投射画像（図３の（２））では図５のような係数分布が得られ、結果として重なり領域（図３の（３））では図６の（５）のように輝度分布の均一化が図ることが出来る。なお、これらの図で用いた係数は一例であり、実際は０から１の間において隣り合う画素の階調差がなるべく認識できない値とする。

図６の（５）に本発明による輝度補正方法を用いた場合の、プロジェクタ画像投射表示における白の輝度レベルを示す。従来方法によって得られる図６の（４）のような、画像の重なり領域によっては輝度の変化が目立ってしまう画像投射表示にくらべ、本方法では投射画像の重なる領域の階調補正領域でのゲイン係数の配列を非線形に行うことで、投射画像に光学歪のある場合でも重なり領域を目立たなくすることが可能である。

投射画像全体において得られる図６の（５）のような結果は、多画面画像をスクリーン全体に投射する場合に、輝度ムラをさほど感じることなく表示できる。

上記係数の配列は、図１の輝度補正回路３Ａ内のタイミング回路３４によって決まるが、プロジェクタの外部の演算装置を使用して、求められた係数を階調変換ＬＵＴ部３１に書き込む方法を用いても良い。

なお、上記実施の形態では、２台のプロジェクタから水平方向に並べて投射しているが、さらに垂直方向にも２台ずつ並べて合計４つの画像を表示した場合に本輝度補正方法を利用してもよく、さらには何台使用したアプリケーションでも利用できる。

また、前述の実施の形態において、一画面領域内の入力信号レベルを画素ごとに階調変換できる回路とした部分に関しても、ＬＵＴを構成するメモリの容量を削減するために、一定の画素ごとにレベル変換用データを蓄積できる回路構成とし、それらの画素間のレベルを補間回路により導く方式としてもよい。

また、上述の本発明の実施の形態についての多画面表示システムのプログラムにより、コンピュータを多画面表示システムとして機能させることができる。

また、上述の本発明の実施の形態についての輝度補正方法のプログラムにより、コンピュータにその輝度補正方法を実行させることができる。

また、上述の本発明の実施の形態についての多画面表示方法のプログラムにより、コンピュータにその多画面表示方法を実行させることができる。

本発明の多画面表示システムの実施の形態を示すブロック図である。 輝度分布の具体例として説明する図である。 本発明の非線形階調変換処理を示す図である。 階調制御用ゲイン係数を非線形領域に配列する例を示す図である。 投射画像の係数分布の例を示す図である。 従来のプロジェクタ２台を横に並べて投射する場合の画像のエッジが重なる部分の電気的な階調変換処理を示す図である。

符号の説明

１ 信号発生源
２ 画像分割装置
３Ａ、３Ｂ 輝度補正回路
３１ 階調変換ＬＵＴ部
３２ 係数配列制御部
３３ 制御用ゲイン係数
３４ タイミング回路
３５ ガンマ係数
４Ａ、４Ｂ 表示デバイス

Claims (7)

1. 複数のプロジェクタを使用して、複数の画面を組み合わせた一つの大画面をスクリーンに表示する多画面表示システムであって、
   画面に投射された画像の重なる領域では、階調補正領域での画素単位に行う階調制御用ゲイン係数の配列を非線形に行う輝度補正回路を備えた多画面表示システム。
2. 信号発生源から出力された一画面を示す画像信号を前記大画面を表示するための複数の画面の画像信号に分割する画像分割装置と、
   複数のプロジェクタの投射表示領域が重なる領域と階調変換の対象となる領域とが合うように、表示位置の情報を生成する前記輝度補正回路内のタイミング回路と、
   該タイミング回路からの表示位置の情報をもとに、画素単位に行う階調制御用ゲイン係数の配列を非線形に行う前記輝度補正回路内の係数配列制御部と、
   前記タイミング回路からの表示位置の情報をもとに、複数のプロジェクタの投射表示領域が重なる領域と階調変換の対象となる領域とが合うように、表示位置の調整をし、前記階調制御用ゲイン係数の配列を用いて前記分割された画像信号の入力信号レベルを、画素単位で輝度レベル変換する前記輝度補正回路内の階調変換ＬＵＴ部と、
   前記輝度レベル変換された画像信号をスクリーンに表示するプロジェクタとを有する請求項１に記載の多画面表示システム。
3. 複数のプロジェクタを使用して、複数の画面を組み合わせた一つの大画面をスクリーンに表示する多画面表示システムに用いられ、
   画面に投射された画像の重なる領域では、階調補正領域での画素単位に行う階調制御用ゲイン係数の配列を非線形に行う、輝度補正方法。
4. 複数のプロジェクタを使用して、複数の画面を組み合わせた一つの大画面をスクリーンに表示する多画面表示方法であって、
   信号発生源から出力された一画面を示す画像信号を前記大画面を表示するための複数の画面の画像信号に分割するステップと、
   複数のプロジェクタの投射表示領域が重なる領域と階調変換の対象となる領域とが合うように、表示位置の情報を生成するステップと、
   前記表示位置の情報をもとに、画素単位に行う階調制御用ゲイン係数の配列を非線形に行うステップと、
   前記表示位置の情報をもとに、複数のプロジェクタの投射表示領域が重なる領域と階調変換の対象となる領域とが合うように、表示位置の調整をし、前記階調制御用ゲイン係数の配列を用いて前記分割された画像信号の入力信号レベルを、画素単位で輝度レベル変換するステップと、
   前記輝度レベル変換された画像信号をスクリーンに表示するステップとを有する多画面表示方法。
5. コンピュータを請求項１又は請求項２に記載の多画面表示システムとして機能させるためのプログラム。
6. コンピュータに請求項３に記載の輝度補正方法を実行させるためのプログラム。
7. コンピュータに請求項４に記載の多画面表示方法を実行させるためのプログラム。

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