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CALIBRATION APPARATUS OF PROJECTION SYSTEM

Patent code P09A014682
File No. GI-H19-22
Posted date Oct 1, 2009
Application number P2007-320345
Publication number P2009-147480A
Patent number P5207167
Date of filing Dec 12, 2007
Date of publication of application Jul 2, 2009
Date of registration Mar 1, 2013
Inventor
  • (In Japanese)木島 竜吾
  • (In Japanese)近藤 大祐
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人岐阜大学
Title CALIBRATION APPARATUS OF PROJECTION SYSTEM
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To register a measurement space and an image space more simply and easily without requiring conventional calibration of a three-dimensional position measurement sensor using a calibration gauge in order to acquire the data on positional posture of a screen and a projection means in a projection system.
SOLUTION: A calibration apparatus 10 comprises a means which creates six or more reference points for calibration being projected using a projection means same as that for projecting an image from a projector 2, and a sensor 12 for measuring the three-dimensional position of six or more reference points for calibration thus projected. A coordinate system defined in a measurement space by the sensor 12 for measuring the position is registered to a coordinate system defined in an image space by comparing a measurement of the position of a reference point input by the sensor 12 for measuring the position with the position of a reference point in the image space.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


投影手段によって平面のスクリーンに画像を投影して表示する場合、投影手段の光軸がスクリーン面に対して垂直でないと、平面スクリーンに投影された画像は台形に歪んでしまい、画像の一部の焦点が合わなくなってしまう。この対策として、投影手段に画像の台形補正を行う手段を設ける技術が知られている。



一方、任意の三次元形状を有するスクリーンの表面に画像を投影して表示する投影システムが知られている。実物体を模したスクリーンの表面に、このスクリーンと関連するような画像を重畳投影すれば、これまでの平面スクリーンを利用した投影システムでは困難であった、視覚効果の高い情報の提示が可能である。任意の三次元形状のスクリーンに歪みのない画像を投影して表示する技術が、特許文献1に開示されている。
【特許文献1】
特開2001-320652号公報



更に、このような実物体スクリーンを移動させたり、回転させたりした場合に、画像をスクリーンの動きに追従させて変化させることにより、一層効果的な情報の提示が可能となる。一例を挙げると、マネキンの表面に人体の臓器の画像を投影して、あたかも人体の内部の様子を観察しているかのように示すことができる。非特許文献1には、このような移動可能な実物体スクリーンに、投影ひずみの少ない画像を投影する技術が開示されている。
【非特許文献1】
“双対レンダリングを用いた自由曲面ディスプレー”, 日本バーチャルリアリティ学会, 第7回大会論文抄録集,2002 9月,VRSJ



非特許文献1の技術は、投影ひずみを補正するために、スクリーンとなる物体の形状と、画像の観察者の視点位置と、投影手段の位置姿勢と、スクリーンの位置姿勢とを計測し、この計測結果を用いた数値演算を行っている。具体的には、特殊な仮想空間を定義して、その仮想空間の中で、実空間における視点位置とプロジェクタ位置とを入れ替えて、各透視投影変換の逆変換を逐次行うことにより、補正された画像を生成している。このような投影ひずみを補正する一連の技術は、非特許文献1の中で、「双対レンダリング」と称されている。



上記のように、非特許文献1に開示される、投影ひずみの少ない画像を投影する技術に於いては、プロジェクタの位置姿勢と、スクリーンとなる物体の位置姿勢と、画像の観察者の視点位置の特定が必要となっている。これらの位置姿勢を計測するために、音波や磁気等を利用して、位置情報をリアルタイムで出力することができる3次元位置計測センサが用いられる。しかしながら、このようなセンサ出力は一般に誤差を含んでいるため、画像の投影を開始する前に、センサの校正が必要となる。



三次元位置計測センサを校正する方法として、校正ゲージを用いる方法が普及している。この方法では、スクリーンの設置領域となる実空間に全体座標系を定義し、全体座標系の中の既知の位置に校正ゲージを設置し、センサによってゲージの位置を計測し、ゲージの既知の位置情報と、センサによる計測結果とを整合させる。ゲージの既知の位置情報と、センサによる計測結果との整合を取ることで、センサの計測空間に定義される座標系と、実空間に定義される全体座標系との対応づけが行われる。校正ゲージとして使用されているものとしては、例えば、床置きの平面パネルと、そこに垂直に設置できる継ぎ足し型のポールが知られている。



校正ゲージを用いたセンサの校正では、実空間の既知の場所にセンサを正確に配置して計測を行うために、計測を阻害しない所定の位置に校正ゲージを設置固定する必要がある。しかし、センサによって計測を行う位置は、センサに採用される歪みモデルの条件に依存しており、例えば計測点の配置が正確に等間隔でなければならない等の制約が発生する。このため従来は、校正ゲージの設置に手間がかかり、校正作業全体が煩雑なものとなっていた。



更に、移動可能な任意の形状のスクリーンに、投影ひずみの少ない画像を投影し、スクリーンの動きに追従させて表示するには、スクリーンとなる物体の形状を予め計測して記憶しておき、そのスクリーンの所定の位置に校正を行った3次元位置計測センサを正確に固定して、スクリーン全体の位置姿勢を検出する必要がある。しかしながら、スクリーンの表面にセンサを取り付けることは画像を表示する都合上困難であり、多くの場合センサはスクリーンの内部に収容される必要がある。このため、任意の形状のスクリーンの所定の位置に三次元位置計測センサを正確に取り付けることは困難であった。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、プロジェクタ等の投影手段によって、移動可能なスクリーンに画像を投影して表示する投影システムに適用されて、画像のずれと歪みを低減するための校正装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
移動可能に設置される物体の表面に画像を投影して表示する投影手段を有する投影システムに適用される校正装置であって、
画像投影と同一の投影手段を用いて投影する校正用の6点以上の参照点を作成する参照点作成手段と、
投影された前記校正用の参照点の三次元位置を計測する位置計測センサとを備えており、
投影パラメータに基づき前記投影手段により投影空間に投影される参照点の三次元位置と前記位置計測センサによって入力された前記参照点の三次元位置の測定値とを比較することにより、前記投影手段によって画像の投影空間に定義される座標系と前記位置計測センサによって計測空間に定義される座標系とを整合させており、
前記位置計測センサは、三次元の位置を計測する位置計測部と、該位置計測部を保持する本体部とを備え、前記位置計測部が本体部に対してオフセットされており、
前記本体部の頂点を前記参照点に接触させ、前記本体部の頂点を中心に前記位置計測センサ全体を回転させることによって、同一の前記参照点について2回以上の位置測定を行うことを特徴とする校正装置。

【請求項2】
 
移動可能に設置される三次元物体の表面を三次元スクリーンとして画像を投影して表示する投影手段と、該投影システムにより投影される画像を視点に応じて変化させるための視点位置センサとを有する投影システムに適用される校正装置であって、
前記視点位置センサを位置計測センサとして機能させて、計測空間に定義される座標系と画像の投影空間に定義される座標系とを整合させる処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の校正装置。

【請求項3】
 
三次元物体の表面を三次元スクリーンとして画像を投影して表示する投影手段を有する投影システムに適用される校正装置であって、
前記三次元スクリーンである三次元物体に固定されて三次元の位置と姿勢を計測するスクリーン位置計測センサと、
画像投影と同一の投影手段による三次元物体の外形画像の投影時において、該投影画像と前記三次元物体の外形とのずれ量を操作者が目視により確認しながら入力することのできる入力手段とを備えており、
前記入力手段によって入力されたずれ量に基づいて、三次元スクリーンに定義されている局所座標系とスクリーン位置計測センサによって計測空間に定義される座標系とを整合させることを特徴とする校正装置。

【請求項4】
 
入力手段が入力するずれ量は、三次元の座標値と回転角度であり、
入力されたずれ量をスクリーン位置計測センサのオフセット量として定義することを特徴とする請求項3に記載の校正装置。

【請求項5】
 
三次元物体の表面を三次元スクリーンとして画像を投影して表示する投影手段を有する投影システムに適用される校正装置であって、
画像投影と同一の投影手段を用いて投影する校正用の6点以上の参照点を作成する参照点作成手段と、
投影された前記校正用の参照点の三次元位置を計測する位置計測センサと、
前記三次元スクリーンである三次元物体に固定されて三次元の位置と姿勢を計測するスクリーン位置計測センサと、
画像投影と同一の投影手段による三次元物体の外形画像の投影時において、該投影画像と前記三次元物体の外形とのずれ量を操作者が目視により確認しながら入力することのできる入力手段とを備えており、
投影パラメータに基づき前記投影手段により投影空間に投影される参照点の三次元位置と前記位置計測センサによって入力された前記参照点の三次元位置の測定値とを比較することにより、前記投影手段によって画像の投影空間に定義される座標系と前記位置計測センサによって計測空間に定義される座標系とを整合させ、
前記入力手段によって入力されたずれ量に基づいて、三次元スクリーンに定義されている局所座標系とスクリーン位置計測センサによって計測空間に定義される座標系とを整合させることを特徴とする校正装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2007320345thum.jpg
State of application right Registered
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