CN1523439A - 投影型显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在屏幕上投影显示图像的、可将由于投影光直接射入眼睛而对受者眼球、网膜、视神经的刺激抑制到最小限度的、安全的图像显示装置。比较通过照相机获取的显示图像与输入图像信号，检测相异的区域作为差分区域，生成以黑色信号对与此差分区域相当的输入图像信号的映像区域的图像信号加以遮蔽的投影图像信号。将得到的投影图像信号投影显示在屏幕上。

Description

投影型显示装置
技术领域
本发明涉及一种通过在屏幕上投影来显示映像信息的、投影型的图像显示装置的安全改进技术。
背景技术
对于目前向前面的屏幕上投影的液晶投影仪，在直至屏幕的投影光路内，在台上者或他人进入、且面部朝向投影一侧的情况下，存在着强烈的光刺激入眼中的危险性，通过对本体显示注意唤起的表示，来防止危险性。
再者，在特开2000-305481号公报，特许第2994469号公报中提出了设立检测投影光路内有无物体的检测单元和控制来自投影透镜的光量的控制单元，在检测出物体的情况时，通过使来自投影透镜的光强度减少来防止危险性的方式的提案。
但是，以往显示危险性的表示方式，以非故意地进入投影光路内的危险居多，进而不得不对应地通过呼叫来唤起注意。
另一方面，在特许文献1中，检测出进入了投影光路内的人物区域，包括含有人物的垂直方向的图像在内使光强度减少。此外，在特许文献2中，在使用各种传感器抽出人物区域，对人物区域进行遮蔽的情况下，尤其是在使用CCD传感器的情况下，当周围的照明度低时，有着因CCD的曝光不足、使人物抽出的精度劣化而导致错误识别的危险等课题。
发明内容
本发明的目的是，鉴于前述现有的技术，在使用台上者的投影图像进行说明中，在即使有(1)侵入者不经意地进入的情况(2)台上者在投影光路内，向投影一侧转身返回的情况(3)根据投影仪和屏幕的设置状态，进行放大显示或梯形失真补偿的情况下，在维持投影于屏幕上的映像的同时，使射入眼中的投射光减少，从而提供实现减低了眩晕的图像显示装置。
为解决前述课题，本发明提供一种使来自光源的光照射在映像显示元件上、将来自该映像显示元件的射出光放大投影在屏幕上的投影型显示装置，其具有基于输入图像信号来控制前述映像显示元件的显示元件控制单元、摄制投影在前述屏幕上的图像的照相机、检测投影显示在前述屏幕上的区域的检测单元、基于从该检测单元得到的检测结果将来自该照相机的摄像图像变更控制为规定的图像尺寸的图像尺寸控制单元、以及将通过该图像尺寸控制单元而变更控制了尺寸后的前述摄像图像中的人物区域抽出的单元，通过前述显示元件控制单元，对与前述人物区域对应的所述映像显示元件上的区域进行置换为规定数据的控制。
附图说明
图1是表示一适用本发明的系统构成的例子的图。
图2是表示本发明的实施方式1的图像显示装置的图。
图3是表示本发明的实施方式2的图像显示装置的图。
图4是表示本发明的实施方式3的图像显示装置的图。
图5是表示本发明的实施方式4的图像显示装置的图。
图6是表示在本发明实施方式的各图像处理部的图像信息的示意图。
图7是表示在本发明实施方式的各图像处理部的图像信息的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示配备有本发明的向前投影型投影仪装置、屏幕以及台上者的系统构成的一例的构成图。另外，图2是表示本发明的图像处理部的实施方式1的框图。图6是概略表示各处理框中的图像信息的示意图。
在此，作为显示装置，在本实施方式中，针对使用按照对每个像素与图像信息的灰度等级对应而控制依赖于液晶或反射镜的光的透过量或反射量的方式的光源球的情况进行说明。另外，对显示装置没有特别的限制，可以是3管式CRT方式等的任一方式。另外，图2虽表示由一个形成图像显示装置的情况，但即使作成对每个RGB构成显示板的方式也是同样。
另外，为简单说明起见，显示板的解像度用XGA尺寸(1024×768×RGB)、照相机解像度用SXGA(1280×1024×RGB)表示，当然，即使是其它的解像度或是多台也是一样。作为照相机方式，无论CCD照相机、CMOS照相机均一样。另外，作为图像的帧频率Fv，针对在例如60Hz(T1＝约16.67msec)(帧序号f0、f1、f2、f3···)条件下工作的情况加以表示。
图1中，1是向前投影型投影仪，2为投影透镜，3为投影光路，4为屏幕，5为照相机，6为照相机5的摄像区域，7为摄像路径，8为人物(台上者)，9为台上者的影子，10为图像信号输入，11为显示图像生成部，12为摄像图像获取部，13为投影区域判定部，14为图像尺寸变更部，15为图像比较部，16为差分区域生成部，17为遮蔽图像生成部，18为图像信号合成部，19为光源，20为图像显示装置。图6是概略表示各处理部的图像信息的图。
通过投影透镜2投影的光，经投影光路3在屏幕4上成像，再现投影图像。使用照相机5，经摄像路径7得到将包围投影区域的范围作为摄像区域的摄像图像信息。在此，在投影透镜2和照相机5的设置位置相接近的情况下，由于投影光路与摄像路径基本一致，摄像图像的图像失真与通过投影透镜看到情况下的图像失真大致一致。当然，在投影透镜2与照相机5相远离的情况、透镜特性的不同、或通过调整投影透镜2的设置位置使投影位置变化的情况等，不限于图像失真一致。例如，存在着形成图7(a)所示的摄像图像的情况。关于此种情况，在本发明中通过后述的图像尺寸变更部14的缩放图像处理，来实现了人物区域的抽出。
在人物8进入投影光路3内的情况下，投影图像被遮盖，在屏幕上形成影子9。另一方面，照相机5将进入摄像路径7内的人物8包含在内并摄像。在此，上述影子9不被摄入。
接着，对投影仪1的处理动作详细说明。首先，按照与图像显示装置20的显示形式相一致的方式，显示图像生成部11生成对来自图像信号输入10的输入图像信息进行了加工的显示图像信息(图6(b))。例如，将图6(b)作为输入图像加工成XGA尺寸，位于各角的像素分别用I、J、K、L来表示。
另外，本实施方式中虽表示的是对RGB作同样处理的情况，但无论RGB各个独立地处理，或是使用补色信号，均不脱离本发明的范围。
来自光源19的RGB光分别射入图像显示装置20上，对每个像素按照与根据图6(b)决定的投影图像信息的灰度等级对应的光强度来透过或反射光，此射出光通过投影透镜2放大投影在屏幕4上。此为液晶投影仪中一般采用的构成，故省略其详细说明。
另一方面，通过照相机5得到如图6(a)所示的摄像图像。在此，位于照相机的解像度SXGA的各角的像素分别为E、F、G、H，另外，位于显示出摄像图像中投影图像的区域的各角处的像素分别为A、B、C、D。
由摄像图像获取部12对摄像图像信息实施各种照相机特性的补偿、调整彩色平衡、色调等，输出摄像图像信息(图6(a))。在投影区域判定部13，识别摄像图像信息，通过判定含有投影图像的区域生成区域信息。在此，作为判定方法，可通过与邻近像素或是过去的图像信息的比较进行，并没有什么规定。另外，可通过投影透镜2和照相机5的特性来确定，根据投影透镜2的放大率等预先确定区域。另外，与投影透镜2的放大率相关联，也可通过改变照相机5的摄像透镜的放大率来固定区域信息，或根据外部指定区域信息。
在图像尺寸变更部14，根据区域信息，为使像素A、B、C、D的位置与XGA尺寸的像素位置A’、B’、C’、D’相一致，缩放(放大、缩小)处理摄像图像信息，作为显示区域抽出图像(图6(d))而输出。具体地，使图6(a)的摄像图像成为(c)的缩放图像。进而，如图6(d)所示，仅仅将来自缩放图像的投影区域的图像作为显示区域抽出图像输出。
在此，图6(g)所示的SXGA尺寸的像素位置E’、F’、G’、H’与像素位置A’、B’、C’、D’所夹的区域为显示区域外图像。此处，作为缩放处理，可进行水平或是垂直梯形补偿，也可改进投影透镜2与照相机5的设置条件的自由度。
在图像比较部15，在每一个像素对显示区域抽出图像的图像信息与投影的合成图像信息进行比较，生成不一致信息。在此情况下，根据利用周边像素的信息平均值的特征比较、像素间的信息变化量的特征比较及其帧间的比较得到的人物的工作信息，生成不一致信息。例如，此不一致信息在一致的区域为1，在不一致的区域为0。
另一方面，可根据比较结果来决定摄像图像获取部12的补偿量和调整量，改进比较精度。另外，也可减少比较的像素。此外，除人物区域之外，也可判别面部信息。在此，区域判定方法并不是什么规定的方法，可以使用公知的技术。
其次，在差分区域生成部16，根据不一致信息，判断人物存在于包含变为不一致的像素的画面上的区域，生成差分区域信息。此处，作为差分区域的选取方法，可选择全部人物区域、面部区域、眼睛区域、变成特定形状的区域等。另外，可以帧周期Fv的单位保持过去的差分区域信息，也可用过去的差分区域信息生成新的差分区域信息，进而可用过去的信息固定差分区域的形状，通过区域移动生成新的差分区域。
关于用差分信息所表示的像素，遮蔽图像生成部17生成由降低了显示图像信息的灰度等级、或是灰度等级低的特定色或是黑色的任一种置换的遮蔽图像信息(图6(e))。作为此遮蔽图像信息，可以是由图6(e)中的黑信号置换的图像、或是由规定等级的灰色信号置换的图像等，只要是对视觉刺激小的图像即可，并没有特别的规定。
在图像信号合成部18，将遮蔽图像信息重叠在显示图像信息上，生成投影图像(图6(f))。
再者，在图像比较部15，在如图6(g)所示的摄像图像信息中，使用投影显示区域之外的图像信息，检测通过比较帧间的信息而有着变化的部分，即工作区域。然后，将此区域判断为人物区域，据此可补偿差分区域的形状。再者，与过去的帧相比较，可事前检测出向投影路径3内的进入，
在此，即使是在投影透镜2和照相机5相远离的情况，或是由于透镜特性不同而导致图像失真不一致的情况，例如是图7(a)所示的摄像图像情况下，由于通过图像尺寸变更部14实施梯形失真补偿来生成图7(c)，所以不用说也可以与上述说明作同样的处理。
根据以上所示的实施方式1，在物体进入投影光路内的情况下，可以仅仅减少投影在物体上的光强度。另外，在进入的人物为台上者的情况下，因在屏幕上投影出映像，使用画面的行动可不被遮蔽，并且，可容易地确认位于投影一侧的听讲者的样子。由此，可实现舒适的有表现力的讲演环境。
另外，根据实施方式1，即使在进行投影仪的放大显示处理、梯形失真补偿显示的情况下，也可遮住投影在台上者的区域。
此外，根据实施方式1，通过利用投影仪来显示背景图像，可实现意在改进以人物为中心的视觉效果等的新的利用方法。
其次，使用图3来说明本发明的实施方式2。另外，在实施方式1中说明了的同一符号的部位，因机能大致相同，所以不再重复。
与图2相对应，图3为追加了摄像时间控制部的构成。
根据本构成，在摄像时间控制部21，对图中未示出的帧周期信号Fv进行计数，在每个固定或可设定的帧周期N，例如每一个N＝60，控制获取仅1个帧期间的摄像图像的许可。在摄像图像获取部12，根据许可获取信号(例如，获取时为1，保持时为0)在许可获取帧期间，进行从照相机5的摄像图像的获取动作，在禁止获取期间停止获取动作。
在此情况下，在禁止获取帧期间，也可保持过去的摄像图像。另外，可进一步将许可获取帧期间分时，进行摄像。
在此，作为N的值，例如，根据照相机的快门速度(例如1/60、1/125、1/250等)选择N＝60、125、250，再者，当N＝125(250)时，为得到等同的期间，可将许可获取帧期间分时成125/60(250/60)进行摄像。
另一方面，在图像信号合成部18供给同样的控制信号(例如，通过为1，遮蔽为0)，在许可获取帧期间(通过时)将显示图像作为投影图像来选择。另外，在禁止获取帧期间(遮蔽时)将重叠了遮蔽图像的图像作为投影图像进行选择。在此情况下，可以将许可获取帧期间进一步按时分割成的短的期间，使显示图像为投影图像。
此时，在图像比较部15，构成为将来自图像尺寸变更部14的显示区域抽出图像与来自显示图像生成部11的显示图像进行比较。
另外，作为照相机摄影时使用的闪光灯的发光时间，设定为例如几千分之一秒。
在此，作为激光的放射安全标准，根据IEC60825-1标准、日本JISC6802(激光制品的放射安全标准)来确定。例如，作为对应于瞬间时间0.25s网膜不受损伤，即使在最差情况下，使用双眼镜那样的辅助光学系统也很安全的级别，确定为在与激光直径无关、激光点、He-Ne(Helium-Neon)条件下的1mW以下3W以下的单脉冲(脉冲宽为10-7s)可视激光。
本实施方式，虽没有明确表示前述帧周期N与发光量，但可根据位于投影光路内的人物的眩晕的知觉状态，并依据前述标准进行确定。
根据以上说明的实施方式2，即使在人物移动的情况下，也可成为周期性地确保在投影光路内的人物没有眩晕感觉的遮蔽区域的精度。
另外，关于实施方式2，在图像信号合成部18，虽对将许可获取帧期间(通过时)的显示图像、禁止获取帧期间的遮蔽图像重叠后的图像选择为投影图像的情况作了描述，但在许可获取帧期间也可作为使与人物区域相当的图像的辉度级降低后的图像。在此情况下，与实施方式1同样地，在图像比较部15，构成为对来自图像尺寸变更部14的显示区域抽出图像与来自图像信号合成部18的使灰度等级降低后的图像进行比较。
其次，使用图4来说明本发明的实施方式3。另外，在实施方式1中说明了的同一符号的部位，因机能大致相同，所以不再重复。
图4中，23为红外线照相机，22为人物抽出部。另外，结构为从光源19分出的红外光通过投影透镜2投影、或由图中未显示的其它光源，将红外光投影至屏幕上。另外，投影在屏幕上的红外光可与图像显示区域近似一致。
通过本构成，红外线照相机23捕捉来自位于投影光路3内的人物的反射光和反射屏幕4的红外光，传给摄像图像获取部12。通过人物抽出部22，根据例如反射量的不同，从摄像图像分离抽出背景区域和人物区域。此时，构成为将投影透镜2的放大率信息提供给投影区域13，确定屏幕上的投影区域。
根据以上说明的实施方式3，可以不依靠显示图像信息，精度良好地抽出人物，并且，由于用由白色光源分光而得的红外光作为光源，可容易地实现低成本。
其次，使用图5来说明本发明的实施方式4。另外，在实施方式1、3中说明了的同一符号的部位，因机能大致相同，所以不再重复。
图5中，24为温度分布检测装置。另外，光源与图2相同。
通过本构成，温度分布检测装置24捕捉从位于投影光路3内的人物放出的温度分布和由屏幕4放出的温度分布，传给摄像图像获取部12。利用人物抽出部22，根据温度分布的不同，在摄像图像中分离抽出背景区域和人物区域。此时，结构为将投影透镜2的放大率信息提供给投影区域13，确定屏幕上的投影区域。
根据以上说明的实施方式4，可实现不依靠显示图像信息、使抽出精度得以改进的图像显示装置。
如以上说明，根据本发明，即使在面部朝向投影仪投影的方向的情况下，也可以抑制射入眼中的光量。

Claims (20)

1.一种投影型显示装置，将来自光源的光照射在映像显示元件上，将来自该映像显示元件的射出光放大投影在屏幕上；其特征在于，具有：
基于输入图像信号控制所述映像显示元件的显示元件控制单元；
摄制投影在所述屏幕上的图像的照相机；
检测投影显示在所述屏幕上的区域的检测单元；
基于从该检测单元得到的检测结果，将来自该照相机的摄像图像变更控制为规定的图像尺寸的图像尺寸控制单元；
将利用该图像尺寸控制单元对尺寸变更控制后的所述摄像图像中的人物区域抽出的单元，
利用所述显示元件控制单元，对与所述人物区域对应的所述映像显示元件上的区域进行置换为规定数据的控制。
2.如权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述人物区域抽出单元，其结构包含对尺寸被变更控制后的所述摄像图像信号与利用所述显示元件控制单元控制后的图像信号加以比较的比较处理单元。
3.如权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于：
具有控制所述照相机的摄像时间的摄像时间控制单元；
仅仅在通过照相机对投影在所述屏幕上的图像进行摄像的期间，基于输入到所述显示元件控制单元的显示图像信号，控制所述映像显示元件；
所述人物区域抽出单元，其结构包含对尺寸被变更控制后的所述摄像图像信号与所述显示图像信号进行比较的比较处理单元。
4.如权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于：
具有所述控制照相机的摄像时间的摄像时间控制单元；
仅仅在通过照相机对投影在所述屏幕上的图像进行摄像的期间，基于输入到所述显示元件控制单元的显示图像信号，控制所述映像显示元件；
所述人物区域抽出单元，其结构包含对尺寸被变更控制后的所述摄像图像信号与通过所述显示元件控制单元控制的图像信号进行比较的比较处理单元。
5.如权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述照相机是将光波长为红外波长的成分作为对象进行摄像的红外线照相机；
具有投影到所述屏幕上的图像的放大显示单元；
该投影型显示装置结构按照如下方式构成：基于该放大显示单元的放大率来检测在所述屏幕上被投影显示的区域；基于检测结果将来自所述红外线照相机的摄像图像变更控制为规定的图像尺寸，抽出变更控制后的所述摄像图像的人物区域。
6.如权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述照相机为测定温度分布的温度分布检测装置；
具有投影到所述屏幕上的图像的放大显示单元；
该投影型显示装置结构按照如下方式构成：基于该放大显示单元的放大率检测在所述屏幕上被投影显示的区域；基于检测结果将来自所述检测装置的摄像图像变更控制为规定的图像尺寸，抽出变更控制后的所述摄像图像中的人物区域。
7.如权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述规定数据为特定均匀色数据、黑色数据以及基于所述输入信号的灰度等级低的图像数据中的任一种。
8如权利要求2所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述规定数据为特定均匀色数据、黑色数据以及基于所述输入信号的灰度等级低的图像数据中的任一种。
9.如权利要求3所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述规定数据为特定均匀色数据、黑色数据以及基于所述输入信号的灰度等级低的图像数据中的任一种。
10.如权利要求1所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述抽出人物区域的单元，其结构包含根据投影显示的区域以外的摄像图像数据检测工作区域的工作检测单元。
11.如权利要求2所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述抽出人物区域的单元，其结构包含根据投影显示的区域以外的摄像图像数据检测工作区域的工作检测单元。
12.如权利要求9所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述抽出人物区域的单元，其结构包含根据投影显示的区域以外的摄像图像数据检测工作区域的工作检测单元。
13.如权利要求2所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述比较处理单元在多个像素的平均值之间进行比较。
14.如权利要求3所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述比较处理单元在多个像素的平均值之间进行比较。
15.如权利要求4所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述比较处理单元在多个像素的平均值之间进行比较。
16.如权利要求5所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述比较处理单元在多个像素的平均值之间进行比较。
17.如权利要求6所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述比较处理单元在多个像素的平均值之间进行比较。
18.如权利要求12所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述比较处理单元在多个像素的平均值之间进行比较。
19.如权利要求3所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述摄像时间控制单元，其结构为根据规定时间内的累积光强度来确定摄像间隔和摄像曝光时间。
20.如权利要求4所述的投影型显示装置，其特征在于：
所述摄像时间控制单元，其结构为根据规定时间内的累积光强度来确定摄像间隔和摄像曝光时间。
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