超強投影機！牆面凹凸不平 畫面也不會變形

本文由日經BP社提供

對座標和顏色進行動態補償

投影機與感測器組合，可以提高投影機對空間形狀的耐性。以前，很多投影機都是用紅外線距離感測器測量與螢幕之間的距離，或者用機身內置的加速度感測器檢測是否傾斜，從而補償梯形失真。

而今後將用攝影鏡頭識別影像的顯示狀態來提高顯示品質，用距離圖像感測器測量投射處的形狀、以對顯示進行動態補償。這樣就更容易追蹤設置場所和朝向的變化，以及投射處的形狀變化等。

日本電氣通信大學電氣通信學部資訊工程專業副教授橋本直己的研發小組，開發出了無論投射處是何種立體形狀，看起來都像是有平面螢幕一樣的技術（圖1）。該技術通過測量空間的3D形狀，根據投影機的投射位置與人的視點位置補償投射影像。

圖1：在空無一物的地方實現平面螢幕。日本電氣通信大學橋本研究室開發的「顯示器隨處可見」。用距離圖像感測器測量投射處的形狀，以此為基礎進行幾何補償，能在空無一物的地方實現像是有平面螢幕一樣的顯示。（攝影：電氣通信大學）

也就是說，僅在設想的視點看起來像是有平面螢幕一樣，如果是利用LED等光源的LCOS方式和DMD（Digital Micromirror Device）方式，需要在一定的深度對焦，因此在其他深度下的顯示會模糊。據橋本介紹，利用MEMS反光鏡的雷射掃描方式沒有焦點的概念，因此即使深度不一致也不會模糊。如果能隨時掌握投射位置、視點位置以及空間的3D形狀，那麼，在這些位置發生變化時也能進行動態補償。

橋本的研發小組利用該技術實現了動態的立體映射投影。通過隨時測量位於投射處的人的動作和投射處各畫素的顏色等，根據這些資訊補償投射形狀和亮度。「東京站的立體映射投影在投射時，稍微改變了磚的部分與磚的接頭部分的顏色」，而橋本研發小組最初的想法就是通過動態補償實現這一點。

利用這一新技術，可以調整顯示讓人融入影像中，或者根據人的動作顯示虛擬物體（圖2）。利用個人電腦實施處理時，能夠按照投影機60訊框/秒的繪圖速度對每圖像訊框實施基於測量到的形狀的幾何補償，以及基於牆壁等的顏色的光學補償。

圖2：根據投射處的情況動態改變影像。通過即時測量影像投射處的顏色和形狀，實施相應的補償，可以吸收投射處的色差，或根據人的動作進行立體映射投影（a～b）。均由電氣通信大學橋本研究室開發。（攝影：電氣通信大學）

但目前，檢測人的動作然後計算虛擬物體形狀的部分會產生延遲。要想使人和物體的動作基本無延遲地進行動態的立體映射投影，需要利用實用精度非常高的計算引擎，對符合測量到的3D形狀的虛擬物體進行繪圖處理。

實現操作實物的感覺

測量投射處的形狀和顏色的感測器還有助於確保顯示的雙向性。最近接連出現了利用投影機和攝影鏡頭的新型用戶界面提案。

其中一個事例是，富士通研究所2013年4月宣佈，開發出了用立體攝影鏡頭自動測量桌上放置的物體的形狀和用戶的手指動作，以此為基礎對投影機的顯示進行幾何補償，改變顯示內容的用戶界面系統。

該系統實現了以下功能：

1.用戶把書放在桌上，用手指劃定任意位置，就會高亮顯示被選擇的位置。

2.觸碰投射在桌上的按鈕影像，可以執行指令。由於實物的形狀與顯示吻合，可以實現像是為書籍等配備了觸控面板功能一樣的感覺。

日本電氣通信大學研究所資訊系統學研究科教授、資訊平台中心主任小池英樹的研發小組開發的，也是組合使用投影機和感測器、提高了形狀變化耐性的用戶界面系統。

小池的研發小組開發出了把任意形成的表面形狀用作顯示器兼觸控面板的系統，以及將水面作為投影面，實現宛若用手挪動顯示影像一樣的感覺的系統（圖3）。小池對投影機的優點評價說：「融合影像與觸覺表現的話，可以給用戶一種『直接操作』的感覺。這種情況下，易用性較高的就是具備形狀自由度的投影機。」

圖3：利用投影機實現雙向性操作。日本電氣通信大學小池研究室從事的研究是，利用Kinect和投影機實現具備雙向性的操作。開發出了在任意形成的立體形狀上投影的系統（a），以及在白濁的水面上投影的系統（b）。

提高顯示區域的自由度

「只要有『面』，投影機在哪兒都能顯示。我們想製造利用了這個優點的新型投影機」，JVC建伍（JVC Kenwood）家庭與移動事業部HM技術統括部、融合商品開發部主管福富弘敦這樣介紹了該公司正在開發的「空間演出投影機」（暫定名）的目的。

通過組合驅動部件，有望實現新的可能性，比如（A）擴大影像的投射範圍、（B）根據用戶的希望改變投射位置等。即使投射的影像以方框為基礎，也能實現用戶感覺不到方框存在的影像體驗。

JVC建伍開發的「空間演出投影機」的特點是，可通過馬達驅動機構上下旋轉投射部分。能根據影像內容和用戶的操作在牆壁和天花板上投影。

投影時，根據投射角度實施的梯形失真補償和對焦一直是自動進行。在設置投影機時要進行簡單的初期操作。把投射範圍移動到牆壁的上部，讓機器記住上端與天花板的邊界接觸時的角度即可。與牆壁的距離利用紅外線距離感測器測量。

由此，可以實現根據用戶的姿勢移動螢幕，或者只突出顯示大影像的一部分等感覺（圖4）。「能夠獲得顯示器配合人、而不是人配合顯示器的體驗」。（記者：竹居智久、田中直樹）

圖4：根據影像內容改變投射角度。JVC建伍試製出了可自動轉動投射部分以改變投射角度的投影機。在觀看大影像的下部時，向較低位置投射，觀看上部時向牆壁較高的位置及天花板等投射。優點是可消除顯示器設置場所的限制。

應用案例