投影光学补偿技术 能将墙壁变成显示屏

    可以把有图案的墙壁作为投影仪屏幕来使用的光学补偿技术日前由日本国立信息学研究所助理佐藤IMARI和东京大学讲师佐藤洋一的研究小组共同开发成功。在有图案的墙壁上用投射仪投射图像时，通常墙壁上的图案会出现在影像中，而如果使用此次的新技术的话，就可以消除图案的影响，与原来的方法相比可减小“脱色”、“泛白”等亮度的饱和现象以及对比度的降低。该技术应用于投影仪的话，就不需要准备专门的屏幕或者墙面。该研究小组表示，将来还可以与小型便携投影仪搭配，把身边的墙面和桌面作为屏幕来使用。

　　此次试制的系统只能对图片进行补偿。这一系统由液晶投影仪和数码相机组成。补偿时使用个人电脑，读取屏幕特性的事前校正约需30～40分钟，一张图片的补偿需要几秒～几十秒。该小组表示，要实现播放影像时每秒处理30张图像的要求，可通过专用的图像处理电路来实现。

图1：有图案的屏幕

图2：没有补偿时，屏幕的图案出现在了投射的图像中

图3：补偿后，投向图像上屏幕图案已经不容易看出来了；与没有补偿的图像（图2）相比，几乎感觉不到对比度的变化，屏幕上没有图像的部分，隐约可见与图2一样的水滴图案

图4：结合屏幕图案补偿后的图像，把这一图像输入投影仪

图5：有黑白条纹的屏幕

图6：无补偿时

7：补偿后，黑白条纹的补偿有些困难

　　通常，要想消除屏幕上图案的影响，为保持所投射的原图像RGB值与投射在屏幕上人们看到的图像RGB值一致，需要对投影仪的输入图像进行补偿。比如，当因为有图案而致使局部的反射率降低时，就要针对亮度低的图案部分提高输入图像的亮度，或者调低无图案部分的输入图像的亮度来进行补偿。另外，色彩方面，要么只向有图案部分投射补偿色彩来消除图案，要么向没有图案的所有部分投射与图案相同的色彩进行补偿。

　　但使用这种方法时，如果投影仪的输入图像的亮度超过了投影仪可输出亮度界限的话，原图像中亮度有渐变的部分就会全部发白，出现“泛白”现象。色彩方面也一样，比如当投影仪输入图像中的红色的色值超过投影仪可输出的界限时，看起来就会红色不足，发生“脱色”现象。为了这样的画质低下而降低图案以外部分的亮度进行补偿的话，又会面临图像整体对比度低下的问题。

　　此次的方法中，为了在修正屏幕图案影响的同时保持对比度，利用了人类视觉在色域和亮度上的特性。人类视觉有这样的特点，比如“在高亮度部分或者低亮度部分当中，很难识别亮度的变化”、“缓慢的亮度变化不易判别”、“在色域中，有一个难以识别的范围”，等等。所以当投射的影像与墙壁的图案合在一起时，即使有亮度差别或泛白现象，实际上有时用户并不会感觉到。此外，在考虑人类视觉特性的前提下，通过只对部分画面而不是全部画面进行补偿，就可以显示出让用户感觉协调的影像。通过引入上述方法，与原来的方法相比就可以保持补偿后的高对比度。不过，对于补偿有黑白条纹的屏幕或者使整体发暗的墙壁变亮，这种方法还比较困难。

　　此次发表的成果中的一部分已经通过论文公开。该论文已被评选为2006年6月举行的投影仪国际会议IEEE International Workshop on Projector Camera Systems（ProCams2006）的最佳论文，另外还被选为同年7月举行的图像识别国际论坛（MIRU2006）的优秀论文。