图像转换设备、图像转换方法和图像投影设备的制作方法

专利名称：图像转换设备、图像转换方法和图像投影设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过内插运算来将输入原始图像转换成新图像的图像转换设备和图像转换方法、以及通过内插运算来生成在实际上垂直投影面上失真得到校正的图像的数据的图像投影设备。
背景技术：
一种称为“投影仪”的图像投影设备具有显示装置，例如，LCD(液晶显示器)。该显示装置被制造成显示图像和将图像投影到诸如外部屏幕之类的投影面上。此时，如果来自液晶投影仪的图像相对于投影面的投影角是倾斜的，则本来应该为长方形的图像在屏幕上变成梯形状的失真。
由于这个原因，配有所谓的梯形失真校正功能的液晶投影仪是众所周知的，其中所述梯形失真校正功能用于使液晶显示板上的图像往反方向失真，以校正屏幕上图像的梯形失真。
通常，按照各种输入图像的类型或分辨率或为了实现PinP(画中画)功能，投影仪配有像素数目转换功能。作为投影仪的像素数目转换功能，存在在转换之后生成地址的功能和通过内插运算从从输入图像中选择的多个像素数据之中为每个生成的地址生成一个像素数据的内插运算功能。
图28A-1、图28A-2、图28B-1、和图28B-2显示了沿着，例如，水平方向利用梯形失真校正的原始图像、转换之后的图像、地址转换之后的图像。
在图像转换中，一般说来，如图28B-1中所示，按照投影位置生成具有与出现在投影面上的失真相同的失真的图像的地址(像素位置数据)。下面将要通过内插生成这样的数据的像素地址称为“内插地址”，和将新数据称为“内插像素数据”。
为了通过内插运算生成与内插地址相对应的内插像素数据，例如，对于每个地址，通过预定规则选择和通过预定规则加权相加原始图像的相应位置附近的多个周边原始像素数据。重复地生成数据，以生成所有内插像素数据，然后，如图28B-2中所示，一起地址转换已生成的内插像素数据组。
在沿着水平方向的梯形失真校正中，不是与如图28B-1中所示的扫描线方向平行地给出内插地址，而是对于每条直线都倾斜成一定斜度地给出内插地址。此时用作取样点的内插像素的中心之间的间隔不是一成不变的，而是非线性地改变。另外，对于那些直线情况亦如此。线与线之间的间隔也不是一成不变的。当以这种方式倾斜地给出内插地址，生成内插像素数据，和将它们分配到内插地址时，其结果是，获得有意使失真与如图28A-2中的图像所指的投影面上的图像相反的图像。如果将这个有意失真图像投影到投影面上，就可以获得失真得到抵偿的长方形图像。
虽然上面说明了沿着水平方向上的失真的校正，但沿着垂直方向上的失真也可以通过相同的方法进行校正。在沿着垂直方向校正失真时，生成代表向上或向下扩开(flar out)的梯形失真图像的一组地址，并在每个地址点上进行内插运算。
另一方面，在从相对于投影面在水平方向和在垂直方向都存在任意角度的倾斜投影情况下，沿着水平方向和垂直方向的失真组合在一起，使图像失真变得复杂，从而使代表失真的一组地址的生成变得复杂。注意，如果有可能有效地生成该组地址，就可以以与如上所述的其它情况相同的方式进行内插运算本身。
当如上所述包括水平方向上的失真成分时，如图28B-1中所示，连接内插地址的直线将与原始图像的多条水平线(多条水平扫描线)斜交。由于这个原因，在像素的内插中，有必要使用在水平方向和垂直方向存在于内插地址点周围的原始图像的多个像素数据，因此，二维内插运算变得必不可少了。对于这种运算，可以使用二维内插滤波器。注意，一般说来，由于运算规模、存储器的位尺寸的限制、和设置的自由度等原因，可以使用在水平方向和垂直方向上独立的两个一维内插滤波器。例如，首先让原始图像数据穿过垂直一维内插滤波器，然后让如此生成的内插数据穿过水平一维内插滤波器，生成新像素数据。
图29显示了4-抽头滤波器通过卷积运算生成一个像素数据的一维内插运算的例子。
内插系数由内插位置和像素数据之间的距离所决定，因此，与每个阶段有关的内插系数(滤波系数)可以用此时沿着x-轴方向的距离的函数h(x)来表示。于是，此时所示的内插点Q的像素数据q可以利用原始像素数据A、B、C和D，通过如方程(1)中所示的卷积运算来表示。
q＝Axh(-6/5)+Bxh(-1/5)+Cxh(4/5)+Dxh(9/5) (1)实际上，对于内插函数h(x)，可以考虑各种各样的值。同时，通过改变内插滤波器的特性，可以改变图像质量。
图30显示了图像转换模块中具体地独立地进行一维滤波运算两次的滤波单元的配置。
滤波单元200含有垂直内插滤波器(VIF)201、水平内插滤波器(HIF)202、选择器(SEL)203、和存储装置204。首先将原始像素数据和一组滤波系数输入到垂直内插滤波器201。通过让原始像素数据穿过垂直内插滤波器201，执行如方程(1)中所示的滤波运算，和输出通过利用，例如，4个垂直方向像素数据生成的内插数据。在，例如，内插点附近的4列像素上重复进行这个过程，从而将4个垂直方向内插数据Va、Vb、Vc、和Vd依次从垂直内插滤波器201输出到选择器203。选择器203一边切换输出，一边将4个垂直方向内插数据Va、Vb、Vc、和Vd依次分发到存储装置204中的预定存储部分(或预定地址)。当把4个内插数据Va、Vb、Vc、和Vd组装在一起时，存储装置204将它们输出到水平内插滤波器202。水平内插滤波器202按照输入的该组滤波系数执行一维(水平方向)滤波运算，并且输出结果，来作为新像素数据。
这样，为了生成一个新像素数据，使用原始图像的水平和垂直(N×M)个数据，在上面的例子中，即，4×4＝16个数据。为了生成一个新像素数据，N-抽头垂直内插滤波器进行内插运算M次(在上面的例子中，N＝M＝4)。对于通过如此生成的M个一维内插数据V1、V2、....VM，M-抽头水平内插滤波器只进行内插运算一次。
在在如上所述的图像投影设备的图像转换单元中进行的像素的内插运算处理中，提取的原始像素数据的个数在垂直方向被设置成N和在水平方向被设置成M(N和M2或更大的自然数)。一般说来，用于实现高精度内插的方程(1)的内插函数h(x)的阶越高，提取的这个原始像素数据的数目N和M就越大和滤波器的抽头数目也越大。并且，为了高精度地进行水平方向上的失真校正，不仅在水平方向，而且在垂直方向上一定数目的原始像素数据是必不可少的。在这种情况下，为了提高投影仪布置的自由度，重要的是可以校正图像的大失真。从这个观点来看，事先将提取的原始像素数据的数目N和M设置得大一点。
在具有如图30中所示的配置的滤波单元200中，当生成新像素数据时，如果将从垂直内插滤波器201输出的内插数据Va、Vb、Vc、和Vd输入到存储装置204，则重写在此之前用于生成像素数据的内插数据Va＝、Vb＝、Vc＝、和Vd＝。借助于这种配置的滤波单元200，为新图像数据的每一次生成而生成M(在本例中为4)个内插数据。
但是，在如图30中所示的滤波单元200中，在生成连续图像数据的时候，一些内插数据往往是相同的。在这种情况下，通过此方法进行了生成与已经生成和存储的数据相同的数据和重写存储装置204中的存储内容的无用处理。为了提高内插处理的精度或投影仪布置的自由度，当提取的原始像素数据的数目N和M大时，在垂直内插滤波器201中往往重复进行相同运算。另外，在这个垂直内插中同一内容的运算的重复频率随着垂直方向失真成分与水平方向失真成分相比越来越占优势而增加。另外，即使存在少数无用重复的运算，生成倾斜失真校正的地址也是复杂的，因此，有时使处理时间增加。
在如上所述的图像投影设备中，相同运算的无用重复因上面的原因而频繁地发生或整个运算速度的提高因复杂的地址计算而不必要地受到限制。由于这个原因，造成各种各样的限制，例如，不得不提高与存储器通信的部分的时钟频率等，或不得不增大存储器的位尺寸。

发明内容
本发明的第一目的是提供一种提高内插运算的处理速度和减轻施加在所需存储器上的负担的图像转换设备和图像转换方法。
本发明的第二目的是提供一种通过利用能够提高内插运算的处理速度和减轻施加在存储器上的负担的内插运算的方法，来生成能够校正投影面上的失真的图像数据的图像投影设备。
根据本发明的第一方面，提供了一种图像转换设备，该图像转换设备包括内插装置，用于通过输入原始图像的沿着垂直或水平方向中的一个方向上排列的多个原始像素数据执行第一内插运算，通过利用由第一内插运算所获得的多个内插数据，来沿着与所述一个方向不同的另一个方向来执行第二内插运算，和在内插点上生成新图像数据；以及存储装置，用于存储通过第一内插运算所获得的内插数据，其中，如果多个原始像素数据的组合与当计算已经存储在存储装置中的内插数据时所使用的组合相同，则内插装置从存储装置中读出内插数据，并将其用于第二内插运算。
根据本发明的第二方面，提供了一种具有显示装置和投影装置的图像投影设备，其中，所述显示装置具有沿着相互正交的第一和第二方向以矩阵形式排列的显示像素，和所述投影装置通过利用来自光源的光线将显示在所述显示装置上的图像投影到投影面上，并具有当将图像投影到投影面上时，将输入原始图像转换成使失真按照投影相对于投影面法线的角度得到校正的图像的功能，所述图像投影设备包括地址生成装置，用于生成与显示装置上的显示位置相链接的遭受失真的图像的地址；映射装置，用于将没有失真的原始图像的像素位置与遭受失真的图像的地址相链接；选择装置，用于根据由地址生成装置与沿着第一方向排列的显示像素相对应地生成的遭受失真的图像的地址线和沿着第二方向连接像素的多条直线之间的交点，沿着第二方向为每个交点选择多个原始图像数据；和内插装置，用于针对每组所选择的原始像素数据，在当选择的时候用作基准的交点上执行第一内插运算，针对获得的多个内插数据，沿着第一方向执行第二内插运算，以及根据从映射装置获得的地址和位置信息之间的对应关系，来生成要显示在显示装置上的新像素数据。
根据本发明的第三方面，提供了一种具有显示装置和投影装置的图像投影设备，其中，所述显示装置具有沿着相互正交的第一和第二方向以矩阵形式排列的显示像素，和所述投影装置通过利用来自光源的光线将显示在所述显示装置上的图像投影到投影面上，并具有当将图像投影到投影面上时，将输入原始图像转换成使失真按照投影相对于投影面法线的角度得到校正的图像的功能，所述图像投影设备包括地址生成装置，用于通过根据原始图像的像素位置使坐标系中的第一方向的坐标参数的系数设置成“1”的第一关系方程，来求出第一内插地址，利用第二方向中的坐标参数的系数被设置成“1”的第二关系方程，来求出第二内插地址，和生成遭受失真的图像的地址；映射装置，用于将没有失真的原始图像的位置信息与遭受失真的图像的地址相链接；以及内插装置，用于利用第一内插地址求出由地址生成装置与沿着第一方向的显示像素相对应地生成的遭受失真的图像的地址线和沿着第二方向连接原始像素的多条直线之间的交点的位置，在交点处执行第一内插运算，针对所获得的多个内插数据，在利用第二内插地址求出的交点处执行第二内插运算，以及根据从映射装置获得的地址的对应关系，来生成要显示在显示装置上的新像素数据。
根据本发明的第四方面，提供了一种图像转换方法，该图像转换方法包括第一内插步骤，用于通过输入原始图像沿着垂直或水平方向中的一个方向上排列的多个原始像素数据重复执行第一内插运算；数据存储步骤，用于将通过第一内插运算产生的多个内插数据临时存储在存储装置中；第二内插步骤，用于通过沿着与所述一个方向不同的另一个方向，对多个内插数据执行第二内插运算，来生成新的像素数据；以及新像素数据生成步骤，通过重复执行第一内插步骤、数据存储步骤、和第二内插步骤，来生成新的图像数据；其中，在生成新像素数据的步骤中，如果多个原始像素数据的组合是与当计算已经存储在存储装置中的内插数据时所使用的组合相同的，则从存储装置中读出内插数据，和将其用于第二内插运算。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于利用内插处理将利用光线投影到投影面上的输入原始图像转换成使失真与投影面上的投影角度相对应地得到校正的图像和将其输出到显示装置的图像转换方法，该图像转换方法包括地址生成步骤，用于生成遭受失真的图像的地址；映射步骤，用于将没有失真的原始图像的像素位置与遭受失真的图像的地址相链接；选择步骤，用于根据由地址生成装置与沿着水平和垂直方向之间的第一方向中的显示装置的显示位置相对应地生成的遭受失真的图像的地址线和沿着与第一方向不同的第二方向上连接像素的多条直线之间的交点，来为每个交点选择多个原始图像数据；第一内插运算执行步骤，用于为每组所选择的原始像素数据，在当选择的时候用作基准的交点上进行第一内插运算；以及第二内插运算执行步骤，用于针对通过第一内插运算所获得的多个内插数据，沿着水平方向进行第二内插运算，和根据通过映射所获得的地址的对应关系，来生成要显示在显示装置上的新像素数据。
根据本发明的第六方面，提供了一种图像转换方法，该图像转换方法包括地址生成步骤，用于通过水平和垂直方向之间的第一方向的坐标参数的系数被设置成“1”的第一关系方程，来生成第一内插地址，和通过与第一方向不同的第二方向的坐标参数的系数被设置成“1”的第二关系方程，来生成第二内插地址；第一内插步骤，用于利用第一内插地址选择输入原始图像的沿着第二方向排列的多个原始像素数据，和重复进行第一内插运算多次；以及第二内插步骤，用于利用第二内插地址选择通过第一内插运算所生成的沿着第一方向排列的多个内插数据，在内插点处进行第二内插运算，以及生成新的像素数据。


图1是本发明的第一到第三实施例中的在正面投影时从上面看到的正面投影仪的布置的视图；图2是本发明的第一到第三实施例中的以正面布置的位置为中心的投影仪的可能布置的范围的视图；图3A是图像从侧面投影时的视图；图3B是输入图像的视图；和图3C是图像在LCD板面上的视图；图4A是从沿着水平和垂直两个方向上相对于正面的位置偏的倾斜投影时的视图；图4B是输入图像的视图；和图4C是图像在LCD的板面上的视图；图5是本发明的第一到第三实施例中的投影仪的基本配置的视图；图6是本发明的第一到第三实施例的投影仪中的包括在图5的电路部分中的图像处理器和它的外围电路的配置的例子的方块图；图7是图像处理器内部的电路的配置的例子的方块图；图8是本发明的第一和第二实施例中的滤波单元的配置的方块图；图9A是在正面投影的情况下，在右手坐标系中的投影仪和屏幕之间的位置关系的视图；图9B是yz平面视图；以及图9C是xy平面视图；图10A是在垂直投影角为α度和水平投影角为β度的情况下，在右手坐标系中的投影仪和屏幕之间的位置关系的视图；图10B是yz平面视图；和图10C是xy平面视图；图11A到11C是屏幕绕轴旋转的与图10A到图10C等效的倾斜投影的位置关系的视图；图12A和12B是综合在一起的坐标关系的视图；图13A是正面投影的SVGA输出图像的地址图的图像的视图；和图13B是由梯形变形引起的失真图像的视图；图14A是在映射时叠加两个图像所获得的视图；和图14B是通过内插运算生成的LCD板的显示屏幕；图15A-1到15B-2是从右下方向屏幕投影时右手坐标系的xy平面视图和yz平面视图和与它们等效的平面视图；图16A-1到16B-2是从左上方向屏幕投影时右手坐标系的xy平面视图和yz平面视图和与它们等效的平面视图；图17A-1到17B-2是从右上方向屏幕投影时右手坐标系的xy平面视图和yz平面视图和与它们等效的平面视图；图18是将梯形失真图像的地址线叠加在原始图像上所获得的视图；图19是生成两个像素数据的情况的说明性视图；图20是显示数据移动之后寄存器的内容的滤波单元的方块图；图21是通过本发明的第二实施例的内插方法来生成图像数据的说明性视图；图22是第三实施例中的滤波单元的方块图；图23A是在倾斜投影时，在失真图像的地址上无失真地映射图像所获得的图像的视图；图23B是限制内插区域的地址图的图像的视图；和图23C是在沿着垂直方向的内插运算之后的地址图的图像的视图；图24是每条直线的垂直内插位置的说明性视图；图25A是用于得出关心一条直线的垂直内插地址(原始图像的地址坐标系)的说明性视图；和图25B是映射之后的地址坐标系的视图；图26A是垂直内插图像的地址图的图像的视图；图26B是图像组合之后地址图的图像的视图；和图26C是水平内插之后地址图的图像的视图；图27A和27B是生成一个像素数据的水平内插的说明性视图；图28A-1到图28B-2是沿着水平方向进行梯形失真校正时的原始图像、转换之后的图像、和地址转换之后的图像的视图；图29是4-抽头滤波器通过卷积运算生成一个像素数据的一维内插运算的例子的视图；和图30是独立地进行一维滤波运算两次的滤波单元的一般配置的方块图。
具体实施例方式
下面将参照

本发明的图像投影设备(投影仪)和图像转换设备和方法的实施例。
图1显示了在正面投影时从上面看到的正面投影仪的布置的视图。
在图1中，下侧的短虚线表示投影仪主体的中心线，而上面的长虚线是连接投影仪中透镜的中心和屏幕的中心的直线。
投影仪1和屏幕101是这样布置的，当从上面看下来时，长虚线所指的投影光的中心轴和将影像投影在上面的投影面，例如，屏幕101是正交的。投影仪1投影的影像是电视视频信号或计算机屏幕的信号。尽管根据信号，在像素数量上存在差异，但作为总影像，叠加在这些信号上的影像的显示区的形状是侧边长度之比(纵横比)为4∶3或16∶9的长方形，正如也可以从电视接收器或计算机显示器上了解到的那样。如果显示在投影仪1的LCD板上的正方形(square)影像不是垂直投影的，投影的影像也不会成为正方形(square)，因此，影像的原始形状将发生失真。
图2是布置在正面的投影仪的中心位置是P0的本发明的一个实施例中投影仪1可以被布置的范围的视图。
投影仪1可以被布置在包括正面位置P0的水平面Ph中和可以被布置在包括正面位置P0的垂直面Pv中。另外，可以自由地将投影仪1布置在通过两个平面Ph和Pv定义的第一象限ZONE1、第二象限ZONE2、第三象限ZONE3、和第四象限ZONE4中的任何一个中。
投影仪1可以从任何位置投影在它里面的LCD板的图像，只要该位置在上述范围之内。投影仪1具有按照投影位置校正图像失真的功能。于是，当被制造成起这样的作用时，可以将纵横比与严格从正面投影时的纵横比相同的正正方形(regular square)的图像投影到屏幕101上。这种校正被称为“梯形失真校正”。
图3A是沿着水平面从左侧向屏幕投影的图像。图3B显示了输入图像；而图3C显示了内置在投影仪中的LCD板面上的图像。
如图3A中所示，投影仪1被布置成将在左侧的图像投影到屏幕101上，但屏幕101上的影像看起来好像图像是从正面投影的。原来，投影屏幕发生了变形，整个变形成包括图中的阴影部分的梯形。这被称为“水平梯形变形”。水平梯形变形的校正被称为“水平梯形失真校正”。
为了从以这种方式处在一侧的投影仪1投影图像和好像从正面投影的那样将影像投影在屏幕101上，有必要根据投影仪1的投影位置事先计算图像是如何失真的。此时，通过形成人为地沿着与从一侧投影影像时的失真形状相反的方向失真的图像并投影它，即使影像是从横向投影的，也可以使它看起来像从正面投影图像时那样。为了获得在上例中的像如图3A中那样的投影影像，在如图3C中所示的LCD板面上有意地使图3B的输入图像变形，并且将这个图像投影到屏幕101上。
图4A显示了从图2中的第三象限ZONE3投影的图像。另外，图4B显示了输入原始图像；而图4C显示了在LCD的板面上的图像。
图3A的水平梯形失真是梯形失真，但是，在把沿着垂直方向的失真成分加入其中的图4A的情况下，失真形状变得更加复杂。当希望获得如图4A中所示的校正之后的正正方形(regular square)投影图像时，必须使LCD板图像成为如图4C中所示，好像图像在LCD板面内旋转了的图像。
在上述图4C和3C的两种情况中，如果在LCD板面的有效显示区上充分显示有意使失真与校正之前的投影图像形状相反的图像，那么在屏幕上获得分辨率下降和亮度尽可能多地得到抑制的校正正方形(square)投影图像。
下面，更详细地说明通过将输入图像转换成LCD板的图像，能够进行这样的校正的图像投影设备和图像投影方法的实施例。在这种图像转换中，将从如图4A中所示的第三象限ZONE3投影的情况取作一个例子，求出能够同时校正水平和垂直失真的地址生成的一般公式。只在水平方向或只在垂直方向失真的图像可以通过在这个一般公式中令水平或垂直投影角等于0的情况来表达。另外，仅仅除了公式不同之外，从除了第三象限ZONE3之外的其它象限投影的概念是相同的。
图5显示了投影仪的基本配置。
投影仪1具有电路部分2，该电路部分2包括将各种信号处理应用于视频信号(输入视频信号)VIDEO的电路和各种驱动系统的电路。电路部分2在它的信号处理电路部分中，包括作为本发明的控制装置和处理装置的中央处理单元(CPU)2a、作为本发明的地址生成装置的地址生成单元(ADG)2b、和数据内插装置(INT)2c。投影仪1具有显示装置3b，例如，LCD板，该显示装置3b用于显示通过转换将各种信号处理应用于输入视频信号VIDEO而获得的信号所指示的原始图像来获得的图像3a。另外，投影仪1含有投影单元4和光学单元5，投影单元4包括照射显示装置3b的光源，和光学单元5包括用于投影由投影单元4照射的显示装置3b的图像3a的各种透镜。LCD板3可以是透射类或反射类的任何一种。在每一种情况下，通过光学单元5将图像3a投影在实质上(substantially)垂直的投影面，例如，屏幕101上，来作为投影图像101a。对于RGB色，配备了三个LCD板3。不同色的图像在光学单元5中组合在一起。
由于CPU 2a控制数据内插，就广义来说，它是内插装置之一。CPU 2a和数据内插装置2c构成本发明中的“内插装置”的一个实施例。CPU 2a还充当选择原始像素数据的选择装置和为找出地址之间的相对关系而映射的映射装置。CPU 2a还具有控制其余配置的作用。后面将说明代表性点地址的计算和映射的细节。另外，尽管在如图5中所示的例子中未说明，但本发明中的“存储装置”配备在数据内插装置2c的内部。
投影仪1具有用于获得指示LCD板3和屏幕101之间的图像的相对关系的相对关系数据的装置(下文称之为“相对关系获取装置”)。相对关系获取(RRG)装置6可以采取各种形式，例如，从外界接收相对关系数据作为输入的输入单元、外部操作装置(按钮等)、用于事先存储预测相对关系数据的存储装置，例如，ROM、或由本身检测相对关系的装置。相对关系获取装置6至少获取，例如，图像到屏幕101的距离和由光学单元5的光轴和屏幕表面形成的夹角。
在利用液晶显示板或像素固定的其它显示板的投影仪中，有时，输入原始图像的像素数目和输出图像的像素数目将是不同的。由于这个原因，投影仪配有用于转换像素数目的信号处理功能。这将被称为“定标功能”。在这个处理中，在原来不存在像素数据的位置上的数据是必不可少的，因此，要对像素进行内插。在内插运算中，利用周边像素的数据来形成目标位置的像素数据。这种功能通过在称为“图像处理器”的图像处理电路中内置，例如，称为“定标器”的电路模块来实现。
图6是包括在图5的电路部分2中的图像处理器和在它的外围的电路模块的配置的例子的视图。
所说明的图像处理电路具有梳状滤波器21、色度解码器22、选择开关(SW)23、模拟-数字转换器(A/DC)24、图像处理器25、由SDRAM等构成的图像存储器26、和CPU 2a。在这些部件当中，图像处理器25和CPU 2a是实现图像转换功能的配置的具体例子。注意，也可以在图像处理器25中整体地形成这些图像存储器26和CPU 2a的功能。
所说明的图像处理电路可以处理复合视频信号、Y/C信号、和RGB信号中的任何一种视频信号。将复合视频信号输入到梳状滤波器21，将Y/C信号输入到色度解码器22，和将RGB信号输入到选择开关23。当考虑输入复合视频信号的情况时，在梳状滤波器21上将其转换成Y/C信号，和在随后的色度解码器22上再转换成YUV信号。由选择开关23选择的信号经A/DC 24转换，而变成数字信号。将这个信号输入到执行所希望的信号处理的图像处理器25中。此时，图像处理器25的处理受将相对关系信息RRI输入给它的CPU 2a的控制。在处理期间适当地利用图像存储器26。在执行了所希望的信号处理之后，将处理过的信号发送到显示装置，例如，LCD板3。根据这个信号在LCD板3上显示要投影的图像。
图7显示了图像处理器内部的电路模块的配置的例子。
图像处理器25具有IP(隔行-逐行)转换单元251、定标器252、CPU接口253、存储器控制单元254、和只读存储器(ROM)255。定标器252含有作为如图5中所示的地址生成装置2b的一个实施例的地址生成单元256、系数生成单元257、和作为如图5中所示的数据内插装置2c的一个实施例的滤波单元258。在这些部件当中，如图6中所示的系数生成单元257、滤波单元258和CPU 2a构成本发明中的“内插装置”的一个实施例。
将输入到图像处理器25中的视频信号发送到IP转换单元251，该IP转换单元251将隔行信号转换成逐行信号。在这个处理中，使用到图像存储器26。通过使IP转换单元251与作为存储器接口的存储器控制单元254相连接，IP转换单元251借助于图像存储器26传送图像数据。将变成逐行的信号发送到用于进行定标的定标器252，在定标器252内部，在地址生成单元256处生成失真校正所需要的地址。让系数生成单元254生成滤波系数，并且将所生成的滤波系数供应给滤波单元258。滤波单元258利用已知的滤波系数进行内插运算，以将由输入视频信号所指示的原始图像转换成具有预定尺寸和形状的LCD板的图像。将转换过的图像的信号输出和发送到LCD板3。使保存在这个内插运算中所使用的诸如滤波系数之类的数据的ROM255与定标器252相连接。使控制包括这一系列处理在内的图像处理的CPU 2a的接口253与IP转换单元251、定标器252、和ROM255相连接。
图8是滤波单元258的配置的方块图。
光学单元258包括垂直方向内插滤波器(VIF)11、水平方向内插滤波器(HIF)12、存储装置13、和2个选择器(SEL)14和15。存储装置13包括第一寄存器13a和第二寄存器13b。
将原始数据和垂直方向滤波系数组输入到垂直方向内插滤波器11。垂直方向内插滤波器11的输出端与选择器14的输入端相连接，而选择器14的输出端与第一寄存器13a相连接。第一寄存器13a的输出端与第二寄存器13b的输入端和选择器15的输入端相连接。选择器15的输出端与水平方向内插滤波器12相连接。将水平方向滤波系数组输入到水平方向内插滤波器12。从水平方向内插滤波器12输出新的像素数据。
当首先将原始像素数据和滤波系数组输入到垂直方向内插滤波器11时，CPU 2a选择所需要的原始像素数据，并且让所选择的原始像素数据穿过垂直方向内插滤波器11，从而，执行一维(垂直方向)滤波运算。内插滤波器11输出通过利用，例如，垂直方向上的4个像素数据生成的内插数据。在，例如，在内插点周围的4个像素列上重复进行这个过程，从而将垂直方向上的4个内插数据Va、Vb、Vc、和Vd依次从垂直方向内插滤波器11输出到选择器14。选择器14在切换输出的同时，将4个垂直方向内插数据Va、Vb、Vc、和Vd分发到第一寄存器13a中的预定存储部分(或预定地址)。当收集到4个内插数据Va、Vb、Vc、和Vd时，第一寄存器13a将它们输出到第二寄存器13b和选择器15。让4个内插数据Va、Vb、Vc、和Vd穿过选择器15，并输入到水平方向内插滤波器12。水平方向内插滤波器12根据输入的滤波系数组，执行一维(水平方向)滤波运算，并且，输出结果，来作为新的像素数据。
以与如上所述相同的方式，一个接一个地生成新的像素数据。为了生成一个新像素数据位，需要执行四次垂直方向上的滤波运算和一次水平方向上的滤波运算。第二寄存器13b具有移动内插数据的功能。由于这个原因，数据传送是可能的，例如，在图8中内插数据Vc和Vd向上移动到存储内插数据Va＝和Vb＝的位置。由于具有这样的移动功能，在第二次和随后各次生成像素数据的过程中，可以在第二寄存器13b的所需位置上设置前一次生成像素数据时计算的垂直方向滤波运算结果(内插数据Va＝到Vd＝)。
CPU 2a控制包括这些寄存器13a和13b和选择器14和15的整个滤波单元258。并且，CPU 2a控制滤波单元258和系数生成单元257，以便控制垂直方向内插滤波器11，从而不通过原始图像的同一组合继续进行利用同一滤波系数的处理。取而代之，在CPU 2a的控制下，使前一次计算的垂直内插运算结果(内插数据)移动到第二寄存器13b中的所需的位置，和通过选择器15将它给予水平方向内插滤波器12。
接着，将说明失真图像的地址生成。
将来自相对关系获取(RRG)装置6的相对关系数据输入到CPU 2a(图6)。CPU 2a本身，以及如图7中所示的图像处理器25中的地址生成单元256在CPU 2a的控制下，生成用于有效转换原始图像的失真图像数据的地址。
下面将主要说明从根据相对于屏幕的正面位置，沿着垂直方向向上偏转了α度和沿着水平方向从屏幕正面向左旋转了β度的位置处倾斜投影正面投影仪的图像的情况。
当角度α和β是正的时，投影位置落在图2的第三象限ZONE3内。从另一个象限投影时的校正可以通过基本上相同的概念和方法实现。同时，这里还将说明当输入分辨率为VGA(640个像素×480条线)的视频信号来作为输入信号时，通过图像转换处理进行消除屏幕上投影图像的失真的校正的情况，这种情况将分辨率转换成SVGA(800个像素×600条线)，和这种情况是从倾斜方向投影的。
图9A显示了在正面投影的情况下，在右手坐标系中的投影仪1和屏幕101之间的位置关系。另外，与此相对应的yz平面视图被显示在图9B中，而与此相对应的xy平面视图被显示在图9C中。此时，投影仪的位置坐标用(Px，Py，Pz)表示，和屏幕101上任何点的位置坐标用(Sx，Sy，Sz)表示。通过位置坐标(Px，Py，Pz)和(Sx，Sy，Sz)、和倾斜投影角α和β所确定的屏幕101和投影仪1之间的距离是如上所述的相对关系数据。
如图9B和9C中所示，在正面投影中，屏幕表面和光轴垂直相交。但是，光轴与屏幕表面不相交在屏幕中心上，而是相交在与底部较接近的位置上，即，这里，在接近屏幕的底侧中心的位置上。这是因为，在将正面投影仪放置在桌子上或使正面投影仪悬挂在天花板下的情况下，这两种布置都使得连接透镜中心和屏幕中心的直线不与地面平行。这是当将投影仪放置在桌子上时，为了使要投影的图像的下端部不投影到桌子上而设计的技术要求(specification)，我们称此为“光学补偿”。
图10A显示了在沿着垂直方向向上偏转α度和沿着水平方向相对于屏幕往左偏转β度地倾斜地投影图像的情况下，在右手坐标系中的投影仪和屏幕之间的位置关系。另外，图10B显示了yz平面视图，和图10C显示了xy平面视图。此时，右手坐标系的旋转角在垂直方向上变成α度和在水平方向上变成(-β)度。
这里，为了便于理解梯形失真校正，将考虑相对视点的改变。在图10A到10C中，通过移动投影仪1的位置，从倾斜方向投影图像，但是，这里假设在使投影仪1不移动的那个位置上使屏幕101绕轴旋转，而同时保持相对位置关系不变。
图11A到11C显示了在屏幕绕轴旋转的情况下，与图10A到图10C等效的倾斜投影的位置关系。此时，当在右手坐标系中表示时，屏幕以它的底侧(x-轴)为中心相对于直立位置沿着y方向(向后侧)倾斜了(-α)度和以它的左侧(z-轴)为中心沿着逆时钟方向旋转了β度。也就是说，如图11B和11C中所示的倾角和旋转角具有与如图10A到10C中所示的相对于投影仪的摆放位置的投影角相反的符号(sign)。
如图11A到图11C所示，下面将考虑当存在处在正面位置上的投影仪1时，投影影像(投影图像)是如何变形的和影像如何被投影到相对于这个位置倾斜的屏幕(下面，被描述成101t)上的。
让投影仪1投影的光穿过图10A中屏幕101所处的zx平面，并投影到倾斜屏幕上。让倾斜屏幕101t所处的平面以原点为中心沿着垂直方向旋转(-α)度和水平地旋转β度，因此，可以用以原点为中心的旋转矩阵来表示。在本实施例中，存在沿着水平方向和垂直方向的旋转，因此，旋转矩阵通过首先沿着水平方向旋转，然后，沿着垂直方向旋转的过程来定义。具体地说，经过旋转之后，zx平面上的法向矢量(nx，ny，nz)通过如下矩阵公式(2)来表示nxnynz=1000cos(-α)-sin(-α)0sin(-α)cos(-α)cosβ-sinβ0sinβcosβ0001010...(2)]]>当考虑连接投影仪1的位置和屏幕101所处的zx平面上的点的直线，和求出这条直线和具有矩阵公式(1)的法向矢量的画面之间的交点时，投影在倾斜屏幕101t的平面上的坐标点就求出来了。当观看如图10A中所示，聚焦在屏幕正面上的这个倾斜坐标点时，像沿着相反方向旋转那样，再次以原点为中心，沿着垂直方向旋转α度和沿着水平方向旋转(-β)度就足够了。然后，找出从倾斜方向投影图像的失真形状。通过这样的方法得出的沿着x-方向、y-方向、和z-方向的坐标被显示在方程(3-1)、(3-2)、和(3-3)中。
Kx=(Sx·Pz-Sz·Px)·sinα+(Sy·Px-Sx·Py)·cosα(Sx-Px)·sin(-β)+(Sy-Py)·cosα·cos(-β)-(Sz-Pz)·sinα·cos(-β)...(3-1)]]>Ky＝0...(3-2)Kz=(Sx·Py-Sy·Px)sinαsin(-β)+(Sx·Pz-Sz·Px)cosαsin(-β)+(Sy·Pz-Sz·Py)cos(-β)(Sx-Px)·sin(-β)+(Sy-Py)·cosα·cos(-β)-(Sz-Pz)·sinα·cos(-β)...(3-3)]]>通过这些方程表示的(Kx，Ky，Kz)是当通过如图10B中所示，垂直地使投影仪1向上偏转α度和在如图10C中所示，沿着水平方向相对于屏幕101往左(-β)度的角度上来投影图像时，梯形失真导致变形的坐标。
图12A和12B显示了综合在一起的坐标关系。在这些图形中，(Sx，Sy，Sz)是屏幕坐标，并且与投影在，在正面投影的情况下，是正长方形(regularsquare)形状的屏幕上的原始图像的坐标相对应。另外，(Kx＝，Ky＝，Kz＝)投影在像图11B和图11C中那样倾斜的屏幕101t的平面上的坐标。正如上面所说明的那样，(Kx，Ky，Kz)是因梯形失真而变形的坐标。
这样，上面三个方程(3-1)、(3-2)、和(3-3)给出了从任意方向投影引起的梯形失真所致的变形坐标。
接着，求出与到用作显示装置的LCD板3的输出信号(影像)的分辨率相匹配的坐标的、从方程(3-1)、(3-2)、和(3-3)得出的变形坐标。也就是说，在SVGA输出的情况下，在失真之前图像的x-坐标Sx从0变化到799，和z-坐标Sz从0变化到599。求出此时在梯形失真之后的x-坐标Kx和z-坐标Kz。注意，由于图像处在zx平面上，y-坐标Sy和Ky是0。
图13A显示了正面投影的SVGA输出图像的地址图的图像PIOUT，和图13B显示了当定义α＝10和-β＝-30时，在对梯形变形进行坐标变换之后，SVGA输出图像的地址图的图像(下面，失真图像)PIK。在这些图形中，为了避免示例的复杂性，未示出所有像素位置的取样点。取样点用每33个像素一个黑点来表示。当需要时，可以在CPU 2a上计算这些取样点的地址，或者，可以将事先计算的地址存放在ROM 255中，作为参考表。在后一种情况下，ROM 255对应于如图1中所示的相对关系获取装置6。
接着，如图14A中所示，将要通过校正获得的影像的图像PI(要在屏幕上实现的投影图像的虚图像，下面称之为“投影图像”)叠加在如图13B中所示因失真而变形的坐标空间上。因此，投影图像PI被映射在失真图像PIK上，并两个图像的地址的对应关系得到确定。此时，输入原始图像是VGA，但是，为了调整图像的尺寸和位置，可以按任何尺寸(例如，SVGA的尺寸)和在变形地址空间(失真图像PIK)中的任何位置处安排投影图像PI。注意，如果投影图像PI没有完全被包含在失真图像PIK内，在内插之后，图像的一部分将丢失。于是，最好，要求具有所希望的纵横比(在本例中，4∶3)的投影图像的尺寸在失真图像的地址空间中变成最大极限。然后，这个投影图像PI的位置和尺寸退化成简单图形问题。例如，借助于如图14A中所示的位置和尺寸，唯一地确定投影图像PI和失真图像PIK之间的关系。
在这样的映射(联系地址)中，已经从上面的方程(3-1)、(3-2)、和(3-3)中求出失真图像PIK的地址分布。因此，即使不使用实际的物理存储器(存储资源)，例如，也可以通过在CPU 2a中假设虚存储空间来执行映射。由于这个原因，映射本身变成高速的，并且，无需借助于物理存储器来传送数据，因此，即便重做数次，总处理时间占整个图像转换时间的比例也是极少的。
通过映射获得的地址的对应关系是失真图像和成为屏幕上没有失真的正正方形(regular square)的所希望的投影图像之间的地址对应关系，但是，失真图像是图像投影在原来没有失真的正正方形(regular square)的LCD板上的结果。于是，通过利用地址的上面对应关系，可以生成用于获取屏幕上没有失真的投影图像的LCD板3的图像。
更详细地说，在SVGA输出的情况下，LCD板3的有效显示区的坐标数目变成800×600。对于所有这些点，在图像的映射地址上进行内插。在此时在800×600个点上的内插当中，在如图14A中所示的失真图像PIK和投影图像PI重叠的区域的所有地址上的内插中，选择滤波系数，以便能够像投影图像那样再现图像数据，并且，用滤波系数加权再现图像所需的原始图像的多个像素数据，以形成新像素数据。根据通过映射所找到的上面地址对应关系，将形成的新像素数据分配给唯一地确定像纵横比为4∶3的正正方形(regularsquare)屏幕那样的SVGA屏幕中的排列位置的地址上。另一方面，在如图14A中所示，失真图像PIK中处在投影图像PI周围的区域的内插中，结果变成没有图像数据的黑色像素的组合，因此，即使在内插之后，也可以将黑色图像数据分配给SVGA屏幕中的相对应的位置上。
图14B显示了通过这样的图像转换过程所生成的SVGA输出图像。这个图像是梯形失真校正之后的图像。当像图4C中那样在LCD板上显示这个图像和像图4A中那样投影它时，在屏幕上获得正正方形(regular square)投影图像。确定通过映射获得的地址的对应关系，以便像上述那样，图像尺寸重叠的区域变成最大，因此，在屏幕上的投影图像中，亮度和分辨率的下降被抑制到最低程度。
在图13A和图13B中的上面说明中，通过与输出图像(SVGAn图像)的尺寸相匹配的600×800地址给出输出图像PIOUT，使它变形，并生成失真图像PIK。然后，如图14A中所示，使用在改变投影图像PI的尺寸和位置的同时将投影图像PI叠加在失真图像上和在叠加之后从两个图像中找出失真校正所需要的地址对应关系的过程。也可以通过如下技术找出与此相同的地址对应关系。
在图14A中，通过与原始图像(VGAn图像)相同的640×480个地址求出输出图像PIOUT，并且，使它变形，以生成失真图像PIK。在图14A中，改变失真图像PIK的尺寸，而不改变投影图像PI的尺寸，因为从头开始它就与SVGA相对应。对于两个图像的最佳叠加，只改变它的位置。通过这种技术，结果也变成与图14A的那种结果相同。
虽然上面说明了从左下位置(第三象限ZONE3)向屏幕投影时的失真校正，但是，在从其它位置投影的情况下，只有求出失真坐标的方程是不同的。上面说明的校正方法的过程是相同的。
图15A-1和15B-1是从右下位置(第四象限ZONE4)向屏幕101投影时的右手坐标系的xy平面视图和yz平面视图。当假设不是相对于正向投影来移动投影仪1的投影位置时，在使屏幕101绕轴旋转以便获得相同相对关系的情况下的xy平面视图和yz平面视图显示在图15A-2和15B-2中。此时，右手坐标系的旋转角在垂直方向上变成(-α)度和在水平方向上变成(-β)度。
求出投影在倾斜屏幕101t上的梯形失真坐标的方程显示在方程(4-1)、(4-2)、和(4-3)中Kx=(Sx·Pz-Sz·Px)·sinα+(Sy·Px-Sx·Py)·cosα(Sx-Px)·sinβ+(Sy-Py)·cosα·cosβ-(Sz-Pz)·sinα·cosβ...(4-1)]]>Ky＝0 ...(4-2)Kz=(Sx·Px-Sx·Py)·sinα·sinβ-(Sz·Px-Sx·Pz)·cosα·sinβ+(Sy·Pz-Sz·Py)·cosβ(Sx-Px)·sinβ+(Sy-Py)·cosα·cosβ-(Sz-Pz)·sinα·cosβ...(4-3)]]>图16A-1和16B-1是从左上位置(第二象限ZONE2)向屏幕101投影时右手坐标系的xy平面视图和yz平面视图。并且，当不是相对于正向投影来移动投影仪1的投影位置时，在使屏幕101绕轴旋转以便获得相同的相对关系的情况下的xy平面视图和yz平面视图显示在图16A-2和16B-2中。此时，右手坐标系的旋转角在垂直方向上变成α度和在水平方向上变成β度。
求出投影在倾斜屏幕101t上的梯形失真坐标的方程被显示在方程(5-1)、(5-2)、和(5-3)中Kx=(Sx·Pz-Sz·Px)·sin(-α)+(Sy·Px-Sx·Py)·cos(-α)(Sx-Px)·sin(-β)+(Sy-Py)·cos(-α)·cos(-β)-(Sz-Pz)·sin(-α)·cos(-β)...(5-1)]]>Ky＝0...(5-2)Kz=(SyPx-SxPy)sin(-α)sin(-β)+(SzPx-SxPz)cos(-α)sin(-β)+(SyPz-SzPy)cos(-β)(Sx-Px)sin(-β)+(Sy-Py)cos(-α)cos(-β)-(Sz-Pz)sin(-α)cos(-β)...(5-3)]]>图17A-1和17B-1是从右上位置(第一象限ZONE1)向屏幕101投影时右手坐标系的xy平面视图和yz平面视图。另外，当不是相对于正向投影来移动投影仪1的投影位置时，在使屏幕101绕轴旋转以便获得相同的相对关系的情况下的xy平面视图和yz平面视图被显示在图17A-2和17B-2中。此时，右手坐标系的转角在垂直方向变成α度和在水平方向变成(-β)度。
求出投影在倾斜屏幕101t上的梯形失真坐标的方程被显示在方程(5-1)、(5-2)、和(5-3)中Kx=(Sx·Pz-Sz·Px)·sin(-α)+(Sy·Px-Sx·Py)·cos(-α)(Sx-Px)·sinβ+(Sy-Py)·cos(-α)·cosβ-(Sz-Pz)·sin(-α)·cosβ...(6-1)]]>Ky＝0 ...(6-2)Kz=(Sy·Px-Sx·Py)·sin(-α)·sinβ-(Sz·Px-Sx·Pz)·cos(-α)·sinβ+(Sy·Pz-Sz·Py)·cosβ(Sx-Px)·sinβ+(Sy-Py)·cos(-α)·cosβ-(Sz-Pz)·sin(-α)·cosβ...(6-3)]]>接着，详细说明本实施例中的内插运算。
图18是将连接构成由梯形失真所致的变形坐标的地址当中的与水平线相对应的倾斜地址点的直线叠加在原始图像上的图。
为了方便起见，如图18中所显示的，沿着水平方向上附上字母A、B、和C，沿着垂直方向上附上数字1、2、和3，并且，利用此时水平位置和垂直位置的组合来指示原始像素数据。例如，在图18中，在左上端上的原始像素数据被表示成“A1”。现在，假设要内插的像素的位置是“B3”的原始像素数据的位置。
下面，将说明沿着垂直方向对像素数据执行内插运算(第一内插运算)几次和沿着水平方向对由此得到的几个内插数据执行内插运算(第二内插运算)的情况。
在本实施例中，每当通过内插运算来生成一个新像素数据D1时，选择所使用的原始像素数据的组合。选择是根据倾斜地址线AL1和沿着垂直方向连接原始像素的垂直线VLa、VLb、VLc、和VLd之间的交点进行的。垂直线VLa、VLb、VLc、和VLd的每一条是连接事先确定的原始像素的不变位置，例如，像素中心的直线。在图18中，像素中心用空心圆圈表示。地址线AL1和垂直线VLa的交点用Pva来定义。同样，地址线AL1和垂直线VLb的交点用Pvb来定义，地址线AL1和垂直线VLc的交点用Pvc来定义，以及地址线AL1和垂直线VLd的交点用Pvd来定义。
交点PVa位于原始像素数据A3的中心和原始像素数据A4的中心之间，因此，根据交点PVa来选择原始像素数据A2、A3、A4、和A5。按照与上面相同的方式，在B列中选择原始像素数据B2、B3、B4、和B5，在C列中选择原始像素数据C1、C2、C3、和C4，以及在D列中选择原始像素数据D1、D2、D3、和D4。
由如图6中所示的CPU 2a来选择原始像素数据。将所选择的基本像素数据依次输入到图8的垂直方向内插滤波器11中。
在垂直方向内插滤波器11中，依次进行第一内插运算。本例中的第一内插运算是4-抽头卷积运算。于是，利用如方程(7-1)、(7-2)、(7-3)、和(7-4)所示的计算方程来计算在交点PVa、PVb、PVc、和PVd上的垂直方向内插数据Va、Vb、Vc、和Vd。
Va=A2×h(-1-za1za1+za2)+A3×h(-za1za1+za2)+A4×h(za2za1+za2)+A5×h(1+za2za1+za2)...(7-1)]]>Vb=B2×h(-1-zb1zb1+zb2)+B3×h(-zb1zb1+zb2)+B4×h(zb2zb1+zb2)+B5×h(1+zb2zb1+zb2)...(7-2)]]>Vc=C1×h(-1-zc1zc1+zc2)+C2×h(-zc1zc1+zc2)+C3×h(zc2zc1+zc2)+C4×h(1+zc2zc1+zc2)...(7.3)]]>Vd=D1×h(-1-zd1zd1+zd2)+D2×h(-zd1zd1+zd2)+D3×h(zd2zd1+zd2)+D4×h(1+zd2zd1+zd2)...(7.4)]]>这里，在方程(7-1)中，相差za1是数据A3的原始像素中心和交点PVa之间的相差，同时相差za2是数据A4的原始像素中心和交点PVa之间的相差。同样，在方程(7-2)中，相差zb1是数据B3的原始像素中心和交点PVb之间的相差，和相差zb2是数据B4的原始像素中心和交点PVb之间的相差。这些相差都显示在图18中。此外，其它交点PVc和PVd和沿着垂直方向最接近的两个像素的中心之间的相差zc1、zc2、zd1、和zd2是按照与上面相同的方式来定义的。根据这些相差，由如图7中所示的系数生成单元257生成垂直方向滤波系数组。注意，也可以事先生成垂直方向滤波系数组和将其保存在ROM 255等中。
因此，在交点PVa、PVb、PVc、和PVd的位置上生成垂直方向内插数据Va、Vb、Vc、和Vd。
如图8中所示的选择器14在切换的同时，将垂直方向内插数据Va、Vb、Vc、和Vd存储在第一寄存器13a的预定地址上。
接着，让内插数据Va、Vb、Vc、和Vd穿过选择器15，并被供应给水平方向内插滤波器12。水平方向内插滤波器12对内插数据Va、Vb、Vc、和Vd进行水平方向内插运算(第二内插运算)。
在第二内插运算中，沿着水平方向最接近的两条垂直线VLb和VLc和内插位置P1之间的相差通过x1和x2来定义。此时，在内插位置P1上通过水平内插所生成的像素数据D1通过如方程(8)中所示的4-抽头内插运算来计算。
D1=Va×h(-1-x1x1+x2)+Vb×h(-x1x1+x2)+Vc×h(x2x1+x2)+Vb×h(1+x2x1+x2)...(8)]]>注意，水平方向滤波系数组是根据相差x1和x2在系数生成单元257上生成，并且直接或穿过ROM 255等之后将它从系数生成单元257供应到水平方向内插滤波器12。
如上所述，新像素数据D1是在内插位置P1上通过多次(在本例中为4次)第一内插运算和一次第二内插运算来生成的。以与上面相同的方式，在下一个内插位置P2上生成像素数据D2。
图19显示了当在位置P1之后的位置P2上生成像素数据时地址线和原始图像之间的关系。
当通过内插处理在位置P2上生成数据时，从它的周围选择4个列中数据的4个位，即，总共原始图像数据的16个位。以与生成位置P1的情况相同的方式，将倾斜地址线AL1和4个列的垂直方向直线之间的交点用作参考，来选择原始图像数据。例如，当选择原始像素数据组，以便两个像素中心沿着垂直方向处在每个交点的一侧和另一侧时，在如图19中所示例子中，选择行号1到4的原始像素数据，直到C列、D例、和E列，但在F列中选择行号0到3的原始像素数据。此时，C列和D列的原始像素数据，即，原始像素数据组(C1，C2，C3，C4)和原始像素数据组(D1，D2，D3，D4)与前一次计算像素数据时的那些相同。于是，利用相同原始像素数据组来重新使用第一内插运算结果(内插数据Vc、Vd)是可能的。
在图8中，存储在第二寄存器13b中的内插数据Va＝、Vb＝、Vc＝、和Vd＝是前一次用于计算像素数据D1的内插数据。这些数据最初存储在第一寄存器13a中，但在预定时刻被传送到第二寄存器13b。在从前一次生成像素数据D1的水平内插运算的开始到这一次生成像素数据D2的垂直内插运算的结束之间的间隔内，第二寄存器13b的保存内容恰好向图8中的左侧移动了所需要的数量。在图19的例子中，与C列和D列相对应的内插数据Vc′和Vd′被移动到图8中的内插数据Va′和Vb′的位置。
图20是显示在这种移动之后的寄存器内容的滤波单元的方块图。
原来，为了计算新像素数据，沿着垂直方向执行4次内插运算，但是，在本实施例中，省略了对可以重新使用的内插数据的运算。更详细地说，在CPU 2a的控制下，省略C列和D列的内插运算，并且垂直方向内插滤波器11只执行E列和F列的内插运算。在选择器14的控制下，将作为结果获得的内插数据Ve和Vf像所示那样存储在第一寄存器13a中。
接着，在选择器15的控制下，从第二寄存器13b中读取与C列和D列相对应的内插数据Vc′和Vd′，并且，从第一寄存器13a中读取与E列和F列相对应的内插数据Ve和Vf。当水平方向内插滤波器12利用这些内插数据执行第二内插运算时，在位置P2上生成新的像素数据D2。
在本实施例中，在以这种方式第二次和随后各次生成像素的过程中，可以重新使用用于生成正好在这个之前的像素数据的第一内插运算结果。由于用于第一内插运算的原始像素数据是根据倾斜地址线和垂直线之间的交点选择的，所以这样做变得可能。
也就是说，在统一地将原始像素数据的范围确定为，例如，以内插位置为中心的4×4个的通常方法中，的确能生成一个新像素数据，但垂直内插运算最终进行4次。于是，即使当几乎没有水平失真成分时，在许多情况下也要无用地重复进行相同的计算。另外，即使试图重新使用计算结果，如果原始像素数据的范围是统一确定的，哪怕地址线有一点点倾斜，也不会生成重叠的原始像素数据，因此，重新使用基本上是不可能的。
在本实施例中，原始像素数据的选择范围灵活地随地址线的斜率而改变，因此，可以使计算时间是第二内插运算的计算时间几倍的第一内插运算的效率更高。第一内插运算的计算次数的减少直接与整个计算效率的提高相联系，因此，可以有效地提高用于校正失真的图像的生成效率。
由于上面情况，在投影仪从倾斜方向投影图像时所需的信号处理中，可以缩短处理时间。另外，由于不重新计算重叠的垂直方向内插数据，在垂直方向运算单元中需要重叠的从存储器中取出的像素数据就变成多余的了。由于这个原因，无需大幅度地改变内插技术，就可以减轻存储器的处理负担和可以使存储器的位尺寸变小。
注意，用于内插运算的沿着垂直方向的像素数目和沿着水平方向的像素数目不局限于4个，并可以任意地设置它们。另外，还可能根据地址线的斜率来改变选择原始图像数据的方法。例如，当如图18中所示的地址线AL1的斜率较小时，从A列到C列中选择相同行数的像素数据，并且，仅对于D列，在恰好向上移动了一个像素量所获得的范围之内来选择像素数据，而当地址线AL1的斜率比图18的情况的斜率大时，可能在使B列到D列这三个列相对于在A列中选择的像素数据恰好向上移动了一个像素量所获得的范围之内来选择像素数据。
在第二实施例中，与第一实施例相反，沿着水平方向执行第一内插运算，和沿着垂直方向执行第二内插运算。作为滤波单元，在图8中，可以使用通过切换垂直内插滤波器11和水平内插滤波器12的位置所获得的那一个。
图21显示了当通过第二实施例的内插方法在位置P1上生成像素数据D1时地址线和原始图像之间的关系。
遭受失真的图像的地址线AL1像所示的那样，与原始图像交叠。在地址线上的点P1上求出新的像素数据。在这种情况下，根据地址线AL1和连接原始图像事先所确定的恒变位置，例如，像素中心的直线，即，水平线HL2、HL3、HL4、和HL5之间的交点，选择沿着水平方向排列的一组多个，即，4个原始图像数据。当根据交点PH2时，来选择一组原始图像数据(C2、D2、E2、F2)。当根据交点PH3时，选择一组原始图像数据(B3、C3、D3、E3)。当根据交点PH4时，选择一组原始图像数据(A4、B4、C4、D4)，以及当根据交点PH5时，选择一组原始图像数据(A5、B5、C5、D5)。
利用如方程(9-1)、(9-2)、(9-3)、和(9-4)所示的计算方程来计算在交点PH2、PH3、PH4、和PH5处的沿着水平方向上的内插数据H2、H3、H4、和H5H2=C2×h(-1-x21x21+x22)+D2×h(-x21x21+x22)+E2×h(x22x21+x22)+F2×h(1+x22x21+x22)...(9-1)]]>H3=B3×h(-1-x31x31+x32)+C3×h(-x31x31+x32)+D3×h(x32x31+x32)+E3×h(1+x32x31+x32)...(9-2)]]>H4=A4×h(-1-x41x41+x42)+B4×h(-x41x41+x42)+C4×h(x42x41+x42)+D4×h(1+x42x41+x42)...(9-3)]]>H5=A5×h(-1-x51x51+x52)+B5×h(-x51x51+x52)+C5×h(x52x51+x52)+D5×h(1+x52x51+x52)...(9-4)]]>这里，在方程(9-1)中，相差x21是数据D2的原始像素中心和交点PH2之间的相差，同时相差x22是数据E2的原始像素中心和交点PH2之间的相差。同样，在方程(9-4)中，相差x51是数据B5的原始像素中心和交点PH5之间的相差，同时相差x52是数据C5的原始像素中心和交点PH5之间的相差。这些相差都被显示在图21中。同样，其它交点PH3和PH4和沿着水平方向最接近的两个原始像素中心之间的相差x31、x32、x41、和x42按照与上面相同的方式来定义。
因此，在交点PH2、PH3、PH4、和PH5的位置上生成沿着水平方向的内插数据H2、H3、H4、和H5。
再次将沿着水平方向的内插数据H2、H3、H4、和H5保存在第一寄存器13a中。
此后，垂直方向内插滤波器对内插数据H2、H3、H4、和H5执行垂直方向内插运算(第二内插运算)。
在第二内插运算中，沿着垂直方向最接近的两条水平线HL3和HL4和内插位置P1之间的相差被定义成z1和z2。此时，在内插位置P1上通过垂直内插所生成的像素数据D1通过方程(10)所示的4-抽头内插运算方程来计算。
D1=H2×h(-1-z1z1+z2)+H3×h(-z1z1+z2)+H4×h(z2z1+z2)+H5×h(1+z2z1+z2)...(10)]]>如上所述，即使首先执行水平方向内插运算和对结果执行垂直方向内插运算，也可以以与上面相同的方式来生成新的像素数据D1。注意，随后的像素数据的生成和那时寄存器的控制(内插数据的重新使用)以与第一实施例相同的方式来进行。
在上面第一和第二实施例中，每当计算一个新像素数据时，都要重复执行多次第一内插运算和第二内插运算。
在第三实施例中，首先结束与，例如，地址线相对应的所有第一内插运算，然后，重复进行第二内插运算。
图22是第三实施例中具有适合于执行内插方法的配置的滤波单元的方块图。
如图22中所示的滤波单元258具有垂直内插滤波器11、水平内插滤波器12、和行存储器16。行存储器16具有一次能够存储具有最大分辨率的至少一行的存储能力。行存储器16由CPU 2a通过控制，例如，未说明的驱动电路来控制。
由于通过第一实施例中所示的方程(3-1)到(3-3)求出的梯形失真所致的变形坐标(Kx，Ky，Kz)用于同时求出x-坐标和z-坐标的内插点的地址。于是，对于通过像本实施例的内插方法那样，沿着垂直方向或水平方向的一个方向上重复执行第一内插运算，和沿着垂直方向或水平方向的另一个方向对作为第一内插运算的结果获得的多个内插数据执行第二内插运算的内插方法高效地求出新像素数据，则不需要这种模式。
由于这个原因，如方程(3-1)和方程(3-3)中所示的失真图像的地址被转换成沿着垂直方向或水平方向可以独立内插的地址的格式。也就是说，方程(3-1)所指示的沿着x-方向的梯形变形地址的每一个和方程(3-3)所指示的沿着z-方向的梯形变形地址的每一个被转换成两个地址，即，用在垂直内插中的内插位置的地址和用在水平内插中的内插位置的地址。结果是，梯形变形坐标的任何地址(x，z)被划分成垂直方向元素(VX，VZ)和水平方向元素(HX，HZ)两个组。但是，水平方向元素在垂直内插时是等间隔的，而垂直方向元素在水平内插时变成等间隔的。因此，其实可以使用等间隔元素。于是，实际上，每次都计算(VX，HZ)或(HX，VZ)的组合的一组地址。可以在CPU 2a上计算地址，或者，可以通过CPU 2a事先计算它们，然后以表格形式将它们存储在ROM 255等中。
首先，说明作为第一内插运算的垂直方向内插。在本实施例中，以恰好与沿着水平方向的像素数目相对应的所需要的次数来连续地执行垂直方向内插运算。
图23A显示了当面向屏幕时，从左侧以30度角和从下方以10度角向屏幕投影图像时的映射图像。这个映射图像以与在第一实施例中求出的图14A相同的方式来求出。如下的说明将示范通过改变相对于通过方程(3-1)和方程(3-3)给出的梯形失真的地址而内插的图像的尺寸和位置，来调整内插之后的图像的尺寸和位置的情况。
图24是显示其中从方程(3-1)和方程(3-3)求出的地址线AL1和原始图像交叠的图23B的放大部分的图。
地址线AL1是以与第一和第二实施例的情况相同的方式通过梯形失真地址转换一系列沿着水平方向一行数量的原始像素的位置路径。在面向屏幕时从左下侧投影的情况下，形成沿着倾斜方向倾斜的直线。在图24中，倾斜地址线AL1和沿着垂直方向连接原始像素的垂直线之间的每个交点用标记“x”表示。这些交点，即，A列的交点PVa、B列的交点PVb、C列的交点PVc、D列的交点PVd、E列的交点PVe、F列的交点PVf、G列的交点PVg、H列的交点PVh...变成作为第一内插运算的垂直方向内插运算时的内插地址。
在第三实施例中，无需使用像方程(3-1)到(3-3)那样的复杂计算方程，就可以计算这些内插地址。
首先，在本实施例中，为了简单地求出内插地址，如图23B所示，沿着水平方向的计算区域的范围局限于失真图像的地址和正长方形图像(原始图像)的地址交叠的范围。并且，为了简化地址的计算方程，坐标变换是必不可少的。
图25A显示了梯形变形之前的原始图像的地址图和那时的xz坐标轴。图25B显示了梯形变形之后的地址图，但原始xz坐标轴将梯形变形图像的左下角P0作为原点。也就是说，方程(3-1)和方程(3-3)是将这个P0用作原点的坐标上的计算方程。
在本实施例中，如图25B所示，xz坐标是将与梯形变形之后的地址图交叠的正长方形原始图像的左下角用作原点获得的。在这些xz坐标中，任何点的地址的z-坐标用x-坐标表示。这是因为，用在垂直内插中的内插地址的水平方向坐标(x-坐标)变成对于每个像素以不变值为单位的离散值，因此，这样做就可以简化计算方程。
更具体地说，当用(VX，VZ)表示垂直内插中地址的坐标时，在一行数量的内插运算中，内插地址的x-坐标VX改变成对于沿着水平方向的每个像素以不变值为单位的离散值。并且，那时的z-坐标VZ处在梯形变形的地址图上内插像素所属的倾斜地址线AL1上，因此，可以通过求出斜率来计算。如图25A和25B所示，利用梯形变形之后原始图像的行的开始点像素所处的地址坐标(Kxs，Kzs)和梯形变形之后结束点像素所处的地址坐标(Kxe，Kze)，地址线AL1的斜率变成(Kze-Kzs)/(Kxe-Kxs)。当使用这个斜率时，内插地址的z-坐标VZ可以表示成方程(11)。
VZ=Kzs+(VX-Kxs)×(Kze-Kzs)(Kxe-Kxs)...(11)]]>
于是，在图25B的xz坐标系中内插之后排列在位置(x，z)上的像素的垂直内插地址(VX，VZ)变成像方程(12)中那样的。对于输入图像(原始图像)的水平像素的每个数字，VX等间隔地改变(VX,VZ)=(x,Kzsz+(x-Kxsz)×(Kzez-Kzsz)(Kxez-Kxsz))...(12)]]>在方程(12)中，如图25B所示，通过方程(3-1)和(3-3)对倾斜地址线与z-轴相交的开始点像素获得的梯形变形地址用(Kxsz，Kzsz)表示，而与图23B的区域的右侧相对应、倾斜地址线与与z-轴平行的直线相交的结束点像素通过方程(3-1)和(3-3)获得的梯形变形地址用(Kxez，Kzez)表示。
根据方程(12)所指的垂直方向内插地址，为每个列选择沿着垂直方向排列的多个原始像素数据。在这种选择中，以与第一实施例相同的方式，例如，CPU 2a为每个内插地址选择2个上像素数据和2个下像素数据，即，总共4个原始图像数据。将所选基本像素数据依次输入到图22的垂直内插滤波器11。
因此，可以获得像图23C中那样的内插图像。举例来说，假设图24的内插位置PVf上的垂直内插。此时，当内插位置PVf和上下像素的预定位置，例如，像素中心之间的相位比是z1∶z2时，按方程(13)计算内插数据Vf的值。
Vf=F2×h(-1-z1z1+z2)+F3×h(-z1z1+z2)+F4×h(z2z1+z2)+F5×h(1+z2z1+z2)...(13)]]>如方程(13)所示，一个内插数据Vf是利用在内插位置上面的2个原始像素数据F2和F3和在它下面的2个原始像素数据F4和F5生成的。在其它内插位置PVa-PVe、PVh...上，通过相同的内插运算求出内插数据。结果是，一个接一个地从图22的垂直内插滤波器11输出数目与原始图像的分辨率相同的内插数据，将它们依次输入到行存储器16。保存在行存储器16中的数据用在下一个水平内插处理(第二内插运算)中。注意，取决于处理，行存储器16的存储容量不局限于一行的数量，可以是数行存储量。
图26A显示了垂直内插图像。接着，对限制图23A到23B中的区域时截取的处在右方和左方的无图像区域应用垂直内插处理。将压缩部分加入图26A的内插图像中。在行存储器16中组合图像，得出图26B的图像。
对图26B的图像进行水平方向内插处理(第二内插运算)。将此时的内插地址用作(Hx，Hz)，内插一个图像。在这种情况下，已经内插了垂直方向直线，以便为每条垂直线改变沿着垂直方向的内插地址Hz，使它的z-坐标的系数为“1”。并且，对于水平地址Hx，使用在方程(3-1)中计算的最初地址。于是，用在经过内插之后排列在位置(x，z)上的像素的水平方向内插中的内插地址(HX，HZ)变成像方程(14)中那样的。
(HX,HZ)=((x·Pz-z·Px)·sinα+cosα(x-Px)·sin(-β)+(-Py)·cosα·cos(-β)-(z-Pz)·sinα·cos(-β)),z)...(14)]]>这里，内插地址的水平元素HX的值是如方程(3-1)所示的梯形变形的x-坐标Kx，并且指定用在如图23A所示的映射中的沿着x-方向的内插地址。由于屏幕处在zx平面上，梯形变形的x-坐标Kx的方程(3-1)中投影面的y-坐标Sy被表示成0。
这样，就求出水平方向内插地址(HX，HZ)。将水平方向内插地址(HX，HZ)从地址生成单元或ROM等输入到水平方向内插滤波器12。水平方向内插滤波器12利用保存在行存储器16中的垂直方向内插数据，在相应地址线中的内插地址的每一点上进行水平方向内插运算。
图27A和图27B是生成某个像素数据的水平内插的说明图。
如图27B所示，当在，例如，位置P上生成像素数据时，当在位置P1上生成像素数据时，使用根据这个水平方向内插位置P1，从地址线AL1上相差最小的内插数据中选择的4个内插数据Vc、Vd、Ve、和Vf。当水平方向内插位置P1和此时内插数据Vd的位置PVd之间的相差是x1和水平方向内插位置P1和内插数据Ve的位置PVe之间的相差是x2时，根据这4个像素数据的卷积运算的第二内插运算方程变成像方程(15)所示的那样。
D1=Vc×h(-1-x1x1+x2)+Vd×h(-x1x1+x2)+Ve×h(x2x1+x2)+Vf×h(1+x2x1+x2)...(15)]]>生成通过这个方程生成的新像素数据D1，从而完成一个像素的内插处理。通过一边适当地改变所选的内插数据，一边对所有水平方向像素进行这种水平方向的内插处理，可以生成经过梯形失真校正的一行数量图像。并且，通过在一个帧内对其它行进行相同的处理进行包括垂直方向和水平方向的内插处理在内的所有处理，生成一个帧的校正图像。
在第三实施例的说明中，内插运算的次序被描述成首先进行作为第一内插处理的垂直内插，然后进行作为第二内插处理的水平内插，但是，也可以首先完整地对至少一行数量的帧进行作为第一内插处理的水平内插，然后进行作为第二内插处理的垂直内插。并且，也可以以几行为单位依次进行第一内插处理和第二内插处理，或者以帧为单位依次进行第一内插处理和第二内插处理。
在上面的说明中，在为了梯形失真校正而利用梯形失真的地址映射图像的工作中，不是改变地址，而是通过调整图像的尺寸和位置来调整最后准备好梯形失真校正图像的位置。在本实施例中，也可以在固定图像的尺寸和位置的同时，通过相对地改变地址的值作出调整。在这种情况下，通过方程(12)和方程(14)求出的内插地址可以通过随图像的尺寸和位置的改变而改变的方程来表示。
在第三实施例中，在对至少一行数量的帧进行第一内插运算之后，重复第二内插运算达至少与水平分辨率相同的次数。此时，使用于第一内插运算的内插地址的垂直方向或水平方向坐标参数的系数成为“1”，同时使用于第二内插运算的内插地址的垂直方向或水平方向坐标参数的其它系数成为“1”。这样，在垂直方向内插运算中，对于映射之后的像素的位置按原样保持像素在水平方向的间隔和按照梯形失真的映射只在垂直方向内插的处理成为可能。相反，在水平方向内插运算中，对于映射之后的像素的位置按原样保持像素在垂直方向的间隔和按照梯形失真的映射只在水平方向内插的处理成为可能。
作为第一到第三实施例共有的效果，原始图像数据的选择范围灵活地随地址线的斜率而改变，因此，减少了重复无用运算的次数。由于这个原因，可以提高频繁进行的第一内插运算的处理效率。
尤其，在第三实施例中，除了无用运算的次数减少之外，如上所述，通过使坐标参数的系数为“1”，可以容易地求出原来为垂直内插和为水平内插生成的每两组地址之间的一组地址。由于这个原因，基本上，生成一组地址就足够了，从而提高了地址生成的效率。并且，利用地址线的斜率，通过简单计算方程生成用在以前进行的第一内插运算中的内插地址中坐标参数的系数不为“1”的内插地址元素。结果，可以进一步提高比第二内插运算更频繁地进行几次的第一内插运算的效率。
第一内插运算的计算次数的减少直接与总计算效率的提高相联系，因此，使有效地提高生成失真得到的图像的效率成为可能。
从上面可以看出，通过投影仪从倾斜方向投影图像时所需的信号处理，可以缩短处理时间。并且，由于不重新计算重叠垂直方向内插数据，在垂直方向运算单元中必然重叠的从存储器中取出的像素数据变成多余的了。由于这个原因，无需大幅度改变内插技术，就可以减轻存储器的处理负担和可以使存储器的位尺寸更小。
注意，在上面的实施例中，给出了作为一个例子，将LCD板3用作显示装置的说明，但是，本发明不局限于此，可以广泛应用于各种设备，只要该设备是像DMD(数字微镜设备)那样以矩阵形式排列显示像素的固定像素设备即可。
并且，在上面的实施例中，说明了投影仪1具有校正投影失真的图像转换处理功能的例子，但是，本发明不局限于此，也可以被配置成通过将图像转换信号从进行这种图像转换处理的设备输出到投影仪1来校正投影失真。
并且，在上面的实施例中，说明了几乎垂直安排投影面的例子，但是，本发明不局限于此。如果根据来自投影仪1的投影相对于投影面的法线的角度，即，投影面的法线和光学单元5的光轴形成的角度校正投影失真，也可以将投影面安排成相对于垂直线是倾斜的。在这种情况下，可以通过它们的倾角为屏幕101和投影仪1的布置进行坐标变换。
正如上面所说明的那样，本发明的第一方面的图像转换设备包括内插装置，用于接收原始图像数据，作为输入，对原始图像中沿着垂直或水平方向的一个方向排列的多个原始像素数据进行第一内插运算数次，沿着另一个方向进行第二内插运算，和在内插点上生成新图像数据；存储装置，用于存储通过第一内插运算获得的内插数据，其中，在多个原始像素数据的组合与计算已经存储在存储装置中的内插数据时曾经使用过的组合相同的情况下，内插装置从存储装置中读出那个内插数据，和将它用于第二内插运算。
最好，图像转换设备是当利用光线将图像投影到投影面上时，通过内插处理将输入原始图像转换成投影面上失真按照投影角得到校正的图像的图像转换设备，该图像转换设备包括地址生成装置，用于生成遭受失真的图像的地址；和映射装置，用于将无失真原始图像的位置信息与遭受失真的图像的地址相联系，其中，内插装置通过数次第一内插运算和一次第二内插运算的执行，根据从映射装置获得的地址和位置信息生成要输出到显示装置的新像素数据。
本发明的第一方面的图像转换方法用于实现第一目的，和包括第一内插步骤，对输入原始图像沿着垂直或水平方向的一个方向排列的多个原始像素重复进行第一内插运算；数据存储步骤，将通过第一内插运算生成的多个内插数据临时存储在存储装置中；第二内插步骤，通过沿着与一个方向不同的另一个方向，对多个内插数据进行第二内插运算，生成新像素数据；和新像素数据生成步骤，通过重复第一内插步骤、数据存储步骤、和第二内插步骤，生成新图像数据，其中，在生成新像素数据的步骤中，当多个原始像素数据的组合与计算已经存储在存储装置中的内插数据时曾经使用过的组合相同时，从存储装置中读出内插数据，和将它用于第二内插运算。
在上面的图像转换设备中，地址生成装置生成失真图像的地址，并且把无失真所需图像的地址映射在它们上面。这样，就确定了显示装置的屏幕的内插点和与地址相对应的原始图像的像素位置之间的对应关系。于是，也掌握了用于在内插点上生成新像素数据的原始图像的像素数据。
在第一方面的内插中，对垂直地或水平地排列的多个原始像素数据进行第一内插运算，将所得的结果(内插数据)临时存储在存储装置中。沿着不同方向对多个内插数据进行内插运算。结果是，通过内插装置生成和输出新像素数据。存储装置中的内插数据至少延迟保存到可以用于生成其它像素数据的时候。此后，不再重新生成与已经生存和保存的内插数据具有相同原始图像的组合的内插数据，而是从存储装置中读出它，用于第二内插运算。
本发明的第二方面的图像投影设备是含有显示装置和投影装置的图像投影设备，其中，显示装置含有显示像素，和投影装置利用来自光源的光线将显示装置的图像投影到投影面上，和具有当投影图像时，通过内插处理将输入原始图像转换成使失真按照这个投影面上的投影角得到校正的图像的功能，该图像投影设备地址生成装置，用于生成遭受失真的图像的地址；映射装置，用于将无失真原始图像的位置信息与遭受失真的图像的地址相联系；选择装置，用于根据与沿着水平(垂直)方向的显示像素相对应生成的遭受失真的图像的地址线和沿着垂直(水平)方向连接原始像素的多条直线之间的交点，为每个交点选择多个原始图像数据；和内插装置，用于针对每组所选原始像素数据，在在选择的时候用作基准的交点上进行第一内插运算，针对获得的多个内插数据，沿着水平(垂直)方向进行第二内插运算，和根据从映射装置获得的地址和位置信息之间的对应关系，生成要输出到显示装置的新像素数据。
本发明的图像转换方法是当利用光线将图像投影到投影面上时，通过内插处理将输入原始图像转换成使失真按照投影面上投影的角度得到校正的图像和将它输出到显示装置的图像转换方法，该图像转换方法包括地址生成步骤，生成遭受失真的图像的地址；映射步骤，将无失真原始图像的位置信息与遭受失真的图像的地址相联系；选择步骤，根据与沿着水平(垂直)方向显示装置的显示位置相对应遭受失真的图像上的地址线和沿着垂直(水平)方向连接原始像素的多条直线之间的交点，为每个交点选择多个原始图像数据；第一内插运算执行步骤，为每组所选原始像素数据，在在选择的时候用作基准的交点上进行第一内插运算；和第二内插运算执行步骤，针对通过第一内插运算获得的多个内插数据，沿着水平方向进行第二内插运算，和根据通过映射获得的地址的对应关系，生成要输出到显示装置的新像素数据。
在上面的发明中，生成遭受失真的图像的地址，在这些地址和原始图像的位置信息之间进行映射，然后，选择沿着垂直方向一方排列的多个原始像素数据，将其用于第一内插运算。此时，根据遭受失真的图像的地址线和沿着垂直方向连接原始像素的多条直线之间的交点，为每个交点选择多个原始图像数据。于是，当地址线倾斜时，可以选择据此沿着垂直方向移动的一组多个原始像素数据。即使地址线的斜率特别大，也可以选择适用于保持内插运算的精度的原始图像数据。
接着，对通过第一内插运算获得的多个内插数据进行第二内插运算，从而生成新像素数据。
本发明的第三方面的图像投影设备是含有显示装置和投影装置的图像投影设备，其中，显示装置含有显示像素，和投影装置利用来自光源的光线将显示装置的图像投影到投影面上，和具有当投影时，通过内插处理将输入原始图像转换成使失真按照这个投影面上投影的角度得到校正的图像的功能，该图像投影设备包括地址生成装置，用于通过根据原始图像的像素位置使坐标系中水平坐标参数的系数设置成“1”的第一关系方程，生成第一内插地址，和通过垂直坐标参数的系数被设置成“1”的第二关系方程，生成第二内插地址；映射装置，用于将无失真原始图像的位置信息与遭受失真的图像的地址相联系；和内插装置，用于利用第一内插地址求出与沿着水平(垂直)方向的显示像素相对应生成的遭受失真的图像的地址线和沿着垂直(水平)方向连接原始像素的多条直线之间的交点的位置，在这些交点上进行第一内插运算，在利用第二内插地址求出的交点上进行第二内插运算，和根据从映射装置获得的地址的对应关系，生成要显示在显示装置上的新像素数据。
本发明的图像转换方法含有如下步骤地址生成步骤，通过水平和垂直方向当中第一方向的坐标参数的系数被设置成“1”的第一关系方程，生成第一内插地址，和通过与第一方向不同的第二方向的坐标参数的系数被设置成“1”的第二关系方程，生成第二内插地址；第一内插步骤，利用第一内插地址选择输入原始图像沿着第二方向排列的多个原始像素数据，和重复进行第一内插运算数次；和第二内插步骤，利用第二内插地址选择通过第一内插运算生成的沿着第一方向排列的多个内插数据，在内插点上进行第二内插运算，以生成新像素数据。
在第三方面中，在生成地址时通过计算求出的地址只是坐标参数的系数不是“1”的第一内插地址的其它垂直和水平地址和第二内插地址一个垂直或水平地址的组合。不计算坐标参数的系数是1的地址，或者，即使计算它，也几乎不会对地址生成装置施加负担。通过使用这种简单地址，当重复进行第一内插运算和对作为这种第一内插运算的结果获得的多个内插数据进行第二内插运算，在短时间内生成新像素。
根据本发明的图像转换设备和图像转换方法，因地址计算点或计算方程的复杂性的增加而增加的地址计算的负担和内插运算的负担减轻了，使高速处理成为可能。
根据本发明的图像投影设备，在有效减轻施加在进行地址计算和内插运算的装置上的负担和施加在存储器上的负担的同时，可以高速校正投影面上图像的失真。
权利要求
1.一种图像转换设备，包括内插装置，用于通过输入原始图像中沿着垂直或水平方向中的一个方向上排列的多个原始像素数据进行第一内插运算，利用通过所述第一内插运算获得的多个内插数据，沿着与所述一个方向不同的另一个方向进行第二内插运算，和在内插点上生成新的图像数据；存储装置，用于存储通过所述第一内插运算获得的所述内插数据，其中，如果所述多个原始像素数据的组合与在计算已经存储在所述存储装置中的所述内插数据时先前使用过的组合相同，则所述内插装置从所述存储装置中读出那个内插数据，并将其用于所述第二内插运算。
2.根据权利要求1所述的图像转换设备，其中，所述内插装置针对所述原始像素，连续生成沿着水平方向或垂直方向排列在倾斜的直线上的所述内插点的新的像素数据。
3.根据权利要求1所述的图像转换设备，还包括滤波系数生成装置，用于根据用来求出所述内插数据的点相对于排列在一个方向上的所述像素的位置的相位，针对排列在一个方向上的所述多个原始像素数据，来生成要用在所述第一内插运算中的第一滤波系数。
4.根据权利要求1所述的图像转换设备，其中，所述滤波系数生成装置根据所述内插点相对于用来求出排列在另一个方向上的所述内插数据的位置的相位，针对排列在另一个方向上的所述多个内插数据，来生成要用在所述第二内插运算中的第二滤波系数。
5.根据权利要求2所述的图像转换设备，其中所述存储装置包括用来存储要用于内插排列在所述倾斜线中的所述内插点的至少一行数量的所述多个内插数据的存储器，和所述内插装置对每条直线重复进行所述第一内插运算，以及在改变从获得的所述至少一行数量的内插数据中选择的内插数据的组合的同时，重复执行所述第二内插运算。
6.根据权利要求5所述的图像转换设备，其中，所述内插装置为一个图像一起执行各条线的所述第一内插运算，和利用为一个图像一起获得的所述一个图像数量的内插数据来执行所述第二内插运算。
7.根据权利要求1所述的图像转换设备，其中，所述图像转换设备包括当利用光线将图像投影到投影面上时，通过内插处理将所述原始图像转换成使失真按照所述投影相对于所述投影面的法线的角度得到校正的图像以及将结果输出到显示装置的图像转换设备，该图像转换设备包括地址生成装置，用于生成与所述显示装置的显示部分相对应的遭受所述失真的图像的地址；和映射装置，用于将无失真原始图像的位置信息与遭受失真的图像的所述地址相链接，其中，所述内插装置通过利用所述存储装置进行多次所述第一内插运算和进行所述第二内插运算，根据从所述映射装置所获得的所述地址和所述位置信息之间的对应关系，来生成要输出到所述显示装置的新的像素数据。
8.根据权利要求7所述的图像转换设备，其中，所述地址是由所述地址生成装置与所述显示装置沿着正交的第一和第二方向排列的矩阵状显示像素相对应地生成的，以及与所述原始图像的所述第一和第二方向像素相对应地设置原始图像的所述位置信息。
9.根据权利要求8所述的图像转换设备，还包括选择装置，用于根据由所述地址生成装置与沿着所述一个方向排列的所述显示像素相对应地生成的遭受失真的图像的地址线和沿着所述第二方向连接所述像素的多条直线之间的交点，为每个交点选择多个原始图像数据，和将其输出到所述内插装置。
10.根据权利要求8所述的图像转换设备，所述内插装置在由所述地址生成装置与沿着所述一个方向排列的所述显示像素相对应地生成的遭受失真的图像的地址线和沿着所述第二方向连接所述像素的多条直线之间的每个交点处执行所述第一内插运算，以及对获得的所述多个内插数据执行所述第二内插运算。
11.根据权利要求10所述的图像转换设备，其中，所述内插装置对遭受失真的所述图像的每条地址线重复执行所述第一内插运算，以及在改变从获得的一行数量的内插数据中所选择的内插数据的组合的同时，重复执行所述第二内插运算。
12.根据权利要求11所述的图像转换设备，其中，所述内插装置为一个图像一起进行各条线的所述第一内插运算，和利用为一个图像一起获得的所述一个图像数量的内插数据来执行所述第二内插运算。
13.根据权利要求11所述的图像转换设备，其中，所述地址生成装置通过根据原始图像的像素位置使坐标系中的所述第一方向的坐标参数的系数设置成“1”的第一关系方程，来求出第一内插地址，和通过使所述第二方向的坐标参数的系数设置成“1”的第二关系方程，来求出第二内插地址，以便生成遭受失真的图像的地址。
14.根据权利要求13所述的图像转换设备，其中，所述第一内插地址是通过只将等间隔地改变的所述第一方向的坐标参数作为变量的所述第一关系方程来求出的。
15.一种具有显示装置和投影装置的图像投影设备，其中，所述显示装置含有沿着相互正交的第一和第二方向以矩阵形式排列的显示像素，和所述投影装置利用来自光源的光线将显示在显示装置上的图像投影到投影面上，和具有当将图像投影到所述投影面上时，通过内插处理将输入原始图像转换成使失真按照所述投影相对于所述投影面的法线的角度得到校正的图像的功能，所述图像投影设备包括地址生成装置，用于生成与所述显示装置上所显示的位置相对应的遭受失真的图像的地址；映射装置，用于将无失真原始图像的位置信息与遭受失真的图像的所述地址相链接；选择装置，用于根据由所述地址生成装置与沿着所述第一方向排列的所述显示像素相对应地生成的遭受失真的所述图像的地址线和沿着所述第二方向连接所述像素的多条直线之间的交点，来为每个交点选择所述第二方向的多个原始图像数据；和内插装置，用于针对每组所选择的原始像素数据，在当选择的时候用作基准的所述交点处执行第一内插运算，针对所获得的多个内插数据，沿着所述第一方向执行第二内插运算，和根据从所述映射装置所获得的地址和所述位置信息之间的对应关系，来生成要输出到显示装置的新的像素数据。
16.一种含有显示装置和投影装置的图像投影设备，其中，所述显示装置含有沿着相互正交的第一和第二方向以矩阵形式排列的显示像素，和所述投影装置利用来自光源的光线将显示在显示装置上的图像投影到投影面上，和具有当将图像投影到所述投影面上时，通过内插处理将输入原始图像转换成使失真按照所述投影相对于所述投影面的法线的角度得到校正的图像的功能，所述图像投影设备包括地址生成装置，用于通过根据原始图像的像素位置使坐标系中所述第一方向的坐标参数的系数设置成“1”的第一关系方程，来求出第一内插地址，和通过所述第二方向的坐标参数的系数被设置成“1”的第二关系方程，来求出第二内插地址；映射装置，用于将无失真原始图像的位置信息与遭受失真的图像的所述地址相链接；和内插装置，用于利用所述第一内插地址来求出由所述地址生成装置与沿着所述第一方向的显示像素相对应地生成的遭受失真的所述图像的地址线和沿着所述第二方向连接原始像素的多条直线之间的交点的位置，在这些交点处执行第一内插运算，针对所获得的内插数据，在利用第二内插地址求出的交点处执行第二内插运算，和根据从映射装置所获得的地址的对应关系，来生成要显示在显示装置上的新像素数据。
17.一种图像转换方法，包括第一内插步骤，用于对输入原始图像沿着垂直或水平方向中的一个方向上排列的多个原始像素数据重复执行第一内插运算；数据存储步骤，用于将通过第一内插运算产生的多个内插数据临时存储在存储装置中；第二内插步骤，用于通过沿着与所述一个方向不同的另一个方向，对多个内插数据执行第二内插运算，来生成新的像素数据；和新像素数据生成步骤，用于通过重复执行第一内插步骤、数据存储步骤、和第二内插步骤，来生成新的图像数据，其中，在生成新像素数据的步骤中，如果多个原始像素数据的组合与计算已经存储在存储装置中的内插数据时先前所使用的组合相同，则从存储装置中读出那个内插数据，并将其用于第二内插运算。
18.一种当利用光线将图像投影到投影面上时，通过内插处理将输入原始图像转换成使失真按照投影面上所述投影的角度得到校正的图像和将其输出到显示装置的图像转换方法，包括地址生成步骤，用于生成遭受失真的图像的地址；映射步骤，用于将无失真原始图像的位置信息与遭受失真的图像的地址相链接；选择步骤，用于根据由所述地址生成装置与沿着水平和垂直方向当中的第一方向中的所述显示装置的显示位置相对应地生成的遭受失真的图像的地址线和沿着与所述第一方向不同的第二方向连接原始像素的多条直线之间的交点，来为每个交点选择多个原始图像数据；第一内插运算执行步骤，用于为每组所选择的原始像素数据，在当选择的时候用作基准的所述交点处执行第一内插运算；和第二内插运算执行步骤，用于针对通过第一内插运算所获得的多个内插数据，沿着水平方向执行第二内插运算，和根据通过映射所获得的地址的对应关系，来生成要输出到显示装置的新的像素数据。
19.一种图像转换方法，包括地址生成步骤，用于通过水平和垂直方向当中的第一方向的坐标参数的系数设置成“1”的第一关系方程，来生成第一内插地址，和通过与所述第一方向不同的第二方向的坐标参数的系数被设置成“1”的第二关系方程，来生成第二内插地址；第一内插步骤，用于利用所述第一内插地址选择输入原始图像的沿着所述第二方向排列的多个原始像素数据，和重复进行第一内插运算多次；和第二内插步骤，用于利用所述第二内插地址选择通过所述第一内插运算生成的沿着所述第一方向排列的多个内插数据，在内插点上执行第二内插运算，以生成新的像素数据。
全文摘要
本发明提供了一种能够减轻在校正图像的梯形失真时进行的内插运算的处理负担的图像处理设备。该图像处理设备包括内插装置(11，12)，用于接收原始图像数据，并数次对原始图像中沿着垂直或水平方向中排列的多个原始像素数据进行第一内插运算以及沿着另一个方向数次进行第二内插运算，从而生成新的图像数据；以及存储装置(13)，用于存储通过所述第一内插运算获得的内插数据(Va到Vd)。当多个原始像素数据的组合与在计算已经存储在所述存储装置(13)中的内插数据(Va′到Vd′)时所使用的组合相同时，内插装置(12)从存储装置(13)中读出内插数据，以便于在第二内插运算中使用。
文档编号H04N5/74GK1685362SQ20038010014
公开日2005年10月19日 申请日期2003年10月8日 优先权日2002年10月8日
发明者太田章浩, 森田秀男 申请人:索尼株式会社