JP2003279894A - マルチプロジェクション立体映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プロジェクタを用いた立体映像表示装置におい
て、高画質かつ動画の立体映像再生を提供することを可
能とする。また、高品質の立体映像を提示する為の画像
計測方法を提供する。 【解決手段】プロジェクタを用いた立体映像表示装置に
おいて、各プロジェクタ１１１〜１１９と映像信号再生
器１５１〜１５９との間に映像信号変調回路１６１〜１
６９を接続する。スクリーン１２０前面においた映像計
測装置によって映像を計測し、映像信号変調データを作
成する。生成した映像信号変調データで映像信号を変調
し、シームレスに各プロジェクタで投写した映像をつな
ぎ合わせ、高解像度の立体動画像の再生を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投写型立体映像表示
システムに係り、特に、複数台のプロジェクタを含んで
構成されるマルチプロジェクション映像表示装置による
立体映像の投写装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ凸レンズ二次元アレイと感光体
を組み合わせると、三次元的な光線の記録再生能力があ
ることを、フランスの M. G. Lippmann が見いだし、１
９０８年に論文として発表されている。現在この方法
は"ＩＰ"(Integral Photography)と呼ばれている。

【０００３】ＩＰの原理を最もシンプルな条件である、
「空中に置かれた一個の点光源を記録再生する場合」に
ついて説明する。

【０００４】図１４は、ＩＰの記録の状態を示す図であ
る。

【０００５】マイクロ凸レンズ二次元アレイ１の各レン
ズの大きさ、互いの間隔は、目的に応じて、０．１ミリ
から数ミリ程度が選ばれる。感光体２は、前記とレンズ
アレイの各レンズの略々焦点面にあり、点光源３は、マ
イクロ凸レンズ二次元アレイ１の各レンズと程度の直径
を有するものとする。

【０００６】点光源から出た光は、マイクロ凸レンズ二
次元アレイ１の各凸レンズにほぼ平行光として入射し、
感光体２を配した焦点面では、凸レンズ毎に集光し小さ
な点像４ａ、４ｂ、４ｃ・・・として記録される。感光
体２全体としては点像群４として記録される。

【０００７】図１５は、ＩＰの再生状態を示す図であ
る。

【０００８】現像済の、点像群４が記録された感光体２
は、マイクロ凸レンズ二次元アレイ１と同じ位置関係に
置かれる。点像群４の後方から拡散性面光源５で照明す
ると、光の可逆性から、現像された感光体の各点像４
ａ、４ｂ、４ｃ・・・は、各凸レンズの焦点面にあるわ
けで、点像から出た光は各凸レンズを介して、各々ほぼ
平行光として射出する。各凸レンズから出た平行光は、
点光源３があった三次元的な位置に集光し、後は発散す
る。

【０００９】発散する光のコーンの範囲では、点光源３
があった場合とほぼ同等の光線が存在する。この発散す
る光のコーン中に観察者が目を置くと、もとの点光源が
あった場合とほぼ変わらない点光源を認識することにな
る。範囲内であれば、観察者が目を移動しても、両眼視
しても、常に元の点光源３の位置に点光源３が存在する
ように感じることになり、点光源の三次元画像３´が記
録再生されることになる。この発散する光のコーンの範
囲は、「視域」６と呼ばれる。

【００１０】見方を変えればＩＰとは、記録時は、マイ
クロ凸レンズアレイの各レンズと感光体で形成される微
小カメラ群（アレイ）により、各カメラ（凸レンズ）の
位置から見た被写体の像の集合としての二次元画像が得
られ、再生時は、現像済の感光体と前記マイクロ凸レン
ズアレイの各レンズとで形成される微小プロジェクタ群
（アレイ）により、撮影時と逆の光線群が空間に射出さ
れ、もと被写体のあった三次元的な同じ位置に実像を結
ぶことにより、三次元像の記録再生を行う方式である。
マイクロ凸レンズ二次元アレイ１を多数のピンホールか
らなるピンホール二次元アレイに置き換えても同じ目的
を達せられる。

【００１１】点光源３に代えて、マイクロ凸レンズ二次
元アレイ１の各レンズより大きい寸法の不透明物体を撮
影すると、感光体２には、マイクロ凸レンズ二次元アレ
イ１側から見える不透明物体の像群が記録される。この
ようにして記録された像を再生すると、不透明物体のマ
イクロ凸レンズ二次元アレイ１側のみの像が、もと不透
明物体があったと同じ位置に三次元像として再生され
る。この場合、視域からは、もとの不透明物体を眺めた
場合見えるはずの像ではなく、本来見えないはずの不透
明物体のマイクロ凸レンズ二次元アレイ１側の面だけが
再生される、という問題が生じる。

【００１２】このような問題は、コンピュータグラフィ
クス（ＣＧ）を用いることで解決できる。たとえば、Ｐ
ＣＴ−ＪＰ９９−０５６６９号に開示されるように、隠
面処理により、視点から最も遠い面を演算により求め、
各レンズの背後の画像を得ることで解決できる。一般的
には、「レンズ（または、ピンホール）アレイと二次元
ディスプレイ（または、感光体）の配置を基準に、レン
ズ（または、ピンホール）アレイから平面ディスプレイ
（または、感光体）に向かう光線の上で最もレンズ（ま
たは、ピンホール）アレイ側の面を演算するように変更
したＣＧ」を用いる。

【００１３】レンズアレイの背面に映像を出力する手段
としては、コンピュータで計算した画像や他の手法で取
り込んだ立体画像をプリンタ等の印刷機器で紙媒体に印
刷した画像を用いる方法、あるいは、レンズアレイを通
してHDTVカメラ等の映像撮影機器で記録した映像を液晶
ディスプレイやプロジェクタ装置によるスクリーン投射
による映像を用いる方法がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の方法にお
いては、次のような問題がある。画像表示手段として紙
媒体等に印刷した画像を用いる方法では、高解像度の立
体画像を提示することが可能であるが、動画の提示を行
うことはできない。

【００１５】また、液晶やプロジェクタを利用した場合
には、動画の再生は可能であるが、低解像度の立体映像
のみの提示しか行えない。解像度を高めるために複数台
の装置を並べる方法がとられるが、液晶ではつなぎ目が
出来てしまうという問題があり、液晶プロジェクタでは
最低輝度が零とならない。このため、映像を重ねた時に
重ね合わせ部分の最低輝度が大きくなってしまい、輝度
の低い画像では重ね合わせ部分が目立ってしまい映像品
質が劣化する問題がある。

【００１６】この画質の劣化を最小限に抑え、正確な立
体画像を提示するには、何らかの映像を試験的に提示し
て、該映像を映像撮影装置により撮影し、計測すること
により補正を行う必要がある。また、レンズアレイにお
けるわずかな歪みや成型不良が立体映像の画質に影響を
与えるため、この影響を出来る限り取り除いてやる必要
がある。

【００１７】本発明の目的は、高画質かつ動画の立体映
像の再生を提供することにある。また、本発明の別の目
的は、高品質の立体映像を提示する為の画像計測方法を
提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明のマルチプロジェクション立体映像表示
装置は、レンズアレイと、スクリーンと、該スクリーン
上に背面から画像を投写する複数のプロジェクタとを有
する。

【００１９】複数のプロジェクタは、スクリーン上に映
像を投写した時に、投写映像が一定の重なりを持つよう
に配置される。プロジェクタ各々の投射範囲全てを足し
合わせた範囲全体に単一の映像を表示する場合、各プロ
ジェクタは、各々が担当する部分映像を作成する。

【００２０】部分映像は、プロジェクタ各々に接続した
映像信号再生器により再生される。映像信号は、形状や
輝度や色彩を任意に変調できる映像信号変調加工手段を
経由してプロジェクタに供給される。映像信号再生器
は、ネットワークによって接続され、同期制御される。

【００２１】ネットワークは、有線無線を問わず、動画
像等再生時に各プロジェクタ再生映像信号間の同期をと
る為に用いられる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明における全体構成
を表す概念図である。

【００２３】プロジェクタ１１１〜１１９のスクリーン
１２０上での投射範囲を、それぞれ投射範囲１２１〜１
２９とする。プロジェクタ１１１〜１１９は、投射範囲
１２１〜１２９が隣接する投射範囲と一部分が重なりあ
うように配置される。

【００２４】映像信号は、映像信号再生装置１５１〜１
５９で生成される。生成された映像信号は、映像信号変
調装置１６１〜１６９で変調されてプロジェクタに入力
され、スクリーン１２０上へ投写される。

【００２５】複数プロジェクタの各映像は、スクリーン
上で一部重ね合わされ、全体として一つのシームレスな
映像として合成される。そして、レンズアレイ１３０を
通して立体映像１４０として表示される。

【００２６】図２は、前記マイクロ凸レンズ二次元アレ
イ１の一例を示す斜視図である。

【００２７】各レンズの大きさ、互いの間隔は、目的に
応じて、０．１ミリから数ミリ程度が選ばれる。本実施
形態において、各凸レンズは碁盤の目状に並んでいる
が、蜂の巣状やランダム等、任意の配列が使用可能であ
る。

【００２８】統括処理装置１７０は、映像再生装置間の
同期処理等を行う。

【００２９】以下の説明文中において、映像信号とは、
２次元の映像を表す信号で縦横の２次元座標と色成分の
情報を含む信号とする。また、動画像とは、時間的に変
化する２次元映像とする。さらに、映像信号変調とは、
映像信号を任意の規則によって変更することとする。

【００３０】立体映像１４０を表示するには、スクリー
ン１２０上に高解像度かつシームレスな映像を投射する
必要がある。その為に、本実施形態では映像信号変調が
実施される。本実施形態では、映像信号変調方法とし
て、幾何学的映像信号変調と輝度的映像信号変調の２種
類を用いる。

【００３１】まず、映像信号変調装置１６１〜１６９で
処理される幾何学的映像信号変調が実施される。幾何学
的映像信号変調は、図１６に示す幾何学的映像信号変調
変換表に基づいて実施される。

【００３２】図３において、Source列は変調前の画素位
置で、Destination列は変調後の画素位置である。横方
向画素位置と縦方向画素位置を対にした２組の数値で画
素座標を指定する。Noは対応画素が存在しないことを示
し、Source列がNoとなっている画素は、変調後は何も表
示されない領域である。

【００３３】この方法を用いることで、幾何学的映像信
号変調が達成される。

【００３４】映像信号変調装置１６１〜１６９による幾
何学的映像信号変調方法について図４に示す。各プロジ
ェクタ間は投写領域が重なるように設置するため、幾何
学的にシームレスに映像を投写するには、縮小変調する
必要がある。映像信号変調装置１６１〜１６９により、
画素Ａ３０１は幾何学的変調済み画素Ａ３１１に、画素
Ｂ３０２は幾何学的変調済み画素Ｂ３１２に、画素Ｃ３
０３は幾何学的変調済み画素Ｃ３１３に投写位置を変更
する。

【００３５】次に、同じく映像信号変調装置１６１〜１
６９で処理される輝度的映像信号の変調を実施する。

【００３６】図５は、投写重複領域を示した図である。
座標軸方向５０３にたいして投写領域の断面領域を示し
たのが図６で、投写重複領域の輝度について示してい
る。映像信号変調装置１６１〜１６９により映像信号の
輝度変調を行わなかった場合には、重複領域では非重複
領域の輝度の２倍になる。この為、シームレスに映像を
結合するには、重複部分の輝度を落す必要がある。

【００３７】図７は、２台のプロジェクタによる投写の
減光方法について示した図である。左方プロジェクタの
減光率７０１と右方プロジェクタの減光率７０２とす
る。重複領域での合成減光率７０３は、点線で表され
る。

【００３８】映像変調装置により、プロジェクタの投射
範囲が重なる領域に対して、輝度が一定になるように変
調を加えられる。その結果、重複領域部分の映像は輝度
成分に対してシームレスにつなぐことができる。幾何学
的映像信号変調と輝度的映像信号変調は、どちらを先に
実施してもよく、また同時に実施してもよい。

【００３９】２台より多くのプロジェクタによって投射
した際にも、映像信号変調装置１６１〜１６９により輝
度成分を変調することによって、重複領域部分の映像を
輝度成分に対してシームレスにつなげることができる。
映像信号変調装置１６１〜１６９により、スクリーン形
状がどのような形態であってもシームレスになるように
映像信号変調を行えるので、画像生成装置でスクリーン
形状を考慮することなく映像信号を生成すれば良い。ス
クリーン１２０の形状を任意に設定できるので、レンズ
アレイ１３０の形状に自由度を与えることができ、レン
ズアレイ１３０生成の際の制限を取り除くことが可能と
なる。

【００４０】図８は、幾何学的映像信号変調を実施する
際のプロジェクタによる投写映像を示した図であり、投
射範囲１２１〜１２９に対応する。

【００４１】映像信号変調装置１６１〜１６９で変調を
実施してない映像信号をプロジェクタ１１１〜１１９に
出力した場合に、スクリーン１２０上には投射範囲２０
１〜２０９に映像が投写される。変調時には、幾何変調
済み投写映像２１１〜２１９として整列され投写され
る。映像信号変調装置１６１〜１６９では、プロジェク
タ１１１〜１１９による投射範囲１２１〜１２９を広げ
ることはできないので、映像信号変調により投写映像を
縮小変調することにより、シームレスな映像を生成す
る。

【００４２】映像信号変調データを生成するために、映
像信号変調装置１６１〜１６９により映像信号変調を実
施しなかった場合に、スクリーン１２０上にどのように
映像信号が投射されるかを調べ、どのような映像信号変
調を実施すればよいか調べる必要がある。このために、
映像撮影装置８０１によって撮影した映像データを統括
処理装置１７０、又は映像信号再生装置１５１〜１５９
で分析し、映像信号変調データを生成する。

【００４３】図９は、撮影における全体構成を表した概
念図である。映像撮影装置８０１は、プロジェクタ１１
１〜１１９の反対側となるレンズアレイ１３０前面に配
置される。映像撮影装置８０１は、統括処理装置１７０
と接続されており、統括処理装置１７０は、各映像信号
再生装置１５１〜１５９と接続されている。

【００４４】変調データを生成するために、映像生成装
置１５１〜１５９によりテストパターンを投写し、スク
リーン１２０上の投射範囲１２１〜１２９を映像撮影装
置８０１によって撮影する必要がある。グレイコードと
は、撮影によってレンズアレイと投写領域との相対位置
を求めるために用いられるテストパターンの１つであ
る。

【００４５】図１０に横方向グレイコードを示す。

【００４６】横方向グレイコードは、横方向成分に対す
る変調データを生成するのに用いられる。横方向グレイ
コードＡ９０１、横方向グレイコードＢ９０２、横方向
グレイコードＣ９０３、横方向グレイコードＤ９０４の
順に白黒帯の間隔が短くなっており、順に位置精度を上
げるためのものである。

【００４７】横方向グレイコードＡ９０１は、黒成分と
白成分による２領域を特定する。さらに、横方向グレイ
コードＢ９０２を用いると、４領域に分割される。n枚
の横方向グレイコードを用いると２のn剰の領域に分割
される。よって、必要に応じて帯間隔の短い横方向グレ
イコードを使用することにより、領域分割精度を挙げる
ことができる。単位画素幅を持つ横方向グレイコードが
最小間隔横方向グレイコードであり、この横方向グレイ
コードを用いることによって画素単位の測定を行うこと
ができる。

【００４８】図１１は撮影に使用する縦方向グレイコー
ドの図である。

【００４９】縦方向グレイコードは横方向グレイコード
図の中心点に対し９０度回転させたものである。任意の
方向成分に対してのグレイコードも上記グレイコードを
回転することによって求めて使用することができる。ま
た、グレイコードに用いる色は赤や青といった他の色と
の組み合わせでも良く、３板式プロジェクタ等の板間で
位置ずれが発生しうるプロジェクタに対しての変調デー
タの作成も可能である。

【００５０】図１２は映像信号撮影方法を表した図であ
る。

【００５１】今、横方向成分について考える。まず映像
撮影装置８０１を位置Oに移動し、映像撮影装置８０１
の画像撮影素子がレンズアレイ面１１０１に平行になる
ように設置する。図２１の横方向グレイコードＡ９０１
から順に表示し、映像撮影装置８０１で撮影する。

【００５２】図１３は、画映像撮影装置から撮影される
レンズアレイ面１１０１で、最密充填となるように六角
形状のレンズが敷き詰められている。任意のレンズは、
そのレンズ下の１画素をレンズ表面全体に表示する。任
意のレンズが占める面積下には複数個の画素が存在する
が、撮影装置直下のレンズは、レンズ直下の画素を表示
する。

【００５３】隣のレンズでは、レンズ直下の画素の一つ
隣の画素成分がレンズ表面に表示され、点Ａからｎ個と
なりのレンズでは、そのレンズ中心よりn画素隣の画素
成分がレンズ表面に表示されるはずであるが、通常はず
れを生じている。実際、レンズは、レンズ下にある映像
撮影素子中心とレンズ中心を結ぶ線分がスクリーンと交
差する点に存在する１画素を表示する。そこで、複数枚
のグレイコードを用いて、レンズがどの画素を表示して
いるか決定する。

【００５４】次に映像撮影装置を点Pに移動し、上記方
法を再度実行する。

【００５５】以上の２地点での撮影データから各レンズ
中心を求め、映像変調データを生成する。撮影位置は２
点である必要はなく、２点以上の複数点で撮影して映像
信号変調データを生成してもよい。また、レンズの敷き
詰め方は、正方格子状でもよい。正方格子であれば縦方
向成分について実施し、縦横２成分の映像信号変調デー
タを生成する。最密充填状であれば、６０度・１２０度
回転成分にたいしても上記方法で映像信号変調データを
生成してもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、立
体映像表示装置内での映像投写装置の種類がプロジェク
タであっても、高解像度の表示を行うことができる。ま
た、解像度範囲を限定することなく、動画像立体映像の
表示を行うことが可能となる。さらに、映像撮影装置を
利用することにより、プロジェクタの配置精度を気にす
ることなくマルチプロジェクションを利用することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マルチプロジェクション立体映像表示装置の概
念構成図である。

【図２】マイクロ凸レンズ二次元アレイの斜視図であ
る。

【図３】映像信号変調テーブルの構成図である。

【図４】映像信号変調方法の概念を示す説明図である。

【図５】投写重複領域の概念を示す説明図である。

【図６】投写重複領域の輝度表す説明図である。

【図７】重複領域の減光の様子を示す説明図である。

【図８】投射映像の変形を示す説明図である。

【図９】撮影時におけるマルチプロジェクション立体映
像表示装置の構成図である。

【図１０】横方向グレイコードの説明図である。

【図１１】縦方向グレイコードの説明図である。

【図１２】映像計測方法の説明図である。

【図１３】レンズアレイ面の様子を示す説明図である。

【図１４】ＩＰの再生状態を示す説明図である。

【図１５】ピンホール二次元アレイを用いたＩＰの記録
状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１・・・マイクロ凸レンズ二次元アレイ ２・・・感光体 ３・・・点光源 ４・・・被写体像群 ５・・・拡散性面光源 ６・・・視域 １１１〜１１９・・・プロジェクタ １２０・・・スクリーン １２１〜１２９投射範囲 １３０・・・レンズアレイ １４０・・・立体映像 １５１〜１５９・・・映像信号再生器 １６１〜１６９・・・映像信号変調回路 １７０・・・統括処理装置 ２０１〜２０９・・・投射範囲 ２１１〜２１９・・・幾何変調済み投射範囲 ８０１・・・映像撮影装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 眞見 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者 武田 晴夫 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者 土肥 健純 東京都世田谷区中町２−６−30 Ｆターム(参考） 2H059 AA35 AA38 AB12 2K103 AA17 AA19 AA25 AB10 BB09 CA37 CA40 5C058 BA23 BA35 BB25 EA01 EA11 EA12 EA32 EA35

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数台のプロジェクタを含んで構成される
   マルチプロジェクション映像表示装置において、前記複
   数台のプロジェクタからの投写映像の各々が、スクリー
   ン上でその一部が互いに重なり合うように配置され、前
   記複数台のプロジェクタの各々に対して、各プロジェク
   タへ入力される映像信号中の映像の各フレームの画像の
   幾何形状、輝度、および色彩の少なくともいずれかを変
   調する映像信号変調加工手段と、前記スクリーン上に投
   写された映像を立体映像として表示する立体映像表示手
   段を有することを特徴とするマルチプロジェクション立
   体映像表示装置。
2. 【請求項２】前記投写映像の互いに重なり合う部分で、
   前記複数のプロジェクタから投写された画像が、事前に
   想定された相互の位置関係になるように、前記映像信号
   中の映像を変形し、前記投写映像の重なり合う部分で、
   前記複数のプロジェクタの投写光量の合計が、前記投写
   映像の他のプロジェクタから投写映像と重なりを持たな
   い部分の投写光量とが一致するように、前記映像信号中
   の映像の輝度と色を変調した映像となるように、前記映
   像信号変調加工手段により、プロジェクタへ供給する信
   号映像を変調することを特徴とする請求項１記載のマル
   チプロジェクション立体映像表示装置。
3. 【請求項３】映像撮影手段を持ち、該映像撮影手段によ
   る投写映像の映像撮影結果を利用して前記映像信号変調
   加工手段により、前記プロジェクタへ供給する信号映像
   の変調具合を変更することを特徴とする請求項２記載の
   マルチプロジェクション立体映像表示装置。