JP4892205B2 - 立体画像表示装置及び立体画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、表示対象物を立体画像として表示する立体画像表示装置及び立体画像表示方法に関する。

従来、表示対象物を立体画像として表示する技術として「ステレオ視方式」が知られている。かかるステレオ視方式は、スリット（パララックスバリア）等を利用して、観察者の左右の目に異なる画像を提示し、両眼視差によって当該観察者に立体を知覚させる方式である。

かかるステレオ視方式では、観察者の左右の目にそれぞれ整合した画像が入る（見える）ようにする必要があるため、立体画像を表示することができる視点位置が固定されてしまうため、観察者が頭を動かした場合であっても立体を知覚することができるという「運動視差」を実現できない。

かかる運動視差を実現するために、従来の単一視点のステレオ視方式を、複数視点のステレオ視方式に拡張する技術が知られている。

しかしながら、例えば、パララックスバリア方式では、開口部が縦ストライプ形状であるため、当該パララックスバリア方式を多視点に応用すると、水平方向の解像度が劣化してしまうという問題点があった。

かかる問題点を解決するために、階段状に開口部を持つ「斜めバリア方式」或いは「レンチキュラーシートを斜めに貼り付けた方式」を採用して、複数の視点から観察した画像を、水平方向のみならず垂直方向にも分散させることで、水平方向の解像度を維持しつつ、複数視点のステレオ視方式を実現する表示装置が提案されている（特許文献１参照）。

一方、人間の立体知覚には、両眼視差、ピント調節、輻輳、運動視差の４つの要因が存在する。

従来の立体画像表示方式では、両眼視差のみを利用しているため、両眼視差により知覚される奥行き感及び目のピント調節の位置が異なることに起因する眼疲労等が起きやすいという問題点があった。

そこで、従来のステレオ視方式において、視点の数を十分に多くすることで、立体知覚についての４つの要因を全て満たす立体画像表示が可能となる。

しかしながら、かかるステレオ視方式では、立体知覚できる範囲（視域）は、左右の眼に視点画像が正確に投影される位置（表示装置から特定の距離だけ離れている特定の位置）に限られてしまうという問題点があった。

そこで、このような視域の制約を緩和して表示装置からの距離に影響しないステレオ視方式として、高密度指向性画像提示方式が提案されている（特許文献２参照）。

かかる高密度指向性画像提示方式は、複数の画像発生源（小さな液晶パネル）において、水平位置が一致しないように水平方向及び垂直方向に（すなわち、２次元的に）画像を配置し、複数のアフォーカル光学系で、複数の画像発生源で生成される画像を異なる水平表示角度範囲に平行投影し、垂直方向拡散板で表示角度範囲を垂直方向のみに広げて、全ての画像に共通な垂直表示角度範囲を作ることで、垂直方向の表示方向の違いを解消し、水平方向に表示方向の異なる複数の画像を、重なりを持たせて表示するようにした方式である。

かかる高密度指向性画像提示方式では、光学系が大がかりとなり、小型化が困難であるという問題点があった。

かかる問題点を解決するために、高密度指向性画像提示方式を応用して、薄型画像表示装置で実現したレンチキュラーシートを、アフォーカル光学系として利用し、２次元画像表示装置に斜めに貼付ける方式が提案されている（非特許文献１参照）。かかる方式は、図７に示すように、２次元画像表示装置（例えば、液晶パネル）にレンチキュラーシート１４を傾けて貼り付けることで実現できる。
米国特許第６０６４４２４号 特許第３５７６５２１号 海老沢及び高木著、「７２指向性画像を表示する薄型三次元ディスプレイ」、３次元画像コンファレンス２００４、１７-２０頁、２００４年

上述のレンチキュラーシートを２次元画像表示装置に斜めに貼り付ける方式では、高密度の指向性画像を表示しようとすると、より画像サイズの大きな合成画像を表示する必要がある。

しかしながら、画像サイズが大きくなるほどに、合成画像自体のデータ量が増加し、２次元画像表示装置の入出力及び伝送における負荷が増大してしまうという問題点があった。

そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、表示すべき合成画像の画像サイズ（画素数）を増加せずに、２次元画像表示装置の（画面）中央付近において高密度に指向性画像を提示する一方、２次元画像表示装置の他の部分（画面周辺部分）において指向性画像の画像サイズを減らすことが可能となり、２次元画像表示装置の中央付近において滑らかな運動視差を実現すると共に、２次元画像表示装置の他の部分において運動視差を実現することを可能とする立体画像表示装置及び立体画像表示方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、表示対象物を立体画像として表示する立体画像表示装置であって、複数の視点から観察した前記表示対象物の指向性画像を蓄積するように構成されている指向性画像蓄積部と、複数の前記指向性画像に基づいて合成画像を生成するように構成されている合成画像生成部と、前記合成画像を表示するように構成されている合成画像表示部と、前記合成画像表示部に表示された前記合成画像を構成する指向性画像を、該指向性画像を観察した視点方向に投影するように構成されている指向性方向決定部とを具備しており、前記合成画像表示部の中央付近において投影される指向性画像の密度が、前記合成画像表示部の他の部分において投影される指向性画像の密度よりも高くなるように制御されることを要旨とする。

本発明の第１の特徴において、前記合成画像表示部が、前記合成画像の特定画素を表示しないことによって、前記指向性画像の密度を制御するように構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記合成画像表示部が、前記合成画像の特定画素の間隔を不均一にすることによって、前記指向性画像の密度を制御するように構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記合成画像表示部が、前記合成画像の特定画素の位置を変更することによって、前記指向性画像の密度を制御するように構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記合成画像表示部が、前記合成画像の特定画素の開口幅を変更することによって、前記指向性画像の密度を制御するように構成されていてもよい。

本発明の第１の特徴において、前記指向性方向決定部を構成するレンチキュラーシートのシリンドリカルレンズの曲率を非対称にすることによって、前記指向性画像の密度を制御するように構成されていてもよい。

本発明の第２の特徴は、表示対象物を立体画像として表示する立体画像表示方法であって、複数の視点から観察した前記表示対象物の指向性画像を蓄積するように構成されている指向性画像蓄積部から、所定の表示対象物の指向性画像を抽出する工程と、複数の前記指向性画像に基づいて合成画像を生成する工程と、前記合成画像を２次元画像表示装置に表示する工程と、前記２次元画像表示装置に表示された前記合成画像を構成する指向性画像を、該指向性画像を観察した視点方向に投影する工程とを有しており、前記合成画像表示部の中央付近において投影される指向性画像の密度が、前記合成画像表示部の他の部分において投影される指向性画像の密度よりも高くなるように制御されることを要旨とする。

以上説明したように、本発明によれば、表示すべき合成画像の画像サイズ（画素数）を増加せずに、２次元画像表示装置の（画面）中央付近において高密度に指向性画像を提示する一方、２次元画像表示装置の他の部分（画面周辺部分）において指向性画像の画像サイズを減らすことが可能となり、２次元画像表示装置の中央付近において滑らかな運動視差を実現すると共に、２次元画像表示装置の他の部分において運動視差を実現することを可能とする立体画像表示装置及び立体画像表示方法を提供することができる。

（本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置の構成）
図１乃至図４を参照して、本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置１の構成について説明する。本実施形態に係る立体画像表示装置１は、表示対象物を立体画像として表示するように構成されている。なお、本明細書において、画像とは、静止画及び動画の双方を含むものとする。

図１に示すように、本実施形態に係る立体画像表示装置１は、指向性画像蓄積部１１と、合成画像生成部１２と、合成画像表示部１３と、指向性方向決定部１４とを具備している。

指向性画像蓄積部１１は、複数の視点から観察した表示対象物の指向性画像を蓄積するように構成されている。図２において、「複数の視点から観察した表示対象物の指向性画像」は、それぞれ、複数の視線方向に対応する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類の画素によって構成されている。なお、本明細書において、視線方向、指向性方向、指向性画像の投影方向は、同義であるものとする。

また、指向性画像蓄積部１１は、合成画像生成部１２からの要求に応じて、特定箇所の指向性画像を送信するように構成されている。

合成画像生成部１は、複数の指向性画像に基づいて１枚の合成画像を生成する、例えば、所定規則によって指向性画像の各画素を並べ変えることによって合成画像を生成するように構成されている。

合成画像表示部１３は、合成画像生成部１２によって生成された合成画像を表示するように構成されている。具体的には、合成画像表示部１３は、２次元画像表示装置（例えば、液晶ディスプレイ等）によって構成されている。

指向性方向決定部１４は、合成画像表示部１３に表示された合成画像を構成する指向性画像を、当該指向性画像を観察した視点方向に投影するように構成されている。具体的には、指向性方向決定部１４は、合成画像表示部（２次元画像表示装置）１３に斜めに貼り付けられたレンチキュラーシートによって構成されている。

観察者は、当該視点方向（すなわち、指向性画像の投影方向）においてのみ、表示対象物の立体画像を観察することができる。

したがって、観察者は、各指向性画像の投影方向から合成画像表示部１３を観察すると、当該投影方向の指向性画像のみが観察でき、頭を動かして観察することで、異なる投影方向の指向性画像を観察することができる。

つまり、観察者は、頭を動かすことで、異なる視点からの立体画像を観察することができ、運動視差を実現した立体画像を表示することができる。

次に、図２を参照して、レンチキュラーシート１４を構成する個々のシリンドリカルレンズ（かまぼこ型レンズ）と、各画素の透過光（又は、各画素を観察できる範囲）との関係について説明する。

図２に示すように、レンチキュラーシート１４の１つのシリンドリカルレンズには、複数の画素が対応していて、各画素を透過した光は、図２の矢印で示したように、それぞれ異なる方向に進む。

図２の例では、位置２０に配置されているシリンドリカルレンズを介した透過光は、範囲２０１の方向に進み、位置２１に配置されているシリンドリカルレンズを介した透過光は、範囲２１２-１、２１２-２の方向に進み、位置２３に配置されているシリンドリカルレンズを介した透過光は、範囲２２３の方向に進み、位置２４に配置されているシリンドリカルレンズを介した透過光は、範囲２４１の方向に進み、位置２５に配置されているシリンドリカルレンズを介した透過光は、範囲２５１の方向に進む。

この結果、合成画像表示部１３に表示された各画素は、各透過光の進行方向でのみ観察され得るため、レンチキュラーシート１４を用いることで、観察者は、各画素の対応する視点方向（指向性画像の投影方向）でのみ、当該画素を観察でき、視点位置毎に異なる立体画像を見ることができる。

ここで、説明を容易にするために、主要な光の進行方向に係る矢印のみを示しており、かかる矢印が、指向性画像を観察することができる全ての視点位置及び視点方向を示す訳ではなく、本来は、各シリンドリカルレンズに対応する全ての画素に対応する光の進行方向に係る矢印が存在する。

本実施形態に係る立体画像表示装置では、合成画像表示部１３及び指向性方向決定部（レンチキュラーシート）１４の構成によって、合成画像表示部１３の中央付近において投影される指向性画像の密度が、合成画像表示部１３の他の部分（周辺部分）において投影される指向性画像の密度よりも高くなるように制御されている。

図３及び図４を参照して、かかる合成画像表示部１３及び指向性方向決定部（レンチキュラーシート）１４の構成について説明する。

具体的には、本実施形態に係る立体画像表示装置では、図３に示すレンチキュラーシート１４を構成する１つのシリンドリカルレンズ１４０に対応する画素の配列（合成画像表示部１３上に表示される）を、図４に示すような配列とすることによって、上述のように、指向性画像の密度を制御するように構成されている。

ここで、従来の立体画像表示装置では、図４（ａ）に示すように、各画素が均等に配置されている画素の配列を、合成画像表示部１３上に表示するように構成されているものとする。かかる場合、各画素に対応する指向性画像（視点の位置）は、合成画像表示部１３上に均等に表示（配置）されることになる。

したがって、観察者は、位置３１から観察方向３２に向かって、合成画像表示部１３を観察すると、投影方向３０１に対応する３つの視点での指向性画像を観察することができ、位置３３から観察方向３４に向かって、合成画像表示部１３を観察すると、投影方向３０２に対応する３つの視点での指向性画像を観察することができる。

一方、本実施形態に係る立体画像表示装置における第１の構成では、合成画像表示部１３において、合成画像の特定画素を表示しないことによって、指向性画像の密度を制御するように構成されている。

具体的には、第１の構成では、図４（ｂ）に示すように、特定の画素列３１１を使用しないように構成されている。

この結果、特定の画素列３１１に対応する視線方向（指向性方向）に光が進まないため、観察者は、特定の画素列３１１の位置における指向性画像を知覚することができず、隣接する位置における指向性画像の一部を観察することになる。

つまり、観察者は、位置３１から観察方向３２に向かって、合成画像表示部１３を観察すると、投影方向３０１に対応する２つの視点での指向性画像を観察できる。

また、本実施形態に係る立体画像表示装置における第２の構成では、合成画像表示部１３において、合成画像の特定画素の間隔を不均一にすることによって、指向性画像の密度を制御するように構成されている。

具体的には、第２の構成では、図４（ｃ）に示すように、特定の画素列３２１の位置を変更することによって、画素列を不均一にするように構成されている。

かかる場合、特定の画素列３２１では、画素列３２２よりも、隣同士の画素間隔が広くなるため、観察者によって観察され得る指向性画像の数が減ることになる。

つまり、特定の画素列３２１内の画素を透過した光は、投影方向３０１に進み、特定の画素列３２１内の画素を透過した光は、投影方向３０２に進む。ここで、投影方向３０１の指向性画像の密度は、投影方向３０２の指向性画像の密度よりも低くなる。

また、本実施形態に係る立体画像表示装置における第３の構成では、合成画像表示部１３において、合成画像の特定画素の開口幅を変更することによって、指向性画像の密度を制御するように構成されている。

具体的には、第２の構成では、図４（ｄ）に示すように、特定の画素列３３１内の各画素の開口幅を変更するように構成されている。

かかる場合、特定の画素列３３１内の画素を透過した光は、投影方向３０１に進むことになるが、画素の幅が広いため、観察方向３０１における指向性画像の観察幅が、観察方向３０２に比べて広くなり、粗く指向性画像を表示することができるようになる。

上述のように、画素の配置や開口幅を変えることにより、図５で示すように、表示対象物４０を表示する場合に、投影方向４１に、指向性画像を表示することになる。

つまり、観察者４２は、表示対象物４０を見た場合、合成画像表示部１３の中央付近では、少しの頭の平行移動により、複数の視点（指向性方向）ａ、ｂ、ｃにおける立体画像を観察することができ、左右に大きく移動すると、粗い表示間隔の視点（指向性方向）ｄ、ｅにおける立体画像を観察することができる。

ここで、ａ〜ｅは、図４（ｃ）に示す画素列が用いられた場合の各画素を透過した光が進む方向を示す。

本実施形態に係る立体画像表示装置では、合成画像表示部１３に表示する画素列を、従来のように均一な配置のままとし、図６に示すように、指向性方向決定部１４を構成するレンチキュラーシートのシリンドリカルレンズ１４０の曲率を非対称にすることによって、上述の指向性画像の密度を制御するように構成されていてもよい。

つまり、図６（ａ）に示すように、対称な曲面を有するシリンドリカルレンズ１４０を用いた場合、対称な投影方向５１１に光を進めることができるが、図６（ｂ）に示すように、非対称な曲率有するシリンドリカルレンズ１４０を用いた場合、合成画像表示部１３上に表示する画素列を変更することなく、光の投影方向のみを変えることが可能であり、合成画像表示部１３の画面中央付近では高密度に指向性画像を提示し、合成画像表示部１３の画面周辺部では指向性画像を提示する数を減らすことも考えられる。

（本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置の作用・効果）
本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置によれば、合成画像表示部（２次元画像表示装置）１２の中央付近に、視点の中心があると考えると、高密度に指向性画像を提示する（指向性画像の定時幅を小さくする）ことで、少しの頭の動きであっても、対応する視線方向からの指向性画像を提示することができるため、滑らかな運動視差を実現することができる。

また、本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置によれば、合成画像表示部（２次元画像表示装置）１２の周辺部分によって投影される指向性画像を観察するためには、観察者は、頭を大きく移動させることになるため、指向性画像を表示する間隔が粗くても、かかる事実が観察者に知覚され難い。つまり、本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置によれば、表示する指向性画像の数自体を減らすことができ、全体としての立体画像の解像度（データ量）を減らすことができるようになる。

本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置の機能ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置において、各画素を透過した光の進行方向について説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置において、合成画像表示部における各画素の配置を変更した場合の光の進行方向について説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置において、合成画像表示部における各画素の配置例について説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置において、表示対象物と指向性画像との関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る立体画像表示装置において、レンチキュラーシートのシリンドリカルレンズの曲率を変えた場合の光の進行方向について説明するための図である。 従来の立体画像表示装置のレンチキュラーシートの各シリンドリカルレンズと各画素との位置関係を説明するための図である。

符号の説明

１…立体画像表示装置
１１…指向性画像蓄積部
１２…合成画像生成部
１３…合成画像表示部
１４…指向性方向決定部

Claims (2)

1. 表示対象物を立体画像として表示する立体画像表示装置であって、
   複数の視点から観察した前記表示対象物の指向性画像を蓄積するように構成されている指向性画像蓄積部と、
   複数の前記指向性画像に基づいて合成画像を生成するように構成されている合成画像生成部と、
   前記合成画像を表示するように構成されている合成画像表示部と、
   前記合成画像表示部に表示された前記合成画像を構成する指向性画像を、該指向性画像を観察した視点方向に投影するように構成されている指向性方向決定部とを具備しており、
   前記指向性方向決定部は、前記指向性方向決定部を構成するレンチキュラーシートのシリンドリカルレンズの曲率を非対称にすることによって、前記合成画像表示部の中央付近において投影される指向性画像の密度が、前記合成画像表示部の他の部分において投影される指向性画像の密度よりも高くなるように前記指向性画像の密度を制御することを特徴とする立体画像表示装置。
2. 表示対象物を立体画像として表示する立体画像表示方法であって、
   複数の視点から観察した前記表示対象物の指向性画像を蓄積するステップと、
   複数の前記指向性画像に基づいて合成画像を生成するステップと、
   前記合成画像を表示するステップと、
   表示された前記合成画像を構成する指向性画像を、該指向性画像を観察した視点方向に投影するステップと
   を有し、
   前記投影するステップでは、前記指向性方向決定部を構成するレンチキュラーシートのシリンドリカルレンズの曲率を非対称にすることによって、表示された前記合成画像の中央付近において投影される指向性画像の密度が、前記合成画像の他の部分において投影される指向性画像の密度よりも高くなるように前記指向性画像の密度を制御することを特徴とする立体画像表示方法。

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