JP2004510271A - スクリーンに表示される画像を提供する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、スクリーン(10)の前における任意の現在の空間的な位置(O)における観察者が、最小の遠近法による変形のみをもつ画像を見ることができるような、スクリーン(10)に表示される画像を提供する方法に関する。
本発明によれば、これは、前記位置(O)における観察者が遠近法による変形なしに画像を見ることができるように、遠近法による変形なしで画像を見ることができるかもしれないスクリーン(10)の前における視点を表わす固定された予め決定された位置(Q)に関する観察者の現在の空間的な位置(O)を評価することによって、また観察者の前記評価された現在の位置(O)に応じて、原初に発生した画像に対して可変な遠近法による変換を適用することにより画像を提供することによって、達成される。
本発明によれば、これは、前記位置(O)における観察者が遠近法による変形なしに画像を見ることができるように、遠近法による変形なしで画像を見ることができるかもしれないスクリーン(10)の前における視点を表わす固定された予め決定された位置(Q)に関する観察者の現在の空間的な位置(O)を評価することによって、また観察者の前記評価された現在の位置(O)に応じて、原初に発生した画像に対して可変な遠近法による変換を適用することにより画像を提供することによって、達成される。
Description
【0001】
本発明は、請求項1、12及び16の前提部分によって、スクリーン、特にテレビのスクリーン又はコンピューターのモニターに表示されるための画像を提供するための方法及び装置に関する。
【0002】
このような方法及び装置は、当技術において知られている。しかしながら、先行技術においては、スクリーンを見る観察者の現在の位置に依存して画像をスクリーンに表示するとき、遠近法による変形が生じる場合もあることもまた知られている。その現象を、ここでは、図3の参照によって詳細に説明することにする。
【0003】
図3は、3次元の場面の2次元画像を、カメラ、例えばテレビカメラ、によって取得するか、又は、コンピューターグラフィックスのプログラム、例えばコンピューターゲームによって発生させるという仮定に基づく。さらに、原初の画像の投影の中心の場所P、及び長方形の表示域Sについて仮定し、ここで、P及びSは、原初の画像を発生させる場所、例えばカメラに関係するが、その画像が観察者によって後で見られる場所に必ずしも関係しない。P及びSは、図3に示さすような想像上の第一のピラミッドを形成すると考えられる。画像をカメラで取得する場合には、Pはこのカメラの光学中心であり、Sは、感光領域である。画像を、コンピューターグラフィックスによって発生する場合には、パラメーターP及びSを、仮想のカメラのパラメーターとして考慮することができる。
【0004】
原初の画像は、当技術において知られている異なる変換を使用することによって、カメラ又はコンピュータープログラムによって発生するかもしれない。
【0005】
このような変換に関する一つの例は、ある特定の場面を現実又は仮想のカメラによって見る、視点の変化である。
【0006】
このような変換に関する別の例は、テクスチャマッピングを補正するコンピューターグラフィックスのアプリケーションで使用される次のものである。このような変換を、次の方程式によって、記述してもよい。
【0007】
【数11】
ここで、(gu+hv+i)の項は、ピクセル当たりの分割を表し、
u及びvは、変換前における画像のピクセルの座標であり、
x及びyは、変換後における画像のピクセルの座標であり、及び
a、b、c、d、e、f、g、h及びiは、グラフィックスのプログラムによって個々に定義される変数の係数である。
【0008】
しかしながら、原初の画像をこのような変換を行うことによって発生させてきたかどうかに関して、又は、画像をカメラ若しくはコンピュータープログラムによって発生させてきたかどうかに関しては無関係に、ここでは、観察者が、遠近法による変形無しにスクリーンにおける画像を見ることができる、画像がその発生後に見られる場所に、即ち画像が表示されるスクリーン10の前に、一つの空間的な位置Qのみがある。
【0009】
前記位置Qは、スクリーン10の位置に関して定位であると共に、当技術における既知の方法によって、上述のパラメーターP及びSを形成するし計算され得る。
【0010】
位置Qは、スクリーン10に表示されるとき画像の長方形の領域Aによって制限される、第二の想像上のピラミッドの頂点として、図3において説明される。観察者に対する理想的な位置を意味する前記位置Qは、第二の想像上のピラミッドが第一のピラミッドに類似するとき、達成される。
【0011】
より具体的には、以下の二つの条件が同時に満たされるとすれば、第一及び第二のピラミッドは類似する。
【0012】
a)Qが、表示される画像の領域Aに垂直であると共に、Aの中心を通り抜ける線L上にある、及び
b)QとAの中心との間の距離は、二つのピラミッドの頂角が等しいようなものである。
【0013】
条件a)が満たされないとすれば、傾斜した第二のピラミッドがあることになる。条件b)が満たされないとすれば、閉鎖の場合には、誤った遠近法による短縮があることになる、即ち原初の3D場面の異なる物体は、偽の相対的な深さを得る。条件a)が満たされない場合は、条件b)が満たされない場合よりも観察者をより悩ます。
【0014】
別の言葉で表現すれば、スクリーン10における画像を見る観察者の現在の位置Oが、位置Qに一致しないとすれば、即ちここが、前記位置QとOのと間の距離|Q−O|である場合、観察者は遠近法によって変形した画像を見ることになる。大きな距離|Q−O|は、表示された画像の減少した視界、字句の減少した読み易さにおける悪化に帰着し得る。
【0015】
先行技術において、最適には及ばないアプローチは、観察者の現在の位置に表示された画像を適合させることによって、これらの不都合を克服することが知られている。より具体的には、そのアプローチは、条件a)が満たされるように、手によって、又は電気モーターによって物理的なスクリーンを回転させることを提案する。例えば、Bang&Olufsenは、スクリーンを回転させるためのモーターを有するテレビを販売する。
【0016】
そのアプローチによって、スクリーンの回転を、観察者の位置Oと定位置Qの間の距離|O−Q|に応じて制御する。手によるスクリーンの回転は、観察者にとって不便であり、モーターによる回転は、高価で脆弱である。さらに、条件b)を、そのアプローチによって満たすことができない。
【0017】
その先行技術から開始するとき、本発明の目的は、方法の適用がユーザ又は画像の観察者に対してより便利であるような、スクリーンに表示される画像を提供する方法及び装置を改善することである。
【0018】
前記目的は、任意の遠近法による変形無しに画像を見ることができるかもしれないスクリーンの前における視点を表わす固定された予め決められた位置Qに関する観察者の現在の空間的な位置Oを評価するステップ、及び観察者の前記評価された現在の位置Oに応じて、原初に発生した画像に対して可変な遠近法による変換を適用することにより画像を提供するステップを含む請求項1による方法によって解決される。
【0019】
都合良くは、前記遠近法による変換は、スクリーンの前の任意の現在の空間的な位置Oにおける観察者が遠近法による変形無しにスクリーンにおける画像を見ることを可能にする。結果として、表示される画像の視界及び特に表示される字句の読み易さが改善される。
【0020】
前記変換は、彼がスクリーン上の画像を見ているとき、彼は変換の適用を認識しないので、観察者に対して便利である。先行技術において類似のスクリーンの物理的な移動はない。先行技術におけるのと同様にスクリーンの物理的な移動はない。
【0021】
さらに、変換の実施を安価に実現することができ、通常維持管理を必要としない。
【0022】
前記方法の適用は、大きなスクリーンのテレビ又は大きなモニターには特に役に立つ。
【0023】
本発明の実施例によれば、原初の画像の遠近法による変換は、都合良くは、原初に発生した画像の少なくとも一つのピクセルの座標の回転及び/又は並進を含む。その場合において、観察者の位置の理想的な位置Qへの正確な変換を達成することができ、完全に遠近法による変形を、完全に削除することができる。
【0024】
好ましくは、観察者の位置Oの評価は、観察者の頭又は目を追跡することによって行われる。
【0025】
代わりに、前記評価は、スクリーンを制御するために観察者によって使用される遠隔制御の現在の位置を評価することによって行われる。
【0026】
好ましくは、本発明による方法の方法ステップは、その場合において、観察者が、スクリーン上の画像を見るとき、光学的に妨害されないので、リアルタイムで実行される。
【0027】
本発明による方法のさらに都合の良い実施例は、従属請求項の内容である。
【0028】
本発明の目的は、請求項12による装置によってさらに解決される。
前記装置の利点は、本発明の方法に関して概略を述べた利点に一致する。
【0029】
都合よくは、評価ユニット及び/又は補正ユニットは、テレビのセット又は代わりにコンピューターに含まれる。これらの場合において、他の点ではテレビのセット又はコンピューターに近接して置かれる必要があるかもしれない、必要とされる追加のユニットは無い。
【0030】
本発明の目的は、請求項16の内容によってさらに解決され、その利点は、上述した装置の利点に一致する。
【0031】
以下において、本発明の好適な実施例は、添付する図を参照することによって記述されることになる。
【0032】
図1は、本発明による装置1を示す。それは、提供される画像を任意の遠近法による変形無しに見ることができるかもしれないスクリーンの前における視点を表わす固定された予め決められた位置Qに関して、スクリーン10の前における観察者の現在の空間的な位置Oを評価する及びそれぞれの位置決定信号を出力する評価ユニット20を含む。
【0033】
装置1は、前記評価される現在の位置Oに応じて、原初に発生した画像の遠近法による変形を補正することによって画像を提供し、スクリーン10に対して遠近法による変形を有さない提供される画像を表わす画像信号を出力する補正ユニット30をさらに含む。
【0034】
補正ユニット30は、例えばカメラ中で、又はコンピューターグラフィックスのプログラムによって発生する原初の画像に対する、可変な遠近法による変換を適用することによって、遠近法による変形の補正を実行する。
【0035】
変換は、上述のような当技術において知られている式(1)によって表わされる。前記変換の利用は、任意の遠近法による変形無しに、画像をその発生後に見ることができる定位置Qを変化させない。
【0036】
原初の画像が発生する場所及び前記画像をテレビスクリーン又はモニターにおいて後で見る場所が通常異なることに注意することは重要である。さらに、原初の画像が発生する時間に、スクリーンの前における観察者の現在又は実際の位置Oは、画像を見るとき、既知ではなく、よって原初の画像を発生させるとき、その位置を考慮することができない。
【0037】
その状況に基づいて、本発明は、方程式1による既知の変換の別の適用を示唆する。より具体的には、本発明によって、前記変換は、位置Qからだけでなく、最小の遠近法による変形のみをもつスクリーン10の前における全ての任意の位置Oからの画像を、観察者が見ることを可能にするために、使用される。原初の画像が変換を行うことによって発生してきた場合において、本発明は、表示される画像を発生させるために、前記変換の追加又は第二の適用を示唆する。
【0038】
より具体的には、本発明によって、前記変換の変数の係数a、b、c、d、e、f、g、h及びiは、観察者の現在評価された位置Oに応じて適合される。このような適合された係数をもつ変換は、スクリーンに表示される画像を提供するために、原初の画像に対して引き続き適用される。前記表示される画像は、遠近法による変形無しに、スクリーン10の前における任意の位置から観察者によって見られ得る。
【0039】
ここで、その適応を実行する方法を、図2を参照することによって詳細に説明することにする。図2において、観察者が、理想的な位置Qに一致しない位置Oからのスクリーン10を見る状況を示す。図2におけるパラメーターA、L、S、0、P、Qの意味は、図3を参照することによって上に説明したようなそれらのそれぞれの意味に一致する。
【0040】
本方法は、以下のステップを含む。
【0041】
1.x−軸が水平方向にあり、y−軸が垂直方向にあり、z−軸もまた位置Qからスクリーン10に表示される画像の領域Aの中心を通じている水平方向にある、原点としてQをもつ座標系を定義すること。
【0042】
2.式(1)による変換で使用されるようなパラメーターu及びvは、領域Aの中心にその原点を有する、単なる二次元のユークリッド座標系に関する。後で変換の係数a−iを計算することができるのために、座標u及びvは、次式によって、前記二次元のユークリッド空間から原点としてQを有する三次元のユークリッド空間に変換される。
【0043】
【数12】
ここで、Ldは、位置Qと画像領域Aの中心との間の距離である。
【0044】
3.三次元のユークリッド空間に表示される画像の座標(u、v、Ld)は、
【0045】
【数13】
によって、原点としてQを有する三次元の射影空間へさらに変換される。
【0046】
4.引き続き、観察者位置Oを新しい座標系の中心にするように、ユークリッド変換Tを計算して座標系を変化させる。前記ユークリッドの変換Tは、一般に、
【0047】
【数14】
によって計算される。ここで、ベクトル[x0、y0、z0、1]は、原点としてQ有する三次元の射影空間における観察者の位置Oの座標を表わし、
i=1−3及びj=1−3をもつRijは、例えば
【0048】
【外1】
だけ、座標を回転させるための回転行列の座標を表わし、
tx、ty及びtzは、座標の並進を表わす並進ベクトルを形成し、並びに、
ベクトル[0、0、0、1]は、観察者の位置Oに一致する新しい座標系の原点を表す。
【0049】
5.発見された変換Tは、ここでは、長方形領域Aのピクセルの全て、即ち、
【0050】
【数15】
によって表示される画像のピクセル座標に、適用される。
【0051】
式5は、原点としてQを有する座標系においてスクリーンにおける画像のピクセル座標[u、v、Ld、1]の、原点として観察者の位置Oを有する座標系への前記画像の変換されたピクセル座標[xTR、yTR、zTR、1]への変換を表わす。
【0052】
両方のベクトル[u、v、Ld、1]及び[xTR、yTR、zTR、1]は、三次元の射影空間にある。
【0053】
6.次の方法のステップで、式5から結果として生じる変換されたピクセルの位置は、それらに遠近法による画像変換を適用することによって変換される。前記遠近法による画像変換は、三次元の射影空間において変換される座標[xTR、yTR、zTR、1]を、
【0054】
【数16】
によって、二次元の射影空間における座標[unew、vnew、wnew]へ変換することに役立つ。
【0055】
7.二次元の射影空間におけるベクトル[unew、vnew、wnew]を、
【0056】
【数17】
によって、二次元のユークリッドの空間におけるベクトル[x、y]へ変換することができる。
【0057】
8.このように、式6VIを、
【0058】
【数18】
によって、式7の考慮の下で、2−次元のユークリッド空間へ変換することができる。
【0059】
式8’’が式1に一致することに注目することは重要である!!。
【0060】
9.結果として、式1による変換の変数の係数a−iを、
【0061】
【数19】
によって、式6VIを式6Vと比較することによって、計算することができる。
【0062】
本方法のステップ1〜9、及び特に式9は、当技術においては、コンピューターグラフィックスのアプリケーションにおけるテクスチャのマッピングから一般的に知られている。
【0063】
しかしながら、先行技術との差において、本発明によって、式9による係数a−iは、とりわけ、テレビセット又はモニターのスクリーン10の前における観察者Oの評価された現在の位置から計算される。
【0064】
式9は、一般的に、それが観察者の全ての任意の位置Oを補償するような、回転及び並進を含む正確な変換を表わす。
【0065】
より具体的には、Ldは、定位であり、パラメーターRjj、tx、ty及びtzを、スクリーン10における原初の画像領域Aから、位置Qから、及び観察者の評価された位置Oから、計算することができる。さらに、式9の右側を計算したとき、式9の左側における遠近法による変換の係数a−iもまた知られている。
【0066】
以下において、本発明によって、遠近法による変換を適用するための、即ち、係数a−iを計算するための二つの単純な例を提供する。
【0067】
第一の例において、観察者Oが、スクリーンの領域Aの中心をスクリーンの前における位置Qと結び付ける線Lにとどまることを仮定する。その場合には、表示される画像の回転は、時代遅れである。並進の変換のみが要求される。
【0068】
式1及び計算された係数a−iで、位置Qよりも領域Aに近い線Lにおける観察者の目の位置Oを補償することは可能であるが、その場合において、受けた画像の外側の領域のいくつかは、表示されない。又は、位置Qよりも領域Aから離れて線Lにおける観察者の目の位置Oを補償することは可能であるが、その場合において、スクリーンの外側の領域のいくつかは、使用されない。
【0069】
第二の例において、観察者Oが線Lにとどまらないが、Qと前記中心の間の距離に一致する、領域Aの中心に対する距離を有することを仮定する。結果として、式9における並進tx、ty、及びtzの係数を無視することができ、水平の回転に対する補正のみを考慮する必要がある。必要な遠近法による変換は、当然の結果として、頂点としてのO及び中心線として観察者の位置Oとスクリーンの中心とを通る線をもつピラミッドになる。
【0070】
図2によれば、位置Oが、Qを通る水平面に射影された(よって、位置Oのy−座標を無視する)後に、位置Qのまわりの回転は、線Lにおける観察者の位置Oを得るために必要とされる。これは、
【0071】
【数20】
を与え、ここで、
【0072】
【数21】
及び
【0073】
【数22】
である。
【0074】
ここで、x0及びz0は、原点としてQを有する座標系におけるユークリッド空間での観察者の座標を表わす。
【0075】
Qのまわりの回転は、Aの中心に対する距離を変化させるが、回転後に、変換された画像の一部が表示スクリーンの外側にあるか、又は、表示スクリーンの大部分を使用しないかどちらかを回避するために、スケーリングが要求される。
【0076】
【数23】
スケール因子を、原初の長方形Aにおける四隅の遠近法による射影が長方形の四つの境界線にあることを要求することによって、計算することができる:
【0077】
【数24】
ここで、式8’’と同じ方法で式12の右側から導出される合理的な遠近法による変換であるP(s、u、v)は、式6VIから導出される。変数u及びvは、スクリーンにおける位置の2−次元ユークリッド座標である。
【0078】
これは、8つのスケール因子si、i=1−8を与える。変換された画像の領域が、それが表示されることになるスクリーンの領域に完全に適合することを保証する式12における最終的又は最適なスケール因子として、最小のものを使用するべきである。
【0079】
式13乃至20の両側における座標x及びyは、二次元のユークリッド空間における画像領域Aの座標を表わす。式13乃至20は、変換後に、画像の新しい領域Anewの角の位置に対する条件又は要求を示す。例えば、式13において、座標xleft及びybottomによって表わされる原初の長方形Aの角のx−座標が、変換後に同一に保たれることが要求される。
【0080】
式1及び図2に戻ると、式1による遠近法による変換の原初に発生した画像への適用は、位置Q及びスクリーン10における画像の原初の領域Aによって形成されたピラミッドが、画像の変換された領域Anew及び観察者の評価された位置Oによって形成されたピラミッドに類似することを、保証することを指摘することになる。これは、図2において説明される。
【0081】
提案された解決方法を、ごくわずかな追加コストで本発明によって要求される計算を実行するための特別なグラフィックスの効果を含む安価なハードウェアに対する手段と共に拡張される、将来のテレビで実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明による方法を実行する装置を示す図である。
【図2】
発明よって遠近法による変形無しにスクリーンにおける画像を見ることを説明する図である。
【図3】
当技術で知られているような遠近法による変形無しに理想位置Qからスクリーンにおける画像を見ることを説明する図である。
本発明は、請求項1、12及び16の前提部分によって、スクリーン、特にテレビのスクリーン又はコンピューターのモニターに表示されるための画像を提供するための方法及び装置に関する。
【0002】
このような方法及び装置は、当技術において知られている。しかしながら、先行技術においては、スクリーンを見る観察者の現在の位置に依存して画像をスクリーンに表示するとき、遠近法による変形が生じる場合もあることもまた知られている。その現象を、ここでは、図3の参照によって詳細に説明することにする。
【0003】
図3は、3次元の場面の2次元画像を、カメラ、例えばテレビカメラ、によって取得するか、又は、コンピューターグラフィックスのプログラム、例えばコンピューターゲームによって発生させるという仮定に基づく。さらに、原初の画像の投影の中心の場所P、及び長方形の表示域Sについて仮定し、ここで、P及びSは、原初の画像を発生させる場所、例えばカメラに関係するが、その画像が観察者によって後で見られる場所に必ずしも関係しない。P及びSは、図3に示さすような想像上の第一のピラミッドを形成すると考えられる。画像をカメラで取得する場合には、Pはこのカメラの光学中心であり、Sは、感光領域である。画像を、コンピューターグラフィックスによって発生する場合には、パラメーターP及びSを、仮想のカメラのパラメーターとして考慮することができる。
【0004】
原初の画像は、当技術において知られている異なる変換を使用することによって、カメラ又はコンピュータープログラムによって発生するかもしれない。
【0005】
このような変換に関する一つの例は、ある特定の場面を現実又は仮想のカメラによって見る、視点の変化である。
【0006】
このような変換に関する別の例は、テクスチャマッピングを補正するコンピューターグラフィックスのアプリケーションで使用される次のものである。このような変換を、次の方程式によって、記述してもよい。
【0007】
【数11】
ここで、(gu+hv+i)の項は、ピクセル当たりの分割を表し、
u及びvは、変換前における画像のピクセルの座標であり、
x及びyは、変換後における画像のピクセルの座標であり、及び
a、b、c、d、e、f、g、h及びiは、グラフィックスのプログラムによって個々に定義される変数の係数である。
【0008】
しかしながら、原初の画像をこのような変換を行うことによって発生させてきたかどうかに関して、又は、画像をカメラ若しくはコンピュータープログラムによって発生させてきたかどうかに関しては無関係に、ここでは、観察者が、遠近法による変形無しにスクリーンにおける画像を見ることができる、画像がその発生後に見られる場所に、即ち画像が表示されるスクリーン10の前に、一つの空間的な位置Qのみがある。
【0009】
前記位置Qは、スクリーン10の位置に関して定位であると共に、当技術における既知の方法によって、上述のパラメーターP及びSを形成するし計算され得る。
【0010】
位置Qは、スクリーン10に表示されるとき画像の長方形の領域Aによって制限される、第二の想像上のピラミッドの頂点として、図3において説明される。観察者に対する理想的な位置を意味する前記位置Qは、第二の想像上のピラミッドが第一のピラミッドに類似するとき、達成される。
【0011】
より具体的には、以下の二つの条件が同時に満たされるとすれば、第一及び第二のピラミッドは類似する。
【0012】
a)Qが、表示される画像の領域Aに垂直であると共に、Aの中心を通り抜ける線L上にある、及び
b)QとAの中心との間の距離は、二つのピラミッドの頂角が等しいようなものである。
【0013】
条件a)が満たされないとすれば、傾斜した第二のピラミッドがあることになる。条件b)が満たされないとすれば、閉鎖の場合には、誤った遠近法による短縮があることになる、即ち原初の3D場面の異なる物体は、偽の相対的な深さを得る。条件a)が満たされない場合は、条件b)が満たされない場合よりも観察者をより悩ます。
【0014】
別の言葉で表現すれば、スクリーン10における画像を見る観察者の現在の位置Oが、位置Qに一致しないとすれば、即ちここが、前記位置QとOのと間の距離|Q−O|である場合、観察者は遠近法によって変形した画像を見ることになる。大きな距離|Q−O|は、表示された画像の減少した視界、字句の減少した読み易さにおける悪化に帰着し得る。
【0015】
先行技術において、最適には及ばないアプローチは、観察者の現在の位置に表示された画像を適合させることによって、これらの不都合を克服することが知られている。より具体的には、そのアプローチは、条件a)が満たされるように、手によって、又は電気モーターによって物理的なスクリーンを回転させることを提案する。例えば、Bang&Olufsenは、スクリーンを回転させるためのモーターを有するテレビを販売する。
【0016】
そのアプローチによって、スクリーンの回転を、観察者の位置Oと定位置Qの間の距離|O−Q|に応じて制御する。手によるスクリーンの回転は、観察者にとって不便であり、モーターによる回転は、高価で脆弱である。さらに、条件b)を、そのアプローチによって満たすことができない。
【0017】
その先行技術から開始するとき、本発明の目的は、方法の適用がユーザ又は画像の観察者に対してより便利であるような、スクリーンに表示される画像を提供する方法及び装置を改善することである。
【0018】
前記目的は、任意の遠近法による変形無しに画像を見ることができるかもしれないスクリーンの前における視点を表わす固定された予め決められた位置Qに関する観察者の現在の空間的な位置Oを評価するステップ、及び観察者の前記評価された現在の位置Oに応じて、原初に発生した画像に対して可変な遠近法による変換を適用することにより画像を提供するステップを含む請求項1による方法によって解決される。
【0019】
都合良くは、前記遠近法による変換は、スクリーンの前の任意の現在の空間的な位置Oにおける観察者が遠近法による変形無しにスクリーンにおける画像を見ることを可能にする。結果として、表示される画像の視界及び特に表示される字句の読み易さが改善される。
【0020】
前記変換は、彼がスクリーン上の画像を見ているとき、彼は変換の適用を認識しないので、観察者に対して便利である。先行技術において類似のスクリーンの物理的な移動はない。先行技術におけるのと同様にスクリーンの物理的な移動はない。
【0021】
さらに、変換の実施を安価に実現することができ、通常維持管理を必要としない。
【0022】
前記方法の適用は、大きなスクリーンのテレビ又は大きなモニターには特に役に立つ。
【0023】
本発明の実施例によれば、原初の画像の遠近法による変換は、都合良くは、原初に発生した画像の少なくとも一つのピクセルの座標の回転及び/又は並進を含む。その場合において、観察者の位置の理想的な位置Qへの正確な変換を達成することができ、完全に遠近法による変形を、完全に削除することができる。
【0024】
好ましくは、観察者の位置Oの評価は、観察者の頭又は目を追跡することによって行われる。
【0025】
代わりに、前記評価は、スクリーンを制御するために観察者によって使用される遠隔制御の現在の位置を評価することによって行われる。
【0026】
好ましくは、本発明による方法の方法ステップは、その場合において、観察者が、スクリーン上の画像を見るとき、光学的に妨害されないので、リアルタイムで実行される。
【0027】
本発明による方法のさらに都合の良い実施例は、従属請求項の内容である。
【0028】
本発明の目的は、請求項12による装置によってさらに解決される。
前記装置の利点は、本発明の方法に関して概略を述べた利点に一致する。
【0029】
都合よくは、評価ユニット及び/又は補正ユニットは、テレビのセット又は代わりにコンピューターに含まれる。これらの場合において、他の点ではテレビのセット又はコンピューターに近接して置かれる必要があるかもしれない、必要とされる追加のユニットは無い。
【0030】
本発明の目的は、請求項16の内容によってさらに解決され、その利点は、上述した装置の利点に一致する。
【0031】
以下において、本発明の好適な実施例は、添付する図を参照することによって記述されることになる。
【0032】
図1は、本発明による装置1を示す。それは、提供される画像を任意の遠近法による変形無しに見ることができるかもしれないスクリーンの前における視点を表わす固定された予め決められた位置Qに関して、スクリーン10の前における観察者の現在の空間的な位置Oを評価する及びそれぞれの位置決定信号を出力する評価ユニット20を含む。
【0033】
装置1は、前記評価される現在の位置Oに応じて、原初に発生した画像の遠近法による変形を補正することによって画像を提供し、スクリーン10に対して遠近法による変形を有さない提供される画像を表わす画像信号を出力する補正ユニット30をさらに含む。
【0034】
補正ユニット30は、例えばカメラ中で、又はコンピューターグラフィックスのプログラムによって発生する原初の画像に対する、可変な遠近法による変換を適用することによって、遠近法による変形の補正を実行する。
【0035】
変換は、上述のような当技術において知られている式(1)によって表わされる。前記変換の利用は、任意の遠近法による変形無しに、画像をその発生後に見ることができる定位置Qを変化させない。
【0036】
原初の画像が発生する場所及び前記画像をテレビスクリーン又はモニターにおいて後で見る場所が通常異なることに注意することは重要である。さらに、原初の画像が発生する時間に、スクリーンの前における観察者の現在又は実際の位置Oは、画像を見るとき、既知ではなく、よって原初の画像を発生させるとき、その位置を考慮することができない。
【0037】
その状況に基づいて、本発明は、方程式1による既知の変換の別の適用を示唆する。より具体的には、本発明によって、前記変換は、位置Qからだけでなく、最小の遠近法による変形のみをもつスクリーン10の前における全ての任意の位置Oからの画像を、観察者が見ることを可能にするために、使用される。原初の画像が変換を行うことによって発生してきた場合において、本発明は、表示される画像を発生させるために、前記変換の追加又は第二の適用を示唆する。
【0038】
より具体的には、本発明によって、前記変換の変数の係数a、b、c、d、e、f、g、h及びiは、観察者の現在評価された位置Oに応じて適合される。このような適合された係数をもつ変換は、スクリーンに表示される画像を提供するために、原初の画像に対して引き続き適用される。前記表示される画像は、遠近法による変形無しに、スクリーン10の前における任意の位置から観察者によって見られ得る。
【0039】
ここで、その適応を実行する方法を、図2を参照することによって詳細に説明することにする。図2において、観察者が、理想的な位置Qに一致しない位置Oからのスクリーン10を見る状況を示す。図2におけるパラメーターA、L、S、0、P、Qの意味は、図3を参照することによって上に説明したようなそれらのそれぞれの意味に一致する。
【0040】
本方法は、以下のステップを含む。
【0041】
1.x−軸が水平方向にあり、y−軸が垂直方向にあり、z−軸もまた位置Qからスクリーン10に表示される画像の領域Aの中心を通じている水平方向にある、原点としてQをもつ座標系を定義すること。
【0042】
2.式(1)による変換で使用されるようなパラメーターu及びvは、領域Aの中心にその原点を有する、単なる二次元のユークリッド座標系に関する。後で変換の係数a−iを計算することができるのために、座標u及びvは、次式によって、前記二次元のユークリッド空間から原点としてQを有する三次元のユークリッド空間に変換される。
【0043】
【数12】
ここで、Ldは、位置Qと画像領域Aの中心との間の距離である。
【0044】
3.三次元のユークリッド空間に表示される画像の座標(u、v、Ld)は、
【0045】
【数13】
によって、原点としてQを有する三次元の射影空間へさらに変換される。
【0046】
4.引き続き、観察者位置Oを新しい座標系の中心にするように、ユークリッド変換Tを計算して座標系を変化させる。前記ユークリッドの変換Tは、一般に、
【0047】
【数14】
によって計算される。ここで、ベクトル[x0、y0、z0、1]は、原点としてQ有する三次元の射影空間における観察者の位置Oの座標を表わし、
i=1−3及びj=1−3をもつRijは、例えば
【0048】
【外1】
だけ、座標を回転させるための回転行列の座標を表わし、
tx、ty及びtzは、座標の並進を表わす並進ベクトルを形成し、並びに、
ベクトル[0、0、0、1]は、観察者の位置Oに一致する新しい座標系の原点を表す。
【0049】
5.発見された変換Tは、ここでは、長方形領域Aのピクセルの全て、即ち、
【0050】
【数15】
によって表示される画像のピクセル座標に、適用される。
【0051】
式5は、原点としてQを有する座標系においてスクリーンにおける画像のピクセル座標[u、v、Ld、1]の、原点として観察者の位置Oを有する座標系への前記画像の変換されたピクセル座標[xTR、yTR、zTR、1]への変換を表わす。
【0052】
両方のベクトル[u、v、Ld、1]及び[xTR、yTR、zTR、1]は、三次元の射影空間にある。
【0053】
6.次の方法のステップで、式5から結果として生じる変換されたピクセルの位置は、それらに遠近法による画像変換を適用することによって変換される。前記遠近法による画像変換は、三次元の射影空間において変換される座標[xTR、yTR、zTR、1]を、
【0054】
【数16】
によって、二次元の射影空間における座標[unew、vnew、wnew]へ変換することに役立つ。
【0055】
7.二次元の射影空間におけるベクトル[unew、vnew、wnew]を、
【0056】
【数17】
によって、二次元のユークリッドの空間におけるベクトル[x、y]へ変換することができる。
【0057】
8.このように、式6VIを、
【0058】
【数18】
によって、式7の考慮の下で、2−次元のユークリッド空間へ変換することができる。
【0059】
式8’’が式1に一致することに注目することは重要である!!。
【0060】
9.結果として、式1による変換の変数の係数a−iを、
【0061】
【数19】
によって、式6VIを式6Vと比較することによって、計算することができる。
【0062】
本方法のステップ1〜9、及び特に式9は、当技術においては、コンピューターグラフィックスのアプリケーションにおけるテクスチャのマッピングから一般的に知られている。
【0063】
しかしながら、先行技術との差において、本発明によって、式9による係数a−iは、とりわけ、テレビセット又はモニターのスクリーン10の前における観察者Oの評価された現在の位置から計算される。
【0064】
式9は、一般的に、それが観察者の全ての任意の位置Oを補償するような、回転及び並進を含む正確な変換を表わす。
【0065】
より具体的には、Ldは、定位であり、パラメーターRjj、tx、ty及びtzを、スクリーン10における原初の画像領域Aから、位置Qから、及び観察者の評価された位置Oから、計算することができる。さらに、式9の右側を計算したとき、式9の左側における遠近法による変換の係数a−iもまた知られている。
【0066】
以下において、本発明によって、遠近法による変換を適用するための、即ち、係数a−iを計算するための二つの単純な例を提供する。
【0067】
第一の例において、観察者Oが、スクリーンの領域Aの中心をスクリーンの前における位置Qと結び付ける線Lにとどまることを仮定する。その場合には、表示される画像の回転は、時代遅れである。並進の変換のみが要求される。
【0068】
式1及び計算された係数a−iで、位置Qよりも領域Aに近い線Lにおける観察者の目の位置Oを補償することは可能であるが、その場合において、受けた画像の外側の領域のいくつかは、表示されない。又は、位置Qよりも領域Aから離れて線Lにおける観察者の目の位置Oを補償することは可能であるが、その場合において、スクリーンの外側の領域のいくつかは、使用されない。
【0069】
第二の例において、観察者Oが線Lにとどまらないが、Qと前記中心の間の距離に一致する、領域Aの中心に対する距離を有することを仮定する。結果として、式9における並進tx、ty、及びtzの係数を無視することができ、水平の回転に対する補正のみを考慮する必要がある。必要な遠近法による変換は、当然の結果として、頂点としてのO及び中心線として観察者の位置Oとスクリーンの中心とを通る線をもつピラミッドになる。
【0070】
図2によれば、位置Oが、Qを通る水平面に射影された(よって、位置Oのy−座標を無視する)後に、位置Qのまわりの回転は、線Lにおける観察者の位置Oを得るために必要とされる。これは、
【0071】
【数20】
を与え、ここで、
【0072】
【数21】
及び
【0073】
【数22】
である。
【0074】
ここで、x0及びz0は、原点としてQを有する座標系におけるユークリッド空間での観察者の座標を表わす。
【0075】
Qのまわりの回転は、Aの中心に対する距離を変化させるが、回転後に、変換された画像の一部が表示スクリーンの外側にあるか、又は、表示スクリーンの大部分を使用しないかどちらかを回避するために、スケーリングが要求される。
【0076】
【数23】
スケール因子を、原初の長方形Aにおける四隅の遠近法による射影が長方形の四つの境界線にあることを要求することによって、計算することができる:
【0077】
【数24】
ここで、式8’’と同じ方法で式12の右側から導出される合理的な遠近法による変換であるP(s、u、v)は、式6VIから導出される。変数u及びvは、スクリーンにおける位置の2−次元ユークリッド座標である。
【0078】
これは、8つのスケール因子si、i=1−8を与える。変換された画像の領域が、それが表示されることになるスクリーンの領域に完全に適合することを保証する式12における最終的又は最適なスケール因子として、最小のものを使用するべきである。
【0079】
式13乃至20の両側における座標x及びyは、二次元のユークリッド空間における画像領域Aの座標を表わす。式13乃至20は、変換後に、画像の新しい領域Anewの角の位置に対する条件又は要求を示す。例えば、式13において、座標xleft及びybottomによって表わされる原初の長方形Aの角のx−座標が、変換後に同一に保たれることが要求される。
【0080】
式1及び図2に戻ると、式1による遠近法による変換の原初に発生した画像への適用は、位置Q及びスクリーン10における画像の原初の領域Aによって形成されたピラミッドが、画像の変換された領域Anew及び観察者の評価された位置Oによって形成されたピラミッドに類似することを、保証することを指摘することになる。これは、図2において説明される。
【0081】
提案された解決方法を、ごくわずかな追加コストで本発明によって要求される計算を実行するための特別なグラフィックスの効果を含む安価なハードウェアに対する手段と共に拡張される、将来のテレビで実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明による方法を実行する装置を示す図である。
【図2】
発明よって遠近法による変形無しにスクリーンにおける画像を見ることを説明する図である。
【図3】
当技術で知られているような遠近法による変形無しに理想位置Qからスクリーンにおける画像を見ることを説明する図である。
Claims (17)
- スクリーン、特にテレビのスクリーン又はコンピューターのモニターに表示される画像を提供する方法であって、以下の、
任意の遠近法による変形無しに前記画像を見ることができるかもしれない、前記スクリーンの前における視点を表す固定された予め決められた位置Qに関して観察者の現在の空間的な位置Oを評価するステップ、及び
前記位置Oにおける前記観察者が、遠近法による変形無しに前記画像を見ることができるように、前記観察者の前記評価された現在の位置Oに応じて、可変な遠近法による変換を原初に発生した画像へ適用することによって前記画像を提供するステップ、によって特徴付けられる方法。 - 前記画像は、少なくとも一つのピクセルを含む請求項2記載の方法。
- 前記変換は、前記画像の前記少なくとも一つのピクセルの座標の回転及び/又は並進を含むことを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載の方法。
- 前記提供される画像が前記スクリーンの前記領域に完全に適合するように選択される最適なスケール因子は、以下の、
次の8つの線形な方程式系
前記計算された予備的なスケール因子siの最小の一つを前記最適なスケール因子として選択するステップ、を実行することによって決定され、
前記線形な系の各々の右側における前記x、yベクトルは、前記スクリーンにおける前記原初の画像の角の想像上の座標を表し、
左側における前記x、yベクトルは、前記スクリーンに実際に表示される前記提供される画像の角の前記座標をそれぞれ表し、
前記座標xright、xleft、ybottom、及びytopは、予め決定されることを特徴とする請求項記載7の方法。 - 前記評価は、前記観察者の頭又は目を追跡することによってなされることを特徴とする請求項1乃至8いずれか1項記載の方法。
- 前記位置Oの前記評価は、前記スクリーンを制御するために前記観察者によって使用される遠隔制御の前記現在の位置を評価することによってなされることを特徴とする請求項1乃至9いずれか1項記載の方法。
- 前記方法の前記ステップは、リアルタイムで実行されることを特徴とする請求項1乃至10いずれか1項記載の方法。
- スクリーン、特にテレビのスクリーン又はコンピューターのモニターに表示される画像を提供する装置であって、
前記スクリーンにおける前記画像を任意の遠近法による変形無しに見ることができる、視点を表す固定された予め決定された位置Qに関する、前記スクリーンの前における観察者の現在の空間的な位置Oの評価を表す位置決定信号を出力する評価ユニット、及び
前記位置Oにおける前記観察者が前記遠近法による変形無しに前記画像を見ることができるように、前記位置決定信号に応じて原初に発生した画像へ可変な遠近法による変換を適用することによって補正ユニットを特徴とする装置。 - 前記評価ユニット及び/又は前記補正ユニットは、テレビセットに含まれることを特徴とする請求項13記載の装置。
- 前記評価ユニット及び/又は前記補正ユニットは、コンピューターに含まれることを特徴とする請求項14記載の装置。
- 原初に発生した画像へ可変な遠近法による変換を適用してスクリーンに表示される画像を提供するように適合され、前記スクリーンの前における任意の現在の空間的な位置Oにおいて観察者が、遠近法による変形無しに前記スクリーンにおける前記提供される画像を見ることができることを特徴とする補正ユニット。
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