JP2006171578A - 映像描画装置及び映像描画方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 任意の回転体形状を備える全周スクリーン9に、物体の表示映像を光量が均一になるようにして表示するための映像描画装置であって、表示映像の2次元展開図を入力する入力部2と、入力部により入力された全周スクリーンに表示される表示映像の2次元展開図から、予め設定された変換式により、前記表示映像の元となる2次元中間画像に変換する映像変換部3と、映像変換部で得られた2次元中間画像を、全周スクリーン側に投射光として投射する映像投射部4と、映像投射部の投射光を全周スクリーン内に導くように反射する反射光学系5と、反射光学系からの投射光を全周スクリーン面に投射して表示映像として表示させる表示光学系(6、6a)とを有する。
【選択図】 図1
Description
また、上記ホログラフィーにおける装置の複雑さと視点の制限を緩和し、同時に前記広告用電光掲示板の技術では不可能であった装置の小型化を実現化した、全周スクリーン映像描画装置(特許文献1参照)が提案されている。
なお、表示光学系を構成する回転体反射ミラーおよびレンズの設置は、反射面あるいは照射面が反射光学系からの反射光に対して垂直方向となり、回転体反射ミラーによる投射光が最終的に全周スクリーン上で焦点が合うようにそれぞれの位置が決定される。
このように構成することにより、本発明に係る映像描画装置は、その回転体反射ミラーが任意の回転体形状の全周スクリーンに対して、明るさを均一化して表示映像を投影させることが可能となる。
c:非球面頂点の曲率(1/曲率半径)、
k:コーニック定数(円錐定数)
A:4次非球面定数
B:6次非球面定数
C:8次非球面定数
D:10次非球面定数
このように構成することにより、全周スクリーンに光量が均一になるようにして表示映像を表示することが可能となる。
本発明に係る映像描画装置は、2次元展開図からあらかじめ設定された変換式により、2次元中間画像に変換して、反射光学系および表示光学系を介して全周スクリーンに表示映像を光量が均一になるようにして表示することが可能となる。そのため、動画あるいは静止画ともに立体的に全周スクリーンに表示することができる。
また、表示光学系は、回転体反射ミラーを用いずに複数のレンズを組み合わせても同様の効果が得られる。
さらに、本発明に係る映像描画方法では、2次元展開図からあらかじめ設定された変換式により、2次元中間画像に変換して、反射光学系および表示光学系を介して全周スクリーンに表示映像を表示するため、コンパクトな全周スクリーンにあらかじめ入力部から入力されている画像を動画あるいは静止画にかかわらず表示することができる。
また、本発明によれば、映像描画装置を、屋内ロボットの顔などの表情を示す部分や、また、仮想的な商品、美術品の展示装置として、さらに、3次元ムービーなど立体的な映像を表示する装置として使用することも可能となる。
図1は本発明に係る映像描画装置の基本構成を模式的に示すブロック図、図2(a)は本発明に係る映像描画装置に使用される2次元展開図の一例を示す平面図、図2(b)は図2(a)の2次元中間画像を示す平面図、図2(c)は図2(b)からさらに映像投影装置の例えば液晶プロジェクタにおける液晶の1画素の縦横比を考慮した状態の2次元中間画像を示す平面図、図3は全周映像描画装置の各過程を示すフローチャート、図4(a)〜(d)は全周スクリーンに投射される2次元中間画像と対応する表示映像を示す斜視図および平面図である。
ここでは、パーソナルコンピュータから入力されている画像および動画を生成あるいは取り扱うことができるソフトウエアにより2次元展開図を生成している。
なお、この入力部2では、特に色彩について認識することができない構成であっても構わない。
そして、あらかじめ設定された変換式として、ここでは、映像投射部4から投射した投射光の画像が、全周スクリーン9上でどのような位置関係になるのかをあらかじめ測定して求めて比例関係の式を用いている。
ここでは、図2(c)に示すように、映像投射部4である液晶プロジェクタの1画素の表示される縦横比として異なる場合は、その1画素における縦横比についても対応するように変換式に反映させて調整された状態で2次元展開図M1から2次元中間画像M3として変換するようにしている。
なお、測定した各点の位置について使用する変換式により変換して2次元中間画像M3を生成する場合は、公知の線形補間の方法や、また、イメージワーピング、あるいはテクスチャマッピングの手法を用いて生成することが可能となる。
なお、この映像投射部4は、光路を調節するために、レンズ4aを取り付けており、このレンズ4aにより全周スクリーン9の大きさに合わせて円筒面上に映像を結ぶように設定されている。また、この映像投射部4はLCD面(図示せず)の多くの画素を利用できるように設定されていることが好ましい。
つまり、表示光学系は、2次元中間画像の内周ほど径方向の解像度を低く、外周ほど径方向の解像度を高く全周スクリーン内面に投射されるよう、レンズ6aと回転体反射ミラー6の設定を調整する。
なお、回転体反射ミラー6およびレンズ6aの形状あるいは大きさ並びに数と、全周スクリーン9の大きさ等については、投射光を全周スクリーン9で焦点が合うように光路など光学的設計事項を調整することとなる。
c:非球面頂点の曲率(1/曲率半径)、
k:コーニック定数(円錐定数)
A:4次非球面定数
B:6次非球面定数
C:8次非球面定数
D:10次非球面定数
なお、全周スクリーン9の天井部分には、回転体反射ミラー5があらかじめ取り付けられている。そして、全周スクリーン9の反射ミラー5に投射光が投射できる位置に映像投射部4を配置することで設置される。
なお、全周映像描画装置1は、映像投射部4を含むと全体で50cm〜60cmの大きさで構成される。
図4(a)に示すように、映像描画装置1では、この全周スクリーン9に表示される表示映像MH1は、前から見れば、表示映像MH1の正面の映像(子犬の正面からの映像)が認識でき、また、後ろからみれば、表示映像MH1の後ろからの映像(子犬の尻尾側からの映像)が認識できるものとなる。
この場合、反射ミラー5からの反射光が、複数のレンズ6aを介して全周スクリーン9の側内面に適切に投射され、全周スクリーン9に表示映像MH1、MH2が表示される。
なお、この構成では、映像変換部3から送られてくる画像データは、図1で示す場合とは異なり、天地が反転した状態となる画像データが映像投射部4に送られ、投射光として投射される。
次に、本発明に係る映像描画装置における表示光学系の具体的な構成例を、全周スクリーンの形状として円筒体を用いた場合で示す。図6は、表示光学系として3個のレンズ61a,62b,62cと、双曲面回転体反射ミラー90を用いた例であり、このように表示光学系を構成することで、光量を一定にして表示映像を円筒体全周スクリーン上に結像させることができる。既述した非球面式(6)に以下の係数を与えることにより調整されたものである。
c: 0.2341475443e30
k:-3.000000
A: 0.263286E-05
B: 0.255819E-09
C:-0.509848E-13
D: 0.182622E-17
こうして得られた双曲面回転体反射ミラー90を、円筒体全周スクリーン(スクリーン寸法:内径φ242mm、高さ300mm)内に配置して、表示画像を円筒型全周スクリーンに表示させたときの赤色光(R)、緑色光(G)、青色光(B)の各投射光のスポットダイアグラムをそれぞれ、図7、図8、及び図9に、またスクリーン上の光量比または照度比を図10および図11に示す。
使用したプロジェクタはソニー製VPL−PX31、液晶パネルは1.3インチタイプを使用した。本プロジェクタは水平置きにして使用した。
Claims (6)
- 任意の回転体形状を備える全周スクリーンに、物体の表示映像を光量が均一になるようにして表示するための映像描画装置であって、
表示映像の2次元展開図を入力する入力部と、
前記入力部により入力された前記全周スクリーンに表示される表示映像の2次元展開図から、予め設定された変換式により、前記表示映像の元となる2次元中間画像に変換する映像変換部と、
前記映像変換部で得られた前記2次元中間画像を、前記全周スクリーン側に投射光として投射する映像投射部と、
前記映像投射部の投射光を前記全周スクリーン内に導くように反射する反射光学系と、
前記反射光学系からの投射光を前記全周スクリーン面に投射して前記表示映像として表示させる表示光学系とを有し、
前記変換式は、前記映像投射部から投射した投射光による画像が前記全周スクリーン上でどのような位置関係になるか予め測定しておき、元の画像を構成する点の位置と前記全周スクリーン上の表示画像における点の位置の位置関係を比率により表した値を用いて設定される式であることを特徴とする映像描画装置。 - 前記表示光学系は、前記反射光学系からの投射光の光路を調節するレンズと、
前記映像投射部の投射光の光軸を中心とした回転体から形成され、前記レンズからの投射光を前記全周スクリーン面に反射させる回転体反射ミラーと、
を有することを特徴とする、請求項1に記載の映像描画装置。 - 前記表示光学系は、前記映像投射部の投射光の光軸を中心とした回転体から形成される複数のレンズの組み合わせにより構成されることを特徴とする請求項1に記載の映像描画装置。
- 前記全周スクリーンは、前記映像投射部の投射光の光軸を中心としたときの前記回転体形状として、円筒体、球体を装置設置面である水平面で切断して形成される横断球面回転体、楕円の両焦点を結んだ直線方向を垂直方向として水平方向で切断して形成される横断楕円面回転体、凸曲面を内側あるいは外側とする双曲面回転体、放物面回転体、および、円錐面回転体とされたときのいずれか一つであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の映像描画装置。
- 任意の回転体形状を備える全周スクリーンに物体の表示映像を光量が均一になるようにして表示するための映像描画方法であって、
画像情報を入力する入力部により前記全周スクリーンに表示される表示映像についての2次元展開図を入力する第1のステップと、
入力された前記2次元展開図から、映像変換部によりあらかじめ設定された変換式により、前記表示映像の元となる2次元中間画像に変換する第2のステップと、
得られた2次元中間画像を、映像投射部により前記全周スクリーン側に投射光として投射する第3のステップと、
投射光を反射光学系により前記全周スクリーン内に導くように反射するとともに、前記反射光学系からの投射光を表示光学系により前記全周スクリーン面に前記表示映像として表示させる第4のステップとを含み、
前記変換式は、前記映像投射部から投射した投射光による画像が前記全周スクリーン上でどのような位置関係になるか予め測定しておき、元の画像を構成する点の位置と前記全周スクリーン上の表示画像における点の位置の位置関係を比率により表した値を用いて設定される式であることを特徴とする映像描画方法。
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