JP2007017558A - Apparatus and method for displaying stereoscopic image - Google Patents

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Hidenori Kakeya
英紀 掛谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for displaying a stereoscopic image by which masking relation and a glossy surface can be expressed and overcrowded adjustment inconsistency is dissolved. <P>SOLUTION: The apparatus for displaying the stereoscopic image is equipped with a 2-dimensional displaying means which displays an image for an observer's right eye and an image for an observer's left eye, an image selecting means which makes the right eye to easily see the image for the right eye or makes the left eye to easily see the image for the left eye and a 3-dimensional displaying means which penetrates the image for the right eye and the image for the left eye and displays the image for the right eye and the image for the left eye by superposing a depth image of each image on each image. The stereoscopic image seen by the observer is displayed by display while synchronizing the 2-dimensional displaying apparatus with the 3-dimensional displaying apparatus. Further, an edge part of the image is displayed at the 3-dimensional displaying means. The 3-dimensional displaying means may be a displaying means constituted by laminating the 2-dimensional displaying means which transmits light thereon to impart depth. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、本発明は、電子表示装置に立体画像を表示するもので、隠蔽関係や光沢面の表現が可能で、輻輳と焦点調節との間に生理的矛盾が生じない立体画像表示装置および立体画像表示方法に関している。   The present invention displays a stereoscopic image on an electronic display device, and is capable of expressing a concealment relationship and a glossy surface, and does not cause a physiological contradiction between convergence and focus adjustment. The present invention relates to a stereoscopic image display method.

人間が奥行きを知覚する主な生理的手がかりとして、空間上のある点を凝視した際における、目線の向き(輻輳:近くのものを見るときに寄り目になる動き)、左右の目に映る像のずれの量(両眼視差)、水晶体の厚さ(焦点距離)の3つが挙げられる。メガネを使用する方式の立体ディスプレイでは、偏光フィルタや液晶シャッターなどを用いて左右の目それぞれに異なる画像を入力することにより、両眼視差と輻輳角の提示を実現している。しかし、これらの立体表示方式では、輻輳と焦点調節との間に生理的矛盾が生じるという問題があり、それらが立体視特有の酔いや目の疲労の原因となっている。   The main physiological clues that humans perceive depth are the direction of the line of sight when looking at a certain point in space (convergence: the movement that becomes a cross-eyed when looking at nearby objects), and the image reflected in the left and right eyes The amount of deviation (binocular parallax) and the thickness of the crystalline lens (focal length) can be mentioned. In a stereoscopic display using glasses, a binocular parallax and an angle of convergence are realized by inputting different images to the left and right eyes using a polarizing filter, a liquid crystal shutter, and the like. However, these three-dimensional display methods have a problem in that a physiological contradiction occurs between convergence and focus adjustment, which causes the sickness and eye fatigue peculiar to stereoscopic vision.

この問題を解決する方法として、いくつかの手法が提案されている。一つは光線再現法である。最も有名な光線再現法はホログラム写真であるが、処理すべき情報が膨大であるため、電子ディスプレイでこれを実現するのは現時点では困難である。電子的に輻輳調節矛盾を解決できる程度の細かな光線再現を実現する方法として、梶木善裕らが提案している集束化光源列(FLA)による超多眼式立体ディスプレイ(非特許文献1;3次元画像コンファレンス1996 講演論文集,pp.108-113, 1996)や高木康博,が提案している64眼式三次元カラーディスプレイとコンピューター合成した三次元物体の表示(非特許文献2;3次元画像コンファレンス2002講演論文集、 pp. 85-88, 2002.)などの 超多眼方式が知られている。ただし、この方式でも用意すべきデータの量は非常に多く、その分画像の解像度(画素数)を犠牲にせざるをえない。   Several methods have been proposed as a method for solving this problem. One is a ray reproduction method. The most famous ray reproduction method is a holographic photograph. However, since information to be processed is enormous, it is difficult to realize this with an electronic display at the present time. As a method for realizing fine light beam reproduction that can solve the contradiction of congestion adjustment electronically, a super-multi-view three-dimensional display using a focused light source array (FLA) proposed by Yoshihiro Kashiwagi et al. 3D Image Conference 1996, Proceedings of Proceedings, pp.108-113, 1996) and Yasuhiro Takagi, 64 Eye 3D Color Display and Computer Displayed 3D Object Display (Non-Patent Document 2; 3D Image Super multi-view systems such as Conference 2002 Proceedings, pp. 85-88, 2002. are known. However, even with this method, the amount of data to be prepared is very large, and the resolution (number of pixels) of the image must be sacrificed accordingly.

処理すべき情報量を抑えた上で輻輳調節矛盾を解決する方法として、掛谷英紀らが提案しているシリンダーレンズと高周波パターンを組み合わせる方法(特許文献3)が提案されている。この方法は、必要なデータ数の増加は大幅に減らすことが可能であるが、元画像に高周波パターンを重畳することから、それによる画質の低下は避けられない。   As a method of solving congestion adjustment contradiction while suppressing the amount of information to be processed, a method of combining a high frequency pattern with a cylinder lens proposed by Hideki Kakeya et al. Has been proposed (Patent Document 3). Although this method can significantly reduce the increase in the number of necessary data, since the high frequency pattern is superimposed on the original image, the deterioration of the image quality due to this is inevitable.

さらに、Actuality System.社の,商品Perspecta Spacial 3Dのように/映像を高速に回転させたり、Alan C.TraubによるStereoscopic Display Using Rapid Varifocal Mirror Oscillations,( 非特許文献3;Applied Optics, vol.6, No.6, June, 1967)やS. SuyamaらによるThree-dimensional Display System with Dual-Frequency Liquid-Crystal Varifocal Lens,(非特許文献4;Jpn.J. April. Phys., 39, pp. 480-484, 2000)のように高速な可変焦点光学系を用いたり、あるいはA.Sullivan,LightSpace Technologies社による Depth Cube solid state 3D volumetric display (非特許文献5;Stereoscopic Display and Virtual Reality Systems XI, SPIE Vol.5291, pp. 279-284, 2004)のように複数枚のスクリーンを重ねたりすることにより、ボリュームディスプレイを実現する方式もいくつか提案されている。   Furthermore, as with the product Perspecta Spacial 3D of Actuality System./ rotating images at high speed, Stereoscopic Display Using Rapid Varifocal Mirror Oscillations by Alan C. Traub, (Non-patent Document 3; Applied Optics, vol.6, No. 6, June, 1967) and S. Suyama et al., Three-dimensional Display System with Dual-Frequency Liquid-Crystal Varifocal Lens, (Non-Patent Document 4; Jpn. J. April. Phys., 39, pp. 480- 484, 2000), or a high-speed variable focus optical system such as Depth Cube solid state 3D volumetric display by A. Sullivan, LightSpace Technologies (Non-Patent Document 5; Stereoscopic Display and Virtual Reality Systems XI, SPIE Vol. 5291, pp. 279-284, 2004), several methods for realizing a volume display by overlapping a plurality of screens have been proposed.

これらの方式では、対応する奥行きに光源あるいは光源の実像または虚像が置かれるので、輻輳調節矛盾は生じない。また、光線再現法に比べ、表示に必要なデータ量は低く抑えられる。しかし、上で挙げたボリュームディスプレイ全てに共通する欠点として、物体間の隠蔽関係(オクルージョン)や光沢を表現することができないという問題がある。また、ボリューム表示を実現するためには、当然映像空間のボリューム情報が必要となる。実世界に対して実時間での正確な3次元計測は困難であり、2次元画像で普及しているテレビジョンのように実写をリアルタイムで表示することはボリュームディスプレイで実現することは困難となる。   In these methods, a light source or a real image or a virtual image of the light source is placed at a corresponding depth, so that there is no congestion adjustment contradiction. In addition, the amount of data required for display can be kept low compared to the ray reproduction method. However, as a drawback common to all the volume displays mentioned above, there is a problem that a hiding relationship (occlusion) between objects and gloss cannot be expressed. In order to realize volume display, naturally, volume information of the video space is required. Accurate 3D measurement in real time is difficult for the real world, and real-time display of real-time images is difficult to achieve with a volume display, as is the case with television that is prevalent in 2D images. .

特開2001−218231号公報JP 2001-218231 A 特開2005−165236号公報JP 2005-165236 A 特開2005−165237号公報JP 2005-165237 A

3次元画像コンファレンス1996 講演論文集,pp.108-113, 19963D Image Conference 1996 Proceedings, pp.108-113, 1996 3次元画像コンファレンス2002講演論文集、 pp. 85-88, 2002.Proceedings of 3D Image Conference 2002, pp. 85-88, 2002. Applied Optics, vol.6, No.6, June, 1967Applied Optics, vol.6, No.6, June, 1967 Jpn. J. April. Phys., 39, pp. 480-484, 2000Jpn. J. April. Phys., 39, pp. 480-484, 2000 “Stereoscopic Display and Virtual Reality Systems XI”, SPIE Vol.5291, pp. 279-284, 2004“Stereoscopic Display and Virtual Reality Systems XI”, SPIE Vol.5291, pp. 279-284, 2004

このように、従来の立体表示方式においては、輻輳調節矛盾の解消、処理すべきデータ量の抑制、隠蔽関係や光沢面の表現という3つの要求を全て同時に満足する方式は存在しなかった。   As described above, in the conventional stereoscopic display system, there is no system that satisfies all three requirements at the same time: resolution of contradiction in congestion adjustment, suppression of data amount to be processed, concealment relation and glossy surface expression.

本発明は、隠蔽関係や光沢面の表現を可能にし、また輻輳調節矛盾を解消する立体画像を表示する方法および装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method and apparatus for displaying a stereoscopic image that enables the expression of concealment relationships and glossy surfaces and eliminates contradiction in congestion adjustment.

本発明を用いると、多層の奥行きにわたって画像を描画するボリュームディスプレイ装置において光沢面や隠蔽関係を表現することが容易である。また、輻輳調節の矛盾が解消され従来の立体視特有の目の疲労や酔いが生じない立体像を提示することが可能である。   By using the present invention, it is easy to express a glossy surface and a concealment relationship in a volume display device that draws an image over multiple depths. In addition, it is possible to present a stereoscopic image in which contradiction of convergence adjustment is resolved and eye fatigue and sickness peculiar to conventional stereoscopic vision do not occur.

人間が物体を注視する際、焦点調節の手がかりとして入力画像中のエッジの情報を用いている事が知られている。エッジのぼけが最も少なくなる距離に人間は焦点を合わせようとする。この性質を利用して、観測者の焦点位置をスクリーン上から輻輳に対応する奥行までの誘導を行うことができる。   It is known that when a human gazes at an object, information on an edge in an input image is used as a key for focus adjustment. Humans try to focus on the distance where the edge blur is least. Using this property, it is possible to guide the observer's focal position from the screen to the depth corresponding to the congestion.

具体的には、表示したい画像をもとに、平滑化した画像とエッジ抽出を行った画像の2つを作成し、両眼視差・輻輳の提示は平滑化した画像を用い、それにより提示した立体像と重なるようにエッジ画像を配置する。従来法においては、エッジのぼけが最も少なくなる点はスクリーン面上であったため、焦点調節もスクリーン上に固定されてしまっていたが、本発明において最もエッジのぼけが少なくなる点はエッジ画像上の点、すなわち、立体像のできる奥行上の点であるため、結果として焦点は立体像上に誘導されることになる。   Specifically, based on the image you want to display, create two images, a smoothed image and an edge-extracted image. Binocular parallax and congestion are presented using a smoothed image. The edge image is arranged so as to overlap the stereoscopic image. In the conventional method, since the point where the edge blur is the smallest was on the screen surface, the focus adjustment was also fixed on the screen. However, in the present invention, the point where the edge blur is the smallest is on the edge image. This is a point on the depth where a stereoscopic image can be formed, and as a result, the focal point is guided on the stereoscopic image.

ここで、立体像と重ね合わせるためにエッジ画像の表示自体も立体表示にて行う必要が生じる。本本発明では、エッジ画像の表示にはボリュームディスプレイの手法を用いる。エッジを表示するボリュームディスプレイは、例えばモノクロの透過型液晶を何枚も重ね合わせる等により実現することが可能である。この手法では、1枚の平面ディスプレイにて全ての描画を行うのではなく、表示する物体の奥行に合わせて描画する奥行も変化させるため、輻輳に加え、焦点調節も誘導することが可能になる。   Here, in order to overlap the stereoscopic image, it is necessary to display the edge image itself by stereoscopic display. In the present invention, a volume display technique is used to display the edge image. The volume display for displaying the edge can be realized, for example, by superposing a number of monochrome transmissive liquid crystals. This method does not perform all drawing on a single flat display, but also changes the depth to be drawn in accordance with the depth of the object to be displayed, so that it is possible to induce focus adjustment in addition to convergence. .

もちろん、エッジ以外の領域も含め、全てをボリュームディスプレイ上で表現することも考えられる。たしかに、表示する物体の3Dモデルが既知であるのであれば描画に支障はないが、実時間で撮影された実写画像の立体表示のように、表示対象の3Dモデルが未知の場合には、別途3次元形状計測が必要となる。実時間にて実物体の3次元形状計測を行う手法としてステレオマッチングが挙げられるが、対象物体に十分なテクスチャ情報のない場合では良い計測結果を期待できず、また、計算コストも大きくなる。それゆえ、本来ボリュームディスプレイはこの用途には不向きである。   Of course, it is also possible to express everything on the volume display, including areas other than edges. Certainly, if the 3D model of the object to be displayed is known, there is no problem in drawing. However, if the 3D model to be displayed is unknown, such as a stereoscopic display of a real image taken in real time, it is not necessary. Three-dimensional shape measurement is required. Stereo matching is an example of a method for measuring a three-dimensional shape of a real object in real time. However, if the target object does not have sufficient texture information, a good measurement result cannot be expected, and the calculation cost increases. Therefore, a volume display is inherently unsuitable for this application.

しかし、本本発明においては、このボリュームディスプレイに表示するのは表示対象のエッジの部分のみであるため、ステレオマッチングによる良い計測結果を期待でき、なおかつ計算コストも少なく済む。そのため、本本発明では形状が既知のモデルのみでなく、実時間での撮影・形状計測と組み合わせた実写画像の立体表示も可能となると期待される。   However, in the present invention, since only the edge portion to be displayed is displayed on the volume display, a good measurement result by stereo matching can be expected, and the calculation cost can be reduced. Therefore, in the present invention, it is expected that not only a model whose shape is known but also a stereoscopic display of a real image combined with shooting and shape measurement in real time.

さらに、フラット領域(エッジ領域以外)では右目と左目に別々の画像を投影することが可能なので、光沢面の表現も可能となり、さらにエッジ情報以外についてはオクルージョン関係(手前にある物体は背後にある物体を隠すという隠蔽関係)も表現することが可能となる。   Furthermore, since it is possible to project separate images for the right eye and left eye in the flat area (other than the edge area), it is possible to express a glossy surface, and in addition to the edge information, the occlusion relationship (the object in the foreground is behind) It is also possible to express a concealment relationship of hiding an object.

この様なことから、本発明の立体画像表示装置は、観察者の右目用の画像と左目用の画像とを表示する2次元表示手段と、右(あるいは左)目が右目(あるいは左目)用の画像を見易くする画像選択手段と、右目用の画像と左目用の画像とを透過し、前記の右目用の画像と左目用の画像にそれぞれの画像の奥行き画像を重ねて表示する3次元表示手段と、を備え、上記の2次元表示装置と3次元表示装置とを同期して表示させることにより、観察者から見た立体画像を表示するものである。   For this reason, the stereoscopic image display apparatus of the present invention is a two-dimensional display means for displaying an image for the right eye and an image for the left eye of the observer, and the right (or left) eye is for the right eye (or left eye). Image selection means for making the image easy to see, and a three-dimensional display that transmits the image for the right eye and the image for the left eye, and displays the depth image of each image superimposed on the image for the right eye and the image for the left eye Means for displaying a stereoscopic image viewed from the observer by synchronously displaying the two-dimensional display device and the three-dimensional display device.

また、上記の画像選択手段を通過した画像を結像する結像系をさらに備えるものである。   Further, the image forming apparatus further includes an image forming system for forming an image that has passed through the image selecting means.

また、多人数で観賞するために、本発明の立体画像表示装置は、複数の観察者の右目用の画像と左目用の画像とを表示する2次元表示手段と、それぞれの観察者の右(あるいは左)目が右目(あるいは左目)用の画像を見易くする画像選択手段と、上記の右目用の画像と左目用の画像とを透過し、それぞれの上記の右目用の画像と左目用の画像にそれぞれの画像の奥行き画像を重ねて表示する3次元表示手段と、を備え、上記の2次元表示装置と3次元表示装置とを同期して表示させることにより、観察者から見た立体画像を表示するものである。   Further, for viewing by a large number of people, the stereoscopic image display device of the present invention includes a two-dimensional display means for displaying a right eye image and a left eye image of a plurality of observers, and a right ( Alternatively, the left) eye transmits the right eye image (or the left eye image) and the right eye image and the left eye image, and the right eye image and the left eye image are transmitted. 3D display means for superimposing and displaying the depth images of the respective images, and displaying the two-dimensional display device and the three-dimensional display device in synchronism with each other so that a stereoscopic image viewed from the observer can be displayed. To display.

また、上記の3次元表示手段には、画像のエッジ部を表示する。   The three-dimensional display means displays an edge portion of the image.

また、3次元表示手段は、光を透過する2次元表示手段を積層して奥行きを持たせた表示手段であってもよい。   Further, the three-dimensional display means may be a display means having a depth by stacking two-dimensional display means that transmits light.

また、本発明の立体画像表示装置は、右目用に用意した画像と左目用に用意したそれぞれの画像から、それぞれのエッジ画像とエッジ画像の3次元位置を抽出するエッジ抽出手段と、上記の右目用に用意した画像と左目用に用意したそれぞれの画像から、それぞれのエッジ画像部分を抑制した2次元画像を抽出する2次元画像抽出手段と、上記の抽出した2次元画像を2次元表示装置で表示し、その表示する時期に合わせて、上記のエッジ画像を3次元表示手段で表示する同期表示手段と、を備える。   The stereoscopic image display apparatus of the present invention includes an edge extraction unit that extracts a three-dimensional position of each edge image and edge image from the image prepared for the right eye and the image prepared for the left eye, and the right eye described above. A two-dimensional image extracting means for extracting a two-dimensional image in which each edge image portion is suppressed from the images prepared for the left eye and the images prepared for the left eye, and the extracted two-dimensional image by the two-dimensional display device And synchronous display means for displaying the edge image on the three-dimensional display means in accordance with the display timing.

また、本発明の立体画像表示方法は、右目用に用意した画像と左目用に用意したそれぞれの画像から、それぞれのエッジ画像とエッジ画像の3次元位置を抽出するステップと、上記の右目用に用意した画像と左目用に用意したそれぞれの画像から、それぞれのエッジ画像部分を抑制した2次元画像を抽出するステップと、上記の抽出した2次元画像を2次元表示装置で表示する時期に合わせて、上記のエッジ画像を3次元表示手段で表示するステップと、を備えるものである。   The stereoscopic image display method of the present invention includes a step of extracting a three-dimensional position of each edge image and edge image from each image prepared for the right eye and each image prepared for the left eye, and for the right eye described above. A step of extracting a two-dimensional image in which each edge image portion is suppressed from the prepared image and the respective images prepared for the left eye, and the time when the extracted two-dimensional image is displayed on the two-dimensional display device. And displaying the above-mentioned edge image with a three-dimensional display means.

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, devices having the same function or similar functions are denoted by the same reference numerals unless there is a special reason.

まず、本発明の概要及び本発明の第一の実施形態を図1を用いて説明する。図1は、2次元表示手段の同一画面上に重ねて描画した画像1と画像2のうち、観察者3の右目4には画像1のみ、左目5には画像2のみが観測されるように光路が選択される機構を持つ画像表示装置6と、多層の奥行きにわたって画像を描画することでボリューム情報7を表示する3次元表示手段である画像表示装置8からなる。画像表示装置6の画像選択手段としては、画像1と画像2に直交する偏光を用いる偏光フィルタや、画像1と画像2に時間差を設けて表示する液晶シャッターを用いるメガネ式立体表示方式、レンチキュラレンズを用いる裸眼立体画像表示装置、パララックスバリアを用いる裸眼立体画像表示装置、特許文献1の裸眼立体画像表示装置など公知の技術を利用することができる。特許文献1の裸眼立体画像表示装置とは、すなわち、視差を持つ2種類の画像を表示する映像表示装置、その2種類の画像を選択的に透過して分離する装置、更に結像系の光学装置を順に配置し、それに映像鑑賞者の左眼と右眼の位置を検出する装置を組み合わせる構成をとり、映像鑑賞者の左眼と右眼の位置の移動に合せて映像表示装置の表示画像を変化せしめ、また、画像の選択的透過装置を制御し、映像鑑賞者3の左右両眼に視差を含む異なる画像を提示するとともに、結像系を利用して映像鑑賞者の手元の実像面14に実像を生成することによって、映像鑑賞者3の手元に奥行きを持つ立体画像を提示するものである。   First, the outline | summary of this invention and 1st embodiment of this invention are demonstrated using FIG. FIG. 1 shows that among the images 1 and 2 drawn on the same screen of the two-dimensional display means, only the image 1 is observed in the right eye 4 and only the image 2 is observed in the left eye 5 of the observer 3. It comprises an image display device 6 having a mechanism for selecting an optical path and an image display device 8 which is a three-dimensional display means for displaying volume information 7 by drawing an image over multiple depths. As the image selection means of the image display device 6, glasses-type stereoscopic display system using a polarizing filter that uses polarized light orthogonal to the images 1 and 2, a liquid crystal shutter that displays the images 1 and 2 with a time difference, and a lenticular lens Known techniques such as a naked-eye stereoscopic image display device using a parallax barrier, a naked-eye stereoscopic image display device using a parallax barrier, and a naked-eye stereoscopic image display device disclosed in Patent Document 1 can be used. The autostereoscopic image display device of Patent Document 1 is a video display device that displays two types of images having parallax, a device that selectively transmits and separates the two types of images, and an optical system for an imaging system. The devices are arranged in order and combined with a device that detects the positions of the left and right eyes of the video viewer, and the display image of the video display device according to the movement of the positions of the left and right eyes of the video viewer In addition, the selective transmission device of the image is controlled, and different images including parallax are presented to the left and right eyes of the video viewer 3, and the real image plane at the hand of the video viewer using the imaging system By generating a real image in FIG. 14, a stereoscopic image having a depth at the hand of the video viewer 3 is presented.

また、ボリューム情報を表示する3次元表示手段である画像表示装置8としては、光透過型であることが肝要であり、高速可変焦点光学系を用いた公知のボリュームディスプレイのほか、より簡易な装置としてモノクロTFT液晶パネルを多層に重ねた表示装置を用いることも可能である。画像表示装置6と画像表示装置8は、図には示していないが、同期回路により、表示は同期している。特に、動画を表示する場合には、画像表示装置6と画像表示装置8は同期していることが望ましい。   Further, the image display device 8 which is a three-dimensional display means for displaying volume information is required to be a light transmission type, and in addition to a known volume display using a high-speed variable focus optical system, a simpler device. It is also possible to use a display device in which monochrome TFT liquid crystal panels are stacked in multiple layers. Although the image display device 6 and the image display device 8 are not shown in the drawing, the display is synchronized by the synchronization circuit. In particular, when displaying a moving image, it is desirable that the image display device 6 and the image display device 8 are synchronized.

画像表示装置6に表示される画像1と画像2には、表示させたい立体像のうちの主にエッジ以外の部分を表示する。エッジが顕著である画像の場合は、エッジを抑制する処理を行なって表示することが望ましい。一方、ボリューム画像7は立体像のうちの主にエッジ部分を表示する。表示する画像のエッジを抽出して表示することが望ましい。画像1とボリューム画像7は右目3から見たときにエッジ部分と非エッジ部分が整合して重なりあい、視点に応じた元画像が復元されるように描画し、画像2と7は左目4から見たときに始点に応じた元画像が復元されるように描画する。隠蔽関係や光沢の表現は左右の目に異なる画像1、2を提示することにより実現する。一方、人間の目の焦点は、エッジが視覚刺激として与えられたとき、そのエッジがはっきり見えるようにその奥行きに合わせて調節がなされることが知られている。これから、立体像の奥行きに応じて焦点調節点が変化するという現象を、ボリューム画像7によって表現することが可能であることが分かる。これにより、輻輳調節矛盾が解消され、なおかつ隠蔽関係や光沢表現を含む立体映像を観察者に見せることが可能になる。つまり、隠蔽関係や光沢の表現は2次表示手段である画像表示装置6で行い、輻輳調節矛盾の解消は3次元表示手段である画像表示装置8で行なう。   In image 1 and image 2 displayed on the image display device 6, a portion other than the edge of the stereoscopic image desired to be displayed is displayed. In the case of an image having a noticeable edge, it is desirable to display the image by performing processing for suppressing the edge. On the other hand, the volume image 7 mainly displays an edge portion of the stereoscopic image. It is desirable to extract and display the edge of the image to be displayed. The image 1 and the volume image 7 are drawn so that the edge portion and the non-edge portion are aligned and overlapped when viewed from the right eye 3, and the original image corresponding to the viewpoint is restored, and the images 2 and 7 are drawn from the left eye 4. Drawing is performed so that the original image corresponding to the starting point is restored when viewed. The concealment relationship and gloss expression are realized by presenting different images 1 and 2 to the left and right eyes. On the other hand, when the edge is given as a visual stimulus, the focus of the human eye is known to be adjusted according to the depth so that the edge can be clearly seen. From this, it can be seen that the phenomenon that the focus adjustment point changes according to the depth of the stereoscopic image can be expressed by the volume image 7. As a result, the contradiction of congestion adjustment is resolved, and it is possible to show the viewer a stereoscopic image including a concealment relationship and glossy expression. That is, the concealment relationship and gloss expression are performed by the image display device 6 that is a secondary display unit, and the resolution adjustment contradiction is resolved by the image display unit 8 that is a three-dimensional display unit.

また、画像表示装置6や8は、表示制御部22や23で制御される。特に画像表示装置8は、切換回路24で奥行きに関する表示位置を変化させた表示を行なう。この表示制御部22や23は、同期制御部21で画像表示装置6や8の表示が同期するように制御される。表示制御部22や23、あるいは、同期制御部21には、入力した表示信号を信号制御部20でそれぞれ用に抽出された信号が供給される。例えば、表示制御部22に供給するエッジを抑制した画像信号や、表示制御部23に供給するエッジを抽出した画像信号は、信号制御部20で処理され生成される。   The image display devices 6 and 8 are controlled by the display control units 22 and 23. In particular, the image display device 8 performs display in which the display position related to the depth is changed by the switching circuit 24. The display control units 22 and 23 are controlled by the synchronization control unit 21 so that the display of the image display devices 6 and 8 is synchronized. The display control unit 22 or 23 or the synchronization control unit 21 is supplied with a signal obtained by extracting the input display signal by the signal control unit 20. For example, the image signal in which the edge supplied to the display control unit 22 is suppressed and the image signal from which the edge supplied to the display control unit 23 is extracted are processed and generated by the signal control unit 20.

また、パーソナルコンピュータ(PC)などの場合は、図1から3に示した構成とは異なるが、PC内部のクロック信号が同期信号の役割をはたし、ひとつのグラフィックボード上で同時に処理された2次元表示装置用の表示信号を3次元表示装置用の表示信号を、それぞれの表示装置に分配することで、2次元表示装置と3次元表示装置とを同期して出力する。   In the case of a personal computer (PC) or the like, although the configuration is different from that shown in FIGS. 1 to 3, the clock signal in the PC plays the role of a synchronization signal and is processed simultaneously on one graphic board. By distributing the display signal for the two-dimensional display device to the display device for the three-dimensional display device, the two-dimensional display device and the three-dimensional display device are output in synchronization.

一般に、ひとつの2次元表示画面に対応する3次元表示画面は、3次元表示装置の構成(例えば積層した液晶表示板)に応じて、単数以外に複数の画面を持つ場合がある。上記で言う同期とは、このように2次元表示画面に対応する3次元表示画面を同期して表示することを意味する。   In general, a three-dimensional display screen corresponding to one two-dimensional display screen may have a plurality of screens in addition to a single one depending on the configuration of the three-dimensional display device (for example, stacked liquid crystal display panels). The term “synchronization” as used above means that the three-dimensional display screen corresponding to the two-dimensional display screen is displayed synchronously.

以下に本発明の第二の実施形態を図2を用いて説明する。この実施形態においては、第一の実施形態の2眼式ステレオ表示に代わり、多眼式ステレオ表示が可能な画像表示装置9を用いる。これにより、複数人の観測者が固有の視点に応じた立体像を観測することが可能になるほか、運動視差が再現され、一人の観測者が移動しながら様々な角度からの立体像を眺めることも可能となる。画像表示装置9としては、インテグラルフォトの原理を応用したもの、上下左右の示唆を実現するパララックスバリア方式、特許文献2で公知の方式などを利用することができる。特許文献2で公知の方式とは、すなわち、縦横に配置された画像投影装置と、隣り合う画像投影装置から投影された光源からの光を互いに概ね近接して接続するように拡散するフライアイレンズと、概ね近接するように拡散された各光源の実像を生成する凸レンズ光学系とを備え、観察位置の移動に応じて、異なる画像投影装置からの画像が概ね途切れることなく入れ替わって入射する構成を備えるものである。   Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, an image display device 9 capable of multi-eye stereo display is used instead of the binocular stereo display of the first embodiment. This makes it possible for multiple observers to observe a stereoscopic image according to a unique viewpoint, and reproduces motion parallax so that a single observer can view a stereoscopic image from various angles while moving. It is also possible. As the image display device 9, an application of the principle of integral photo, a parallax barrier method that realizes up / down / left / right suggestions, a method known in Patent Document 2, and the like can be used. A method known in Patent Document 2 is a fly-eye lens that diffuses so that light from light sources projected from adjacent image projectors and image projectors arranged vertically and horizontally are connected in close proximity to each other. And a convex lens optical system that generates a real image of each light source diffused so as to be substantially close to each other, and in accordance with the movement of the observation position, images from different image projection devices are switched and incident on each other without interruption. It is to be prepared.

次に本発明の第三の実施形態を図3を用いて説明する。この実施形態においては、第二の実施形態に実像を結ばせるための凸レンズ光学系10を組み合わせる。これにより多眼式ステレオ表示が可能な画像表示装置9の表示を、空中に立体像11として生成することが可能となる。立体像11の結像位置は異なるが、凸レンズ光学系10の代わりに凹面鏡光学系を用いることも可能である。   Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the convex lens optical system 10 for forming a real image is combined with the second embodiment. As a result, the display of the image display device 9 capable of multi-view stereo display can be generated as a stereoscopic image 11 in the air. Although the imaging position of the three-dimensional image 11 is different, a concave mirror optical system can be used instead of the convex lens optical system 10.

立体画像表示装置が利用される分野は多岐に渡っている。例えば、交通機関の運転シミュレーションの表示装置や、遠隔手術などの遠隔操作の際の表示装置、より現実感のあるシミュレーション型の金魚入り水槽などのデジタルペット用の表示装置、商品の細部の構造も見せることの出来る展示装置、などに使用することができる。また、本発明の立体画像表示装置および立体画像表示方法では、隠蔽関係や光沢面の表現が可能で、輻輳と焦点調節との間に生理的矛盾が生じない。このため、表示装置を見る側にとっては、長時間の使用でも疲労が少なく、また初見においても違和感のない表示を行なうことが出来る。   There are various fields in which stereoscopic image display devices are used. For example, a display device for driving simulation of transportation, a display device for remote operation such as remote surgery, a display device for digital pets such as a more realistic simulation type fish tank with goldfish, etc. It can be used for display devices that can be shown. In the stereoscopic image display apparatus and stereoscopic image display method of the present invention, it is possible to express a concealment relationship and a glossy surface, and there is no physiological contradiction between convergence and focus adjustment. For this reason, on the side of viewing the display device, there is little fatigue even when used for a long time, and it is possible to perform a display with no sense of incongruity even at the first look.

本発明の概略および第一の実施形態を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an outline of the present invention and a first embodiment. 本発明の第二の実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三の実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows 3rd embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 右目に提示する画像
2 左目に提示する画像
3 観察者
4 右目
5 左目
6 画像表示装置
7 描画されるボリューム情報
8 画像表示装置
9 画像表示装置
10 凸レンズ光学系
11 空中に生成される立体像の実像
20 信号制御部
21 同期制御部
22 表示制御
23 表示制御
24 切換回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image presented to the right eye 2 Image presented to the left eye 3 Observer 4 Right eye 5 Left eye 6 Image display device 7 Volume information to be drawn 8 Image display device 9 Image display device 10 Convex lens optical system 11 Three-dimensional image generated in the air Real image 20 Signal control unit 21 Synchronization control unit 22 Display control 23 Display control 24 Switching circuit

Claims (7)

観察者の右目用の画像と左目用の画像とを表示する2次元表示手段と、
右(あるいは左)目が右目(あるいは左目)用の画像を見易くする画像選択手段と、
右目用の画像と左目用の画像とを透過し、前記の右目用の画像と左目用の画像にそれぞれの画像の奥行き画像を重ねて表示する3次元表示手段と、を備え、
上記の2次元表示装置と3次元表示装置とを同期して表示させることにより、観察者から見た立体画像を表示することを特徴とする立体画像表示装置。
Two-dimensional display means for displaying an image for the right eye and an image for the left eye of the observer;
Image selection means for making the right (or left) eye easy to see the image for the right eye (or left eye);
Three-dimensional display means that transmits the right-eye image and the left-eye image, and displays the right-eye image and the left-eye image so that the depth images of the respective images are superimposed on each other.
A stereoscopic image display device that displays a stereoscopic image viewed from an observer by displaying the two-dimensional display device and the three-dimensional display device in synchronization with each other.
上記の画像選択手段を通過した画像を結像する結像系をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の立体画像表示装置。   The stereoscopic image display apparatus according to claim 1, further comprising an imaging system that forms an image that has passed through the image selection unit. 複数の観察者の右目用の画像と左目用の画像とを表示する2次元表示手段と、
それぞれの観察者の右(あるいは左)目が右目(あるいは左目)用の画像を見易くする画像選択手段と、上記の右目用の画像と左目用の画像とを透過し、それぞれの上記の右目用の画像と左目用の画像にそれぞれの画像の奥行き画像を重ねて表示する3次元表示手段と、を備え、
上記の2次元表示装置と3次元表示装置とを同期して表示させることにより、観察者から見た立体画像を表示することを特徴とする請求項1あるいは2に記載の立体画像表示装置。
Two-dimensional display means for displaying a right eye image and a left eye image of a plurality of observers;
The right (or left) eye of each observer transmits the right eye (or left eye) image for easy viewing, and the right eye image and the left eye image are transmitted through the right eye (or left eye) image. Three-dimensional display means for displaying a depth image of each image superimposed on the image for left eye and the image for the left eye,
3. The stereoscopic image display device according to claim 1, wherein a stereoscopic image viewed from an observer is displayed by displaying the two-dimensional display device and the three-dimensional display device in synchronization with each other. 4.
上記の3次元表示手段には、画像のエッジ部を表示することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の立体画像表示装置。   The stereoscopic image display device according to claim 1, wherein an edge portion of an image is displayed on the three-dimensional display unit. 3次元表示手段は、光を透過する2次元表示手段を積層して奥行きを持たせた表示手段であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の立体画像表示装置。   5. The stereoscopic image display device according to claim 1, wherein the three-dimensional display unit is a display unit that has a depth by stacking two-dimensional display units that transmit light. 右目用に用意した画像と左目用に用意したそれぞれの画像から、それぞれのエッジ画像とエッジ画像の3次元位置を抽出するエッジ抽出手段と、
上記の右目用に用意した画像と左目用に用意したそれぞれの画像から、それぞれのエッジ画像部分を抑制した2次元画像を抽出する2次元画像抽出手段と、
上記の抽出した2次元画像を2次元表示装置で表示する時期に合わせて、
上記のエッジ画像を3次元表示手段で表示する同期表示手段と、を備えることを特徴とする請求項5に記載の立体画像表示装置。
Edge extraction means for extracting the edge image and the three-dimensional position of the edge image from the image prepared for the right eye and the image prepared for the left eye;
Two-dimensional image extraction means for extracting a two-dimensional image in which each edge image portion is suppressed from the image prepared for the right eye and the respective images prepared for the left eye;
In accordance with the time when the extracted 2D image is displayed on the 2D display device,
The stereoscopic image display apparatus according to claim 5, further comprising: synchronous display means for displaying the edge image by a three-dimensional display means.
請求項6に記載の立体画像表示装置の表示方法であって、
右目用に用意した画像と左目用に用意したそれぞれの画像から、それぞれのエッジ画像とエッジ画像の3次元位置を抽出するステップと、
上記の右目用に用意した画像と左目用に用意したそれぞれの画像から、それぞれのエッジ画像部分を抑制した2次元画像を抽出するステップと、
上記の抽出した2次元画像を2次元表示装置で表示する時期に合わせて、
上記のエッジ画像を3次元表示手段で表示するステップと、を備えることを特徴とする立体画像表示方法。
It is a display method of the three-dimensional image display device according to claim 6,
Extracting each edge image and the three-dimensional position of the edge image from each image prepared for the right eye and each image prepared for the left eye;
Extracting a two-dimensional image in which each edge image portion is suppressed from the image prepared for the right eye and the image prepared for the left eye, and
In accordance with the time when the extracted 2D image is displayed on the 2D display device,
And a step of displaying the edge image on a three-dimensional display means.
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