JP2007065541A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 視聴者が表示手段を見る角度により生じる画像の歪みを、視聴者と表示手段との位置関係に基づいて補正した画像を生成して表示する。
【解決手段】 画像を表示手段１６０に表示する画像表示装置１は、表示手段１６０を見る視聴者の位置に関する情報を取得する位置情報取得部１２０と、視聴者の位置に応じて生じる画像の歪みが画素毎に補正された画像を、取得した情報に基いて生成する補正画像生成部１１０と、生成された画像をこの表示手段１６０に表示する表示駆動部１５０とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、画像を表示手段に表示する画像表示装置に関する。

従来、ディスプレイのような表示手段に表示された画像は、視聴者の見る位置に依って、歪んで見えた。この結果、画像中に文字や図形を含む場合、文字や図形が変形されて見えるため、この画像を見る視聴者は、画像中の文字や図形を誤って認識するという問題があった。
このような問題に対処するために、下記特許文献１に記載されているディスプレイの位置決めシステムは、ディスプレイに表示された画像を見る視聴者の位置を検出して、視聴者とディスプレイとを正面で対向させるべく、ディスプレイを回動させていた。

特表２００４−５１９７２１号公報

しかしながら、上記したディスプレイの位置決めシステムは、ディスプレイを回動させるための機構部が必要であるため、このシステムを採用した表示装置が大型化することに加えて、ディスプレイが回動できる空間を確保して表示装置を設置する必要があった。更に、慣性の大きいディスプレイを回動させるため、視聴者と対向するまでに時間が掛かった。

上記した課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、画像の表示を行う表示手段を備えた画像表示装置であって、前記表示手段を見る視聴者の位置に関する情報を取得する位置情報取得部と、前記位置情報に応じて補正された画像を、前記取得した情報に基いて生成する補正画像生成部と、前記生成された画像を前記表示手段に表示する表示駆動部とを備えることを特徴とする。
この発明によれば、視聴者の位置の情報に基いて、補正画像生成部で視聴者が見える画像の歪みを補正された画像が生成され、表示手段に表示される。従って、表示手段を機械的に回動させる機構を必要としないため、画像表示装置の小型化が可能であると共に、設置する場所を選ぶ自由度が増加する。加えて、見る角度により生じる前記歪みが除去された画像を、演算処理により迅速に生成して表示できる。

本発明では、前記位置情報取得部は、前記表示手段と、前記視聴者との距離の情報を取得する距離情報取得手段と、前記表示手段の表示面の法線と、前記視聴者の視線との成す角度の情報を取得する角度情報取得手段とを有することが好ましい。
この発明によれば、表示手段と視聴者との位置関係における、距離と角度に関する情報を取得できる。

この発明では、前記補正画像生成部は、前記距離の情報と前記角度の情報とに基き、前記入力された画像を構成する各画素の位置を、前記歪みが補正される位置にそれぞれ演算により写像する写像手段を有することが好ましい。
この発明によれば、写像手段の演算により、入力された画像を構成する各画素の位置は、歪みが補正される位置に写像されるため、歪みの補正を高速に処理できる。

この発明では、前記写像手段は、前記画素の位置を、前記視聴者が前記表示手段を見る水平方向の位置と、前記水平方向と直交する垂直方向の位置とに分離し、それぞれの方向毎に写像することが好ましい。
この発明によれば、写像手段は、互いに直交する２つの方向に分離してそれぞれの方向毎に写像するため、写像のための演算を単純化できる。

この発明では、前記補正画像生成部は、前記２つの方向の内、前記写像手段による位置の変動量が多い一方の方向を補正して前記画像を生成しても良い。
この発明によれば、２つの方向の内、写像手段による位置の変動量が多い一方の方向を補正して画像を生成するため、補正して表示するのに要する時間を短縮できる。

この発明では、前記補正画像生成部は、前記補正された画像を拡大または縮小する画像拡大／縮小手段を有することが好ましい。
この発明によれば、歪みが補正された画像を拡大することで、表示手段上で何も表示されない領域を縮小できる。また、歪みが補正された画像を縮小することで、表示手段上で表示されない画像の領域を縮小できる。

この発明では、前記生成された画像の中心と、前記表示手段の中心とを略一致させるべく、前記表示手段で表示される前記画像の領域を決定する表示領域決定部を更に備えることが好ましい。
この発明のよれば、歪みを補正された画像と、表示手段との中心部が略一致することから、表示手段に対して画像の偏りが補正されるため、視聴者に対して違和感のない画像を表示できる。

この発明では、前記位置情報取得部は、前記画像表示装置を操作すべく発せられた信号に基いて、前記位置に関する情報を取得することが好ましい。
この発明によれば、操作する信号を用いて、位置に関する情報を取得できる。

以下、本発明の実施形態について、テレビジョン受像機のように、各種の画像を視聴者に表示する画像表示装置１を用いて説明する。
（実施形態）

（ハードウェア構成）
図１は、画像表示装置１のハードウェア構成を示す図である。この画像表示装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２と、ビデオデコーダ３４と、ビデオプロセッサ３２と、画像メモリ３０と、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）コントローラ１６と、ＬＣＤドライバ１８と、距離検出回路２６と、角度検出回路２２と、入力Ｉ／Ｆ（Interface）３６とを備える。また、これらのハードウェアは、バス３８により各信号が授受可能に接続されている。

ＣＰＵ１０は、ＲＯＭ１４に格納された基本制御プログラムなどの各種プログラム及びデータを読み込み、これらの各種プログラム及びデータをＲＡＭ１２内に設けられるメインメモリ領域に展開して実行し、画像表示装置１が備える各部の制御を実行する。

入力Ｉ／Ｆ３６は、操作リモコン４４から送られた光や音波等に重畳された操作信号を受信する受信回路４２の信号と、画像信号入力端子４０に入力された画像信号とを入力するインターフェイスである。

ビデオデコーダ３４は、画像信号入力端子４０に入力されたアナログ画像信号を、ビデオプロセッサ３２に入力可能なデジタル画像信号に変換する。また、ビデオプロセッサ３２は、画像信号入力端子４０から入力されたデジタル画像信号やビデオデコーダ３４で変換されたデジタル画像信号を入力して、後述する種々の画像処理を各画素単位で実行する。更に、画像メモリ３０は、デジタル画像信号を一時的に保管するためのメモリである。

ＬＣＤコントローラ１６は、画像メモリ３０に記憶された画像信号を基に、ＬＣＤパネル２０で描画する描画信号を生成して、ＬＣＤドライバ１８に送る。また、ＬＣＤドライバ１８は、ＬＣＤコントローラ１６で生成された描画信号に従い、図示を略したソースドライバとゲートドライバによりＬＣＤパネル２０上の各画素を順次描画する。尚、本実施形態では、表示媒体としてＬＣＤパネル２０を採用している。このＬＣＤパネル２０の画素数は、１９２０画素×１０８０画素を想定し、ＬＣＤパネル２０の幅寸法ＰＷは、１０１．８ｃｍを想定し、ＬＣＤパネル２０の高さ寸法ＰＨは、５７．３ｃｍを想定している。尚、このＬＣＤパネル２０の属性に関する情報は、予めＲＯＭ１４等に記憶されている。

距離検出回路２６は、距離センサ２８から出力される電気信号から、距離に関する情報を検出する。この距離センサ２８は、例えば、ＬＣＤパネル２０の近傍に設置されると共に、図示を略した受光手段を有し、操作リモコン４４から発光された光が、受光手段に入射する位置や強度等により、操作リモコン４４を操作する視聴者１７０（図３参照）からの距離に応じた信号を出力する。尚、この距離センサ２８は、光による方法には限定されず、超音波や電波等による方法も採用できる。

角度検出回路２２は、角度センサ２４から出力される電気信号から、角度に関する情報を検出する。この角度センサ２４は、例えば、ＬＣＤパネル２０の近傍に設置されると共に、前記した操作リモコン４４から発せられた２つの音波の到達時間から、操作リモコン４４を操作する視聴者１７０と、ＬＣＤパネル２０面の法線との角度に応じた信号を出力する。また、操作リモコン４４の内部にＧＰＳ（Global Positioning System）のような位置検出手段を具備し、操作リモコン４４から発せられる指示信号に含まれる位置情報から検出しても良い。更に、距離センサ２８と角度センサ２４とは、一体であっても良く、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）のような撮像素子によりＬＣＤパネル２０と視聴者１７０とを俯瞰的に撮影して、画像処理により前記した距離と角度とを算出しても良い。

（機能構成）
図２は、画像表示装置１の機能構成を示す機能ブロック図である。この画像表示装置１は、画像入力部１００と、補正画像生成部１１０と、位置情報取得部１２０と、表示領域決定部１４０と、表示駆動部１５０と、表示手段１６０とを備える。尚、これらの機能部は、前記したハードウェア資源と、ソフトウェアとが有機的に協働することで実現される。以降、各機能部についての説明および理解を容易にすべく、図３〜図５も参照して説明する。

画像入力部１００は、各画素により構成されるデジタル画像のデータが入力される。入力されたデータは、補正画像生成部１１０に送られる。

位置情報取得部１２０は、距離情報取得手段１２２と、角度情報取得手段１２４とを有する。距離情報取得手段１２２は、表示手段１６０と、この表示手段１６０を見る視聴者１７０との距離を測定して、測定した距離に関する情報を補正画像生成部１１０に送る。具体的には、表示手段１６０と視聴者１７０との距離は、前記した距離センサ２８により測定された後、距離検出回路２６で距離を示す信号に変換される。

角度情報取得手段１２４は、表示手段１６０の表示面の法線方向と視聴者１７０との成す角度を測定して、測定した角度に関する情報を補正画像生成部１１０に送る。具体的には、表示手段１６０と視聴者１７０との成す角度は、前記した角度センサ２４により測定された後、角度検出回路２２で角度を示す信号に変換される。

ここで、図３（ａ）は、表示手段１６０と、この表示手段１６０を見る視聴者１７０との位置関係を説明する図である。この中で、視聴者１７０Ａが表示手段１６０を見る場合、距離情報取得手段１２２は、表示手段１６０と視聴者１７０Ａとの距離（Ｌ）を測定すると共に、角度情報取得手段１２４は、表示手段１６０の表示面の法線方向と視聴者１７０Ａとの成す角度を測定する。この場合、視聴者１７０Ａは、表示手段１６０の表示面の法線上に位置するため、測定した角度は０度である。また、視聴者１７０Ｂが表示手段１６０を見る場合、距離情報取得手段１２２は、表示手段１６０と視聴者１７０Ｂとの距離（Ｌ）を測定すると共に、角度情報取得手段１２４は、表示手段１６０の表示面の法線方向と視聴者１７０Ｂとの成す角度（θ）を測定する。

尚、本実施形態においては、説明および理解を容易にすべく、視聴者（１７０Ａ，１７０Ｂ）の目の位置は、表示手段１６０の略中央にあると想定する。従って、視聴者（１７０Ａ，１７０Ｂ）の目の俯仰角は０度である。このような位置関係において、表示手段１６０と対向する視聴者１７０Ａが見る表示手段１６０の画像は、図３（ｂ）のようになる。また、後述する補正画像生成部１１０を機能させること無く、入力した画像を表示させた場合、視聴者１７０Ｂが見る表示手段１６０の画像には、図３（ｃ）のように一方向に歪みが生じる。

図２に戻り、補正画像生成部１１０は、画素写像手段１１２と、画像拡大／縮小手段１１４とを有し、この補正画像生成部１１０で生成された画像データは、表示領域決定部１４０に送られる。

画素写像手段１１２は、距離情報取得手段１２２から入力した距離の情報と、角度情報取得手段１２４から入力した角度の情報とに基いて、表示手段１６０に表示される画像の各画素の位置を、歪みが補正される位置に写像する。具体的には、この画素写像手段１１２は、図３（ｃ）のように歪んで見える画像の各画素を、歪みを打ち消す位置にそれぞれ写像する。図４（ｄ）は、このように歪みを補正するための画素の移動を説明する図であり、図４（ｅ）は、歪みが補正された画像を示す図である。図４（ｄ）に示すように、ＬＣＤパネル２０に表示される歪み補正前の画像５０上の任意の座標（Ｘ，Ｙ）に対して、所定の写像関数を乗することにより、歪み補正後の画像５５に写像される座標（Ｘ’，Ｙ’）を算出できることが知られている。即ち、表示手段１６０と視聴者１７０Ｂとの距離（Ｌ）、および表示手段１６０の表示面の法線方向と視聴者１７０Ｂとの成す角度（θ）を用いて、Ｘ方向の写像関数は、次式のように示せる。

同様に、Ｙ方向の写像関数は、Ｘ方向の座標値を用いて次式のように示せる。

従って、歪み補正後の画像５５に写像される座標（Ｘ’，Ｙ’）と、歪み補正前の画像５０上の任意の座標（Ｘ，Ｙ）との関係は、上記した式を用いて次式で示せる。
Ｘ’＝Ｐ（Ｘ）×Ｘ・・・・（３）
Ｙ’＝Ｑ（Ｘ）×Ｙ・・・・（４）

上記した式（３）および式（４）を、歪み補正前の画像５０（ＰＷ×ＰＨ）の全ての画素に適用することで、図４（ｅ）のように、視聴者１７０Ｂから見て、歪みが補正された歪み補正後の画像５５のデータを生成できる。尚、補正後の画像５５は、幅がＰＷ１（但し、ＰＷ１＞ＰＷ）で、高さがＰＨ１とＰＨ２（但し、ＰＨ２＞ＰＨ＞ＰＨ１）の略台形状になる。また、Ｘ方向およびＹ方向の両方向に対して、歪み補正は行わず、それぞれの方向の内、補正による座標の移動量が多い方向のみに限定しても良い。即ち、本実施形態では、Ｘ方向のみ式（３）を採用し、Ｙ方向は、Ｙの座標値を写像することなく採用しても良い。

次に、画像拡大／縮小手段１１４は、前記した方法により画像の歪みを補正した際に、補正した画像を所定の倍率で拡大または縮小する。図５（ｆ）は、補正後の画像５５（幅ＰＷ１、高さＰＨ１とＰＨ２の台形状）が補正前の画像５０（幅ＰＷ、高さＰＨの矩形状）の大きさを越えないように縮小された画像６０（幅ＰＷ２、高さＰＨ３とＰＨの台形状）を示す。同様に、図５（ｇ）は、補正後の画像５５の全てが補正前の画像５０の大きさを越えるように拡大された画像６５（幅ＰＷ３、高さＰＨ４とＰＨ５の台形状）を示す。

このようにして、補正前の画像５０を、表示手段１６０の表示面の法線方向と視聴者１７０Ｂとの成す角度（θ）傾けた画像を想定し、この画像の四隅と視聴者１７０Ｂとを直線で結ぶ。ここで、縮小倍率は、その直線と、傾ける前の補正前の画像５０を成す平面（ＸＹ平面）とが交わる各点の座標を、傾ける前の補正前の画像５０の四隅を結ぶ座標内に収まるように決定する。

同様に、拡大倍率は、前記直線と、傾ける前の補正前の画像５０を成す平面（ＸＹ平面）とが交わる各点の座標を、傾ける前の補正前の画像５０の四隅を結ぶ座標内に収まらないように決定する。このようにして決定された縮小倍率または拡大倍率を、各画素に対して乗することにより、拡大または縮小された画像データを生成できる。尚、歪みが補正された画像を拡大するか、縮小するか、または画像拡大／縮小手段１１４で何も処理しないかは、予め画像表示装置１の使用者等により選択される。

再び図２に戻り、表示領域決定部１４０は、補正画像生成部１１０から送られた画像データの中から、この画像データが示す画像の中心と、表示手段１６０の中心とを略一致させるべく、表示手段１６０で表示する領域を決定する。決定した領域を含む画像データは、表示駆動部１５０に送られる。

表示駆動部１５０は、表示領域決定部１４０から送られた画像データを表示手段１６０に表示する。尚、本発明における表示手段１６０は、ＬＣＤパネル２０に限定されず、プラズマディスプレイパネルやブラウン管等も採用できる。更に、表示手段１６０に表示した画像を直接見る方式以外に、表示媒体に表示した画像を投写して見るプロジェクタのような方式も採用できる。

（処理フロー）
図６は、画像表示装置１の処理の流れを示すフローチャートであり、この図を参照して、画像表示装置１で動画像を表示する処理の流れを説明する。

この画像表示装置１による処理が開始されると、最初に、位置情報取得部１２０の距離情報取得手段１２２と、角度情報取得手段１２４は、視聴者１７０と表示手段１６０との距離および角度を測定する（ステップＳ７０）。

次に、補正画像生成部１１０は、距離および角度の情報から、画素写像手段１１２で使用する写像関数を定義する（ステップＳ７２）。

続いて、補正画像生成部１１０は、画像入力部１００に入力されたデジタル画像データの画像フレームを読み込む（ステップＳ７４）。

次に、画素写像手段１１２は、補正画像生成部１１０に読み込まれた画像フレームの各画素を写像関数で写像して、歪みが補正された画像を生成する（ステップＳ７６）。

続いて、画像拡大／縮小手段１１４は、画素写像手段１１２で生成された画像を拡大または縮小する（ステップＳ７８）。

次に、表示領域決定部１４０は、画像拡大／縮小手段１１４で拡大または縮小された画像を表示手段１６０で表示する表示領域を決定する（ステップＳ８０）。

続いて、表示駆動部１５０は、表示領域決定部１４０で決定された画像の表示領域に従い、この画像を表示手段１６０に表示する（ステップＳ８２）。

続いて、画像表示装置１は、処理すべき画像フレームの有無をチェックする（ステップＳ８４）。ここで、処理すべき画像フレームが無い場合、即ち、表示すべき動画像データが終了した場合（ステップＳ８４でＹｅｓ）、一連の処理を終了する。

他方で、処理すべき画像フレームが残存する場合、即ち、表示すべき動画像データが終了していない場合（ステップＳ８４でＮｏ）、位置情報取得部１２０は、視聴者１７０の位置を測定し（ステップＳ８６）、視聴者１７０の位置に変化があったか、否かを判定する（ステップＳ８８）。

ここで、視聴者１７０の位置に変化があった場合（ステップＳ８８でＹｅｓ）、写像関数を定義する工程（ステップＳ７２）に戻る。他方で、視聴者１７０の位置に変化が無い場合（ステップＳ８８でＮｏ）、デジタル画像データの次の画像フレームを読み込む工程（ステップＳ７４）に戻る。

上記した処理の流れにより、見る位置に従って生じる画像の歪みは、演算処理する写像関数により補正される。従って、視聴者１７０は、視聴中に視聴位置を変えても、表示手段１６０の正面から見る場合と同様の歪みの無い動画像を常に観賞できる。

以上、本発明を図示した実施形態に基づいて説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、以下に述べるような変形例も想定できる。
（１）表示手段１６０と画像の縦横比がそれぞれ異なる場合、表示手段１６０に生じる表示されない領域を、歪み補正した画像の表示領域の一部として用いても良い。
（２）本発明の画像表示装置をプロジェクタのような画像投写装置に適用しても良く、補正画像生成部１１０は、投写光学系による光学的な処理により画像の歪みを補正しても良い。

本発明の実施形態に係る画像表示装置のハードウェア構成を示す図。 本発明の実施形態に係る画像表示装置の機能構成を示す機能ブロック図。 （ａ）は、表示手段と、この表示手段を見る視聴者との位置関係を示し、（ｂ）は、表示手段の表示面の法線上から見た画像を示し、（ｃ）は、表示手段の表示面の非法線上から見た画像を示す図。 （ｄ）は、画素写像手段による画像上の画素の移動を説明し、（ｅ）は、歪みが補正された画像を示す図。 （ｆ）は、補正後の画像が補正前の画像の大きさを越えないように縮小した画像を示し、（ｇ）は、補正後の画像の全てが補正前の画像の大きさを越えるように拡大した画像を示す図。 本発明の実施形態に係る画像表示装置の処理の流れを示すフローチャート。

符号の説明

１…画像表示装置、１０…ＣＰＵ、１２…ＲＡＭ、１４…ＲＯＭ、１６…ＬＣＤコントローラ、１８…ＬＣＤドライバ、２０…ＬＣＤパネル、２２…角度検出回路、２４…角度センサ、２６…距離検出回路、２８…距離センサ、３０…画像メモリ、３２…ビデオプロセッサ、３４…ビデオデコーダ、３６…入力Ｉ／Ｆ、３８…バス、４０…画像信号入力端子、４２…受信回路、４４…操作リモコン、５０…歪み補正前の画像、５５…歪み補正後の画像、６０…縮小した画像、６５…拡大した画像、１００…画像入力部、１１０…補正画像生成部、１１２…画素写像手段、１１４…画像拡大／縮小手段、１２０…位置情報取得部、１２２…距離情報取得手段、１２４…角度情報取得手段、１４０…表示領域決定部、１５０…表示駆動部、１６０…表示手段、１７０…視聴者。

Claims (8)

1. 画像の表示を行う表示手段を備えた画像表示装置であって、
   前記表示手段を見る視聴者の位置に関する情報を取得する位置情報取得部と、
   前記位置情報に応じて補正された画像を、前記取得した情報に基いて生成する補正画像生成部と、
   前記生成された画像を前記表示手段に表示する表示駆動部とを備えることを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１に記載の画像表示装置において、
   前記位置情報取得部は、
   前記表示手段と、前記視聴者との距離の情報を取得する距離情報取得手段と、
   前記表示手段の表示面の法線と、前記視聴者の視線との成す角度の情報を取得する角度情報取得手段とを有することを特徴とする画像表示装置
3. 請求項１乃至２のいずれかに記載の画像表示装置において、
   前記補正画像生成部は、
   前記距離の情報と前記角度の情報とに基き、
   前記入力された画像を構成する各画素の位置を、前記歪みが補正される位置にそれぞれ演算により写像する写像手段を有することを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項３に記載の画像表示装置において、
   前記写像手段は、
   前記画素の位置を、前記視聴者が前記表示手段を見る水平方向の位置と、前記水平方向と直交する垂直方向の位置とに分離し、それぞれの方向毎に写像することを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項４に記載の画像表示装置において、
   前記補正画像生成部は、
   前記２つの方向の内、前記写像手段による位置の変動量が多い一方の方向を補正して前記画像を生成することを特徴とする画像表示装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像表示装置において、
   前記補正画像生成部は、
   前記補正された画像を拡大または縮小する画像拡大／縮小手段を有することを特徴とする画像表示装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像表示装置において、
   前記生成された画像の中心と、前記表示手段の中心とを略一致させるべく、
   前記表示手段で表示される前記画像の領域を決定する表示領域決定部を更に備えることを特徴とする画像表示装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像表示装置において、
   前記位置情報取得部は、
   前記画像表示装置を操作すべく発せられた信号に基いて、前記位置に関する情報を取得することを特徴とする画像表示装置。
   
   

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