JP2007104474A - Solid image display unit and method for generating and displaying element image thereof - Google Patents

Solid image display unit and method for generating and displaying element image thereof Download PDF

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隆史 平原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for generating and displaying an element image for a solid image of a solid image display unit, and to provide the solid image display unit, enabling reduction of data capacity, memory capacity and processing time of constant magnitude, when generating the element image for obtaining the solid image constituted of a plurality of three-dimensional display elements, and enabling the solid image to be observed without unnaturalness. <P>SOLUTION: In the processing for generating the element image for the solid image on a two-dimensional image display device, a view field angle 15b obtained through the positional relationship between a two-dimensional convex microlens array 1 and the two-dimensional display device 2 is calculated in two orthogonal directions in the display plane of the two-dimensional display device, to obtain an X-directional view field angle and a Y-directional view field angle. The calculation object of the element image of the solid image is limited only to a convex microlens having a principal point positioned in the area of a quadrangular pyramid formed of the selected three-dimensional display pixel position as vertex, the X-directional view field angle and the Y-directional view field angle as vertical angles, and the display plane of the two-dimensional display device 2 as base. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、3次元画素表示データから立体像を得るための立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法および立体像表示装置に関する。   The present invention relates to a stereoscopic image element image creation and display method and a stereoscopic image display apparatus for a stereoscopic image display apparatus for obtaining a stereoscopic image from three-dimensional pixel display data.

立体感を与える画像は、例えば(非特許文献1)や(非特許文献2)などに記述されているように、立体感を得る視覚効果によりいくつかの種類に分類される。その中でも、実際に物体を見るときと同じ視覚効果を再現することで立体像を観察できるホログラフィ等が、一般的に知られている。   Images that give a three-dimensional effect are classified into several types according to visual effects that give a three-dimensional effect, as described in, for example, (Non-Patent Document 1) and (Non-Patent Document 2). Among them, holography that can observe a stereoscopic image by reproducing the same visual effect as when an object is actually seen is generally known.

これらの方式の一つとして、インテグラル・フォトグラフィ(Integral Photography、以下「IP」と略す。)方式や、レンティキュラ方式等が知られている。これは密に並べられたフライアイ・レンズアレイやレンティキュラレンズアレイを通して立体像の撮影・表示を行ったりするものや、(非特許文献3)に記述されているピンホールアレイ等を通して立体像の撮影・表示を行うものがあり、特殊なメガネなどを装着せずに自然な立体像が観察できることから注目されている。   As one of these methods, an integral photography (hereinafter referred to as “IP”) method, a lenticular method, and the like are known. This is a method of taking and displaying a stereoscopic image through a closely arranged fly-eye lens array or lenticular lens array, or a pinhole array described in (Non-patent Document 3). There are some that take pictures and display, and they are attracting attention because they can observe natural three-dimensional images without wearing special glasses.

ここでIPを例に取り、立体像を撮影・表示するための基本原理を図8に示す。   Here, taking IP as an example, FIG. 8 shows a basic principle for photographing and displaying a stereoscopic image.

図8は、インテグラル・フォトグラフィ方式での立体像を撮影するための基本原理を示す図である。   FIG. 8 is a diagram illustrating a basic principle for photographing a stereoscopic image by the integral photography method.

撮影には小さい凸レンズを規則的に配列したフライアイ・レンズ(ハエの目レンズ)と呼ばれるフライアイ・レンズアレイ(複眼状のレンズ)31を用いる。フライアイ・レンズアレイ31の各凸レンズ毎に、3次元物体33の要素画像34がフィルム32上に結像することで記録される。再生時にはフィルム32を現像し、そのまま元の位置に置き、背面から照明してフライアイ・レンズアレイ31越しにフィルム32に記録された要素画像34を観察すると、観察者35は立体像36を見ることができる。フィルム32上に記録された要素画像34の各点は、表示に際してはフライアイ・レンズアレイ31の各凸レンズを介して元の3次元物体33があった位置に集束するため、観察者35から見ると実際にその点から光が発しているように見える。つまり、観察者35には3次元物体33があった空間に実像が形成され、あたかもそこに実物があるように見え、視線の動きに応じてこの立体像36の見える部分が変化するように見える。   For photographing, a fly-eye lens array (a compound eye lens) 31 called a fly-eye lens (fly-eye lens) in which small convex lenses are regularly arranged is used. For each convex lens of the fly-eye lens array 31, an element image 34 of the three-dimensional object 33 is recorded on the film 32 and recorded. During reproduction, the film 32 is developed, placed in its original position, illuminated from the back, and the element image 34 recorded on the film 32 is observed through the fly-eye lens array 31, and the observer 35 sees the three-dimensional image 36. be able to. Each point of the element image 34 recorded on the film 32 is focused on the position where the original three-dimensional object 33 was located via each convex lens of the fly-eye lens array 31 at the time of display. And it seems that light is actually emitted from that point. That is, the observer 35 forms a real image in the space where the three-dimensional object 33 was present, and it appears as if the real object is there, and the visible portion of the stereoscopic image 36 changes according to the movement of the line of sight. .

但し、このままでは立体像36の奥行きが逆転する現象が生じる。すなわち凹凸が逆の像が得られる。これは再現された光線が立体像36の方に逆行し、図8において3次元物体33の右側から撮影したのに関わらず、左側から観察することになるからである。このため、図9に示された要素画像34を変換する手順を追加する。つまり、単なる凸レンズでは倒立像になるので、正立像に変換する処理を光軸に対称に行う。   However, in this state, a phenomenon occurs in which the depth of the stereoscopic image 36 is reversed. In other words, an image having the opposite irregularities is obtained. This is because the reproduced light beam travels backward toward the three-dimensional image 36 and is observed from the left side regardless of being photographed from the right side of the three-dimensional object 33 in FIG. For this reason, a procedure for converting the element image 34 shown in FIG. 9 is added. That is, since a simple convex lens results in an inverted image, the process of converting to an erect image is performed symmetrically with respect to the optical axis.

IP方式では立体像36の解像度の上限は観察者35から見たフライアイ・レンズアレイ31のレンズ密度で決まるため、画質の確保にはフライアイ・レンズアレイ31を構成する多数のレンズ(つまり多数の要素画像34)が必要である。また、各要素画像34にも一定の画素数が必要になるため、全体として多くの画素が必要となる。   In the IP system, since the upper limit of the resolution of the stereoscopic image 36 is determined by the lens density of the fly-eye lens array 31 viewed from the observer 35, a large number of lenses (that is, a large number of lenses) constituting the fly-eye lens array 31 are required to ensure image quality. Element image 34) is required. In addition, since each element image 34 requires a certain number of pixels, a large number of pixels are required as a whole.

このようなIP方式を始めとする立体像を得るための2次元表示デバイスに表示する画像(以下「要素画像」という)は、レンジファインダ、ステレオカメラ、CG(Computer Graphics )、CT(Computerized Tomography)、MRI(Magnetic Resonance Imaging)等の医療機器などにより取得された3次元座標の各座標成分(例えばX,Y,Z)や各物体の色情報(例えばR,G,B)等の固有情報で構成される多次元データ、すなわちボクセルデータを作成した後、そのボクセルデータにレンダリングと呼ばれる画像処理を施すことにより要素画像が得られる。この要素画像のレンダリングは、前述のフィルム32と実際の3次元物体33を用いて行う光学的なアナログ処理に相当する部分を、数学的な計算を用いたデジタル処理によってボクセルデータに対し擬似的に行うものである。例えばコンピュータ上で動作するプログラムや専用のハードウェア回路等により以下のように実現される。   An image (hereinafter referred to as “element image”) displayed on a two-dimensional display device for obtaining a stereoscopic image including such an IP system is a range finder, a stereo camera, a CG (Computer Graphics), and a CT (Computerized Tomography). Specific information such as coordinate components (eg, X, Y, Z) of three-dimensional coordinates and color information (eg, R, G, B) of each object acquired by medical equipment such as MRI (Magnetic Resonance Imaging) After creating multi-dimensional data to be configured, that is, voxel data, an element image is obtained by performing image processing called rendering on the voxel data. The rendering of the element image is performed by artificially processing the portion corresponding to the optical analog processing performed using the film 32 and the actual three-dimensional object 33 on the voxel data by digital processing using mathematical calculation. Is what you do. For example, it is realized as follows by a program operating on a computer, a dedicated hardware circuit, or the like.

すなわち、デジタル処理は、まず、2次元表示デバイス上にある2次元表示画素を選択する。次に、その「2次元表示画素」と「レンズ主点またはピンホール位置」の2点を通る直線上のボクセルデータを求める。そして、そのボクセルデータのうち最も観察者35側寄りのボクセルデータを探索し、そのボクセルデータの色情報を、選択した2次元表示画素の色情報とするという処理により行われる。つまり、立体像表示時に再生される光線の方向に従って探索し、「2次元表示デバイスの画素の位置情報」、「レンズ主点位置またはピンホール位置」をもとに2次元表示デバイスの色情報を求めるという処理を、2次元表示デバイスの全2次元表示画素について順次実施している。   That is, in the digital processing, first, a two-dimensional display pixel on the two-dimensional display device is selected. Next, voxel data on a straight line passing through the two points “two-dimensional display pixel” and “lens principal point or pinhole position” is obtained. The voxel data closest to the viewer 35 is searched from the voxel data, and the color information of the voxel data is used as the color information of the selected two-dimensional display pixel. In other words, a search is performed according to the direction of the light beam that is reproduced during stereoscopic image display, and the color information of the two-dimensional display device is obtained based on the “pixel position information of the two-dimensional display device” and “lens principal point position or pinhole position” The process of obtaining is sequentially performed for all the two-dimensional display pixels of the two-dimensional display device.

以下、図10および図11を用いて従来の立体像表示装置による要素画像のレンダリング方法の一例について説明する(例えば、特許文献1参照。)。   Hereinafter, an example of an element image rendering method by a conventional stereoscopic image display apparatus will be described with reference to FIGS. 10 and 11 (see, for example, Patent Document 1).

図10は、従来の立体像表示装置の例を示す図であり、マイクロ凸レンズ2次元アレイ11および2次元表示デバイスの一つである仮想感光体22から構成されている。図11は、従来の立体表示装置における立体像要素画像作成表示方法の処理を示すフローチャートである。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a conventional stereoscopic image display apparatus, which includes a micro-convex lens two-dimensional array 11 and a virtual photoconductor 22 that is one of two-dimensional display devices. FIG. 11 is a flowchart showing processing of a stereoscopic image element image creation / display method in a conventional stereoscopic display device.

まず、S401にて、Paを選択する。次に、S402にて、Paとマイクロ凸レンズ2次元アレイのうちの一つの凸レンズの主点(レンズ中心で、直線Pa−Sa、直線Pb−S、直線Pc−Scの交点)を結ぶ直線Pa−Saをまず求める。S403にて、この直線Pa−Sa上の3次元画素2ヶ所のうち、観察者35側の画素Faの色情報であるRGB値を、2次元表示画素Paの色情報のRGB値とする。以下、S404にて残りの「2次元表示画像データ」の有無をチェックする。S404にて、残りの「2次元表示画像データ」が無い場合には処理を終了し、有る場合には、S401へ移行する。そして、S401へ移行したらPbについて直線Pb−Sb上の3次元画素を探索し、3次元画素FbのRGB値を2次元表示画素PbのRGB値とする。同様にPcについても、直線Pc−Sc上の3次元画素を探索し、3次元画素FcのRGB値を2次元表示画素PcのRGB値とする。このようにして、全2次元表示画素についてS401からS403まで順次繰り返す。すなわち、基本的には、2次元表示デバイスの画素数分の基本処理が行われる。   First, in S401, Pa is selected. Next, in S402, a straight line Pa- connecting Pa and a principal point of one convex lens in the two-dimensional array of micro convex lenses (intersection of straight line Pa-Sa, straight line Pb-S, straight line Pc-Sc at the lens center). Sa is determined first. In S403, the RGB value that is the color information of the pixel Fa on the viewer 35 side out of the two three-dimensional pixels on the straight line Pa-Sa is set as the RGB value of the color information of the two-dimensional display pixel Pa. In step S404, the presence / absence of the remaining “two-dimensional display image data” is checked. In S404, if there is no remaining “two-dimensional display image data”, the process ends. If there is, the process proceeds to S401. When the process proceeds to S401, a three-dimensional pixel on the straight line Pb-Sb is searched for Pb, and the RGB value of the three-dimensional pixel Fb is set as the RGB value of the two-dimensional display pixel Pb. Similarly, for Pc, a three-dimensional pixel on the straight line Pc-Sc is searched, and the RGB value of the three-dimensional pixel Fc is set as the RGB value of the two-dimensional display pixel Pc. In this manner, S401 to S403 are sequentially repeated for all the two-dimensional display pixels. That is, basically, basic processing is performed for the number of pixels of the two-dimensional display device.

S403において最も観察者35側の画素を見つける処理においては、Sa、Sb、Sc・・・で示される最遠点から数画素刻みで探索直線上をそれぞれ2次元表示画素側であるPa、Pb、Pc・・・の方向に繰り返し探索し、立体像の内側に入ったら、逆方向に1画素ずつ探索するという処理を行っている。すなわち、選択した1つの2次元画素から、探索直線上にあって、必要となる最も観察者35側の3次元画素を求めるために、繰り返し処理が行われている。   In the process of finding the pixel closest to the viewer 35 in S403, Pa, Pb, and Pb on the two-dimensional display pixel side on the search line in increments of several pixels from the farthest point indicated by Sa, Sb, Sc. A search is repeatedly performed in the direction of Pc..., And when entering the inside of the stereoscopic image, a process of searching one pixel at a time in the reverse direction is performed. That is, iterative processing is performed in order to obtain the most necessary three-dimensional pixel on the viewer 35 side on the search line from one selected two-dimensional pixel.

このようにして得られた要素画像により自然な立体像がフライアイ・レンズまたはピンホールを通して観察でき、高い臨場感や没入感が体験できる。   The element image thus obtained allows a natural three-dimensional image to be observed through a fly-eye lens or a pinhole, and a high sense of presence and immersion can be experienced.

ボクセルデータすなわち3次元画素データは、データ取得に多大な演算量ならびに多大なデータ保存領域が必要となるため、一般にこれらの3次元表示画素数は要素画像をレンダリングする2次元表示デバイス上の画素数と比較するとそう大きくはない。例えば、医療画像で一般に用いられる3次元表示画素数は512×512×512または512×512×256である。立体像表示には、表示される立体内部の画素は不要で、表面の画素があれば良いので実際に必要となる画素数は、512×512画素の平面の6面分、つまり512×512×6と考えられる。それに対して、この立体像を表示することに使用される2次元表示デバイスの画素数は、使用する2次元表示デバイスが高解像度フィルムだと7600×9200画素(1016ppi、8×10インチサイズフィルム)、(非特許文献3)のインクジェットプリンタでの印刷の場合では5760×5760画素(720ppi、A4サイズ)である。最近登場し始めた立体表示可能な液晶ディスプレイでも3840×2400画素(204ppi、22インチ液晶)であり、これは前記の「立体像表示に必要とされる表面のみの3次元表示画素数512×512×6」の約6倍である。   Since voxel data, that is, three-dimensional pixel data, requires a large amount of calculation and a large data storage area for data acquisition, the number of these three-dimensional display pixels is generally the number of pixels on a two-dimensional display device that renders an element image. Is not so big compared to For example, the number of three-dimensional display pixels generally used in medical images is 512 × 512 × 512 or 512 × 512 × 256. The stereoscopic image display does not require the pixels inside the displayed three-dimensional object, and it is sufficient if there are pixels on the surface, so the number of pixels actually required is six planes of 512 × 512 pixels, that is, 512 × 512 ×. 6 is considered. On the other hand, the number of pixels of the 2D display device used to display this stereoscopic image is 7600 × 9200 pixels (1016 ppi, 8 × 10 inch size film) if the 2D display device to be used is a high resolution film. In the case of printing with the inkjet printer of (Non-Patent Document 3), it is 5760 × 5760 pixels (720 ppi, A4 size). The liquid crystal display capable of stereoscopic display that has started to appear recently has 3840 × 2400 pixels (204 ppi, 22-inch liquid crystal). This is the above-mentioned “the number of three-dimensional display pixels only on the surface required for stereoscopic image display 512 × 512”. × 6 ”is about 6 times.

また、自然な立体感を得るためには、(非特許文献3)に記載されているように32×32=1024方向の画像を2次元表示デバイスへ表示するためには、512×512×1024の2次元表示画素が必要となり、これは前記の「立体像表示に必要とされる表面のみの3次元表示画素数512×512×6」の約170倍である。   In order to obtain a natural stereoscopic effect, as described in (Non-Patent Document 3), in order to display an image in the direction of 32 × 32 = 1024 on a two-dimensional display device, 512 × 512 × 1024. 2D display pixels are required, which is approximately 170 times the above-mentioned “the number of 3D display pixels only on the surface required for stereoscopic image display 512 × 512 × 6”.

ハイビジョンや地上デジタル放送、高画質DVD(Digital Versatile Disk)による映画鑑賞といった高画質映像ソフトの普及に向けての技術開発により、2次元表示デバイスの高解像度化は今後も進んでいくと考えられるが、前述のように3次元表示画素と比較して2次元表示デバイス上の画素数が少なくとも約6倍以上と大きいため、従来のレンダリング方法では基本処理の回数がかなり多くなる上、さらに各基本処理内の3次元画素探索処理に繰り返し回数不確定の探索処理が実施されるので、多大な演算が必要となる。   With the development of high-definition video software such as high-definition, digital terrestrial broadcasting, and high-definition DVD (Digital Versatile Disk) movie appreciation, it is considered that the resolution of 2D display devices will continue to increase. As described above, since the number of pixels on the two-dimensional display device is at least about 6 times larger than that of the three-dimensional display pixel, the number of basic processes is considerably increased in the conventional rendering method, and each basic process is further increased. In the three-dimensional pixel search process, a search process with an indefinite number of repetitions is performed, so that a large amount of computation is required.

すなわち、(1)平面上の2次元表示画素から、空間上の3次元表示画素を探索するという処理において、目的とする3次元表示画素を求めるために、2次元表示画素とレンズ主点またはピンホール位置の2点を通る探索直線上で、繰り返し回数不確定の繰り返し探索処理が必要で、各2次元表示画素の色情報算出処理そのものの演算量も多くなる。(2)3次元表示画素データの取得には高演算量が必要となることや自然な立体感を得るためには多方向からの視差画像が必要となるため、一般的に、3次元表示画素数に対して、要素画像の2次元表示画素数のほうが多くなる。(3)高解像度の2次元表示デバイスを使用すると、「2次元画素数が倍になれば演算量も倍になる」という具合に、前記(1)の「各2次元表示画素の色情報算出処理」の演算回数も単純に増加するという問題点があり、高画質化と高速処理の両立が困難である。   That is, (1) in a process of searching for a three-dimensional display pixel in space from a two-dimensional display pixel on a plane, in order to obtain a target three-dimensional display pixel, a two-dimensional display pixel and a lens principal point or pin It is necessary to perform an iterative search process with an indefinite number of repetitions on a search line that passes through two points at the hole position, and the amount of calculation of the color information calculation process itself for each two-dimensional display pixel increases. (2) The acquisition of 3D display pixel data requires a high amount of computation, and a parallax image from multiple directions is required to obtain a natural stereoscopic effect. The number of two-dimensional display pixels of the element image is larger than the number. (3) When a high-resolution two-dimensional display device is used, “calculation of color information of each two-dimensional display pixel” in the above (1), for example, “the calculation amount doubles if the number of two-dimensional pixels is doubled”. There is a problem that the number of operations of “processing” simply increases, and it is difficult to achieve both high image quality and high-speed processing.

この従来の立体像要素画像作成表示方法に対し、立体像の構成要素である画素位置情報および画素色情報からなる3次元表示画素データを順次選択し、選択した3次元表示画素形状の2次元表示画像デバイス表示面への投影領域内の画素群の色情報をその3次元表示画素データの色情報として2次元表示デバイス上に立体像の要素画像の作成または表示を行うという改善を行った。この改善により、立体像表示の基本処理は立体画素数の回数となり、それまでが2次元画素数の回数の基本処理であったことに対し、演算回数の削減を実現することができる。   In contrast to this conventional stereoscopic image element image creation and display method, 3D display pixel data consisting of pixel position information and pixel color information, which are components of a stereoscopic image, are sequentially selected, and the selected 3D display pixel shape is displayed in 2D Improvement was made in that the elemental image of a stereoscopic image was created or displayed on the two-dimensional display device using the color information of the pixel group in the projection area on the image device display surface as the color information of the three-dimensional display pixel data. With this improvement, the basic processing of stereoscopic image display is the number of stereoscopic pixels, and the number of computations can be reduced compared to the basic processing of the number of two-dimensional pixels.

その従来の他の立体像要素画像作成表示方法の処理を図12に示す。   FIG. 12 shows processing of another conventional stereoscopic image element image creation / display method.

図12は、従来の他の立体像要素画像作成表示方法の処理を示すフローチャートである。   FIG. 12 is a flowchart showing processing of another conventional stereoscopic image element image creation / display method.

まず、3次元表示画素(以下、「ボクセル」と称す。)データをそれぞれの奥行データ成分の順にソートする。この場合はZデータの値により昇順に並び替え、観察者奥側から観察者手前側へボクセルデータをソートする(S501処理)。次に、ソートされた順番に1つのボクセルデータを選択し(S502処理)、光線を再生するレンズを選択する(S503処理)。さらに次にS502で選択されたボクセルデータの8頂点のそれぞれとS503で選択されたレンズの主点とを結ぶ各直線をそれぞれ延長し、これらの延長直線と2次元表示デバイスの表示面との交点を求める(S504処理)。これらの8つの交点により形成される2次元表示デバイスの表示面上に投影された領域は通常六角形である。つまり、前記ボクセルデータの8頂点のうち少なくとも2頂点は、他の6頂点を結ぶ領域の中に投影される。もしS502で選択されたボクセルがS503で選択されたレンズと正対していれば、2次元表示デバイスの表示面上に投影された領域は正方形となる。このように2次元表示デバイスの表示面上に投影された領域のうち、S503で選択されたレンズ領域内の2次元表示画素群の色情報データRGB値をS502で選択したボクセルデータの色情報RGB値とする。以下、S506で残りのレンズの有無をチェックし、S507で残りのボクセルデータの有無を行うことで、順次同様の処理が行われる。   First, three-dimensional display pixel (hereinafter referred to as “voxel”) data is sorted in the order of the depth data components. In this case, the data is rearranged in ascending order according to the value of the Z data, and the voxel data is sorted from the back of the viewer to the front of the viewer (S501 processing). Next, one voxel data is selected in the sorted order (S502 process), and a lens for reproducing light rays is selected (S503 process). Next, each straight line connecting each of the eight vertices of the voxel data selected in S502 and the principal point of the lens selected in S503 is extended, and the intersection of these extended straight lines and the display surface of the two-dimensional display device. Is obtained (S504 processing). The region projected on the display surface of the two-dimensional display device formed by these eight intersections is usually a hexagon. That is, at least two vertices of the eight vertices of the voxel data are projected into a region connecting the other six vertices. If the voxel selected in S502 faces the lens selected in S503, the area projected on the display surface of the two-dimensional display device is a square. In this way, among the areas projected on the display surface of the two-dimensional display device, the color information RGB of the voxel data selected in S502 is the color information data RGB value of the two-dimensional display pixel group in the lens area selected in S503. Value. Thereafter, in S506, the presence or absence of the remaining lens is checked, and the presence or absence of the remaining voxel data is performed in S507, whereby the same processing is sequentially performed.

以上のようにして、従来の他の立体像要素画像作成表示方法でのS502からS507までの繰り返し処理回数は、一般的に2次元表示画素数より少ないボクセル画素数の回数となる。また、S502からS504に示す処理(選択された各ボクセルの8頂点からの2次元表示デバイス表示面上の投影点座標の算出処理)は、繰り返し回数が不確定な探索処理ではなくあらかじめ数式化しておくことが可能なため、並列処理等の高速化も容易である。これによりさらに処理時間の短縮が可能である。
特開2003−109042号公報 大越孝敬著、「3次元画像工学」、(版数)、朝倉書店、(発行年月日)、(ページ) 井上弘著、「立体視の不思議を探る」、(版数)、オプトロニクス社、(発行年月日)、(ページ) 谷中一寿,佐々木晋,春日秀雄,星野坦之著、「インクジェットプリンタを用いた立体表示」、電子情報通信学会技術研究報告、(発行年月日)、102巻、第642号、p.17−p20
As described above, the number of repetitive processes from S502 to S507 in another conventional stereoscopic image element image creation / display method is generally the number of voxel pixels smaller than the number of two-dimensional display pixels. In addition, the processing shown in S502 to S504 (calculation processing of projection point coordinates on the display surface of the two-dimensional display device from the eight vertices of each selected voxel) is expressed in advance instead of search processing in which the number of repetitions is uncertain. Therefore, it is easy to speed up parallel processing and the like. As a result, the processing time can be further shortened.
JP 2003-109042 A Takayoshi Ohkoshi, “3D Image Engineering” (version), Asakura Shoten, (Date of publication), (Page) Hiroshi Inoue, “Exploring the Mystery of Stereoscopic Vision”, (Version), Optronics, (Date of Publication), (Page) Kazutoshi Yanaka, Satoshi Sasaki, Hideo Kasuga, Tanyuki Hoshino, “Stereoscopic Display Using Inkjet Printer”, IEICE Technical Report, (Date of Publication), 102, 642, p. 17-p20

しかし、この従来の他の立体像要素画像作成表示方法においても、「ボクセル画素数」と「レンズ数」の積の回数の繰り返し処理が必要である。「ボクセル画素数」および「レンズ数」の削減は再生される立体像の画質維持のため困難である。特に、前述のようにIP方式における「レンズ数」は、画質の確保のために一般的に大きくなる傾向にある。リアルタイム表示時を、処理能力が低く安価な処理装置で実現するためには、さらなる処理量の削減が必要である。   However, also in this other conventional stereoscopic image element image creation and display method, it is necessary to repeat the number of times of product of “the number of voxel pixels” and “the number of lenses”. Reduction of the “number of voxel pixels” and the “number of lenses” is difficult to maintain the quality of the reproduced stereoscopic image. In particular, as described above, the “number of lenses” in the IP system generally tends to increase in order to ensure image quality. In order to realize real-time display with an inexpensive processing apparatus with low processing capacity, it is necessary to further reduce the processing amount.

そこで本発明は、複数の3次元表示画素からなる立体像を得るための要素画像を作成する際に、データ容量やメモリ容量および処理時間が少なく、かつ一定で済み、不自然さのない立体像が観察できる立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法および立体像表示装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a stereoscopic image free from unnaturalness when creating an element image for obtaining a stereoscopic image composed of a plurality of three-dimensional display pixels, which requires only a small amount of data, memory capacity and processing time and is constant. It is an object of the present invention to provide a stereoscopic image element image creation and display method and a stereoscopic image display device for a stereoscopic image display device.

本発明は上記目的を達成するために、マイクロ凸レンズ2次元アレイとその焦点面に設置された2次元表示デバイスを有し、立体像の構成要素である画素位置情報および画素色情報からなる3次元表示画素データを順次選択し、選択された3次元表示画素形状の2次元表示画像デバイス表示面への投影領域内の画素群の色情報を、その3次元表示画素データの色情報として2次元表示デバイス上に立体像の要素画像の作成または表示を行う立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法において、前記マイクロ凸レンズ2次元アレイの主点面と前記2次元表示デバイスの表示面間の距離を分母とし、前記マイクロ凸レンズ2次元アレイのレンズピッチの2分の1を分子とする比のアークタンジェントの2倍の角度として求められる視域角を、前記2次元表示デバイスの表示面内の直行する2方向であるX方向およびY方向について、それぞれX方向視域角を算出するとともに、Y方向視域角を算出し、選択された3次元表示画素位置を頂点とし、前記X方向視域角をX方向の頂角とし、Y方向視域角を前記Y方向の頂角とし、前記2次元表示デバイスの表示面を底面とした四角錐内の領域に主点があるマイクロ凸レンズのみを立体像の要素画像算出対象とすることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention has a two-dimensional array of micro-convex lenses and a two-dimensional display device installed on the focal plane thereof, and is a three-dimensional image comprising pixel position information and pixel color information that are components of a stereoscopic image. Display pixel data is sequentially selected, and the color information of the pixel group in the projection area on the 2D display image device display surface of the selected 3D display pixel shape is displayed in 2D as the color information of the 3D display pixel data. In a stereoscopic image element image creation and display method of a stereoscopic image display apparatus that creates or displays a stereoscopic image element image on a device, a distance between a principal point plane of the micro convex lens two-dimensional array and a display plane of the two-dimensional display device As a denominator, and a viewing zone angle obtained as an angle twice as large as the arc tangent of a ratio in which one half of the lens pitch of the micro convex lens two-dimensional array is a numerator, The X direction viewing zone angle is calculated for each of the two orthogonal directions within the display surface of the two-dimensional display device, and the Y direction viewing zone angle is calculated, and the selected three-dimensional display pixel is calculated. A region in a quadrangular pyramid having a position as a vertex, the X-direction viewing zone angle as an X-direction apex angle, the Y-direction viewing zone angle as an Y-direction apex angle, and the display surface of the two-dimensional display device as a bottom surface Only a micro-convex lens having a principal point in the three-dimensional image is set as an element image calculation target.

本発明の立体像要素画像作成表示方法によれば、要素画像作成において、順次選択される3次元表示画素に対し、マイクロ凸レンズ2次元アレイの主点面と2次元表示デバイスの表示面との間の距離を分母とし、マイクロ凸レンズ2次元アレイの凸レンズ間ピッチの2分の1を分子とする比のアークタンジェントの2倍の角度として求められる視域角を、2次元表示デバイス表示面内の直行する2方向であるX方向よびY方向について、X方向視域角を算出するとともに、Y方向視域角を算出し、選択された3次元表示画素位置を頂点とし、X方向視域角をX方向の頂角とし、Y方向視域角をY方向の頂角とし、2次元表示デバイスの表示面を底面とした四角錐内の領域に主点があるマイクロ凸レンズのみを立体像の要素画像算出対象と限定することで、演算回数の削減が実現する。よって、複数の3次元表示画素からなる立体像を得るための要素画像を作成する際にデータ容量やメモリ容量および処理時間が少なくかつ一定で済み、不自然さのない立体像が観察できるようになる。   According to the stereoscopic image element image creation and display method of the present invention, between the principal point plane of the micro convex lens two-dimensional array and the display plane of the two-dimensional display device for the three-dimensional display pixels sequentially selected in the element image creation. The viewing zone angle obtained as an angle twice the arc tangent of the ratio of the numerator as the denominator and half the pitch between the convex lenses of the two-dimensional array of micro convex lenses as the numerator. The X direction viewing zone angle is calculated with respect to the X direction and the Y direction, which are two directions, and the Y direction viewing zone angle is calculated. The selected 3D display pixel position is set as the apex, and the X direction viewing zone angle is set to X. 3D element image calculation for only the micro-convex lens with the principal point in the area within the quadrangular pyramid with the vertical angle of the direction, the Y direction viewing angle as the Y direction vertical angle, and the display surface of the 2D display device as the bottom surface Target and limited In Rukoto, reducing the number of operations is achieved. Therefore, when creating an element image for obtaining a three-dimensional image composed of a plurality of three-dimensional display pixels, the data capacity, the memory capacity and the processing time are small and constant, and a three-dimensional image without unnaturalness can be observed. Become.

本発明は、マイクロ凸レンズ2次元アレイ以外にも、ピンホール2次元アレイにおける処理対象ピンホールの限定についても同様な効果が得られる。   In addition to the micro convex lens two-dimensional array, the present invention can provide the same effect with respect to the limitation of the processing target pin hole in the pin hole two-dimensional array.

また、マイクロ凸レンズ2次元アレイのように2方向の視差を有する以外に、レンティキュラレンズアレイやパララックスバリアのように1方向しか視差を有しない場合も、処理限定対象となるレンズやピンホールの領域が2次元から1次元となるだけであり、同様な効果を得ることができる。   In addition to having a bi-directional parallax as in the case of a micro-convex lens two-dimensional array, a lens or pinhole that is subject to processing limitation can also be used when there is a parallax in only one direction such as a lenticular lens array or a parallax barrier. The area is only changed from two dimensions to one dimension, and the same effect can be obtained.

本願の第1の発明は、マイクロ凸レンズ2次元アレイとその焦点面に設置された2次元表示デバイスを有し、立体像の構成要素である画素位置情報および画素色情報からなる3次元表示画素データを順次選択し、選択された3次元表示画素の2次元表示画像デバイスの表示面への投影領域内の画素群の色情報を、その3次元表示画素データの色情報として2次元表示デバイス上に立体像の要素画像の作成または表示を行う立体表示装置の立体像要素画像作成表示方法において、マイクロ凸レンズ2次元アレイ主点面と2次元表示デバイス表示面間の距離を分母とし、マイクロ凸レンズ2次元アレイの凸レンズ間ピッチの2分の1を分子とする比のアークタンジェントの2倍の角度として求められる視域角を、2次元表示デバイス表示面内の直交する2方向であるX方向およびY方向について、それぞれX方向視域角を算出するとともに、Y方向視域角を算出し、選択された3次元表示画素位置を頂点、X方向視域角をX方向の頂角とし、Y方向視域角をY方向の頂角とし、2次元表示デバイスの表示面を底面とした四角錐内の領域に主点があるマイクロ凸レンズのみを立体像の要素画像算出対象とすることを特徴としたものである。   A first invention of the present application has a two-dimensional array of micro-convex lenses and a two-dimensional display device installed on a focal plane thereof, and three-dimensional display pixel data including pixel position information and pixel color information which are constituent elements of a stereoscopic image. Are sequentially selected, and the color information of the pixel group in the projection area of the selected 3D display pixel on the display surface of the 2D display image device is displayed on the 2D display device as the color information of the 3D display pixel data. In a stereoscopic image element image creation and display method of a stereoscopic display device that creates or displays a stereoscopic image element image, the distance between the principal point surface of the micro convex lens two-dimensional array and the display surface of the two-dimensional display device is used as a denominator, and the two-dimensional micro convex lens The viewing zone angle obtained as an angle twice the arc tangent of the ratio of half the pitch between the convex lenses of the array as a numerator is set directly on the display surface of the two-dimensional display device. The X direction viewing zone angle is calculated for each of the two directions X direction and Y direction, and the Y direction viewing zone angle is calculated. The selected 3D display pixel position is the vertex, and the X direction viewing zone angle is X 3D element image calculation for only the micro-convex lens with the principal point in the area within the quadrangular pyramid with the vertical angle of the direction, the Y direction viewing angle as the Y direction vertical angle, and the display surface of the 2D display device as the bottom surface It is characterized by being a target.

これにより、立体像表示の基本処理は、マイクロ凸レンズ2次元アレイの全レンズのうち、個々の3次元表示画素の表示に関与するレンズのみに限定されるため、演算回数の削減が実現する。   As a result, the basic processing of stereoscopic image display is limited to only the lenses involved in the display of individual three-dimensional display pixels among all the lenses of the micro-convex lens two-dimensional array, so that the number of calculations can be reduced.

本願の第2の発明は、ピンホール2次元アレイとそれと平行に設置された2次元表示デバイスを有し、立体像の構成要素である画素位置情報および画素色情報からなる3次元表示画素データを順次選択し、選択された3次元表示画素データの2次元表示画像デバイスの表示面への投影領域内の画素群の色情報を、その3次元表示画素データの色情報として2次元表示デバイス上に立体像の要素画像の作成または表示を行う立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法において、ピンホール2次元アレイのピンホール面と2次元表示デバイスの表示面との間の距離を分母とし、ピンホール2次元アレイのピンホール間ピッチの2分の1を分子とする比のアークタンジェントの2倍の角度として求められる視域角を、2次元表示デバイスの表示面内の直交する2方向であるX方向およびY方向について、それぞれX方向視域角を算出するとともにY方向視域角を算出し、選択された3次元表示画素の位置を頂点、X方向視域角をX方向の頂角とし、Y方向視域角をY方向の頂角とし、2次元表示デバイスの表示面を底面とした四角錐内の領域にあるピンホールのみを立体像の要素画像算出対象とすることを特徴としたものである。   The second invention of the present application has a pinhole two-dimensional array and a two-dimensional display device installed in parallel therewith, and three-dimensional display pixel data consisting of pixel position information and pixel color information which are constituent elements of a stereoscopic image. The color information of the pixel group in the projection area on the display surface of the two-dimensional display image device of the selected three-dimensional display pixel data is sequentially selected and is displayed on the two-dimensional display device as the color information of the three-dimensional display pixel data. In a method for creating and displaying a stereoscopic image element image of a stereoscopic image display apparatus that creates or displays a stereoscopic image element image, the distance between the pinhole surface of the pinhole two-dimensional array and the display surface of the two-dimensional display device is used as a denominator. The viewing zone angle obtained as an angle that is twice the arc tangent of the ratio of ½ of the pinhole pitch of the pinhole two-dimensional array as a molecule is displayed on the two-dimensional display device. The X direction viewing zone angle and the Y direction viewing zone angle are calculated for the X direction and the Y direction, which are two orthogonal directions, and the position of the selected three-dimensional display pixel is the apex, and the X direction viewing zone is calculated. 3D element image calculation of only pinholes in the area of the quadrangular pyramid with the angle as the apex angle in the X direction, the viewing angle in the Y direction as the apex angle in the Y direction, and the display surface of the 2D display device as the bottom surface It is characterized by being a target.

これにより、立体像表示の基本処理は、ピンホール2次元アレイの全ピンポールのうち、個々の3次元表示画素の表示に関与するピンポールのみに限定されるため、演算回数の削減が実現する。   Thereby, the basic processing of stereoscopic image display is limited to only the pin poles involved in the display of individual three-dimensional display pixels among all the pin poles of the pinhole two-dimensional array, so that the number of calculations can be reduced.

本願の第3の発明は、レンティキュラレンズアレイとその焦点面に設置された2次元表示デバイスを有し、立体像の構成要素である画素位置情報および画素色情報からなる3次元表示画素データを順次選択し、選択された3次元表示画素の2次元表示画像デバイスの表示面への投影領域内の画素群の色情報を、その3次元表示画素データの色情報として2次元表示デバイス上に立体像の要素画像の作成または表示を行う立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法において、レンティキュラレンズアレイの主点面と2次元表示デバイスの表示面との間の距離を分母とし、レンティキュラレンズアレイの凸レンズ間ピッチの2分の1を分子とする比のアークタンジェントの2倍の角度として求められる視域角を、2次元表示デバイスの表示面内のレンティキュラレンズアレイの凸レンズ間ピッチ方向について算出し、選択された3次元表示画素位置を含み、二次元表示デバイスの表示面と垂直で、かつレンティキュラレンズアレイの凸レンズ間ピッチ方向と平行な平面による断面において、選択された3次元表示画素の位置を頂点とし、視域角を頂角とし、2次元表示デバイスの表示面との交線を底辺とした三角形内の領域に主点があるレンズのみを立体像の要素画像算出対象とすることを特徴としたものである。   A third invention of the present application has a lenticular lens array and a two-dimensional display device installed on a focal plane thereof, and three-dimensional display pixel data including pixel position information and pixel color information which are components of a stereoscopic image. The color information of the pixel group in the projection area of the selected three-dimensional display pixel on the display surface of the two-dimensional display image device is sequentially selected as the three-dimensional display pixel data color information on the two-dimensional display device. In a stereoscopic image element image creation and display method of a stereoscopic image display apparatus that creates or displays an element image of an image, the distance between the principal point plane of the lenticular lens array and the display surface of the two-dimensional display device is used as a denominator. The viewing angle obtained as an angle twice the arc tangent of the ratio of the half of the pitch between the convex lenses of the lenticular lens array as a molecule is the display surface of the two-dimensional display device. A plane that includes the selected three-dimensional display pixel position, is perpendicular to the display surface of the two-dimensional display device, and is parallel to the pitch direction between the convex lenses of the lenticular lens array. In the cross section, a lens having a principal point in a region in a triangle with the position of the selected three-dimensional display pixel as the apex, the viewing zone angle as the apex angle, and the intersection with the display surface of the two-dimensional display device as the base Only the element image calculation target of the stereoscopic image.

これにより、立体像表示の基本処理は、レンティキュラレンズアレイの全レンズのうち、個々の3次元表示画素の表示に関与するレンズのみに限定されるため、演算回数の削減が実現する。   As a result, the basic processing of stereoscopic image display is limited to only the lenses involved in the display of individual three-dimensional display pixels among all the lenses of the lenticular lens array, so that the number of computations can be reduced.

本願の第4の発明は、パララックスバリアとそれと平行に設置された2次元表示デバイスを有し、立体像の構成要素である画素位置情報および画素色情報からなる3次元表示画素データを順次選択し、選択された3次元表示画素の2次元表示画像デバイスの表示面への投影領域内の画素群の色情報を、その3次元表示画素データの色情報として2次元表示デバイス上に立体像の要素画像の作成または表示を行う立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法において、パララックスバリアのバリア面と2次元表示デバイスの表示面との間の距離を分母とし、パララックスバリアのスリット間ピッチ距離の2分の1を分子とする比のアークタンジェントの2倍の角度として求められる視域角を、2次元表示デバイスの表示面内のパララックスバリアのスリット間ピッチ方向について算出し、選択された3次元表示画素の位置を含み、二次元表示デバイスの表示面と垂直で、かつパララックスバリアのスリット間ピッチ方向と平行な平面による断面において、選択された3次元表示画素の位置を頂点とし、視域角を頂角とし、2次元表示デバイスの表示面との交線を底辺とした三角形内の領域に主点があるスリットのみを立体像の要素画像算出対象とすることを特徴としたものである。   The fourth invention of the present application has a parallax barrier and a two-dimensional display device installed in parallel thereto, and sequentially selects three-dimensional display pixel data consisting of pixel position information and pixel color information, which are constituent elements of a stereoscopic image. Then, the color information of the pixel group in the projection area on the display surface of the two-dimensional display image device of the selected three-dimensional display pixel is used as the color information of the three-dimensional display pixel data on the two-dimensional display device. In a stereoscopic image element image creation and display method of a stereoscopic image display apparatus that creates or displays an element image, the distance between the barrier surface of the parallax barrier and the display surface of the two-dimensional display device is used as a denominator, and the slit of the parallax barrier The viewing zone angle obtained as an angle twice the arc tangent of the ratio in which the half of the inter-pitch distance is a numerator is a parallax bar in the display surface of the two-dimensional display device. In a cross-section by a plane that includes the position of the selected three-dimensional display pixel, is perpendicular to the display surface of the two-dimensional display device, and is parallel to the pitch direction between the slits of the parallax barrier. A 3D image of only the slit that has the principal point in the region in the triangle with the position of the selected 3D display pixel as the apex, the viewing zone angle as the apex angle, and the intersection line with the display surface of the 2D display device as the base This is characterized in that it is an element image calculation target.

これにより、立体像表示の基本処理は、パララックスバリアの全スリットのうち、個々の3次元表示画素の表示に関与するスリットのみに限定されるため、演算回数の削減が実現する。   As a result, the basic processing of stereoscopic image display is limited to only the slits involved in the display of the individual three-dimensional display pixels among all the slits of the parallax barrier, so that the number of calculations can be reduced.

本願の第5の発明は、第1の発明から第4の発明のいずれかの立体像要素画像作成表示方法により2次元表示デバイス上に立体像の要素画像の作成または表示を行う立体像表示装置としたものである。   According to a fifth aspect of the present application, there is provided a stereoscopic image display apparatus for creating or displaying a stereoscopic image element image on a two-dimensional display device by the stereoscopic image element image creation and display method according to any one of the first to fourth aspects. It is what.

前記立体像要素画像作成表示方法により2次元表示デバイス上に立体像の要素画像の作成または表示を行う立体像表示装置を作製することができ、より自然で解像度の高い立体像を、常に同じ処理時間で得ることができる。   A stereoscopic image display device that creates or displays a stereoscopic image element image on a two-dimensional display device by the stereoscopic image element image creation and display method can be produced, and a more natural and high-resolution stereoscopic image is always processed in the same manner. Can get in time.

以下、本発明の実施の形態に係る立体像要素画像作成表示方法について図面に基づいて説明する。   Hereinafter, a stereoscopic image element image creation / display method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態における立体像要素画像作成表示方法で表示する立体像表示装置を説明する図である。図1に示すように、本実施の形態に係る立体像表示装置は、マイクロ凸レンズ2次元アレイ1と、2次元表示デバイス2とを備えている。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram for explaining a stereoscopic image display apparatus that displays images by a stereoscopic image element image creation / display method according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the stereoscopic image display apparatus according to the present embodiment includes a micro-convex lens two-dimensional array 1 and a two-dimensional display device 2.

マイクロ凸レンズ2次元アレイ1は、2次元表示デバイス2から発する光線の方向をレンズに対する画素位置に応じた方向に変化させる作用を有している。なお、本実施の形態では、マイクロ凸レンズ2次元アレイ1として、ピンホール2次元アレイでも使用することができる。また、視差方向が1方向のみで良い用途であれば、マイクロ凸レンズ2次元アレイ1は、レンティキュラレンズやパララックスバリアでも使用することができる。マイクロ凸レンズ2次元アレイ1として、ピンホール2次元アレイやレンティキュラレンズやパララックスバリアとするときは、レンティキュラレンズやパララックスバリアと2次元表示デバイス2とを平行に設置する。   The micro convex lens two-dimensional array 1 has an action of changing the direction of light emitted from the two-dimensional display device 2 in a direction corresponding to the pixel position with respect to the lens. In the present embodiment, a pinhole two-dimensional array can be used as the micro-convex lens two-dimensional array 1. If the parallax direction only needs to be one direction, the micro convex lens two-dimensional array 1 can also be used as a lenticular lens or a parallax barrier. When the micro convex lens two-dimensional array 1 is a pinhole two-dimensional array, a lenticular lens, or a parallax barrier, the lenticular lens or parallax barrier and the two-dimensional display device 2 are installed in parallel.

2次元表示デバイス2は、マイクロ凸レンズ2次元アレイ1の焦点面に設置され、マイクロ凸レンズ2次元アレイ1へ立体像のもととなる光線を放出する作用を有している。なお、2次元表示デバイス2は、フィルムやプリンタでの印刷シートと平面光源との組み合わせや、液晶ディスプレイやプロジェクタでの表示スクリーンでもよい。また、背面からの発光でなくとも観察者側からの反射光によってマイクロ凸レンズ2次元アレイ1へ光線を放出可能とすれば、2次元表示デバイス2は、単なるフィルム、プリンタやオフセット印刷等での印刷物でもよい。   The two-dimensional display device 2 is installed on the focal plane of the micro-convex lens two-dimensional array 1 and has a function of emitting light rays that are the basis of a stereoscopic image to the micro-convex lens two-dimensional array 1. Note that the two-dimensional display device 2 may be a combination of a film or a print sheet of a printer and a flat light source, or a display screen of a liquid crystal display or a projector. If the light can be emitted to the micro-convex lens two-dimensional array 1 by the reflected light from the observer side, not the light emission from the back side, the two-dimensional display device 2 can be a printed matter by a simple film, a printer, an offset printing or the like. But you can.

本実施の形態に係る立体像表示装置は、任意の空間に立体像5を表示させるために、その立体像を微小な直方体の集合として表すための3次元表示画素(ボクセル)原点4と、本装置全体の位置関係を表すために2次元表示デバイス2上に置いた立体像グローバル座標原点3とが定義されている。   In order to display the stereoscopic image 5 in an arbitrary space, the stereoscopic image display device according to the present embodiment has a three-dimensional display pixel (voxel) origin 4 for representing the stereoscopic image as a set of minute rectangular parallelepipeds, In order to represent the positional relationship of the entire apparatus, a stereoscopic image global coordinate origin 3 placed on the two-dimensional display device 2 is defined.

観察者は、2次元表示デバイス2に対して、マイクロ凸レンズ2次元アレイ1側から2次元表示デバイス2の方向を観察する。ここで、2次元表示デバイスの表示面と平行で、かつ水平方向をX方向とし、同様に鉛直方向をY方向とし、そして、2次元表示デバイスの表示面と垂直で、かつ2次元表示デバイス2の表示面からマイクロ凸レンズ2次元アレイ2への方向をZ方向とする。   The observer observes the direction of the two-dimensional display device 2 from the micro convex lens two-dimensional array 1 side with respect to the two-dimensional display device 2. Here, it is parallel to the display surface of the two-dimensional display device, the horizontal direction is the X direction, the vertical direction is the Y direction, and the two-dimensional display device 2 is perpendicular to the display surface of the two-dimensional display device. The direction from the display surface to the micro convex lens two-dimensional array 2 is defined as the Z direction.

本発明の実施の形態での立体像要素画像作成表示方法を図7に基づいて説明する。図7は、本発明の実施の形態に係る立体像要素画像作成表示方法を説明するフローチャートである。   A stereoscopic image element image creation and display method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart for explaining a stereoscopic image element image creation / display method according to the embodiment of the present invention.

まず、ボクセルデータをそれぞれの奥行データ成分の順にソートする。本実施の形態では、Zデータの値により昇順に並び替え、観察者奥側から観察者手前側へボクセルデータをソートする(S301処理)。   First, the voxel data is sorted in the order of each depth data component. In the present embodiment, the data is rearranged in ascending order according to the value of the Z data, and the voxel data is sorted from the viewer's back side to the viewer's front side (S301 process).

次に、ソートされた順番に1つのボクセルデータを選択し(S302処理)、そのボクセルデータの3次元画素を表示するのに関与するレンズをリストアップする(S303処理)。このリストアップによる処理対象レンズの限定については、後で詳細に説明する。   Next, one voxel data is selected in the sorted order (S302 process), and lenses involved in displaying the three-dimensional pixel of the voxel data are listed (S303 process). The limitation of the lens to be processed by this listing will be described later in detail.

次に、S303処理でリストアップされたリスト中からレンズを選択し、図12で示した処理のS503からS506までのループ処理と同様の処理が、S304からS307として行われる。S303処理でリストアップされた全レンズに対して処理が行われた後、残3次元表示画素が有るか否かを判定し(S308処理)、残3次元表示画素があれば、S302に戻り、次の3次元表示画素を選択し、以下、順次繰り返し処理を実施していく。   Next, a lens is selected from the list listed in S303 processing, and the same processing as the loop processing from S503 to S506 in the processing shown in FIG. 12 is performed as S304 to S307. After all the lenses listed in S303 are processed, it is determined whether or not there are remaining 3D display pixels (S308 processing). If there are remaining 3D display pixels, the process returns to S302. The next three-dimensional display pixel is selected, and the process is repeated repeatedly.

ここで、S302によるリストアップ処理を説明するために、まず視域角について図2および図3に基づいて説明する。図2および図3は、図1におけるA方向からマイクロ凸レンズ2次元アレイ1および2次元表示デバイス2を見た拡大断面図である。   Here, in order to describe the list-up process in S302, first, the viewing zone angle will be described based on FIG. 2 and FIG. 2 and 3 are enlarged sectional views of the micro convex lens two-dimensional array 1 and the two-dimensional display device 2 as viewed from the direction A in FIG.

まず図2に示すように、マイクロ凸レンズ2次元アレイ1中の1つのレンズ58に着目すると、凸レンズ間ピッチLP内にある2次元表示デバイス2の画素中、レンズ中心から最も離れた2次元表示画素60および2次元表示画素63が、このレンズ58により再生可能な3次元表示画素中、最も大きな視線角度方向の3次元表示画素の表示に関与する。ここで、視線角度は、ZG軸と平行に観察者がマイクロ凸レンズ2次元アレイ1を正視する方向を0として、その視線方向となす角度のことである。 First, as shown in FIG. 2, focusing on one lens 58 in the micro convex lens two-dimensional array 1, the two-dimensional display pixel farthest from the lens center among the pixels of the two-dimensional display device 2 within the convex lens pitch LP. Among the three-dimensional display pixels that can be reproduced by the lens 58, 60 and the two-dimensional display pixel 63 are involved in the display of the three-dimensional display pixel in the largest viewing angle direction. Here, line-of-sight angle, a direction parallel to the observer and Z G axis is normal vision micro convex lens two-dimensional array 1 as 0, it means the angle between the viewing direction.

レンズ58の中心となる主点57と2次元表示画素63を結ぶ直線方向に3次元表示画素(ボクセル)62が再生される。同様に、レンズ58の主点57と2次元表示画素60を結ぶ直線方向に3次元表示画素(ボクセル)59が表示される。これらの2つの直線、つまり2次元表示画素60とレンズの主点57を結ぶ直線と2次元表示画素63と主点57を結ぶ直線がなす角度56の範囲では、レンズ58により3次元表示画素が表示可能である。この角度56は視域角と呼ばれる。   A three-dimensional display pixel (voxel) 62 is reproduced in a linear direction connecting the principal point 57 that is the center of the lens 58 and the two-dimensional display pixel 63. Similarly, a three-dimensional display pixel (voxel) 59 is displayed in a linear direction connecting the principal point 57 of the lens 58 and the two-dimensional display pixel 60. In the range of an angle 56 formed by these two straight lines, that is, a straight line connecting the two-dimensional display pixel 60 and the principal point 57 of the lens and a straight line connecting the two-dimensional display pixel 63 and the principal point 57, the three-dimensional display pixel is formed by the lens 58. It can be displayed. This angle 56 is called the viewing zone angle.

これに対して凸レンズ間ピッチLP外にある2次元表示デバイスの画素の場合について、図3に基づいて説明する。図3に示すように、凸レンズ間ピッチLP外にある2次元表示画素116は、レンズ111に隣接するレンズ108の凸レンズ間ピッチLP内に存在するため、図2で説明した視域角56の範囲内ではレンズ108からの3次元画素表示に関与することになる。つまり、2次元表示画素116とレンズ108の主点107を結ぶ直線方向の3次元表示画素、例えば図3中の3次元表示画素(ボクセル)109の表示に関与する。確かに、視域角56外(図2参照)へ視線方向を広げると、2次元表示画素116とマイクロ凸レンズ2次元アレイ中の一レンズの主点110を結ぶ直線方向の画素、例えば図3中の3次元表示画素(ボクセル)115の表示にも関与しうる。しかし、このような方向まで視線方向を広げて考えると、隣接レンズの領域の2次元表示画素との重複が生じるため要素画像作成が成り立たなくなる。同様に、2次元表示画素116と反対方向でレンズ111の凸レンズ間ピッチLP外にある2次元表示画素113の場合、その2次元表示画素113とレンズ111のマイクロ凸レンズ2次元アレイ中の一レンズの主点110を結ぶ直線方向の3次元表示画素112ではなく、むしろレンズ111と隣接するレンズ119の主点118との直線方向の3次元表示画素120に表示関与することになる。   On the other hand, the case of the pixel of the two-dimensional display device outside the convex lens pitch LP will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the two-dimensional display pixel 116 outside the convex lens pitch LP exists within the convex lens pitch LP of the lens 108 adjacent to the lens 111, and thus the range of the viewing zone angle 56 described in FIG. 2. It is involved in the three-dimensional pixel display from the lens 108. That is, it is involved in the display of a three-dimensional display pixel in a linear direction connecting the two-dimensional display pixel 116 and the principal point 107 of the lens 108, for example, the three-dimensional display pixel (voxel) 109 in FIG. Certainly, when the line-of-sight direction is expanded outside the viewing zone angle 56 (see FIG. 2), a linear pixel connecting the principal point 110 of one lens in the two-dimensional display pixel 116 and the micro convex lens two-dimensional array, for example, in FIG. It is also possible to participate in the display of the three-dimensional display pixel (voxel) 115. However, if the line-of-sight direction is expanded to such a direction, the element image creation cannot be realized because the adjacent lens region overlaps with the two-dimensional display pixel. Similarly, in the case of the two-dimensional display pixel 113 which is outside the pitch LP between the convex lenses of the lens 111 in the opposite direction to the two-dimensional display pixel 116, one lens in the two-dimensional array of the micro convex lens of the two-dimensional display pixel 113 and the lens 111. Instead of the three-dimensional display pixel 112 in the linear direction connecting the principal points 110, the display is involved in the three-dimensional display pixel 120 in the linear direction between the lens 111 and the principal point 118 of the adjacent lens 119.

以上、図2および図3で説明したようにマイクロ凸レンズ2次元アレイ1の個々のレンズ間での干渉、つまり隣接レンズ領域の画素との重複が発生しないよう立体像要素画像の作成を行うためには、凸レンズ間ピッチLP内に画素が存在する。従って、レンズ主点から2次元表示画素までの距離が凸レンズ間ピッチLP/2より小さい必要がある。このことから、2次元表示画素の大きさが無限小の極限値を考えると、視域角は、凸レンズ間ピッチLPの2分の1を分子とし、「マイクロ凸レンズ2次元アレイ1の主点面と2次元表示デバイス2の表示面との間の距離」を分母とする比のアークタンジェントの2倍として求められる。   As described above with reference to FIGS. 2 and 3, in order to create a stereoscopic image element image so that interference between individual lenses of the micro convex lens two-dimensional array 1, that is, overlap with pixels in the adjacent lens region does not occur. Are pixels within the pitch LP between the convex lenses. Therefore, the distance from the lens principal point to the two-dimensional display pixel needs to be smaller than the convex lens pitch LP / 2. From this, when considering the limit value where the size of the two-dimensional display pixel is infinitely small, the viewing zone angle is a half of the pitch LP between the convex lenses as a numerator, and “the principal point plane of the micro convex lens two-dimensional array 1” The distance between the display surface of the two-dimensional display device 2 and the arc tangent of the ratio with the denominator.

図2の場合、2次元表示デバイス2上における「レンズ58の主点57から2次元表示画素63までのXG方向の距離64」および「レンズ58の主点57から2次元表示画素60までのXG方向の距離61」が凸レンズ間ピッチLPの2分の1より小さい。このことから、それらの2次元表示画素60から2次元表示画素63がレンズ58の視域角内であることが判定できる。また、凸レンズ間ピッチLPの2分の1を、マイクロ凸レンズ2次元アレイ1の主点面と2次元表示デバイス2の表示面との間の距離54で割った比のアークタンジェントの2倍を求めることで視域角56が算出できる。 In the case of FIG. 2, “the distance 64 in the XG direction from the main point 57 of the lens 58 to the two-dimensional display pixel 63” and “the main point 57 of the lens 58 to the two-dimensional display pixel 60” on the two-dimensional display device 2. X G direction distance 61 "is less than one-half of the lens pitch LP. From this, it can be determined that the two-dimensional display pixel 60 to the two-dimensional display pixel 63 are within the viewing zone angle of the lens 58. In addition, the arc tangent of a ratio obtained by dividing the half of the pitch LP between the convex lenses by the distance 54 between the principal point surface of the micro convex lens two-dimensional array 1 and the display surface of the two-dimensional display device 2 is obtained. Thus, the viewing zone angle 56 can be calculated.

図3の場合、2次元表示デバイス2上における「レンズ111のマイクロ凸レンズ2次元アレイ中の一レンズの主点110から2次元表示画素116までのXG方向の距離117」および「2次元表示画素113のレンズ111のマイクロ凸レンズ2次元アレイ中の一レンズの主点110から2次元表示画素113までのXG方向の距離114」が凸レンズ間ピッチLPの2分の1より小さい。このことから、それらの2次元表示画素113および2次元表示画素116がレンズ111の視域角外であることが判定できる。 For Figure 3, the two-dimensional display "X G direction distance 117 from first lens principal point 110 in the micro convex lens two-dimensional array of lenses 111 to the two-dimensional display pixel 116" and "two-dimensional display pixel on the device 2 113 X G direction distance 114 from principal point 110 of the first lens in the micro lens two-dimensional array to a two-dimensional display pixel 113 of the lens 111 'is less than one-half of the lens pitch LP of. From this, it can be determined that the two-dimensional display pixel 113 and the two-dimensional display pixel 116 are outside the viewing angle of the lens 111.

また、このレンズ111の視域角は図2の場合と同様に凸レンズ間ピッチLPの2分の1を、マイクロ凸レンズ2次元アレイ1の主点面と2次元表示デバイス2の表示面との間の距離104で割った比のアークタンジェントの2倍を求めることで算出できる。この視域角をあらかじめ算出し、選択された3次元表示画素を表示するのに関与しうるレンズのみをリストアップする処理が、図7のS303処理である。   In addition, the viewing zone angle of the lens 111 is half of the pitch LP between the convex lenses, as in the case of FIG. 2, between the principal point surface of the micro convex lens two-dimensional array 1 and the display surface of the two-dimensional display device 2. It is possible to calculate by calculating twice the arc tangent of the ratio divided by the distance 104. The process of calculating the viewing zone angle in advance and listing only the lenses that can participate in displaying the selected three-dimensional display pixel is the process of S303 in FIG.

次に、あらかじめ計算しておいた視域角から、選択された3次元表示画素を表示するのに関与しうるレンズを求める方法を説明する。図4は、図1におけるA方向からマイクロ凸レンズ2次元アレイ1および2次元表示デバイス2を見た拡大断面図である。   Next, a method for obtaining a lens that can be involved in displaying a selected three-dimensional display pixel from a pre-calculated viewing zone angle will be described. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the micro convex lens two-dimensional array 1 and the two-dimensional display device 2 as viewed from the direction A in FIG.

まず、表示される立体像154中の3次元表示画素155が選択された場合を考える。この3次元表示画素155を視域角内に含むレンズは、レンズの主点を頂点とし、底辺がXG軸と平行で、視域角を頂角とする三角形内の領域内に3次元表示画素155を含む。これを逆に考えると、選択された3次元表示画素155を頂点とし、底辺がXG軸と平行で、頂角が視域角の三角形の領域内にレンズ主点が存在するレンズが、この3次元表示画素155を表示するのに関与しうるレンズとなる。 First, consider a case where the three-dimensional display pixel 155 in the displayed stereoscopic image 154 is selected. Lenses comprising the three-dimensional display pixel 155 in the viewing area corner, the principal point of the lens and vertex base is parallel to the X G axis, three-dimensional display in the region of the triangle the viewing angle and the apex angle Pixel 155 is included. Given this Conversely, an apex a three-dimensional display pixel 155 is selected, the base is parallel to the X G axis, the lens lens principal point exists apex angle in the region of the triangular viewing angle is, the The lens can be involved in displaying the three-dimensional display pixel 155.

図4において、3次元表示画素155を頂点とし、底辺がXG軸と平行で、視域角156を頂角とする三角形内に存在するレンズ主点は152から158となる。つまり、図4中の3次元表示画素(ボクセル)155を頂点とし、視域角156を頂角、マイクロ凸レンズ2次元アレイ1の主点面を底面とする四角錐内に主点が存在するレンズの領域160は、3次元表示画素155の表示に関与するレンズの領域であり、3次元表示画素(ボクセル)155を頂点とし、視域角156を頂角、マイクロ凸レンズ2次元アレイ1の主点面を底面とする四角錐内に主点が存在しないレンズの領域159,161は3次元表示画素155の表示に関与しないレンズの領域であることが判定できる。 4, the three-dimensional display pixel 155 to the apex, the base is parallel to the X G axis, the lens principal point that exists within the triangle to the viewing angle 156 and the top angle is 152 from 158. That is, a lens having a principal point in a quadrangular pyramid having the three-dimensional display pixel (voxel) 155 in FIG. 4 as a vertex, the viewing zone angle 156 as an apex angle, and the principal point surface of the micro convex lens two-dimensional array 1 as a bottom surface. The area 160 of the lens is a lens area involved in the display of the three-dimensional display pixel 155, the vertex of the three-dimensional display pixel (voxel) 155, the apex angle of the viewing zone angle 156, and the principal point of the micro convex lens two-dimensional array 1. It can be determined that the lens regions 159 and 161 in which the principal point does not exist in the quadrangular pyramid whose surface is the bottom surface are lens regions that are not involved in the display of the three-dimensional display pixel 155.

図4は、XG−ZG平面に平行な面の断面図であるが、この面と直行するYG―ZG平面に平行な断面でも同様に考えることができる。ここで、XG−ZG平面に平行な面の断面の視域角をX方向視域角、YG―ZG平面に平行な断面での視域角をY方向視域角と呼ぶと、マイクロ凸レンズ2次元アレイ1のレンズ中、選択された3次元表示画素の表示に関与するレンズは、選択された3次元表示画素位置を頂点とし、X方向の頂角を既算出のX方向視域角、Y方向の頂角を既算出のY方向視域角とし、2次元表示デバイス表示面を底面とする四角錐内の領域に主点があるマイクロ凸レンズということができる。 FIG. 4 is a cross-sectional view of a plane parallel to the X G -Z G plane, but a cross section parallel to the Y G -Z G plane perpendicular to this plane can be considered similarly. Here, a viewing zone angle of a cross section parallel to the X G -Z G plane is called an X direction viewing zone angle, and a viewing zone angle of a cross section parallel to the Y G -Z G plane is called a Y direction viewing zone angle. Among the lenses of the micro convex lens two-dimensional array 1, the lenses involved in the display of the selected three-dimensional display pixel have the selected three-dimensional display pixel position as the apex, and the vertical angle in the X direction is the already calculated X direction view. It can be said that the micro-convex lens has a principal point in a region within a quadrangular pyramid having the two-dimensional display device display surface as a bottom surface, with the region angle and the Y-direction apex angle being the already calculated Y-direction viewing region angle.

なお、これはマイクロ凸レンズアレイ1の代わりにピンホール2次元アレイを使用した場合には、レンズ主点をピンホール位置と置き換えて考えれば全く同じことである。   Note that when a pinhole two-dimensional array is used instead of the micro-convex lens array 1, this is exactly the same if the lens principal point is replaced with the pinhole position.

さらに、XG方向およびYG方向の2方向でなく、図4のようにXG方向のみの1方向の断面でのみ考えれば、マイクロ凸レンズ2次元アレイ1とレンズ主点の対応は、レンティキュラレンズアレイとレンズ主点、パララックスバリアとスリット位置に置き換えられる。 Moreover, instead of two directions of X G direction and Y G direction, considering only one direction of the cross-section of the X G direction only as shown in FIG. 4, the corresponding two-dimensional array 1 and the lens principal point micro convex lens, lenticular It is replaced with the lens array, lens principal point, parallax barrier, and slit position.

最後に、本発明による演算量の削減効果を説明するために、選択される3次元表示画素位置の違いによる、その画素の再生に関与するレンズ数の違いを図5および図6に基づいて説明する。図5は、レンズ主点面遠方の3次元表示画素に対する処理対象レンズの位置範囲を示す断面図である。図6は、レンズ主点面近傍の3次元表示画素に対する処理対象レンズの位置範囲を示す断面図である。   Finally, in order to explain the calculation amount reduction effect according to the present invention, the difference in the number of lenses involved in the reproduction of the pixel due to the difference in the selected three-dimensional display pixel position will be described with reference to FIGS. To do. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a position range of the processing target lens with respect to a three-dimensional display pixel far from the lens principal point plane. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the position range of the lens to be processed with respect to the three-dimensional display pixel near the lens principal point plane.

図5は、レンズ主点面から遠方にある3次元表示画素204の場合を示している。この場合では、レンズ201からレンズ202までの全レンズ、つまり3次元表示画素(ボクセル)204を頂点とし、視域角205を頂角、マイクロ凸レンズ2次元アレイ1の主点面を底面とする四角錐内に主点が存在するレンズの領域207中のレンズが、その画素の再生に関与するレンズとなる。つまり、リストアップされて演算対象となるレンズとなる。   FIG. 5 shows the case of the three-dimensional display pixel 204 far from the lens principal point plane. In this case, all the lenses from the lens 201 to the lens 202, that is, the three-dimensional display pixel (voxel) 204 is set as the apex, the viewing zone angle 205 is set as the apex angle, and the principal point plane of the micro convex lens two-dimensional array 1 is set as the bottom plane. The lens in the lens region 207 in which the principal point exists in the pyramid becomes a lens involved in the reproduction of the pixel. That is, the lens is listed and becomes a calculation target.

図6は、レンズ主点面近傍の3次元表示画素254の場合を示している。この場合では、レンズ252とレンズ256のレンズ、つまり3次元表示画素(ボクセル)254を頂点とし、視域角255を頂角、マイクロ凸レンズ2次元アレイ主点面を底面とする四角錐内に主点が存在するレンズの領域258のレンズのみが、その画素の再生に関与するレンズとなる。つなり、図5では12個、図6では2個のレンズが選択された3次元表示画素の表示に関与しうるレンズである。   FIG. 6 shows the case of the three-dimensional display pixel 254 in the vicinity of the lens principal point plane. In this case, the lens 252 and the lens 256, that is, the three-dimensional display pixel (voxel) 254 is the vertex, the viewing zone angle 255 is the apex angle, and the main surface of the micro convex lens two-dimensional array is the bottom surface. Only the lens in the lens region 258 where the dot exists is a lens involved in the reproduction of the pixel. That is, 12 lenses in FIG. 5 and 2 lenses in FIG. 6 are lenses that can participate in the display of the selected three-dimensional display pixel.

G方向だけでなく、YG方向も全く同様だと仮定すると、図5では、12×12=144個が選択された3次元画素204の再生に関与するレンズ数となり、これは144回の演算処理が必要であることと等価である。同様に、図6の場合を考えると、2×2=4個が選択された3次元表示画素254の再生に関与するレンズ数となり、これは4回の演算処理のみが必要であることとなる。図12に示した従来の他の立体像要素画像作成表示方法の処理では、図5および図6の両方の場合において、S503からS506間のループ処理が144回実行される。しかし、本発明を適用した図7の処理であれば、図5の場合は144回、図6の場合で4回の処理となる。 X G direction as well, Y when G direction to assume that exactly the same, FIG. 5, becomes a lens number involved in the reproduction of 12 × 12 = 144 pieces is selected 3D pixel 204, which is 144 times This is equivalent to the need for arithmetic processing. Similarly, considering the case of FIG. 6, 2 × 2 = 4 is the number of lenses involved in the reproduction of the selected 3D display pixel 254, which requires only four arithmetic processes. . In the processing of the other conventional stereoscopic image element image creation / display method shown in FIG. 12, the loop processing from S503 to S506 is executed 144 times in both cases of FIGS. However, in the case of the process of FIG. 7 to which the present invention is applied, the process is 144 times in the case of FIG. 5 and 4 times in the case of FIG.

以上のことから、図5のように演算処理が必要な場合にはその処理が実施され、図6のように演算処理が不要な場合には、その不要な処理が削減されることがわかる。図6の場合を考えると処理量は4÷144≒0.03でわずか3%である。しかも、削減されたのは、その3次元表示画素の再生に関与しないことが明らかなレンズに対する処理であるため、画質の低下は一切生じない。   From the above, it can be seen that when arithmetic processing is necessary as shown in FIG. 5, that processing is performed, and when arithmetic processing is unnecessary as shown in FIG. 6, the unnecessary processing is reduced. Considering the case of FIG. 6, the processing amount is 4 ÷ 144≈0.03, which is only 3%. In addition, since the processing for the lens that is clearly not involved in the reproduction of the three-dimensional display pixel is reduced, the image quality does not deteriorate at all.

レンズやピンホールが2次元配列でなく1次元配列であるレンティキュラレンズアレイやパララックスバリアの場合では、図6の例で、2÷12≒0.17から、17%の処理で済むこととなる。   In the case of a lenticular lens array or parallax barrier in which lenses and pinholes are not two-dimensional arrays but one-dimensional arrays, in the example of FIG. Become.

インテグラル・フォトグラフィ方式の立体像表示装置では、レンズ主点面近傍の画素群による立体像が最も空間分解能が高く、高精細な立体像の表示に適していることから、レンズ主点面近傍の画素が表示される立体像の大部分を占める場合が多い。そのため、表示される立体像を構成する3次元画素の大部分に図6のような削減効果が期待できる。   In the integral photography 3D image display device, the 3D image with the pixel group near the lens main point plane has the highest spatial resolution and is suitable for displaying high-definition 3D images. In many cases, these pixels occupy most of the displayed stereoscopic image. Therefore, the reduction effect as shown in FIG. 6 can be expected in most of the three-dimensional pixels constituting the displayed stereoscopic image.

また、移動量が大きい立体像を表示するために、立体像の表示エリアを拡大し、より多くのレンズ数を有する大面積のマイクロ凸レンズアレイを使用しても、選択された3次元表示画素の表示に関与するレンズのみに対して処理が行われるため、表示される立体像の大きさおよびレンズ間ピッチ寸法が同一であればレンズ数増加により演算時間の増加は発生しない。   Further, in order to display a stereoscopic image with a large amount of movement, the display area of the stereoscopic image is enlarged, and even if a large-area micro convex lens array having a larger number of lenses is used, Since the processing is performed only on the lenses involved in the display, if the size of the displayed stereoscopic image and the pitch dimension between the lenses are the same, the calculation time does not increase due to the increase in the number of lenses.

例えば、同一レンズピッチのマイクロ凸レンズ2次元アレイを使用する2台の立体像表示装置において、立体像の移動量を大きくとれるよう、高さ寸法が同一で、立体像の移動方向である横方向の幅寸法を2倍にしたマイクロ凸レンズ2次元アレイでの使用例を考える。   For example, in two stereoscopic image display devices that use a two-dimensional array of micro-convex lenses with the same lens pitch, the height dimension is the same and the lateral direction that is the moving direction of the stereoscopic image is large so that the movement amount of the stereoscopic image can be increased. Consider an example of use in a micro-convex lens two-dimensional array with a double width dimension.

従来方法であれば、レンズ数が2倍となるため、演算回数は2倍となる。しかし、本実施の形態の方法であれば、移動する立体像の大きさが一定であれば、各時間フレームでの立体像再生に関与するレンズ数が一定のため、レンズ数が2倍となるマイクロ凸レンズ2次元アレイを使用していても、演算回数は一定のままである。   In the case of the conventional method, the number of lenses is doubled, so the number of calculations is doubled. However, in the method of the present embodiment, if the size of the moving stereoscopic image is constant, the number of lenses involved in stereoscopic image reproduction in each time frame is constant, so the number of lenses is doubled. Even if a micro convex lens two-dimensional array is used, the number of operations remains constant.

すなわち、立体像の高画質化のため、レンズ数を増やしても、立体像要素画像作成過程において、順次選択される3次元表示画素毎に、あらかじめ、その3次元表示画素の表示に関与する領域内のレンズを求め、それらのレンズのみを処理対象と限定してしまうため、従来の立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法で行われていた3次元画素表示に関与しないレンズへの無駄な処理が削減され、立体像表示において高画質と高速処理の両立に効果がある。   That is, even if the number of lenses is increased in order to improve the quality of a stereoscopic image, an area related to the display of the 3D display pixels in advance for each sequentially selected 3D display pixel in the process of creating a stereoscopic image element image. Since only those lenses are determined as processing targets, it is wasted on lenses that are not involved in the three-dimensional pixel display performed in the conventional stereoscopic image element image creation and display method of the stereoscopic image display device. Processing is reduced, and it is effective in achieving both high image quality and high-speed processing in stereoscopic image display.

以上のように本発明にかかる立体像要素画像作成表示方法は、3次元表示画素データから立体画像を表示する際に、高解像度化と高速処理を両立させる効果が有るため、例えば立体ディスプレイ装置や立体画像を提供するサービスおよびそのサービスに用いられる立体画像受信端末、ホログラム表示装置、建築・デザイン・機構向けホログラムCAD、コンピュータ上で動作する立体画像生成ソフトウェアなどへの利用が可能である。   As described above, the stereoscopic image element image creation and display method according to the present invention has an effect of achieving both high resolution and high speed processing when displaying a stereoscopic image from three-dimensional display pixel data. The present invention can be applied to a service that provides a stereoscopic image, a stereoscopic image receiving terminal used for the service, a hologram display device, a hologram CAD for architecture, design, and mechanism, a stereoscopic image generation software that operates on a computer, and the like.

本発明の実施の形態における立体像要素画像作成表示方法で表示する立体表示装置を説明する図The figure explaining the stereoscopic display apparatus displayed with the stereoscopic image element image creation display method in embodiment of this invention 図1におけるA方向からマイクロ凸レンズ2次元アレイおよび2次元表示デバイスを見た拡大断面図1 is an enlarged cross-sectional view of the micro convex lens two-dimensional array and the two-dimensional display device as viewed from the direction A in FIG. 図1におけるA方向からマイクロ凸レンズ2次元アレイおよび2次元表示デバイスを見た拡大断面図1 is an enlarged cross-sectional view of the micro convex lens two-dimensional array and the two-dimensional display device as viewed from the direction A in FIG. 図1におけるA方向からマイクロ凸レンズ2次元アレイ1および2次元表示デバイス2を見た拡大断面図1 is an enlarged cross-sectional view of the micro convex lens two-dimensional array 1 and the two-dimensional display device 2 as viewed from the direction A in FIG. レンズ主点面遠方の3次元表示画素に対する処理対象レンズの位置範囲を示す断面図Sectional drawing which shows the position range of the process target lens with respect to the three-dimensional display pixel far from the lens principal point plane レンズ主点面近傍の3次元表示画素に対する処理対象レンズの位置範囲を示す断面図Sectional drawing which shows the position range of the process target lens with respect to the three-dimensional display pixel of the lens principal point surface vicinity 本発明の実施の形態に係る立体像要素画像作成表示方法を説明するフローチャートFlowchart for explaining a stereoscopic image element image creation / display method according to an embodiment of the present invention インテグラル・フォトグラフィ方式での立体像を撮影するための基本原理を示す図Diagram showing the basic principle for taking a 3D image using the integral photography method インテグラル・フォトグラフィ方式での立体像を表示するための基本原理を示す図Diagram showing the basic principle for displaying a 3D image in the integral photography system 従来の立体像表示装置の例を示す図The figure which shows the example of the conventional stereoscopic image display apparatus 従来の立体表示装置における立体像要素画像作成表示方法の処理を示すフローチャートThe flowchart which shows the process of the stereoscopic image element image preparation display method in the conventional stereoscopic display apparatus 従来の他の立体像要素画像作成表示方法の処理を示すフローチャートThe flowchart which shows the process of the other conventional 3D image element image creation display method

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロ凸レンズ2次元アレイ
2 2次元表示デバイス
3 立体像表示装置グローバル座標原点
4 3次元表示画素(ボクセル)原点
5 立体像
6 観察者
9 3次元表示画素(ボクセル)データ領域
10 医用ボクセルデータ画像
31 フライアイ・レンズアレイ
32 フィルム
33 3次元物体
34 要素画像
35 観察者
36 立体像
52 2次元表示デバイス
54 距離
56 角度(視域角)
57 主点
58 レンズ
59 3次元表示画素(ボクセル)
60 2次元表示画素
61 XG方向の距離
62 3次元表示画素(ボクセル)
63 2次元表示画素
64 XG方向の距離
102 2次元表示デバイス
104 距離
106 視域角
107 主点
108 レンズ
109 3次元表示画素(ボクセル)
110 マイクロ凸レンズ2次元アレイ中の一レンズの主点
111 レンズ
112 3次元表示画素(ボクセル)
113 2次元表示画素
114 XG方向の距離
115 3次元表示画素(ボクセル)
116 2次元表示画素
117 XG方向の距離
118 主点
119 レンズ
120 3次元表示画素(ボクセル)
152 レンズ主点
154 立体像
155 3次元表示画素(ボクセル)
156 視域角
158 レンズ主点
159,161 領域
160 領域
201 レンズ
202 レンズ
204 3次元表示画素(ボクセル)
205 マイクロ凸レンズ2次元アレイの視域角
206 レンズ
207 領域
252 レンズ
254 3次元表示画素(ボクセル)
255 視域角
256 レンズ
258 領域
LP 凸レンズ間ピッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Micro convex lens 2D array 2 2D display device 3 Stereo image display apparatus Global coordinate origin 4 3D display pixel (voxel) origin 5 Stereo image 6 Viewer 9 3D display pixel (voxel) data area 10 Medical voxel data image 31 Fly-eye lens array 32 Film 33 Three-dimensional object 34 Element image 35 Viewer 36 Three-dimensional image 52 Two-dimensional display device 54 Distance 56 Angle (viewing zone angle)
57 principal point 58 lens 59 3D display pixel (voxel)
60 2D display pixel 61 X Distance in G direction 62 3D display pixel (voxel)
63 Two-dimensional display pixel 64 X Distance in the G direction 102 Two-dimensional display device 104 Distance 106 Viewing zone angle 107 Main point 108 Lens 109 Three-dimensional display pixel (voxel)
110 Main point of one lens in a two-dimensional array of micro convex lenses 111 Lens 112 Three-dimensional display pixel (voxel)
113 2D display pixel 114 X G direction distance 115 3D display pixel (voxel)
116 2-dimensional display pixel 117 X G direction distance 118 principal point 119 lens 120 three-dimensional display pixel (voxel)
152 Lens principal point 154 Three-dimensional image 155 Three-dimensional display pixel (voxel)
156 Viewing zone angle 158 Lens principal point 159,161 area 160 area 201 lens 202 lens 204 3D display pixel (voxel)
205 Viewing zone angle of micro convex lens two-dimensional array 206 Lens 207 Region 252 Lens 254 Three-dimensional display pixel (voxel)
255 Viewing angle 256 Lens 258 Region LP Convex lens pitch

Claims (5)

マイクロ凸レンズ2次元アレイと、その焦点面に設置された2次元画像表示デバイスとを有し、立体像の構成要素である画素位置情報および画素色情報からなる3次元表示画素データを順次選択し、選択された3次元表示画素データの前記2次元表示画像デバイスの表示面への投影領域内の画素群の色情報を、その3次元表示画素データの色情報として前記2次元画像表示デバイス上に前記立体像の要素画像の作成または表示を行う立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法において、
前記マイクロ凸レンズ2次元アレイの主点面と、前記2次元表示デバイス表示面との間の距離を分母とし、前記マイクロ凸レンズ2次元アレイの凸レンズ間ピッチの2分の1を分子とする比のアークタンジェントの2倍の角度として求められる視域角を、前記2次元表示デバイス表示面内の直交する2方向であるX方向およびY方向について、それぞれX方向視域角を算出するとともに、Y方向視域角を算出し、
選択された3次元表示画素の位置を頂点とし、前記X方向視域角を前記X方向の頂角とし、前記Y方向視域角を前記Y方向の頂角とし、前記2次元表示デバイスの表示面を底面とした四角錐内の領域に主点があるマイクロ凸レンズのみを立体像の要素画像算出対象とすることを特徴とする立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法。
A micro-convex lens two-dimensional array and a two-dimensional image display device installed on the focal plane thereof, sequentially selecting three-dimensional display pixel data consisting of pixel position information and pixel color information, which are constituent elements of a stereoscopic image; The color information of the pixel group in the projection area of the selected 3D display pixel data on the display surface of the 2D display image device is displayed on the 2D image display device as the color information of the 3D display pixel data. In a method for creating and displaying a stereoscopic image element image of a stereoscopic image display device for creating or displaying a stereoscopic image element image,
An arc having a ratio in which the distance between the principal point plane of the two-dimensional array of micro-convex lenses and the display surface of the two-dimensional display device is a denominator and half the pitch between the convex lenses of the two-dimensional array of micro-convex lenses is a numerator. The viewing zone angle obtained as an angle twice the tangent is calculated for the X direction and the Y direction, which are the two orthogonal directions in the display surface of the two-dimensional display device, respectively. Calculate the area angle,
The position of the selected three-dimensional display pixel is a vertex, the X-direction viewing zone angle is the X-direction apex angle, the Y-direction viewing zone angle is the Y-direction apex angle, and the display of the two-dimensional display device A method for creating and displaying a stereoscopic image element image of a stereoscopic image display apparatus, wherein only a micro-convex lens having a principal point in a region within a quadrangular pyramid having a surface as a bottom surface is an object image calculation target of the stereoscopic image.
ピンホール2次元アレイと、それと平行に設置された2次元画像表示デバイスとを有し、立体像の構成要素である画素位置情報および画素色情報からなる3次元表示画素データを順次選択し、選択された3次元表示画素データの前記2次元表示画像デバイスの表示面への投影領域内の画素群の色情報を、その3次元表示画素データの色情報として前記2次元画像表示デバイス上に立体像の要素画像の作成または表示を行う立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法において、
前記ピンホール2次元アレイのピンホール面と前記2次元表示デバイスの表示面との間の距離を分母とし、前記ピンホール2次元アレイのピンホール間ピッチの2分の1を分子とする比のアークタンジェントの2倍の角度として求められる視域角を、前記2次元表示デバイスの表示面内の直交する2方向であるX方向およびY方向について、それぞれX方向視域角を算出するとともにY方向視域角を算出し、
選択された3次元表示画素の位置を頂点とし、前記X方向視域角を前記X方向の頂角とし、前記Y方向視域角を前記Y方向の頂角とし、前記2次元表示デバイスの表示面を底面とした四角錐内の領域にあるピンホールのみを立体像の要素画像算出対象とすることを特徴とする立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法。
It has a pinhole two-dimensional array and a two-dimensional image display device installed in parallel therewith, and sequentially selects and selects three-dimensional display pixel data consisting of pixel position information and pixel color information that are constituent elements of a stereoscopic image The color information of the pixel group in the projection area of the three-dimensional display pixel data on the display surface of the two-dimensional display image device is converted into a three-dimensional image on the two-dimensional image display device as the color information of the three-dimensional display pixel data. In a stereoscopic image element image creation and display method of a stereoscopic image display device that creates or displays an element image of
The distance between the pinhole surface of the pinhole two-dimensional array and the display surface of the two-dimensional display device is used as a denominator, and the ratio of the numerator is one half of the pitch between pinholes of the pinhole two-dimensional array. The viewing zone angle obtained as an angle twice the arc tangent is calculated for the X direction and the Y direction, which are the two orthogonal directions in the display surface of the two-dimensional display device, and the Y direction. Calculate the viewing zone angle,
The position of the selected three-dimensional display pixel is a vertex, the X-direction viewing zone angle is the X-direction apex angle, the Y-direction viewing zone angle is the Y-direction apex angle, and the display of the two-dimensional display device A method for creating and displaying a stereoscopic image element image of a stereoscopic image display apparatus, wherein only a pinhole in an area within a quadrangular pyramid having a surface as a bottom surface is an object image calculation target for a stereoscopic image.
レンティキュラレンズアレイと、その焦点面に設置された2次元画像表示デバイスとを有し、立体像の構成要素である画素位置情報および画素色情報からなる3次元表示画素データを順次選択し、選択された3次元表示画素の前記2次元表示画像デバイスの表示面への投影領域内の画素群の色情報を、その3次元表示画素データの色情報として前記2次元画像表示デバイス上に立体像の要素画像の作成または表示を行う立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法において、
前記レンティキュラレンズアレイの主点面と前記2次元表示デバイスの表示面との間の距離を分母とし、前記レンティキュラレンズアレイの凸レンズ間ピッチの2分の1を分子とする比のアークタンジェントの2倍の角度として求められる視域角を、前記2次元表示デバイスの表示面内のレンティキュラレンズアレイの凸レンズ間ピッチ方向について算出し、
選択された3次元表示画素位置を含み、前記二次元表示デバイスの表示面と垂直で、かつ前記レンティキュラレンズアレイの凸レンズ間ピッチ方向と平行な平面による断面において、選択された3次元表示画素の位置を頂点とし、前記視域角を頂角とし、前記2次元表示デバイスの表示面との交線を底辺とした三角形内の領域に主点があるレンズのみを立体像の要素画像算出対象とすることを特徴とする立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法。
It has a lenticular lens array and a two-dimensional image display device installed at its focal plane, and sequentially selects and selects three-dimensional display pixel data consisting of pixel position information and pixel color information, which are constituent elements of a stereoscopic image The color information of the pixel group in the projection area of the three-dimensional display pixel on the display surface of the two-dimensional display image device is used as the color information of the three-dimensional display pixel data on the two-dimensional image display device. In a stereoscopic image element image creation and display method of a stereoscopic image display device that creates or displays an element image,
The arc tangent of the ratio in which the distance between the principal point surface of the lenticular lens array and the display surface of the two-dimensional display device is the denominator and half the pitch between the convex lenses of the lenticular lens array is the numerator. A viewing zone angle obtained as a double angle is calculated for the pitch direction between convex lenses of the lenticular lens array in the display surface of the two-dimensional display device,
The selected three-dimensional display pixel in a cross-section by a plane including the selected three-dimensional display pixel position, perpendicular to the display surface of the two-dimensional display device, and parallel to the pitch direction between the convex lenses of the lenticular lens array. Only a lens having a principal point in a region in a triangle with a position at the apex, the viewing zone angle as an apex angle, and a line of intersection with the display surface of the two-dimensional display device as a base image is an element image calculation target of a stereoscopic image. A stereoscopic image element image creation and display method for a stereoscopic image display device.
パララックスバリアと、それと平行に設置された2次元画像表示デバイスとを有し、立体像の構成要素である画素位置情報および画素色情報からなる3次元表示画素データを順次選択し、選択された3次元表示画素の前記2次元表示画像デバイスの表示面への投影領域内の画素群の色情報を、その3次元表示画素データの色情報として前記2次元画像表示デバイス上に立体像の要素画像の作成または表示を行う立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法において、
前記パララックスバリアのバリア面と前記2次元表示デバイスの表示面との間の距離を分母とし、前記パララックスバリアのスリット間ピッチ距離の2分の1を分子とする比のアークタンジェントの2倍の角度として求められる視域角を、前記2次元表示デバイスの表示面内の前記パララックスバリアのスリット間ピッチ方向について算出し、
選択された3次元表示画素の位置を含み、前記二次元表示デバイスの表示面と垂直で、かつ前記パララックスバリアのスリット間ピッチ方向と平行な平面による断面において、選択された3次元表示画素の位置を頂点とし、前記視域角を頂角とし、前記2次元表示デバイスの表示面との交線を底辺とした三角形内の領域に主点があるスリットのみを立体像の要素画像算出対象とすることを特徴とする立体像表示装置の立体像要素画像作成表示方法。
A parallax barrier and a two-dimensional image display device installed in parallel with the parallax barrier are used to sequentially select and select three-dimensional display pixel data consisting of pixel position information and pixel color information, which are constituent elements of a stereoscopic image. The color information of the pixel group in the projection area of the 3D display pixel on the display surface of the 2D display image device is used as the color information of the 3D display pixel data, and the 3D element image is displayed on the 2D image display device. In a stereoscopic image element image creation and display method of a stereoscopic image display device that creates or displays
The arc tangent of the ratio in which the distance between the barrier surface of the parallax barrier and the display surface of the two-dimensional display device is a denominator, and the numerator is half the pitch distance between slits of the parallax barrier. A viewing zone angle calculated as an angle of the parallax barrier in the display surface of the two-dimensional display device is calculated for the pitch direction between the slits,
Including the position of the selected three-dimensional display pixel, in a cross section by a plane perpendicular to the display surface of the two-dimensional display device and parallel to the pitch direction between the slits of the parallax barrier. Only a slit having a principal point in a region in a triangle having a position as a vertex, the viewing zone angle as an apex angle, and a line of intersection with the display surface of the two-dimensional display device as a base image is an element image calculation target of a stereoscopic image. A stereoscopic image element image creation and display method for a stereoscopic image display device.
前記請求項1から4のいずれかの項に記載の立体像要素画像作成表示方法により2次元画像表示デバイス上に立体像の要素画像の作成または表示を行うことを特徴とする立体像表示装置。 5. A stereoscopic image display apparatus that creates or displays a stereoscopic image element image on a two-dimensional image display device by the stereoscopic image element image creation and display method according to any one of claims 1 to 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017151202A (en) * 2016-02-23 2017-08-31 日本放送協会 Three-dimensional picture display device
CN110475112A (en) * 2019-07-28 2019-11-19 成都工业学院 Integration imaging double vision 3D display device based on rectangle pinhole array

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