JP2007264456A

JP2007264456A - 画像表示装置および画像表示方法

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Publication number: JP2007264456A
Application number: JP2006091694A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Okumura; 治彦奥村; Takashi Sasaki; 隆佐々木; Aira Hotsuta; あいら堀田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP4825561B2; US7777766B2; US20070229557A1

Abstract

【課題】臨場感の高い画像を容易に表示できる画像表示装置および画像表示方法を提供する。
【解決手段】画像表示装置が，画像上の場所に依存し，かつ画像の中心近傍より周辺近傍で大きな拡大率に対応して，画像データを変換する画像データ変換部と，画像データ変換部で変換された画像を表示する画像表示部と，を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は，画像を表示する画像表示装置および画像表示方法に関する。

人間が臨場感を感じるには，最低でも３０度以上の視野角が必要であり，視野角の大きな画像表示装置が必要となる。
視野角の大きな画像表示装置が提案されている（例えば，非特許文献１，特許文献１参照）。球面スクリーンに画像を投影し，その凹面側から観視することで，小さい画面で大きな視野角を実現できる。ここで，観視者から見て球面スクリーンに投影された画像に歪がないようにするために，投影前の画像を歪み補正する手段が用いられる（特許文献１参照）。

南雲「小型円筒スクリーンによる現場作業訓練環境の研究」日本バーチャルリアリティ学会論文誌 Vol.4,No.3,P521（1999）特開２００２−１４８７１１

しかしながら，表示された画像全体で歪みを無くし，かつ解像度を確保するには，例えば，複数のプロジェクタを用いることが必要となり，装置が複雑，高コストになる。
上記に鑑み，本発明は，広視野角で，臨場感の高い画像を容易に表示できる画像表示装置および画像表示方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る画像表示装置は，画像上の場所に依存し，かつ画像の中心近傍より周辺近傍で大きな拡大率に対応して，画像データを変換する画像データ変換部と，前記画像データ変換部で変換された画像を表示する画像表示部と，を具備することを特徴とする。

本発明によれば，広視野角で，臨場感の高い画像を容易に表示できる画像表示装置および画像表示方法を提供できる。

以下，図面を参照して，本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は，本発明の第１実施形態に係る画像表示装置１０を表すブロック図である。
画像表示装置１０は，画像蓄積部１１，広角変換処理部１２，画像メモリ１３，１４，画像表示部１５，切り換えスイッチ１６ａ，１６ｂ，基礎情報記憶部１７，広角変換テーブル作成部１８を備える。

画像蓄積部１１は，例えば，ハードディスク，半導体メモリ等の記憶装置であり，画像（静止画，動画の双方を含む）情報を蓄積，出力する。
広角変換処理部１２は，広角変換テーブルを保持し，この広角変換テーブルに基づき，画像蓄積部１１から出力される画像に広角変換を施す。広角変換処理部１２が画像メモリ１３，１４の記憶内容を書き替えることで，この広角変換がなされる。

広角変換テーブルには，次の式（１）のように変換前の画素Yin[x，y]の位置（x0，y0）と，変換後の画素Yout[x1,y1]の位置（x1，y1）とが対応して表される。なお，この式（１）は簡略化して表され，正確には後述の式（１４）で表される。
Yout[x1,y1]＝Yin[Fx（x0），Fy（y0）] ……（１）

広角変換処理部１２は，（１）式に基づき，画像メモリ１３，１４上で画像を構成する画素の位置を変更することで，画像を広角変換する。広角変換処理部１２は，画像メモリ１３，１４からデータを読み出し，書き込む。読み出し時のアドレスと，書き込み時のアドレスを制御することで，広角変換が実行される。画像メモリ１３，１４上でのアドレスは，画素の位置に対応するからである。このように，広角変換は，一種のアドレス変換であり，比較的高速（例えば，リアルタイム）で実行できる。

式（１）で表される変換前後の画素の対応関係は必ずしも１対１とは限らない。
画像が拡大される場合には，変換前の単一画素を変換後の複数画素に対応させることが可能となる。画像を拡大するときに，変換前後の画素が１対１だと，変換後の画素間に変換前の画素と対応しない画素が存在することになる。即ち，表示領域Ａｄ上に変換後の画素が点状に配置され，観視上好ましくない。

画像が縮小される場合には，変換前の複数画素が変換後の単一画素に対応する可能性がある。表示領域Ａｄの解像度の関係で，画像が縮小に伴い，画素数が減少することが考えられる。但し，変換後の画素数が減少することは画像の解像度が低下することになり好ましくない。後述のように，表示領域Ａｄ上で表示可能な画素の密度（精細度）を充分大きくすることで，解像度の低下を防止できる。

画像メモリ１３，１４は，画像を記憶するための記憶装置，例えば，半導体メモリである。画像メモリ１３，１４に記憶される画像が画像表示部１５で表示されることから，画像メモリ１３，１４の記憶内容を広角変換処理部１２が書き替えることで，画像の広角変換がなされる。画像メモリ１３，１４は，切り換えスイッチ１６ａ，１６ｂで切り換えられ広角変換用，表示用として交互に用いられる。このため，画像メモリ１３，１４には，現在の画像と１フレーム前の画像が交互に入力される。

画像表示部１５は，画像メモリ１３，１４に記憶された広角変換画像を表示する表示領域Ａｄを有する。
後述のように画像の中央部分は縮小して表示される。このことが，表示領域Ａｄの中央部分での解像度の劣化の原因となり得る。即ち，表示領域Ａｄでの精細度の限界により，縮小された画像が鮮明に表示されない畏れがある。
ここで，画像表示部１５の表示領域Ａｄの中央部分での精細度の精細度を高くすることで，中央部分での解像度を良好とすることができる。

但し，画像表示部１５の表示領域Ａｄのハードウェア上の解像度そのものは，中央部分と周辺部分とで同一で差し支えない。例えば，画像蓄積部１１から出力される画像がＮＴＳＣ画像であり，画像表示部１５の表示領域Ａｄの解像度がＨＤＴＶ対応の場合，表示画像自体の解像度よりも表示領域Ａｄでの解像度が水平，垂直ともに約２倍高い。このため，中央部分を１／２に縮小しても（画素の密度を２倍にしても），表示領域Ａｄに２倍の密度の画素を表示可能である。
このように，表示画面の解像度より表示領域Ａｄ１の解像度が高ければ，表示領域Ａｄ１の中央部分を縮小すると共に，解像度を高めることができる。

切り換えスイッチ１６ａ，１６ｂは，画像メモリ１３，１４を広角変換用，表示用として切り換えるためのものである。切り換えスイッチ１６ａは，画像メモリ１３，１４の何れを広角変換処理に用いるかを選択するスイッチである。切り換えスイッチ１６ａによって広角変換処理部１２に接続された画像メモリ１３，１４が広角変換処理の対象となる。切り換えスイッチ１６ｂによって画像表示部１５に接続された画像メモリ１３，１４が画像表示の対象となる。
広角変換処理の完了により，切り換えスイッチ１６ａ，１６ｂは連動して動作する。即ち，画像メモリ１３，１４の一方での広角変換処理が完了すると，切り換えスイッチ１６ａ，１６ｂが動作し，広角変換用および表示用の画像メモリ１３，１４が切り換えられる。

基礎情報記憶部１７は，観視者の位置情報や表示領域Ａｄの大きさ，解像度情報等の広角変換処理の基礎となる情報を記憶する。
広角変換テーブル作成部１８は，広角変換処理部１２での広角変換処理に用いられる広角変換テーブルを作成する。なお，この詳細は後述する。

（画像表示装置１０の動作）
画像表示装置１０の動作の概要を説明する。
画像蓄積部１１から出力される画像データが広角変換処理部１２，画像メモリ１３，１４に入力される。画像メモリ１３，１４の一方に最新の画像データが記憶され，他方に１フレーム前の画像データが記憶される。
広角変換処理部１２は画像メモリ１３，１４の一方に記憶された最新の画像データを広角変換する。画像メモリ１３，１４の他方に記憶された１フレーム前の画像データは広角変換済みであり，画像表示部１５で表示される。
画像メモリ１３，１４の一方での広角変換が完了すると，切り換えスイッチ１６ａ，１６ｂにより画像メモリ１３，１４での広角変換，表示が切り換えられる。この切り換えは，画像蓄積部１１からの新たな画像の出力と対応する。即ち，画像のフレームの更新と広角変換／表示の切り替えが連動することで，画像の連続的な広角変換および表示がなされる。

図２は，広角変換処理部１２での広角変換処理前後の画像Ｇ１０，Ｇ１１を対応して表す模式図である。また，図３は，広角変換処理部１２での広角変換処理前後の画像Ｇ２０，Ｇ２１の一例を対応して表す図である。
変換前の画像Ｇ１０，Ｇ２０，変換後の画像Ｇ１１，Ｇ２１を比較すると，変換によって画像が全体として拡大されている。観視者の視野角θを大きくして，臨場感を高めるためである。例えば，ＮＴＳＣやＨＤ画像を最適視距離より近くで見ることで，視野角θを拡大できる。
画像の拡大率は場所によって異なる。画像の中央部分Ａ００，Ａ１０では拡大率が低く（例えば，拡大率が１より小さい），画像の周辺部分Ａ０１，Ａ１１では拡大率が高い（例えば，拡大率が１より大きい）。即ち，中央部分では画像の解像度が高く，周辺部では画像が引き伸ばされている。

このように，画像の拡大率が場所によって異なるのは，次の理由に基づく。
人間の視覚の解像度（歪の検知限）は，中心視野では高いが，周辺視野では低い。これを利用することで，簡単な画像処理で，臨場感を高めることができる。即ち，人間の視覚上重要な箇所（視野の中央部）に表示する情報を集中させる（情報の密度，即ち，解像度を高くする）ことで，高い臨場感と効率的な情報の利用とを両立できる。
なお，図２，図３の画像Ｇ１１，Ｇ２１の輪郭の形状が異なるのは，本質的なものではない。画像Ｇ２１では表示領域Ａｄの形状に対応して，画像の上下がカットされている。

（広角変換処理の詳細）
以下，広角変換処理の詳細を説明する。
図４は，画像表示部１５の表示領域Ａｄと観視者の視点Ｐｅとの関係を表す模式図である。画像表示部１５は，画像を表示する表示領域Ａｄを有する。
観視者の視点Ｐｅは，観視者の両目の中間に位置し，観視者の視野の基準となる点であり，表示領域Ａｄから距離Ｄおよび高さＨの位置に配置される。表示領域Ａｄの左隅を原点Ｏとする。

表示領域Ａｄは，比較的大面積で略矩形状の平面領域（水平サイズＸＸ，垂直サイズＹＹ）であり，物理中心Ｃｐと視線中心Ｃｅとを有する。物理中心Ｃｐは，表示領域Ａｄの物理的な中心である。視線中心Ｃｅは，視点Ｐｅに対応し，観視者の視野の中心に位置する。
視線中心Ｃｅと表示領域Ａｄの左右上下の４辺との距離（長さ）をそれぞれ，Ｘ，Ｘｄ，Ｙ，Ｙｄとする。また，観視者の左右上下の片側での視角（片視角）をΘｘ，Θｘｄ，Θｙ，Θｙｄとする。水平視野角Θ_XX＝Θｘ＋Θｘｄ，垂直視野角Θ_YY＝Θｙ＋Θｙｄである。
このとき，観視者と表示領域Ａｄとの距離Ｄを通常の視距離より小さくすることで，観視者の視野角θを３０度以上として，臨場感を向上できる。

図５は，広角変換処理テーブルの作成手順の一例を表すフロー図である。
（１）変換前の表示位置と許容倍率の関係の決定（ステップＳ１１）
図６は，視野角と許容倍率の関係を表すグラフであり，我々が，始めて評価，数値化したものである。
許容倍率は，観視者が気にならない画像の拡大率の限界をいう。即ち，図６のグラフは，視野角に対して，気にならない拡大率の限界（広角歪検知限）を示す許容曲線であり，この曲線より下側であれば，歪が気にならないことを示す。グラフＴ１，Ｔ２はそれぞれ，上下方向（垂直方向）での許容曲線を表す。グラフＴ３，Ｔ４はそれぞれ，左右方向（水平方向）での許容曲線を表す。
視野角３０度までは，水平方向で１．１倍，垂直方向，特に上側では１．４倍までの拡大が許容できる。視野角３０度を過ぎると，限界拡大率が急激に増大することも判った。

このように複数の許容曲線Ｔ１〜Ｔ４を用意しておき，拡大率E(ｌ)として適宜に選択することが可能である。本実施形態では，水平方向の許容曲線（Ｔ３，Ｔ４）を垂直方向でも適用することとする。垂直方向の許容限界よりも小さいことから，水平方向の許容限界を水平，垂直の許容限界として共用することが可能である。これに対して，水平，垂直それぞれで異なる許容曲線を選択することも可能である。

拡大率E(ｌ)の近似曲線は，表示領域Ａｄ上での距離ｌに対して，次の式（２）で表される。
E（ｌ）＝１ (l≦Th)
＝exp(α*(ｌ-Th)) (l>Th) ……式（２）
ここで，α＝１．８３６８である。
なお，式（４）は，被験者による測定結果を最小二乗法で近似することで，求められる。

Thは長さのディメンジョンを持ち，拡大率が一定である，つまり歪を与えない画面中央からの範囲を示している。視角３０度までは歪が認識されないことから，Thは以下の式（３）で表される。
Th=D＊tan（Θth）＝D*tan（３０） ……式（３）

（２）変換後の表示位置の算出（ステップＳ１２）
拡大率が場所によって異なるので，広角変換後の位置ｌ_actは，０から変換前の位置ｌ_ｔまでのｌによってE(ｌ)を積分することで算出される。
ｌ_act(ｌ_ｔ)＝∫E(ｌ)dl
＝ｌ (l≦Th)
＝Th+（exp(α* (ｌ-Th))-1））/α (l>Th) ……式（４）
この式（４）は，変換前後での画像の位置関係を表す。

（３）変換前の水平，垂直方向での最大画素位置の算出（ステップＳ１３）
変換前の水平方向の最大画素位置mppnx，mppnxdは，以下の式（５）で表される。
mppnx=Th+（ln(α*(x-Th)+1)）/α
mppnxd=Th+（ln(α*(xd-Th)+1)）/α ……式（５）

変換前の垂直方向の最大画素位置mppny，mppnydは，以下の式（６）のように表される。
mppny=Th+（ln(α*(y-Th)+1)）/α
mppnyd=Th+（ln(α*(yd-Th)+1)）/α ……式（６）
以上のステップＳ１１〜Ｓ１３をその都度実行する必要はない。式（５），（６）の結果を保持しておけば良い。

（４）基礎情報（広角変換基礎情報）の入手（ステップＳ１４）
広角変換処理基礎情報を入手する。広角変換処理基礎情報を以下に示す。
・表示領域Ａｄと観視者との距離Ｄ
距離Ｄの情報は，キーボード等の入力装置により入力することができる。また，距離Ｄを検知器により検知しても良い。超音波や赤外線を出射してから，観視者に反射されて戻る時間に基づいて，距離Ｄを検出することができる。
・表示領域Ａｄの水平サイズＸＸ，垂直サイズＹＹ
・水平方向の画像数cxAVI，垂直方法の画素数cyAVI，
・視線中心Ｃｅが水平方向を分割する割合（水平分割比）RX，視線中心Ｃｅが垂直方向を区分する割合（垂直分割比）Rｙ

（５）視線中心Ｃｅの位置（Ｃｘ，Ｃｙ）の算出（ステップＳ１５）
視線中心Ｃｅの位置を算出する。この位置（Ｃｘ，Ｃｙ）は，原点Ｏを基準とし，画素の個数で表されるものであり，式（７）に基づき算出できる。
ＣX=cxAVI*RX
ＣY=cyAVI*RY ……式（７）
即ち，位置（Ｃｘ，Ｃｙ）は，表示領域Ａｄの水平・垂直画素数cxAVI，cyAVI，及び視線中心が水辺・垂直方向を分割する割合RX，Rｙから算出される。

（６）視野角の算出（ステップＳ１６）
水平視野角Θ_XX，垂直視野角Θ_YYを算出する。
下記の式（８）に基づき，水平サイズＸＸ，垂直サイズＹＹ（表示領域Ａｄのサイズ）から水平視野角Θ_XX，垂直視野角Θ_YYを算出できる。
Θ_XX＝tan^-1(XX/D)
Θ_YY＝tan^-1(YY/D) ……式（８）

一般に，視線中心Ｃｅと，物理中心Ｃｐは一致しないので，上下左右で広角変換処理の条件が異なる。
視角Θｘ，Θｘｄ，Θｙ，Θｙｄは，長さｙ，ｙ_ｄ，ｘ，ｘ_ｄから次の式（９）により算出できる。
Θ_ｘ＝tan^-1(ｘ/D)
Θ_ｘd＝tan^-1(ｘ_ｄ/D)
Θ_ｙ＝tan^-1(ｙ/D)
Θ_ｙd＝tan^-1(ｙ_ｄ/D) ……式（９）

（７）変換前後の画素の対応関係の算出（ステップＳ１７）
変換前後の画素の対応関係を算出する。即ち，水平，垂直方向での変換テーブルを生成する。
変換後での水平方向の画素番号n_xの最大値n_xmax（フルHDの場合，１９２０画素であるので，最大１９２０）に対する変換テーブルFx[n_x]，Fxd[n_x]は以下の式（１０），（１１）のように表される。
Fx[n_x]= n_x*x/mppnx (n_x≦cxAVI*RX*Th/x)
= n_xmax *RX*（Th+（ln(α*( n_x /(cxAVI＊RX)*x-Th)+1)）/α）/mppnx
(n_x＞cxAVI*RX*Th/x)
……式（１０）

Fxd[n_x]= n_x *xd/mppnxd (n_x≦cxAVI*(1-RX)*Th/xd)
= n_xmax *(1-RX)*（Th+（ln(α*( n_x /(cxAVI＊(1-RX))*xd-Th)+1)）/α）/mppnxd
(n_x＞cxAVI*(1-RX)*Th/xd)
……式（１１）

画素数は固定で，周辺部分を延ばしているので，通常，nx＞mppnxとなる。そのため，画面中央部分は，縮小画面になる。視野角は，相対的に近づくことで大きくなるので，近くで見ているときに，中央部分を，小さく縮小して表示するということは，視野角当たりの画像の大きさを保持する方向に働く。

変換後での垂直方向の画素番号n_yの最大値n_ymax（フルHDの場合，１０８０画素であるので，最大１０８０）に対する変換テーブルFy[n_y]，Fyd[n_y] は以下の式（１２），（１３）のように表される。
Fy[n_x]= n_x *y/mppny (n_x≦cyAVI*RY*Th/y)
= n_ymax *RY*（Th+（ln(α*(n_x/(cyAVI＊RY)*y-Th)+1)）/α）/mppny
(n_x＞cyAVI*RY*Th/y)
……式（１２）

Fyd[n_y]=n_y*yd/mppnyd (n_y≦cyAVI*(1-RY)*Th/yd)
=n_xmax*(1-RY)*（Th+（ln(α*(n_yd/(cyAVI＊(1-RY))*yd-Th)+1)）/α）/mppnyd
(n_yd＞cyAVI*(1-RY)*Th/yd)
……式（１３）

この変換テーブルに従い，入力画像Yin[x,y]を以下の式（１４）に従って変換することで出力画像Yout[x,y]を生成できる。この式（１４）が，前述の式（１）に対応する。なお，画素の位置［ｘ，ｙ］は，原点Ｏからの横方向および縦方向の画素の個数で表される。
Yout[x,y]＝Yin[Fx（x），Fy（y）] (x<ＣX, y<ＣY)
＝Yin[Fx（x），Fyd（y）] (x<ＣX, y≧ＣY)
＝Yin[Fxd（x），Fy（y）] (x≧ＣX, y<ＣY)
＝Yin[Fxd（x），Fyd（y）] (x≧ＣX, y≧ＣY) ……式（１４）

以上のように，本実施形態では，周辺視野で歪検知限が劣化することを利用して，少ない情報量で（元画像の画素の個数が少ない）広い視野角に対応できる。即ち，中央部分に情報を集中させることで，例えば，HDTVレベル以下の画像を用い，臨場感溢れる画像を表示できる。
本実施形態では，中央部分の拡大率が周辺部分の拡大率より小さいので，中央部分での動きや大きさが一定に保たれ，観視者の疲労を改善できる。中央部分と周辺部分とを同じ倍率で拡大して表示すると，中央部分が相対的に大きく，動きも大きくなるため，観視者が疲れ易い。

（第２の実施形態）
図７は，本発明の第２実施形態に係る画像表示装置２０を表すブロック図である。
画像表示装置２０は，画像蓄積部１１，折り返し歪み防止処理部２１，フィールド間引き処理部２２，広角変換処理部１２，画像メモリ１３，１４，画像表示部２３，切り換えスイッチ１６ａ，１６ｂ，基礎情報記憶部１７８，広角変換テーブル作成部１８を備える。

図８は，画像表示部２３の内部構成の一例を表す模式図である。
画像表示部２３は，投写型の表示装置であり，光源３１，コリメータレンズ３２，表示素子３３，ウォブリング素子３４，投影レンズ３５，スクリーン３６，信号処理回路３７，表示素子駆動回路３８，ウォブリング素子駆動回路３９を備える。

光源３１には，例えば，メタルハライドランプ等の高輝度光源を利用できる。
コリメータレンズ３２は，光源３１から出射された光を略平行光に変換する。
表示素子３３は，例えば，液晶表示素子等の透過型の表示素子を用いることができる。

ウォブリング素子３４は，表示素子３３から出射される光の光路を周期的にシフトする（ウォブリングする）光学素子である。光路のシフトは，例えば，プリズム等の光学素子の移動（振動）によって可能となる。また，偏光や複屈折率の電気的な制御によっても実行可能である。

ウォブリング素子３４は，例えば，０のシフト量，１／２画素のシフト量を１／６０秒の時間間隔（フィールド間隔Δｔｆ）で，繰り返す。この光路のシフトにより，表示素子３３上の画像の投影箇所が周期的に移動する（例えば，Ｎフィールドと，次のＮ＋１フィールドで光学像をシフトする）。この結果，スクリーン３６上での解像度を表示素子３３の解像度よりも高くできる。例えば，表示素子３３の画素数がＨＤ画像の１／４の場合に，ウォブリング素子３４によって，表示素子３３の投影像を斜め方向に１／２画素分シフトすることで，擬似的にＨＤレベルの解像度を得ることができ，特に，中央部分での解像度を向上できる。

投影レンズ３５は，表示素子３３上の画像をスクリーン３６に投影する。
スクリーン３６には，表示素子３３上の画像が投影される。なお，本実施形態ではスクリーン３６の形状を球面状としているが，平面状としても差し支えない。
信号処理回路３７は，画像メモリ１３，１４から入力される画像信号から表示素子駆動回路３８およびウォブリング素子駆動回路３９を制御するための表示制御信号，ウォブリング制御信号を生成する。信号処理回路３７には，高角化処理されたフィールド画像の信号が入力される。信号処理回路３７はこのフィールド画像の信号を表示素子駆動回路３８に出力する。また，信号処理回路３７はこのフィールド画像の間隔（フィールド間隔Δｔｆ）に対応して，ウォブリング用の信号（シフト量を規定する信号）を生成する。
表示素子駆動回路３８およびウォブリング素子駆動回路３９はそれぞれ，表示素子３３およびウォブリング素子３４を駆動する。

光源３１から発した光がコリメータレンズ３２で平行光となり，表示素子３３およびウォブリング素子３４を通過する。表示素子３３に表示された画像が投影レンズ３５によりスクリーン３６に投影される。

折り返し歪み防止処理部２１は，後述のウォブリングによる折り返し歪みの発生を防止するための処理，例えば，縦方向の画素間での平均化処理を行う。なお，この詳細は後述する。

フィールド間引き処理部２２は，入力された画像（フレーム）を垂直，または水平方向に２つのインターレース画像（フィールド）に分解する。即ち，フレーム画像を解像度の低い２つのフィールド画像（表示素子３３の解像度に対応）に分離する。フィールド画像をウォブリングすることで，スクリーン３６上にフレーム画像が生成される。この結果，表示素子３３の解像度より，スクリーン３６上での画像の解像度が向上する。

図９は，フィールド間引き処理部２２で処理後の画像を表す模式図である。インターレース状に間引かれたフィールド画像ＦＬがフィールド間隔Δｔｆで出力される。例えば，Ｎフィールドの画像ＦＬ（Ｎ）および（Ｎ＋１）フィールドの画像ＦＬ（Ｎ＋１）がそれぞれ，奇数番目および偶数番目の走査線に対応する画素のみで構成される。画像ＦＬ（Ｎ）が，交互にウォブリングされることで，奇数番目，偶数番目の走査線に対応するように，スクリーン３６上に投影される。その結果，スクリーン３６上の画像は，表示素子３３本来の解像度（画素数）の２倍の解像度（画素数）を有する。
画像ＦＬ（Ｎ）が交互にウォブリングされることから，ウォブリングの１周期に対応する時間間隔（ウォブリング間隔）Δｔｗはフィールド間隔Δｔｆの２倍となる（Δｔｗ＝２・Δｔｆ）。

フィールド間引き処理前の画像のフレーム間隔Δｔｆ０が処理後での画像のフィールド間隔Δｔｆ１の１／２の場合（例えば，処理前の画像のフレーム間隔Δｔｆ０が１／３０秒，処理後の画像のフィールド間隔Δｔｆ１が１／６０秒の場合），入力された画像をフィールド間隔Δｔｆ１で２回出力する。このとき，既述のように，この２つの画像は，インターレース状に間引きされる。例えば，第１，第２の画像をそれぞれ，元の画像の奇数番目および偶数番目の走査線のみに対応する画像とする。

処理前の画像のフレーム間隔Δｔｆ０が処理後での画像のフィールド間隔Δｔｆ１と等しい場合は，画像（フレーム）の個数を１／２に間引いて，画像の時間的間隔をウォブリング間隔の１／２（例えば，１／３０秒に１枚にする）とした後で，インターレース状にフィールドを間引く。後述するように，この場合に折り返し歪み防止処理部２１が有効となる。

広角変換処理部１２は，第１，第２のインターレース画像それぞれを広視野変換する。広視野変換された第１，第２のインターレース画像がウォブリングされることで解像度が２−４倍に向上され，中央部での縮小された画像でも，解像度が劣化することが無い。

（折り返し歪み防止処理部２１の詳細）
折り返し歪み防止処理部２１は，垂直方向の空間軸とフィールド間方向の時間軸の一方，または双方にフィルタを事前にかけることで折り返しによるフリッカや妨害のない高画質な動画像を再現するためのものである。

図１０は，ウォブリングで表示される画像を空間周波数に分解した状態を表す模式図である。この画像は，フィールド間引き処理によってフィールドおよび走査線が間引かれた画像である。
垂直軸の周波数Ｆｙ，時間軸の周波数Ｆｔの座標上に画像の周波数帯域Ｗｓが表される。垂直軸方向および時間軸方向のサンプリング周波数それぞれをｆｙ（走査線の間隔に対応），ｆｔ（フィールドの周期，例えば，６０Hz）とする。

なお，周波数帯域Ｗｓの垂直軸方向の成分Ｗｓｙは，変換時の画像の倍率および変換前の画像の周波数帯域Ｗｙに依存する。画像の倍率が１／２の場合にはＷｓｙ＝２＊Ｗｙと小さくなり，画像の倍率がｎ倍の場合にはＷｓｙ＝ｎ＊Ｗｙと大きくなる。

垂直軸方向および時間軸方向のサンプリング周波数（走査線間隔およびフレーム間隔）に対応して，元の画像での周波数帯域Ｗｓ００と対応する周波数帯域Ｗｓ０１，Ｗｓ０２，Ｗｓ１０〜Ｗｓ１２の信号が発生する。さらに，ウォブリングに起因して，周波数帯域Ｗｓ００〜Ｗｓ０２と周波数帯域Ｗｓ１０〜Ｗｓ１２の間に，周波数帯域Ｗｓ２１，Ｗｓ１２の信号が発生する。なお，それぞれの周波数帯域Ｗｓの中心にキャリアＣＲが配置される。

ウォブリングによって周波数帯域Ｗｓ２１，Ｗｓ１２の信号が発生する理由は次の通りである。既述のように，ウォブリングのために，画像のフィールドおよび走査線が間引かれる。画像からのフィールドおよび走査線の間引きにより，時間軸方向および垂直軸方向それぞれのサンプリング周波数の１／２の周波数のキャリアが発生する。即ち，図１０上において，元の周波数帯域Ｗｓ００の信号から時間軸方向および垂直軸方向の双方がずれた周波数帯域Ｗｓ２１，Ｗｓ１２の信号（キャリアの位置（±1/2ｆｙ，±１/２ft）の信号）が発生する。

ウォブリング処理によって，点Ｐ０（1/2ｆｙ，０）と対応する点Ｐ１（０，1/2ｆｔ）が出現する（周波数の折り返し）。即ち，垂直軸方向で高周波，時間軸方向で低周波の信号成分（点Ｐ０に対応）が垂直軸方向で低周波，時間軸方向で高周波の信号成分（点Ｐ１に対応）に変化したことになる。

本実施例では，点Ｐ１の時間軸周波数がｆｔ/2＝６０/2＝３０Hzであるため，観視者によって画像がフリッカとして認識される。このフリッカを低減するには，点Ｐ１（1/2ｆｙ，０）に対応する信号成分の発生を制限することが考えられる。これが折り返し歪み防止処理部２１の役割である。
折り返し歪み防止処理部２１は，フィールド間引き処理前の信号から垂直軸方向での1/2ｆｙ以上の信号成分をカットするためのフィルタとして機能する。この結果，例えば，点Ｐ１（1/2ｆｙ，０）に対応する信号成分の発生が制限される。

折り返し歪み防止処理部２１によるフリッカ防止効果を定量的に把握するために，ＣＺＰ（Circular Zone Plate chart）を用いたシミュレーションを行った。
ＣＺＰは，同心円状の図形であり，内周円から外周円になるに従って，同心円の半径の差が小さくなる図形である。

以下，ＣＺＰの動画の画像に対してフィールドおよび走査線を間引くことで（ウォブリングのための信号処理により），フリッカが発生することを示す。
図１１，図１２はそれぞれ，ＣＺＰの画像をフィールド間引き処理したときのＮフィールド，および（Ｎ＋１）フィールドでの折り返し歪を表す図である。フィルタをかけない状態での所定のフィールドでのシミュレーション結果である。

図１１では，上下に模様Ｅ１１，Ｅ１２が生じている。模様Ｅ１１，Ｅ１２は，非常に明瞭であり，中央の模様Ｅ１０に対して，逆位相になっている（中央の模様Ｅ１０は白目なのに対して，上下の模様Ｅ１１，Ｅ１２は，黒目）。
図１２では，上下に模様Ｅ２１，Ｅ２２が生じている。模様Ｅ２１，Ｅ２２は，中央の模様Ｅ２０に対して，同位相になっている（中央の模様Ｅ１０と同様に，上下の模様Ｅ１１，Ｅ１２は，白目）。
このように，模様Ｅ１１，Ｅ１２と，模様Ｅ２１，Ｅ２２とで，明暗が逆転していることから，この明暗の繰り返しがフリッカとして認識される。このフリッカの間隔は，フィールド間隔Δｔｆの１／２倍である（フレーム周波数が６０Hzなら，フリッカの周波数は３０Hz）

折り返し歪み防止処理部２１により，垂直軸方向の１／２ｆｙの信号成分をカットすることで，このフリッカを低減できる。
以下の式（２１）〜（２３）は，３つのディジタルフィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦ３を垂直方向の１画素遅延をＺｙとして記述する。
Y1(Zｙ)＝｛（１＋Zｙ^-1）/2｝X（Zｙ）：ＬＰＦ１ ……（２１）
Y2(Zｙ)＝｛（２＋Zｙ^-1）/3｝X（Zｙ）：ＬＰＦ２ ……（２２）
Y3(Zｙ)＝｛（Zｙ＋２＋Zｙ^-1）/4｝X（Zｙ）：ＬＰＦ３ ……（２３）

図１３〜図１５はそれぞれ，フィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦ３での折り返し歪み防止処理後にフィールド間引き処理したときのＣＺＰの画像を表す図である。
図１３〜図１５より，折り返し歪が一番小さいのは，フィルタＬＰＦ３で処理したＣＺＰの画像であることが判る。なお，通常の画像を用いた評価においても，フィルタＬＰＦ３での処理により折り返しによるフリッカ成分が大幅に改善されることが確認された。

上記の（２１）〜（２３）では，フィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦ３を周波数空間での関数として記述している。以下の（２４）〜（２６）のように，フィルタＬＰＦ１〜ＬＰＦ３を画素の輝度Ｌuの加減算処理として記述すると下記のようになる。
Ｌu(x,y)=｛Ｌu(x,y)+Ｌu(x,y-1)｝/2 ：ＬＰＦ１ …（２４）
Ｌu(x,y)=｛2*Ｌu(x,y)+Lu(x,y-1)｝/3 ：ＬＰＦ２ …（２５）
Ｌu(x,y)=｛Lu(x,y+1)+2*Lu(x,y)+Lu(x,y-1)｝/4 ：ＬＰＦ３ …（２６）
ここで，(x,y)は，画素の位置に対応し，原点Ｏからの横方向および縦方向（垂直軸方向）の画素の個数で表される。つまり，式（２４）〜（２６）は，垂直軸方向の画素（異なる走査線上の画素）間での一種の平均化処理を意味する。

ここで，Lu(x,y)は，(x,y)に配置された画素での輝度を表し，画素が色を有するときには，その色も含まれる。即ち，Lu(x,y)は，例えば，Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）それぞれに対する輝度Lｒ，Lg，Lbの総和として，（Lｒ(x,y)，Lg(x,y)，Lb(x,y)）によって，表現できる。

以上，垂直軸方向でのフィルタリングについて述べたが，時間軸方向でのフィルタリングも同様に考えることができる。即ち，時間軸方向の画素間での一種の平均化処理によって，フリッカを低減することができる。つまり，フリッカとなる時間周波数1/2ｆｔ（３０Hz）成分を除去する時間軸方向でのフィルタＬＰＦ４は，例えば，以下のように表すことができる。
Lu(x,y,t)=｛Lu(x,y,t)+ Lu(x,y,t-1)｝/2 ：ＬＰＦ４ ……（２７）
ここで，（７）において時間ｔはフレーム間隔Δｔｆを基準に表される。即ち，この式は現画素と１フレーム前の同一画素間で平均化処理を行っている。

折り返し歪み防止処理部２１に垂直，時間双方の平均化処理を実行させることも可能であり，折り返し歪をさらに低減できる。
周波数空間上において，垂直方向，時間方向それぞれのフィルタをY（Zy），T(Zｔ)とすると，この双方を適用した時空間フィルタ特性F(Zｙ，Zt)は，以下の式（２８）で表すことができる。
F(Zy,Zt)＝Y（Zy）＊T（Zｔ） ……（２８）

例えば，フィルタＬＰＦ１，ＬＰＦ４を組み合わせたフィルタＬＰＦ５は以下の式（２９）で表される。
Lu(x,y,t)=｛Lu(x,y,t)+ Lu(x,y-1,t)+ Lu(x,y,t-1)+ Lu(x,y-1,t-1)｝/4
：ＬＰＦ５ …（２９）

（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の第１実施形態に係る画像表示装置を表すブロック図である。広角変換処理前後の画像を対応して表す模式図である。広角変換処理前後の画像の一例を対応して表す図である。画像表示部の表示領域と観視者の視点との関係を表す模式図である。広角変換処理テーブルの作成手順の一例を表すフロー図である。視野角と許容倍率の関係を表すグラフである。本発明の第２実施形態に係る画像表示装置を表すブロック図である。画像表示部の内部構成の一例を表す模式図である。フィールド間引き処理後の画像を表す模式図である。ウォブリングで表示される画像を空間周波数に分解した状態を表す模式図である。ＣＺＰの画像をフィールド間引き処理したときの折り返し歪を表す図である。ＣＺＰの画像をフィールド間引き処理したときの折り返し歪を表す図である。フィルタでの折り返し歪み防止処理後にフィールド間引き処理したときのＣＺＰの画像を表す図である。フィルタでの折り返し歪み防止処理後にフィールド間引き処理したときのＣＺＰの画像を表す図である。フィルタでの折り返し歪み防止処理後にフィールド間引き処理したときのＣＺＰの画像を表す図である。

符号の説明

１０…画像表示装置，１１…画像蓄積部，１２…広角変換処理部，１３，１４，…画像メモリ，１５…画像表示部，１６ａ，１６ｂ，…切り替えスイッチ，１７…基礎情報記憶部，１８…広角変換テーブル作成部，２０…画像表示装置，２１…折り返し歪み防止処理部，２２…フィールド間引き処理部，２３…画像表示部，３１…光源，３２…コリメータレンズ，３３…表示素子，３４…ウォブリング素子，３５…投影レンズ，３６…スクリーン，３７…信号処理回路，３８…表示素子駆動回路，３９…ウォブリング素子駆動回路

Claims

画像上の場所に依存し，かつ画像の中心近傍より周辺近傍で大きな拡大率に対応して，画像データを変換する画像データ変換部と，
前記画像データ変換部で変換された画像を表示する画像表示部と，
を具備することを特徴とする画像表示装置。
前記拡大率が，前記画像表示部の表示領域と観視者との距離に対応して変化する
ことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
前記画像表示部に対する観視者の上下左右少なくとも何れかでの片側視野角が１５度を越える
ことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
前記片側視野角が１５°以内での拡大率が１より小さい
ことを特徴とする請求項３記載の画像表示装置。
前記拡大率の最大値が，前記拡大率の最小値の１．４倍を越えない
ことを特徴とする請求項４記載の画像表示装置。
前記画像表示部の表示領域の中心近傍での解像度が，この表示領域の周辺近傍での解像度より大きい
ことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
前記画像表示部が，画像を表示する表示素子と，前記表示素子に光を入射する光源と，前記表示素子に表示される画像を結像する結像手段と，前記結像手段で結像される画像を表示するスクリーンと，を有する
ことを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
画像の表示位置と，画像の拡大率の限界たる許容倍率と，の関係を表す第１の関係式を決定するステップと，
前記第１の関係式を積分して，前記許容倍率に基づく画像の変換前後での画像の表示位置の関係を表す第２の関係式を算出するステップと，
前記第２の関係式に基づいて，前記画像の変換前後での画素の対応関係を算出するステップと，
前記算出された画素の対応関係に基づいて，画像を変換して表示するステップと，
を具備することを特徴とする画像表示方法。