JP2008107537A - Video display system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、観察者が映像を広視野角で見ることができる映像表示システムに関する。 The present invention relates to an image display system that allows an observer to view an image with a wide viewing angle.
従来より、大型のスクリーンに映像を投影して、観察者に各種の疑似体験をさせる技術としては、下記の特許文献1に記載された技術が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique described in
これらの仮想現実感生成システムは、人間の感覚のうち視覚から得られる情報が最も多く、人間の全感覚から得られる情報の80%〜85%を占めているために、人間の視野を覆うような映像を提示することによって、当該映像に対する没入感を与える試みがなされている。また、バーチャルリアリティにおいても、より実現的な仮想空間を生成するために、視覚へ情報提示を行うことは最も重要な要素となっている。このように、単に映像を提示するだけでなく、広視野、立体視、等身大スケールなど、より自然な見え方を実現するための映像表示技術が求められている。 These virtual reality generation systems have the most information obtained from the visual senses of human senses, and account for 80% to 85% of the information obtained from all human senses. Attempts have been made to give an immersive feeling to the video by presenting the correct video. In virtual reality, in order to generate a more realistic virtual space, it is the most important element to present information to the eye. Thus, there is a need for a video display technique for realizing a more natural appearance such as wide field of view, stereoscopic view, life-size scale, etc. in addition to simply presenting a video.
このような仮想現実感生成システムとしては、下記の特許文献1のように半球面形状のスクリーンに歪みの無い広視野映像を投影する高臨場感映像提示システムを挙げることができる。
しかしながら、上述した映像表示システムは、映像補正技術によりスクリーンに歪みのない映像投影を可能とし、且つ球形の一部などで構成される凹面形状スクリーンによって効果的にユーザの視界を覆うことができ、広視野映像表示を実現しているが、その反面、スクリーンに対する推奨視点位置が存在する。この推奨視点位置は、観察者をスクリーンに正対させ、且つ観察者の視界を覆うようにスクリーンに近接した位置となる。 However, the above-described video display system enables video projection without distortion on the screen by the video correction technology, and can effectively cover the user's field of view with a concave screen configured by a part of a spherical shape, etc. Although wide-field image display is realized, there is a recommended viewpoint position for the screen. The recommended viewpoint position is a position close to the screen so that the viewer faces the screen and covers the field of view of the viewer.
従来の映像表示システムは、推奨視点位置から外れた場所(中心から外れる方向への平行移動や、スクリーンから離れる方向への移動)に視点位置を設定すると、映像表示効果が著しく低下するという可能性がある。 In the conventional video display system, if the viewpoint position is set at a location that deviates from the recommended viewpoint position (parallel movement away from the center or movement away from the screen), the video display effect may be significantly reduced. There is.
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、観察者の視点が変化した場合であっても観察者の映像に対する違和感を軽減する映像表示システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a video display system that reduces an uncomfortable feeling with respect to a viewer's video even when the viewpoint of the viewer changes. To do.
本発明は、映像に歪み補正を施すパラメータを作成する歪み補正処理手段と、歪み補正処理手段で作成されたパラメータに基づいて歪み補正を施した映像信号を生成する映像生成手段と、歪み補正手段で歪み補正が施された映像を投影する映像投影手段と、当該映像投影手段から投影された映像を表示するスクリーンとを備えた映像表示システムであって、上述の課題を解決するために、スクリーンは、投影面が変形するように伸縮材料で形成され、スクリーンの投影面の反対側からスクリーンを押圧支持し、スクリーンの形状を変形させる複数のアクチュエータと、スクリーンの投影面形状パターンを複数記憶するメモリ部と、メモリ部に記憶された投影面形状パターンを選択する選択部と、選択部で選択された投影面形状パターンとなるようにアクチュエータを駆動するように制御する制御部とを備える。この映像表示システムは、制御部によりアクチュエータを駆動するように制御して投影面形状を変化させた場合に、歪み補正手段及び映像生成手段は、選択部で選択された投影面形状パターンの投影面で表示する映像に歪みがなくなるように映像投影手段から投影する映像を歪ませる。
The present invention relates to a distortion correction processing unit that creates a parameter for performing distortion correction on a video, a video generation unit that generates a video signal subjected to distortion correction based on the parameter created by the distortion correction processing unit, and a distortion correction unit. In order to solve the above-mentioned problem, a video display system comprising: a video projecting unit that projects a video that has been subjected to distortion correction; and a screen that displays a video projected from the video projecting unit. Is formed of a stretchable material so that the projection surface is deformed, presses and supports the screen from the opposite side of the projection surface of the screen, and stores a plurality of actuators that deform the shape of the screen and a plurality of projection surface shape patterns of the screen The memory unit, the selection unit for selecting the projection plane shape pattern stored in the memory unit, and the projection plane shape pattern selected by the selection unit And a control unit for controlling to drive the Uni actuator. In this video display system, when the projection surface shape is changed by controlling the actuator to drive the actuator, the distortion correction unit and the video generation unit are configured to project the projection surface shape pattern selected by the selection unit. The image projected from the image projecting means is distorted so that the image displayed in
本発明によれば、選択部で選択された投影面形状パターンとなるようにアクチュエータを駆動し、且つ投影面形状を変化させた場合に、当該投影面で表示する映像に歪みがなくなるように映像投影手段から投影する映像を歪ませるので、喩え観察者の視点が変化した場合であっても観察者の映像に対する違和感を軽減することができる。 According to the present invention, when the actuator is driven to change the projection surface shape pattern selected by the selection unit and the projection surface shape is changed, the image displayed on the projection surface is distorted. Since the image projected from the projection means is distorted, even if the observer's viewpoint changes, it is possible to reduce the viewer's discomfort with the image.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明を適用した映像表示システムは、図1に示すように、伸縮可能な材料で投影面を形成した映像表示手段である伸縮スクリーン1に歪みの無い映像光を表示させるために、歪み補正処理を施した結果としての映像信号によって、映像投影手段であるプロジェクタ2から映像光を出射させるものである。
As shown in FIG. 1, the video display system to which the present invention is applied has a distortion correction process for displaying video light without distortion on a
伸縮性スクリーン1の投影面の背面側には、伸縮性スクリーン1を変形させる複数のアクチュエータ3が、アレイ状に配置されている。各アクチュエータ3は、伸縮性スクリーン1の背面を押圧支持する直動アクチュエータである。アクチュエータ3は、アクチュエータ制御装置5からの制御信号が供給されることによって、直動移動する。このアクチュエータ3の直動移動によって伸縮性スクリーン1を伸縮させて、投影面形状を変化させる。伸縮性スクリーン1は、任意形状に変形することができるが、主として観察者に対して凹形状とする場合について説明する。
On the back side of the projection surface of the
アクチュエータ制御装置5は、各アクチュエータ3と接続され、制御装置4から伸縮性スクリーン1の形状情報が供給される。例えば図2に示すように、伸縮性スクリーン1の形状を、観察者に対して凹面を向けた形状とする場合、アクチュエータ制御装置5は、伸縮性スクリーン1の周辺部を観察者側に近づけるように、当該位置のアクチュエータ3を直動移動する制御、及び/又は、伸縮性スクリーン1の中央部を観察者から遠ざけるように、当該位置のアクチュエータ3を直動移動する制御を行う。この映像表示システムにおいては、図2(a)の上面図及び図2(b)の側面図に示すように、伸縮性スクリーン1の変形可能範囲が設定されている。
The
制御装置4は、伸縮性スクリーン1の形状情報をアクチュエータ制御装置5に供給すると共に、伸縮性スクリーン1の形状等に応じて歪み補正処理を施した映像信号をプロジェクタ2に供給する。制御装置4は、図3に示すように、伸縮性スクリーン1の形状を選択する選択部11と、伸縮性スクリーン1の形状情報を記憶するメモリ部12と、伸縮性スクリーン1の形状等に応じて映像信号に歪み補正を処理を施す歪み映像補正処理部13と、歪み補正処理が施された映像信号を生成する映像生成部14とを備える。
The
メモリ部12には、伸縮性スクリーン1の形状情報が記憶されている。この形状情報は、伸縮性スクリーン1の形状ごとに、各アクチュエータ3の移動距離を設定している。形状情報は、例えば、伸縮性スクリーン1の投影面を複数パターンの凹面形状に変形させる場合には、各パターンについて各アクチュエータ3の移動距離を設定している。この形状情報は、選択部11によって伸縮性スクリーン1の凹面形状のパターンの選択結果がメモリ部12に送られることにより、アクチュエータ制御装置5及び歪み映像補正処理部13に出力される。
The
形状情報がアクチュエータ制御装置5に供給されると、アクチュエータ制御装置5は、形状情報で設定された各アクチュエータ3の移動距離だけ各アクチュエータ3を直動駆動させる制御信号をアクチュエータ3に供給して、選択部11で選択された凹面形状となるように伸縮性スクリーン1を変形させる。
When the shape information is supplied to the
選択部11は、伸縮性スクリーン1の形状を選択して、選択結果をメモリ部12に供給する。選択部11は、例えば、伸縮性スクリーン1の凹面形状のパターンの選択結果、視点位置の選択結果などのメモリ部12に記憶されている形状情報のうちどの形状情報をアクチュエータ制御装置5に供給するかを決定できる信号をメモリ部12に供給する。この選択部11としては、ユーザの操作によって伸縮性スクリーン1の凹面形状のパターンが選択可能なユーザインターフェース等で実現できる。
The
歪み映像補正処理部13は、メモリ部12から供給された形状情報に基づいてプロジェクタ2に出力する映像信号の歪みを補正するための補正マップ(パラメータ)を作成する。この補正マップは、伸縮性スクリーン1の形状、伸縮性スクリーン1とプロジェクタ2との相対位置、伸縮性スクリーン1とプロジェクタ2との相対姿勢に基づき、伸縮性スクリーン1に映像を表示させた時に投影面で表示する映像に歪みが無くなるように映像信号を補正するマップである。
The distorted video
この補正マップは、予め伸縮性スクリーン1の凹面形状のパターンごとに用意されて歪み映像補正処理部13に格納されていても良く、メモリ部12から伸縮性スクリーン1の形状情報に基づいて作成しても良い。補正マップは、伸縮性スクリーン1の凹面形状に対応して映像を歪ませる歪み補正と、プロジェクタ2の設置位置及び設置姿勢に応じてさらに映像を補正する歪み補正とを組み合わせて行うように作成されている。これにより、伸縮性スクリーン1の凹面形状のパターン、伸縮性スクリーン1とプロジェクタ2との相対位置、相対姿勢が変化する場合でも、伸縮性スクリーン1に歪みのない映像を投影させることができる。
This correction map may be prepared in advance for each concave shape pattern of the
映像生成部14は、歪み映像補正処理部13から供給された補正マップに従って、予め記憶された映像信号を座標変換して、プロジェクタ2に出力する映像信号を作成して、プロジェクタ2に出力する。
The
このように、映像表示システムは、選択部11によって伸縮性スクリーン1の凹面形状のパターンが選択されたことに応じて、メモリ部12からアクチュエータ制御装置5に形状情報を供給してアクチュエータ3を駆動させて伸縮性スクリーン1の凹面形状を変更すると同時に、歪み映像補正処理部13によって伸縮性スクリーン1の凹面形状のパターンに応じた補正マップを選択して映像生成部14で歪み補正を施した映像をプロジェクタ2から投影させることができる。
As described above, the video display system supplies the shape information from the
以上詳細に説明したように、本発明を適用した映像表示システムによれば、伸縮性スクリーン1の投影面形状を任意の形状に変形させ、当該変形させた形状に応じて映像信号に歪み補正を施して、歪みのない映像をユーザに視認させることができる。
As described above in detail, according to the video display system to which the present invention is applied, the projection surface shape of the
例えば、図4(a)に示すように、伸縮性スクリーン1の中心軸aに正対した視点位置Aで映像を観察している状態から、図4(b)に示すように視点位置Aから左方向に移動した視点位置Bに変更して映像を観察する状態としたい場合、視点位置Aから伸縮性スクリーン1の映像を観察していた状態に対して違和感を与えることになってしまう。すなわち、図4(c)に示すように、伸縮性スクリーン1及びプロジェクタ2自体を左側に移動させた中心軸a’上に、伸縮性スクリーン1の中央部を視点位置Bに正対させる必要がある。これに対して、本発明を適用した映像表示システムは、選択部11によって視点位置Bから伸縮性スクリーン1に表示した映像を見た場合の伸縮性スクリーン1の凹面形状のパターンを選択して、メモリ部12から当該パターンに対応した形状情報に基づいて、アクチュエータ制御装置5によって、図4(d)に示すように伸縮性スクリーン1の凹面形状を変更させて、伸縮性スクリーン1の中心部を視点位置Bに正対した位置(中心軸a’上)とすることができる。なお、図4(a)〜(d)に示す四角形状の点線は、伸縮性スクリーン1の変形可能範囲を示している。
For example, as shown in FIG. 4A, from the state where the image is observed at the viewpoint position A facing the central axis a of the
また、図5(a)に示すように、視点位置Aから視野角θ1で伸縮性スクリーン1に表示された映像を観察している状態から、図5(b)に示すように伸縮性スクリーン1に対して後退して視点位置Bとなった場合には、選択部11の選択結果によって、図5(c)のように視野角θ1を保持する、又は、図5(b)のように伸縮性スクリーン1の中心部を視点位置Bに近づけるように伸縮性スクリーン1の凹面形状を変更することができる。なお、図5(c)では、伸縮性スクリーン1が変形可能な範囲を示す点線よりも伸縮性スクリーン1が拡大しているが、当該変形可能範囲内のみで伸縮性スクリーン1を変形させても良い。
Also, as shown in FIG. 5A, from the state of observing the image displayed on the
このように、視点位置の変化によってユーザ又は管理者が伸縮性スクリーン1の凹面形状のパターンを変更するように選択部11を操作することによって、伸縮性スクリーン1と視点位置の位置関係が変更しても、歪みのない映像を観察させてユーザの違和感を軽減できる。
Thus, the positional relationship between the
また、視点位置が変更しても、図4(c)のように伸縮性スクリーン1及びプロジェクタ2の位置を変更する必要が無く、システム構成が複雑になることを回避できる。
Further, even if the viewpoint position is changed, it is not necessary to change the positions of the
なお、上述した例では、伸縮性スクリーン1に立体映像を表示させても良い。この場合、映像表示システムは、ユーザに右眼と左眼とで透過する映像光の偏光方向が異なる偏光メガネを装着させて、偏光方式又は時分割方式でプロジェクタ2から相互に視差が与えられ且つ偏光方向が異なる複数種の映像光を出射する。偏光方式で伸縮性スクリーン1に立体映像を表示する場合、伸縮性スクリーン1として映像光の偏光方向を保持する素材のものを使用し、プロジェクタ2の2個の光出射口から偏光方向が異なる右眼用映像光と左眼用映像光を出射させる。なお、上述した説明では単一のプロジェクタ2である例を示したが、右眼用映像を出射するプロジェクタと、左眼用映像を出射するプロジェクタの2台を用いても良い。時分割方式で伸縮性スクリーン1に立体映像を表示する場合、1個の光出射口から右眼用映像光と左眼用映像光とを時分割で交互に出射し、右眼用映像光と左眼用映像光との出射タイミングと液晶シャッタメガネの右眼及び左眼シャッタの切り替えタイミングとの同期を取る。
In the example described above, a stereoscopic image may be displayed on the
また、伸縮性スクリーン1の形状は、凹面形状だけでなく、平面形状、円筒型の一部を用いた2次曲面形状が選択可能であっても良く、半球ドーム形状、平面形状、2次曲面を種々組み合わせた形状が選択可能であっても良い。このような様々な形状に変形可能な伸縮性スクリーン1であっても、映像表示システムは、当該形状に応じた映像の歪み補正処理を行うことになる。
In addition, the shape of the
つぎに、上述した映像表示システムにおいて、ユーザの視点位置の水平方向における平行移動に追従して、当該ユーザの視点位置の変化によって自動的に伸縮性スクリーン1の形状を変化させると共に、当該視点位置の変化に応じて自動的に歪み補正の補正マップを変更する場合について説明する。なお、上述した映像表示システムと同じ部分については同一符号を付することによってその詳細な説明については省略する。
Next, in the video display system described above, following the parallel movement of the user's viewpoint position in the horizontal direction, the shape of the
この映像表示システムにおいては、伸縮性スクリーン1を、所定の初期中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状を形成しておく。そして、視点位置計測部21によって伸縮性スクリーン1に対する視点位置の平行移動を検知した場合に、アクチュエータ制御装置5により、投影面形状の半径を維持した状態で、仮想球体の中心位置を所定の初期中心位置から視点位置の平行移動分だけ平行移動した位置に移動させて、当該移動後の中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状を変更させる。
In this video display system, the
この映像表示システムは、図6に示すように、ユーザの視点位置を検出する視点位置計測部21を備える点で、図3に示す映像表示システムとは異なる。視点位置計測部21は、例えば、ユーザにメガネを装着してもらい、当該メガネに3次元位置計測器を実装して構成される。視点位置計測部21は、予めユーザの視点移動領域ごとに凹面形状パターンを設定するために、例えば、現在の視点位置から0〜5cmの移動範囲に視点が移動した場合は代表値として3cm、現在の視点位置から5〜10cmの領域に視点が移動した場合は代表値として8cmの視点移動として認識することが設定されている。視点位置計測部21は、ユーザの視点位置の移動を検知した際に、視点移動領域から選択部11に伸縮スクリーンの凹面形状パターンを選択させて、メモリ部12から歪み映像補正処理部13及びアクチュエータ制御装置5に形状情報を出力させる。アクチュエータ制御装置5は、伸縮性スクリーン1の凹面形状を変更し、且つ歪み映像補正処理部13で最適な歪み補正の補正マップを作成して歪み補正をした映像をプロジェクタ2から投影させることができる。これにより、伸縮性スクリーン1とユーザの視点位置との相対位置が変更することによるユーザの映像に対する違和感を低減する。
As shown in FIG. 6, this video display system is different from the video display system shown in FIG. 3 in that it includes a viewpoint
また、映像表示システムは、図6中の点線で示すように、視点位置計測部21で計測した視点位置の平行移動をアクチュエータ制御装置5に出力しても良い。この場合、アクチュエータ制御装置5は、視点位置の平行移動量を歪み映像補正処理部13に出力すると共に、当該視点位置の平行移動に追従してアクチュエータ3を駆動させて、伸縮性スクリーン1の凹面形状を変更する。また、視点位置の平行移動量が供給された歪み映像補正処理部13は、視点位置の変化に応じて補正マップを変更して、映像生成部14での歪み補正処理を変更させる。
Further, the video display system may output the parallel movement of the viewpoint position measured by the viewpoint
例えば、図7(a)に示すように視点位置aから、凹面深さD、仮想中心点A、当該仮想中心点Aを中心とした仮想球体31の一部を構成する凹面形状(半球)の伸縮性スクリーン1に表示された映像を見ているとする。図7(a)の状態は、ある初期中心位置の仮想中心点Aを中心とした球形で伸縮性スクリーン1が構成されている。当該仮想中心点Aから投影面までの直線距離、すなわち凹面深さDをRとすると、初期中心位置の仮想中心点Aを3次元座標の原点とする伸縮性スクリーン1の表面の座標は、
X2+Y2+Z2=R2
によって表現される。この式において、ユーザに対する水平方向をX軸、鉛直方向をY軸、投影面方向をZ軸としている。
For example, as shown in FIG. 7A, from the viewpoint position a, the concave surface depth D, the virtual center point A, and the concave surface shape (hemisphere) that constitutes a part of the
X 2 + Y 2 + Z 2 = R 2
Is represented by In this equation, the horizontal direction with respect to the user is the X axis, the vertical direction is the Y axis, and the projection plane direction is the Z axis.
各アクチュエータ3の配置位置を(X、Y)座標で指定することにより、伸縮性スクリーン1を構成するための各アクチュエータ3の先端位置は、上記式におけるZ座標で表され、上記式によって算出される。また、図7(a)の状態において、視点位置計測部21は、視点位置aを計測して、当該視点位置aを、初期中心位置である仮想中心点Aを原点とする3次元座標(x1、y1、z1)で表わしている。
By designating the arrangement position of each
図7(b)のように水平方向に向けて視点位置bに移動したことを視点位置計測部21によって検出すると、視点位置計測部21は、移動後の視点位置b(x2、y2、z1)を選択部11又はアクチュエータ制御装置5に出力する。この場合、視点位置の平行移動に追従して、仮想球体31の中心を平行移動させるために、視点位置計測部21で検出した視点位置の移動距離だけ、仮想球体及び仮想中心点を移動させる必要がある。視点位置bとなると、図7(c)に示すように、初期中心位置の仮想中心点Aを仮想中心点Bとし、当該仮想中心点Bを原点とした仮想球体32を想定し、上記式と各アクチュエータ3の配置位置座標(X、Y)で、各アクチュエータ3先端の移動位置(Z座標)を算出する。そして、アクチュエータ制御装置5にてアクチュエータを移動させ、図7(d)のように伸縮性スクリーン1の投影面を変形させる。
When the viewpoint
このように、視点位置の平行移動があっても、仮想球体の半径をそのままに、ユーザの視点の平行移動分だけ平行移動した位置を中心とした仮想球体の一部で伸縮性スクリーン1を構成可能となる。すなわち、ユーザの視点が平行移動した場合、その視点位置の正面(Z軸方向)に仮想球体の一部で構成される伸縮性スクリーン1の最深部を配置する。
In this way, even if the viewpoint position is translated, the
具体的には、映像表示システムは、図8に示すように、伸縮性スクリーン1の変形可能範囲を限定しているために、図8(a)に示すように仮想中心点Aを中心とする仮想球体の一部を構成する凹面形状の伸縮性スクリーン1としている状態で、視点位置aから左方向に移動した視点位置bとなると、当該視点位置の変化を視点位置計測部21で検知する。そして、図8(b)に示すように、仮想中心点Aから視点位置の移動分だけ移動させた仮想中心点Bを中心とした仮想球体の一部となるように、変形可能範囲内で伸縮性スクリーン1を変形させる。また、図8(a)のように視点位置aから右方向に移動した視点位置cとなると、図8(c)に示すように、仮想中心点Aから視点位置の移動分だけ移動させた仮想中心点Cを中心とした仮想球体の一部となるように、変形可能範囲内で伸縮性スクリーン1を変形させる。
Specifically, since the video display system limits the deformable range of the
このように、映像表示システムは、視点位置計測部21によって伸縮性スクリーン1に対する視点位置の平行移動を検知した場合に、アクチュエータ制御装置5によって、投影面形状の半径を維持した状態で、図8(a)のような所定の初期中心位置から視点位置の平行移動分だけ平行移動した位置に投影面形状の中心位置を移動させて、当該移動後の中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状を変更させることができる。
As described above, in the video display system, when the parallel movement of the viewpoint position relative to the
以上のように、本発明を適用した映像表示システムによれば、ユーザの視点位置の平行移動に追従して自動的に伸縮性スクリーン1の形状を変化させると共に、映像の歪み補正処理を行って、視点移動後において映像を見た時の違和感を軽減することができる。
As described above, according to the video display system to which the present invention is applied, the shape of the
つぎに、本発明を適用した映像表示システムにおいて、伸縮性スクリーン1に対してユーザの視点位置の水平方向又は垂直方向における回転に追従して、伸縮性スクリーン1の形状を変化させると共に映像の歪み補正処理を行うことについて説明する。
Next, in the video display system to which the present invention is applied, the shape of the
この映像表示システムは、上述の図6と同様に、視点位置計測部21を備える。なお、上述した映像表示システムと同じ部分については同一符号を付することによってその詳細な説明については省略する。この映像表示システムは、伸縮性スクリーン1の投影面形状を、所定の初期中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように形成する。そして、視点位置計測部21によって伸縮性スクリーン1に対する視点位置の水平方向又は垂直方向における回転を検知した場合に、アクチュエータ制御装置5により、投影面形状の半径を維持した状態で、投影面形状の中心位置を当該視点位置が回転した回転方向に当該視点位置が回転した回転角度だけ回転させて、当該回転後の中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状を変更させる。
This video display system includes a viewpoint
視点位置計測部21は、例えば、ユーザに装着されたメガネの水平方向又は垂直方向の回転移動を3次元位置計測器により検出する。視点位置計測部21は、ユーザの視点位置の水平方向又は垂直方向の回転移動を検知した際に、選択部11に伸縮性スクリーン1の凹面形状のパターンを選択させて、メモリ部12から歪み映像補正処理部13及びアクチュエータ制御装置5に形状情報を出力させる。アクチュエータ制御装置5は、伸縮性スクリーン1の凹面形状を変更し、且つ歪み映像補正処理部13で最適な歪み補正の補正マップを作成して歪み補正をした映像をプロジェクタ2から投影させることができる。これにより、伸縮性スクリーン1とユーザの視点位置との相対位置が変更することによるユーザの映像に対する違和感を低減する。
The viewpoint
例えば、図9(a)に示すように視点位置aから、凹面深さD、仮想中心点A(x1,y1,z1)、当該仮想中心点Aを中心とした仮想球体31の一部を構成する凹面形状(半球)の伸縮性スクリーン1に表示された映像を見ている状態で、図9(b)のように視点位置が水平方向に角度θだけ回転したことを視点位置計測部21によって検出したとする。この場合、図9(c)に示すように、視点位置計測部21で検出した視点位置の回転角度だけ、ユーザの視点位置aを中心とし且つ視点位置aから仮想中心点Aの距離を半径rとした仮想球体33上で、仮想中心点を仮想中心点Aから回転移動させた仮想中心点B(x2,y2,z2)を設定する。そして、図9(d)に示すように、回転移動後の仮想中心点Bを中心とした仮想球体34を設定し、図9(e)に示すように、当該仮想中心点Bを中心とし凹面深さDを半径とした仮想球体34の一部を構成する凹面形状に伸縮性スクリーン1を変形する。
For example, as shown in FIG. 9 (a), the concave surface depth D, the virtual center point A (x1, y1, z1), and a part of the
映像表示システムは、図10に示すように、伸縮性スクリーン1の変形可能範囲を限定されているために、図10(a)に示すように仮想中心点A(x1,y1,z1)を中心とする仮想球体の一部を構成する凹面形状の伸縮性スクリーン1としている状態で、視点位置が左方向に角度θLだけ回転移動すると、当該視点位置の変化を視点位置計測部21で検知する。そして、図10(b)に示すように、仮想中心点Aから角度θLだけ回転移動させた仮想中心点B(x2,y2,z2)を中心とした仮想球体の一部であって、変形可能範囲内で伸縮性スクリーン1を変形させる。このとき、当該仮想中心点B(x2,y2,z2)を原点とした仮想球体を設定し、上記式にR、各アクチュエータ3の配置位置(X,Y)を代入して、各アクチュエータ3のZ軸位置を算出する。また、図10(a)の状態から視点位置が右方向に角度θRだけ回転移動すると、図10(c)に示すように、仮想中心点Aから角度θRだけ回転移動させた仮想中心点C(x3,y3,z3)を中心とした仮想球体の一部であって、変形可能範囲内で伸縮性スクリーン1を変形させる。このとき、当該仮想中心点B(x3,y3,z3)を原点とした仮想球体を設定し、上記式にR、各アクチュエータ3の配置位置(X,Y)を代入して、各アクチュエータ3のZ軸位置を算出する。
Since the video display system has a limited deformable range of the
このように、映像表示システムは、視点位置計測部21によって視点位置の回転移動を検知した場合に、アクチュエータ制御装置5によって、投影面形状の半径を維持した状態で、図10(a)のような所定の初期中心位置から視点位置の回転移動分だけ回転移動した位置に投影面形状の中心位置を移動させて、当該移動後の中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状を変更させることができる。
As described above, in the video display system, when the rotational movement of the viewpoint position is detected by the viewpoint
以上のように、本発明を適用した映像表示システムによれば、ユーザの視点位置の回転移動に追従して自動的に伸縮性スクリーン1の形状を変化させると共に、映像の歪み補正処理を行って、視点移動後において映像を見た時の違和感を軽減することができる。
As described above, according to the video display system to which the present invention is applied, the shape of the
つぎに、本発明を適用した映像表示システムにおいて、伸縮性スクリーン1に対してユーザの視点位置の前後移動に追従して、伸縮性スクリーン1の形状を変化させると共に映像の歪み補正処理を行うことについて説明する。
Next, in the video display system to which the present invention is applied, the shape of the
この映像表示システムは、上述の図6と同様に、視点位置計測部21を備える。なお、上述した映像表示システムと同じ部分については同一符号を付することによってその詳細な説明については省略する。
This video display system includes a viewpoint
映像表示システムは、所定の初期中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように伸縮性スクリーン1の投影面形状が形成され、視点位置計測部21伸縮性スクリーン1に対して視点位置が近づく又は遠ざかる方向に移動したことを検知する。この場合に、アクチュエータ制御装置5は、所定の初期中心位置から視点位置が近づく又は遠ざかる方向且つ近づく又は遠ざかる距離に中心位置を移動させた仮想球体を設定する。また、視点位置の移動前の視点位置からの距離が最も遠い投影面位置を視点位置が近づいた又は遠ざかった距離だけ移動させる。そして、伸縮性スクリーン1の投影面の端部位置と、仮想球体と、移動させた視点位置からの距離が最も遠い投影面位置とを近似した近似曲線上となるように伸縮性スクリーン1の投影面形状を変更する。
In the video display system, the projection surface shape of the
視点位置計測部21は、例えば、ユーザに装着されたメガネの前後移動を3次元位置計測器により検出する。視点位置計測部21は、ユーザの視点位置の伸縮性スクリーン1に対する前後移動を検知した際に、選択部11に伸縮性スクリーン1の凹面形状のパターンを選択させて、メモリ部12から歪み映像補正処理部13及びアクチュエータ制御装置5に形状情報を出力させる。アクチュエータ制御装置5は、伸縮性スクリーン1の凹面形状を変更し、且つ歪み映像補正処理部13で最適な歪み補正の補正マップを作成して歪み補正をした映像をプロジェクタ2から投影させることができる。これにより、伸縮性スクリーン1とユーザの視点位置との相対位置が変更することによるユーザの映像に対する違和感を低減する。
The viewpoint
例えば、図11(a)に示すように視点位置aから、凹面深さD、仮想中心点A(x1,y1,z1)、当該仮想中心点Aを中心とした仮想球体31の一部を構成する凹面形状(半球)の伸縮性スクリーン1に表示された映像を見ている状態で、図11(b)のように視点位置が距離δだけ前進して視点位置bに移動したことを視点位置計測部21によって検出したとする。この場合、図11(c)に示すように、視点位置計測部21で検出した視点位置の前進距離δだけ、仮想中心点Aを移動させて、仮想中心点Bを中心とする仮想球体35を設定する。また、図11(d)に示すように、図11(a)の状態においてユーザの視点位置aから最も遠い伸縮性スクリーン1の位置を距離δだけ移動させて、新たなスクリーン位置36を設定する。そして、伸縮性スクリーン1の端部1aの位置を保持した状態で、ユーザの視点位置bから最も遠い点をスクリーン位置36とし仮想球体35の一部を構成するように伸縮性スクリーン1の投影面形状を近似する。このような映像表示システムにおいて、伸縮性スクリーン1の端部1aを固定するために、伸縮性スクリーン1の周縁部に位置するアクチュエータ3を固定する制御することになる。
For example, as shown in FIG. 11A, the concave surface depth D, the virtual center point A (x1, y1, z1), and a part of the
映像表示システムは、図12に示すように、伸縮性スクリーン1の変形可能範囲が限定されているために、図12(a)に示すように仮想中心点A(x1,y1,z1)を中心とする仮想球体の一部を構成する凹面形状の伸縮性スクリーン1としている状態で、視点位置が前進方向に距離δだけ移動すると、図12(b)に示すように、仮想中心点Aから前進した距離δだけ移動させた仮想中心点B(x2,y2,z2)を中心とした仮想球体の一部であって、ユーザの視点位置から最も遠いスクリーン位置を距離δだけ移動させ、伸縮性スクリーン1の端部を保持するように伸縮性スクリーン1を変形させる。このとき、当該仮想中心点B(x2,y2,z2)を原点とした仮想球体を設定し、上記式にR、各アクチュエータ3の配置位置(X,Y)を代入して、各アクチュエータ3のZ軸位置を算出する。また、図12(a)の状態から視点位置が後退方向に距離δだけ移動すると、図12(c)に示すように、仮想中心点Aから後退した距離δだけ移動させた仮想中心点C(x3,y3,z3)を中心とした仮想球体の一部であって、ユーザの視点位置から最も遠いスクリーン位置を距離δだけ移動させ、伸縮性スクリーン1の端部を保持するように伸縮性スクリーン1を変形させる。このとき、当該仮想中心点B(x3,y3,z3)を原点とした仮想球体を設定し、上記式にR、各アクチュエータ3の配置位置(X,Y)を代入して、各アクチュエータ3のZ軸位置を算出する。
Since the deformable range of the
このような映像表示システムによれば、伸縮性スクリーン1に対してユーザの視点位置が前後方向に移動しても、伸縮性スクリーン1の最深部とユーザの視点位置との距離を図12に示す距離L1〜L3に亘って一定に保つことができ、ユーザの視点位置が伸縮性スクリーン1に近づきすぎる又は遠すぎるという現象を軽減できる。
According to such a video display system, even if the user's viewpoint position moves in the front-rear direction with respect to the
以上のように、本発明を適用した映像表示システムによれば、ユーザの視点位置の前後移動に追従して自動的に伸縮性スクリーン1の形状を変化させると共に、映像の歪み補正処理を行って、視点移動後において映像を見た時の違和感を軽減することができる。
As described above, according to the video display system to which the present invention is applied, the shape of the
つぎに、上述したように伸縮性スクリーン1の凹面形状を変化させることができる映像表示システムにおいて、伸縮性スクリーン1の形状をユーザによって微調整することができる構成について説明する。
Next, a configuration in which the shape of the
この映像表示システムは、図13に示すように、アクチュエータ制御装置5に、ユーザに操作される形状入力装置41を接続した点で上述した映像表示システムとは異なる。形状入力装置41は、図13及び図14に示すように、スライド式の直動センサをアレイ状に配置して構成された形状入力部51と、当該形状入力部51で入力された信号に基づいて形状情報を生成する形状生成部52とを備える。直動センサに対してユーザが押圧する操作がされると、形状入力部51は、どの直動センサが操作されたかの識別信号と各直動センサの直動操作量を示す信号とを形状生成部52に出力する。なお、形状入力装置41は、曲率性の高い入力機構や、球形をそのままに中心位置を移動させるような形状変化が可能な構成であっても良い。
This video display system is different from the video display system described above in that a
形状生成部52は、形状入力部51からの信号に基づいて、形状情報を生成し、歪み映像補正処理部13及びアクチュエータ制御装置5に出力する。形状生成部52は、ユーザに操作された形状入力部51(直動センサ)と直動駆動させる各アクチュエータ3との対応関係及び形状入力部51の直動操作量とアクチュエータ3の直動駆動量との対応関係を記憶している。そして、形状生成部52は、形状入力装置41からの信号に応じて、アクチュエータ3を駆動させるパラメータをアクチュエータ制御装置5に出力する。
The
そして、アクチュエータ制御装置5は、形状生成部52からのパラメータに応じて、ユーザに操作された形状入力部51に対応したアクチュエータ3を、形状入力部51に対する操作量に応じた量だけ直動駆動させる。また、歪み映像補正処理部13は、形状生成部52からのアクチュエータ3を直動駆動させるパラメータから、ユーザの視点位置に対する伸縮性スクリーン1の投影面形状の変化を求め、当該投影面形状の変化から補正マップを変更又は修正して、映像生成部14における歪み補正処理を更新する。
Then, the
この映像表示システムは、例えば形状入力装置41が形状入力部51のみからなり、現在の伸縮性スクリーン1の投影面形状を再現した機構で構成される場合に、当該投影面形状を直接入力できるようにしても良い。例えば、ユーザが球体を形状入力部に押し付けるように構成し、当該球体の押しつけ度合いに応じた形状を伸縮性スクリーン1で再現する構成が挙げられる。この場合、図14中の点線に示すように、アクチュエータ制御装置5に対して直接形状入力部51の投影面形状の変化を入力する。そして、アクチュエータ制御装置5は、形状入力部51の形状変化量を歪み映像補正処理部13に出力すると共に、形状の変化に追従してアクチュエータ3を駆動させて、伸縮性スクリーン1の凹面形状を変更する。また、形状変化量が供給された歪み映像補正処理部13は、補正マップを変更して、映像生成部14での歪み補正処理を変更させる。
In this video display system, for example, when the
このような映像表示システムは、形状入力装置41をユーザに操作させることにより、上述したようにユーザの視点位置の変更に追従して伸縮性スクリーン1の凹面形状及び歪み補正処理を変更した後に、ユーザがより違和感を感じない映像に修正させることができる。
Such a video display system allows the user to operate the
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。 The above-described embodiment is an example of the present invention. For this reason, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made depending on the design and the like as long as the technical idea according to the present invention is not deviated from this embodiment. Of course, it is possible to change.
1 伸縮性スクリーン
1a 端部
2 プロジェクタ
3 アクチュエータ
4 制御装置
5 アクチュエータ制御装置
11 選択部
12 メモリ部
13 映像補正処理部
14 映像生成部
21 視点位置計測部
31 仮想球体
32 仮想球体
33 仮想球体
34 仮想球体
35 仮想球体
36 スクリーン位置
41 形状入力装置
51 形状入力部
52 形状生成部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記スクリーンは、投影面が変形するように伸縮材料で形成され、
前記スクリーンの投影面の反対側から前記スクリーンを押圧支持し、前記スクリーンの形状を変形させる複数のアクチュエータと、
前記スクリーンの投影面形状パターンを複数記憶するメモリ部と、
前記メモリ部に記憶された前記投影面形状パターンを選択する選択部と、
前記選択部で選択された投影面形状パターンとなるように前記アクチュエータを駆動するように制御する制御部とを備え、
前記歪み補正手段及び前記映像生成手段は、前記選択部で選択された投影面形状パターンの投影面で表示する映像に歪みがなくなるように前記映像投影手段から投影する映像を歪ませること
を特徴とする映像表示システム。 Distortion correction processing means for creating parameters for performing distortion correction on video, video generation means for generating a video signal subjected to distortion correction based on the parameters created by the distortion correction processing means, and distortion by the distortion correction means A video display system comprising: a video projection unit that projects a corrected video; and a screen that displays a video projected from the video projection unit,
The screen is formed of an elastic material so that the projection surface is deformed,
A plurality of actuators that press and support the screen from the opposite side of the projection surface of the screen and deform the shape of the screen;
A memory unit that stores a plurality of projection surface shape patterns of the screen;
A selection unit for selecting the projection surface shape pattern stored in the memory unit;
A control unit that controls to drive the actuator so as to be the projection plane shape pattern selected by the selection unit,
The distortion correction unit and the video generation unit distort the video projected from the video projection unit so that the video displayed on the projection plane of the projection plane shape pattern selected by the selection unit is free from distortion. Video display system.
前記制御部は、前記視点位置計測部で計測されたユーザの視点位置の変化に応じて前記アクチュエータを駆動させ、前記スクリーンの形状を変更させる請求項1に記載の映像表示システム。 It further includes a viewpoint position measurement unit that measures the viewpoint of the user,
The video display system according to claim 1, wherein the control unit drives the actuator according to a change in the viewpoint position of the user measured by the viewpoint position measurement unit, and changes the shape of the screen.
前記視点位置計測部によって前記スクリーンに対する視点位置の平行移動を検知した場合に、前記制御部は、前記投影面形状の半径を維持した状態で、前記仮想球体の中心位置を前記所定の初期中心位置から前記視点位置の平行移動分だけ平行移動した位置に移動させて、当該移動後の中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように投影面形状を変更させることを特徴とする請求項2に記載の映像表示システム。 The screen is formed with a projection surface shape so as to form a part of a virtual sphere centered on a predetermined initial center position,
When the viewpoint position measurement unit detects the parallel movement of the viewpoint position with respect to the screen, the control unit sets the center position of the virtual sphere to the predetermined initial center position while maintaining the radius of the projection surface shape. The projection plane shape is changed so as to form a part of a virtual sphere centered on the center position after the movement by moving to a position translated from the viewpoint position by a translation amount. Item 3. The video display system according to Item 2.
前記視点位置計測部によって前記スクリーンに対する視点位置の水平方向又は垂直方向における回転を検知した場合に、前記制御部は、前記投影面形状の半径を維持した状態で、前記仮想球体の中心位置を当該視点位置が回転した回転方向に当該視点位置が回転した回転角度だけ回転移動させて、当該回転後の中心位置を中心とした仮想球体の一部を構成するように前記投影面形状を変更させることを特徴とする請求項2に記載の映像表示システム。 The screen is formed with a projection surface shape so as to form a part of a virtual sphere centered on a predetermined initial center position,
When the viewpoint position measurement unit detects rotation of the viewpoint position with respect to the screen in the horizontal direction or the vertical direction, the control unit determines the center position of the virtual sphere while maintaining the radius of the projection surface shape. The projection plane shape is changed so as to form a part of a virtual sphere centered on the center position after the rotation by rotating the viewpoint position in the rotational direction in which the viewpoint position is rotated. The video display system according to claim 2.
前記視点位置計測部によって伸縮性スクリーンに対して視点位置が近づく又は遠ざかる方向に移動したことを検知した場合に、前記制御部は、所定の初期中心位置から視点位置が近づく又は遠ざかる方向且つ近づく又は遠ざかる距離に中心位置を移動させた仮想球体を設定し、前記視点位置の移動前の視点位置からの距離が最も遠い投影面位置を視点位置が近づいた又は遠ざかった距離だけ移動させ、前記伸縮性スクリーンの投影面の端部位置と、移動後の仮想球体と、移動させた視点位置からの距離が最も遠い投影面位置とを近似した近似曲線上となるように伸縮性スクリーンの投影面形状を変更することを特徴とする請求項2に記載の映像表示システム。 The screen is formed with a projection surface shape so as to form a part of a virtual sphere centered on a predetermined initial center position,
When it is detected by the viewpoint position measurement unit that the viewpoint position has moved in a direction in which the viewpoint position approaches or moves away from the stretchable screen, the control unit moves in a direction in which the viewpoint position approaches or moves away from a predetermined initial center position, or Set a virtual sphere with the center position moved away from it, move the projection plane position farthest from the viewpoint position before moving the viewpoint position by moving the viewpoint position closer or further away, and the elasticity Adjust the projection screen shape of the stretchable screen so that it is on an approximate curve that approximates the end position of the projection surface of the screen, the virtual sphere after movement, and the projection surface position farthest from the moved viewpoint position. The video display system according to claim 2, wherein the video display system is changed.
前記制御部は、前記形状入力手段により入力されたスクリーン形状を再現するように前記アクチュエータを制御する請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の映像表示システム。 It further comprises shape input means for inputting the screen shape from the user,
The video display system according to claim 1, wherein the control unit controls the actuator so as to reproduce a screen shape input by the shape input unit.
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