JP2011259289A - 視聴状況対応3d表示装置および3d表示方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】受信回路3が基準の視聴状況に係る3D画像信号を受信し、画像分離回路5が3D画像信号を左眼用画像と右眼用画像に分け、画像信号合成回路7が左眼用画像と右眼用画像を重ならせた3D画像信号を合成して、3D画像表示器1に3D画像を表示させる。演算制御器9が、実際の3D画像表示器1の表示画面寸法と距離計17で測定した3D眼鏡17までの距離と基準の視聴状況に対する関係に基づいて人に優しい3D画像を形成させるための左眼用画像と右眼用画像の重なり量を算定して、画像信号合成器7を介して3D画像表示器1に実際の視聴状況に適した3D画像を表示させる。
【選択図】図1
Description
近年、立体映像技術は著しく発達してきており、3Dシネマや3D展示はもちろん、ついには3D放送も具体化されるようになってきた。
したがって、3D映像表示に伴う種々の障害を緩和させて、人に優しい3D映像を提供することが求められている。
開示された映像データ処理装置は、3D映像コンテンツのデータを取得し、取得したデータの再生映像が視聴者に与える影響の程度を判定して、判定結果を映像コンテンツのブロックごとに生体影響レベル情報を添付した映像データを生成する。
この映像データから3D映像を再生するときに、生体影響レベル情報を参照して、設定したレベル以上のコンテンツブロックをスキップすることにより、人に優しい3D映像を提供することができる。
特に、左右眼用画面を両眼視することにより得られる遠近感は、輻輳角や両眼視差量に左右されるため、映像表示装置の拡大率や映像表示装置と視聴者の距離などに大きく影響を受ける。
たとえば、50インチの画面を持つ表示装置を使って再生することを想定した編集素材を、100インチの画面に投射上映する場合は、画面上の視差が倍になる。すなわち、たとえば、演出上、50インチ画面で映像の飛び出し効果が最大になる部分を持つようにした映像データを100インチ画面で再生すれば、3D映像が持つ安全性を確保することはできず、視聴者の健康を害することになる。
また、逆に、100インチ画面で飛び出し効果を最大とした部分を50インチ画面に再生する場合は、映像の安全性は確保できるが、制作者が意図する演出効果を得ることができない。
したがって、表示装置の大きさは編集時の想定と同じでも、表示装置と視聴者の距離がたとえば画面の垂直長さの4倍を超える位置から鑑賞するとすれば、予定の視差角度より小さくなって、制作者の演出意図を呈した映像ではなくなる。
従来技術には、想定された画面寸法に適合するように3D画像信号を編集するものはあるが、実際に使用されている画面に関する情報さらに視聴距離に関する情報を取得して、視聴状況に対応するように、画像信号を調整する技術は見あたらない。
特に、放送により多様な受像器に再生される画像は、受信者が任意の画像表示装置に表示して任意の距離から視聴するのであるから、放送者が適当な画面寸法と視聴距離を想定しても、すべての受像器において意図する演出効果を呈する画像を表示させることはできない。
本発明の3D表示装置は、視聴者側の画像表示装置に、視聴距離と画面寸法により視聴状況を把握する機器と、把握した視聴状況に対応して適宜な立体視効果を与えるような画像表示信号を生成して3D画像表示をさせる機器を付属させている。したがって、本発明の3D表示装置によれば、適宜に想定された視聴状況に基づいて形成された画像表示信号によって放送しても、受信装置ごとに実際の視聴状況に適合する適宜の3D画像表示を行うことができる。こうして、視聴者は、人に優しい3D画像を観察することができるようになる。
これらの制御は、放送する上映コンテンツの中で実行するものではなく、受信した画像の再生の際にその冒頭で制御を行い、再生画像の鑑賞において違和感を発生させないようにするものである。
たとえば、3D内視鏡手術の過程を大型ディスプレーに表示しながら説明する場合に、視聴者は術者と同等の視線交差角で対象を見ることになるので、術者と近似した立体感を持って画像を観察することができる。
特に、瞳孔間距離が小さく大人より立体化効果が大きい子供を対象として、飛び出し効果を抑制したコンテンツを拡大表示する場合にも、拡大による過剰効果を抑制して安全な3D画像を提示することができる。
3D映像編集の段階でいわゆる画枠歪みを除去するようにするが、視聴状況が画像信号を形成するときに想定したものと異なると、左眼用画像と右眼用画像のずれ量が変化するので、左右の画枠部分で一方が画枠からはみ出して、左眼用画像と右眼用画像の両方に表示されないため両眼視するときに違和感を与える部分、すなわち画枠歪みが発生することがある。
また、枠位置で表示対象を一致させることに加えて、画枠近傍に幅を持たせた領域を定めて、その領域で2D表示し、その内側の所定幅で3D画像の立体感を緩和させるようにしてもよい。
なお、画面の奥に再生される被写体については、一方の画像がはみ出しても画枠歪みは生じにくいことが分かっているので、対策はいらない。
そこで、左眼用画像と右眼用画像の同じオブジェクト点を見通す視線交差角が制限範囲を超える場合に、左眼用画像と右眼用画像のずれを緩和したり、左右画枠近傍で発生したときは問題の画像を切り取ったりして、画像中のオブジェクトに対する視線交差角を制限内に収めるようにすることができる。
複数の人が鑑賞しているときには、最短距離にある3D眼鏡までの距離を使って、3D画像信号を調整することが好ましい。なお、CCDカメラにより鑑賞者の位置を検知して、最も近い人を抽出して距離測定するようにしてもよい。
また、放送中に視聴状況が変化したときには、新しい視聴状況に対応して新しいパラメータを採用して調整方法を変更し、新しい3D画像表示をするようにしてもよい。ただし、余り頻繁に画像表示を変化させると、視聴者に違和感を与えるので、所定量以上の視聴状況変化が所定時間以上継続するときに初めて調整方法を変更するようにしてもよい。
この3D画像調整装置は、本発明の3D表示装置の部品として、入力した3D画像信号に視聴状況に対応した調整を施して3D画像を表示するための画像信号を生成し、画像表示装置に供給する装置である。
通常の3D画像表示装置に本発明の3D画像調整装置を付属させることにより、人に優しい3D画像表示を得ることができる3D表示装置を構成することができる。
なお、ここでは画像に関して説明しているが、映像は、多数の画像を動画として連続的に表示したものであり、表示の原理および技術には特段の差異がないので、映像についても本説明はそのまま適用することができる。
ところで、3D映像は、大まかに、「シネマ」、「展示」、「放送」、「個人」の4つの形態で鑑賞されることが想定される。これらの形態においては、表示装置のサイズと表示装置を見る視聴者の位置関係に違いがある。
しかし、「放送」においては、受信する3D受像装置と視聴位置を特定することができないので、表示装置の画面サイズと視聴距離の広がりとによる3D効果の発現状況の変動を適切に補償するような編集をすることは不可能である。
本実施形態の3D表示装置は、3D画像表示器1に左眼用画像と右眼用画像を重ならせた3D画像を表示させて、視聴者が3D眼鏡17を掛けて左眼と右眼で別々に見た左眼用画像と右眼用画像を脳で合成することにより、立体画像として観察するようにした3D表示装置である。
画像分離回路5は、受信回路3で受信した3D画像信号から左眼用画像と右眼用画像を分離する回路である。分離された左眼用画像と右眼用画像は画像信号合成回路7と演算制御回路9に送られる。
なお、元の3D画像信号における左眼用画像と右眼用画像の重なり量を変更したために、編集時には意図しなかった画枠歪みが新たに発生することがあるので、左眼用画像と右眼用画像の左右枠近傍において画像の伸縮をすることにより画枠歪みを解消するようにしてもよい。
また、放送による3D画像表示は、複数の視聴者が同時に視聴する場合は視聴距離の測定値も複数になるが、多くの場合は視聴者の視線交差角が大きくなる方が画面の安全性が劣化するので、最短距離を採用すれば用が足りる。
画像Aは、右眼Rで表示画面Sに投影された右眼用画像上の像Arを見、左眼Lで表示画面S上の点Arより右側に投影された左眼用画像上の像Alを見て、両眼の視線方向に基づいて脳で画像を合成することにより、表示画面Sより近い位置Aに立体像が形成される。
瞳孔間距離deは、成人で約65mm、小児では50mm程度になる。したがって、成人では無限遠に像が形成される場合でも、小児には視線交差角がマイナスになるので、像が結ばず、眼に違和感を与え、安全を損ねることに注意しなければならない。
図3(a)は、左の図は団子を連ねた形状を有する対象物を視聴者の左眼に対応する位置から撮影した左眼用画像を示し、右の図は右眼に対応する位置から撮影した右眼用画像を示す。左眼用画像は視聴者の左眼にのみ見ることができ、右眼用画像は右眼にのみ見ることができる。両画像を重ねて表示画面に表示すると、これを観察する視聴者は、左眼用画像と右眼用画像を脳内で合成して、図3(b)に示すように、団子を連ねた形状を有する対象物の立体画像を観察することができる。予め編集された3D画像信号は、図3(b)に示す標準の表示画面に映写することにより、実体に対応する立体視像が得られるようになっている。
視線交差角βが同じであれば、両眼視で立体化した物体像の位置は変わらないので、画面からの飛び出し効果も同等になる。
図4に示すように、予め編集された3D画像信号は、左眼用画像F0lと右眼用画像F0rを標準の表示画面S0に映写することにより、実体に対応する立体視像が得られるようになっている。こうして得られる標準的な立体視像は、人に優しく、人に害をなさないように設計されたものである。
図5に示すように、予め編集された3D画像信号に含まれる左眼用画像F0lと右眼用画像F0rを適宜な表示画面S0に映写することにより、実体に対応する安全な立体視像が得られるときに、視聴者と表示画面S0の距離が意図されたものより近くなった場合にも、左眼の視線と右眼の視線の交差角βが許容範囲を超えることがある。このように視線交差角βが上限を超えたときには、図4におけると同様に、左眼用画像Flと右眼用画像Frの一方あるいは両方を左右の方向に移動することにより視線交差角βを小さくして許容範囲内に収めることで対応することができる。
図6に示すように、予め編集された3D画像信号に含まれる左眼用画像H0lと右眼用画像H0rを適宜な表示画面S0に映写するときに、これを観察する左眼Lと右眼Rの視線が表示画面S0の前で交差しない場合は、実体に対応する立体視像H0は表示画面S0の後方に得られる。
結局、視線交差角βは、表示画面の手前で視線が交差する場合と、表示画面の後方で交差する場合の両方を勘案すると、危険範囲が−1°から+24°の外側になり、快適範囲は0°から12°の範囲内として、拡大映写したときの視線交差角βを管理することが好ましい。
図7(a)において、左眼用画像と右眼用画像が表示面上で重なったとき、右眼用画像の端が表示面からはみ出たため、左眼用画像に現れた一部の部分に対応する右眼用画像が欠けたとする。すると、図7(b)に示すように、対応部分が欠けた部分は立体視ができず、表示面と同じ奥行き深さに表示されることになる。この現象は、画枠歪みと呼ばれ、画面の手前に再生される被写体について顕著である。
そこで、本実施形態の3D表示装置では、制作された3D画像信号が基準の視聴状況では既に画枠歪みが生じないように処理されていることを利用して、実際の視聴状況が多様な変化をもたらすのに対して、より機械的に適用することができるように、たとえば、図8で説明する画枠歪み軽減方法を採用している。
普通、ある視聴状況において表示することを前提として生成された1対の左右眼用画像は、画枠歪みを避けるため、左右の枠近傍で枠に近づくにつれて平面化するように演出されている。
画枠の近傍ではみ出した画像の部分を左右の方向に圧縮して、画像のはみ出た側の端縁を画枠の位置まで移動させる。
このように両画像面のはみ出し部分を圧縮することによって左眼用と右眼用の画像が共に欠けることなく、元の3D画像信号における演出に従って、緩衝域内で立体感が減少し、画枠近傍では表示画面表面位置に存在する平面画像として認識されるようになって、画枠歪みがほぼ解消される。
また、右眼用画像面が左眼用画像面の一方は表示画面枠に対してずれがないように収まり、他方のみ左右方向にずらすことにより飛び出し効果抑制等を行うこともできるが、この場合には、ずらされた画像面について緩衝域内で画像を圧縮あるいは伸張することにより、画像面の左右端を画枠に一致するようにして、画枠歪みを解消させることができる。
本実施形態の3D画面表示方法では、図9に示すように、初めに原画に係る3D画像信号を入力する(S11)。3D画像信号は、分離された左眼用画像と右眼用画像の内容と画面の配置に係る情報が含まれる。また、3D画像信号を形成する基準となった視聴状況は演算制御回路9において既知であるとする。なお、基準の視聴状況は3D画像信号に付属させてもよい。
3D画像表示装置の画面サイズは、装置自体から取得する情報に含まれていることもある。また、3D画像表示装置の型式番号に基づいてリストに当たることによって得ることもできる。視聴距離は、3D画像表示装置に取り付けた距離計により視聴者が掛ける3D眼鏡までの距離を測定した結果として得ることができる。これらの視聴状況のデータは、3D画像信号を生成するときに基準とした3D画像表示装置と視聴者までの距離と対比して、3D画像の表示条件を調整するために使用する。
基準視聴状況に基づいた原画の3D画像信号について、実際の視聴状況において3D表示する場合の左眼用画像と右眼用画像の配置を算定する(S13)。
3D画像信号を生成したときに基準とした画像表示装置より大型の画像表示装置に表示させれば、飛び出し効果は増幅され、強い印象を与えることができる。しかし、たとえば、3D内視鏡による手術の状況を公衆に説明する場合などは、臓器等の立体感が術者と異なると手術の状況を正確に伝達することができないので、術者が手術中に感ずる立体感を伝える必要がある。このため、最大飛び出し効果が内視鏡のモニターと同じ程度になることが要求される。
飛び出し効果をどの程度抑制するかは、予めケースに従った係数を記憶させておいて、実際のケースに従った実行に伴い読み出して調整することができる。
なお、画像信号合成回路7で合成した再生用の3D画像信号は、図外の録画装置により記録媒体に記録して、適宜の時刻に適宜の画像表示装置で再生できるようにしてもよい。
演算制御回路9には、受信回路3で受信した原画の3D画像信号を、画像分離回路5で分離した左眼用画像面と右眼用画像面が入力されている。
そこで、これらの左眼用画像面と右眼用画像面について調べることにより、原画において飛び出し効果が最も大きく表れる最も手前に位置する部分を見いだす。最も手前に位置する部分の画像は、表示画面に表示したときに、左眼用画像が右側に配置され右眼用画像が左側に配置されて視線が交差する状態であって、画像におけるずれが最も大きく表れる部分に当たる。原画における左右画像の最大のずれ、すなわち左右画像間の視差距離を算定する(S21)。
なお、本実施形態の3D表示装置を円滑に作動させるために、番組の最初に、演出により意図した最大ずれ量を簡単に見いだせるように編集した画面を添付するようにしてもよい。
得られたずれ量に従い、画像信号合成回路7を制御して左眼用画像面と右眼用画像面の左右位置の偏差を調整した3D画像信号を生成させて(S23)、メインルーチンに復帰する。
実際の視聴状況で表示される3D画像において、最大飛び出し部分の左眼用画像と右眼用画像を見通す視線の視線交差角βを算定する(S31)。視線交差角βは、基準ディスプレーと基準視聴距離と対比した、実際に使う3D画像表示器1と距離計で測定された視聴距離に基づいて算定する必要がある。また、小児は、瞳孔間距離が短いため、視線交差角βが大きくなり悪影響も大きく出るのでので、小児が視聴者に含まれる場合は、小児の視線に関する視線交差角を対象とする必要がある。
そこで、視差交差角βが下限許容値とされる0°より大きくプラス側になっているときは、このサブルーチンを終了し、下限許容値より小さくマイナス側になっているときには、視線交差角βが下限許容値の0°以上になるようにすることが好ましい(S32)。
視聴状況における視線交差角βを許容範囲内に収めると、視線交差角抑制サブルーチンを終了して、メインルーチンに復帰する。
画枠歪み抑制ルーチンは、それまでの手順で形成される3D画像信号に対して、図8により説明した画枠歪み軽減方法を実行するものである。
初めに、画枠歪みの解消を図る緩衝域を設定する(S41)。
次に、生成した3D画像信号に含まれる左眼用画像面と右眼用画像面の内、画枠からはみ出た画像面について、緩衝域内で画像を圧縮して画面の端縁を画枠位置に合わせるようにして、左眼用画像と右眼用画像の一方が欠ける状態をなくすことにより、原画における画枠近傍の2D化処理をほぼ再現できるようにして、画枠歪みを解消させる(S42)。
作業後に、メインルーチンに戻る。
3 受信回路
5 画像分離回路
7 画像信号合成回路
9 演算制御回路
11 設定盤
13 記憶装置
15 距離計
17 3D眼鏡
21 設定目盛
23 液晶ディスプレー
25 テンキー入力部
27,29 ボリュームつまみ
31,33,35 押しボタンスイッチ
41 回路基板
Claims (6)
- 所定の表示画面寸法と視聴距離を基準として左眼用画像と右眼用画像を重ならせて両眼で立体視できるように形成された第1の3D画像信号を受信する受信回路と、受信した前記3D画像信号を前記左眼用画像と前記右眼用画像に分ける画像分離回路と、前記左眼用画像と前記右眼用画像を重ならせて第2の3D画像信号を合成する画像信号合成回路と、前記第2の3D映像用画像により両眼視で立体化できる3D画像を表示する3D画像表示器と、距離測定用ターゲットを備えた立体視用の3D眼鏡と、前記3D画像表示器と前記3D眼鏡との距離を測定する距離計と、前記基準とした表示画面寸法と視聴距離に対する前記3D画像表示器の表示画面の寸法と前記距離計で測定した視聴距離との関係に基づいて前記左眼用画像と前記右眼用画像の重なり量を算定して前記画像信号合成器に提供する演算制御器を備えて、前記画像信号合成器が前記重なり量に基づいて前記左眼用画像と前記右眼用画像の重なりを調整して視聴状況に適した画像を形成する前記第2の3D画像信号を生成して、前記3D画像表示器が前記第2の3D画像信号に基づいて3D画像を表示させることを特徴とする3D表示装置。
- 前記3D画像表示器に表示させる前記第2の3D画像における前記左眼用画像と前記右眼用画像の重なりは、前記第1の3D画像信号による3D画像において最も手前に3D表示される部位における前記左眼用画像と前記右眼用画像のずれと同等になるように算定されることを特徴とする請求項1記載の3D表示装置。
- 前記演算制御器は、前記3D画像表示器の表示画面において左右画枠の内側に所定の緩衝幅を設定して、前記左眼用画像と前記右眼用画像の画枠をはみ出した側縁において前記緩衝幅内の部分を圧縮して、圧縮した後の側縁端が前記表示画面の外枠位置に来るように調整することを特徴とする請求項1または2記載の3D表示装置。
- 前記演算制御回路は、前記左眼用画像と前記右眼用画像の同じ被写体を見通す視線交差角が所定の制限範囲を超える場合に、前記3D画像中の前記被写体に対する視線交差角を制限範囲内に収めるように調整することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の3D表示装置。
- 前記距離計は、画像表示装置に設置して、電磁波あるいは赤外線を照射して3D眼鏡から反射してくる時間に基づいて視聴距離を測定することを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載の3D表示装置。
- 想定した表示画面寸法と視聴距離に対する、3D画像表示器の表示画面の寸法と距離計で測定した距離との関係に基づいて、実際の視聴状況において3D表示するための左眼用画像と右眼用画像の重なり量を算定し、該重なり量に対して、画面の飛び出し効果を所定の水準に抑制し、視聴者の両眼の視線交差角を安全な範囲に管理し、画枠歪みを抑制するように、前記左眼用画像と前記右眼用画像の重なりを調整した3D画像信号を生成して供給することを特徴とする、視聴状況対応3D表示方法。
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