JP2012013924A - 立体表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】陸上使用及び水中使用の両方で最適な３Ｄ表示を可能にする。
【解決手段】 立体表示装置は、水中検知部と、左右のそれぞれの画像を視差をもって表示して、所定の観察距離における三次元画像を得る３Ｄ表示部と、上記水中検知部の検知結果に従って、上記３Ｄ表示部の観察距離を変更する３Ｄ表示制御部と、を具備したことを特徴とし、また、上記３Ｄ表示制御部は、上記水中検知部の検知結果に従って上記３Ｄ表示部の左右の画像を表示する画素ペアを変更することにより上記観察距離を変更することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体視を可能にする立体表示装置に関する。

近年、デジタルカメラなどの撮影機能付き携帯機器は、画像処理を駆使して、様々な苦手撮影シーンを克服している。また、近年、映画産業では、臨場感を重んじた３Ｄ（３次元）化の波があり、テレビ業界もそれに追随して３Ｄ表示機器は普及傾向にある。

デジタルカメラ等の民生用の撮影機器においても、３Ｄ撮影可能な装置が開発されている。画像を立体的情報を含んで撮影記録し、これを再生観察する方式には多種多様な提案がある。例えば、右目用画像情報と左目用画像情報とを２つのＬＣＤに夫々与えて表示させることで、立体表示を可能にする装置も開発されている。このような装置として例えば特許文献１においては、スーパーインポーズした画像を立体的に表示する装置が開示されている。

また、パララックスバリヤやレンティキュラレンズ等を用いて右目又は左目に選択的に右目用画像又は左目用画像を見せる画像分離法を採用した３Ｄ表示装置も普及している。

特開２００３−２８４６８５号公報

ところで、水密な構造を有することにより、陸上だけでなく水中での使用を可能にした、水中カメラが普及している。このような水中カメラにおいて３Ｄ撮影及び３Ｄ表示機能を付加して水中立体カメラを構成することが考えられる。

しかしながら、水中では、屈折率の関係で、陸上と同じような立体表示を行うことはできない。このため、陸上使用を前提に３Ｄ表示を最適化すると、水中で有効な３Ｄ表示ができず、逆に、水中使用を前提に３Ｄ表示を最適化すると、陸上で有効な３Ｄ表示ができないという問題点があった。

本発明は、陸上使用及び水中使用の両方で最適な３Ｄ表示を可能にすることができる立体表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る立体表示装置は、水中検知部と、左右のそれぞれの画像を視差をもって表示して、所定の観察距離における三次元画像を得る３Ｄ表示部と、上記水中検知部の検知結果に従って、上記３Ｄ表示部の観察距離を変更する３Ｄ表示制御部と、を具備したことを特徴とする。

本発明によれば、陸上使用及び水中使用の両方で最適な３Ｄ表示を可能にすることができるという効果を有する。

本発明の一実施の形態に係る立体表示装置が組み込まれた立体カメラを示すブロック図。 水中での立体（３Ｄ）表示と陸上での３Ｄ表示との相違点を説明するための説明図。 水中での立体（３Ｄ）表示と陸上での３Ｄ表示との相違点を説明するための説明図。 本実施の形態において採用する立体カメラの外観を示す説明図。 パララックスバリア方式を説明するための説明図。 本実施の形態における３Ｄ表示を説明するための説明図。 実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。 実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。 実施の形態の動作を説明するための説明図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係る立体表示装置が組み込まれた立体カメラを示すブロック図である。

先ず、図２及び図３の説明図を参照して、水中での立体（３Ｄ）表示と陸上での３Ｄ表示との相違点について説明する。

図２（ａ）は陸上での表示を説明するためのものである。人の左右の眼２１Ｌ，２１Ｒがモニタの表示画面２２上に表示された物（リンゴの画像）２３を観察している状態を示している。この場合には、両目２１Ｌ，２１Ｒの視線２４がリンゴの画像２３に結像する。この場合の観察距離ｈは、眼２１Ｌ，２１Ｒから表示画面２２までの距離に一致している。

図２（ｂ）は水中での表示を説明するためのものであり、両目２１Ｌ，２１Ｒと表示画面２２との距離がｈの状態（図２（ａ）の状態）のまま水中で観察したことを示している。水中においては、人物は水中メガネをかけて観察を行うものとする。両目２１Ｌ，２１Ｒから所定の距離には水中メガネによる空気の層２５が存在する。水中メガネのガラスの層を無視すると、視線２７は、空気と水との屈折率の相違によって、空気の層２５と水の層２６との境界において屈折する。

このため、図２（ｂ）に示すように、輻輳角は陸上での観察時よりも大きくなり、両目２１Ｌ，２１Ｒと表示画面２２との距離ｈに対して、人はそれよりも短い距離ｈ’の位置に表示画面２２’及びリンゴの画像２３’が位置すると感じる。従って、水中において陸上と同じように観察するためには、観察距離を距離ｈよりも大きい距離にする必要がある。

３Ｄ表示を可能にする立体表示装置（３Ｄ表示装置）としてパララックスバリアやレンチキュラレンズ等を用いて視線を分割する視線分割方式を採用した場合には、輻輳角が所定の範囲内に制限されて、観察距離は所定の範囲に固定される。即ち、陸上で観察距離が最適化されたこのような３Ｄ表示装置を水中で用いた場合には、陸上使用時よりも長い観察距離で表示画面を観察する必要がある。

ところで、水中では、水の透過率が空気の透過率よりも低いことから、両目と表示画面との距離が比較的短い方が観察がしやすい。また、水中では波揺れが生じることから、表示装置をなるべく体に近い位置に構えた方がよい。

つまり、人物が手でモニタを把持する場合において、陸上では、図３（ａ）に示すように、腕３２を若干曲げて顔３１とモニタの表示画面３３との距離が約５０ｃｍとなるような撮影フォームが採用されるのに対し、水中では、図３（ｂ）に示すように、腕３２をより曲げることで顔３１をモニタの表示画面３３に近付けて、顔３１と表示画面３３との距離が２５ｃｍ程度となるような撮影フォームが有利である。

これに対し、上述したように、水中においても陸上と同じような３Ｄ表示の観察を行うためには、両目の位置を陸上で使用する場合よりも表示画面から離さなければならず、水中での理想的な撮影フォームを採用することができない。

そこで、本実施の形態においては、水中使用時か陸上使用時かを検出し、陸上使用時と水中使用時とで３Ｄ表示時の最適な観察距離を変更することで、陸上使用時及び水中使用時のいずれも同様の使用感で使用することを可能にする。

図４は本実施の形態において採用する立体カメラの外観を示す説明図である。立体カメラ４１は、図４に示すように、水密の筐体４２を有し、筐体４２の前面にはカバーガラス４３Ｒ，４３Ｌで覆われた立体撮影用の右レンズ４４Ｒ及び左レンズ４４Ｌが配設される。また筐体４２の前面には、メインストロボ４５も配設されている。筐体４２の上面にはレリーズボタン４６が配設されている。

本実施の形態においては、筐体４２の前面に後述する水中検知部１４を構成する水圧センサ４７が設けられている。また、筐体４２の背面には、後述する３Ｄ表示部１８を構成する表示画面４８が設けられている。水圧センサ４７は、筐体４２に印加される圧力を測定し、測定結果を得る。

立体カメラ４１には、図１に示す本体回路部１０が内蔵されている。本体回路部１０は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子によって構成された撮像部１２を有している。右レンズ４４Ｒ及び左レンズ４４Ｌからの被写体の光学像は、撮像部１２を構成する撮像素子の撮像面に結像するようになっている。この撮像部１２は、制御部１１によって駆動制御される。制御部１１は、撮像部１２を構成する撮像素子の撮像面の情報を有している。制御部１１は、撮像面の情報に基づいて、撮像部１２に撮像素子の駆動信号を出力すると共に、撮像素子が光学像を光電変換して得た画像信号を取り込む。

例えば、撮像部１２の撮像面は右レンズ４４Ｒからの被写体像が結像される領域と左レンズ４４Ｌからの被写体像が結像される領域とを有し、これらの領域に結像された光学像を光電変換して、夫々右画像信号及び左画像信号を制御部１１に出力する。

制御部１１は、撮像素子の光電変換によって得られた右画像信号及び左画像信号に対して、所定の信号処理、例えば、色信号生成処理、マトリックス変換処理、その他各種のデジタル処理を行う。本体回路部１０は、左右画像信号及び音声信号等の記録に際して、符号化処理を施して圧縮した画像情報及び音声情報等を出力する。

本体回路部１０には、画像記録部１６が設けられている。画像記録部１６には、制御部１１からの画像情報及び音声情報が入力される。画像記録部１６は、入力された画像情報及び音声情報を図示しない記録媒体に記録することができるようになっている。なお、画像記録部１６としては例えばカードインターフェースを採用することができ、画像記録部１６はメモリカード等に画像情報及び音声情報等を記録可能である。また、画像記録部１６は、記録媒体に記録された画像情報及び音声情報を読み出して制御部１１に供給することもできる。制御部１１は、画像記録部１６からの画像情報及び音声情報を復号化して、画像信号及び音声信号を得ることができるようになっている。

また、本体回路部１０には、操作部１３も配設されている。操作部１３は、撮像装置４１に設けられたレリーズスイッチ４６や撮影モード設定等の各種スイッチに対するユーザ操作に基づく操作信号を発生して、制御部１１に出力するようになっている。制御部１１は、操作信号に基づいて、各部を制御する。

本実施の形態においては、本体回路部１０には、水中検知部１４が設けられている。水中検知部１４は、水圧センサ４７の圧力測定結果が与えられ、測定結果に基づいて立体カメラ４１が水中で用いられているか否かを検出し、水中検知結果を制御部１１に出力するようになっている。なお、水中検知部１４における水中検知としては、水圧センサ４７を用いる方法だけでなく、水の伝導性で判定する方法、水の屈折率や光吸収を検出する方法等を採用してもよい。

また、ＯＳＤ情報記憶部１５には、スーパーインポーズ用のキャラクタが記憶されている。本実施の形態においては、ＯＳＤ情報記憶部１５は、各キャラクタを立体表示させるための右画像情報及び左画像情報を記憶するようになっている。

制御部１１は、右画像信号及び左画像信号を３Ｄ表示制御部１７に与える。３Ｄ表示制御部１７は、３Ｄ表示部１８を制御して、入力された右画像信号及び左画像信号に基づく立体画像を３Ｄ表示部１８の表示画面４８上に表示させるようになっている。

次に、図５及び図６を参照して３Ｄ表示制御部１７及び３Ｄ表示部１８による３Ｄ表示について説明する。図５はパララックスバリア方式を説明するための説明図であり、図６は本実施の形態における３Ｄ表示を説明するための説明図である。

３Ｄ表示部１８は、パララックスバリア方式やレンチキュラ方式等の視差分割方式を採用した表示部である。視差分割方式においては、３Ｄ表示用のメガネ等を用いることなく、３Ｄ表示が可能である。なお、本実施の形態においては、３Ｄ表示部１８としてパララックス方式の３Ｄ表示部を採用する例について説明するが、レンチキュラ方式等の他の方式を採用してもよい。

図５（ａ）の表示部５０は、パララックス方式の基本的な構成例を示している。表示部５０は右画像信号及び左画像信号が夫々供給される右画素と左画素とが交互に配置された画素表示部５１を有する。この画素表示部５１の前方側には、画素表示部５１から所定距離離間して、パララックスバリア５２が設けられている。パララックスバリア５２は、画素表示部５１の画素配列に対応した遮光部（実線部）を有すると共に、遮光部相互間において光を透過する透過部を有する。

図５（ｂ）は表示部５０の画素表示部５１と視線５４との関係を示している。人の右目５３Ｒからの視線５４とパララックスバリア５２の透過部又は遮光部とを結ぶ線上及び人の左目５３Ｌからの視線５４とパララックスバリア５２の透過部又は遮光部とを結ぶ線上における画素表示部５１の画素配置から明らかなように、パララックスバリア５２によって人の右目５３Ｒは右画素のみを見ることができ、人の左目５３Ｌは左画素のみを見ることができる。

そして、表示部５０は、右画素を右画像信号によって駆動し、左画素を左画像信号によって駆動する。これにより、左右の目５３Ｌ，５３Ｒによってパララックスバリア５２越しに画素表示部５１を見ることで、右目５３Ｒで右画像信号に基づく右画像を見ることができ、左目５３Ｌで左画像信号に基づく左画像を見ることができる。こうして、表示部５０により、メガネ等を用いることなく、３Ｄ表示が可能である。

また、対応する右画像と左画像とを、右画素及び左画素のいずれの画素ペアによって表示するかによって、飛び出し距離を変化させることができる。例えば、図５の画素表示部５１の両端の右画素と左画素とで画素ペアを構成した場合には、輻輳角が最も大きくなり、飛び出し距離が最大となる。逆に、画素表示部５１の隣接した右画素と左画素とで画素ペアを構成した場合には、輻輳角が最も小さくなって、飛び出し距離を最小にすることができる。

本実施の形態における３Ｄ表示部１８は図５の表示部５０と同様の構成を採用することができる。３Ｄ表示制御部１７は、右画像信号及び左画像信号を３Ｄ表示部１８の適宜の画素ペアに与えることで、３Ｄ表示させることができる。

パララックスバリア５２及び画素表示部５１の相互間の距離、サイズ等によって、立体視が可能な観察距離が規定される。３Ｄ表示制御部１７において、右画像信号及び左画像信号をそのまま３Ｄ表示部１８に画素ペアに与えただけでは、観察距離は固定である。

そこで、本実施の形態においては、３Ｄ表示制御部１７は、制御部１１から水中検知結果が与えられ、水中検知結果に基づいて、画素ペアを変化させることで、観察距離を変化させることができるようになっている。

図６はこのような水中検知結果による画素ペアの変更及びその効果を説明するためのものである。画素表示部６３の四角の枠は各画素を示しており、パララックスバリア６２の四角の枠は遮光部を示している。

図６（ａ）は陸上での表示を示している。画素ペアＰ１のうち右画素からの光は、パララックスバリア６２の透過部を通過して人間の右目６１Ｒに入射し、左画素からの光はパララックスバリア６２の透過部を通過して人間の左目６１Ｌに入射する。この場合の輻輳角はθ１であり、左右の目６１Ｌ，６１Ｒによって画素ペアＰ１を見た場合の飛び出し距離はＸ１である。

図６（ｂ）は水中での表示を示している。水中メガネ６４と両目６１Ｌ，６１Ｒとの間は空気の層であり、水中メガネ６４からパララックスバリア６２側は水の層である。水と空気の屈折率の差によって、水中メガネ６４において視線が屈折する。この場合において、画素ペアＰ１を両目６１Ｌ，６１Ｒによって見た場合の輻輳角をθ１に維持するためには、両目６１Ｌ，６１Ｒから水中メガネ６４までの輻輳角はθ２（＞θ１）となる。この場合には、水と空気の屈折率から観察距離Ｌ２はＬ２≒１．３３×Ｌ１となる。なおこの場合には、飛び出し距離は陸上での観察時と同じＸ１である。

これに対し、本実施の形態における３Ｄ表示制御部１７は、水中においては、図６（ｃ）に示す表示制御を行う。即ち、３Ｄ表示制御部１７は、陸上において画素ペアＰ１に与えた左右画像信号を、水中では画素ペアＰ２に与える。画素ペアＰ２は、画素ペアＰ１の左右画素間の距離よりも大きい距離で左右画素が配置されたものである。

画素ペアＰ２のうち右画素からの光は、パララックスバリア６２の透過部を通過して人間の右目６１Ｒに入射し、左画素からの光はパララックスバリア６２の透過部を通過して人間の左目６１Ｌに入射する。この場合には、両目６１Ｌ，６１Ｒから水中メガネ６４までの輻輳角はθ４（＞θ３）となり、水中メガネ６４からパララックスバリア６２側における輻輳角はθ３となる。

即ち、輻輳角θ３は、輻輳角θ１よりも大きく、図６（ｃ）の場合の観察距離Ｌ３は、観察距離Ｌ１よりも小さい。パララックスバリア６２及び画素表示部６３相互間の距離、相互の対応関係、サイズ、及び素数等を適宜設定することにより、観察距離Ｌ３をＬ３≦Ｌ１とすることができる。なお、左右の目６１Ｌ，６１Ｒによって画素ペアＰ２を見た場合の飛び出し距離はＸ２である。

即ち、３Ｄ表示制御部１７は、制御部１１から水中検知結果が与えられ、水中検知結果によって水中でないことが示された場合には陸上表示用の画素ペアＰ１に左右画像信号を与え、水中であることが示された場合には水中表示用の画素ペアＰ２に左右画像信号を与える。

こうして、３Ｄ表示制御部１７は、水中における観察距離を陸上における観察距離以下にした表示を可能にする。

また、３Ｄ表示制御部１７は、制御部１１を介してＯＳＤ情報記憶部１５に記憶されている立体表示用の右画像情報及び左画像情報も与えられるようになっている。３Ｄ表示制御部１７は、これらの右画像情報及び左画像情報に基づいて、各キャラクタを立体表示させるように、３Ｄ表示部１８の画素ペアを駆動するようになっている。これにより、３Ｄ表示制御部１７は、例えば、電池消耗等を知らせる警告表示については、立体表示させることができるようになっている。

次に、このように構成された実施の形態の動作について図７乃至９を参照して説明する。図７及び図８は実施の形態の動作を説明するためのフローチャートであり、図９は実施の形態の動作を説明するための説明図である。

図７のステップＳ１において、制御部１１は撮影モードであるか否かを判定する。いま、撮影モードが指示されていないものとする。この場合には、制御部１１は次のステップＳ２において再生モードであるか否かを判定する。再生モードが指示されている場合には、制御部１１はステップＳ３において画像再生を行う。制御部１１はステップＳ４において終了が指示されたか否かを判定し、終了が指示されていない場合には処理をステップＳ１に戻す。

ここで、撮影モードが指示されるものとする。制御部１１は、撮像部１２を駆動して左右レンズ４４Ｌ，４４Ｒからの信号を取り込んで信号処理し、左右画像信号を生成する。制御部１１は左右画像信号に対して所定の信号処理を施した後、３Ｄ表示制御部１７に出力する。

また、制御部１１には、水中検知部１４からの水中検知結果が与えられている。即ち、立体カメラ４１に設けられた水圧センサ４７は圧力測定を行っており、水中検知部１４は圧力測定結果に基づいて、立体カメラ４１が水中で使用されているか否かの水中検知結果を得て制御部１１に出力する。制御部１１は水中検知結果を３Ｄ表示制御部１７に出力する。

３Ｄ表示制御部１７は、左右画像信号を３Ｄ表示部１８の対応する画素ペアに与えて駆動する。本実施の形態においては、３Ｄ表示制御部１７は、水中検知結果によって立体カメラ４１が水中で使用されているか否かを判定し（ステップＳ５）、判定結果に基づいて左右画像信号を陸上用画素ペアに供給するか、水中用画素ペアに供給するかを決定する。

即ち、立体カメラ４１が水中で使用されていないことが示された場合には、３Ｄ表示制御部１７は、ステップＳ６において、通常の画素ペアである陸上用画素ペアに左右画像信号を与える。この陸上用画素ペアは、図６の画素ペアＰ１に相当する。また、３Ｄ表示制御部１７は、立体カメラ４１が水中で使用されていることが示された場合には、ステップＳ７において、水中用の画素ペアである水中用画素ペアに左右画像信号を与える。この水中用画素ペアは、図６の画素ペアＰ２に相当する。

これにより、３Ｄ表示部１８には、立体カメラ４１が水中で使用されている場合には、陸上で使用されている場合よりも観察距離を小さくした表示が可能である。従って、使用者は、水中で立体カメラ４１を使用する場合には、図９（ａ）に示すように、水中メガネ７０をかけ、陸上で使用する場合に比べて腕３２をより曲げて、顔３１から表示画面４８までの距離を小さくした状態において、陸上と同様の視感覚での観察が可能である。

制御部１１は、次のステップＳ８において、レリーズボタン４６が操作されたか否かを判定する。レリーズボタン４６の操作が行われた場合には、処理がステップＳ９に移行して、制御部１１は画像記録部１６を制御して、撮像画像を記録させる。

図８は本実施の形態において採用される他の撮影制御を示している。図８のステップＳ１１においては、制御部１１はスルー画表示を行う。本実施の形態におけるスルー画表示は、図７のステップＳ５〜Ｓ７と同様の処理が行われ、３Ｄ表示部１８の表示画面４８上には３Ｄ表示が行われる。例えば、図９（ａ）に示すように、水中での撮影時にスルー画を表示させる場合には、水中用画素ペアを用いた３Ｄ表示が行われる。図９（ｂ）はこのようなスルー画表示を示しており、表示画面４８上に被写体である魚の画像７１が表示されていることを示している。

次のステップＳ１２では、制御部１１はＯＳＤ表示を行う。いま、バッテリが消耗しバッテリ残量が比較的少なくなったものとする。制御部１１はバッテリ残量が閾値よりも低下したことを検知すると、ＯＳＤ情報記録部１５を制御してバッテリ残量が低下したことを示す警告表示のための画像情報を読み出して３Ｄ表示制御部１７に与える。これにより、３Ｄ表示制御部１７は、この警告表示のための左右画像信号を画素ペアに与えて表示させる。図９（ｂ）はこの場合の警告表示を示している。表示画面４８上に「電池消耗」の警告表示が立体表示されている。

なお、３Ｄ表示制御部１７は、警告表示については、撮像部１２による撮像画像の手前側に表示されるように、水中用画素ペアを選択する。これにより、警告表示は、常に撮像画像よりも手前側に表示され、警告表示の確認が容易となる。

次のステップＳ１３においては、ユーザ入力を受け付ける。制御部１１はステップＳ１４において撮影モードが指示されたか否かを判定する。撮影モードが指示されていない場合には、制御部１１はステップＳ１５において操作内容に従ったカメラ制御を行う。撮影モードが指示された場合には、制御部１１はステップＳ１６において撮影を行い、ステップＳ１７において記録を行う。これらの撮影及び記録処理は図７と同様の手順で行われる。

このように本実施の形態においては、水中での使用か否か判断し、水中での使用でない場合には通常の画素ペアに左右画像信号を与え、水中での使用時には水中用画素ペアに左右画像信号を与える。これにより、水中においても観察距離を陸上における観察距離以下にすることができ、水中における観察に適した３Ｄ表示が可能であり、陸上と同様の視感覚での観察を可能にすることができる。

なお、上記実施の形態においては、画素ペアを変化させることで、観察距離を変更する例について説明したが、観察距離を変更可能な他の３Ｄ表示部を採用しても良い。例えば、特開平１０−１２３４５９号公報においては、複数のパララックスバリアを用いて、パララックスバリアを切換えることで、観察距離を変更可能な装置が開示されており、このような装置を利用してもよい。

１０…本体回路部、１１…制御部、１２…撮像部、１３…操作部、１４…水中検知部、１５…ＯＳＤ情報記憶部、１６…画像記録部、１７…３Ｄ表示制御部、１８…３Ｄ表示部。

Claims (5)

1. 水中検知部と、
   左右のそれぞれの画像を視差をもって表示して、所定の観察距離における三次元画像を得る３Ｄ表示部と、
   上記水中検知部の検知結果に従って、上記３Ｄ表示部の観察距離を変更する３Ｄ表示制御部と、
   を具備したことを特徴とする立体表示装置。
2. 上記３Ｄ表示制御部は、上記水中検知部の検知結果に従って上記３Ｄ表示部の左右の画像を表示する画素ペアを変更することにより上記観察距離を変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。
3. 上記３Ｄ表示制御部は、陸上使用時の観察距離よりも水中使用時の観察距離を小さくする
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。
4. 上記３Ｄ表示制御部は、上記３Ｄ表示部にスーパーインポーズ表示する警告表示を三次元表示させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。
5. 上記３Ｄ表示制御部は、上記警告表示を他の表示よりも飛び出し距離を大きくして表示させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。

Images