JP2013109373A - 画像化システム - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明が解決しようとする課題は、画像データをより効率的に使うことである。
【解決手段】
１つの実施例によれば、画像化システムは、処理システム及び表示生成器を含む。処理システムは、カメラから受け取った信号を処理することにより、中心窩表示領域のために中心窩データを生成し、かつ、周縁表示領域のために周縁データを生成するように動作する。周縁データは、中心窩データの画素密度に比べて、低い画素密度を持つ。表示生成器は、１：ｎの写像率により、中心窩データから、中心窩表示領域を生成し、かつ、１：ｍの写像率により、周縁データから、周縁表示領域を生成するように動作する。ここでｍはｎより大きい。
【選択図】 図１

Description

本願開示は、一般に、画像化システムに関する。より詳しくは、本願開示は、複数の表示領域を備える画像を生成するように動作する画像化システムに関する。

本願は、特許文献１の優先権を主張する。

視覚表示装置は、典型的には、複数の光素子を含む。光素子が、画像の画素を形成する。光素子を、Ｎ個の行及びＭ個の列に配置してもよい。これにより、横Ｎ画素＊縦Ｍ画素の画像を形成できる。通常の型の視覚表示装置は、陰極線管（ＣＲＴ）又は液晶表示装置（ＬＣＤ）を含んでもよい。

２０００７年１２月２０日に仮出願した米国特許仮出願番号第61/015,556号、発明の名称「画像化システム」。

本発明が解決しようとする課題は、画像データをより効率的に使うことである。

１つの実施例によれば、画像化システムは、処理システム及び表示生成器を含む。処理システムは、カメラから受け取った信号を処理することにより、中心窩表示領域のために中心窩データを生成し、かつ、周縁表示領域のために周縁データを生成するように動作する。周縁データは、中心窩データの画素密度に比べて、低い画素密度を持つ。表示生成器は、１：ｎの写像率により、中心窩データから、中心窩表示領域を生成し、かつ、１：ｍの写像率により、周縁データから、周縁表示領域を生成するように動作する。ここでｍはｎより大きい。

実施例によっては、様々な効果を提供してもよい。実施例によっては、画像データを、より効率的に使ってもよい。このことは、より高い画素密度を持つ中心窩表示領域、及び、より低い画素密度を持つ周縁表示領域を提供することによる。画像データを効率的に使うことにより、データの圧縮率を上げてもよい。実施例によっては、中心窩表示領域で、より高い解像度を提供してもよく、かつ、周縁表示領域で、より広い視野を提供してもよい。

実施例によっては、これらの効果の一部又は全部を享受してもよい。実施例によっては、これらの効果を享受しなくともよい。他の技術的な効果を、当業者は容易に確認してもよい。

本願開示の実施例のより詳細な理解は、添付の図面を参照する以下の詳細な記載から明らかになる。

本願開示の教示による画像化システムの１つの実施例を図式的に示す。 図１の画像化システムで使ってもよい光ファイバー結合器の正面斜視図である。 図１の画像化システムで使ってもよい光ファイバー結合器の後面斜視図である。 図２Ａ及び図２Ｂの光ファイバー結合器の正面図である。 図２Ａ及び図２Ｂの光ファイバー結合器の側面図である。 図１の画像化システムで処理してもよい画像データの１つの例を示す。 図４の対象の画像を処理した結果、図１の画像化システムが生成してもよい画像の１つの例を示す。

画像化システムは、映像カメラから受け取った信号から生成される画像を表示する、視覚表示器を含んでもよい。このような映像化システムは、肉眼で対象を見ることに比べて、様々な利点を提供してもよい。例えば、監視システムのような画像化システムは、遠隔地の画像を提供してもよい。別の例としては、画像化システムは、赤外線カメラからの信号を受け取ってもよい。これにより、熱環境の画像を生成できる。

視覚表示器は、複数の光素子を含んでもよい。光素子が、画像の画素を形成する。視覚表示器が生成する画像の品質は、その画像の画素密度に比例してもよい。画素密度とは、一般に、画像の単位面積あたりの画素の量を指す。しかし、視覚表示器は、画素化した画像を生成する光素子の密度を限定されてもよい。従って、視野の全てに渡って、一様な画素密度を提供することは、達成困難であってもよい。

図１は、本願開示の教示による、画像化システム１０の、１つの実施例を示す。画像化システム１０は、カメラ１２を含む。カメラ１２は、表示生成器１４に接続する。この接続は、処理回路１６を通る。これは、図に示す通りである。カメラ１２は、電気信号を生成するように動作する。この電気信号は、対象１８が反射する光又は対象１８が放射する光を示す。処理回路１６は、表示生成器１４が使うために、電気信号を処理するように動作する。表示生成器１４は、処理された信号から、画像２８を生成するように動作する。表示生成器１４は、この処理された信号を、処理回路１６から受け取る。画像２８は、中心窩表示領域２４及び周縁表示領域２６を含む。

画像化システム１０の実施例は、様々な効果を提供してもよい。実施例によっては、画像データを、より効率的に使ってもよい。このことは、より高い画素密度を持つ中心窩表示領域２４、及び、より低い画素密度を持つ周縁表示領域２６を提供することによる。実施例によっては、中心窩表示領域２４で、より高い解像度を提供してもよく、かつ、周縁表示領域２６で、より広い視野を提供してもよい。

処理回路１６は、いかなる適切な装置であってもよい。この装置は、１つ以上のカメラ１２からの電気信号を処理して、表示生成器１４が使うのに適した形式にする。１つの実施例では、処理回路１６は、処理装置を含む。この処理装置は、記憶装置に格納された命令を実行する。この記憶装置は、揮発性記憶部品及び不揮発性記憶部品のいかなるもの又はいかなる組み合わせをも含んでよい。揮発性記憶部品の例は、ＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭである。不揮発性記憶部品の例は、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＰＲＯＭ、テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、ディスク、ディスケット、カートリッジ、等である。処理回路１６は、電気信号を処理する。この電気信号は、カメラ１２から受け取った信号である。処理回路１６は、この処理により、画像２８を生成する。この画像２８は、中心窩表示領域２４及び周縁表示領域２６を含む。

１つの実施例では、処理回路１６は、複数のカメラ１２に接続する。複数のカメラ１２は、様々な視野で、対象１８からの光を検出する。この様々な視野を使って、中心窩表示領域２４及び周縁表示領域２６を、処理してもよい。別の実施例では、処理回路１６は、単一のカメラ１２に接続する。この単一のカメラ１２は、複数の開口を持つ。この複数の開口が、複数の視野で、対象１８からの光を検出する。別の実施例では、処理回路１６は、単一のカメラ１２からの信号を、処理する。この処理により、処理回路１６は、周縁表示領域２６の画素密度を、中心窩表示領域２４の画素密度に比べて、低くする。

表示生成器１４は、画像２８を生成する、いかなる装置でもよい。画像２８は、中心窩表示領域２４及び周縁表示領域２６を持つ。図に示す特定の実施例では、表示生成器１４は、空間光生成器２０を含む。空間光生成器２０は、光ファイバー結合器２２に光学的に結合する。空間光生成器２０は、カメラ１２が提供する電気信号によって、画素を形成する光を生成する、いかなる適切な装置でもよい。１つの実施例では、空間光生成器２０は、陰極線管（ＣＲＴ）又は液晶表示装置（ＬＣＤ）を含む。別の実施例では、空間光生成器２０は、光源及び光変調装置を含む。光変調装置の例は、デジタル微小鏡装置（ＤＭＤ）である。ＤＭＤは光源からの光を変調する。

光ファイバー結合器２２は、中心窩表示領域２４及び周縁表示領域２６を形成するように動作する。光ファイバー結合器２２については、後で詳細に記述する。この際に図２Ａと図２Ｂを参照する。

画像２８を、いかなる適切な２次元又は３次元の面に形成してもよい。図に示す特定の実施例では、画像２８を、外部の表面に投射する。別の実施例では、画像２８を、光ファイバー結合器２２の２次元の表面から見てもよい。

表示生成器１４を、いかなる適切な画像化プラットフォームと共に使ってもよい。例えば、画像化プラットフォームとは、頭に装着する表示器でもよい。頭に装着する表示器とは、帽子のようなもので、表示生成器１４を、利用者の目の前の決まった位置に保持するものである。頭に装着する表示器に構成された表示生成器１４は、中心窩表示領域２４を、利用者の目の中心窩の部分に合わせて保持してもよい。別の例としては、画像化プラットフォームとは、監視システムであってもよい。この場合、中心窩表示領域２４を使って、対象１８の指定した部分の視覚品質を上げてもよい。この場合でも、比較的広い視野を保っていてもよい。

人間の目の中心窩とは、網膜の他の部分よりも高い精度で、視覚情報を検知する部位である。中心窩は、目において、視野の中心窩部分に寄与する。中心窩部分の精度は他の部分よりも高い。ほとんどの場合、中心窩部分は、視野の中心部に位置する。画像２８の中心窩表示領域２４は、中心窩に対して、より多くの視覚情報を提供してもよい。周縁表示領域２６は、中心窩表示領域２４の周りの情報を、より少ない視覚情報量で表示する。

画像２８は、利用者の目からの距離に基づいた視野を持ってもよい。特定の実施例では、表示生成器１４を、頭に装着する表示器に構成する。この場合、画像２８は、次のような視野を持ってもよい。即ち、利用者の目に相対的に、横の幅が約４５度、縦の高さが約３６度の視野である。別の実施例では、画像２８の視野は、いかなる適切な大きさであってもよい。例えば、横の幅として、次の値でもよい：３０度より小さい値；３０度から６０度までの値；又は６０度より大きい値。また、例えば、縦の高さとして、次の値でもよい：２０度より小さい値；２０度から５０度までの値；又は５０度より大きい値。視野は、見る画像２８に対して適切な縦横比率であってもよい。

中心窩表示領域２４は、画像２８のいかなる部分であってもよい。特定の実施例では、表示生成器１４を、頭に装着する表示器に構成する。この場合、中心窩表示領域２４は、視野のうち、横の幅１８度、縦の高さ１４．４度を含んでもよい。このとき、周縁表示領域２６は、利用者の目に相対的に、横の幅が４５度、縦の高さが３６度の視野を含んでもよい。従って、中心窩表示領域２４は、周縁表示領域２６の視野の、約４０％であってもよい。別の実施例では、中心窩表示領域２４は、画像２８のいかなる部分を構成してもよい。この場合、中心窩表示領域２４は、画像２８の見える領域の次の範囲でもよい：３０％より少ない範囲；３０％から５０％までの範囲；又は５０％より大きい範囲。

画像２８の画素の数を、次の式で表してもよい。

Ｄ_ｐｉｘ＝θ_１／α＋（θ_Ｔ−θ_１）／Ｍ・α
ここで、Ｄ_ｐｉｘは、画像の画素の数である。θ_１は、中心窩表示領域の角大きさである。θ_Ｔは、視野全体の角大きさである。αは、中心窩表示領域の角分解能である。Ｍは、中心窩表示領域と周縁表示領域の間の拡大率である。

図２Ａは、光ファイバー結合器２２の１つの実施例の、正面斜視図を示す。図２Ｂは、光ファイバー結合器２２の１つの実施例の、後面斜視図を示す。光ファイバー結合器２２は、第１の光素子２２ａの部分を含む。第１の光素子２２ａは、空間光生成器２０が生成した光を伝えることにより、中心窩表示領域２４を形成する。光ファイバー結合器２２は、第２の光素子２２ｂの部分を４つ含む。第２の光素子２２ｂは、空間光生成器２０が生成した光を伝えることにより、周縁表示領域２６を形成する。周縁表示領域２６は、４つの部分領域を持つ。これら４つの部分領域は、中心窩表示領域２４に続いている。別の実施例では、周縁表示領域２６は、いかなる数の部分領域を持ってもよく、かつ、いかなる形の部分領域を持ってもよい。この場合でも、周縁表示領域２６の部分領域は、中心窩表示領域２４と続いている。

図に示す特定の実施例では、第１の光素子２２ａは、光の進む方向のどの位置で横断面を見ても、概して同じ大きさである。他方、第２の光素子２２ｂが、空間光生成器２０から周縁表示領域２６に延びるにつれ、第２の光素子２２ｂの横断面は広がって行く。このようにして、中心窩表示領域２４の画素の密度は、周縁表示領域２６の画素の密度よりも、高くてもよい。

表示生成器１４が、横方向に１２８０画素を持つ場合には、光ファイバー結合器２２は、周縁表示領域２６を拡大してもよい。この場合、約３．９：１の拡大率でもよい。従って、第２の光素子２２ｂの画素の角分解能は、Ｍ・αであるから、１．３３ミリラジアン（ｍＲａｄ）となる。これにより、周縁表示領域２６の画素密度は、約１．３３ｍＲａｄとなる。このような基準によれば、中心窩表示領域２４は、１８度／０．３４ｍＲａｄ即ち９２４画素を持ってもよい。また、周縁表示領域２６は、２７度／１．３３ｍＲａｄ即ち３５６画素を持ってもよい。従って、空間光生成器２０が提供する横方向の画素数の合計Ｄ_ｐｉｘは、１２８０であってもよい。別の実施例では、周縁表示領域２６は、中心窩表示領域２４に対して、いかなる適切な拡大率を持ってもよい。この拡大率は、例えば次の率でもよい：２：１より小さい率；２：１から６：１までの率；又は６：１より大きい率。別の実施例では、表示生成器１４は、画素密度のいかなる適切な組み合わせを持ってもよい。例えば、中心窩表示領域２４の画素密度は、次の値でもよい：０．２０ｍＲａｄより小さい値；０．２０ｍＲａｄから０．５０ｍＲａｄまでの値；又は０．５０ｍＲａｄよりも大きい値。例えば、周縁表示領域２６の画素密度は、次の値でもよい：１．０ｍＲａｄより小さい値；１．０ｍＲａｄから１．６ｍＲａｄまでの値；又は１．６ｍＲａｄよりも大きい値。

図３Ａは、図２Ａ及び図２Ｂの光ファイバー結合器２２の正面図を示す。図３Ｂは、図２Ａ及び図２Ｂの光ファイバー結合器２２の側面図を示す。実施例によっては、入力端から出力端までの光素子の横断面は、結果の画素の大きさに影響してもよい。例えば、横断面がだんだんと大きくなれば、出力の画素は大きくなってもよい。例えば、横断面の大きさが変わらなければ、出力の画素は同じ大きさでもよい。光素子が持つ、出力結果となる画素の大きさに対する影響度を、１：ｘの写像率と呼んで記述してもよい。ここで１は入力の光を示し、ｘは出力の光を示す。

図に示す実施例では、第１の光素子２２ａは、１：ｎの写像率を持ってもよい。また、第２の光素子２２ｂは、１：ｍの写像率を持ってもよい。ここで、ｍ＞ｎとする。パラメーターであるｍとｎは、いかなる適切な値でもよい。例えば、ｍはおよそ次の値でもよい：１；１から４；または４より大きい。また、例えば、ｎはおよそ次の値でもよい：１；１から２；または２より大きい。ある実施例では、ｍの値は４であり、ｎの値は１である。

図４は、画像データ１１８の例を示す。図5は、画像データ１１８から生成してもよい画像２８を示す。この例では、画像データ１１８は、市松模様を示す。画像データ１１８は、中心窩データ１２４及び周縁データ１２６を含む。中心窩データ１２４を使って、画像２８の中心窩表示領域２４を生成する。周縁データ１２６を使って、画像２８の周縁表示領域２６を生成する。従って、中心窩データ１２４の画素密度は、周縁データ１２６の画素密度よりも低い。実施例によっては、処理システム１６は、中心窩データ１２４と周縁データ１２６を処理して、それぞれ異なる画素密度を生成してもよい。実施例によっては、第２の光素子２２ｂは、周縁表示領域２６の相対的な大きさを、中心窩表示領域２４に比べて、大きくしてもよい。

本願開示の範囲から離れずに、画像化システム１０に対する改変、追加、又は削除を行ってもよい。画像化システム１０の部品を、統合してもよいし、切り分けてもよい。例えば、処理回路１６の動作を、カメラ１２に組み込んでもよい。更に、画像化システム１０の動作を行うために、より多い部品を使ってもよく、より少ない部品を使ってもよく、他の部品を使ってもよい。例えば、空間光生成器２０は、中心窩表示領域２４と周縁表示領域２６を、統合して持っていてもよい。その結果、独立した光ファイバー結合器２２は要らなくなる。加えて、処理回路１６の動作を行う際に、いかなる適切な論理を使ってもよい。この論理は次を含む：ソフトウェア、ハードウェア、及び／又は他の論理。本願で「各」又は「各々」という語を使う場合は、ある集合の１つ１つの要素、又は、ある集合の部分集合の１つ１つの要素を意味する。

本願開示の実施例によっては、有利な効果を提供してもよい。実施例によっては、画像データを、より効率的に使ってもよい。このことは、より高い画素密度を持つ中心窩表示領域、及び、より低い画素密度を持つ周縁表示領域を提供することによる。画像データを効率的に使うことにより、データの圧縮率を上げてもよい。実施例によっては、中心窩表示領域で、より高い解像度を提供してもよく、かつ、周縁表示領域で、より広い視野を提供してもよい。

本願開示の記述は、少数の実施例に基づいた。しかし、多くの変更、変形、変化、改変、及び改造を、当業者は思いついてもよい。そのような変更、変形、変化、改変、及び改造が、添付の特許請求の範囲に含まれる限り、本願開示は、そのような変更、変形、変化、改変、及び改造を含むことを意図している。

Claims (15)

1. 画像処理システム及び表示生成器を含む、画像化システム、ここで：
   前記画像処理システムは、１つ以上のカメラから受け取った、対応する１つ以上の信号を処理することにより、画像の中心窩表示領域のために中心窩データを生成するように動作し、かつ、前記画像の周縁表示領域のために周縁データを生成するように動作し、前記周縁表示領域は、前記中心窩表示領域を実質的に囲み、前記周縁データの周縁画素密度は、前記中心窩データの中心窩画素密度より低く；並びに
   前記表示生成器は、１：１の写像率にしたがって、一定の横断面の大きさを有する光素子を使うことにより、前記中心窩データから、前記中心窩表示領域を生成し、及び、１：ｍの写像率にしたがって、入力端から出力端に向かって三次元的に次第に大きくなる横断面の大きさを有する光素子を使うことにより、前記周縁データから、前記周縁表示領域を生成し、ここで、ｍは１より大きく、前記写像率は、入力端における画素の大きさに対する出力端における画素の大きさの比として定義される；
   ように動作する。
2. 前記表示生成器は、光ファイバー結合器を含み、前記光ファイバー結合器は、複数の第１の光素子を含み、前記複数の第１の光素子は、１：１の写像率によって光を伝えるように動作し、前記光ファイバー結合器は、複数の第２の光素子を含み、前記複数の第２の光素子は、１：ｍの写像率によって光を伝えるように動作する、請求項１の画像化システム。
3. 前記周縁表示領域は、前記中心窩表示領域を実質的に囲み、及び／又は、
   前記中心窩表示領域は、４つの辺を有し、前記周縁表示領域は、４つの部分領域を含み、前記部分領域の各々は、前記４つの辺の１つの辺に続く、
   請求項１又は２の画像化システム。
4. 前記表示生成器は、利用者が着用して動作する、頭に装着する表示器に構成され、前記頭に装着する表示器は、前記利用者の目の少なくとも１つに相対的に、実質的に固定した位置に、前記画像を保持するように動作し、
   前記中心窩表示領域及び前記周縁表示領域は、前記利用者に相対的に、水平方向の視野として３０度から６０度までの範囲を有し、かつ、垂直方向の視野として２０度から５０度までの範囲を有する、
   請求項１乃至３の何れか一項の画像化システム。
5. ｍは１より、２倍から６倍までの範囲の倍率で大きく、及び／又は、
   前記中心窩表示領域は、前記中心窩表示領域及び前記周縁表示領域の全視野の３０％から５０％までの範囲の視野を有する、
   請求項１乃至４の何れか一項の画像化システム。
6. 前記画像処理システムは、前記複数の信号の、第１の部分集合を処理することにより、前記中心窩データを生成し、及び、前記複数の信号の、第２の部分集合を処理することにより、前記周縁データを生成するように動作する、請求項１乃至５の何れか一項の画像化システム。
7. 前記画像処理システムは、前記１つの信号を処理することにより、前記中心窩データ及び前記周縁データを、生成するように動作する、請求項１乃至６の何れか一項の画像化システム。
8. １つ以上のカメラから受け取った、対応する１つ以上の信号を処理する工程、ここで、該工程により、画像の中心窩表示領域のために中心窩データを生成し、かつ、前記画像の周縁表示領域のために周縁データを生成し、前記周縁表示領域は、前記中心窩表示領域を実質的に囲み、前記周縁データの周縁画素密度は、前記中心窩データの中心窩画素密度より低い；
   １：１の写像率にしたがって、一定の横断面の大きさを有する光素子を使うことにより、前記中心窩データから、前記中心窩表示領域を生成し、及び、１：ｍの写像率にしたがって、入力端から出力端に向かって三次元的に次第に大きくなる横断面の大きさを有する光素子を使うことにより、前記周縁データから、前記周縁表示領域を生成し、ここで、ｍは１より大きく、前記写像率は、入力端における画素の大きさに対する出力端における画素の大きさの比として定義される；
   画像化方法。
9. 前記中心窩表示領域を生成する前記工程は、１：１の写像率によって光を伝える光ファイバー結合器を使うことによって、前記中心窩表示領域を生成する工程を含み、前記周縁表示領域を生成する前記工程は、１：ｍの写像率によって光を伝える光ファイバー結合器を使うことによって、前記周縁表示領域を生成する工程を含む、請求項８の方法。
10. 前記周縁表示領域を生成する前記工程は、前記中心窩表示領域を実質的に囲む、前記周縁表示領域を生成する工程を含み、及び／又は、
    前記中心窩表示領域を生成する前記工程は、４つの辺を有する前記中心窩表示領域を生成する工程を含み、前記周縁表示領域を生成する前記工程は、４つの部分領域を含む前記周縁表示領域を生成する工程を含み、前記部分領域の各々は、前記４つの辺の１つの辺に続く、
    請求項８又は９の方法。
11. 実質的に固定した位置に、前記画像を保持する前記工程は、頭に装着する表示器を有する前記利用者に相対的に、水平方向の視野として３０度から６０度までの範囲で、かつ、垂直方向の視野として２０度から５０度までの範囲で、前記画像を保持する工程を含む、請求項８乃至１０の何れか一項の方法。
12. １：ｍの写像率によって、前記周縁データから、前記周縁表示領域を生成する前記工程では、ｍは１より、２倍から６倍までの範囲の倍率で大きく、及び／又は、
    前記中心窩表示領域を生成する前記工程は、前記中心窩表示領域及び前記周縁表示領域の全視野の３０％から５０％までの範囲の視野を有する前記中心窩表示領域を生成する工程を含む、
    請求項８乃至１１の何れか一項の方法。
13. 前記中心窩データを生成するために、複数のカメラからの複数の信号の第１の部分集合を処理する工程、及び、前記周縁データを生成するために、前記複数の信号の第２の部分集合を処理する工程を更に含む、請求項８乃至１２の何れか一項の方法。
14. 前記中心窩データ及び前記周縁データを生成するために、１つのカメラからの１つの信号を処理する工程を更に含む、請求項８乃至１３の何れか一項の方法。
15. 前記周縁表示領域は、前記中心窩表示領域を実質的に囲み；
    前記表示生成器は、頭に装着する表示器に構成され、前記表示生成器は、光ファイバー結合器を含み、前記光ファイバー結合器は、複数の第１の光素子を含み、前記複数の第１の光素子は、１：１の写像率にしたがって、一定の横断面の大きさを有して光を伝えるように動作し、前記光ファイバー結合器は、複数の第２の光素子を含み、前記複数の第２の光素子は、１：ｍの写像率にしたがって、入力端から出力端に向かって三次元的に次第に大きくなる横断面の大きさを有して光を伝えるように動作し、中心窩表示領域は複数の第１の光素子を使うことにより生成し、ここで、ｍは１より、２倍から６倍までの範囲の倍率で大きく、前記写像率は、入力端における画素の大きさに対する出力端における画素の大きさの比として定義される；
    請求項１の画像化システム。

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