JP2016019170A - Stereoscopic video display device and video generation program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、立体映像表示技術の分野に係り、複数の観察者に共有された現実空間にある1つの映像表示装置に立体映像を表示する立体映像表示装置および映像生成プログラムに関するものである。 The present invention relates to the field of stereoscopic video display technology, and relates to a stereoscopic video display device and a video generation program for displaying a stereoscopic video on a single video display device in a real space shared by a plurality of observers.
従来、立体映像表示技術として、両眼視差を有する一対の左目画像と右目画像を時分割で交互に表示し、液晶シャッター眼鏡を用いて観察者の左目および右目にそれぞれ左目画像および右目画像を呈示することで立体感を得る液晶シャッター方式がある。 Conventionally, as a stereoscopic image display technology, a pair of left-eye and right-eye images with binocular parallax are displayed alternately in a time-division manner, and the left-eye image and the right-eye image are presented using the liquid crystal shutter glasses, respectively, There is a liquid crystal shutter system that obtains a stereoscopic effect by doing so.
2010年に複数の電機メーカーから上記の液晶シャッター方式の3Dテレビが市販され、3Dテレビの一般家庭への普及が期待されたが、それほど広く普及するには至らなかった。その理由としては、第一に、液晶シャッター眼鏡をかける煩わしさ、第二に、観察者が頭を左右に移動した際に立体像の見えが変化しないという運動視差の欠落、第三に、観察者の両眼の視線が交わる点の位置(輻輳位置)と目のピントが合う位置(焦点調節位置)の不一致による視覚疲労等が挙げられる。 In 2010, the liquid crystal shutter type 3D television was marketed by a plurality of electric manufacturers, and the spread of the 3D television to general households was expected, but it did not spread so widely. The reason for this is, first, the trouble of wearing liquid crystal shutter glasses, second, the lack of motion parallax that the appearance of the three-dimensional image does not change when the observer moves his head left and right, and third, observation For example, visual fatigue due to a mismatch between the position of the point where the eyes of both eyes of the person intersect (convergence position) and the position where the eye is in focus (focus adjustment position) is mentioned.
これら3つの問題点を解決するために、現在、インテグラルイメージング方式や電子ホログラフィ方式等の像再生型立体映像技術が検討されている。これらの技術は、微少なレンズや回折格子を用いて立体像から放たれる光線を再現する技術であり、理想的には実物体が放つ光と全く同様の光を再現することができる。そのため、観察者の両眼に入る光と、実体物が放つ光とが全く同じになることから、観察者は視覚的には実物体と立体像の区別ができないとされている。 In order to solve these three problems, image reproduction type stereoscopic video technologies such as an integral imaging method and an electronic holography method are currently being studied. These techniques are techniques for reproducing light rays emitted from a three-dimensional image using a minute lens or a diffraction grating, and ideally can reproduce light exactly the same as light emitted by a real object. For this reason, the light entering the eyes of the observer and the light emitted by the entity are exactly the same, and therefore the observer cannot visually distinguish between the real object and the stereoscopic image.
しかしながら、実物体が放つ光と全く同様の光を再現するためには、極微細なレンズや光学素子が必要となるが、現時点での微細化技術および表示パネル技術では実物体が放つ光と全く同様の光には及ばず、単眼に入る映像はVGA画質(640×480)に達していない。そのため、実物体が放つ光をどの程度標本化すれば観察者が自然な立体感を得られるのか等の設計指針の実証はできていない状況である。なお、前記した「標本化」とは、例えば立体映像を再生する際に、各要素レンズに対して要素画像をいくつ割り当てて、何方向の光を用いて再現するか等の立体映像再生時の条件のことを意味している。また、像再生型立体映像技術では、実物体が放つある範囲の光を全て再現しているため、観察者が存在しない空間への光まで再現していることになり、当該観察者にとっては無駄な情報となっている。 However, in order to reproduce light exactly the same as the light emitted by a real object, extremely fine lenses and optical elements are required. However, the current miniaturization technology and display panel technology are completely different from the light emitted by a real object. The image does not reach the same light, and the image entering the single eye does not reach the VGA image quality (640 × 480). Therefore, the design guideline such as how much sample the light emitted by the real object is sampled to obtain a natural stereoscopic effect cannot be verified. Note that the “sampling” described above means, for example, when reproducing a stereoscopic image, when reproducing a stereoscopic image, such as how many element images are allocated to each element lens and reproduced using which direction of light. It means a condition. In addition, in the image reproduction type 3D image technology, all the light in a certain range emitted by the real object is reproduced, so that the light to the space where the observer does not exist is reproduced, which is useless for the observer. Information.
一方、ヴァーチャルリアリティ技術では、例えば観察者の頭の位置や向きに応じて立体像の左右像を生成し、ヘッドマウントディスプレイ(HMD:Head-Mounted Display)に取り付けられた左右の目の前面にある表示パネルに表示することで、実物体が放つ光を効率よく観察者の目に向けることを可能としている。このようなヴァーチャルリアリティ技術では、前記した像再生型立体映像技術と異なり、観察者の左右の目に入る立体像からの光を頭の位置や向きがどのくらい変化したら切り替えるのかを自由に設定可能であるため、観察者が自然と感じる標本化レベルを評価することが可能である。なお、前記した「立体像の標本化レベルを変える」とは、立体像を再現する光の方向数を変えることを意味している。 On the other hand, in the virtual reality technology, right and left images of a stereoscopic image are generated according to, for example, the position and orientation of the observer's head and are placed in front of the left and right eyes attached to a head-mounted display (HMD). By displaying on the display panel, the light emitted from the real object can be efficiently directed to the eyes of the observer. In such virtual reality technology, unlike the image reproduction type stereoscopic video technology described above, it is possible to freely set how much the light from the stereoscopic image entering the left and right eyes of the observer changes when the head position and orientation change. Therefore, it is possible to evaluate the sampling level that the observer feels natural. Note that “changing the sampling level of a stereoscopic image” means changing the number of directions of light that reproduces the stereoscopic image.
さらに、この技術を発展させた複合現実感(MR:Mixed Reality)技術では、立体像と観察者の目の前にある現実世界とを合成することにより、観察者にあたかも目の前の現実世界に立体像が存在しているような感覚を生じさせることが可能である。この複合現実感を用いて像再生型立体映像をシミュレーションすれば、現時点における微細化技術および表示パネル技術では検証ができない、実際の視聴環境における像再生型立体映像技術の標本化パラメータの評価が可能となる。但し、観察者の両眼間距離は異なるため、現実世界と立体像とを自然に合成することは難しい。 Furthermore, in Mixed Reality (MR) technology, which is an advancement of this technology, the real world in front of the viewer is synthesized by combining the stereoscopic image and the real world in front of the viewer. It is possible to generate a sensation that a three-dimensional image exists. By using this mixed reality to simulate an image reproduction type 3D image, it is possible to evaluate the sampling parameters of the image reproduction type 3D image technology in the actual viewing environment, which cannot be verified with the current miniaturization technology and display panel technology. It becomes. However, since the distance between the eyes of the observer is different, it is difficult to naturally synthesize the real world and the stereoscopic image.
そこで、例えば特許文献1では、ヘッドマウントディスプレイに取り付けられた2台のカメラで撮影された現実世界の映像と、コンピュータグラフィックス(CG:Computer Graphics)で生成された立体映像とを合成するための方法が提案されている。
Therefore, for example, in
しかしながら、特許文献1で提案された発明は、現実世界の映像と立体映像とを合成する際の調整が複雑であり、処理に手間がかかるという問題があった。
However, the invention proposed in
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであって、複雑な調整を行うことなく、複数の観察者に対して同じ立体映像を同時に呈示することができる立体映像表示装置および映像生成プログラムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such points, and provides a stereoscopic video display device and a video generation program capable of simultaneously presenting the same stereoscopic video to a plurality of observers without complicated adjustments. The task is to do.
前記課題を解決するために本発明に係る立体映像表示装置は、入力された3次元の原映像から時系列映像を生成する映像生成装置と、前記映像生成装置によって生成された前記時系列映像を表示する映像表示装置と、前記映像表示装置によって表示される前記時系列映像を観察する複数の観察者の頭部にそれぞれ装着される複数の頭部装着型表示装置と、前記映像表示装置に対する前記頭部装着型表示装置の個別の位置姿勢をそれぞれ計測する位置姿勢計測装置と、を備える立体映像表示装置であって、前記映像生成装置が、両眼映像生成手段と、映像切替手段と、視野映像制御手段と、を備え、前記頭部装着型表示装置が、左目視野映像撮影手段と、右目視野映像撮影手段と、左目視野映像バッファ手段と、右目視野映像バッファ手段と、左目視野映像表示手段と、右目視野映像表示手段と、を備える構成とした。 In order to solve the above problems, a stereoscopic video display apparatus according to the present invention includes a video generation apparatus that generates a time-series video from an input three-dimensional original video, and the time-series video generated by the video generation apparatus. A video display device to display, a plurality of head-mounted display devices respectively mounted on the heads of a plurality of observers observing the time-series video displayed by the video display device, and the video display device A position and orientation measurement device for measuring individual position and orientation of a head-mounted display device, wherein the image generation device includes a binocular image generation means, an image switching means, a visual field Video control means, and the head-mounted display device includes a left-eye visual image photographing means, a right-eye visual image photographing means, a left-eye visual image buffer means, a right-eye visual image buffer means, And eye view image display unit, and the right-eye view image display means, the arrangement comprising a.
かかる構成によれば、立体映像表示装置は、両眼映像生成手段によって、前記位置姿勢計測装置によって計測された前記位置姿勢に従って、複数の観察者が前記3次元の原映像を観察した場合における、各観察者の左目に入る左目映像と、各観察者の右目に入る右目映像と、を生成する。また、立体映像表示装置は、映像切替手段によって、前記両眼映像生成手段によって生成された前記左目映像および前記右目映像を予め定められたフレームレートで読み出し、当該読み出した各観察者の左目用フレームおよび右目用フレームを、観察者ごとに交互に切り替えて時系列に沿って配置しなおすことで、前記時系列映像を生成する。そして、立体映像表示装置は、視野映像制御手段によって、前記映像切替手段によって生成された前記時系列映像における観察者ごとの前記左目用フレームおよび前記右目用フレームの切替タイミングを取得し、当該切替タイミングに従ってバッファ制御信号を生成する。また、立体映像表示装置は、左目視野映像撮影手段によって、前記観察者の左目の視野を示す左目視野映像を撮影し、右目視野映像撮影手段によって、前記観察者の右目の視野を示す右目視野映像を撮影する。また、立体映像表示装置は、左目視野映像バッファ手段によって、前記視野映像制御手段から入力された前記バッファ制御信号に従って、前記左目視野映像撮影手段によって撮影された前記左目視野映像をホールドする。また、立体映像表示装置は、右目視野映像バッファ手段によって、前記視野映像制御手段から入力された前記バッファ制御信号に従って、前記右目視野映像撮影手段によって撮影された前記右目視野映像をホールドする。そして、立体映像表示装置は、左目視野映像表示手段によって、前記左目視野映像バッファ手段によってホールドされた前記左目視野映像を表示し、右目視野映像表示手段によって、前記右目視野映像バッファ手段によってホールドされた前記右目視野映像を表示する。 According to such a configuration, the stereoscopic image display device is configured such that when a plurality of observers observe the three-dimensional original image according to the position and orientation measured by the position and orientation measurement device by the binocular image generation unit. A left eye image entering the left eye of each observer and a right eye image entering the right eye of each observer are generated. Further, the stereoscopic video display device reads out the left-eye video and the right-eye video generated by the binocular video generation unit at a predetermined frame rate by the video switching unit, and the read left-eye frame of each observer. Then, the time-series video is generated by alternately switching the right-eye frame for each observer and rearranging the right-eye frame along the time series. Then, the stereoscopic video display device acquires the switching timing of the left-eye frame and the right-eye frame for each observer in the time-series video generated by the video switching unit by the visual field video control unit, and the switching timing To generate a buffer control signal. Further, the stereoscopic image display device captures a left-eye visual field image indicating the visual field of the left eye of the observer by the left-eye visual field image capturing unit, and a right-eye visual field image indicating the visual field of the observer's right eye by the right-eye visual field image capturing unit. Shoot. In the stereoscopic video display device, the left eye visual image buffer means holds the left eye visual image captured by the left eye visual image photographing means in accordance with the buffer control signal input from the visual field video control means. In the stereoscopic video display device, the right eye visual image buffer means holds the right eye visual image captured by the right eye visual image photographing means in accordance with the buffer control signal inputted from the visual field video control means. The stereoscopic image display device displays the left eye field image held by the left eye field image buffer unit by the left eye field image display unit, and is held by the right eye field image buffer unit by the right eye field image display unit. The right eye visual field image is displayed.
また、前記課題を解決するために、本発明に係る映像生成プログラムは、前記立体映像表示装置において、前記映像生成装置のコンピュータを、前記両眼映像生成手段、前記映像切替手段、前記視野映像制御手段、として機能させることとした。 In order to solve the above-mentioned problem, the video generation program according to the present invention is the stereoscopic video display device, wherein the computer of the video generation device includes the binocular video generation unit, the video switching unit, and the visual field video control. It was decided to function as a means.
本発明によれば、観察者の位置に応じた映像を時系列に配置して時系列映像として映像表示装置に表示し、頭部装着型表示装置によって映像表示装置に表示された当該時系列映像を含む現実世界を撮影し、撮影された左目および右目の視野映像を適宜ホールドして表示することで、現実世界の映像と立体映像との調整を行うことなく、複数の観察者の観察位置に応じて立体映像を個別に呈示することができる。 According to the present invention, video corresponding to the position of the observer is arranged in time series and displayed on the video display device as time series video, and the time series video displayed on the video display device by the head-mounted display device. By capturing and holding the captured left-eye and right-eye view images as appropriate, it is possible to adjust the observation position of multiple observers without adjusting the real-world image and the stereoscopic image. Accordingly, stereoscopic images can be presented individually.
以下、本発明に係る立体映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。以下の説明において、同一の名称および符号については原則として同一の構成を示しており、詳細説明を適宜省略する。 Hereinafter, a stereoscopic image display apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same names and symbols indicate the same configuration as a general rule, and detailed description will be omitted as appropriate.
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係る立体映像表示装置1の構成について、図1〜図6を参照しながら説明する。立体映像表示装置1は、例えば図1に示すように、家庭内等でn名(図1ではn=2)の観察者がそれぞれ頭部装着型表示装置40を頭部に装着し、映像表示装置30の表示映像を観察した場合において、各観察者に対して、それぞれの位置に応じた立体映像を表示するものである。また、立体映像表示装置1は、図1に示すように、位置姿勢計測装置10と頭部装着型表示装置40とが無線で接続されており、後記するように、位置姿勢計測装置10によって頭部装着型表示装置40の個別の位置姿勢を計測できるように構成されている。さらに、立体映像表示装置1は、図1に示すように、位置姿勢計測装置10および映像生成装置20、映像生成装置20および映像表示装置30がそれぞれ有線で接続されており、データの入出力が可能となるように構成されている。
<First Embodiment>
The configuration of the stereoscopic
ここで、前記した特許文献1で提案された発明は、複数の観察者の観察位置に応じて立体映像を個別に呈示することができたが、本発明のように現実世界に設置された映像表示装置30で表示する場合は、複数の観察者が同じ映像を見るため、観察位置に応じて立体映像を変えることが必要となる。
Here, although the invention proposed in
例えば図1に示す例において、第1観察者は映像表示装置30に対して左側の位置に座っており、第n観察者は映像表示装置30に対して右側の位置に立っている。そのため、立体映像表示装置1は、第1観察者に対しては左側の座った位置から立体像を観察した状態に相当する立体映像を表示し、第n観察者に対しては右側の立った位置から立体像を観察した状態に相当する立体映像を表示する。つまり、立体映像表示装置1は、同じ映像表示装置30の表示映像を観察する複数の観察者に対して、それぞれの位置に対応している立体映像を表示する。立体映像表示装置1は、図2に示すように、位置姿勢計測装置10と、映像生成装置20と、映像表示装置30と、頭部装着型表示装置40と、を備えている。
For example, in the example illustrated in FIG. 1, the first observer is sitting on the left side with respect to the
位置姿勢計測装置10は、頭部装着型表示装置40の位置姿勢を計測するものである。位置姿勢計測装置10は、具体的には映像表示装置30に対する頭部装着型表示装置40(第1観察者用頭部装着型表示装置40A〜第n観察者用頭部装着型表示装置40B)の個別の位置姿勢をそれぞれ計測する。ここで、前記した「位置姿勢」とは、具体的には頭部装着型表示装置40の6自由度(並進3自由度および回転3自由度)のことを意味している。位置姿勢計測装置10は、図2に示すように、位置姿勢の計測結果を映像生成装置20の両眼映像生成手段21に対して出力する。
The position /
位置姿勢計測装置10の具体的な構成は、頭部装着型表示装置40の6自由度を取得できるものであれば特に限定されず、磁気式センサや光学式センサ、超音波センサ等の既知の技術を用いることができる。また、位置姿勢計測装置10が配置される場所についても特に限定されず、映像生成装置20内、頭部装着型表示装置40内、あるいは図2に示すようにこれらの外部、のいずれの場所に配置されても構わない。
The specific configuration of the position /
映像生成装置20は、入力された3次元の原映像から時系列映像を生成するものである。ここで、前記した「3次元の原映像」とは、例えばコンピュータグラフィックスのような3次元情報を持つ映像や、インテグラルフォトグラフィによって撮影された映像のことを意味している。また、前記した「時系列映像」とは、複数の観察者の左目および右目に入る映像が時系列に沿って交互に配置された映像のことを意味している。なお、時系列映像の具体的構成については後記する(図3参照)。映像生成装置20は、図2に示すように、両眼映像生成手段21と、映像切替手段22と、視野映像制御手段23と、を備えている。
The
両眼映像生成手段21(第1観察者用両眼映像生成手段21A〜第n観察者用両眼映像生成手段21B)は、3次元の原映像と、頭部装着型表示装置40の位置姿勢とから、各観察者の左目と右目に入る映像を生成するものである。両眼映像生成手段21は、映像表示装置30の観察者をn名とした場合、図2に示すように第1観察者用両眼映像生成手段21A〜第n観察者用両眼映像生成手段21Bから構成される。なお、これら第1観察者用両眼映像生成手段21A〜第n観察者用両眼映像生成手段21Bは、それぞれ同一の機能を備えている。そのため、以下ではこれら第1観察者用両眼映像生成手段21A〜第n観察者用両眼映像生成手段21Bの個別の説明に代えて、これらを包含する両眼映像生成手段21の説明を行うこととする。
The binocular image generation means 21 (first observer binocular image generation means 21A to n-th observer binocular image generation means 21B) is a three-dimensional original image and the position and orientation of the head-mounted
両眼映像生成手段21は、具体的には図2に示すように、外部から入力された3次元の原映像から、位置姿勢計測装置10によって計測された頭部装着型表示装置40の位置姿勢に従って、複数の観察者の左目映像および右目映像を生成する。ここで、前記した「左目映像」とは、観察者が映像表示装置30に目を向けて3次元の原映像を観察した場合において、各観察者の左目に入る映像のことを意味し、前記した「右目映像」とは、同様の場合において右目に入る映像のことを意味している。
Specifically, as shown in FIG. 2, the binocular
なお、後記するように、映像表示装置30によって実際に表示される映像は、3次元の原映像ではなく時系列映像である。そのため、両眼映像生成手段21は、より具体的には映像表示装置30の位置に3次元の原映像を表示した場合の観察者の左目映像および右目映像を演算によって求める。また、ここでの右目映像および左目映像は、3次元の原映像に対する各観察者の右目と左目の位置を考慮した視差映像であり、後記する右目視野映像および左目視野映像(図4(b)および図4(c)参照)のように映像以外の部分は含まれない。
As will be described later, the video actually displayed by the
両眼映像生成手段21において、第1観察者用両眼映像生成手段21Aは第1観察者の左目映像および右目映像を生成してこれを映像切替手段22に出力し、第n観察者用両眼映像生成手段21Bは、第n観察者の左目映像および右目映像を生成してこれを映像切替手段22に出力する。すなわち、第1観察者用両眼映像生成手段21A〜第n観察者用両眼映像生成手段21Bは、それぞれ対応する第1観察者〜第n観察者の左目映像および右目映像を生成し、それぞれ映像切替手段22に対して出力する。
In the binocular image generating means 21, the first observer binocular image generating means 21A generates the left eye image and the right eye image of the first observer and outputs them to the image switching means 22 for both the nth observer images. The eye
ここで、両眼映像生成手段21は、例えばコンピュータグラフィックスにおいて仮想カメラに基づいてレンダリングするプロセスを利用して、前記した左目映像および右目映像を生成することができる。この場合、両眼映像生成手段21は、まず仮想空間上において、位置姿勢計測装置10によって計測された位置姿勢における左目および右目の位置を算出して当該左目および右目の位置にそれぞれ仮想カメラを配置する。次に、両眼映像生成手段21は、仮想カメラによって外部から入力された3次元の原映像をレンダリングすることで、左目映像および右目映像を生成することができる。なお、前記した「左目および右目の位置」とは、具体的には後記する頭部装着型表示装置40における、左目視野映像撮影手段41aの光学中心および右目視野映像撮影手段41bの光学中心のことを意味している。両眼映像生成手段21は、以上のような処理を経ることで、観察者ごとの左目映像および右目映像を正確かつ簡便に生成することができる。
Here, the binocular
また、両眼映像生成手段21は、前記した仮想カメラに基づくレンダリング以外にも、例えばインテグラルフォトグラフィ(IP)等の像再生型立体映像表示装置の光学的特性に基づいてレンダリングすることで、前記した左目映像および右目映像を生成することができる。この場合、両眼映像生成手段21は、まず仮想空間上において、位置姿勢計測装置10によって計測された位置姿勢における左目および右目の位置を算出する。次に、両眼映像生成手段21は、インテグラルフォトグラフィにおける要素画像および要素レンズ群の設定値を示すIP設定パラメータに従って、左目および右目の各位置で各要素レンズにおいて観察できる要素画像を算出することで、左目映像および右目映像を生成する。
In addition to the rendering based on the virtual camera described above, the binocular
すなわち両眼映像生成手段21は、仮想空間上における3次元の原映像のある点から生じる光と方向が対応する光によって再現された要素画像が、仮想要素レンズの後ろに配置されていることを想定する。次に、両眼映像生成手段21は、要素画像の数や配置、仮想要素レンズの曲率等のIP設定パラメータを設定し、観察者の目にどの要素画像の光が入ってくるかを、当該左目および右目の位置に基づいて算出する。なお、どの目の位置にどの要素画像の光が入るかは前記したIPパラメータに依存しているため、上記方法により、それぞれの仮想レンズごとに、左目および右目に入る要素画像を決定することができる。そして、全ての仮想要素レンズについて計算を行うことで、任意の目の位置に対応した2次元画像、すなわち左目映像および右目映像を生成することができる。両眼映像生成手段21は、以上のような処理を経ることで、例えば像再生型立体映像装置のいくつかのパラメータを変えた場合の見え方を再現することができるため、これにより観察者ごとの左目映像および右目映像を正確かつ簡便に生成することができる。 That is, the binocular video generation means 21 confirms that the element image reproduced by the light having the direction corresponding to the light generated from a certain point of the three-dimensional original image in the virtual space is arranged behind the virtual element lens. Suppose. Next, the binocular video generation means 21 sets the IP setting parameters such as the number and arrangement of the element images and the curvature of the virtual element lens to determine which element image light enters the observer's eyes. Calculation is performed based on the positions of the left eye and the right eye. Since which element image light enters at which eye position depends on the above-described IP parameter, the element image entering the left eye and the right eye can be determined for each virtual lens by the above method. it can. Then, by performing calculations for all virtual element lenses, it is possible to generate a two-dimensional image corresponding to an arbitrary eye position, that is, a left-eye image and a right-eye image. The binocular image generation means 21 can reproduce the appearance when, for example, some parameters of the image reproduction type stereoscopic image apparatus are changed by performing the above-described processing. The left-eye image and the right-eye image can be accurately and easily generated.
また、上記の手法は、入力されたIP映像から実際の要素レンズや光学素子を用いることなく左目映像および右目映像を演算によって生成することができるため、従来の像再生型立体映像技術のように極微細なレンズや光学素子を必要とせず、またこのようなハードウェアの限界を超えて、実物体が放つ光と全く同様の光を再現することができる。そのため、上記の手法を利用することで、従来は不可能であった実物体が放つ光をどの程度標本化すれば観察者が自然な立体感を得られるのか等の設計指針の実証も可能となる。さらに、上記の手法は、従来の像再生型立体映像技術とは異なり、観察者が存在しない空間への光は再現していないため、当該観察者にとって無駄な情報も生成していない。 In addition, since the above method can generate a left-eye image and a right-eye image from an input IP image without using an actual element lens or optical element, it can be used as in a conventional image reproduction type stereoscopic image technology. Ultra-fine lenses and optical elements are not required, and light that is exactly the same as the light emitted by real objects can be reproduced beyond the limits of such hardware. Therefore, by using the above method, it is possible to demonstrate design guidelines such as how much sample the light emitted by a real object, which was impossible in the past, should be sampled so that the observer can obtain a natural stereoscopic effect. Become. Furthermore, unlike the conventional image reproduction type stereoscopic video technology, the above method does not reproduce light in a space where there is no observer, and thus does not generate useless information for the observer.
なお、像再生型立体映像装置の光学的特性に基づくレンダリングによって左目映像および右目映像を生成する場合、図2に示すように、映像生成装置20には、外部から3次元の原映像の他にIP設定パラメータも入力される。この「IP設定パラメータ」とは、例えばインテグラルフォトグラフィにおける要素レンズの数、径、厚さ、ピッチ、開口率、要素画像の大きさ、パネルの解像度等のインテグラルフォトグラフィにおける各種設定値のことを意味している。 When the left eye video and the right eye video are generated by rendering based on the optical characteristics of the image reproduction type stereoscopic video device, as shown in FIG. IP configuration parameters are also entered. This “IP setting parameter” refers to various setting values in integral photography such as the number, diameter, thickness, pitch, aperture ratio, element image size, panel resolution, etc. of element lenses in integral photography. It means that.
映像切替手段22は、複数の観察者の左目映像および右目映像を読出フレームごとに切り替えて時系列映像を生成するものである。映像切替手段22は、具体的には図2に示すように、両眼映像生成手段21によって生成された各観察者の左目映像および右目映像を一時的に図示しないメモリにそれぞれ保存する。次に、映像切替手段22は、当該メモリに保存された各観察者の左目映像および右目映像を予め定められたフレームレートでそれぞれ読み出す。これにより、各観察者の左目映像は複数の左目用フレームに切り出され、各観察者の右目映像は複数の右目用フレームに切り出されることになる。そして、映像切替手段22は、当該読み出した各観察者の左目用フレームおよび右目用フレームを、観察者ごとに交互に切り替えて時系列に沿って配置しなおすことで、時系列映像を生成する。また、映像切替手段22は、図2に示すように、生成した時系列映像を映像表示装置30に対して出力する。
The video switching means 22 generates a time-series video by switching the left-eye video and the right-eye video of a plurality of observers for each readout frame. Specifically, as shown in FIG. 2, the
ここで、前記した左目映像および右目映像を読み出す際のフレームレートは、例えば外部から入力される3次元の原映像のフレーム数が「kフレーム/秒」であり、観察者の数がn名である場合、「2×k×nフレーム/秒」とすることが好ましい。また、映像表示装置30や頭部装着型表示装置40によってフレームレートの上限値が決まっている場合は、観察者の数nを減らして前記した「2×k×nフレーム/秒」の範囲に収まるようにするか、あるいはフレームレートを映像表示装置30や頭部装着型表示装置40の上限値に設定すればよい。
Here, the frame rate for reading the left-eye image and the right-eye image is, for example, that the number of frames of the three-dimensional original image input from the outside is “k frames / second” and the number of observers is n. In some cases, “2 × k × n frames / second” is preferable. When the upper limit value of the frame rate is determined by the
また、前記した時系列映像は、具体的には図3に示すように、映像切替手段22が読み出した読出フレーム(m、m+1、・・・)ごとに時系列で配置され、かつ、複数の観察者の左目用フレームと右目用フレームとが交互に配置された構成を備えている。映像切替手段22は、例えば観察者の数がn名である場合、前記した図示しないメモリから、図3に示すように「mフレームの第1観察者の左目用フレーム」、「mフレームの第1観察者の右目用フレーム」、「mフレームの第n観察者の左目用フレーム」、「mフレームの第n観察者の右目用フレーム」、「m+1フレームの第1観察者の左目用フレーム」、「m+1フレームの第1観察者の右目用フレーム」、「m+1フレームの第n観察者の左目用フレーム」、「m+1フレームの第n観察者の右目用フレーム」の順番で読み出して配置しなおすことで時系列映像を生成する。
Further, the time series video described above is arranged in time series for each read frame (m, m + 1,...) Read by the video switching means 22, as shown in FIG. The observer has a configuration in which left-eye frames and right-eye frames are alternately arranged. For example, when the number of observers is n, the
視野映像制御手段23は、頭部装着型表示装置40によって撮影される視野映像を制御するものである。視野映像制御手段23は、具体的には映像切替手段22によって生成された時系列映像における、観察者ごとの左目用フレームおよび右目用フレームの切替タイミングを取得する。そして、視野映像制御手段23は、前記した切替タイミングに従ってバッファ制御信号を生成し、図2に示すように、このバッファ制御信号を頭部装着型表示装置40の左目視野映像バッファ手段42aおよび右目視野映像バッファ手段42bに対して出力する。
The visual field image control means 23 controls the visual field image captured by the head-mounted
ここで、前記した「切替タイミング」とは、図3に示す時系列映像において、読出フレーム(mフレーム、m+1フレーム、・・・)、観察者、左目用フレームおよび右目用フレーム、がそれぞれ切り替わるタイミングのことを意味しており、前記したような「mフレームの第1観察者の左目用フレーム」、「mフレームの第1観察者の右目用フレーム」、「mフレームの第n観察者の左目用フレーム」、「mフレームの第n観察者の右目用フレーム」、「m+1フレームの第1観察者の左目用フレーム」、「m+1フレームの第1観察者の右目用フレーム」、「m+1フレームの第n観察者の左目用フレーム」、「m+1フレームの第n観察者の右目用フレーム」の順序を示す情報のことを意味している。 Here, the “switching timing” is the timing at which the readout frame (m frame, m + 1 frame,...), The observer, the left eye frame, and the right eye frame are switched in the time-series video shown in FIG. "M-frame first observer's left eye frame", "m frame first observer's right eye frame", and m frame's n-th observer left eye as described above. "Frame for the right eye of the nth observer of the mth frame", "frame for the left eye of the first observer of the (m + 1) th frame", "frame for the right eye of the first observer of the (m + 1) th frame", " This means information indicating the order of “the frame for the left eye of the n-th observer” and “the frame for the right eye of the n-th observer of the (m + 1) th frame”.
また、前記した「バッファ制御信号」とは、具体的にはバッファリフレッシュ制御信号と、バッファホールド制御信号からなる信号である。バッファリフレッシュ制御信号は、後記する頭部装着型表示装置40の左目視野映像撮影手段41aによって撮影され、左目視野映像バッファ手段42aによって既にホールドされている左目視野映像をリフレッシュ(消去)するとともに、後記する頭部装着型表示装置40の右目視野映像撮影手段41bによって撮影され、右目視野映像バッファ手段42bによって既にホールドされている右目視野映像をリフレッシュするものである。また、バッファホールド制御信号は、左目視野映像撮影手段41aによって撮影された左目視野映像を左目視野映像バッファ手段42aにホールド(蓄積)するとともに、右目視野映像撮影手段41bによって撮影された右目視野映像を右目視野映像バッファ手段42bにホールドするものである。なお、バッファ制御信号による視野映像の制御の詳細と、視野映像の詳細については後記する(図4および図5参照)。
The “buffer control signal” is specifically a signal composed of a buffer refresh control signal and a buffer hold control signal. The buffer refresh control signal is imaged by the left eye visual image photographing means 41a of the head-mounted
映像表示装置30は、映像生成装置20によって生成された時系列映像を表示するものである。映像表示装置30の具体的な構成は、時系列映像を表示できるものであれば特に限定されず、例えば一般的な液晶ディスプレイ等を用いることができる。なお、映像表示装置30は、なるべくフレームレートの高いもので構成されることが好ましい。
The
頭部装着型表示装置40(第1観察者用頭部装着型表示装置40A〜第n観察者用頭部装着型表示装置40B)は、視野映像を撮影して各観察者に対して表示するものである。頭部装着型表示装置40は、図1に示すように、映像表示装置30によって表示される時系列映像を観察する複数の観察者の頭部にそれぞれ装着される。頭部装着型表示装置40は、映像表示装置30の観察者をn名とした場合、図2に示すように第1観察者用頭部装着型表示装置40A〜第n観察者用頭部装着型表示装置40Bから構成される。なお、これら第1観察者用頭部装着型表示装置40A〜第n観察者用頭部装着型表示装置40Bは、それぞれ同一の機能を備えている。そのため、以下ではこれら第1観察者用頭部装着型表示装置40A〜第n観察者用頭部装着型表示装置40Bの個別の説明に代えて、これらを包含する頭部装着型表示装置40の説明を行うこととする。
The head-mounted display device 40 (the first observer's head-mounted display device 40A to the nth observer's head-mounted display device 40B) shoots a field image and displays it to each observer. Is. As shown in FIG. 1, the head-mounted
頭部装着型表示装置40は、図2に示すように、左目視野映像撮影手段41aと、右目視野映像撮影手段41bと、左目視野映像バッファ手段42aと、右目視野映像バッファ手段42bと、左目視野映像表示手段43aと、右目視野映像表示手段43bと、を備えている。なお、頭部装着型表示装置40は、ここでは無線により位置姿勢計測装置10に対して信号を送信できるように構成されている。
As shown in FIG. 2, the head-mounted
左目視野映像撮影手段41aは、観察者の左目の視野を示す左目視野映像を撮影するものである。左目視野映像撮影手段41aは、図2に示すように、撮影した左目視野映像を左目視野映像バッファ手段42aに対して出力する。右目視野映像撮影手段41bは、観察者の右目の視野を示す右目視野映像を撮影するものである。右目視野映像撮影手段41bは、図2に示すように、撮影した右目視野映像を右目視野映像バッファ手段42bに対して出力する。これら左目視野映像撮影手段41aおよび右目視野映像撮影手段41bは、例えば一般的なビデオカメラ等の撮像装置を用いることができる。 The left eye visual field image capturing means 41a captures a left eye visual field image indicating the visual field of the left eye of the observer. As shown in FIG. 2, the left-eye visual field image capturing means 41a outputs the captured left-eye visual field image to the left-eye visual field buffer means 42a. The right eye visual field image capturing means 41b captures a right eye visual field image showing the visual field of the observer's right eye. As shown in FIG. 2, the right eye visual field image capturing means 41b outputs the captured right eye visual field image to the right eye visual field image buffer means 42b. These left-eye visual field image capturing means 41a and right-eye visual field image capturing means 41b can use an imaging device such as a general video camera, for example.
ここで、前記した「視野映像」とは、映像表示装置30に対する頭部装着型表示装置40の位置姿勢を考慮した、当該映像表示装置30が表示する時系列映像を含む観察者の視野全体の映像のことを意味している。以下、例えば図4(a)に示すように、映像表示装置30の左側の位置に第1観察者が座り、映像表示装置30の右側の位置に第n観察者が立っている場合における視野映像の詳細について説明する。
Here, the aforementioned “field-of-view image” refers to the entire field of view of the observer including the time-series image displayed by the
この場合、第1観察者の左目視野映像は、図4(b)に示すように、第1観察者の左目から見た映像であり、第1観察者が装着する第1観察者用頭部装着型表示装置40Aの位置姿勢と、第1観察者の左目の位置との関係から、当該左目視野映像内における映像表示装置30は映像の右上に位置している。また、第1観察者の右目視野映像は、図4(b)に示すように、第1観察者の右目から見た映像であり、第1観察者が装着する第1観察者用頭部装着型表示装置40Aの位置姿勢と、第1観察者の右目の位置との関係から、当該右目視野映像内における映像表示装置30は、前記した第1観察者の左目視野映像内における映像表示装置30の位置と比較して左側に位置している。
In this case, as shown in FIG. 4B, the left eye visual field image of the first observer is an image viewed from the left eye of the first observer, and the first observer's head worn by the first observer. From the relationship between the position and orientation of the wearable display device 40A and the position of the left eye of the first observer, the
また、第n観察者の左目視野映像は、図4(c)に示すように、第n観察者の左目から見た映像であり、第n観察者が装着する第n観察者用頭部装着型表示装置40Bの位置姿勢と、第n観察者の左目の位置との関係から、当該左目視野映像内における映像表示装置30は映像の左下に位置している。また、第n観察者の右目視野映像は、図4(c)に示すように、第n観察者の右目から見た映像であり、第n観察者が装着する第n観察者用頭部装着型表示装置40Bの位置姿勢と、第n観察者の右目の位置との関係から、当該右目視野映像内における映像表示装置30は、前記した第n観察者の左目視野映像内における映像表示装置30の位置と比較して左側に位置している。
Further, the left eye visual field image of the nth observer is an image viewed from the left eye of the nth observer as shown in FIG. 4C, and the head wearing for the nth observer worn by the nth observer. From the relationship between the position and orientation of the mold display device 40B and the position of the left eye of the n-th observer, the
なお、図4(a)に示すように、第1観察者および第n観察者は映像表示装置30の中心に対して左右にずれた位置にいるため、視野映像における映像表示装置30は、図4(b)および図4(c)に示すように真正面ではなく、各観察者の位置に応じて左右に傾いているが、ここでは説明の便宜上、当該傾きについては考慮せずに図示している。
As shown in FIG. 4A, the first observer and the n-th observer are at positions shifted left and right with respect to the center of the
左目視野映像バッファ手段42aは、視野映像制御手段23から入力されたバッファ制御信号に従って、左目視野映像撮影手段41aによって撮影された左目視野映像を蓄積するものである。左目視野映像バッファ手段42aは、一般的なメモリ等を用いることができ、具体的には図2に示すように、視野映像制御手段23から入力されたバッファリフレッシュ制御信号に従って、左目視野映像撮影手段41aから入力されて既にホールド(蓄積)されている左目視野映像の前フレームをリフレッシュ(消去)するとともに、視野映像制御手段23から入力されたバッファホールド制御信号に従って、左目視野映像撮影手段41aによって撮影された左目視野映像の現フレームをホールドする。
The left-eye visual field buffer means 42a is for accumulating the left-eye visual field image photographed by the left-eye visual field photographing means 41a in accordance with the buffer control signal input from the visual field image control means 23. As the left eye visual field buffer means 42a, a general memory or the like can be used. Specifically, as shown in FIG. 2, according to the buffer refresh control signal input from the visual field image control means 23, the left eye visual field image photographing means. Refreshes (deletes) the previous frame of the left-eye visual field image input from 41a and already held (accumulated), and shoots by the left-eye visual field image capturing unit 41a according to the buffer hold control signal input from the visual field
右目視野映像バッファ手段42bは、視野映像制御手段23から入力されたバッファ制御信号に従って、右目視野映像撮影手段41bによって撮影された右目視野映像を蓄積するものである。右目視野映像バッファ手段42bは、一般的なメモリ等を用いることができ、具体的には図2に示すように、視野映像制御手段23から入力されたバッファリフレッシュ制御信号に従って、右目視野映像撮影手段41bから入力されて既にホールド(蓄積)されている右目視野映像の前フレームをリフレッシュ(消去)するとともに、視野映像制御手段23から入力されたバッファホールド制御信号に従って、右目視野映像撮影手段41bによって撮影された右目視野映像の現フレームをホールドする。ここで、左目視野映像バッファ手段42aおよび右目視野映像バッファ手段42bによる視野映像のリフレッシュ処理およびホールド処理の詳細については後記する(図5参照)。
The right-eye visual image buffer means 42b accumulates the right-eye visual image captured by the right-eye visual image photographing means 41b in accordance with the buffer control signal input from the visual image control means 23. The right eye visual field image buffer means 42b can use a general memory or the like. Specifically, as shown in FIG. 2, the right eye visual field image photographing means is in accordance with the buffer refresh control signal input from the visual field image control means 23. Refreshes (deletes) the previous frame of the right-eye visual field image input from 41b and already held (accumulated), and shoots by the right-eye visual field
左目視野映像表示手段43aは、左目視野映像バッファ手段42aによってホールドされた左目視野映像を表示するものである。また、右目視野映像表示手段43bは、右目視野映像バッファ手段42bによってホールドされた右目視野映像を表示するものである。左目視野映像表示手段43aおよび右目視野映像表示手段43bは、一般的な小型の液晶ディスプレイ等を用いることができ、それぞれ第1観察者〜第n観察者の左目および右目の正面に配置される。なお、左目視野映像表示手段43aおよび右目視野映像表示手段43bは、なるべくフレームレートの高いもので構成されることが好ましい。 The left eye field image display means 43a displays the left eye field image held by the left eye field image buffer means 42a. The right eye visual image display means 43b displays the right eye visual image held by the right eye visual image buffer means 42b. As the left eye visual field image display means 43a and the right eye visual field image display means 43b, a general small liquid crystal display or the like can be used, which are arranged in front of the left eye and the right eye of the first to nth observers, respectively. In addition, it is preferable that the left eye visual field image display means 43a and the right eye visual field image display means 43b are configured with a frame rate as high as possible.
以下、前記したバッファ制御信号による視野映像の制御の詳細について、図5を参照しながら説明する。ここでは、映像切替手段22から時系列映像が出力され、映像表示装置30が当該時系列映像を表示する場合を想定する。この場合、図5に示すように、映像切替手段22による時系列映像のmフレームにおける第1観察者の左目用フレーム(Sub.1_L)の出力が終わるタイミング、すなわち映像表示装置30による時系列映像のmフレームにおける第1観察者の左目用フレームの表示が終わるタイミングで、視野映像制御手段23からバッファホールド制御信号(L−1制御信号:立ち下がり)およびバッファリフレッシュ制御信号(R−1制御信号:立ち下がり)が出力される。そして、前記したバッファホールド制御信号(L−1制御信号)は、第1観察者用頭部装着型表示装置40Aの左目視野映像バッファ手段42aに入力され、前記したバッファリフレッシュ制御信号(R−1制御信号)は、第1観察者用頭部装着型表示装置40Aの右目視野映像バッファ手段42bに入力される。
Hereinafter, details of the control of the visual field image by the buffer control signal will be described with reference to FIG. Here, it is assumed that a time series video is output from the
次に、前記した左目視野映像バッファ手段42aは、バッファホールド制御信号(L−1制御信号)に従って、図5に示すように、左目視野映像の現フレーム(Sub.1_L(mフレーム))をホールドし、書き換えを禁止する。これにより、第1観察者用頭部装着型表示装置40Aの左目視野映像表示手段43aには、左目視野映像の現フレーム(Sub.1_L(mフレーム))が表示されたままの状態となる。 Next, according to the buffer hold control signal (L-1 control signal), the left eye visual field buffer means 42a holds the current frame (Sub.1_L (m frame)) of the left eye visual field image as shown in FIG. And rewriting is prohibited. As a result, the left eye field image display means 43a of the first observer's head-mounted display device 40A remains in the state where the current frame (Sub.1_L (m frame)) of the left eye field image is displayed.
また同時に、前記した右目視野映像バッファ手段42bは、バッファリフレッシュ制御信号(R−1制御信号)に従って、図5に示すように、右目視野映像の前フレーム(Sub.1_R(m−1フレーム))をリフレッシュし、消去する。そして、図5に示すように、直後に映像切替手段22による時系列映像のmフレームにおける第1観察者の右目用フレーム(Sub.1_R)が出力される、すなわち映像表示装置30による時系列映像のmフレームにおける第1観察者の右目用フレームが表示されることで、第1観察者用頭部装着型表示装置40Aの右目視野映像表示手段43bには、右目視野映像の現フレーム(Sub.1_R(mフレーム))が表示される。
At the same time, according to the buffer refresh control signal (R-1 control signal), the right eye visual field image buffer means 42b, as shown in FIG. 5, the previous frame (Sub.1_R (m-1 frame)) of the right eye visual field image. Refresh and erase. Then, as shown in FIG. 5, immediately after the first observer's right eye frame (Sub.1_R) in m frames of the time-series video by the video switching means 22 is output, that is, the time-series video by the
次に、映像切替手段22による時系列映像のmフレームにおける第1観察者の右目用フレーム(Sub.1_R)の出力が終わるタイミング、すなわち映像表示装置30による時系列映像のmフレームにおける第1観察者の右目用フレームの表示が終わるタイミングで、視野映像制御手段23からバッファホールド制御信号(R−1制御信号:立ち下がり)が出力される。そして、前記したバッファホールド制御信号(R−1制御信号)は、第1観察者用頭部装着型表示装置40Aの右目視野映像バッファ手段42bに入力される。
Next, the timing at which the output of the first observer's right eye frame (Sub.1_R) in the m frames of the time-series video by the video switching means 22, that is, the first observation in the m frames of the time-series video by the
次に、前記した右目視野映像バッファ手段42bは、バッファホールド制御信号(R−1制御信号:立ち下がり)に従って、図5に示すように、右目視野映像の現フレーム(Sub.1_R(mフレーム))をホールドし、書き換えを禁止する。これにより、第1観察者用頭部装着型表示装置40Aの右目視野映像表示手段43bには、右目視野映像の現フレーム(Sub.1_R(mフレーム))が表示されたままの状態となる。左目視野映像バッファ手段42aおよび右目視野映像バッファ手段42bは、図5に示すように、以上のような処理を時系列映像のフレーム(m、m+1、・・・)ごと、および観察者ごとに行う。
Next, as shown in FIG. 5, the right-eye visual field image buffer means 42b, according to the buffer hold control signal (R-1 control signal: falling), presents the current frame (Sub.1_R (m frame) of the right-eye visual field image. ) Is held and rewriting is prohibited. As a result, the current frame (Sub.1_R (m frame)) of the right-eye visual field image is still displayed on the right-eye visual field image display means 43b of the head-mounted display device 40A for the first observer. As shown in FIG. 5, the left-eye visual
また、例えば観察者が2名(n=2)である場合、左目視野映像バッファ手段42aおよび右目視野映像バッファ手段42bは、視野映像制御手段23から入力されたバッファホールド制御信号に従って、図6(a)〜図6(d)に示すように、[1]第1観察者の左目視野映像のmフレーム、[2]第1観察者の右目視野映像のmフレーム、[3]第n観察者の左目視野映像のmフレーム、[4]第n観察者の右目視野映像のmフレーム、[5]第1観察者の左目視野映像のm+1フレーム、[6]第1観察者の右目視野映像のm+1フレーム、[7]第n観察者の左目視野映像のm+1フレーム、[8]第n観察者の右目視野映像のm+1フレーム、の順に左目視野映像および右目視野映像をホールドする。これにより、第1観察者および第n観察者に対して、それぞれの位置に応じた立体映像が表示されることになる。なお、左目視野映像および右目視野映像の中には、図6(a)〜図6(d)に示すように映像表示装置30の画面以外の部分の映像も含まれている。この部分の映像は現実世界の映像であるが、前記した特許文献1とは異なり、本発明では現実世界の映像と立体映像とを合成する処理は必要としない。
For example, when there are two observers (n = 2), the left-eye visual image buffer means 42a and the right-eye visual image buffer means 42b are configured according to the buffer hold control signal input from the visual image control means 23 as shown in FIG. a) to FIG. 6 (d), [1] m frame of left eye visual field image of the first observer, [2] m frame of right eye visual field image of the first observer, [3] nth observer. [4] m frame of the right eye field image of the nth observer, [5] m + 1 frame of the left eye field image of the first observer, and [6] the right eye field image of the first observer. The left eye field image and the right eye field image are held in the order of m + 1 frame, [7] m + 1 frame of the left eye field image of the nth observer, and [8] m + 1 frame of the right eye field image of the nth observer. Thereby, a stereoscopic image corresponding to each position is displayed to the first observer and the nth observer. Note that the left-eye visual field image and the right-eye visual field image include images of portions other than the screen of the
このように、左目視野映像バッファ手段42a(または右目視野映像バッファ手段42b)は、視野映像制御手段23から入力されたバッファリフレッシュ制御信号によって既にホールドされている左目視野映像(または右目視野映像)の前フレームを消去し、その直後に左目視野映像撮影手段41a(または右目視野映像撮影手段41b)から左目視野映像バッファ手段42a(または右目視野映像バッファ手段42b)に入力された左目視野映像(または右目視野映像)の現フレームで書き換えられた後、その直後の視野映像制御手段23から入力されたバッファホールド制御信号によって書き換えが禁止される。そのため、第1観察者用頭部装着型表示装置40A〜第n観察者用頭部装着型表示装置40Bの左目視野映像表示手段43a(または右目視野映像表示手段43b)には、その観察者に対応する第1観察者用両眼映像生成手段21A〜第n観察者用両眼映像生成手段21Bで生成された左目映像および右目映像のみが表示された状態となる。
As described above, the left-eye field
以上のような構成を備える立体映像表示装置1によれば、図1に示すように、複数のカメラ(左目視野映像撮影手段41aおよび右目視野映像撮影手段41b)で撮影された視野映像を表示する頭部装着型表示装置40越しに、複数の観察者が共有する1つの映像表示装置30を観察することにより、当該複数の観察者が同時に1つの立体映像を見ることが可能となる。すなわち、立体映像表示装置1は、観察者の位置に応じた映像を時系列に配置して時系列映像として映像表示装置30に表示し、頭部装着型表示装置40によって映像表示装置30に表示された当該時系列映像を含む現実世界を撮影し、撮影された左目および右目の視野映像を適宜ホールドして表示することで、現実世界の映像と立体映像との調整を行うことなく、複数の観察者の観察位置に応じて立体映像を個別に呈示することができる。
According to the stereoscopic
また、複合現実感技術をベースとした本発明に係る立体映像表示装置1によれば、実際の視聴環境に設置された像再生型立体映像表示装置を複数の観察者で観察したときのシミュレーションが可能となり、現時点の微細化技術・表示パネル技術では不可能であった像再生型立体映像表示装置のパラメータの検証を行う事が可能になる。そして、本発明における頭部装着型表示装置40を観察者の負荷にならないくらいコンパクトに作成することが可能になった際には、観察者が存在しない空間への光まで再現していた従来の像再生型立体映像技術とは異なる、無駄な情報を消費しない効率的な立体映像表示装置として用いることが可能となる。
In addition, according to the stereoscopic
以下、第1実施形態に係る立体映像表示装置1の全体の処理の流れについて、図7を参照しながら説明する。まず、図7(a)に示すように、位置姿勢計測装置10によって、映像表示装置30に対する頭部装着型表示装置40の個別の位置姿勢を計測する(ステップS10)。次に、図7(b)に示すように、映像生成装置20の両眼映像生成手段21によって、頭部装着型表示装置40の位置姿勢に従って、各観察者の左目映像および右目映像を生成する(ステップS20)。次に、図7(b)に示すように、映像生成装置20の映像切替手段22によって、左目用フレームおよび右目用フレームを、時系列ごとおよび観察者ごとに交互に切り替えた時系列映像を生成する(ステップS21)。次に、図7(b)に示すように、映像生成装置20の視野映像制御手段23によって、時系列映像における観察者ごとの左目用フレームおよび右目用フレームの切替タイミングを取得し、バッファ制御信号を生成する(ステップS22)。
Hereinafter, an overall processing flow of the stereoscopic
次に、図7(c)に示すように、映像表示装置30によって、時系列映像を表示する(ステップS30)。次に、図7(d)に示すように、頭部装着型表示装置40の左目視野映像撮影手段41aおよび右目視野映像撮影手段41bによって、左目視野映像および右目視野映像を撮影する(ステップS40)。次に、図7(d)に示すように、頭部装着型表示装置40の左目視野映像バッファ手段42aおよび右目視野映像バッファ手段42bによって、バッファホールド制御信号に従って左目視野映像および右目視野映像をホールド、またはバッファリフレッシュ制御信号に従って左目視野映像および右目視野映像をリフレッシュする(ステップS41)。最後に、頭部装着型表示装置40の左目視野映像表示手段43aおよび右目視野映像表示手段43bによって、前記ホールドされた左目視野映像および右目視野映像を表示する(ステップS42)。以上の処理により、各観察者に対して、それぞれの位置に応じた立体映像が表示されることになる。
Next, as shown in FIG. 7C, the
<第2実施形態>
ここで、前記した第1実施形態に係る立体映像表示装置1は、各観察者の視野映像の中に必ず映像表示装置30の画面が含まれることを前提としていたが(図4および図6参照)、各観察者の視野が映像表示装置30から外れることも想定される。
Second Embodiment
Here, the stereoscopic
例えば、図8(a)に示すように、頭部装着型表示装置40の視野映像撮影手段(左目視野映像撮影手段41aおよび右目視野映像撮影手段41b)の垂直撮影画角をθVとした場合、映像表示装置30は、第n観察者の視野映像撮影手段の垂直撮影画角θVの範囲内であるが、第1観察者の視野映像撮影手段の垂直撮影画角θVの範囲外となっている。従って、第n観察者の視野映像の中には映像表示装置30の画面が含まれない状態となる。
For example, as shown in FIG. 8 (a), if a vertical photographing angle of view image capturing means of the head-mounted display device 40 (the left-eye view image capturing means 41a and a right-eye view image capturing means 41b) was theta V The
また、図8(b)に示すように、頭部装着型表示装置40の視野映像撮影手段(左目視野映像撮影手段41aおよび右目視野映像撮影手段41b)の水平撮影画角をθHとした場合、映像表示装置30は、第n観察者の視野映像撮影手段の水平撮影画角θHの範囲内であるが、第1観察者の視野映像撮影手段の水平撮影画角θHの範囲外となっている。従って、この場合も第n観察者の視野映像の中には映像表示装置30の画面が含まれない状態となる。以下、このような状況における処理を可能とする第2実施形態に係る立体映像表示装置1Aの構成について、図9を参照しながら説明する。
Further, as shown in FIG. 8 (b), if the horizontal shooting angle of view image capturing means of the head-mounted display device 40 (the left-eye view image capturing means 41a and a right-eye view image capturing means 41b) was theta H The
第2実施形態に係る立体映像表示装置1Aは、図9に示すように、位置姿勢計測装置10と、映像生成装置20Aと、映像表示装置30と、頭部装着型表示装置40と、を備えている。また、映像生成装置20Aは、図9に示すように、前記した両眼映像生成手段21、映像切替手段22および視野映像制御手段23の他に、撮影判定手段24を備えている。ここで、立体映像表示装置1Aは、映像生成装置20Aにおける撮影判定手段24以外の構成は前記した立体映像表示装置1と同様であるため、撮影判定手段24以外の説明は省略する。
As shown in FIG. 9, the stereoscopic
撮影判定手段24は、左目視野映像および右目視野映像に映像表示装置30が撮影されているか(含まれているか)否かを判定するものである。撮影判定手段24は、位置姿勢計測装置10によって計測された頭部装着型表示装置40(第1観察者用頭部装着型表示装置40A〜第n観察者用頭部装着型表示装置40B)における左目視野映像撮影手段41aおよび右目視野映像撮影手段41bの位置姿勢と、当該左目視野映像撮影手段41aおよび右目視野映像撮影手段41bの撮影画角θV,θHとにより、左目視野映像および右目視野映像に映像表示装置30の画面が撮影されているかを逐次判定する。そして、撮影判定手段24は、その判定結果を両眼映像生成手段21に対して出力する。なお、前記した「撮影画角θV,θH」は、左目視野映像撮影手段41aおよび右目視野映像撮影手段41bに対して予め設定された値である。
The photographing
両眼映像生成手段21は、撮影判定手段24によって映像表示装置30が撮影されていないと判定されている間は、左目映像および右目映像を生成しない。従って、映像切替手段22は、左目映像および右目映像を含めずに時系列映像を生成する。なお、撮影判定手段24によって映像表示装置30が撮影されていないと判定されている間は、時系列映像には何も含まれておらず、映像表示装置30も何も表示していない状態となる。しかしこの場合、観察者はそもそも映像表示装置30を見ていないため、上記のように時系列映像に何も含まれていない場合であっても当該観察者は何ら違和感を感じない。また、観察者の視野が映像表示装置30から外れている間も左目映像および右目映像を生成して時系列映像に含めるとした場合、観察者が観察しない立体映像を表示することになり、無駄な処理が発生する。
The binocular
また、例えば図8(a)または図8(b)に示すように、一方の観察者(第1観察者)の視野映像には映像表示装置30が含まれず、他方の観察者(第n観察者)の視野映像には映像表示装置30が含まれている場合、映像表示装置30によって表示される時系列映像には、第1観察者の左目映像および右目映像は含まれていないが、第2観察者の左目映像および右目映像は含まれている。そのため、一方の観察者が映像表示装置30を見ていない場合であっても、他方の観察者は何ら影響を受けずに立体映像を観察することができる。なお、両眼映像生成手段21は、撮影判定手段24から映像表示装置30が撮影されていると判定されている間は、通常通り左目映像および右目映像を生成し、映像切替手段22も通常通り処理を行う。
For example, as shown in FIG. 8A or FIG. 8B, the visual field image of one observer (first observer) does not include the
以上のような構成を備える立体映像表示装置1Aは、観察者の視野が映像表示装置から外れている場合に左目映像および右目映像の生成を行わないため、無駄な処理を省き、効率的に立体映像を表示することができる。 The stereoscopic image display apparatus 1A having the above-described configuration does not generate a left-eye image and a right-eye image when the observer's field of view is out of the image display apparatus. Video can be displayed.
ここで、前記した立体映像表示装置1,1Aの映像生成装置20,20Aは、一般的なコンピュータを、前記した各手段および各部として機能させるプログラムにより動作させることで実現することができる。このプログラムは、通信回線を介して配布することも可能であるし、CD−ROM等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。
Here, the
この場合、立体映像表示装置1用の映像生成プログラムは、映像生成装置20と、映像表示装置30と、頭部装着型表示装置40と、位置姿勢計測装置10と、を備える立体映像表示装置1において、映像生成装置20のコンピュータを、前記した両眼映像生成手段21、映像切替手段22、視野映像制御手段23、として機能させることとする。また、立体映像表示装置1A用の映像生成プログラムは、映像生成装置20Aと、映像表示装置30と、頭部装着型表示装置40と、位置姿勢計測装置10と、を備える立体映像表示装置1Aにおいて、映像生成装置20Aのコンピュータを、前記した両眼映像生成手段21、映像切替手段22、視野映像制御手段23、として機能させることとする。
In this case, the video generation program for the stereoscopic
以上、本発明に係る立体映像表示装置および映像生成プログラムについて、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。 As described above, the stereoscopic video display device and the video generation program according to the present invention have been specifically described in the form for carrying out the invention, but the gist of the present invention is not limited to these descriptions, and the claims It should be interpreted broadly based on the scope description. Needless to say, various changes and modifications based on these descriptions are also included in the spirit of the present invention.
例えば、前記した立体映像表示装置1は、図1に示すように、位置姿勢計測装置10および頭部装着型表示装置40が無線で接続され、位置姿勢計測装置10および映像生成装置20、映像生成装置20および映像表示装置30がそれぞれ有線で接続されていたが、接続の方式は特に限定されない。すなわち、立体映像表示装置1は、例えば位置姿勢計測装置10および頭部装着型表示装置40が有線で接続され、位置姿勢計測装置10および映像生成装置20、映像生成装置20および映像表示装置30がそれぞれ無線で接続されていても構わない。
For example, as shown in FIG. 1, the above-described stereoscopic
1,1A 立体映像表示装置
10 位置姿勢計測装置
20,20A 映像生成装置
21 両眼映像生成手段
21A 第1観察者用両眼映像生成手段
21B 第n観察者用両眼映像生成手段
22 映像切替手段
23 視野映像制御手段
24 撮影判定手段
30 映像表示装置
40 頭部装着型表示装置
40A 第1観察者用頭部装着型表示装置
40B 第n観察者用頭部装着型表示装置
41a 左目視野映像撮影手段
41b 右目視野映像撮影手段
42a 左目視野映像バッファ手段
42b 右目視野映像バッファ手段
43a 左目視野映像表示手段
43b 右目視野映像表示手段
1, 1A stereoscopic
21A First-viewer binocular image generation means 21B n-th observer binocular image generation means 22 Image switching means 23 Field-of-view image control means 24 Imaging determination means 30
Claims (5)
前記映像生成装置は、
前記位置姿勢計測装置によって計測された前記位置姿勢に従って、複数の観察者が前記3次元の原映像を観察した場合における、各観察者の左目に入る左目映像と、各観察者の右目に入る右目映像と、を生成する両眼映像生成手段と、
前記両眼映像生成手段によって生成された前記左目映像および前記右目映像を予め定められたフレームレートで読み出し、当該読み出した各観察者の左目用フレームおよび右目用フレームを、観察者ごとに交互に切り替えて時系列に沿って配置しなおすことで、前記時系列映像を生成する映像切替手段と、
前記映像切替手段によって生成された前記時系列映像における観察者ごとの前記左目用フレームおよび前記右目用フレームの切替タイミングを取得し、当該切替タイミングに従ってバッファ制御信号を生成する視野映像制御手段と、を備え、
前記頭部装着型表示装置は、
前記観察者の左目の視野を示す左目視野映像を撮影する左目視野映像撮影手段と、
前記観察者の右目の視野を示す右目視野映像を撮影する右目視野映像撮影手段と、
前記視野映像制御手段から入力された前記バッファ制御信号に従って、前記左目視野映像撮影手段によって撮影された前記左目視野映像をホールドする左目視野映像バッファ手段と、
前記視野映像制御手段から入力された前記バッファ制御信号に従って、前記右目視野映像撮影手段によって撮影された前記右目視野映像をホールドする右目視野映像バッファ手段と、
前記左目視野映像バッファ手段によってホールドされた前記左目視野映像を表示する左目視野映像表示手段と、
前記右目視野映像バッファ手段によってホールドされた前記右目視野映像を表示する右目視野映像表示手段と、
を備えることを特徴とする立体映像表示装置。 A video generation device that generates a time-series video from the input three-dimensional original video, a video display device that displays the time-series video generated by the video generation device, and the time displayed by the video display device A plurality of head-mounted display devices respectively mounted on the heads of a plurality of observers observing the sequence video, and a position and orientation for measuring individual position and orientation of the head-mounted display device with respect to the video display device A stereoscopic image display device comprising a measurement device,
The video generation device includes:
When a plurality of observers observe the three-dimensional original image according to the position and orientation measured by the position and orientation measurement device, the left eye image entering each observer's left eye and the right eye entering each observer's right eye Binocular video generation means for generating video,
The left-eye video and the right-eye video generated by the binocular video generation means are read at a predetermined frame rate, and the read left-eye frame and right-eye frame of each observer are alternately switched for each observer. Video switching means for generating the time-series video by rearranging along the time-series,
Visual field video control means for obtaining a switching timing of the left-eye frame and the right-eye frame for each observer in the time-series video generated by the video switching means, and generating a buffer control signal according to the switching timing; Prepared,
The head-mounted display device is
Left-eye visual field image capturing means for capturing a left-eye visual field image indicating the left eye field of the observer;
A right-eye visual field imaging means for capturing a right-eye visual field image showing the visual field of the right eye of the observer;
In accordance with the buffer control signal input from the visual field image control means, left eye visual image buffer means for holding the left eye visual image captured by the left eye visual image capturing means;
A right-eye visual image buffer means for holding the right-eye visual image captured by the right-eye visual image capturing means according to the buffer control signal input from the visual-field video control means;
Left eye field image display means for displaying the left eye field image held by the left eye field image buffer means;
Right eye visual image display means for displaying the right eye visual image held by the right eye visual image buffer means;
A stereoscopic video display device comprising:
前記両眼映像生成手段は、前記撮影判定手段によって前記映像表示装置が撮影されていないと判定されている間は前記左目映像および前記右目映像を生成せず、
前記映像切替手段は、前記左目映像および前記右目映像を含めずに前記時系列映像を生成することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の立体映像表示装置。 The video generation device includes the position and orientation of the left-eye visual image photographing means and the right-eye visual image photographing means in the head-mounted display device measured by the position / orientation measurement device, and the predetermined left-eye visual image photographing. Photographing determination means for sequentially determining whether or not the video display device is photographed in the left visual field video and the right visual field video according to the photographing field angle of the means and the right eye visual field photographing means,
The binocular video generation means does not generate the left-eye video and the right-eye video while it is determined by the shooting determination means that the video display device is not shot.
The stereoscopic video display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the video switching unit generates the time-series video without including the left-eye video and the right-eye video.
前記位置姿勢計測装置によって計測された前記位置姿勢に従って、複数の観察者が前記3次元の原映像を観察した場合における、各観察者の左目に入る左目映像と、各観察者の右目に入る右目映像と、を生成する両眼映像生成手段、
前記両眼映像生成手段によって生成された前記左目映像および前記右目映像を予め定められたフレームレートで読み出し、当該読み出した各観察者の左目用フレームおよび右目用フレームを、観察者ごとに交互に切り替えて時系列に沿って配置しなおすことで、前記時系列映像を生成する映像切替手段、
前記映像切替手段によって生成された前記時系列映像における観察者ごとの前記左目用フレームおよび前記右目用フレームの切替タイミングを取得し、当該切替タイミングに従って前記バッファ制御信号を生成して前記左目視野映像バッファ手段および前記右目視野映像バッファ手段に対して出力する視野映像制御手段、
として機能させるための映像生成プログラム。 A video generation device that generates a time-series video from the input three-dimensional original video, a video display device that displays the time-series video generated by the video generation device, and the time displayed by the video display device A plurality of head-mounted display devices respectively mounted on the heads of a plurality of observers observing the sequence video, and a position and orientation for measuring individual position and orientation of the head-mounted display device with respect to the video display device A left-eye visual field imaging means for capturing a left-eye visual field image that indicates the visual field of the left eye of the observer, and a right-eye visual field image that indicates the visual field of the right eye of the observer A right-eye visual image photographing means for photographing the left-eye visual image photographed by the left-eye visual image photographing means in accordance with a buffer control signal input from the video generation device. Left-eye view image buffer means for holding, right-eye view image buffer means for holding the right-eye view image photographed by the right-eye view image photographing means in accordance with the buffer control signal inputted from the image generation device, and the left-eye view image 3D image display apparatus comprising: left eye field image display means for displaying the left eye field image image held by the buffer means; and right eye field image display means for displaying the right eye field image image held by the right eye field image buffer means. And the computer of the video generation device,
When a plurality of observers observe the three-dimensional original image according to the position and orientation measured by the position and orientation measurement device, the left eye image entering each observer's left eye and the right eye entering each observer's right eye Binocular video generation means for generating video,
The left-eye video and the right-eye video generated by the binocular video generation means are read at a predetermined frame rate, and the read left-eye frame and right-eye frame of each observer are alternately switched for each observer. Video switching means for generating the time-series video by re-arranging along the time-series,
The switching timing of the left-eye frame and the right-eye frame for each observer in the time-series video generated by the video switching means is acquired, and the buffer control signal is generated according to the switching timing to generate the left-eye visual image buffer And visual field video control means for outputting to the right eye visual video buffer means,
Video generation program to function as
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