JP2708189B2 - 広視野立体画像表示方法および装置 - Google Patents

広視野立体画像表示方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、広視野立体画像表示に関し、特に、従来2
台のカメラを用いて立体画像1枚分を撮像していた方式
に比べ、より多くの画像効果を出すことができる立体画
像表示方式に関するものである。この方式の画像表示は
放送,パッケージメディア等に利用することが可能であ
る。
[発明の概要] 左眼および右眼用の2台のカメラで撮像したテレビ画
像を走査変換して、中央の立体画像表示面および左右両
側の平面画像表示面からなる3つの表示画面に分割表示
する。その際、2台のカメラ(60Hz,2:1インターレー
ス)間の走査位相に半フィールド分の差を設けるととも
に、表示にあたっては走査周波数を2倍に逓昇(120Hz,
2:1インターレース)して、中央の立体表示画面には左
右眼用画像を交互に時分割表示するとともに、左右両側
画面にもそれぞれ平面画像を1フィールドごとに交互に
線形内挿表示する。また、中央の立体表示画面は自然な
立体像が得られるよう奥行距離を十分大きくとる。
以上の構成により、自然で、眼の疲労が少なく、フリ
ッカーのない立体画像とともに広視野画像が表示でき、
立体感と臨場感、迫力のある画像効果が得られる。
[従来の技術] 従来の方式の中に、立体画像と平面画像を組み合わせ
て表示し、しかも、それぞれの表示方法が後述するよう
な視覚の特性に整合したものは見当たらない。また、2
台のカメラにより60Hz 2:1 N本TV系から120Hz 2:1 N本T
V系などのように時分割でフリッカーのない立体画像を
表示したり、あるいは、フィルム等を用いて、アナグリ
フ方式,偏光フィルター方式で立体大画面を表示した例
はあるが、いずれも、広視野立体画像表示装置として
は、完成度は高くはない。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は目にとって疲労なく見易い立体感を得る視距
離の条件と臨場感,迫力感を得る条件とを併用した画面
構成とすることにより、疲労のない見易い立体感と、臨
場感,迫力感を同時に得るようにする方法と装置を提供
するものである。
以下にまず、両眼視差による立体画像表示装置の視距
離に対する条件から求めた画面構成方法について記す。
立体像を得るには、左と右眼はそれぞれに視差ずれの
ある像を独立に与えねばならない。丁度左眼,右眼に映
ずる像のずれ(交互に片眼を閉じて手近かな物を見れば
すぐ分かるであろう)に相当するずれの量をディスプレ
イ上の像に与えてやればよい。両眼視差方式による像の
できる位置は、次の通りである。すなわち第2図に示す
ように、画面上に左眼用画像PL,右眼用画像PRが視差が
生ずるためのずれ量(displacement)Δlだけずれて表
示され、2つの像が偏光眼鏡など何らかの手段によりそ
れぞれ独立に、視距離Dの位置にある観察者の限EL,ER
に映じたとすると、立体像IDは画面からΔDだけ飛び出
して見える。ここでaは左右眼の瞳孔間隔である。
次に、第3図に示すように観る位置を変えたときの立
体像のできる位置は、視距離がD1のときはID1に、視距
離がD2になるとID2になる(図ではたまたまD1とID2の大
きさが一致している)。このように立体像の生ずる位置
は視距離に比例して手前(視差を逆に、すなわちPR,PL
を左右逆にしたときは、画面より引っ込んだ方向に)に
できることがわかる。
このとき両眼視差δθは第2図を参照して、 δθ=θ−θ=a・ΔD/{D(D−ΔD)}a・ΔD/D2 …(1) 像のできる位置ΔDは ΔD=Δl・D/(a+Δl) …(2) で与えられる。
(1),(2)より δθ=(a・ΔD/D)/{D(1−ΔD/D)}Δl/D …(3) となる。
立体映像で疲労なく、かつ効果的に立体感を得るため
には、両眼視差δθをなるべく小さく、かつΔDを大き
くとればよい(δθが大きいと一般に幅輳角も大きくな
り、自然視と異なる条件で映像を見ることになり、これ
が疲労につながる)。
そこで、立体映像ディスクプレイに効果的な“良さ”
を表わす係数:Qとして、 Q=ΔD/δθ …(4) を定義すれば、Qは立体画像表示装置のfigureof merit
になる。
(2),(3)より Q=D2/(a+Δl) …(5) となり、Qを大きくするには、視距離を大きくとればよ
いことがわかる。しかし、Dを大きくするにつれて、画
面を見込む角;視野角αが小さくなり臨場感,迫力感の
効果は小さくなってしまう(臨場感は視野角が30゜以上
で生ずることが知られている)。
本発明が解決しようとする課題の1つは、上記の矛盾
する2つの条件を満足させるような立体画像表示装置の
構成法を提供することである。
一方、現在まで研究された、視覚の特性および視態様
によると、「人が物を見る時、注視点を移動することに
より認識し、理解する。しかしながら、周辺視は中心視
と異なり、物体の形状等を把握して、終始知覚するのみ
である。また、周辺視のもつ特性は、物体の知覚あるい
は3次元の知覚が中心視に比べて弱く、運動に対する感
覚は中心視に比べて大きい。」というように考えられて
いる。
すなわち、周辺視は中心視に比べフリッカーや動きの
知覚に対しては敏感であり、臨場感の形成にとっては重
要であるが、対象物の細部の認識や立体感の形成にとっ
ては重要でないといった機能差,特性差がある。
従って、より自然で、より広がりと奥行感のある画像
表示を可能とするためには、上述のような視覚特性にも
整合する表示方式を採用しなければならない。本発明の
課題はこのような周辺視の視覚特性に整合した画面の表
示方式および装置を提供することでもある。
つまり、フリッカーがなく、中心視に対しては自然で
見やすく、精細度のある立体画像を呈示し、周辺視に対
しては広視野で動きの表現が豊かな2次元画像を呈示す
ることである。また、実施例で述べるように、本発明は
テレビジョン技術により、従来の立体画像を撮像してい
た2台のカメラを用いた撮像方式によっても実現可能と
するものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は中央に配置した立体画像表示手段と、該手段
の両側に各々配置した2次元画像表示手段とを具える。
すなわち、前述の視覚のもつ特性を活用するために
は、第1図のような広視野立体画像表示装置が考えられ
る。同図に示すように、中央の画面1には立体画像を表
示する。立体画像は、例えば60Hz 2:1 N本TV系の2台の
カメラ2,3の信号を信号変換回路4によって120Hz 2:1 N
本TV系の信号に変換し、表示する。一方、側面の2つの
画面5,6も120Hz 2:1 N本TV系の信号に変換して、2次元
画像として信号変換回路4からの信号を表示する。
その際、中央の立体画像表示用画面は左右両側の2次
元画像表示用画面に比べサイズおよび観視位置からの奥
行距離(視距離)を大きくし、また両側画面は中央画面
から画面横方向に間隔を設け、その画面を観視位置方向
に向けることが、より効果的である。
[作 用] 本発明によれば、中央に配置した表示手段に立体画像
を表示させ、その両側の表示手段に2次元画像を表示さ
せる。
このような広視野の画像表示法により、中心視に対し
ては立体像を呈示し、周辺視に対しては動きの表現が十
分可能な2次元画像を呈示する。従って、この画像表示
方式は、従来の画像表示方式に比べ、立体感と臨場感を
両立させ、より画面効果があり、しかもフリッカーがな
く見やすい画像表示を可能とする。
[実施例] 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
実施例(1) 本発明の実施例を説明する。ここでの説明は、前提と
して第1図に示すように撮像に関しては2台のカメラが
60Hz 2:1 N本TV系で駆動されているとする。また、表示
装置は、3台の120Hz 2:1 N本TV系で動作するものとす
る。
撮像された画像については次のように処理する。2台
のカメラからの出力信号は第4図Aのように60Hz N本TV
系で2:1にインターレースされているものとする。それ
ぞれ、左眼および右眼に対応してカメラによって撮像さ
れたフィールドをL1,L2,L3,…、およびR1,R2,R3,…とす
る。撮像するカメラの駆動方法については、左右のカメ
ラを同じ同期信号で第4図Aのように駆動してもよい
が、ハードウェアの負担を軽くするためには、第4図B
のようにする方がよい。すなわち、L,Rの画像のうちど
ちらかを半フィールドだけ遅らせて撮像するようにす
る。この画面を120Hz 2:1 N本の表示装置に与えるが、
第5図に示すようにL1=(L1C+L1S),L2=(L2C
L2S),L3=(L3C+L3S),…R1=(R1C+R1S),R2=(R
2C+R2S),R3=(R3C+R3S),…と表示させる。この画
面で添字cがつくものを中央の画像表示装置で表示す
る。一方、添字sがつくものは側面の表示装置で表示す
る。従って、L1,L2,L3…,およびR1,R2,R3…は画像のラ
イン内で分割する。
一方、表示装置は120Hz 2:1 N本TV系で駆動している
ため、時間軸方向で考えて、L1,L2,L3…およびR1,R2,R3
…はそれぞれ1/2に圧縮される。
この結果、中央の画面については、R1C,L1C,R2C,L2C,
R3C,L3C,…とR,Lの画像が交互に120Hzで順次表示され
る。したがって表示手段(第1図符号1で示す)には、
液晶,PLZT等を使用した偏光フィルターを用いれば、フ
リッカーのない立体画像が得られる。
また、例えば右側面の画像表示についてはR1Sの次に
表示されるのは、R2Sである。したがって、側面では120
2:1 N本TV系の表示装置を用いれば、1つ置きのフィー
ルドは全黒の画面が表示されることになる。このため、
表示されないフィールドについては前後のフィールドか
ら例えば動き適応の線形内挿処理をほどこしたフィール
ド(R1S+R2S)/2,(R2S+R3S)/2,…(右側面),(L
1S+L2S)/2,(L2S+L3S)/2,…(左側面)を補間し、
表示することも可能である。このことにより、左右両側
画面からの周辺視には、中央の立体画面からの中心視に
比べて2倍の時間方向の刺激を与えることができる。
つまり、視覚特性は前述したように、周辺視では中心
視に比べて動きに対して感度があがっている。しかも、
この感度は、画面輝度があがるにつれて高くなる。した
がって、中心の画面を60Hzの立体画像にし、ノンフリッ
カーにしたように、側面の2次元画像も、できるだけ表
示周波数をあげることによりフリッカーを除くとともに
動きの表示を増すことが視覚上好ましい。
次に、この方式を実現するための画像信号処理(走査
変換)系のブロック図を第6図に示す(主にL側回路の
み説明する)。カメラからの入力信号(3原色信号R,G,
Bのいずれの信号も同様な信号処理を施す)は、処理回
路7に入力され、帯域制限を行なった後に、A/D変換器
によってデジタル化する。処理回路7からの信号は、次
に60Hz 2:1 N本TV系のフィールド信号を120Hz 2:1 N本T
V系の映像信号にするためのに2つのフィールドメモリ
8,9および2つのスイッチfSWによってフィールド毎の時
間圧縮を行なう。これによって1/2に時間軸圧縮された
信号が得られ、次に、この得られた信号をラインスイッ
チLSWで、ライン内で中央の画面に表示する部分と側面
の画面に表示する部分に分割する。この結果、映像信号
は第5図の添字c,sの部分に分割されたことになる。
この分割された映像信号の波形をライン内整形回路10
で整形し、同期付加回路11で、正面および側面表示のた
めに新たな水平,垂直の同期信号を付加する。さらに、
それぞれの画面に対応した信号は、時間軸伸長回路12,1
3によって、120Hz 2:1 N本TV系に時間軸圧縮された映像
信号の1/2ラインを全ライン表示にするため、それぞれ
2倍の時間軸の伸張を各ライン毎に行なう。
時間軸伸長回路12の出力はフィールドメモリ14に入力
され、ついで120Hzで切換わるスイッチ15を介して、R
側回路の時間軸伸長回路(前記12に対応)からの信号と
交互に取り出されて正面立体画像表示装置に供給され
る。正面(中央)立体画像表示装置は、120Hzの切換信
号でL,Rが切換えられる。この結果正面立体画像表示装
置にはスイッチ15からの処理された信号が導かれてき
て、L,Rそれぞれ60Hzで立体画像が表示される。
一方、側面の表示装置へ導かれる信号は、60Hz毎の信
号しか存在しないために、前述したように、前後のフィ
ールドを用いて線形補間する。すなわち、時間軸伸長回
路13からの信号は、2つのフィールドメモリ16,17、加
算器18、1/2乗算器19によって補間され、その結果、カ
メラから導かれた信号と内挿補間された信号とがスイッ
チ20によって120Hzでスイッチングされ、側面表示装置
(L側およびR側)に導かれる。
実施例(2) これは実施例(1)における撮像および走査手段に関
する部分の別の実施例である。
ディスプレイの走査は第7図のように信号源の1水平
走査期間を3つに分け、左,中央(正面),右のディス
プレイを(a),(b)および(c)に示す波形によっ
て走査する。カメラ出力信号もこの走査期間に合せた時
間間隔にゲートして振り分けそれぞれのディスプレイに
加える。第8図はこの様子を示したもので、左眼用のカ
メラ出力Bを左,正面,右のディスプレイにC,D,Eのよ
うに分配し、左右のディスプレイ上の左眼カメラによる
画像についてはそれぞれを左および右眼で観視する(す
なわちこの場合は、実施例(1)と異なり、左右ディス
プレイ上の画像は反対側の眼には呈示されず、従って中
央の立体画像に対して2倍の刺激とはならない)。一
方、右眼用のカメラは中央部のHだけを正面用ディスプ
レイに右眼用信号として加える。ここで右左の部分の信
号は右眼用カメラから取り出してもよいことは勿論であ
る。
実施例(3) 第9図は実施例(1)における表示手段に関する部分
の様々な実施例であって、正面および左右側面の表示装
置(ディスプレイ)の4つの配置構成例を示す。正面
(中央部)のディスプレイ面は、左右のディスプレイ面
にくらべて観察者からの距離を大きくした構成になって
いる。正面は立体3次元画像を表示し、左右部は2次元
平面画像を表示する。これによて、画像の奥行方向の前
後関係は正面の画面から、また広い視野によってもたら
せる心理効果(臨場感)は左右の画面から得ることがで
きる。この際、中央の立体画像を表示する画面は[課
題]の項に記したように視差ずれΔlに比べて視距離D
が十分大きくなるようにする。
[発明の効果] 本発明の実施により、これまで以上視覚特性に整合し
た画像表示が可能となり、多くの画面効果を期待でき
る。また、経済性の点からも、これまで立体画像の撮像
のために使用していた2台のカメラで実現することがで
きメリットは大きい。
さらに従来の立体テレビでは、奥行の効果を出すた
め、両眼視差(画面上のΔl)大きくとる必要があっ
た。このため両眼の輻輳角が大きく変わり、疲れを生ず
る原因となっていたが、 本発明では、 1.奥行効果を表わす指数Qを導き、Δlを小さく、Dを
大きくする、すなわち両眼視差を小さく、かつ視距離を
大きくとるディスプレイの構成としたことにより、見や
すく自然な立体感が得られる、 2.視距離を大きくしても左右両サイドに2次元平面ディ
スプレイを配置し、視野角を大きくとれるようにしたこ
とにより、臨場感の効果が小さくならない、 3.3次元ディスプレイは中央部のみで、全画面を3次元
にする必要がなく経済的である、 等の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は広視野画像表示装置の概要と表示装置部分の説
明図、 第2図は立体像を生ずる位置と視距離との関係を示す
図、 第3図は視距離を変えたときの立体像のできる位置の幾
何学的説明図、 第4図(A)および(B)は撮像時のカメラからの信号
についての時間方向とフィールド表示との関係を示す
図、 第5図は各表示装置における時間方向とフィールド表示
との関係を説明する図、 第6図は信号処理回路のブロック図、 第7図はディスプレイの走査方式を示す図、 第8図はカメラの走査方式を示す図、 第9図はディスプレイの構成例を示す図である。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】左眼および右眼用の2台のテレビカメラで
    撮像した画像を走査変換し、当該画像を中央の立体画像
    表示手段および左右両側の2次元画像表示手段からなる
    3つの表示画面に分割表示することを特徴とする広視野
    立体画像表示方法。
  2. 【請求項2】前記2台のテレビカメラ間の走査位相は半
    フィールドの差を有し、当該2台のテレビカメラで撮像
    した画像は、該カメラの走査周波数を2逓倍した走査周
    波数にして、立体表示手段には交互に時分割表示する一
    方、2次元表示手段には逓倍されたフィールド間を前後
    のフィールドで線形内挿して表示することを特徴とする
    請求項1記載の広視野立体画像表示方法。
  3. 【請求項3】中央に配置した立体画像表示手段と、該手
    段の両側に各々配置した2次元画像表示手段とを具えた
    ことを特徴とする広視野立体画像表示装置。
  4. 【請求項4】前記立体画像表示手段と前記2次元画像表
    示手段との画面間に所定の間隔があることを特徴とする
    請求項3記載の広視野立体画像表示装置。
  5. 【請求項5】前記立体画像表示手段は、前記2次元画像
    表示手段に比べ、画面およびその奥行距離を大きくした
    ことを特徴とする請求項3または4記載の広視野立体画
    像表示装置。
  6. 【請求項6】前記2次元画像表示手段は、画面を観視位
    置の方向に向けたことを特徴とする請求項3,4または5
    記載の広視野立体画像表示装置。
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