JP2868389B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像情報に対応した画
像を表示する画像表示装置に関し、特に、視覚的な情報
を得ることが必要とされている画像通信分野や医療分野
等に用いられる画像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像通信分野や医療分野では、画像を介
した情報の受取りが不可欠であり、前者では話者の雰囲
気、存在感の伝達が視覚的に求められており、前者およ
び後者ともに、多人数で大画面を眺めることができる画
像表示装置が求められている。

【０００３】以下、従来の画像表示装置について図面を
参照しながら説明する。図５は、従来の画像表示装置の
構成を示すブロック図である。

【０００４】図５において、画像表示装置は、第１投影
器１１、第２投影器１２、位置設定部１３、画像入力部
１４、視線検出部１５、スクリーン１０を含む。

【０００５】外部から入力された画像情報は、画像入力
部１４を介して位置設定部１３へ入力する。位置設定部
１３は、入力された画像情報から全体画像情報を第１投
影器１１へ出力する。第１投影器１１は、入力された全
体画像情報をスクリーン１０上に全体画像として表示す
る。

【０００６】視線検出部１５は、眼鏡形状を有する装置
であって、観察者が眼鏡のように装着することによっ
て、観察者の視線方向を検出し、視線検出信号を位置設
定部１３へ出力する。位置設定部１３は、入力した視線
検出信号を基に、スクリーン１０上の観察者の観察位置
を特定し、観察位置を中心とした所定範囲の画像の解像
度を変化させた局所画像情報を作成し、第２投影器１２
へ出力する。第２投影器１２は入力された局所画像情報
をスクリーン１０上に局所画像（図５に示す破線の円
内）として表示する。

【０００７】図６に、第２投影器１２によりスクリーン
１０上に表示された局所画像の解像度の状態を示す。人
の網膜特性は、中心付近の分解能が最も高く、周辺視方
向にかけて急激に分解能が低下することが報告されてい
る（文献：田崎、大山、樋渡、“視覚情報処理”、朝倉
書店、１９８５）。この網膜特性に基づいて、従来の画
像表示装置は、図６に示すように、数段階画像の解像度
を変化させている。この結果、観察者は、観察位置の中
心は解像度の高い画像を観察し、周辺視方向に行くほど
解像度の低い画像を観察することになる。また、第２投
影器１２により表示される局所画像の外縁（図６中の破
線の円）の部分の解像度と第１投影器１１が表示する全
体画像との境界の解像度は等しくなるように、第１投影
器１１の解像度が設定されている。

【０００８】上記のように、第１投影器１１により全体
画像を表示し、観察者が観察する位置に応じて第２投影
器１２により解像度を変化させた局所画像を提示するこ
とにより、１台の投影器で大画面に画像を投影した場
合、画像全体の解像度不足のためにぼやけてしまうとい
う欠点を補うことが可能となる。また、局所画像は、人
の網膜特性に基づいて表示されているので、観察者の表
示画像に対する違和感も少ない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の画
像表示装置は構成されているので、観察者の観察中心に
提示される局所画像は予め定められた数段階程度の解像
度変化で表示され、その解像度の変化の方向について
も、レンズ系でほぼ一意に決まってしまっていた。した
がって、表示画面上で局所的に解像度を可変させたりす
ることは不可能であった。

【００１０】この結果、観察者が表示画面の端部を眺め
た場合、表示画面に違和感を感じるという問題があっ
た。図７に観察位置が変化した場合の観察者の視点位置
と表示画面との関係を説明する図を示す。図７の（ａ）
は観察者が表示画面となるスクリーン１０の中心位置を
眺める場合を示し、（ｂ）は観察者がスクリーン１０の
左端を眺める場合を示している。図７の（ａ）に示すよ
うに、スクリーン１０の中心を眺める場合、観察者の観
察範囲ｄ１は、左右対称であるため、観察中心Ｃを中心
として図６に示すように同心円上に画像の解像度を変化
させることにより、人の網膜特性に適合させることがで
きる。しかし、図７の（ｂ）に示すようにスクリーン１
０の左端を眺めた場合、観察者の観察中心Ｃは観察範囲
ｄ２の中心より右よりになるため、この観察中心Ｃを中
心として図６のように同心円上に画像の解像度を変化さ
せてしまうと観察者は本来眺める画像と異なった状態の
解像度で画像を眺めるため違和感を感じてしまう。した
がって、表示画面が大きくなり、観察者が表示画面の端
部付近を眺める場合、従来のように固定された解像度の
変化により局所画像を提示したのでは、観察する画像に
対して違和感を感じてしまうという問題点があった。

【００１１】本発明は上記課題を解決するためのもので
あって、観察者の観察位置が変化しても、常に観察者に
違和感のない画像を表示することができる画像表示装置
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の画像表示装置
は、画像を表示するためのスクリーンと、画像を観察す
る観察者のスクリーン上の画像の観察位置およびスクリ
ーン上の画像に対する観察角度を検出する検出手段と、
検出手段により検出された観察位置および観察角度に応
じて、画像情報中における観察位置を中心とする所定領
域の解像度をその中心で極大にするとともに観察者から
遠い領域側ほど緩やかに近い領域側ほど急に変化させる
変化手段と、変化手段により解像度を変化させた画像情
報に対応した画像を表示する表示手段とを含む。

【００１３】

【作用】本発明の画像表示装置においては、検出手段に
より検出した観察者の画像上の観察位置および観察角度
に応じて、変化手段により観察位置を中心とする所定領
域の解像度をその中心で極大にするとともに観察者から
遠い領域側ほど緩やかに近い領域側ほど急に変化させた
後、表示手段により画像を表示する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例の画像表示装置につ
いて図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実
施例の画像表示装置の構成を示すブロック図である。

【００１５】図１において、画像表示装置は、第１投影
器１、第２投影器２、解像度制御部３、画像入力部４、
視線検出部５、スクリーン１０を含む。

【００１６】画像入力部４を介して入力された画像情報
は、解像度制御部３へ入力される。解像度制御部３は、
入力された画像情報を基に全体画像情報を第１投影器１
へ出力する。第１投影器１は、入力された全体画像情報
に対応する全体画像をスクリーン１０上に表示する。

【００１７】視線検出部５は、観察者の視線の動きを検
出するとともに、公知の磁気センサ等を用いてスクリー
ン１０に対する観察者の相対的な位置を検出し、視線検
出信号を解像度制御部３へ出力する。解像度制御部３
は、入力した視線検出信号を基に、スクリーン１０上の
観察者の観察位置を特定した後、観察位置に対応した解
像度可変範囲を設定するとともに、その範囲内の解像度
を変化させ、局所画像情報として第２投影器２へ出力す
る。第２投影器２は、入力した局所画像情報を基に観察
者の観察位置を中心とした局所画像をスクリーン１０上
に表示する。

【００１８】上記のように、第１投影器１が全体画像を
表示するとともに、第２投影器２が観察者の観察位置に
応じた解像度変化を与えた局所画像を表示する。

【００１９】次に、解像度制御部３の動作についてさら
に詳細に説明する。図７の（ｂ）に示したように、観察
者の観察位置がスクリーン１０上の左端を眺めた場合、
観察中心Ｃは観察範囲ｄ２の中心より右よりの位置にな
る。したがって、局所画像の解像度変化は、観察中心Ｃ
の右側の解像度変化が急となり、左側の解像度変化が緩
やかになる。上記のように解像度を変化させるために
は、画像の解像度を非線形に幾何学的に変換する必要が
ある。

【００２０】次に、上記の非線形な幾何学的な変換の方
法について以下に説明する。変換に必要な二次元非線形
方程式系を以下に示す。

【００２１】

【数１】

【００２２】次に、（ｘ、ｙ）座標系から（ｕ、ｖ）座
標系へ変数変換すると、（１）、（２）式は以下のよう
になる。

【００２３】

【数２】

【００２４】次に、差分法により、（３）、（４）式を
離散化すると、たとえば、その中の２項は以下のように
なる。

【００２５】

【数３】

【００２６】さらに、非同次項Ｐ、Ｑについても、離散
化する。

【００２７】

【数４】

【００２８】また、Ｑ_ijについても同様の形式で与えら
れる。次に、上式に基づいた変換および解像度の制御例
について説明する。図２は、非線形な幾何学的変換の制
御例を説明する図である。

【００２９】まず、図２の（ａ）に示すように、二次元
のカルテシアン（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ）座標系（ｘ、
ｙ）に任意形状の輪郭物体２０が与えられたとする。

【００３０】次に、図２の（ｂ）に示すように、輪郭物
体２０の輪郭線を形状の特徴が残るように離散化し、離
散化された特徴点について規則的に二次元のラベリング
付けを行なう。

【００３１】次に、図２の（ｃ）に示すように、これら
の特徴点を変換された座標系（ｕ、ｖ）に、ラベリング
付けされた番号に応じて貼付ける。これらの特徴点は、
上式を解くときの境界条件となる。方程式は非線形系で
あるので、適当な初期値を与えて反復法によりこの境界
条件の下、その解として収束値を求める。収束について
は、反復時の誤差について適時、評価基準が設定され
る。このようにして、得られた解は、ラベリングされた
座標値をもとに再びカルテシアン座標系（ｘ、ｙ）に戻
される。物体の輪郭座標値に加えて、新たに、物体内部
の座標値が得られる。これらの座標値を格子点と呼ぶ。
この内部の格子点は、上式の非同次項Ｐ、Ｑの値を制御
することにより容易にその配置を変化させることができ
る。図２の（ｄ）、（ｅ）に配置を変化させた２つの例
を示す。図２の（ｄ）では、ほぼ均一に格子点が配置し
てあり、（ｅ）では、物体の中心部を粗くし、周辺付近
の密度を高くしてある。こうした格子点の制御方法は、
提示する画像の解像度を局所的に可変制御できることを
示唆している。

【００３２】上記のような座標変換を解像度制御部３に
おいて実行することにより、画像入力部４を介して入力
された画像情報の解像度を局所的に可変制御することが
可能となる。

【００３３】次に、上記のように構成された画像表示装
置を用いて得られる解像度を変化させた画像について説
明する。図３は、一人の観察者に適合させた画像の解像
度の変化状態を説明する図である。

【００３４】図３の（ａ）は、観察者がスクリーン１０
の中心付近を眺めたときの解像度の状態を示しており、
（ｂ）はスクリーン１０の左端を眺めた場合の解像度の
状態を示しており、（ｃ）はスクリーン１０の上部を眺
めた場合の解像度の状態を示している。図３において、
破線で示す各曲線は解像度の高低差を表わす等高線を示
しており、中心付近ほど解像度が高いことを示してい
る。図３の（ａ）に示すように、スクリーン１０の中心
付近を眺めた場合、従来と同様にほぼ同心円上に解像度
が中心から周辺に行くほど低下していることがわかる。
一方、図３の（ｂ）、（ｃ）のようにスクリーン１０の
端部付近を眺めた場合、解像度は非線形に制御され、視
点から遠ざかるにつれて解像度を下げることで、表示さ
れた画像に対する歪み知覚を低減することが可能とな
り、観察者は違和感なく画像を眺めることが可能とな
る。

【００３５】次に、本発明の他の応用例として、三人の
観察者が同時に画像を眺めた場合の例について以下に説
明する。本実施例では、図１に示す視線検出部５を三人
の観察者それぞれに装着させ、三人の視線位置が解像度
制御部３へ入力されている。解像度制御部３は三人の観
察者の視線位置を基に、三人の視線位置に適合した局所
画像を第２投影器２によりスクリーン１０上に表示す
る。通常、三人が同時に眺める場合、画像の解像度の制
御については一人の場合に比べると複雑になりがちであ
るが、本発明に採用している座標変換方式によれば、変
形を加える複数の領域に対して、変換式の非同次項の関
数値を単純に加算すればよく、その処理は非常に容易な
ものとなる。また、加算する数についても、画面の大き
さと人の視覚特性との関係が満たされている限り、人数
の制限にかかわりなく増やすことが可能である。

【００３６】図４に三人の観察者に適合させた画像の解
像度の変化状態を説明する図を示す。図４の（ａ）は、
三人の観察者が同時に正面方向を眺めた場合を示してお
り、（ｂ）は三人の観察者のそれぞれがスクリーン１０
の端部付近を眺めた場合を示しており、（ｃ）は三人の
観察者がスクリーン１０のほぼ中央付近を眺めた場合を
示している。図４からわかるように、本実施例の画像表
示装置では、三人の視線位置にそれぞれ適合させた解像
度で画像を提示することができるので、多人数で同時に
１つのスクリーンを眺めた場合でも、各人が違和感なく
画像を眺めることが可能となる。この結果、上記のよう
な座標変換方式を採用することにより、観察者の人数に
応じて表示装置を増やす必要がなく、１つの投影器で複
数の観察者の視線位置に適合した解像度の画像を表示す
ることが可能となる。

【００３７】また、提示する画像の解像度を局所的に自
由に制御することができるので、一人の観察者の視線の
移動に伴った解像度の制御だけでなく、複数の観察者の
視線の移動に伴った解像度の制御が、装置の大幅な変更
を伴うことなく、画像のメモリレベルの変更で達成する
ことが可能となる。

【００３８】上記実施例では、第１投影器により全体画
像を表示し、第２投影器により局所的な画像を表示した
が、第２投影器の解像度が十分にある場合は、第２投影
器のみを用い、局所的に解像度を変化させた全体画像を
提示することも可能である。

【００３９】

【発明の効果】本発明の画像表示装置においては、任意
の領域を所望の解像度に変化させて表示することができ
るので、観察者の観察位置が変化しても、観察位置に適
合した解像度で画像を表示することができ、常に観察者
に違和感のない画像を表示することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の画像表示装置の構成を示す
ブロック図である。

【図２】非線形な幾何学的変換の制御例を説明する図で
ある。

【図３】一人の観察者に適合させた画像の解像度の変化
状態を説明する図である。

【図４】三人の観察者に適合させた画像の解像度の変化
状態を説明する図である。

【図５】従来の画像表示装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図６】従来の画像表示装置による局所画像の解像度の
状態を説明する図である。

【図７】観察位置が変化した場合の観察者の視点位置と
観察位置との関係を説明する図である。

【符号の説明】

１ 第１投影器 ２ 第２投影器 ３ 解像度制御部 ４ 画像入力部 ５ 視線検出部 １０ スクリーン

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G09G 5/36 G06T 1/00 G09G 5/00 H04N 5/74

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報に対応した画像を表示する画像
   表示装置であって、前記画像を表示するためのスクリー
   ンと、 前記画像を観察する観察者の前記スクリーン上の画像の
   観察位置および前記スクリーン上の画像に対する観察角
   度を検出する検出手段と、 前記検出手段により検出された観察位置および観察角度
   に応じて、前記画像情報中における前記観察位置を中心
   とする所定領域の解像度をその中心で極大にするととも
   に前記観察者から遠い領域側ほど緩やかに近い領域側ほ
   ど急に変化させる変化手段と、 前記変化手段により解像度を変化させた画像情報に対応
   した画像を表示する表示手段とを含む画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記変化手段は、所定の座標変換による
   幾何学的補正を行なう、請求項１に記載の画像表示装
   置。