JP2896291B2 - 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、人の網膜特性
に適合した画像を表示する画像表示装置に関し、たとえ
ば、画像通信分野、ヒューマンインターフェースを利用
する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】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６は従来の画像表示装置の
構成を示すブロック図である。

【０００３】図６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、画像蓄積部
１４、頭部方向検出部１５、視線方向検出部１６、スク
リーン１０を含む。

【０００４】第１投影器１１は、位置設定部１３を介し
て画像蓄積部１４から出力される画像全体に対応した全
体画像情報を入力され、スクリーン１０に全体画像（以
下、周辺視用の画像と称す）を表示する。

【０００５】頭部方向検出部１５および視線方向検出部
１６はスクリーン１０を観察する観察者の頭部方向およ
び視線方向を検出し、頭部方向検出信号および視線方向
検出信号を位置設定部１３へ出力する。位置設定部１３
は、入力された頭部方向検出信号および視線方向検出信
号をもとに、観察者のスクリーン１０上の観察位置を特
定する。位置設定部１３は、特定した観察位置を中心と
して予め設定された範囲で画像情報の解像度を変化させ
る領域を決定する。位置設定部１３は、画像蓄積部１４
から入力された全体画像情報の中から決定した所定の領
域の解像度を変化させて第２投影器１２へ出力する。第
２投影器１２は、入力された解像度を変化させた画像情
報を局所画像（以下、中心視用の画像と称す）として図
６に示す破線の円内の領域に表示する。

【０００６】上記の局所画像として表示される中心視用
の画像の解像度変化は人の網膜特性（文献：田崎、大
山、樋渡、“視覚情報処理”、朝倉書店、１９８５）に
基づいて解像度を落とす画像処理が行なわれている。図
７に上記文献により報告されている網膜特性を説明する
図を示す。図７の（ａ）は網膜上の中心窩からの距離を
関数とする人の視力特性を二次元的に示したものであ
り、（ｂ）は三次元的に表現したものである。図７に示
すように、人の視力特性は、網膜上の中心窩付近が最も
高く、周辺に行くほど低下していくことがわかる。これ
は、人の網膜の細胞の密度が中心窩付近に集中し、周辺
に行くほど密度が粗くなっていることに起因している。
上記の画像表示装置はこの網膜特性を予め設定してお
き、設定した網膜特性に適合するように観察者の観察位
置の中心の画像の解像度を高くし、周辺に行くほど解像
度を落とす画像処理を行なっている。上記の処理は、位
置設定部１３で行なわれ、第２投影器１２が表示する局
所画像の外縁と第１投影器１１が表示する全体画像の解
像度をなめらかに接続し、第２投影器が表示する中心視
用の画像と第１投影器が表示する周辺視用の画像の境界
知覚を低減している。

【０００７】また、位置設定部１３は観察者の観察位置
に応じて、第２投影器１２で表示する中心視用の画像の
位置を移動させているので、観察者はスクリーン１０上
のどの位置を観察したとしても、上記の網膜特性に基づ
いた解像度を変化させた画像を観察することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、人の視
覚特性は、周辺視に画像を提示した場合と提示しない場
合とでは、中心視の視力特性が異なることが実験で確認
されている。実験の方法は、被試験者が大画面の中心付
近にあるランドルト指標をながめている間、周辺視領域
にランダムドットパターンを投影する。ランドルト指標
を変えながら、周辺視領域に提示するドットパターンの
大きさも変えていくる。このときの被試験者の視力を測
定する。実験結果、周辺視の刺激の大きさが大きくなる
ほど、中心視における視力が低下することが判明してい
る。

【０００９】また、同一領域を注視している時間に比例
して周辺視の視力が上がることが報告されている。図８
に網膜特性の時間的変化を測定する実験方法を説明する
図を示す。図８に示す実験方法については、周辺視領域
にランドルト指標を複数配置して、周辺視における視力
を中心視の視力測定と同様の方法で行なっている。被試
験者は、中心視で正面方向のランドルト指標をながめる
ように教示されている。中心視からの距離を離散的に選
択し、各距離ごとに、すなわち、周辺視領域にランドル
ト指標を配置する。観察開始と同時に、周辺視領域の指
標を提示する。視力の周辺視での回復時間と視力の関係
を得るために、被試験者の視力の回復の程度にいて、観
察を開始してから、３、６、９秒ごとに測定する。ま
た、被試験者の頭部は顎台に固定されている。

【００１０】図９に上記試験方法による網膜特性の時間
的変化の測定結果を示す。このときの被試験者の視力
は、ランドルト指標で１．０であった。すなわち、これ
は、中心視における観察開始直後の視力値である。中心
視における上限を１．０から下限を０．６までの視力を
調べるために用いられた。また、中心視におけるランド
ルト指標は、およそ網膜特性を参照して、上限を０．８
から下限を０．０６までの視力を調べるために用いられ
た。周辺視の視力特性は、視野角で４０°までについ
て、１０°ごとに解析された。図９に示すように、観察
時間の経過とともに中心視の視力が低下し、一方で、周
辺視の視力が向上することが明らかになっている。

【００１１】上記の報告結果は、従来の網膜特性からだ
けでは説明できない現象である。したがって、従来の画
像表示装置では、時間的な変化を考慮せず静的な網膜特
性のみに基づいた表示画面上の画像の解像度を予め設定
された解像度の変化状態に変更しているだけで、同一領
域を注視した場合、時間の経過とともに変化する人の網
膜特性に適合させて解像度を変化させていないため、観
察している画像に対して違和感を感じるという問題があ
った。

【００１２】本発明は上記課題を解決するためのもので
あって、観察者が同一領域を注視しても、常に違和感を
感じない画像を表示す画像表示装置を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による画像表示装
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の観察
時間が長くなるに従って、画像情報中における観察位置
を中心とする中心領域の周辺領域の解像度を上げる変化
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。

【００１４】

【作用】本発明による画像表示装置においては、変化手
段により画像情報の解像度を任意に変化させることがで
きるので、時間の経過とともに変化する人の網膜特性の
変化にも適合した画像を表示手段により表示することが
できる。

【００１５】

【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。

【００１６】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、解像度可変部３、領域設定部４、
画像蓄積部５、頭部方向検出部６、視線方向検出部７、
スクリーン１０を含む。画像蓄積部１５は予め表示され
る画像が一時的に蓄積されている。画像蓄積部５は蓄積
された画像情報の中から所定の画像情報を領域設定部４
へ出力する。頭部方向検出部６および視線方向検出部７
は観察者の頭部方向および視線方向を検出し、頭部方向
検出信号および視線方向検出信号を領域設定部４へ出力
する。領域設定部４は入力された頭部方向検出信号およ
び視線方向検出信号をもとに観察者のスクリーン１０上
の観察位置を特定し、その観察位置に応じた初期の解像
度可変領域を決定する。領域設定部４は画像蓄積部５か
ら出力された画像情報の初期の解像度を変化させるとと
もに解像度可変領域を指令する解像度可変領域信号を解
像度可変部３へ出力する。解像度可変部３は入力された
画像情報と解像度可変領域信号をもとに、観察時間等を
考慮して画像情報の解像度を適宜変化させ、解像度を変
化させた中心視用の画像情報を第２投影器２へ出力する
とともに、スクリーン１０全体に対応する全体画像情報
を第１投影器１へ出力する。第１投影器１は入力した全
体画像情報に対応した全体画像（周辺視用の画像）をス
クリーン１０上に表示する。第２投影器２は入力した中
心視用の画像情報を観察者が観察している観察位置（破
線の円内の領域）に表示する。また、解像度可変部３は
後述する人の網膜特性に基づいて時間変化とともに中心
視用の画像の解像度を変化させていく。

【００１７】次に、解像度可変部３および領域設定部４
についてさらに詳細に説明する。図２は、図１に示す解
像度可変部３と領域設定部４の詳細な構成を示すブロッ
ク図である。

【００１８】図２において、領域設定部４は観察中心設
定部４１、解像度可変領域初期設定部４２を含む。観察
中心設定部４１は入力した頭部方向検出信号、視線方向
検出信号、画像情報をもとに観察者のスクリーン１０上
の観察位置を特定して、観察者の物理空間における座標
値を提示画像中の座標値に変換する。解像度変換させる
中心が決定された後、提示画面の解像度について、解像
度可変領域初期設定部４２は中心部から周辺部にかけて
初期の変化の程度を与える。

【００１９】解像度可変部３は時間−距離変換部３１、
解像度変換関数部３２、画像処理部３３を含む。時間−
距離変換部３１において、第１に、観察者の視点と観察
位置との距離に応じて解像度変換の領域を変化させる。
そのためには、予め設定された距離と変換を行なうため
の関数に含まれるパラメータとを関連付けておいて、そ
の情報を予め記憶し、必要に応じて参照する。第２に、
観察者の一定領域における観察時間を考慮する。これ
は、同一の領域を観察していると、時間の経過とともに
興味の対象は周辺部にまで及ぶことが知られている。そ
のために、解像度変換する領域の大きさについて、時間
の関数で与えておくことにより、柔軟性をシステムに与
えることが可能となる。観察時間については、その初期
値としてその平均値を与えておく。

【００２０】次に、解像度変換関数部３２により、観察
者の視点の位置に応じて解像度を実際に可変制御するた
めの処理を行なう。

【００２１】解像度の変換領域とその程度が決定され、
入力された原画像の解像度は画像処理部３３で非線形な
座標変換が施される。上記処理の後、中心視用の画像情
報を第２投影器２へ出力し、全体画像情報を第１画像投
影器１へ出力する。

【００２２】上記の各動作により、本発明の画像表示装
置は、観察者の視点と観察位置との距離に応じて解像度
可変領域を変化させるとともに、所定の時間関数に応じ
て画像の解像度を変化させることが可能となる。したが
って、画像情報の解像度を任意に変化させ、時間の経過
とともに変化する人の網膜特性の変化にも適合した画像
を表示することができ、観察者が同一領域を注視して
も、常に違和感の感じない画面を表示することが可能と
なる。

【００２３】次に、上記の画像表示装置の画像の解像度
を変化させる方法についてさらに具体的に説明する。

【００２４】図７に示した従来の網膜特性を時間により
変化させるためには制御するパラメータに関して制御条
件が必要となる。従来の知見によれば（文献：田崎、大
山、樋渡、“視覚情報処理”、朝倉書店、１９８５）、
人の視覚情報処理は並列的なプロセスを含むが、その総
処理量には限界があることが知られている。視覚心理実
験の結果が示すように、周辺視に画像を提示すると、そ
の分、中心視の視力が低下することは処理機構における
分担が行なわれていることを示唆している。これは、言
換えると、視覚的な仕事量は常に一定に保たれていると
推察できる。このことに基づいてモデル化すると、網膜
上の中心窩の視力が低下した分、周辺視の視力特性が向
上すると考えられる。数理工学的に言えば、三次元の関
数で近似し、その積分値が一定になるように変形を与え
ることになる。図３に解像度を可変した場合の網膜特性
を関数化したモデルを示す。図３の（ａ）、（ｂ）は初
期の状態を示し、（ｃ）、（ｄ）は時間経過時の状態を
示す。また、図３の（ａ）、（ｃ）は網膜特性を二次元
的に示したモデルであり、（ｂ）、（ｄ）は三次元的に
示したモデルである。図３の（ｃ）、（ｄ）に示すよう
に、時間の経過（ｔ１→ｔ２→ｔ３）に従い、中心視の
視力が低下するとともに、周辺視の視力が向上している
のがわかる。

【００２５】通常、上記の網膜特性はガウス分布型関数
Ｇ（ｘ、ｙ）で近似される。

【００２６】

【数１】

【００２７】ここで、σは標準偏差、ｘ、ｙは注視点か
らの座標値を示す。また、時間の変数を導入するため
に、σ＝σ（ｔ）と仮定する。σは表示画面上の画像に
おけるぼけの範囲を示しているので、上記に述べたよう
に、観察者の観察時間に応じて図９に示した実験結果に
基づき、シグモイド型関数で近似できるパターンで表現
することができる。図４に上記のシグモイド型関数で近
似した分散値と時間との関係を示す。測定した時間が、
３、６、９秒ごとであったので、図９で示した視野角の
変化から、周辺視の視力が向上する表現は、ガウス型分
布パターンの分散値が大きくなることと等価に考えるこ
とができる。９秒以降は測定していないが、ある時間を
経過すると、ぼけの知覚量は飽和するとみなしている。

【００２８】次に、視力の中心視での低下と、周辺視で
の向上について考える。この場合は、ガウス分布型関数
Ｇ（ｘ，ｙ）の定数であった１／（２πσ² ）の項が、
１／｛２π（σ（ｔ））² ｝となっていることで、σ
（ｔ）の値とは反比例の関係にあることがわかる。しか
しながら、実際の中心視と周辺視の相対的な視力の変化
は、１／｛２π（σ（ｔ））² ｝の値が示す変化ほど著
しくない。そのため、この項をｇ＝ｇ（ｔ）と置き直
す。この関数については、実験の結果から、観察開始時
の視力とそのときのおよそ８０％の視力の２つの値を考
えれば、ｔ＝０〜９秒間までの中心視における最大視力
の時間的な変化を近似できる。このようにして、図３に
示す解像度を可変にした場合の網膜特性を関数化したモ
デルを時間の関数として設計できる。なお、図３に示す
ｖ１、ｖ２は、中心視における最も解像度がいい場合の
値を示す。また、ｒｘ、ｒｙ、ｄｘ、ｄｙは、表示画像
に対する処理領域の大きさを示す。これらの変数の範囲
の例として、視野角で４０°をおよその上限と設定して
いる。実際には、およそ６０°までが周辺視で可視でき
る範囲であるが、実用上４０°を１つの目途としても問
題がない。

【００２９】次に、上記のように構成された画像表示装
置を用いて解像度を可変した場合の表示画面上の状態に
ついて説明する。図５は、表示画面上の解像度の変化を
説明する図である。図５に示す各円は解像度の高低差を
示す等高線であり、同じ解像度の円を破線で連結して示
している。図５に示す表示画面の時間経過は、（ａ）→
（ｂ）→（ｃ）の順に時間が経過している状態を示して
いる。図５に示すように、観察者の観察時間の長さに応
じて、次第に周辺視における解像度が初期の解像度から
上がっていく過程がわかる。一方、中心視における解像
度については次第に低下していることがわかる。このよ
うに、時間推移に従い解像度の範囲およびその解像度の
程度を可変できるようになったことにより、観察者が同
一領域を注視しても、常に違和感を感じない画像を表示
することが可能となる。

【００３０】上記実施例では、表示する画像を画像蓄積
部５に予め蓄積しておいたが、画像蓄積部５の代わりに
画像入力部を具備することにより、外部から入力される
画像情報についても同様に適用することが可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明による画像表示装置においては、
変化手段により画像情報の解像度を任意に変化させてい
るので、たとえば、表示する解像度を観察者の観察時間
に応じて、その解像度の変化の範囲および解像度の変化
の程度を容易に制御できるため、時間の経過ととに変化
する人の網膜特性に適合した表示解像度で画像を表示す
ることができる。したがって、観察者が同一領域を注視
しても、常に違和感を感じ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】解像度可変部および領域設定部の詳細な構成を
示すブロック図である。

【図３】解像度を可変する場合の網膜特性を関数化した
モデルを示す図である。

【図４】分散値と時間との関係を示す図である。

【図５】表示画面上の解像度の変化を説明する図であ
る。

【図６】従来の画像表示装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図７】従来報告されている網膜特性を説明する図であ
る。

【図８】網膜特性の時間的変化を測定する実験方法を説
明する図である。

【図９】網膜特性の時間的変化の測定結果を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 第１投影器 ２ 第２投影器 ３ 解像度可変部 ４ 領域設定部 ５ 画像蓄積部 ６ 頭部方向検出部 ７ 視線方向検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G09G 5/36 520 G06T 3/40 G09G 5/00 550

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の観察時間が長
   くなるに従って、前記画像情報中における前記観察位置
   を中心とする中心領域の周辺領域の解像度を上げる変化
   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、前記観察時間が長くな
   るに従って、前記画像情報中における前記観察位置を中
   心とする中心領域の解像度を下げる、請求項１に記載の
   画像表示装置。