JP3452244B2 - 3次元表示方法及び装置 - Google Patents
3次元表示方法及び装置Info
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- JP3452244B2 JP3452244B2 JP15487499A JP15487499A JP3452244B2 JP 3452244 B2 JP3452244 B2 JP 3452244B2 JP 15487499 A JP15487499 A JP 15487499A JP 15487499 A JP15487499 A JP 15487499A JP 3452244 B2 JP3452244 B2 JP 3452244B2
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Description
び装置に関し、特に、3次元像の情報量を少なくして、
電子的に動画再生できる3次元表示方法及び装置に関す
るものである。
が少なく、動画の立体表示を可能とする装置として、図
9に示す液晶シャッタ眼鏡方式がよく知られている。こ
の方式の原理について以下に述べる。3次元物体901
を異なる方向から撮像した像(視差像)をカメラ90
2、903によって撮像する。カメラ902、903か
らの映像を合成して1つの映像信号とするための映像信
号変換装置904を通して2次元表示装置905に入力
する。観察者907は、液晶シャッタ眼鏡906をかけ
て2次元表示装置の映像を観察する。
装置905が、カメラ903の映像表示時に、右側は透
過状態、左側は非透過状態とする。2次元表示装置90
5が、カメラ902の映像表示時に、左側は透過状態、
右側は非透過状態とする。これを高速で切り替えると、
眼の残像効果により両眼に視差像が見えるように感じ、
両眼視差による立体視が可能となる。前記図9の立体表
示方式の詳細は、例えば、本出願の先願である特願平1
0−70592号明細書の記載を参照するものとし、こ
こではその説明は省略する。
必須であるため、テレビ会議のような場合には、非常に
不自然であるという問題があった。さらに、立体視の生
理的要因の中で、両眼視差、輻輳と、ピント調節との間
に大きな矛盾が生じる。すなわち、両眼視差と輻輳は、
ほぼ満足できるが、ピント面が表示面にあるため、この
矛盾により、眼精疲労などを生じるという問題があっ
た。
調節との間の矛盾を解決するために、図10(a)及び
(b)に示すように、観察者の前に2次元表示装置を多
数枚表示することにより、3次元物体を表示する体積型
方式が提案されている。図10(a)及び(b)におい
て、3次元物体1001を観察者から見て奥行き方向に
標本化して2次元像の集まり1002とし、この2次元
像の集まり1002を、図10(a)のように、体積型
3次元表示装置1003を用いて、例えば、図10
(b)に示すように、時分割で再び奥行き方向に配置し
て3次元の再現像1004を再構成する。この方式は、
再現する3次元物体1001の奥行き位置が実際に像を
表示する面に近くて、かつその面に挟まれているため、
図9に示した従来方法と異なり、両眼視差、輻輳と、ピ
ント調節との間の矛盾を抑制できる。
では、奥行き方向に位置が離散的であるため、その中間
位置の物体や奥行き方向に大きく変化している物体を再
現するのが困難であるという問題があった。
体視の生理的要因間での矛盾を抑制し、電気的に書き換
えが可能で、奥行き方向での前後像に輝度変化を付ける
ことにより、位置が離散的であったものの間を補完する
ことのできる3次元立体表示装置を図11に示す。
するために、2次元像1104と2次元像1105を表
示する。この2次元像の輝度を前後で変化させることに
より、観察者1101から見て3次元像1106の位置
が変化して見えるという3次元表示方式である。図11
(b)は、これを光学系1114を観察者との間に配す
ることにより、3次元像を観察者1111と表示装置の
間に実像として再現することができる。前記図10及び
図11の3次元表示方法の詳細は、例えば、本出願の先
願である特願平10−139602号明細書の記載を参
照するものとし、ここではその説明は省略する。
11に示す3次元表示方法では、観察者が位置を移動し
たときに、前後の2次元像が重なり合わず、位置がずれ
てしまい、3次元像がぼけてしまう。このため観察者の
位置もしくは観察者の視点の移動がある程度限定されて
しまうという問題があった。
しくは観察者の視点が移動しても)、前後面の表示像の
ズレを無くし、あるいは違和感のない程度に最小限にす
ることが可能な技術を提供することにある。
(もしくは観察者の視点が移動しても)、視域を拡大す
ることが可能な技術を提供することにある。本発明の前
記ならびにその他の目的及び新規な特徴は、本明細書の
記述及び添付図面によって明らかにする。
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。 (1)観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の
表示面に対して、観察者の視線方向から射影した2次元
化像を生成し、この生成した2次元化像を各表示面上の
前記2次元化像の輝度を変えて表示する3次元表示方法
であって、観察者の前後左右上下への視点の移動を検出
し、この検出された視点の移動に応じて、前記複数枚の
2次元化像に対し平行移動、拡大、縮小のうちいずれか
1つまたは複数の変換処理を行い、前記各表示面に表示
する2次元化像を変換して表示することを特徴とする。 (2)観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の
表示面に対して、観察者の視線方向から射影した2次元
化像を生成し、この生成した2次元化像を各表示面上の
前記2次元化像の輝度を変えて表示する3次元表示方法
であって、観察者の前後左右上下への視点の移動を検出
し、この検出された視点の移動に応じて、前記複数枚の
2次元化像を表示する表示面を平行移動させることを特
徴とする。 (3)観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の
表示面に対して、観察者の視線方向から射影した2次元
化像を生成し、この生成した2次元化像を表示したい奥
行き位置に応じて各表示面に分配し、前記2次元化像の
輝度を変えて表示する3次元表示方法であって、観察者
の前後左右上下への視点の移動を検出し、この検出され
た視点の移動に応じて、前記複数枚の2次元化像に対し
平行移動、拡大、縮小のうちいずれか1つまたは複数の
変換処理を行い、前記各表示面に表示する2次元化像を
変換して表示することを特徴とする。 (4)観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の
表示面に対して、観察者の視線方向から射影した2次元
化像を生成し、この生成した2次元化像を表示したい奥
行き位置に応じて各表示面に分配し、前記2次元化像の
輝度を変えて表示する3次元表示方法であって、観察者
の前後左右上下への視点の移動を検出し、この検出され
た視点の移動に応じて、前記複数枚の2次元化像を表示
する表示面を平行移動させることを特徴とする。 (5)前記(1)〜(4)のうち、いずれか1つの3次
元表示方法において、各表示面に表示する2次元化像
を、さらに、移動後の視点で見える像に書き換えて表示
することを特徴とする。 (6)観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の
表示面に対して、観察者の視線方向から射影した2次元
化像を生成する2次元化像生成装置と、前記生成された
2次元化像の輝度を変えて表示する輝度変換装置を具備
する3次元表示装置であって、観察者の前後左右上下へ
の視点の移動を検出する視点移動検出装置と、前記検出
された視点の移動に応じて前記複数枚の2次元化像に対
し平行移動、拡大、縮小のうちいずれかまたは複数の変
換処理を行う手段と、前記変換された2次元化像を表示
する表示装置を具備することを特徴とする。 (7)観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の
表示面に対して、観察者の視線方向から射影した2次元
化像を生成する2次元化像生成装置と、前記生成された
2次元化像の輝度を変えて表示する輝度変換装置を具備
する3次元表示装置であって、観察者の前後左右上下へ
の視点の移動を検出する視点移動検出装置と、前記複数
枚の2次元化像を表示する表示装置と、前記検出された
視点の移動に応じて前記表示装置を平行移動させる手段
を具備することを特徴とする。 (8)観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の
表示面に対して、観察者の視線方向から射影した2次元
化像を生成する2次元化像生成装置と、前記生成された
2次元化像を、表示したい奥行き位置に応じて各々の位
置に対応した表示装置に分配する分配装置と、前記2次
元化像の輝度を変えて表示する輝度変換装置を具備する
3次元表示装置であって、観察者の前後左右上下への視
点の移動を検出する視点移動検出装置と、前記検出され
た視点の移動に応じて前記複数枚の2次元化像に対し平
行移動、拡大、縮小のうちいずれかまたは複数の変換処
理を行う手段と、前記変換された2次元化像を表示する
表示装置を具備することを特徴とする。 (9)観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の
表示面に対して、観察者の視線方向から射影した2次元
化像を生成する2次元化像生成装置と、前記生成された
2次元化像を、表示したい奥行き位置に応じて各々の位
置に対応した表 示装置に分配する分配装置と、前記2次
元化像の輝度を変えて表示する輝度変換装置を具備する
3次元表示装置であって、観察者の前後左右上下への視
点の移動を検出する視点移動検出装置と、前記複数枚の
2次元化像を表示する表示装置と、前記検出された視点
の移動に応じて前記表示装置を平行移動させる手段を具
備することを特徴とする。 (10)前記(6)〜(9)のうち、いずれか1つの3
次元表示装置において、各表示装置に表示する2次元化
像を、さらに、移動後の視点で見える像に書き換える2
次元化像書き換え装置を具備することを特徴とする。 (11)前記(6)〜(10)のうち、いずれか1つの
3次元表示装置において、視点移動検出装置は、赤外線
センサ、超音波センサ、レーザ距離センサ、光センサ、
カメラ画像による位置検出、磁気センサのうちいずれか
1つまたは複数の組み合わせから構成されることを特徴
とする。
移動した場合においても、観察者の前後左右上下への視
点の移動を検出し、この検出された視点の移動に応じて
前記各表示装置に表示する2次元化像を変換して表示す
ることにより、前後面の表示像のズレを無くし、あるい
は違和感のない程度に最小限にするので、前後の像の重
なりの違いによるボケの無い、あるいはボケの少ない3
次元画像の再現が可能となる。 (b)観察者の視点が移動した場合、もしくは観察者が
移動した場合においても、観察者の前後左右上下への視
点の移動を検出し、この検出された視点の移動に応じ
て、前記各表示装置に表示する2次元化像を変換して表
示することにより、視域を拡大することが可能となる。 (c)観察者の視点が移動した場合、もしくは観察者が
移動した場合においても、観察者の視点の移動に応じ
て、表示装置あるいは立体表示装置を移動させることに
より、視域を拡大することが可能となる。 (d)観察者の視点が移動した場合、もしくは観察者が
移動した場合においても、観察者の視点の移動に応じ
て、前記各表示装置に表示する2次元化像を、移動後の
視点で見える像に書き換えることにより、視域を拡大す
ることが可能となる。
例)を図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明
の実施の形態の3次元表示装置の概略構成を示す装置の
槻念構成図である。本実施の形態の3次元表示装置の各
部の具体的な構成及び動作において、前述した本出願の
先願である特願平10−139602号明細書に記載の
機能と同一の機能を有するものの詳細な説明は、該先願
の明細書の記載を参照するものとし、ここではその説明
は省略する。
(a)に示すように、2次元化像生成装置102によっ
て生成された、奥行き情報を持った2次元像を、分配装
置103によって奥行きの位置ごとに複数枚(この場合
は5枚)に分配する。それぞれ分配された奥行き情報を
持った2次元画像を、輝度変換装置104でその画像内
での奥行きによって輝度を変化させる。それを位置変換
装置(2次元化像変換装置)105によって、観察者の
方向から見て、画像の軸が重なり合うような位置に表示
画素を移動させ、2次元表示装置106〜110に表示
し、3次元表示を可能とする。
ための図を図2に示す。像面202と像面203の間に
表現したい像207は、像面202と像面203に表示
する。像面203と像面204の間に表現したい像20
8は、像面203と像面204に表示する。像面204
と205の間、また、像面205と像面206の間に表
現したい像も同様に表示する。この表現したい像(例え
ば、像207)は、この像面202と像面203の間の
どの位置でも良い。像面(例えば、像面204)を跨い
で表現したい像209は、像面204より前方に表現し
たい部分は、前方の像208と同様に表示し、像面20
4より後方に表現したい部分は、後方の像210と同様
に表示することにより、表現可能である。
によって生成された、奥行き情報を持った2次元像を、
分配装置123によって奥行きの位置ごとに複数枚(こ
の場合は5枚)に分配する。それぞれ分配された奥行き
情報を持った2次元画像を、輝度変換装置124でその
画像内での奥行きによって輝度を変化させる。それを位
置変換装置(2次元化像変換装置)125によって、観
察者の方向から見て、画像の軸が重なり合うような位置
に表示装置126〜130を移動させ、2次元表示装置
126〜130に表示し、3次元表示を可能とする。
明するための概念図である。図3(a)は、3次元像3
12を2つの像面301、302の中間あたりに像を再
現している場合についての概念図である。観察者が観察
者303の視点位置から観察する場合、前後の像面に表
示する像の位置関係は、像306、309の位置にな
る。しかし、観察者303の視点が観察者304の視点
の位置に移動した場合には、3次元像312の再現位置
は固定されている必要があるので、像306を像307
の位置へ、像309を像311の位置へ移動する。同じ
く観察者305の視点の位置へ移動した場合には、同じ
く像308、像310の位置へ移動する。
面321、322の間の像面322に近い側に像を再現
している場合についての概念図である。観察者が観察者
323の視点位置から観察する場合、前後の像面に表示
する像の位置関係は、像326,329の位置になる。
4の視点の位置に移動した場合には、3次元像313の
再現位置は固定されている必要があるので、像326を
像327の位置へ移動し、像329はほぼその位置のま
まにする。同じく観察者325の視点の位置へ移動した
場合には、同じく像326を像328の位置へ移動す
る。
面331、332の間の像面331に近い側に像を再現
している場合についての概念図である。観察者が観察者
333の視点位置から観察する場合、前後の像面に表示
する像の位置関係は、像336、337の位置になる。
4の視点の位置に移動した場合には、3次元像314の
再現位置は固定されている必要があるので、像337を
像339の位置へ移動し、像336はほぼその位置のま
まにする。同じく観察者335の視点の位置へ移動した
場合には、同じく像337を像338の位置へ移動す
る。
(a)から図3(c)までの移動方法を組み合わせるこ
とにより、観察者の視点が移動しても、前後の像の位置
の違いによる2重像が解消でき、前後の像面の像の重心
位置や輪郭が重なり合い、観察者から見て1つの物体の
表示として認識できる。
ための概念図である。像の移動方法の1つとしては、図
4に示すように2次元表示装置に表示している表示像4
03を上下左右に移動(図4(a))、あるいは表示像
413を拡大縮小(図4(b))、あるいはこの両方を
組み合わせて電気的に表示画素を書き換える方法があ
る。この場合、観察者が大きく移動したことにより、図
形を若干変形(台形歪みなど)する必要がある時には、
同時に表示装置の表示画素の変換も行う。ただし、画像
の移動量が小さい場合には、観察者に違和感の無い程度
までは、このような変換は必要がない。
も、画像をその方向から見た画像に書き換えることによ
り、自然な3次元表示を可能にすることができる。観察
者の方向から見た像を常に表示することにより、移動し
ている観察者からも自然な3次元表示を観察できる。例
えば、観察者が左向きに移動したときには、表示する像
を観察者の位置に対応した左の視点から見た像に書き換
える。これを観察者の位置の移動に応じて書き換えるこ
とにより、動的視差を満足することができる。観察者の
上下の移動にも同様な方法で動的視差を実現する。この
移動した位置からの像の生成は、図1の位置センサ11
1によって得られた観察者の位置の情報を用いて、対応
した像を2次元化像生成装置102で生成し、表示す
る。
すように、2次元表示装置を機械的に移動させる方法が
ある。機械的に移動する場合(図5、図6)には、2次
元表示装置501、502、503を移動する方法(図
5(a))と、ハーフミラーを用いている3次元表示装
置ではハーフミラー514、515を回転、移動させる
方法(図5(b))、3次元表示601全体を移動する
方法(図6)がある。
がある時には、同時に表示装置の表示画素の変換、ある
いはプリズムなどの光学系による補正も行う。光学系に
は、プリズム、レンズ、平行平板などのうち1つ、ある
いは組み合わせを用いることができる。ただし、画像の
移動量が小さい場合には、観察者に違和感の無い程度ま
では、このような変換は必要がない。機械的に表示装置
を移動することにより、表示装置の物理的な位置が変化
するため、視域の拡大が可能である。また、立体表示装
置全体を移動する方法では、観察者の位置に追従して移
動させることにより、視域も大きく拡大できる。
移動する方法と、前記機械的に移動する方法を組み合わ
せることも可能である。この方法では、例えば、観察者
の大きな移動の追従には機械的な方法で移動させ視域を
拡大し、観察者のわずかな移動の追従には表示画素を移
動させることにより、移動装置の簡略化や観察者からの
違和感を無くし、迅速な移動が可能となる。
くつかあるが、例えば、図7(a)のような赤外線セン
サ、図7(b)のような超音波距離センサ、レーザ距離
センサ、図7(c)のような光センサ、図8(a)のよ
うなカメラの映像から位置を検出する方法、図8(b)
のような磁気センサなどを用いることができる。
き具体的に説明したが、本発明は前記実施形態(実施
例)に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲において種々変更し得ることは勿論である。
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。 (1)観察者の視点が移動した場合、もしくは観察者が
移動した場合においても、前後面の表示像のズレを無く
し、あるいは違和感のない程度に最小限にするので、前
後の像の重なりの違いによるボケの無い、あるいはボケ
の少ない3次元画像を再現することができる。 (2)観察者の視点が移動した場合、もしくは観察者が
移動した場合においても、観察者の視点の移動に応じ
て、各表示装置に表示する2次元化像を変換して表示す
るので、視域を拡大することができる。 (3)観察者の視点が移動した場合、もしくは観察者が
移動した場合においても、観察者の視点の移動に応じ
て、表示装置あるいは立体表示装置を移動させるので、
視域を拡大することができる。 (4)観察者の視点が移動した場合、もしくは観察者が
移動した場合においても、観察者の移動に応じて、画像
をその方向から見た画像に書き換き換えることにより、
自然な3次元表示を可能にすることができる。また、観
察者の方向から見た像を常に表示することにより、移動
している観察者からも自然な3次元表示を観察できる。
例えば、観察者が左向きに移動したときには、表示する
像を観察者の位置に対応した左の視点から見た像に書き
換える。これを観察者の位置の移動に応じて書き換える
ことにより、動的視差を満足することができる。また、
観察者の上下の移動にも同様な方法で動的視差を実現す
ることができる。
成を示す槻念構成図である。
概念図である。
概念図である。
す図である。
めの図である。
めの図である。
図である。
の図である。
る。
図である。
図である。
生成装置、103,123…分配装置、104,124
…輝度変換装置、105,125…位置変換装置(2次
元化像変換装置)、106〜110,126〜130…
2次元表示装置。
Claims (11)
- 【請求項1】 観察者から見て異なった奥行き位置にあ
る複数の表示面に対して、観察者の視線方向から射影し
た2次元化像を生成し、この生成した2次元化像を各表
示面上の前記2次元化像の輝度を変えて表示する3次元
表示方法であって、観察者の前後左右上下への視点の移
動を検出し、この検出された視点の移動に応じて、前記
複数枚の2次元化像に対し平行移動、拡大、縮小のうち
いずれか1つまたは複数の変換処理を行い、前記各表示
面に表示する2次元化像を変換して表示することを特徴
とする3次元表示方法。 - 【請求項2】 観察者から見て異なった奥行き位置にあ
る複数の表示面に対して、観察者の視線方向から射影し
た2次元化像を生成し、この生成した2次元化像を各表
示面上の前記2次元化像の輝度を変えて表示する3次元
表示方法であって、観察者の前後左右上下への視点の移
動を検出し、この検出された視点の移動に応じて、前記
複数枚の2次元化像を表示する表示面を平行移動させる
ことを特徴とする3次元表示方法。 - 【請求項3】 観察者から見て異なった奥行き位置にあ
る複数の表示面に対して、観察者の視線方向から射影し
た2次元化像を生成し、この生成した2次元化像を表示
したい奥行き位置に応じて各表示面に分配し、前記2次
元化像の輝度を変えて表示する3次元表示方法であっ
て、観察者の前後左右上下への視点の移動を検出し、こ
の検出された視点の移動に応じて、前記複数枚の2次元
化像に対し平行移動、拡大、縮小のうちいずれか1つま
たは複数の変換処理を行い、前記各表示面に表示する2
次元化像を変換して表示することを特徴とする3次元表
示方法。 - 【請求項4】 観察者から見て異なった奥行き位置にあ
る複数の表示面に対して、観察者の視線方向から射影し
た2次元化像を生成し、この生成した2次元化像を表示
したい奥行き位置に応じて各表示面に分配し、前記2次
元化像の輝度を変えて表示する3次元表示方法であっ
て、観察者の前後左右上下への視点の移動を検出し、こ
の検出された視点の移動に応じて、前記複数枚の2次元
化像を表示する表示面を平行移動させることを特徴とす
る3次元表示方法。 - 【請求項5】 前記各表示面に表示する2次元化像を、
さらに、移動後の視点で見える像に書き換えて表示する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載
の3次元表示方法。 - 【請求項6】 観察者から見て異なった奥行き位置にあ
る複数の表示面に対して、観察者の視線方向から射影し
た2次元化像を生成する2次元化像生成装置と、前記生
成された2次元化像の輝度を変えて表示する輝度変換装
置を具備する3次元表示装置であって、観察者の前後左
右上下への視点の移動を検出する視点移動検出装置と、
前記検出された視点の移動に応じて前記複数枚の2次元
化像に対し平行移動、拡大、縮小のうちいずれかまたは
複数の変換処理を行う手段と、前記変換された2次元化
像を表示する表示装置を具備することを特徴とする3次
元表示装置。 - 【請求項7】 観察者から見て異なった奥行き位置にあ
る複数の表示面に対して、観察者の視線方向から射影し
た2次元化像を生成する2次元化像生成装置と、前記生
成された2次元化像の輝度を変えて表示する輝度変換装
置を具備する3次元表示装置であって、観察者の前後左
右上下への視点の移動を検出する視点移動検出装置と、
前記複数枚の2次元化像を表示する表示装置と、前記検
出された視点の移動に応じて前記表示装置を平行移動さ
せる手段を具備することを特徴とする3次元表示装置。 - 【請求項8】 観察者から見て異なった奥行き位置にあ
る複数の表示面に対して、観察者の視線方向から射影し
た2次元化像を生成する2次元化像生成装置と、前記生
成された2次元化像を、表示したい奥行き位置に応じて
各々の位置に対応した表示装置に分配する分配装置と、
前記2次元化像の輝度を変えて表示する輝度変換装置を
具備する3次元表示装置であって、観察者の前後左右上
下への視点の移動を検出する視点移動検出装置と、前記
検出された視点の移動に応じて前記複数枚の2次元化像
に対し平行移動、拡大、縮小のうちいずれかまたは複数
の変換処理を行う手段と、前記変換された2次元化像を
表示する表示装置を具備することを特徴とする3次元表
示装置。 - 【請求項9】 観察者から見て異なった奥行き位置にあ
る複数の表示面に対して、観察者の視線方向から射影し
た2次元化像を生成する2次元化像生成装置と、前記生
成された2次元化像を、表示したい奥行き位置に応じて
各々の位置に対応した表示装置に分配する分配装置と、
前記2次元化像の輝度を変えて表示する輝度変換装置を
具備する3次元表示装置であって、観察者の前後左右上
下への視点の移動を検出する視点移動検出装置と、前記
複数枚の2次元化像を表示する表示装置と、前記検出さ
れた視点の移動に応じて前記表示装置を平行移動させる
手段を具備することを特徴とする3次元表示装置。 - 【請求項10】 前記各表示装置に表示する2次元化像
を、さらに、移動後の視点で見える像に書き換える2次
元化像書き換え装置を具備することを特徴とする請求項
6乃至9のいずれか1項に記載の3次元表示装置。 - 【請求項11】 前記視点移動検出装置は、赤外線セン
サ、超音波センサ、レーザ距離センサ、光センサ、カメ
ラ画像による位置検出、磁気センサのうちいずれか1つ
または複数の組み合わせから構成されることを特徴とす
る請求項6乃至10のいずれか1項に記載の3次元表示
装置。
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---|---|---|---|
JP15487499A JP3452244B2 (ja) | 1998-09-17 | 1999-06-02 | 3次元表示方法及び装置 |
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JP26280498 | 1998-09-17 | ||
JP15487499A JP3452244B2 (ja) | 1998-09-17 | 1999-06-02 | 3次元表示方法及び装置 |
Publications (2)
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ID=26483029
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