JP3691612B2

JP3691612B2 - 画像表示装置

Info

Publication number: JP3691612B2
Application number: JP32387396A
Authority: JP
Inventors: 誠人奥井; 真司井出
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: JPH10164621A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高臨場感を与える画像を表示することのできる画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像表示装置において高臨場感を与える要素の１つに広視野化がある。ＮＴＳＣ標準方式など現行のテレビジョン方式を基準として考えると、ハイビジョン方式の表示画面や劇場用映画のスクリーンは視野が広がっていて高い臨場感を得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
とくに、ハイビジョン方式においては、現行テレビジョン方式に比べて高解像度化することにより表示画面に近づいて見ることができるようにし、広い画角（表示画面の左右両端と観視者の眼を結ぶ直線が挟む角）を確保している。しかし、より広い画角を確保するために、観視者の眼と表示装置の画像表示面の各画素点までの距離である視距離を小さくすると、解像度が不足するだけでなく圧迫感など不自然さが増すことが分かっている。この不自然さの要因は未だ十分検討されていないが、観視者が見込む表示画面上の中央部と周辺部とで視距離の差が極端になることがその一因と考えられる。
【０００４】
この表示画面の中央部と周辺部とでの視距離の差が極端になることを避けるために、湾曲した画像表示面を使用することが行われている。湾曲したスクリーンやドームスクリーンが劇場用映画のスクリーンに使用されているのはその一例であるが、小規模システムや一般家庭用の表示装置への使用は現実にはないし、今後もその実現は難しい。
【０００５】
本発明の目的は、使用する表示装置が、実際には湾曲した画像表示面を有していないにもかかわらず、画像の中央部と周辺部とで視距離の差が生じない湾曲した画像表示面を設けて、そこにテレビジョン等の画像を映出したのと等価な効果をもたせた画像表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る画像表示装置は、入力した２次元画像信号に基づく２次元画像の画面内座標位置を、前記２次元画像信号から生成された左眼用画像信号及び右眼用画像信号に対しそれぞれ水平シフト量分調整した位置に変換表示する変換手段を有し、前記変換手段により得られた調整画像を、画像の中央部と周辺部で視距離の差が生じない湾曲した画像表示面である仮想表示面上に２次元画像として表示する。
【０００８】
また、この発明に係る画像表示装置は、前記仮想表示面が、観視者からみて凹形状に湾曲した画面を有する。
【０００９】
また、この発明に係る画像表示装置は、前記変換手段が、右眼用画像及び左眼用画像に対し水平シフト量を調整して前記画像表示面の画面内座標に座標変換し、画像信号を生成する幾何学変換回路と、前記幾何学変換手段によって生成された画像信号により、前記水平シフト量を調整した画像を立体画像として表示する２眼式立体画像表示装置とを有する。
【００１０】
また、この発明に係る画像表示装置は、前記幾何学変換回路が、前記水平シフト量Δｘを、左右両眼間の間隔ｄ、左右の視点Ｅｌ，Ｅｒ、視距離Ｄ、仮想の湾曲した表示面の中心位置Ｏ、及び半径Ｒから、式（１）或いは式（２）

により求める。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明画像表示装置の原理的構成を示すブロック図である。
図１において、１は幾何学変換回路、および２は立体画像表示装置である。
【００１２】
ここで、入力画像信号は幾何学変換回路１により変換され、右眼および左眼用画像信号が生成される。これらの信号は、２眼式立体画像表示装置２により立体画像として表示される。２眼式立体画像表示装置２は、いわゆる偏光方式や時分割方式などによる従来周知のものである。
【００１３】
本発明画像表示方法および装置は、立体画像表示装置２（図１参照）により立体視を得るものであるが、奥行感を表現するいわゆる３次元画像表示装置ではなく、特定の面（仮想表示面）に画像を２次元表示するものである。すなわち、本発明方法および装置は、表示される画像の奥行き情報は後述する仮想表示面に相当するものでしかなく、観視者は、２次元画像をあたかも湾曲した画像表示面上に表示したものであるかのごとく体感できる特徴がある。
【００１４】
次に、図１における幾何学変換回路２の動作を図２（ａ），（ｂ）および（ｃ）を参照して説明する。
幾何学変換回路１（図１参照）は、２次元入力画像信号を受信して、これを任意の仮想表示面上に２次元画像として表示し得るように座標変換するもので、すなわち、図２において、入力画像中の任意の画素、すなわち、画面内座標（ｘ，ｙ）の位置（図２（ａ））における画像情報Ｑは、右眼用画像に対してはＱｒ（ｘ＋Δｘ，ｙ）の位置（図２（ｂ））に、左眼用画像に対してはＱｌ（ｘ−Δｘ，ｙ）の位置（図２（ｃ））にそれぞれ変換表示されることになる。このように座標変換された画像（図２（ｂ）および（ｃ））を、観視者がそれぞれ右目および左目で観視することにより、観視者にとって、入力２次元画像があたかも湾曲した画像表示面上に表示されているかのような視覚効果が得られる。
【００１５】
上記において、Δｘ（以下、水平シフト量という）が表示される２次元画像の前後方向（奥行方向）と直接関係し、このシフト量を画面を構成するすべての画素点に対してそれぞれ適当に選ぶことにより、本発明の目的の一つである高臨場感を与える湾曲した仮想表示面上に表示された２次元画像が得られる。
【００１６】
図３は、この関係を説明するための、本発明画像表示装置の一実施形態を示し、観視者の左右両眼の視点位置と表示画面（実際の画像表示装置の画像表示面Ｓと仮想表示面Ｓ′）の位置を上方からみた平面図であり、これにより幾何学変換回路において発生させる水平シフト量Δｘの求め方について説明する。
【００１７】
図３において、左右両眼の視点の中央Ｅを座標の原点とし、観視者は画像表示面Ｓに正対しているものとする。原点を通り画像表示面Ｓに平行な水平方向の軸をｘ軸、垂直方向の軸をｙ軸とし、さらに原点と画像表示面Ｓの中央の点Ｃとを結ぶ軸をｚ軸とする。本実施の形態においては、仮想表示面Ｓ′は水平方向のみに半径Ｒで湾曲した円筒の一部をなすものとし、その仮想の表示面Ｓ′の湾曲の中心位置Ｏはｚ軸上の点（０，０，Ｚ_c）にあり、湾曲の半径はＲであるとする。
【００１８】
いま、２次元の映像（立体でない）を画像表示面Ｓに表示する場合に、ある画像要素が画面中央からｘの位置にある点Ｑに表示されるものとする。この画像要素が見かけ上仮想表示面（湾曲した表示面）Ｓ′上の点Ｐに位置するように、この画像要素の表示位置を画像表示面Ｓ上で右眼用画像に対しては点Ｑｒ（ｘ＋Δｘ）、左眼用画像に対しては点Ｑｌ（ｘ−Δｘ）に表示されるように水平シフト量Δｘを与えるように入力２次元画像信号を幾何学変換する。
【００１９】
この幾何学変換において水平シフト量Δｘは、左右両眼間の間隔ｄを考慮した左右の視点Ｅｌ，Ｅｒ、視距離Ｄ、仮想の湾曲した表示面の中心位置Ｏ、および半径Ｒが既知であるから次の(1) 式により一意的に求まる。
【数１】

【００２０】
従って、実際の画像表示面Ｓ上の位置（ｘ，ｙ）における画素について、
右眼画像としてｘ → ｘ＋Δｘ
左眼画像としてｘ → ｘ−Δｘ
に対応する幾何学変換を行えば右眼用画像信号、左眼用画像信号を生成することができる。ここで視距離と両眼位置は一律に定め難いが、代表的な値を用いればよい。これら予め定められた仮想表示面の形状パラメータ（中心位置Ｏ、半径Ｒ）および視距離Ｄ並びに観視者の両眼間の間隔ｄは、図１に示すように、幾何学変換回路１に外部より入力される。
【００２１】
以上説明した実施の形態においては、仮想表示面Ｓ′が水平方向（ｘ軸，ｚ軸がなす平面と平行な面の広がり方向）にのみ湾曲しているものとしたが、これに対し、水平、垂直の両方向に対して湾曲した仮想表示面（すなわち、椀状の仮想表示面）とすることもできる。
【００２２】
図４は、この水平、垂直の両方向に対して湾曲した仮想表示面を有する、本発明画像表示装置の他の実施形態を示す平面図（図４（ａ））および側面図（図４（ｂ））である。
本実施形態においても、上述の実施形態の場合におけると同様、仮想の湾曲した表示面Ｓ′上の点Ｐに位置するように、実際の画像表示面上の水平位置ｘの映像要素の表示装置を右眼用画像に対しては点Ｑｒ（ｘ＋Δｘ）、左眼用画像に対しては点Ｑｌ（ｘ−Δｘ）に表示されるように入力画像信号を幾何学変換する。
【００２３】
この場合、上述の実施の形態と異なる点は、上述の実施の形態では、水平シフト量Δｘが垂直方向（ｙ軸の方向）に関しては変化しなかったのに対して、本実施形態においては、水平シフト量Δｘが実際の画像表示面における垂直位置（ｙ軸の方向）に依存し、両眼間の間隔ｄを考慮した左右の視点Ｅｌ，Ｅｒ、視距離Ｄ、仮想表示面の形状パラメータ（中心位置Ｏ、および半径Ｒ）が既知であるから次の(2) 式により一意的に求まる。
【数２】

【００２４】
次に、本発明のさらに他の実施の形態として、仮想表示面の形状を一定の曲率のものだけではなく放物面や複数の平面の組み合わせからなる取り囲み構造や、陰極線管（ＣＲＴ）のように若干の湾曲を伴うものに対しても、それら任意形状の仮想表示面に画像を表示することもできる。
【００２５】
図５は、本実施形態を示す平面図である。
図５に示すように、仮想表示面が任意の曲面Ｆ′（ｘ，ｙ，ｚ）＝０で、実際の画像表示面が任意曲面Ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＝０で与えられた場合、実際の画像表示面に与えるべき水平方向のシフト量Δｘを、次の(1) から(3) までの手順によって一意的に求めることができる。
【００２６】
すなわち、
(1) 直線
【外１】

とＦ′（ｘ，ｙ，ｚ）＝０の交点Ｐを求める。
(2)
【外２】

の延長線上とＦ（ｘ，ｙ，ｚ）＝０の交点をＱｌとする。同様に
【外３】

の延長線上とＦ（ｘ，ｙ，ｚ）＝０の交点をＱｒとする。
(3) Ｑにおける画像要素の表示位置を右眼用画像ではＱｒに、左眼用画像ではＱｌに移動する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、小規模システムないし一般家庭用の表示装置において、２眼式立体画像表示装置を用いて観視者を取り囲むように湾曲した表示画面もしくはスクリーン上に当該入力画像を表示したのと同等の視覚効果が与えられ、従って、広視野を得るために観視者と画像表示装置の視距離を短くした場合でも、圧迫感などの不自然さが緩和された自然で臨場感のある広視野の２次元画像を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明画像表示装置の原理的構成を示すブロック図である。
【図２】図１中の幾何学変換回路の動作を説明する動作説明図である。
【図３】本発明画像表示装置の一実施形態を平面図にて示す図である。
【図４】本発明画像表示装置の他の実施形態を平面図および側面図にて示す図である。
【図５】本発明画像表示装置のさらに他の実施形態を平面図にて示す図である。
【符号の説明】
１幾何学変換回路
２２眼式立体画像表示装置
Ｓ，Ｆ実際の画像表示面
Ｓ′，Ｆ′ 仮想表示面
Ｏ仮想表示面の湾曲の中心位置
Ｅ観視者の左右両眼の視点の中央
Ｅｌ，Ｅｒ視点
Ｄ視距離
Ｑ，Ｑｌ，Ｑｒ実際の画像表示面上の画像情報表示位置
Ｃ実際の画像表示面の中央の点
Ｐ仮想表示面上の画像情報表示位置
Ｒ仮想表示面の湾曲の半径
ｄ両眼間の間隔
Δｘ水平シフト量

Claims

入力した２次元画像信号に基づく２次元画像の画面内座標位置を、前記２次元画像信号から生成された左眼用画像信号及び右眼用画像信号に対しそれぞれ水平シフト量分調整した位置に変換表示する変換手段を有し、
前記変換手段により得られた調整画像を、画像の中央部と周辺部で視距離の差が生じない湾曲した画像表示面である仮想表示面上に２次元画像として表示する画像表示装置。
前記仮想表示面は、観視者からみて凹形状に湾曲した画面を有する請求項１に記載の画像表示装置。
前記変換手段は、
右眼用画像及び左眼用画像に対し水平シフト量を調整して前記画像表示面の画面内座標に座標変換し、画像信号を生成する幾何学変換回路と、
前記幾何学変換手段によって生成された画像信号により、前記水平シフト量を調整した画像を立体画像として表示する２眼式立体画像表示装置と
を有する請求項１または２に記載の画像表示装置。
前記幾何学変換回路は、前記水平シフト量Δｘを、左右両眼間の間隔ｄ、左右の視点Ｅｌ，Ｅｒ、視距離Ｄ、仮想の湾曲した表示面の中心位置Ｏ、及び半径Ｒから、式（１）或いは式（２）

により求める請求項３に記載の画像表示装置。