JP3778326B2 - Computer generated hologram display method, apparatus, and recording medium on which computer generated hologram display program is recorded - Google Patents

Computer generated hologram display method, apparatus, and recording medium on which computer generated hologram display program is recorded Download PDF

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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
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    • G03H1/2294—Addressing the hologram to an active spatial light modulator
    • G03H2001/2297—Addressing the hologram to an active spatial light modulator using frame sequential, e.g. for reducing speckle noise

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計算機ホログラムを電子ティスプレイ等に表示する計算機ホログラム表示技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、計算機ホログラムでは、物体を点光源の集合として表現し、これらの点光源からの波面による千渉縞を計算により求めることでホログラムを生成するという手法があり、これを表示する手段としては、音響光学素子や液晶パネルがある。音響光学素子では、一次元の干渉縞（水平方向の視差のみ）しか表現出来ないという欠点があるが、液晶パネルは、２次元の千渉縞を表示することができ、しかも電気的に容易に書き換えが可能といった利点を有する。ところが、通常、液晶パネルは各画素の濃淡値を電気的に制御する必要があるため、回路構成等の制約から、画素ピッチを細かくする上で、製造上の限界がある。ホログラムを表示するためには、本来１０００本／ｍｍ以上の高精細さが必要であるが、製造的な困難が伴うため、現状では、かなり粗い画像としてのホログラムしか実現できていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、液晶等の電子ディスプレイ等を使用する場合、解像度やダイナミックレンジが制約されるということは、表示可能な空問周波数や表示階調に限界があると言うことである。つまり、一つの物体を表示するためには、ある程度の高周波成分の千渉縞まで表示する必要があるが、表示解像度が低いために、複数の物体を表示しようとしたとき、一つの物体でぎりぎり表示できる高周波成分（結模様）が、別の物体の高周波成分と重なり合うことで、高周波成分の縞模様が潰れてしまうという現象がおこる。つまり、物体を再生するための十分な情報が欠如し、像のＳ／Ｎ比が悪くなってしまうという問題が発生し、表示可能な物体の数、即ち、物体形状の詳細な表示能力に限界がでてしまう。
【０００４】
本発明は、上述の従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、液晶等の電子ティスプレイ等のように解像度やダイナミックレンジが制約される表示手段を用いた場合でも、より詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させることが可能な計算機ホログラム表示技術を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示方法において、表示対象物の３次元データを干渉縞計算用のデータに変換し、前記変換された３次元データを、サンプリングする規則を設定し、前記設定された規則に従って、前記変換した３次元データをサンプリングし、前記サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、前記光源からの光により生成される波面を計算し、前記計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として保持し、前記サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、生成される複数のホログラム画像を順次表示することを特徴とする計算機ホログラム表示方法である。
また、請求項２に記載の発明は請求項１に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データより表示対象物の面の頂点座標を生成することにより行うことを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は請求項１に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データをボクセルデータへの変換であることを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は請求項１に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記干渉縞計算用のデータへの変換は、物体ごとに行われ、前記サンプリングする規則は、前記物体の属性に応じてサンプリングの規則を変えることを特徴としている。
【０００６】
次に、請求項５に記載の発明は、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示方法において、表示対象物の３次元データの入力を行い、前記入力された表示対象物を分類・分割し、該分類・分割された表示対象物ごとに参照光との干渉縞をそれぞれ計算し、前記計算された複数の干渉縞を、それぞれデジタル画像に変換し、前記変換された複数のデジタル画像を、それぞれビット毎に分解してビット画像とし、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を合成することにより表示用動画像を生成し、前記生成した表示用動画像を表示することを特徴とする計算機ホログラム表示方法である。
また、請求項６に記載の発明は請求項５に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記干渉縞の計算は、前記複数の表示対象物を該表示対象物の属性により分類し、該分類にもとづき表示対象物ごとに行うことを特徴としている。
また、請求項７に記載の発明は請求項６に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記デジタル画像への変換は、前記表示対象物の属性に基づき表示に必要な情報量を設定し、該設定された情報量に応じたビット数の画像への変換とし、前記表示用動画像の生成は、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を動画像の複数の画面に分散して割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項８に記載の発明は請求項６に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記デジタル画像への変換は、前記表示対象物の属性に基づき表示に必要な情報量を設定し、該設定された情報量に応じたビット数の画像への変換とし、前記表示用動画像の生成は、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を動画像の複数の画面に輝度を保存するように割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項９に記載の発明は請求項６に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記デジタル動画像の生成は、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像から前記表示対象物の属性に応じて高位ビット画像を取り出し、該高位ビット画像を動画像の複数の画面に割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項１０に記載の発明は請求項５に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記デジタル画像への変換は、同一ビット数からなるように変換し、前記デジタル動画像の生成は、 前記デジタル画像より得られたビット画像を対応するビットにごとに加算し、前記デジタル画像のビットの位に応じた数のフィールドを用意するとともに、該ビットの位に応じた数のフィールド間において異なる画像処理を行うことにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項１１に記載の発明は請求項６に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記デジタル動画像の生成は、前記デジタル画像より得られたビット画像から予め設定された高位ビット画像を取り出し、該高位ビット画像の各画素を動画像の複数の画像に割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
【０００７】
次に、請求項１２に記載の発明は、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示装置において、表示対象物の３次元データを入力する表示対象物入力手段と、前記表示対象物の３次元データを干渉縞計算用のデータに変換し、該変換された３次元データを、サンプリングする規則を設定し、該設定された規則に従って、前記変換した３次元データをサンプリングする物体管理手段と、前記サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、前記光源からの光により生成される波面を計算し、前記計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として生成する画像生成手段と、前記サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、生成される複数のホログラム画像を順次表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする計算機ホログラム表示装置である。
また、請求項１３に記載の発明は請求項１２に記載の計算機ホログラム表示装置において、前記物体管理手段は、前記３次元データより表示対象物の頂点座標を生成することにより前記干渉縞計算用のデータへの変換を行うことを特徴としている。
また、請求項１４に記載の発明は請求項１２に記載の計算機ホログラム表示装置において、前記物体管理手段は、前記３次元データをボクセルデータへ変換することにより前記干渉縞計算用のデータへの変換を行うことを特徴としている。
また、請求項１５に記載の発明は請求項１２に記載の計算機ホログラム表示装置において、前記物体管理手段は、前記干渉縞計算用のデータへの変換を物体ごとに行ない、前記サンプリングする規則を前記物体の属性に応じて変えることを特徴としている。
また、請求項１６に記載の発明は請求項１２に記載の計算機ホログラム表示装置において、前記計算機ホログラム表示装置は、前記画像生成手段により生成されたホログラム画像を蓄積する画像記憶手段と、前記画像記憶手段に蓄積されたホログラム画像を逐次伝送する手段とをさらに備え、前記画像表示手段は、前記伝送されたホログラム画像を逐次表示することを特徴としている。
【０００８】
次に、請求項１７に記載の発明は、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示装置において、表示対象物の３次元データの入力を行う表示対象物入力手段と、前記入力された表示対象物を分類・分割し、該分類・分割された表示対象物ごとに参照光との干渉縞をそれぞれ計算し、該計算された複数の干渉縞をそれぞれデジタル画像に変換し、該変換された複数のデジタル画像をそれぞれビット毎に分解して、該分解されたビットを合成することにより表示用動画像を生成する画像生成手段と、前記生成した表示用動画像を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする計算機ホログラム表示装置である。
また、請求項１８に記載の発明は請求項１７に記載の計算機ホログラム表示装置において、前記計算機ホログラム表示装置は、前記入力された複数の表示対象物を該表示対象物の属性により分類する物体管理手段をさらに備え、前記画像生成手段は、前記管理されている表示対象物の属性に応じて、個々に情報量を設定する情報量決定手段と、前記表示対象物からの光の波面による干渉縞を計算する波面計算手段と、前記計算された干渉縞をデジタル画像に変換し、個々の画素のビット列を各位毎の画像配列に分解するビット分解手段と、前記表示対象物の情報量に応じて、表示周期並びに表示する順番を決定する表示間隔決定手段と、前記決定された表示周期並びに表示する順番に従って、前記分解されたビットの位毎の画素配列の画素による干渉縞を合成する波面合成手段と、から構成され、前記画像表示手段は、前記合成された干渉縞の表示タイミングを制御する表示画面同期手段と、前記制御された表示タイミングに基づいて前記合成された干渉縞を順次表示する表示手段と、から構成されることを特徴としている。
また、請求項１９に記載の発明は請求項１８に記載の計算機ホログラム表示装置において、計算機ホログラム表示装置は、前記合成された干渉縞について静止した表示対象物の干渉縞から先に伝送し、動く表示対象物の干渉縞を後に逐次伝送する伝送手段と、前記伝送された静止した表示対象物の干渉縞を保持するとともに、該保持された静止した表示対象物の干渉縞と前記逐次伝送された動く表示対象物とを合成する受信手段と、を備え、前記表示画面同期手段は、前記受信手段で合成された干渉縞の表示タイミングを制御するものであり、前記表示手段は、前記受信手段で合成された干渉縞を表示するものであることを特徴としている。
また、請求項２０に記載の発明は請求項１７に記載の計算機ホログラム表示装置において、前記画像生成手段は、表示物体の干渉縞を計算する干渉縞計算手段と、前記計算された干渉縞をデジタル画像に変換し、個々の画素のビット列を各位毎の画素配列として生成するデジタル画像生成手段と、前記表示対象物の高位ビットの画素配列を選択し、動画像としての画像列を生成する動画像生成手段と、から構成されることを特徴としている。
また、請求項２１に記載の発明は請求項１７に記載の計算機ホログラム表示装置において、前記画像生成手段は、ホログラムを濃淡画像として生成する濃淡画像生成手段と、前記濃淡画像をビットに分解しビット画像を生成するビット画像生成手段と、前記ビット画像を保持する画像保持手段と、前記ビット画像に画像処理をほどこす手段であって、繰り返し提示する当該ビット画像に対しては、繰り返すビット画像それぞれに異なる画像処理を施す画像処理手段と、から構成され、前記画像表示手段は、前記ビットの位に応じたビット画像の繰り返し提示する時間間隔を制御する画像表示制御手段と、前記画像処理をほどこしたビット画像を提示する画像表示手段と、から構成されることを特徴としている。
【０００９】
次に、請求項２２に記載の発明は、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、前記計算機ホログラム表示プログラムは、表示対象物の３次元データを干渉縞計算用のデータに変換し、前記変換された３次元データを、サンプリングする規則を設定し、前記設定された規則に従って、前記変換した３次元データをサンプリングし、前記サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、前記光源からの光により生成される波面を計算し、前記計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として保持し、前記サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、生成される複数のホログラム画像を順次表示することをコンピュータに実行させる計算機ホログラム表示プログラムを記録した記録媒体である。
また、請求項２３に記載の発明は請求項２２に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データより表示対象物の面の頂点座標を生成することにより行うことを特徴としている。
また、請求項２４に記載の発明は請求項２２に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データをボクセルデータへの変換であることを特徴としている。
また、請求項２５に記載の発明は請求項２２に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記干渉縞計算用のデータへの変換は、物体ごとに行われ、前記サンプリングする規則は、前記物体の属性に応じてサンプリングの規則を変えることを特徴としている。
【００１０】
次に、請求項２６に記載の発明は、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、前記計算機ホログラム表示プログラムは、表示対象物の３次元データの入力を行い、前記入力された表示対象物を分類・分割し、該分類・分割された表示対象物ごとに参照光との干渉縞をそれぞれ計算し、前記計算された複数の干渉縞を、それぞれデジタル画像に変換し、前記変換された複数のデジタル画像を、それぞれビット毎に分解してビット画像とし、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を合成することにより表示用動画像を生成し、前記生成した表示用動画像を表示することをコンピュータに実行させる計算機ホログラム表示プログラムを記録した記録媒体である。
また、請求項２７に記載の発明は請求項２６に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記干渉縞の計算は、前記複数の表示対象物を該表示対象物の属性により分類し、該分類にもとづき表示対象物ごとに行うことを特徴としている。
また、請求項２８に記載の発明は請求項２７に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記デジタル画像への変換は、前記表示対象物の属性に基づき表示に必要な情報量を設定し、該設定された情報量に応じたビット数の画像への変換とし、前記表示用動画像の生成は、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を動画像の複数の画面に分散して割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項２９に記載の発明は請求項２７に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記デジタル画像への変換は、前記表示対象物の属性に基づき表示に必要な情報量を設定し、該設定された情報量に応じたビット数の画像への変換とし、前記表示用動画像の生成は、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を動画像の複数の画面に輝度を保存するように割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項３０に記載の発明は請求項２７に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記デジタル動画像の生成は、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像から前記表示対象物の属性に応じて高位ビット画像を取り出し、該高位ビット画像を動画像の複数の画面に割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項３１に記載の発明は請求項２６に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記デジタル画像への変換は、同一ビット数からなるように変換し、前記デジタル動画像の生成は、前記デジタル画像より得られたビット画像を対応するビットにごとに加算し、前記デジタル画像のビットの位に応じた数のフィールドを用意するとともに、該ビットの位に応じた数のフィールド間において異なる２値化処理を行うことにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項３２に記載の発明は請求項２６に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記デジタル動画像の生成は、前記デジタル画像より得られたビット画像から予め設定された高位ビット画像を取り出し、該高位ビット画像の各画素を動画像の複数の画像に割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による計算機ホログラム表示方法および装置を図面を参照して説明する。
【００１２】
以下では第１から第６の実施形態に分けて、本発明の計算機ホログラム表示方法および装置表示物体の説明を行う。
そして、第１および第２の実施形態では、動画表示のような連続する複数フレームに、ホログラム表示させる物体をサンプリングにより分散させて表示し、ホログラム画像を連続フレームとして観察する計算機ホログラム表示方法および装置表示物体について説明する。つまり、フレーム分割提示とすることで、より詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させる計算機ホログラム表示方法および装置について説明する。
第３〜第６の実施形態では、複数の物体の干渉縞に関するデジタル画像を、表示用デジタル画像を構成する複数のフレーム／フィールドなどの動画像の複数の画面に分散させ、一画面では物体数を少なくしながら、一定数の画面全体としてはより多くの物体を表示させる計算機ホログラム表示および装置について説明する。なお、「フレーム」とは、動画を構成する１コマを意味し、「フィールド」とはフレームを構成するための１コマを意味する。
【００１３】
まず始めに、第１および第２の実施形態の概要について説明する。図１は、第１および第２の実施形態に共通する計算機ホログラム表示方法を示すフロー図である。
まず、表示対象となる物体の３次元データの入力を行い、この次元データを干渉縞計算用のデータに変換する（ステップ１１、１２）。
次に、ステップ１２で変換された３次元データに対し、サンプリングする規則を設定する（ステップ１３）。
そして、設定された規則に従って、変換した３次元データをサンプリングし、サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、光源からの光により生成される波面を計算し、計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として保持する（ステップ１４、１５）。
サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、生成される複数のホログラム画像を順次表示する（ステップ１６、１７）。
このように、動画表示のような連続する複数フレームに、ホログラム表示させる物体をサンプリングにより分散させて表示し、ホログラム画像を連続フレームとして観察することで、より詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させる。
【００１４】
図２は、図１の方法を実施するための装置の構成例を示すブロック図である。図２より、計算機ホログラム表示装置は、表示対象物入力手段１と、物体管理手段２と、画像生成手段３と、画像表示手段５とにより構成される。ここで、表示対象物入力手段１は、図１のステップ１１を実施し、物体管理手段２は、図１のステップ１１から１４および１６を実施する。そして、画像生成手段３は、図１のステップ１５を実施し、画像表示手段５は、図１のステップ１７を実施する。
また、図２において、画像記憶手段４が設けられているが、これは、画像生成手段３で計算されたホログラム画像を蓄積し、蓄積された画像を画像表示手段５で表示、もしくは伝送表示する際に利用される。さらに、画像記憶手段４は、表示する画像の生成途中で一時的に利用される場合もある。
なお、図２に示す各手段は、専用のハードウェアにより実現されるものであっても、プログラムとして提供され図示しないメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により実行されることで、その機能が実現されるものであってもよい。
【００１５】
以下、図１および図２で説明した計算機ホログラム表示方法および装置を第１および第２の実施形態でより詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
本実施形態では、表示物体の３次元データを複数の部分に分割し、それぞれの部分からサンプリングを行い、計算された干渉縞を複数フレームを用いて表示することで、より詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させる計算機ホログラム表示方法および装置について説明する。
以下、本実施形態について図を用いて詳細に説明する。
【００１７】
電子的表示装置には、解像度やダイナミックレンジの限界があることから、同時に複数の光源からの波面による干渉縞を表現しようとしても、限界がある。言い換えれば、ｎ個の光源しか表示できないということもできる。そこで、本実施例では、一例として、同時に点光源を１００個しか表示できない表示装置を用いるものとして説明を行う。以下では、本実施形態の計算機ホログラム表示方法を図３のフローを用いて説明を行う。
最初に表示物体の３次元データを入力する（ステップ１２１）。ここで入力される表示物体は、一例として図４に示すような２つの物体１０１，１０２を含むものとする。なお、個々の物体１０１、１０２は、３次元座標データの集まりで構成されているものとする。また、図４におて符号１０３は表示対象画面を示しているものとする。
ここで、表示対象物の３次元データが、ポリゴンデータのように頂点、エッジ、面によって記述された３次元データであった場合は、表面情報を表すために、ポリゴンを構成している面をさらに細かなメッシュに分割する。例えば、図４の物体１０２のポリゴンデータは、図５に示すように、個々の面をさらに１６分割して、個々の分割された面の頂点座標を新規３次元データとして用いるようにする。なお、図５において符号１０４ａは元の３次元頂点座標のデータであり、符号１０４ｂで示した点は分割により新規追加された点である。ここでの処理において、頂点座標の密度が必要とする密度に達していれば、細かなメッシュに分割する必要はない。
【００１８】
次に、表示物体を構成する３次元座標（頂点座標）のリストを生成する（ステップ１２２）。ここでは、図４の物体１０１、１０２毎に分割により得られた面の頂点座標のリストが生成されることになる。
次に、ステップ１２２で得られたリストに対し入力データのサンプリング規則を決定する（ステップ１２３）。例えば、表示装置の解像度の限界から、同時に表示できる物体のデータ数が１００個であるとして、入力データからランダムにサンプリングするという規則を決定する。なお、サンプリング規則については、別途詳細に説明する。
次に、ステップ１２２で生成したリストから、当該規定数（１００個）の頂点座標データを選択する（ステップ１２４）。なお、例では物体１０１および１０２の頂点座標のリストから合計で１００個の頂点座標が選択されることになる。一例として、物体１０１の頂点座標データからは、図６の頂点座標データ１０５ａが第ｎフレーム用に選択され、頂点座標データ１０５ｂが第（ｎ＋１）フレーム用に選択されるものとする。
そして、ステップ１２４で選択された頂点座標データをそれぞれ点光源と仮定し、表示対象画面上での参照光との干渉縞を計算により求める（ステップ１２５）。求められた干渉縞はホログラム画像として、一時記憶される。
つぎに、残された頂点データがある場合、ステップ１２４から１２５の処理を同様に行う（ステップ１２６）。
物体１０１の頂点座標データからは、図６に示すようにステップ１２４で頂点座標データ１０５ａが第ｎフレーム用に選択される。そして、ステップ１２５で表示対象画面１０３上での参照光との干渉縞を計算により求め、ホログラム画像として、一時記憶される。つぎに、頂点座標データが残っているので、ステップ１２４で残された頂点座標データ１０５ｂが選択され、同様の処理が行われる（ステップ１２４〜１２６）。
そして、最後に一時記憶されていたホログラム画像を順次表示するようにする（ステップ１２７）。
以上のようにして、計算機ホログラムの表示が行われる。
【００１９】
このように、ホログラム表示させる物体をサンプリングにより分散させて表示し、ホログラム画像を連続フレームとして観察する、つまり、フレーム分割提示による残像効果により、低解像度の表示装置への表示であってもより詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させることができる。具体的には、図１０に示すように、例えば２次元の四角形を表示対象物として説明すると、個々のフレームｎ，ｎ＋１，ｎ＋２，ｎ＋３に表示されている干渉縞によって再生される四角形は、各フレームでは、図１０の２３１，２３２に示すように粗い間隔でサンプリングされた点の集まりにより物体が表現されている。これらのフレームを連続して高速に繰り返して表示すると、人間の視覚では、残像効果により、一つの物体（より細かいサンプリングされた対象物）つまリ、図１０の２３３のような、より密な点の集まリによる四角形として知覚することができ、低解像度の表示装置への表示であってもより詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させることができるようになる。
【００２０】
ここで、図１と図３のフローの対応を説明すると、図３のステップ１２１〜１２７が図１のステップ１１〜１７にそれぞれ対応する。
以上の例ではステップ１２１から１２６までを最初に行い、ステップ１２７を繰り返し処理することで動画像としての表示を行っているが、ホログラム画像の一時保持を行わずに、リアルタイムにステップ１２１から１２７までを行うことも可能である。
ここで、ステップ１２７を行う前に、一時保持されているホログラム画像を順次、伝送し、伝送先で、逐次受信した画像を表示するようにする。これにより、受信画像の枚数が増加するにつれて、徐々に対象物が明確になるような、プログレッシブ伝送を行うことも可能となる。この場合、伝送されるホログラム画像は、表示対象物の数が少ないため、干渉縞の間隔が比較的粗い模様である。つまり、本来の干渉縞よりも、当該画像の空間周波数が低くなるため、圧縮効率をより高めることも可能である。
また、上記の例では、物体の頂点座標を点光源と仮定して、点光源の集合によりホログラム画像を生成しているが、光源の種類は本実施例で特定されない。例えば、３次元ポリゴンデータを構成する個々の面（パッチ）をそれぞれ、個々の面光源と仮定することも可能である。
また、表示対象物の個々の３次元データの代わりに、表示対象空間を図４の符号１０６に示すようなボリュームデータとして入力し、個々のボクセルをサンプリングする方法も考えられる。なお、「ボクセル」については第２の実施形態において詳細に説明する。
【００２１】
また、３次元データのサンプリング規則は、予め規定した法則として説明しているが、ステップ１２２で物体ごとに入力データの変換を行うことにより、その物体の属性に応じてサンプリング規則を変えることができる。具体的には、以下の通りである。
１）各物体の表示対象画面に対する距離に基づくサンプリング規則
表示対象画面より遠い物体は、サンプリング密度を低くし、画面近傍の物体はサンプリング密度を高くして、遠い点と近い点をサンプリングする。遠い物体は近い物体より干渉縞の空間周波数が低いため、サンプリング密度を上げても干渉縞の相殺が少ないからである。
２）各物体の属性に基づくサンプリング規則
動いている物体はサンプリング密度を低くし、静止している物体はサンプリング密度を高くする。動いている物体は静止している物体に比べ解像度が低くても問題ないからである。なお、動いている物体に関しては、より移動速度が速いほどサンプリング密度を低くするサンプリグ規則としてもよい。
以上のように物体の属性に応じたサンプリング規則により空間周波数の異なる波面を合成することになり、干渉縞の相殺を減らすことができる。よって、低解像度の表示装置への表示であっても同時に表示できる物体数を多くすることができる。なお、上記１）、２）のサンプリング規則の組み合わせも可能である。
【００２２】
物体の属性に応じてサンプリング規則を変える点について説明してるが、ステップ１２２の頂点座標リストの生成時の工夫により同様の効果を得ることもできる。具体的には以下の通りである。
１）各物体の表示対象画面に対する距離に基づく頂点座標リスト生成規則
表示対象画面より遠い物体は、頂点座標の密度を低くなうように、画面近傍の物体は頂点座標の密度を高くなるように、頂点座標リストを生成する。
２）各物体の属性に基づく頂点座標リスト生成規則
動いている物体は頂点座標の密度を低くし、静止している物体は頂点座標の密度を高くする。なお、動いている物体に関しては、より移動速度が速いほど頂点座標の密度を低くするようにしてもよい。
頂点座標リストを速度や距離に応じて生成した場合には、ステップ１２３で決定されるサンプリング規則は、各物体に対し同一の物を使用することになる。また、また、上記１）、２）のリスト生成規則の組み合わせも可能である。
【００２３】
次に、図３の方法を実施するための計算機ホログラム表示装置の構成例を図７に示す。図７より、本実施形態における計算機ホログラム表示装置は、データ入力手段１３０、データ変換手段１３１、データサンプリング手段１３３、サンプリング決定手段１３２、干渉縞計算手段１３４、干渉縞表示手段１３５とにより構成される。この装置の動作は以下のようになる。
データ入力手段１３０より入力された表示対象物の３次元データは、データ変換手段１３１により、密な３次元データ等、計算に合ったデータ構造に変換が行われる。サンプリング決定手段１３２では、入力データに応じて、サンプリングの規則を決定し、データサンプリング手段１３３において、入力データのサンプリングを行う。サンプリングされた３次元データは、干渉縞計算手段１３４にて、ホログラム画像としての干渉縞を計算する。計算されたホログラム画像は、干渉縞表示手段１３５に順次表示される。すなわち、データ入力手段１３０は、図３のステップ１２１を実施し、データ変換手段１３１はステップ１２２を実施する。また、サンプリング決定手段１３２はステップ１２３を実施し、データサンプリング手段１３３はステップ１２４、１２６を実施する。そして、干渉縞計算手段１３４はステップ１２５を実施し、干渉縞表示手段１３５はステップ１２７を実施することになる。
また、図７および図２に示す装置構成の対応について説明すると、図７のデータ入力手段１３０は図２の表示対象物入力手段１に対応し、データ変換手段１３１、サンプリング決定手段１３２、データサンプリング手段１３３は、物体管理手段２に対応する。また、干渉縞計算手段１３４は画像生成手段３に対応し、干渉島表示手段１３５は画像表示手段５に対応する。
【００２４】
以上のように、動画表示のような連続する複数フレームに、ホログラム表示させる物体をサンプリングにより分散させて表示し、ホログラム画像を連続フレームとして観察することで、つまり、フレーム分割提示することで、より詳細な形状、あるいはより多くの物体を表示させる。これにより、一つの画面で表示すべき物体の数が少なくなることで、物体毎の干渉縞をノイズに埋もれることなく、より多くの物体を表現することが可能となる。
また、物体の属性に応じたサンプリング規則を設定することにより空間周波数の異なる波面を合成することになり、干渉縞の相殺を減らすことができる。よって、低解像度の表示装置への表示であっても同時に表示できる物体数を多くすることができる。
また、図３のステップ１２２の変換をボクセルへの変換とした場合のサンプリング規則の設定において、例えばヒルベルト曲線による走査等を適用するなどして、表示対象物の表示解像度を階層的に記述できるようにすると、プログレッシブな画像表示が可能となる。
また、ホログラム画像を伝送表示する場合においては、一つの画面で表示すべき物体の数が少なくなることで、ホログラム自身の空間周波数を低く抑えることが可能となり、その結果圧縮率を高めることが可能となる。その結果伝送容量に制限がある場合に対応可能となる。さらに、前述のような階層的解像度での画像情報を逐次送信するようにすることで、伝送容量の変動に応じて、画像が全く見えなくなるのではなく、容量が少なければ解像度の悪い画像、容量が十分にあれば、精細な画像を表示できるようなプログレッシブ伝送ができるようになる。
【００２５】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、各物体ごとに頂点座標リストを生成し、このリストより頂点のサンプリングを行っていたが、本実施の形態では、表示対象物を含む表示空間を分割してボクセルを生成し、このボクセルをサンプリングする計算機ホログラム表示装置および方法について説明する。
以下、本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明する。
【００２６】
始めに、本実施形態例における方法を説明する。図８は、本発明の方法での一実施形態例を示すフロー図である。
【００２７】
まず、表示対象物としてのポリゴンデータやボリユームデータ（ＣＴ画像などのサンプリングデータ）を図９（ａ）に示すような、ボクセルデータ２２１に変換する（ステップ２０１）。ボクセルデータ２２１は例えば、図９（ｂ）のテーブル２２２に示すように、各ボクセルに番号（Ｎｏ）がふられていて、表示対象物体が存在するボクセルには、その座標値（ｘ，ｙ，ｚ）と輝度（Ａ）が登録されている。図９（ｂ）のテーブル２２２の場合、ボクセルＮｏ．３，４，５，６に物体が存在する事を示している。
【００２８】
このボクセルデータ２２１を、あるサンプリング規則（例えば、等間隔：３ボクセル間隔など）でサンプリングしていく（ステップ２０２，２０３）。サンプリングされた各ボクセルには、既サンブリングのフラグを立てる（例えば図９（ｂ））のテーブル２２２に示すように、ｃｏｕｎｔの締に１を登録する）と共に、当該ボクセルに、先に入力された表示対象物のデータが存在する場合（ステップ２０４）、まず、当該ボクセルの物体の輝度を求め、その輝度に応じた点光源を仮定する。その点光源によリホログラム面上に生成される波面を計算により求め（ステップ２０５）、メモリに保持しておく（ステップ２０７）。図９（ｂ）のテーブル２２２の場合、ボクセルＮｏ．４が処理対象となる。
【００２９】
更にサンプリングを続け、全ての当該ボクセルの点光源からの光による波面を計算し（ステップ２０６）、全ての波面を合成し、更に参照光の波面を合成した値をフレームメモリに書き込む（ステップ２０７）、フレームメモリに書き込まれたデータは、ホログラム（干渉縞）として表示される（ステップ２０８）。次に、残されたボクセルに対して、同様の処理（ステップ２０３から２０９）を繰リ返す（ステップ２０９）。図９（ｂ）のテーブル２２２で示すならば、２回目のサンプリングで、ボクセルＮｏ．２，Ｎｏ．５がサンプル対象となり、Ｎｏ．５に物体が存在するので、Ｎｏ．５のみが波面計算処理対象となる。ここで、ステップ２０９とステップ２０８は、逆の順番でもよい。つまり、複数のフレームメモリを用意し、複数フレームでの表示物体の波面を計算しておく。そして、表示の段階では、フレームメモリからの呼び出し処理のみを行うようにする。これにより、より高速に複数フレームの提示が可能となる。
【００３０】
ここで、図１と図８との対応について説明すると、図８のステップ２０１は図１のステップ１２に、ステップ２０２はステップ１３に、ステップ２０３はステップ１４に、ステップ２０４、２０６、２０９がステップ１６に、ステップ２０５がステップ１５に、ステップ２０７、２０８がステップ１７にそれぞれ対応する。なお、図８において、図１のステップ１１に対応するステップは省略されている。
【００３１】
以上の走査を繰り返すと、図１０に示すように、例えば２次元の四角形を表示対象物として説明すると、個々のフレームｎ，ｎ＋１，ｎ＋２，ｎ＋３に表示されている干渉縞によって再生される四角形は、各フレームでは、図１０の２３１，２３２に示すように粗い間隔でサンプリングされた点の集まりにより物体が表現されている。これらのフレームを連続して高速に繰り返して表示すると、人間の視覚では、残像効果により、一つの物体（より細かいサンプリングされた対象物）つまリ、図１０の２３３のような、より密な点の集まリによる四角形として知覚することができる。
【００３２】
次に、上述のような特徴部分を有する本発明のホログラム表示装置の一実施形態例の構成と動作を説明する。図１１は、本発明によるホログラム表示装置の一実施形態例を示すブロック図である。
【００３３】
図において、２４１はデータ変換手段、２４２は表示物体管理手段、２４３はサンプリング位置決定手段、２４４は波面計算手段、２４５は干渉縞合成手段、２４６は干渉縞記憶手段、２４７は波面表示手段である。
【００３４】
データ変換手段２４１に入カされた表示対象物は、ボクセルデータに変換され、表示物体管理手段２４２に保持される。サンプリング位置設定手段２４３では、サンプリングの規則が予め設定してあり、サンプリングするボクセルの位置を、波面計算手段２４４に指示している。そして、波面計算手段２４４では、サンプリングされたボクセルに表示対象物が登録されている場合、そのボクセルに輝度をもつ点光源を仮定し、ホログラム面上での波面を計算する。計算された波面データは波面合成手段２４５に保持されているメモリに登録される。全ての対象ボクセルについて、上記の処理を行い、逐次、メモリに波面データを加算していく。処理が終了すると、波面合成手段２４５では、メモリのデータを干渉縞記憶手段２４６のフレームメモリに登録する。上記の処理は、逐次行われ、随時、干渉縞記憶手段２４６に登録されていく。そして、登録された干渉縞は、それぞれ逐次、波面表示手段２４７に呼び出され、順次表示される。
【００３５】
ここで、図１１と図２の装置構成の対応を説明すると、図１１のデータ変換手段２４１、表示物体管理手段２４２、サンプリング位置決定手段２４３は図２の物体管理手段２に、波面計算手段２４４、干渉縞合成手段２４５は画像生成手段３に、干渉縞記憶手段２４６は画像記憶手段４に、波面表示手段２４７は画像表示手段５にぞれぞれ対応する。なお、図１１において、図２の表示対象物入力手段に対応する手段は省略されている。
【００３６】
以上、上述のような制御形態をとれば、表示手段の解像度が低い場合であっても、一フレームでの表示物体数が少ないため、従来手法より鮮明に物体を表示することが出来るようになる。
【００３７】
尚、本実施形態例では、物体を点光源として説明しているが、個々のボクセルの大きさによっては、面の傾きをパラメータに持つ面光源がボクセル内に存在することを仮定することも可能であり、光源の種類は本実施形態例に限定されない。
【００３８】
また、本実施形態例では、サンプリングの方法として等間隔サンプリングを例に説明しているが、サンプリングの方法は、特定されない。例えば、ヒルベルト曲線によリボリュームデータを粗い解像度表示から詳細な解像度表示へと出来るように階層的にサンプリングすることも考えられる。空間を階層的にサンプリングすることで、表示物体を粗い画像から詳細な画像へと、プログレッシブに表示することが可能となる。また、階層的なサンプリングの場合や、粗い解像度の場合、各ボクセルに物体が複数存在する場合も考えられるが、この場合、輝度の最大の物体を選択する方法や、当該ボクセルの物体の平均輝度を用いる方法など多数考えられ、特定されない。そして、この階層的なサンプリング結果によって生成した干渉縞を逐次伝送し、受信装置側で、逐次、干渉縞を更新表示するようにすることで、プログレッシブな画像伝送／表示も可能となる。
【００３９】
また、サンプリングの方法として、表示対象画面から近いボクセルと遠いボクセルとを組み合わせるようにしてもよい。遠いボクセルより得られる干渉縞の空間周波数は、近いボクセルから得られる干渉縞の空間周波数より低いため、一枚の画像に表示した時の干渉縞同士の相殺を減らすことができるからである。
さらに、サンプリングの方法として、表示対象画面に近いボクセルはサンプリング密度を低くし、遠いボクセルはサンプリグ密度を高くしてもよい。遠い物体は近い物体より干渉縞の空間周波数が低いため、サンプリング密度を上げても干渉縞の相殺が少ないからである。
【００４０】
また、最初に指定する空間は、入カデータ全体ではなく、表示対象範囲のみを一部切り取った空間、あるいは、表示対象物個々にボリュームデータを仮定し、物体毎に処理することも考えられる。つまり、表示対象物それぞれに対して、ボリュームデータをローカルに定義することで、静止物体、動物体に最適な表示解像度を設定することが可能である。
以上述べたように、本発明によれば、一フレームでの表示対象物を減らしながら複数フレームを観察することで詳細な形状や多くの物体を観察てきるため、少ない解像度でも、従来の手法より高精細な形状や多くの物体を表示することが可能となる。
【００４１】
さらに、空間分割により、表示対象物の複雑度に関係なく、均一の計算量で干渉縞を計算できる。
【００４２】
また、サンプリング規則の設定により一フレームでの表示に必要な解像度を可変にすることができ、ホログラム情報の伝送容量を低減したり、伝送容量の変勤に対応したプログレッシブな伝送を行ったりすることが可能となる。
【００４３】
以上のように本実施形態の計算機ホログラム表示方法では、光の波面を計算により求め、提示する計算機ホログラム表示方法において、表示対象物をボクセルデータとして用意し、前記ボクセルデータを、サンプリングする規則を設定し、前記設定された規則に従ってサンプリングし、前記サンプリングされたボクセルの内、前記表示対象物が存在するボクセルには光源があると仮定して、前記光源からの光により生成される波面を計算し、前記計算された波面をホログラム画像とし、前記サンプリングと波面生成の過程を繰り返すことて生成される複数のホログラム画像を順次提示する。
【００４４】
また、本実施形態の計算機ホログラム表示装置では、光の波面の干渉縞を計算により求め、提示する計算機ホログラム表示装置において、物体をボクセルデータに変換するデータ変換手段と、前記変換されたボクセルデータを管理する表示物体管理手段と、前記管理されたボクセルデータをサンプリングする規則を決定するサンプリング規則決定手段と、前記設定された規則に従って前記管理されたボクセルデータをザンプリングし、前記サンブリングされたボクセルの内、前記物体が存在するボクセルには光源があると仮定して、光源からの波面を計算する波面計算手段と、前記計算された複数の波面を合成して前記サンブリング毎の干渉縞を生成する干渉縞合成手段と、前記合成された干渉縞を記憶する干渉縞記憶手段と、前記記憶された干渉結を表示する波面表示手段と、を備える。
また、前記記憶された干渉縞を逐次伝送する手段を新たに備え、前記波面表示手段を、前記伝送された干渉縞を逐次表示する波面表示手段に代えた計算機ホログラム表示装置であってもよい。
【００４５】
以上により、動画表示のような連続する複数フレームに、ホログラム表示させる物体をサンプリングにより分散させて表示し、ホログラム画像を連続フレームとして観察することで、つまり、フレーム分割提示とすることで、より詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させる。これにより、一つの画面で表示すべき物体の数が少なくなることで、物体毎の干渉縞をノイズに埋もれることなく、より多くの物体を表現することが可能となる。
【００４６】
また、ボクセルのサンプリング規則の設定において、例えばヒルベルト曲線による走査等を適用するなどして、表示対象物の表示解像度を階層的に記述できるようにすることで、プログレッシブな画像表示が可能となる。
【００４７】
また、ホログラム画像を伝送表示する場合においては、一つの画面で表示すべき物体の数が少なくなることで、伝送容量に制限がある場合に対応可能となる。さらに、前述のような階層的解像度での画像情報を逐次送信することで、伝送容量の変勤に応じて、画像が全く見えなくなるのではなく、容量が少なければ解像度の悪い画像、容量が十分にあれば、精細な画像を表示できるようなブログレッシブ伝送ができるようになる。
【００４８】
（第３〜第６の実施形態）
以下の第３〜第６の実施形態では、前述したように複数の物体の干渉縞に関するデジタル画像を、複数のフレーム／フィールドなどの動画像の複数の画面に分散させ、一画面では物体数を少なくしながら、一定数の画面全体としてはより多くの物体を表示させる計算機ホログラム表示および装置について説明する。
ここでは、第３〜第６の実施形態を説明する前に、図１２を用いて、第３〜第６の実施形態に共通する計算機ホログラム表示方法を説明する。
まず、表示対象物の３次元データの入力を行う（ステップ２１）。
そして、入力された表示対象物を必要に応じて分類・分割し、該分類・分割された表示対象物ごとに参照光との干渉縞をそれぞれ計算する（ステップ２２）。
次に、計算された複数の干渉縞を、それぞれデジタル画像に変換し、変換された複数のデジタル画像を、それぞれビット毎に分解してビット画像とする（ステップ２３）。
そして、分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を合成することにより表示用動画像を生成し（ステップ２４）、生成した表示用動画像を表示タイミングを制御しながら表示する（ステップ２５）。
このように、複数の物体の干渉縞に関するデジタル画像を、ビット画像を利用して複数の画面に分散させることにより、一画面では物体数を少なくしながら、一定数の画面全体としてはより多くの物体を表示できるようになる。
【００４９】
図１３は、図１２の方法を実施するための装置の構成例を示すブロック図である。図１３より、計算機ホログラム表示装置は、表示対象物入力手段１と、物体画像生成手段７と、画像表示手段８とにより構成される。ここで、表示対象物入力手段１は、図１２のステップ２１を実施し、画像生成手段３は、図１２のステップ２２〜２４を実施し、画像表示手段５は、図１２のステップ２５を実施する。
また、図１３において、画像記憶手段４が設けられているが、これは、画像生成手段７で計算されたホログラム画像を蓄積し、蓄積された画像を画像表示手段８で表示、あるいは伝送表示する際に利用される。さらに、画像記憶手段４は、表示する画像の生成途中で一時的に利用される場合もある。また、物体管理手段６は、入力される表示対象物が複数の物体で構成される場合に、その物体の属性に応じたビット画像の合成処理をする際に必要となる手段である。
なお、図１３の各手段は、専用のハードウェアにより実現されるものであっても、プログラムとして提供され図示しないメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により実行されることで、その機能が実現されるものであってもよい。
以下、図１２および図１３で説明した計算機ホログラム表示方法および装置を第３〜第６の実施形態においてより詳細に説明する。
【００５０】
（第３の実施形態）
まず、始めに通常の計算機ホログラムを表示する方法について説明する。表示する方法としては、前述した音響光学素子を利用した方法、液晶パネルを利用した方法の他に、高精細表示装置である微小ミラー駆動(DMD)方式がある(Larry J. Hornbeck, "Digital Light Processing for High-Brightness, High-Resolution Applications", Electronic Imaging, EI'97, Projection Displays III,an invited paper,1997)。この方式は、個々の表示画素に相当する部分に駆動ミラーが取り付けられていて、ミラーの傾きにより、ミラーに照射された光を反射させる方向を変化させることで、個々の画素の輝度（白／黒）を制御する手法である。この手法では、各画素の濃淡をデジタルで表現し、各画素の個々のビット列を順次高速表示し、複数のフィールドを使って、当該ビット列を表現するデジタル表示方式の一つであって、いわゆるパルス幅変調方式と呼ばれる方式である。
【００５１】
図２２は上記パルス幅変調方式を説明する図である。例えば、図２２中の３５１に示すように、３ビットの情報量で画素値を表現するとき、２2の位のビット列、２1の位のビット列、２0の位のビット列を別々に順次提示する。例えば、２進数表記ならば、画素としては、白(1)と黒(0)のどちらかを表示できれば良い。つまり、２進数表記で値が１０１であるならば、分解されたビット列は、２2の位のビット列を表現するため、白-白-白-白（つまり、1-1-1-1）の順番で提示、２1の位のビット列として、黒-黒（つまり、0-0）の順番で提示、２0のビット列として、白（つまり、1）を提示する。この個々の画素を個々のフィールド(ｉ0,ｉ1, ..., ｉ6)に割り当て、各フィールドの画像を順次提示することで、符号３５２に示すように個々の画素の濃淡値が再現される。そして、各フィールドにおいて３５３に示すような画像を、逐次提示すると、７枚のフィールドで、１フレームの濃淡画像が再現され、３５４に示すような画像を知覚することができる。
【００５２】
つまり、パルス幅変調方式を利用した微小ミラー駆動方式は、従来のアナログ階調の表示ではなく、デジタル画像を直接表現できる手法の一つである。本実施の形態では、パルス変調方式を応用して、複数の物体を同時に表示する計算機ホログラム表示方法および装置について説明する。
【００５３】
以下、本実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１４は、本実施形態における計算機ホログラム表示方法を示すフロー図である。表示用動画像とフレーム、フィールドの関係について再度説明する。「フレーム」とは、動画像の一コマのことであり、「フィールド」とは個々のフレームを構成する複数の画像のことをいう。つまり、画像一フレームの各画素が、４ビットで表現されるとき、この４ビットを２0、 ２1、 ２2、 ２3と分解し、各ビットの位の階調を表現するため、個々の当該ビットを２0=１フィールド、２1=２フィールド、 ２2=４フィールド、 ２3=８フィールドで表現し、１フレームが１５（＝１＋２＋４＋８）フィールドで構成されることになる。
【００５４】
まず始めに、表示しようとする複数の物体に関するデータ入力を行い、個々の物体の属性を調べる（ステップ３６１）。例えば、物体の属性は以下の観点で行う。
１）物体そのもの属性 ・・・物体表面の色、階調、テクスチャなど
２）物体の移動に関する属性・・・物体の変形、移動、回転など
３）物体の位置 ・・・物体の表示対象画面からの距離など
【００５５】
次に、物体を表示するために必要となる情報量（ビット数：階調）を物体の属性に基づき決定する（ステップ３６２）。物体を表示するために必要となる情報量と物体の属性の関係はテーブル等で予め定義しておき、これを参照することにより情報量の決定を行う。物体を表示するための情報量と物体の属性との定性的な関係は、以下のようになる。
【００５６】
１）物体そのもの属性
物体表面の色、階調数が多く、形状が複雑なほど多くの情報量を必要とする
２）物体の移動に関する属性
物体の変形、移動、回転が速いほど、少ない情報量でよい
３）物体の位置
物体の表示対象画面からの距離が遠いほど少ない情報量とする
【００５７】
以下では、３つの物体からなる表示対象物を処理する例についての具体例を示しつつ説明を行う。この３つの物体をぞれぞれ物体Ａ，Ｂ，Ｃと呼び、それぞれの物体の属性がａ，ｂ，ｃであるものとする。そして、予め準備されているテーブルには、属性ａには８ビット、属性ｂには４ビット、属性ｃには３ビットの情報量を与えるよう定義されており、その定義に基づきぞれぞれの物体を表示するために必要となる情報量が決定されたものとする。
【００５８】
次に、各分類された属性毎に、個々の物体からの光と参照光との干渉縞を計算する。このとき、先に決められたビット数で表現できる階調幅で干渉縞をデジタル画像として生成する（ステップ３６３）。そして、このデジタル画像は、図１５の符号３００に示すように、個々の画素を（ｉ，ｊ）で表すことにする。
【００５９】
次に、それぞれのデジタル画像を、当該ビットに応じて、フィールド画像列に分解する（ステップ３６４）。上記の例では、属性ａのグループで生成された８ビットのデジタル画像からは２５５枚（＝１２８＋６４＋３２＋１６＋４＋２＋１）のフィールド画像が、属性ｂのグループで生成された４ビットのデジタル画像からは、３１枚（＝１６＋８＋４＋２＋１）のフィールド画像が、属性ｃのグループで生成された２ビットのデジタル画像からは７枚（４＋２＋１）のフィールド画像が生成されることになる。
なお、各フィールド画像を構成する各画素は、１ビットの情報を有することから、このフィールド画像は、デジタル画像を構成するビットから生成されたビット画像の特殊形態ということができる。このようなビット画像とフィールド画像との関係は他の実施形態においても同様である。
図１６（ａ）の符号３０１は、物体Ａのフィールド画像列を、図１６（ｂ）の符号３０２は物体Ｂのフィールド画像列を、図１６（ｃ）の符号３０３は物体Ｃのフィールド画像列をぞれぞれ表す。そして、例えば、物体Ａのｋ枚目のフィールド画像の画素(i,j)は、Ａkijと表すことにする。
図１７（ここでの例では、白（０）黒（１）で表わしている）の符号３１１は物体Ａの画素(i,j)の輝度値が１２９［＝（１１１１０００１）2］である例であり、それをフィールド画像列の画素(i,j)の部分のみを取り出した図である。同様に、符号３１２、３１３は物体Ｂ、Ｃの画素(i,j)の輝度値がそれぞれ、７、５の場合のフィールド画像列の画素(i,j)の部分のみを取り出した図である。
【００６０】
ここでは、表示装置の表示可能な濃淡値のレベルが２５６階調であるとする。画像としては８ビットの濃淡値が必要となることに相当し、２５５フィールドの画像が提示されると考えることができる。そこで、先の例のように物体の情報量を４ビット、３ビットといった値にした場合、そのままの情報に相当するフィールド画像のみを表示すると、表示物体の輝度が極端に低くなってしまうことになる。そのため、物体本来の輝度を表示するためには、ビット数に応じて輝度を予め補正し、２５６フィールド提示する間、当該フィールド画像を繰り返し表示するようにし、輝度の保存を行う。図１８の符号３２１は物体Ａを表示している例であり、符号３２２、この表示時間（２５５フィールド）内に物体Ｂを輝度を保存して表示するために１６回（＝２7／２4）繰り返し表示する例を、符号３２３は物体Ｃを輝度を保存して表示するために３２回（＝２8／２3）繰り返し表示する例を示している。
つまり、物体Ｂは４ビット、３１フィールドであり、物体Ａと比較して、フィールド画像の枚数が約１／１６になっている。そこで、情報量を下げる際に、物体Ｂの輝度を１／１６に変更してデジタル画像を生成し、符号３０２に示すようなフィールド画像列を生成する。そして、表示する際に、物体Ｂに相当するフィールド画像が物体Ａを一回表示する間に、１６回表示するようにする。これにより、物体Ｂの輝度は本来の輝度を保存して提示することになる。同様に、物体Ｃについては、輝度を１／３２に変換してデジタル画像を生成し、物体Ａに対応するフィールド画像列を一通り提示する間に、３２回繰り返し提示するようにする。
ここで、個々のビットに応じたフィールド画像の枚数は整数倍ではないため、端数が発生する。この端数は、切り捨てる、あるいは、次フレームに繰り越すなど方法はいくつか考えられ、本実施例では、特定しない。
【００６１】
次に、同時表示物体の干渉縞をフィールド毎に合成（加算演算）し、２値化することで表示用動画像のフィールド画像列Ｄを生成する（ステップ３６５、３６６）。ここで、合成前の個々のフィールド画像は、０か１の値を持つ２値画像であるが、ｎ枚のフィールド画像合成後、各フィールド画像は、ｎ値の画像になっている。そこで、これを２値画像に変換して、フィールドごとの合成を行う。例えば、図１８のフィールド画像列の画素(i,j)の部分の合成を例にすると、
１）図１９の符号３３１の合成後のフィールド画像列の画素Ｄijに示すように、合成後の値が２以上の値を持つフィールド画像の画素のみを１する
２）図１９の符号３３２のＤijに示すように、合成した画像の個々の画素の論理和(OR)をとる
３）図１９の符号３３３のＤijに示すように、合成画像の論理積(AND)を用いるなど、多数考えらる。なお、この２値化の方法は上記の例に限定されるものではない。
【００６２】
この変換後のフィールド画像列Ｄは、高速に順次表示する（ステップ３６７）。このように、表示用動画像のフィールド画像列Ｄを高速に順次表示することで、観察者は、階調幅のある物体を認識することができる。
ここで、図１４と図１２との対応について説明すると、図１４のステップ３６１〜３６３が図１２のステップ２２、２３に含まれる。そして、ステップ３６４〜３６６がステップ２４に対応し、ステップ３６７がステップ２５に対応する。なお、図１４において、図１２のステップ２１に対応するステップが省略されている。
【００６３】
次に、表示対象物の干渉縞を合成して表示する例を図１２を用いて説明する。なお、表示対象物は、３つの物体Ａ，Ｂ，Ｃにより構成されているものとする。個々の物体の提示周期は図２０の符号３４１に示した通りである。
まず、個々の物体の干渉縞を計算し（ステップ２２）、デジタル画像として求める（ステップ２３）。このとき、ビット数は、本発明では特定しないが、ここでは３つの物体共に、８ビットで表すものとして以下説明する。
図２０の符号３４１に示すとおり、ｔ１−ｔ２の間では、物体Ａ，Ｂを表示し、ｔ２−ｔ３の間は、物体Ａ、Ｃを表示する。このとき、まず、ｔ１−ｔ２の区間において、物体Ａの干渉縞によるデジタル画像を呼び出してくる。一方、物体Ｂの干渉縞のデジタル画像も順次呼びだす。そして、画像Ａの画素(i,j)の下位ビットと画像Ｂの画素(i,j)の高位ビットの値を入れ替えながら、すべての画素について同様の操作を行い、新たなデジタル画像、あるいはフィールド画像列（例えば図２０のＥ，Ｆ，Ｇ）を生成する（ステップ２４）。
【００６４】
具体的な例として、例えば、画像Ａの最上位ビット（２7の位）はそのままにして、２6位以下のビットにすべて画像Ｂの２7の位の値を代入していく。つまり、このビット入れ替え操作の意味は、デジタル画像表示で使われるパルス幅変調方式で表示することを考えると、２7の位は、フィールドの提示回数として１２８回であり、２6位以下の総和のフィールド数は１２７回（＝６４＋３２＋１６＋８＋４＋２＋１）となり、ほぼ同数のフィールド提示回数となる。つまり、物体ＡとＢを同時に表示したことと同様の画像が得られる。また、他の合成方法として、図２０の符号３４２ａのＥijに示すように、フィールド画像列を生成した後、物体Ａと物体Ｂフィールド画像列を半分づつ入れ替えることにより処理することも可能である。
同様にｔ２−ｔ３の区間では、符号３４２ｂのＦijに示すように、物体Ｃの上位ビットと物体Ａの下位ビットを入れ替え、ｔ３からの区間では、符号３４２ｃのＧijに示すように、物体Ｂの上位ビットに物体Ａの下位ビットを組み合わせた例を示している。
このようにして生成した動画像を順次表示することにより（ステップ２５）、輝度を保存しつつ複数の物体を表示することができるようになる。
なお、上位ビットのみを利用しても画質の劣化が少ないことについては、第６に実施形態で詳細に説明する。
ここで、上位ビットと下位ビットの区切りとして、上記の例では、ステップ２３で生成したデジタル画像の最上位ビット及びそれより下のビットという分け方をしているが、この区切り方は、時間によって変えることも可能であり、また、上位半分のビット同士を組み合わせるなど多数考えられ、ビットの組み合わせる方法は特定しない。
【００６５】
なお、本実施例では、干渉縞の提示の順番を物体毎に提示する例で説明しているが、ある一定間隔での個々のビットの位の提示間隔（当該フィールドの提示回数）が同一であれば本発明は実現でき、ビット各位それぞれのフィールド提示の順番は特定されない。
また、本実施例では、物体の数を３個で説明しているが、物体数は表示装置の解像度に依存する数値であり、本発明では、表示可能な物体数は特定されない。
また、本実施例では、フィールド数、各物体のビット数を特定して説明しているが、一つの物体を表示するための最小／最大フィールド数並びに、個々の物体を表示するために必要なビット数は限定しない。
また、本実施例では、各フィールドでの表示を、白-黒の２値表現を用いて説明しているが、表示方法は２値である必要性は無い。一般に使われているパルス幅変調方式でのフィールド切り替え速度よりもさらに高速にフィールド切り替えできる表示手段であれば、多値画像を利用することも可能である。このように多値画像を利用することで、更により多くの物体、あるいは、よりクリアな映像を実現できる。
【００６６】
次に、上述のような特徴部分を有する本発明の計算機ホログラム表示装置の構成を図２１に示す。図２１より計算機ホログラム表示装置は、表示対象管理手段３７１、デジタル画像処理手段３７２、フィールド画像処理手段３７３、画像蓄積管理手段３７４、画像表示手段３７５により構成される。この装置の動作は以下のようになる。
表示対象物は、表示対象物管理手段３７１に管理され、物体の有する属性に応じて、分類されて保持されている。デジタル画像処理手段３７２では、対象物管理手段３７１より、分類された物体をそれぞれ呼び出し、計算機ホログラムとしての干渉縞を計算し、それぞれの分類された属性に対応したビット数のデジタル画像に変換する。デジタル画像は、フィールド画像処理手段３７３にて、さらにビット数に応じたフィールド画像列に分解され、画像蓄積管理手段３７４にて保持される。また、フィールド画像処理手段３７３は、順次画像蓄積管理手段３７４よりフィールド画像を呼び出し、複数のフィールド画像を合成して新たなフィールド画像を生成し、画像蓄積管理手段３７４に蓄積していく。画像蓄積管理手段３７４に保持されている画像列は、画像表示手段３７５にて、順次表示される。
【００６７】
ここで、図２１と図１３との装置構成の対応を説明すると、図２１の表示対象物管理手段３７１は図１３の物体管理手段６に、デジタル画像処理手段３７２およびフィールド画像処理手段３７３は画像生成手段７に、画像蓄積手段３７４は画像記憶手段４に、画像表示手段３７５は画像表示手段８に対応する。
【００６８】
以上のように、本発明は、表示対象物の属性（輝度、動きなど）に応じて、表示物体の情報量を設定し、情報量に応じて提示間隔を制御し、複数のフレーム／フィールドなど動画像としての複数の画像シーケンスを使って、一画面（画像）では物体数を少なくしながら、一定時間内に提示される画像全体としてはより多くの物体を表示させることができる。これにより、解像度の制約を緩和することができる。
すなわち、物体表面にテクスチャなどによる濃淡変化を有する物体など、表示するための情報量が多い物体は、例えば８ビットで表現し、濃淡変化の無い物体など、表示のための情報量が少なくて済む物体は、より少ないビット数（例えば、４ビット）、また、動いている物体は、色やテクスチャなどがぼけていてもそれ程知覚されないことから、表示のためのビット数を減らして、表現することができるようになる。そして、ビット数に応じて表示間隔が異なるため、これらを合成することで、お互いの画像により埋もれてしまう情報を少なくすることができる。
【００６９】
つまり、従来は、物体一つ一つを例えば８ビット全部を使って表現し、８ビットを表現するために、デジタル画像においては、一つの画素の濃淡表現に、２５５枚（＝２7+２6+２5+２4+２3+２2+２1+２0）のフィールドを提示する必要があった。つまり、全ての表示物体に対して、均一枚の提示フィールド数が必要であった。そして、８ビット画像であれば、２５５枚のフィールドが順次提示されるのであるが、輝度が１２８以上であれば、１２８枚目以降のフィールドは常に白（つまり１）の状態になっている。つまり、１２８枚目以降のフィールド画像は全く変化しない画像が一定時間提示されている状態が続いている。
本発明では、このフィールド画像の変化しない部分に、他の画像を合成する方法である。通常の２次元画像提示であれば、この合成を行うとノイズとなって表示画像に現れるが、ホログラムの様な干渉縞の場合、情報が冗長であるため、画像（干渉縞）の一部がかけたとしても、再生像への画質劣化の影響が少ないという特徴がある。そのため、フィールド毎に画像を合成したとしても、画質劣化が、通常の２次元画像表示の場合より少なくすることができる。そして、従来一定間隔同一画像を提示する間に他の物体の情報を合成させることで、より多くの物体を表示することができるようになる。
すなわち、複数の物体による干渉縞の情報が合成されたフィールド画像が動画像シーケンスとして表示され、個々のフィールド画像の個々の画素の発光時間比により中間調が得られると共に、複数の物体を同時に観察することができるようになる。
【００７０】
また、本発明によれば、一フレームでの表示対象物を減らすことができるため、表示装置の表示可能な濃淡レベルが制約されていた場合でも、従来の手法より多くの物体を表示することが可能となる。
また、情報量を減らすことで、一フィールドあるいは一フレームでの表示に必要な情報量を低減でき、蓄積されるホログラム情報の容量を大幅に低減することも可能となる。
さらに、全て、デジタル処理を行っているため、波面の合成、圧縮、伸長による画質劣化を避けることができる。
なお、フィールド提示の周期は、従来の動画（30フレーム／秒）とすると、1/30秒以内に、当該フィールド枚数を提示するようにすれば、従来の動画像と同様の映像を観察することも可能である。
【００７１】
（第４の実施形態）
第３の実施形態では、フレーム画像列（ビット画像）を動画像の複数の画面に”輝度を保存する”ように割り当てることにより表示用動画像を生成しているが、本実施形態では、ビット画像を単に”複数の画面に分散して割り当てる”ことにより複数の物体の表示を可能とするものである。
以下、本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明する。
【００７２】
図２３は、本発明の方法での一実施形態例を示すフロー図である。この実施形態例においては、表示対象物は点光源の集合として記述されているとする。そして、従来の動画表示の一コマをフレームと呼び、個々のフレームを構成する複数の画像をフィールドと呼ぶことにする。つまり、画像一フレームの各画素が、４ビットで表現されるとき、この４ビットを２0，２1，２2，２3と分解し、個々の当該ビットを２0＝１フィールド、２1＝２フィールド、２2＝４フィールド、２3＝８フィールドで表現し、１フレームを１５フィールドで構成することになる。
【００７３】
まず、図２４に示すような、８つの物体（４２１から４２８）を表示するとき、属性によって対象物体を分類する（ステップ４０１）。例えば、８つのオブジェクトが、
（ｌ）濃淡変化のある静止物体（４２１）
（２）濃淡変化の無い静止物体（４２２，４２３，４２４，４２５）
（３）動いている物体（４２６，４２７，４２８）
という３つに分類されたとする。そして、各分類された物体を表現するための情報量を設定する（ステップ４０２）。例えば、（１）は、４ビット、（２）は１ビット、（３）は２ビットで表現する。なお、これら分類は第３の実施形態で説明した通りである。
【００７４】
次に、濃淡変化のある物体に関して、物体を構成する個々の点光源により、ホログラム面上に生成する波面Ａ＃４２１を計算する（ステップ４０３）。この物体（４２１）は、４ビットで表現されるから、波面Ａ＃４２１を画素毎に４ビット表現のデジタル画像に変換したときの当該フィールドの画像（本例の場合、２値画像になる）を求め、保持しておく（ステップ４０４）。
【００７５】
また、（２）の物体（４２２，４２３，４２４，４２５）についても同様に、ホログラムの波面Ａ＃４２２，Ａ＃４２３，Ａ＃４２４，Ａ＃４２５を計算する（ステップ４０３）。これらの物体は１ビットで表現可能てあるから、波面Ａ＃４２２，Ａ＃４２３，Ａ＃４２４，Ａ＃４２５をデジタル画像に変換し、当該画素のビット値をもとに各フィールドでの画像を生成し、保持しておく（ステップ４０４）。
【００７６】
同様にして、（３）の物体（４２６，４２７，４２８）についても、ビット毎の波面Ａ＃４２６，４２７，４２８を生成し、デジタル画像に変換し、各フィールド画像を求め、保持しておく（ステップ４０３，４０４）。
【００７７】
そして、個々の物体に関して、例えば図２５のようなタイムシーケンスで物体の表示を行う。４３１は、物体４２１（濃淡変化のある静止物体）の表示シーケンスであり、１５フィールドで一つの物体を表現することになる。４３２は、物体４２２〜４２５（濃淡変化のない静止物体）の表示シーケンスであり、個々の物体は、それぞれ、異なるフィールドにおいて表示していて、個々の物体はそれぞれ１フィールドで表示を行っている。４３３は、物体４２６，４２７，４２８（動物体）を表示するための表示シーケンスであり、それぞれの物体は２ビットで表示するため、３フィールドで一つの物体を表示することになる。
【００７８】
まず、フィールドｔ1で表示する画像を生成するために（ステップ４０５）、当該フィールドｔ1での表示対象物４２１を選択し（ステップ４０６）、１フィールド目の画像（２3の位の最初のビット値によリ構成される画像）を取り出し、ホログラム配列Ｈt1（ｘ，ｙ）に書き込む（ステップ４０７）。同様に、４２２，４２６についても１フィールド目の画像、即ち、４２２は２0の位の最初のビットにより構成される画像、４２６は２1の位の最初のビットにより構成される画像を取り出し、ホログラム配列Ｈt1（ｘ，ｙ）に書き込む。以上の操作（ステップ４０６，４０７）を繰り返すことによリ（ステップ４０８）、表示すべき物体のフィールドｔ1での画像が生成される。つまり、フィールドｔ1では、３つの物体のみを表示対象にしている。
【００７９】
次に、物体４２１の２フィールド目の画像（２3の位の２番目のビット値により構成される画像）を取り出し、ホログラム配列Ｈt2（ｘ，ｙ）に書き込む。また、物体４２３の１フィールド目並びに、物体４２６の２フィールド目についても、同様の処理によリホログラム配列Ｈt2（ｘ，ｙ）に書き込まれ、フィールドｔ2により新しい波面が生成される（ステップ４０５〜４０９）。このフィールドｔ2でも、３つの物体のみを表示対象にしている。
【００８０】
以下、同様にして、全フィールドｔについて処理した後、全てのフィールド画像に参照光の波面を合成した新たなフィールド画像を生成し（ステップ４１０）、タイムシーケンスにしたがって、３つの物体を表示対象とする個々のフィールド画像を順次提示する（ステップ４１１）と、４２１から４２８までの８つの物体が観察可能となる。
【００８１】
ここで、図２３と図１２の各ステップの対応について説明すると、図２３のステップ４０１〜４０３が図１２のステップ２２に対応し、ステップ４０４がステップ２３に対応する。そして、ステップ４０５から４１０がステップ２４に対応し、ステップ４１１がステップ２５に対応する。なお、図２３において、図１２のステップ２１に対応するステップは省略されている。
【００８２】
次に、上述のような特徴部分を有する本発明ホログラム表示装置の構成と動作を説明する。図２６は本発明の装置での一実施形態例を示すブロック図である。
【００８３】
図において、４４１は物体管理手段、４４２は波面計算手段、４４３は情報量決定手段、４４４はビット分解手段、４４５は表示間隔決定手段、４４６は波面合成手段、４４７は表示手段、４４８は表示画面同期手段である。以下、この構成の装置の動作例を説明する。
【００８４】
物体管理手段４４１では、表示対象物体に関しての属性情報を管理している。つまり、個々の物体の輝度、色、動きベクトルなどが属性情報として管理されている。波面計算手段４４２では、物体を構成する個々の点光源がホログラム面上に生成する波面を計算する。情報量決定手段４４３では、属性に応じて、必要な情報量を設定し、当該物体をそれぞれの値で量子化する。量子化された波面データは、ビット分解手段４４４において、ビットごとに分解された画素配列として管理される。表示間隔決定手段４４５では、フィールドそれぞれにおいて表示すべき物体を管理していて、各フィールドにて、表示すべき物体を逐次選択し、波面合成手段４４６において当該選択された物体の波面を全て合成（たとえば、加算）し、当該フィールドでの物体光による干渉縞を生成している。波面合成手段４４６では、さらに、参照光の波面を合成して表示手段４４７において表示する。表示画面同期手段４４８は、フィールドの提示間隔が一定になるように、波面合成手段４４６から波面の呼び出し、並びに表示手段４４７での表示の同期を制御している。
【００８５】
ここで、図２６と図１３の装置構成の対応を説明すると、図２６の物体管理手段４４１は、図１３の物体管理手段６に対応し、波面計算手段４４２、情報量決定手段４４３、ビット分解手段４４４、表示間隔決定手段４４５、波面合成手段４４６は、画像生成手段７に対応する。そして、表示手段４４７、表示画面同期手段４４８は画像表示手段８に対応する。なお、図２６において、図１３に示す表示対象物入力手段１および画像記憶手段４は省略されている。
【００８６】
なお、本実施形態例では、濃淡変化のある物体において、提示の順番をビット列の順番で説明しているが、ある一定間隔での個々のビットの位の提示間隔が同一であれば本発明は実現でき、ビット各位それぞれのフィールド提示の順番は特定されない。
【００８７】
また、本実施形態例では、オブジェクトの数を８個で説明しているが、オブジェクト数は表示装置の解像度に依存する数値であり、本発明では、表示可能な物体数は特定されない。
【００８８】
また、本実施形態例では、フィールド数、各物体のビット数を特定して説明しているが、一つの物体を表示するための最小／最大フィールド数並びに、個々の物体を表示するために必要な情報量は限定しない。
【００８９】
また、本実施形態例では、属性として、濃淡変化の有無並びに動きで分類を行っているが、この属性は、色や輝度など、物体を表示する上で関連のある属性であればよく、属性の種類／分類方法は限定されない。また、動きのある物体の情報量を、本実施形態例では固定して説明したが、動きベクトルの大きさにより、情報量を変化させることも考えられる。
【００９０】
また、本実施形態例では表示方法や装置に関してのみを説明しているが、本発明の、物体毎に生成された干渉縞を、伝送手段を用いて別々に伝送するようにすることもできる。このとき、静止物体を先に伝送し、受信部に保持しておき、動き部分を逐次伝送し、受信部分で合成して表示することで、ホログラム動画像の伝送において、伝送容量を削減することが可能となる。
【００９１】
また、本実施形態例では、各フィールドでの表示を、白−黒の２値表現を用いて説明しているが、表示方法は２値である必要性は無い。高速にフィールド提示できる表示手段であれば、多値画像を利用することも可能である。多値画像を利用することで、更に、より多くの物体、あるいは、よリクリアな映像を実現できる。
【００９２】
また、本実施形態例では、濃淡表現の無い物体の周期は一種類で説明しているが、この周期についても、各物体の周期幅を制御することで、当該物体全体の濃淡値を変化させることも可能である。つまリ、表示間隔周期を大きくとると、当該物体は全体的に暗くなり、表示周期を小さく取れば、当該物体を明るく表示することもできる。
【００９３】
以上述べたように、本発明によれば、一フレームでの表示対象物を減らすことができるため、少ない解像度ても、従来の手法より多くの物体を表示することが可能となる。
【００９４】
また、情報量を減らすことで、一フィールドあるいは一フレームでの表示に必要な情報量を低減でき、ホログラム情報の伝送容量を低減することが可能となる。
【００９５】
また、全て、デジタル処理を行っているため、波面の合成、圧縮、伸長による画質劣化を避けることができる。
【００９６】
以上のように、本実施例では、計算機により求めた光の干渉縞を表示する計算機ホログラム表示方法において、表示対象物を当該表示対象物の有する属性により分類し、前記分類された表示対象物からの光の干渉縞を求め、前記分類された表示対象物の属性に応じて表示に必要な情報量を個々に設定し、前記求めた干渉縞を前記設定された個々の情報量に応じてデジタル画像に変換し、前記変換されたデジタル画像の各画素のビット列を、各位毎に画素配列に分解し、前記分解された画素配列の各画素を動画像の複数の画像に分散して割り当てることにより、前記表示対象物の情報量に応じて表示させる周期を変化させたデジタル動画像を作成し、前記作成されたデジタル動画像を表示する。
【００９７】
また、計算機ホログラムを表示する装置において、表示対象物の属性についての情報を管理する物体管理手段と、前記管理されている表示対象物の属性に応じて、個々に情報量を設定する情報量決定手段と、前記表示対象物からの光の波面による干渉縞を計算する波面計算手段と、前記計算された干渉縞をデジタル画像に変換し、個々の画素のビット列を各位毎の画像配列に分解するビット分解手段と、前記表示対象物の情報量に応じて、表示周期並びに表示する順番を決定する表示間隔決定手段と、前記決定された表示周期並びに表示する順番に従って、前記分解されたビットの位毎の画素配列の画素による干渉縞を合成する波面合成手段と、前記合成された干渉縞の表示タイミングを制御する表示画面同期手段と、前記制御された表示タイミングに基づいて前記合成された干渉縞を順次表示する表示手段と、を備える。
【００９８】
また、前記合成された干渉縞について静止した表示対象物の干渉縞から先に伝送し、動く表示対象物の干渉縞を後に逐次伝送する伝送手段と、前記伝送された静止した表示対象物の干渉縞を保持するとともに、該保持された静止した表示対象物の干渉縞と前記逐次伝送された動く表示対象物とを合成する受信手段と、を備え、前記表示画面同期手段は、前記受信手段で合成された干渉縞の表示タイミングを制御するものであり、前記表示手段は、前記受信手段で合成された干渉縞を表示するものであってもよい。
【００９９】
このように、本発明では、表示対象物の属性（輝度、動きなど）に応じて、表示物体の情報量を設定し、情報量に応じて提示間隔を制御し、複数のフレーム／フィールドなどの動画像の複数の画面を使って、一画面では物体数を少なくしながら、一定数の画面全体としてはより多くの物体を表示させることで、つまり情報量分解による計算機ホログラム表示により、解像度の制約を緩和する。
【０１００】
すなわち、物体表面にテクスチャなどによる濃淡変化を有する物体など、表示するための情報量が多い物体は、より多いビット数（例えば８ビット）で表現し、濃淡変化の無い物体など、表示のための情報量が少なくて済む物体は、より少ないビット数（例えば、４ビット）で表現し、また、動いている物体は、色やテクスチャなどがぼけていてもそれ程知覚されないことから、表示のためのビット数を減らして、表現することで、解像度の制約を緩和することができるようになる。そして、ビット数に応じて表示周期を変化させることで、情報量が少ない物体はより多くの物体を表現できるようになる。
【０１０１】
つまり、従来は、物体一つ一つを例えば８ビット全部を使って表現し、８ビットを表現するために、デジタル画像においては、一つの画素の濃淡表現に、２7＋２6＋２5＋２4＋２3＋２2＋２1＋２0＝２５５枚のフィールドを提示する必要があった。つまり、全ての表示物体に対して、均一枚の提示フィールド数が必要であった。
【０１０２】
しかし、本発明では、物体の情報量（ビット数）が少なければ、提示フィールド枚数を少なくすることが可能となり、同一フィールド数で、従来の方法に比ベて、より多くの物体を表現することが可能となる。
【０１０３】
また、個々の物体をビット列で表現し、ビット毎に干渉縞を生成することで、干渉縞の濃淡は２値表現による記述が可能となるため、表示手段に中間調表示が不要なことから、表示手段の製造が容易になる。
【０１０４】
フィールド提示の周期を、例えば従来の動画（３０フレーム／秒）と同じにすると、ｌ／３０秒以内に、当該フィールド枚数を提示するようにすれば、従来の動画像と同様の映像を観察することが可能である。
【０１０５】
（第５の実施形態）
上述した従来のパルス幅変調方式による表示は、高位ビットほど、同一画像を提示する回数を多くする手法であり、各ビットに対応した画像は２値画像である。この手法でホログラムを表示するということは、バイナリーホログラムを繰り返し提示していることと同じといえる。ところで、バイナリーホログラムによる画像表示においては、画像の至る所に、局所的に明るくなっているノイズが目立った画像、つまり、スペックルノイズが多数発生することが問題となる。しかも、パルス幅変調方式を利用した場合、何回も同一の画像を提示することで、このスペツクルノイズが強調された画像として知覚されるため、ノイズの多い画像が再構成されてしまうという問題点がある。
【０１０６】
そこで、本実施形態は、デジタル画像より得られたフィールド画像例（ビット画像）を対応するビットにごとに加算し、デジタル画像のビットの位に応じた数のフィールドを用意するとともに、該ビットの位に応じた数のフィールド間において異なる２値化処理を行うことにより表示用デジタル画像を生成する。このようにして、スペックルノイズの現れる場所を変化させて、背景の濃淡ムラなどを低減し、クリアな画像が得られる計算機ホログラム表示方法および装置について説明する。
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【０１０７】
図２７のフロー図により、本発明の方法での一実施形態例を示す。
まず、表示対象のデータをＭ個のデータに分解する（ステップ５０１）、ここで、分解の方法は、仮に表示対象が、一枚の画像であれば、その画像を４分割する等、あるいは、三次元空間中の複数の物体であれば、物体毎に分解する等、分解の方法は多数考えられる。
【０１０８】
そして、分解されたデータ毎に計算機ホログラムを生成する。つまり、Ｎビット（例えば８ビット）の濃淡階調を持つ千渉縞を生成する。ここでは、仮にＭ個のデータがあり、Ｍ枚のホログラムを生成することにする（ステップ５０２）。
【０１０９】
次に、Ｍセットの干渉縞画像の各画素はＮビットで構成されているから、各干渉縞画像から、各画素毎に同位ビットの値を取り出すことで、Ｎ枚のビット画像を生成する（ステップ５０３）。つまり、Ｍ枚の干渉縞画像それぞれについて、Ｎ枚のビット画像が生成される。
【０１１０】
次に、同一ビット位の画像がＭ枚存在するから、同一ビット位の個々の画素を足し合わせる。これにより、Ｎ枚のビット画像はそれぞれ、０〜Ｍの階調を持つことになる（ステップ５０４）。
【０１１１】
次に、ビット画像を順次呼び出し（ステップ５０５）、画像処理を施す。ここでは、処理の一例として誤差拡散処理を用いる。つまリ、濃淡値（例えばＮ／２）を閾値として、２値化処理（濃淡値を０あるいはＭに変換）を施す。このとき、２値化処理による濃淡値の誤差を隣接画素に伝般させるようにする。例えば、図２に示すように、画素２１の二値化における誤差に重み（例えば、図２８の様な重み：３／１６，５／１６，１／１６，７／１６）を与えた値を、それぞれの隣接画素の値に加算するという処理を行う（ステップ５０６）。
【０１１２】
この時、２値化の閾値並びに誤差拡散の重みの値、或いは、伝搬させる方向を複数用意し、それぞれの画像において、先の２値化閾値、重み或いは伝搬方向が異なるように、誤差拡散処理並びに２値化処理を行った後、画像を表示する（ステップ５０７）。
【０１１３】
当該ビット位に応じた枚数分、同一画像を繰り返し呼び出し、ステップ５０５〜５０７の処理を繰り返し行う（ステップ５０８）。例えば、８ビットの濃淡値を有する画像の場合、最高位のビットに対応した画像は、２7＝１２８枚の同一の画像を呼び出すことになる。
【０１１４】
ここで、図２７と図１２の各ステップの対応について説明すると、図２７のステップ５０１、５０２が図１２のステップ２２、２３に含まれ、ステップ５０３〜５０６がステップ２４に対応する。そして、ステップ５０７、５０８がステップ２５に対応する。なお、図２３において、図１２のステップ２１に対応するステップは省略されている。
【０１１５】
ところで、本実施形態例では、Ｍ枚のホログラムは、全てＮビットとして説明しているが、必ずしもＮビットである必要性は無い。それぞれ、異なるビット数でもよく、その場合、ホログラムの中で、最大ビット数に対応したビット画像を生成するようにすればよい（ここで、対応ビットが無い当該ビット画像には、０（或いは黒）を与える。あるいは、他の画像のビット画像を用いることで、ビット数の違いを回避する事も可能である。）。
【０１１６】
尚、本実施形態例では、誤差拡散処理並びに２値化処理を画像表示の際にリアルタイムで行う例を示したが、予め、各ビット位に対応する同一画像を生成し、予め誤差拡散処理、２値化処理を行った画像を保持しておくことも考えられ、誤差拡散処理、２値化処理の手順は、本実施形態例に特定はされない。
【０１１７】
次に、上述のような特徴部分を有する本発明の計算機ホログラム表示装置の一実施形態例の構成および動作を図２９のブロック図を用いて説明する。
【０１１８】
図２９において、５３１は濃淡画像生成手段、５３２はビット画像生成手段、５３３は画像保持手段、５３４は画像処理手段、５３５は画像表示制御手段、５３６は画像表示手段である。
【０１１９】
濃淡画像としての計算機ホログラムが最初に濃淡画像生成手段５３１にて作成され、その濃淡画像はビット画像生成手段５３２に送られる。ビット画像生成手段５３２では、濃淡画像を予め決められた規則に従って複数のデータセット（濃淡画像）に分解する。あるいは、濃淡画像生成手段５３１で画像生成の段階で複数の濃淡画像を生成し、ビット画像生成手段５３２に送られる。分解された複数の濃淡画像は、ビット画像生成手段５３２によりビット画像に分解され、画像保持手段５３３に保持される。画像処理手段５３４は、分解されたビット画像に対して、誤差拡散処理並びに２値化処理を施し、その処理が施された画像を画像保持手段５３３が同様に保持する。あるいは、画像表示制御手段５３５の制御の下、各ビット位に応じた回数だけ当該画像を画像表示手段５３６に表示する際に、リアルタイムで誤差拡散処理、２値化処理を行う。
【０１２０】
ここで、図２９と図１３の装置構成の対応を説明すると、図２９の濃淡画像生成手段５３１、ビット画像生成手段５３２、画像処理手段５３４は、画像生成手段７に対応する。そして、画像保持手段５３３は画像記憶手段４に対応する。また、画像表示制御手段５３５、画像表示手段５３６は画像表示手段８に対応する。なお、図２６において、図１３に示す表示対象物入力手段１は省略されている。
【０１２１】
上述のような制御態様をとれば、図３０（ａ）の５４０に示すような原画像を表示する場合、計算機ホログラムとしての千渉縞濃淡画像は図３０（ｂ）の５４１に示すような干渉縞画像が生成される。この干渉縞画像５４１を各ビットに分解し、異なる誤差拡散処理による２値化を行った結果が図３０（ｃ）の５４２並びに図３０（ｄ）の５４３である。千渉縞の特徴は保持されている一方、局所的に濃淡値が異なることがわかる。このように、バイナリーホログラムとしての画像再生に於いて、原画像（元々のバイナリーホログラム）が同じであっても、異なる誤差拡散処理が施されるため、再生時のスペックルノイズの出現位置がフレーム毎に異なり、結果的に、従来のスペックルノイズが強調されることなく、一様にノイズが分散され、全体的に見やすい画像を生成する事が可能となる。図３０（ｅ）の５４４が、フレーム毎に異なる処理を行わない場合であり、スペックルノイズが強調され、原画像のＧという文字のコントラストが相対的に低下してしまっていることがわかる。図３０（ｆ）の５４５は、本発明の一例の結果であり、スペックルノイズが低減されていることが確認できる。
【０１２２】
尚、本発明は、計算機ホログラムやそのビット画像等のデータを保存し、それらを自由に読み出し可能なハードディスクやそれに準ずる装置と、濃淡画像生成、ビット画像生成、画像処理等の処理を行う際のデータの保持等に必要なバッファやそれに準ずる装置と、画像処理をほどこされたデジタルホログラム等を表示する液晶ディスブレイなどの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置を備え、それらハードディスク、バッファ、表示装置及び入力装置などをあらかじめ定められた手順に基いて制御するコンピュータやそれに準ずる装置により、図１のフローで示した本発明の方法の実施形態例での処理の手順ないしアルゴリズムを適宜、実行することが可能であり、その手順ないしアルゴリズムをコンピュータ等に実行させるためのブログラムを該コンピュータが読み取り可能な記録媒体、例えばフロッピーディスクやメモリカード、ＭＯ、ＣＤ、ＤＶＤなどに記録して配布することが可能である。
【０１２３】
以上述べたように、本発明によれば、ホログラムによる立体映像をデジタル画像のまま表示することが実現でき、画像再生時のスペックルノイズを削減したクリアな画像を再生表示できるという効果が得られる。
【０１２４】
このように、本発明の方法は、ホログラムを濃淡値Ｎビットの濃淡画像として生成し、前記濃淡画像の各画素の濃淡値をビット列に分解し、個々のビットの位毎にビット画像を生成し、前記ビット画像に画像処理をほどこす際に、ビットの位に対応した提示時間の間、繰り返し提示する当該ビット画像に対しては、繰り返すビット画像それぞれに異なる画像処理をほどこし、前記画像処理をほどこしたビット画像を提示するようにする。
【０１２５】
また、本発明の装置は、ホログラムを濃淡画像として生成する濃淡画像生成手段と、前記濃淡画像をビットに分解しビット画像を生成するビット画像生成手段と、前記ビット画像を保持する画像保持手段と、前記ビットの位に応じたビット画像の繰り返し提示する時間間隔を制御する画像表示制御手段と、前記ビット画像に画像処理をほどこす手段であって、前記繰り返し提示する当該ビット画像に対しては、繰り返すビット画像それぞれに異なる画像処理を施す画像処理手段と、前記画像処理をほどこしたビット画像を提示する画像表示手段と、を設ける。
【０１２６】
また、記録媒体として、本発明は、ホログラムを濃淡値Ｎビットの濃淡画像として生成する手順と、前記濃淡画像の各画素の濃淡値をビット列に分解し、個々のビット位毎にビット画像を生成する手順と、前記ビット画像に画像処理をほどこす手順であって、ビットの位に対応した提示時間の間、繰り返し提示する当該ビット画像に対しては、繰り返すビット画像それぞれに異なる画像処理をほどこす手順と、前記画像処理をほどこしたビット画像を提示する手順とを、コンピュータに実行させるプログラムとして、該コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録するようにする。
【０１２７】
パルス幅変調方式では、高位ビットであるほど、画像の繰り返し回数が多い。例えば、８ビットの画像であれば、最高位ビットは１２８回同一画像を繰り返し提示するのに対して、最下位ビットは一回だけの提示となる。提示される画像はバイナリーホログラムであるから、ノイズの多い画像が更に強調されてしまう。つまり、背景画像に輝度（濃淡）のむら強調された画像が表示される。そこで、本発明では、上述のようにＮビツトのデジタル画像として生成されたホログラムから、Ｎ枚の各ビットの位のビット画像を生成し、ビット画像を繰り返し提示する際に、同一画像を提示するたびに異なる画像処理、例えば誤差拡散処理を施して画像を表示することで、提示される画像毎に、スペックルノイズの現れる場所を変化させる。これにより、提示回数が多いほど、スペックルノイズ同士が相殺され、背景の濃淡のむらが低減され、よりクリアな画像を再現することが可能となる。
【０１２８】
（第６の実施形態）
本実施形態では、複数のデジタル画像から前記表示対象物の属性に応じて高位ビット画像を取り出し、この高位ビット画像を動画像の複数の画面に割り当てることにより表示用デジタル画像を生成する。このように、１枚の画像データの中に複数の物体のホログラム画像を組み込むことで、複数の物体の表示を可能とする計算機ホログラム表示方法および装置について説明する。
【０１２９】
本実施の形態で説明する方法およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、物体からの光と参照光との光の干渉縞を計算し、前記干渉縞をデジタル画像として、デジタル表示する計算機ホログラム表示方法において、複数の表示物体と参照光との干渉縞を、前記表示物体毎に生成し、前記干渉縞をデジタル画像に変換し、前記変換されたデシタル画像の各画素のビット列を、各位毎に画素配列に分解し、前記分解された画素配列の中で、予め設定した位までの高位ビットを取り出し、前記取り出された高位ビットの画素配列の各画素を動画像の複数の画像に分散して割り当てることにより、前記取り出された高位ビットの画素配列のデジタル動画像を作成し、前記作成されたデジタル動画像を表示する。
【０１３０】
このとき、前記高位ビットを取り出す際に、表示対象物の属性に応じて、取り出す高位ビットの位数を変化させてもよい。
【０１３１】
また、本実施の形態で説明する装置は、物体からの光と参照光との光の干渉縞を計算し、前記干渉縞をデジタル画像として、デジタル表示する計算機ホログラム表示装置において、表示物体の干渉縞を計算する干渉縞計算手段と、前記計算された干渉縞をテジタル画像に変換し、個々の画素のビット列を各位毎の画素配列として生成するデジタル画像生成手段と、前記表示対象物の高位ビットの画素配列を選択し、動画像としての画像列を生成する動画像生成手段と、前記生成された画像列を順次表示する表示手段と、を備える。
このとき、前記動画像生成手段は、高位ビットの画素配列を選択する際に、表示対象物の属性に応じて選択する高位ビットの位数を変化させるものであってもよい。
【０１３２】
上述の装置、方法のようにデジタル画像の上位ビットのみを利用しても良好な結果が得られることを、シミュレーション結果を示して説明する。
【０１３３】
計算機ホログラムで生成した干渉縞をデジタル面像として、ビット列の位毎の画像に分解し、各位の画素配列のみで画像を再生すると、再生像の生成に寄与するものは、高位ビットのみであることがシミユレーションによりわかる。
【０１３４】
例えば、図３１（ａ）の６１１の画像により生成されるホログラムは、図３１（ｂ）の６１２に示すような模様の干渉縞となる。この画像６１２を例えば８ビットのデジタル画像に変換し、各画素のビット列をビットの位毎の画素配列に分解した画像が、図３１（ｃ）の６１３である。つまリ、６１３１〜６１３８が、それぞれ、２0〜２7に対応するビットの位の画素配列である。これらの画素配列のみからそれぞれ再生像を求めると、図３１（ｄ）の６１４のような画像が生成される。つまり、６１４１から６１４８の画像は、それぞれ６１３１から６１３８の画素配列から再生された画像である。ここで、６１４の画像を各位に対応した重みをつけて画像を合成すると、デジタル画像表示における再生像を計算により求めることができる。つまり、６ｌ４の画像、すなわち６１４１〜６１４８の画像もそれぞれに、各ビットに対応した重み、２0〜２7の値を重みとして用い、それぞれの画像を足し合わせることで、図３１（ｅ）の６１６に示すような．画像が再生される。
【０１３５】
一方、図３１（ｄ）の６１５に示した画像は、それぞれ高位ビットの画像のみを用いて再生した画像であり、６１５１は２7の位のみ（つまり画像６１４８のみ）、６１５２は２7及び２6の位の画像の和（つまり、画像６１４８及び６１４７の和）、６１５３は、２7，２6及び２5の位の画像の和（つまり、６１４８，６１４７，６１４６の画像の和）、６１５４は２7，２6，２5，２4の位の画像の和（つまり、６１４８，６１４７，６１７６，６１４５の画像の和）により生成された画像である。この結果て分かるように、上位ビット（この場合、２7，２6，２5，２4位のビット）の画像のみを使っても、従来の再生像（６１６）と同様の画質の画像が再生されることが確認できる。つまり、下位ビットの画像を削除しても再生像への影響が少ないことがわかる。
【０１３６】
そこで、本発明は、この下位ビットの部分を他の物体の高位ビットの画像に置き換えることで、再生像の画質劣化を引き起こすことなく、情報量を大幅に削減することを可能とする。
【０１３７】
以下、図を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【０１３８】
図３２は、本発明の方法での一実施形態例を示すフロー図であり、図３３（ａ）〜（ｈ）は本実施形態例での画像の例を示した図である。この実施形態例においては、デジタル画像は８ビットとし、２つの物体（本実施形態例では２つの画像）を用いることにする。例えば、図３３（ａ）の６３０に示すような原画像を、“Ｆ”と“Ｇ”の２つの画像の組み合わせとして扱って説明を行う。
【０１３９】
まず、原画像に対する干渉縞を生成する（ステツプ６０１）。図３３（ｂ）の６３１が“Ｆ”のみの画像により生成された干渉縞であり、図３３（ｃ）の６３２は”Ｇ”のみの画像により生成された干渉縞であり、図３３（ｄ）の６３３は原画像６３０により生成された干渉縞である。
【０１４０】
ここで、ダイナミックレンジが十分にあり、解像度も十分に高い場合は、６３３の干渉縞で原画像を再生することが可能であるが、電子表示装置等、解像度並びに表示可能な輝度値に制約がある場合、６３３のような縞を表示しようとすると、細かな縞（高周波成分の部分）がつぶれてしまい、像が再生できない。一方、６３１、６３２に示すように、縞の間隔が広い場合、つまり、高周波成分の領域が少ないため、電子表示装置で表示して、再生像を得ることが可能となる。
【０１４１】
次に、計算により求められた干渉縞６３１及び６３２をデジタル画像に変換し、各ビット位の画素配列画像を求める（ステップ６０２）。図３３（ｅ）の６３４及び図３３（ｆ）の６３５がそれぞれ、６３１及び６３２の各ビットでの画素配列画像である。
【０１４２】
次に、この画素配列画像の中から、例えば、それぞれの上位ビット（例えば上位４ビット）のみを取り出し（ステップ６０３）、図３３（ｇ）の６３６に示すような画素配列画像の組から動画像としての画像列を生成する（ステツプ６０４）。
【０１４３】
そして、上記の画素配列画像の組を順次、重み付けを行いなから表示するようにする（ステップ６０５）。ここで、重み付けの方法としては、それぞれの重みに当該ビットの位に対応する輝度の相対値を対応させる方法や、同一画像の提示問隔時間を重み付けの値に比例した時間間隔にする方法などが考えられる。この結果、得られる再生像か図３３（ｈ）の６３７である。
【０１４４】
ここで、図３２と図１２の各ステップの対応について説明すると、図３２のステップ６０１が図１２のステップ２２に対応し、ステップ６０２がステップ２３に対応する。そして、ステップ６０３、６０４がステップ２４に対応し、ステップ６０５がステップ２５する。なお、図３２において、図１２のステップ２１に対応するステップは省略されている。
【０１４５】
また、本発明において、ステップ６０３において高位ビットを取り出す際に、物体の属性に応じて、取り出すべき高位ビットの位数を変えることも可能である。
【０１４６】
例えば、６３１の干渉縞に閂しては２7の位のみの画像、６３２の干渉縞に関しては２6から２0までの位の画像を用いる方法がある。この方法では、画素配列の重み付けに関しての特別な処理が不要になり、通常のデジタル表示における処理でよく、通常のデジタル画像表示装置での表示が可能となる。
【０１４７】
これとは別の例として、６３１の干渉縞に関しては２7の位のみの画像、６３２の干渉縞に関しては２7と２6までの位の画像を用いる方法なども考えられる。
【０１４８】
この場合は、個々の画素配列画像の重み付けを操作するため、先に述べたような輝度や提示問隔の制御などを行う必要があるが、高画質の再生像が得られるようになる。
【０１４９】
次に、上述のような特徴部分を有する本発明の計算機ホログラム表示装置の実施形態例の構成と動作を説明する。図３４は本発明での計算機ホログラム表示装置一実施形態例を示すブロック図である。
【０１５０】
図において、６４１は干渉縞計算手段、６４２はテジタル画像生成手段、６４３は動画像生成手段、６４４は表示手段、６４５は画像記憶手段である。以下、この構成の装置の動作例を説明する。
【０１５１】
干渉縞計算手段６４１では、表示対象物（本実施形態例では表示対象画像）による干渉縞を計算する。つまり、表示対象物と参照光（本実施形態例では、画像の背面から照射された平面波）との干渉縞を計算により求める。デジタル画像生成手段６４２では、干渉縞計算手段６４１により生成された干渉縞を、表示手段６４４の性能に応じてデジタル画像に変換し、各画素のビットの位に応じた画素配列画像を生成する。例えば、表示手段６４４の性能が、２５６階調濃淡表示であれば、８ビットのデジタル画像に変換し、８枚の画素配列画像を生成する。動画像生成手段６４３では、異なる表示対象物により生成されている画素配列画像の中から高位ビットの画素配列画像を選び出し、一連の画素配列画像列から動画像を生成する。そして、表示手段６４４において、先に生成された画素配列画像列を順次表示する。
【０１５２】
ここで、図３４と図１３の装置構成の対応を説明すると、図３４の干渉縞計算手段６４１、デジタル画像生成手段６４２、動画像生成手段６４３は、画像生成手段７に対応し、画像記憶手段６４５は画像記憶手段４に対応する。また、画像表示手段６４４は画像表示手段８に対応する。なお、図３４において、図１３に示す表示対象物入力手段１は省略されている。
【０１５３】
なお、本発明の装置の他の実施形態例としては、画素配列生成手段６４３において、物体毎に異なる数の画素配列画像を選択することが考えられる。
【０１５４】
本発明は、記録媒体を読み取るだめの読取装置と、記録媒体から読み取ったプログラムや画像データ等を格納しそれを自由に読み出し可能なメモリ装置と、各種の処理を行う際に必要なデータを保持するためのバッファやそれに準ずる装置と、その処理の過程で必要な情報を表示したりホログラム画像等を表示したりするためのディスプレイなどの出力装置と、必要な指示を与えるためのキーボードやマウスなどの入カ装置とを備え、それらのメモリ装置、バッファ、出力装置及び入力装置などを上記プログラムによって予め定められた手順に基いて制御する計算機やそれに準ずる装置により、図３ｌＡ〜Ｅ、〜図３４を用いて説明した本発明の実施形態例での処理の手順ないしアルゴリズムを適宜、実行することが可能であり、その手順ないしアルゴリズムを計算機等に実行させるためのプログラムを上記読取装置が読み取り可能な記録媒体、例えばフロッピーティスクやメモリカード、ＭＯ、ＣＤ、ｌ ＤＶＤなどに記録して配布することが可能である。
【０１５５】
以上述べたように、本発明によれば、デジタル画像の不要なビット位の部分に他の画像情報を入れることで、効率的なデータ量低減が可能となる。
【０１５６】
以上説明した第１〜第６の実施形態で説明した計算機ホログラム表示方法および装置により、データ量の削減ができ多数の物体を同時に表示できる、あるいは、縞の重なりによる画質の劣化を避けることができる。
【０１５７】
なお、第１、第２の実施形態で説明したサンプリングにより複数の物体を表示させる技術と、第３〜第４の実施形態で説明した表示用画像データ作成の工夫により複数の物体を表示させる技術とを組み合わせることも可能である。
【０１５８】
また、第５の実施形態で説明したスペックルノイズの低減を図る技術は、表示用動画像において同一のデータからなるフィールドが複数連続する場合、他の実施形態で説明した技術への応用が可能である。
【０１５９】
また、図２や図１３に示した装置の各手段や各実施形態で示した装置の各手段はそれぞれ処理部として機能するものである。
【０１６０】
また、図１や図１２で示した方法や各実施形態で説明した方法を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより計算機ホログラムを行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可般媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【０１６１】
次に、第１〜第６の実施形態で説明した計算機ホログラム表示方法および装置の利用分野について説明する。
計算機ホログラム表示方法および装置は、計算機ホログラフィを利用した立体映像表示技術であり、立体映像の伝送／表示／蓄積技術に関するものである。バーチャルリアリティの表示装置として利用可能である。具体的には、立体テレビ、博物館の展示、ＣＡＤシステム、バーチャル・リアリティコンピュータゲーム、手術シミュレーションやコンピュータ・トモグラフィ画像の立体表示等医療応用、視線上に立体映像を表示するヘッドアップディスプレイなどへの応用が行える。
【０１６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による計算機ホログラム表示方法、装置、および、計算機ホログラム表示プログラムを記録した記録媒体によれば、下記の効果を得ることができる。
本発明によれば、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示において、表示対象物の３次元データを干渉縞計算用のデータに変換し、変換された３次元データを、サンプリングする規則を設定し、設定された規則に従って、前記変換した３次元データをサンプリングする。そして、サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、光源からの光により生成される波面を計算し、計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として保持する。そして、サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、生成される複数のホログラム画像を順次表示する。
このように、動画表示のような連続する複数フレームに、ホログラム表示させる物体をサンプリングにより分散させて表示し、ホログラム画像を連続フレームとして観察することで、より詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させることができるようになる。
【０１６３】
また、本発明によれば、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラムにおいて、表示対象物の３次元データの入力を行い、前記入力された表示対象物を分類・分割し、該分類・分割された表示対象物ごとに参照光との干渉縞をそれぞれ計算する。そして、計算された複数の干渉縞を、それぞれデジタル画像に変換し、変換された複数のデジタル画像を、それぞれビット毎に分解してビット画像とし、分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を合成することにより表示用動画像を生成する。この生成した表示用動画像を表示する。
このように、複数の物体の干渉縞に関するデジタル画像を、複数のフレーム／フィールドなどの動画像の複数の画面に分散させることで、一画面では物体数を少なくしながら、一定数の画面全体としてはより多くの物体を表示させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 サンプリングに特徴を有するホログラム表示方法のフロー図である。
【図２】 図１の方法を実施するための装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】 第１の実施形態におけるホログラム表示方法を示すフロー図である。
【図４】 入力される３次元データの一例を示す図である。
【図５】 ３次元データの変換の一例を説明するために図である。
【図６】 サンプリングの一例を説明するための図である。
【図７】 第１の実施形態における装置の構成例を示すブロック図である。
【図８】 第２の実施形態におけるホログラム表示方法を示すフロー図である。
【図９】 上記実施形態例で使用するボクセルテータの例を示す図である。
【図１０】 発明の概念図である。
【図１１】 第２の実施形態における装置の構成例を示すブロック図である。
【図１２】 表示用動画像の生成に特徴を有するホログラム表示方法のフロー図である。
【図１３】 図１２の方法を実施するための装置の構成例を示すブロック図である。
【図１４】 第３の実施形態におけるホログラム表示方法を示すフロー図である。
【図１５】 座標系を説明するための図である。
【図１６】 物体ごとのフィールド画像列の一例を示した図である。
【図１７】 物体ごとフィールド画像列のある画像（i,j)の部分のみを取り出した図である。
【図１８】 物体ごとフィールド画像列のある画像（i,j)の表示時間を説明するための図である。
【図１９】 フィールド合成画像列のある画像(i,j)の一例を示した図である。
【図２０】 異なる物体により生成されたデジタル画像の特定ビットの合成を説明するための図である。
【図２１】 第３の実施形態における装置の構成例を示すブロック図である。
【図２２】 パルス幅変調方式による画像表示を説明した図である。
【図２３】 第４の実施形態におけるホログラム表示方法を示すフロー図である。
【図２４】 本実施形態例で表示しようとする物体を示す図である。
【図２５】 本実施形態例でのフィールド表示シーケンスの一例を示す図である。
【図２６】 第４の実施形態における装置の構成例を示すブロック図である。
【図２７】 第５の実施形態におけるホログラム表示方法を示すフロー図である。
【図２８】 本発明の方法での誤差拡散処理の重みづけの一例を示す図である。
【図２９】 第５の実施形態における装置の構成例を示すブロック図である。
【図３０】 本発明での処理結果画像の例を説明する図である。
【図３１】 本発明の作用を説明するための計算機ホログラムのデジタル表示特性を示した図である。
【図３２】 第６の実施形態におけるホログラム表示方法を示すフロー図である。
【図３３】 本発明での方法の一実施形態例の画像の例を示した図である。
【図３４】 第６の実施形態における装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 表示対象物入力手段
２ 物体管理手段
３ 画像生成手段
４ 画像記憶手段
５ 画像表示手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a computer generated hologram display technique for displaying a computer generated hologram on an electronic display or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in computer generated holograms, there is a method of expressing an object as a set of point light sources and generating a hologram by calculating the fringes due to wavefronts from these point light sources. There are acousto-optic elements and liquid crystal panels. The acousto-optic device has the disadvantage that it can only express one-dimensional interference fringes (only the parallax in the horizontal direction), but the liquid crystal panel can display two-dimensional thousand fringes and is electrically easy. There is an advantage that rewriting is possible. However, since the liquid crystal panel normally needs to electrically control the gray value of each pixel, there is a manufacturing limitation in reducing the pixel pitch due to restrictions on the circuit configuration and the like. In order to display a hologram, a high definition of 1000 lines / mm or more is originally required, but since there are manufacturing difficulties, at present, only a very rough hologram can be realized.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when an electronic display such as a liquid crystal is used, the fact that the resolution and dynamic range are limited means that there is a limit to the displayable spatial frequency and display gradation. In other words, in order to display a single object, it is necessary to display up to 1000 fringes with a certain amount of high-frequency components.However, since the display resolution is low, when trying to display multiple objects, the single object is the last. A phenomenon occurs in which the high-frequency component that can be displayed (striking pattern) overlaps with the high-frequency component of another object, resulting in the striped pattern of the high-frequency component being crushed. That is, there is a problem that sufficient information for reproducing an object is lacking and the S / N ratio of the image is deteriorated, and the number of objects that can be displayed, that is, the detailed display capability of the object shape is limited. Will appear.
[0004]
The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of the prior art, and even when a display means with a limited resolution or dynamic range such as an electronic display such as a liquid crystal is used, a more detailed shape or It is an object of the present invention to provide a computer generated hologram display technique capable of displaying more objects.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present invention is a computer generated hologram display method for calculating and displaying light interference fringes, and for calculating three-dimensional data of a display object for interference fringes. A rule for sampling the converted three-dimensional data, sampling the converted three-dimensional data according to the set rule, and each position of the sampled three-dimensional data And calculating a wavefront generated by light from the light source, holding an interference fringe between the calculated wavefront and reference light as a hologram image, and performing the sampling and wavefront generation processes. A computer generated hologram display method characterized by sequentially displaying a plurality of hologram images generated repeatedly.
According to a second aspect of the present invention, in the computer generated hologram display method according to the first aspect, the conversion to the interference fringe calculation data generates vertex coordinates of the surface of the display object from the three-dimensional data. It is characterized by doing.
According to a third aspect of the present invention, in the computer generated hologram display method according to the first aspect, the conversion to the interference fringe calculation data is conversion of the three-dimensional data into voxel data. It is said.
According to a fourth aspect of the present invention, in the computer generated hologram display method according to the first aspect, the conversion to the interference fringe calculation data is performed for each object, and the sampling rule is defined by the attribute of the object. It is characterized by changing the sampling rule according to the above.
[0006]
Next, the invention according to claim 5 is a computer generated hologram display method for obtaining and displaying light interference fringes by calculation, and inputting three-dimensional data of a display object, and classifying the input display object. Dividing and calculating interference fringes with reference light for each of the classified and divided display objects, converting the calculated plural interference fringes into digital images, respectively, and converting the converted plural digital The image is decomposed for each bit to form a bit image, and the generated moving image for display is generated by combining the bit images obtained for each of the classified and divided display objects, and the generated moving image for display Is a computer-generated hologram display method.
According to a sixth aspect of the present invention, in the computer generated hologram display method according to the fifth aspect, the calculation of the interference fringes classifies the plurality of display objects according to attributes of the display objects, and based on the classification. It is characterized by being performed for each display object.
The invention according to claim 7 is the computer-generated hologram display method according to claim 6, wherein the conversion to the digital image is performed by setting an amount of information necessary for display based on an attribute of the display object. The display moving image is generated by distributing the bit images obtained for each of the classified / divided display objects to a plurality of moving image screens. Thus, a display moving image is generated by assigning them.
Further, the invention according to claim 8 is the computer generated hologram display method according to claim 6, wherein the conversion to the digital image is performed by setting an amount of information necessary for display based on an attribute of the display object. The display moving image is generated by converting the bit images obtained for each of the classified / divided display objects into a plurality of moving image screens. A moving image for display is generated by assigning to save.
The invention according to claim 9 is the computer generated hologram display method according to claim 6, wherein the digital moving image is generated from the bit image obtained for each of the classified / divided display objects. A high-order bit image is taken out in accordance with an attribute of an object, and a moving image for display is generated by assigning the high-order bit image to a plurality of moving image screens.
The invention according to claim 10 is the computer-generated hologram display method according to claim 5, wherein the conversion to the digital image is performed so as to have the same number of bits, and the generation of the digital moving image is performed by the digital image. A bit image obtained from an image is added for each corresponding bit, and a number of fields corresponding to the number of bits of the digital image are prepared, and different image processing is performed between the number of fields according to the number of bits. The display moving image is generated by performing the above.
The invention according to claim 11 is the computer-generated hologram display method according to claim 6, wherein the digital moving image is generated by taking a preset high-order bit image from a bit image obtained from the digital image, A display moving image is generated by assigning each pixel of the high-order bit image to a plurality of moving images.
[0007]
Next, the invention described in claim 12 is a computer generated hologram display device that obtains and displays light interference fringes by calculation, a display object input means for inputting three-dimensional data of the display object, and the display object. Object management means for converting the three-dimensional data into interference fringe calculation data, setting a rule for sampling the converted three-dimensional data, and sampling the converted three-dimensional data according to the set rule Assuming that there is a light source at each position of the sampled three-dimensional data, the wavefront generated by the light from the light source is calculated, and the interference fringe between the calculated wavefront and the reference light is hologram Image generating means for generating an image, and image display means for sequentially displaying a plurality of generated hologram images by repeating the sampling and wavefront generation processes. Is a computer generated hologram display apparatus, characterized in that was e.
The invention according to claim 13 is the computer generated hologram display device according to claim 12, wherein the object management means generates the vertex coordinates of the display object from the three-dimensional data to calculate the interference fringes. It is characterized by conversion to data.
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the computer generated hologram display device according to the twelfth aspect, the object management means converts the three-dimensional data into voxel data, thereby converting the data into the interference fringe calculation data. It is characterized by performing.
Further, according to a fifteenth aspect of the present invention, in the computer generated hologram display device according to the twelfth aspect, the object management means performs conversion to the interference fringe calculation data for each object, and sets the sampling rule as the sampling rule. It is characterized by changing according to the attribute of the object.
The invention according to claim 16 is the computer generated hologram display device according to claim 12, wherein the computer generated hologram display device stores an image storage means for storing the hologram image generated by the image generation means, and the image storage. And a means for sequentially transmitting the hologram images accumulated in the means, wherein the image display means sequentially displays the transmitted hologram images.
[0008]
Next, according to a seventeenth aspect of the present invention, in a computer generated hologram display device that obtains and displays light interference fringes by calculation, display object input means for inputting three-dimensional data of a display object, and the input The displayed display object is classified and divided, the interference fringes with the reference light are calculated for each of the classified and divided display objects, the calculated plurality of interference fringes are converted into digital images, and the conversion is performed. Image generating means for generating a display moving image by decomposing the plurality of digital images for each bit and synthesizing the decomposed bits, and image display means for displaying the generated display moving image And a computer generated hologram display device.
The invention according to claim 18 is the computer generated hologram display device according to claim 17, wherein the computer generated hologram display device classifies the plurality of input display objects according to attributes of the display objects. Means for determining the amount of information individually according to the managed attributes of the display object; and interference fringes due to the wavefront of light from the display object. According to the amount of information of the display object, the wavefront calculating means for calculating the image, the bit interference means for converting the calculated interference fringes into a digital image, and decomposing the bit string of each pixel into an image array for each position, and Display interval determining means for determining a display cycle and a display order; and according to the determined display cycle and a display order, the pixels in the pixel array for each of the decomposed bits are arranged. Wavefront synthesizing means for synthesizing the interference fringes, and the image display means is a display screen synchronization means for controlling the display timing of the synthesized interference fringes, and the synthesis based on the controlled display timing. And display means for sequentially displaying the interference fringes.
According to a nineteenth aspect of the present invention, in the computer generated hologram display device according to the eighteenth aspect, the computer generated hologram display transmits the synthesized interference fringes from the interference fringes of the stationary display object first and moves. Transmission means for sequentially transmitting the interference fringes of the display object later and holding the transmitted interference fringes of the stationary display object, and sequentially transmitting the interference fringes of the held stationary display object Receiving means for combining with a moving display object, wherein the display screen synchronization means controls display timing of interference fringes synthesized by the receiving means, and the display means is the receiving means. It is characterized by displaying the synthesized interference fringes.
According to a twentieth aspect of the present invention, in the computer generated hologram display apparatus according to the seventeenth aspect, the image generation unit includes an interference fringe calculating unit that calculates an interference fringe of a display object, and the calculated interference fringe is digitally converted. Digital image generating means for converting into an image and generating a bit sequence of individual pixels as a pixel array for each position, and a moving image for selecting a high-order bit pixel array of the display object and generating an image sequence as a moving image And generating means.
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the computer generated hologram display device according to the seventeenth aspect, the image generating means includes a grayscale image generating means for generating a hologram as a grayscale image, and the grayscale image is decomposed into bits. A bit image generating means for generating an image, an image holding means for holding the bit image, and a means for subjecting the bit image to image processing, each of the repeated bit images for the bit image to be repeatedly presented Image processing means for applying different image processing to the image display means, and the image display means performs image processing by means of image display control means for controlling a time interval for repeatedly presenting bit images according to the bit positions. And an image display means for presenting a bit image.
[0009]
Next, according to a twenty-second aspect of the present invention, in a computer-readable recording medium on which a computer generated hologram display program for obtaining and displaying a light interference fringe by calculation is recorded, the computer generated hologram display program stores 3 of the display object. Converting the dimensional data into interference fringe calculation data, setting a rule for sampling the converted three-dimensional data, sampling the converted three-dimensional data according to the set rule, and sampling the sampled data Assuming that there is a light source at each position of the three-dimensional data, calculate a wavefront generated by the light from the light source, hold interference fringes between the calculated wavefront and reference light as a hologram image, A computer that repeats the process of sampling and wavefront generation to display multiple generated hologram images sequentially. A recording medium recording a computer-generated hologram display program to be executed by the.
According to a twenty-third aspect of the present invention, in the recording medium on which the computer generated hologram display display program according to the twenty-second aspect is recorded, the conversion to the data for calculating the interference fringes means that the display object is converted from the three-dimensional data. It is characterized by generating the vertex coordinates of the surface.
According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the recording medium on which the computer generated hologram display display program according to the twenty-second aspect is recorded, the conversion to the interference fringe calculation data is the conversion of the three-dimensional data into voxel data. It is characterized by conversion.
According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the recording medium on which the computer generated hologram display display program according to the twenty-second aspect is recorded, the conversion to the interference fringe calculation data is performed for each object, and the sampling rule is used. Is characterized in that the sampling rule is changed according to the attribute of the object.
[0010]
According to a twenty-sixth aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium on which a computer generated hologram display program for obtaining and displaying a light interference fringe by calculation is recorded. Dimensional data is input, the input display object is classified and divided, and interference fringes with reference light are calculated for each of the classified and divided display objects, and the calculated plurality of interference fringes Are converted into digital images, the plurality of converted digital images are each decomposed into bits to form bit images, and the bit images obtained for each of the classified and divided display objects are synthesized. A computer generated hologram display program for causing a computer to generate a display moving image and to display the generated display moving image It is recorded to the recording medium.
According to a twenty-seventh aspect of the present invention, in the recording medium on which the computer generated hologram display display program according to the twenty-sixth aspect is recorded, the calculation of the interference fringes classifies the plurality of display objects according to attributes of the display objects. However, this is performed for each display object based on the classification.
The invention described in claim 28 is the recording medium recorded with the computer generated hologram display display program according to claim 27, wherein the conversion to the digital image is an information amount necessary for display based on the attribute of the display object. And converting the image into a number of bits corresponding to the set amount of information, and generating the display moving image uses the bit image obtained for each of the classified / divided display objects as a moving image. A display moving image is generated by distributing and assigning to a plurality of screens.
According to a twenty-ninth aspect of the present invention, in the recording medium on which the computer generated hologram display display program according to the twenty-seventh aspect is recorded, the amount of information necessary for display is converted into the digital image based on the attribute of the display object. And converting the image into a number of bits corresponding to the set amount of information, and generating the display moving image uses the bit image obtained for each of the classified / divided display objects as a moving image. The display moving image is generated by assigning the plurality of screens so as to store the luminance.
The invention according to claim 30 is the recording medium on which the computer generated hologram display display program according to claim 27 is recorded, and the generation of the digital moving image is obtained for each of the classified and divided display objects. A high-order bit image is extracted from the bit image according to the attribute of the display object, and the display-use moving image is generated by assigning the high-order bit image to a plurality of moving image screens.
The invention according to claim 31 is the recording medium on which the computer generated hologram display display program according to claim 26 is recorded, wherein the conversion to the digital image is performed so as to have the same number of bits, and the digital moving image Is generated by adding the bit image obtained from the digital image for each corresponding bit, preparing a number of fields according to the bit position of the digital image, and a number corresponding to the bit position of the digital image. A display moving image is generated by performing different binarization processing between fields.
The invention described in claim 32 is the recording medium recording the computer generated hologram display display program according to claim 26, wherein the generation of the digital moving image is preset from a bit image obtained from the digital image. A high-order bit image is taken out, and each pixel of the high-order bit image is assigned to a plurality of images of the moving image to generate a display moving image.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a computer generated hologram display method and apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
In the following, the computer generated hologram display method and the apparatus display object of the present invention will be described separately in the first to sixth embodiments.
In the first and second embodiments, a computer-generated hologram display method and apparatus for observing a hologram image as a continuous frame by dispersing and displaying an object to be hologram-displayed in a plurality of continuous frames such as moving image display by sampling. The display object will be described. That is, a computer generated hologram display method and apparatus for displaying more detailed shapes or more objects by using frame division presentation will be described.
In the third to sixth embodiments, digital images related to interference fringes of a plurality of objects are distributed over a plurality of moving image screens such as a plurality of frames / fields constituting the display digital image, and the number of objects is displayed on one screen. A computer generated hologram display and apparatus for displaying a larger number of objects on a certain number of the entire screen while reducing the number of screens will be described. “Frame” means one frame constituting a moving image, and “field” means one frame for constituting a frame.
[0013]
First, the outline of the first and second embodiments will be described. FIG. 1 is a flowchart showing a computer generated hologram display method common to the first and second embodiments.
First, three-dimensional data of an object to be displayed is input, and the dimensional data is converted into interference fringe calculation data (steps 11 and 12).
Next, a sampling rule is set for the three-dimensional data converted in step 12 (step 13).
Then, the converted three-dimensional data is sampled according to the set rule, and the wavefront generated by the light from the light source is calculated assuming that there is a light source at each position of the sampled three-dimensional data. The interference fringes between the wave front and the reference light are held as a hologram image (steps 14 and 15).
The sampling and wavefront generation processes are repeated, and a plurality of generated hologram images are sequentially displayed (steps 16 and 17).
In this way, objects to be displayed on a hologram are distributed and displayed by sampling in a plurality of continuous frames such as moving image display, and a more detailed shape or more objects can be obtained by observing the hologram image as a continuous frame. Display.
[0014]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an apparatus for carrying out the method of FIG. As shown in FIG. 2, the computer generated hologram display apparatus includes a display object input unit 1, an object management unit 2, an image generation unit 3, and an image display unit 5. Here, the display object input means 1 performs Step 11 of FIG. 1, and the object management means 2 performs Steps 11 to 14 and 16 of FIG. Then, the image generation means 3 performs step 15 in FIG. 1, and the image display means 5 performs step 17 in FIG.
In FIG. 2, an image storage unit 4 is provided, which stores the hologram image calculated by the image generation unit 3 and displays the stored image on the image display unit 5 or displays the transmission. Used when. Further, the image storage unit 4 may be temporarily used during the generation of an image to be displayed.
2 are realized by dedicated hardware, the functions are realized by being executed as a program and executed by a memory and a CPU (Central Processing Unit) (not shown). It may be a thing.
[0015]
Hereinafter, the computer generated hologram display method and apparatus described with reference to FIGS. 1 and 2 will be described in more detail in the first and second embodiments.
[0016]
(First embodiment)
In the present embodiment, the three-dimensional data of the display object is divided into a plurality of parts, sampling is performed from each part, and the calculated interference fringes are displayed using a plurality of frames. A computer generated hologram display method and apparatus for displaying many objects will be described.
Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
Since the electronic display device has limitations on resolution and dynamic range, there is a limit to try to express interference fringes due to wavefronts from a plurality of light sources at the same time. In other words, only n light sources can be displayed. Therefore, in this embodiment, as an example, a description will be given assuming that a display device that can display only 100 point light sources at the same time is used. Hereinafter, the computer generated hologram display method of the present embodiment will be described with reference to the flow of FIG.
First, three-dimensional data of a display object is input (step 121). The display objects input here include two objects 101 and 102 as shown in FIG. 4 as an example. Each object 101, 102 is assumed to be composed of a collection of three-dimensional coordinate data. In FIG. 4, reference numeral 103 denotes a display target screen.
Here, when the three-dimensional data of the display object is three-dimensional data described by vertices, edges, and surfaces like polygon data, the surfaces constituting the polygons are represented in order to represent surface information. Divide it into finer meshes. For example, in the polygon data of the object 102 in FIG. 4, as shown in FIG. 5, each surface is further divided into 16 parts, and the vertex coordinates of each divided surface are used as new three-dimensional data. In FIG. 5, reference numeral 104a is the original three-dimensional vertex coordinate data, and the point indicated by reference numeral 104b is a point newly added by division. In this process, if the density of vertex coordinates has reached the required density, there is no need to divide into fine meshes.
[0018]
Next, a list of three-dimensional coordinates (vertex coordinates) constituting the display object is generated (step 122). Here, a list of vertex coordinates of the surface obtained by the division for each of the objects 101 and 102 in FIG. 4 is generated.
Next, the input data sampling rule is determined for the list obtained in step 122 (step 123). For example, the rule of randomly sampling from input data is determined assuming that the number of data of objects that can be displayed simultaneously is 100 due to the resolution limit of the display device. The sampling rule will be described in detail separately.
Next, the specified number (100) of vertex coordinate data is selected from the list generated in step 122 (step 124). In the example, a total of 100 vertex coordinates are selected from the list of vertex coordinates of the objects 101 and 102. As an example, from the vertex coordinate data of the object 101, the vertex coordinate data 105a in FIG. 6 is selected for the nth frame, and the vertex coordinate data 105b is selected for the (n + 1) th frame.
Then, assuming that the vertex coordinate data selected in step 124 is a point light source, interference fringes with reference light on the display target screen are obtained by calculation (step 125). The obtained interference fringes are temporarily stored as a hologram image.
Next, when there is remaining vertex data, the processing from step 124 to 125 is performed similarly (step 126).
From the vertex coordinate data of the object 101, the vertex coordinate data 105a is selected for the nth frame in step 124 as shown in FIG. In step 125, interference fringes with reference light on the display target screen 103 are obtained by calculation, and are temporarily stored as hologram images. Next, since the vertex coordinate data remains, the vertex coordinate data 105b remaining in step 124 is selected, and the same processing is performed (steps 124 to 126).
Then, the hologram image temporarily stored last is sequentially displayed (step 127).
As described above, the computer generated hologram is displayed.
[0019]
In this way, the object to be displayed as a hologram is displayed in a distributed manner by sampling, and the hologram image is observed as a continuous frame. Various shapes or more objects can be displayed. Specifically, as illustrated in FIG. 10, for example, when a two-dimensional rectangle is described as a display object, the rectangle reproduced by the interference fringes displayed in the individual frames n, n + 1, n + 2, and n + 3 In the frame, an object is represented by a collection of points sampled at coarse intervals as indicated by 231 and 232 in FIG. When these frames are displayed repeatedly at high speed in succession, in human vision, due to the afterimage effect, a single object (a finer sampled object), more dense dots such as 233 in FIG. It is possible to perceive as a quadrangle by a collection of a plurality of shapes, and it is possible to display a more detailed shape or more objects even when displayed on a low-resolution display device.
[0020]
Here, the correspondence between the flows in FIGS. 1 and 3 will be described. Steps 121 to 127 in FIG. 3 correspond to steps 11 to 17 in FIG. 1, respectively.
In the above example, Steps 121 to 126 are performed first, and Step 127 is repeatedly processed to display a moving image. However, steps 121 to 127 are performed in real time without temporarily holding the hologram image. It is also possible to perform.
Here, before performing step 127, the temporarily held hologram images are sequentially transmitted, and the sequentially received images are displayed at the transmission destination. Accordingly, it is possible to perform progressive transmission so that the object becomes gradually clear as the number of received images increases. In this case, the transmitted hologram image has a relatively coarse pattern of interference fringes because the number of display objects is small. That is, since the spatial frequency of the image is lower than the original interference fringes, it is possible to further increase the compression efficiency.
Further, in the above example, assuming that the vertex coordinates of the object are point light sources, a hologram image is generated by a set of point light sources, but the type of light source is not specified in this embodiment. For example, it is possible to assume that each surface (patch) constituting the three-dimensional polygon data is an individual surface light source.
In addition, instead of individual three-dimensional data of the display object, a method of sampling the individual voxels by inputting the display object space as volume data as indicated by reference numeral 106 in FIG. “Voxel” will be described in detail in the second embodiment.
[0021]
Although the sampling rule for three-dimensional data has been described as a rule prescribed in advance, by converting input data for each object in step 122, the sampling rule can be changed according to the attribute of the object. . Specifically, it is as follows.
1) Sampling rules based on the distance of each object to the display target screen
An object far from the display target screen has a lower sampling density, and an object near the screen has a higher sampling density to sample a point close to a far point. This is because a far object has a lower spatial frequency of interference fringes than a near object, so that even if the sampling density is increased, interference fringes are less canceled.
2) Sampling rules based on the attributes of each object
Moving objects have a lower sampling density and stationary objects have a higher sampling density. This is because there is no problem even if the moving object has a lower resolution than the stationary object. For moving objects, a sampling rule may be used in which the sampling density is lowered as the moving speed is higher.
As described above, wavefronts having different spatial frequencies are synthesized according to the sampling rule corresponding to the attribute of the object, and cancellation of interference fringes can be reduced. Therefore, the number of objects that can be displayed simultaneously can be increased even when displaying on a low-resolution display device. A combination of the sampling rules 1) and 2) above is also possible.
[0022]
Although the point of changing the sampling rule according to the attribute of the object is described, the same effect can be obtained by the device at the time of generating the vertex coordinate list in step 122. Specifically, it is as follows.
1) Vertex coordinate list generation rule based on the distance of each object to the display target screen
The vertex coordinate list is generated so that the object far from the display target screen has a low vertex coordinate density, and the object near the screen has a high vertex coordinate density.
2) Vertex coordinate list generation rules based on the attributes of each object
A moving object reduces the density of vertex coordinates, and a stationary object increases the density of vertex coordinates. For a moving object, the density of vertex coordinates may be lowered as the moving speed increases.
When the vertex coordinate list is generated according to the speed and distance, the sampling rule determined in step 123 uses the same object for each object. In addition, the above-mentioned list generation rules 1) and 2) can be combined.
[0023]
Next, FIG. 7 shows a configuration example of a computer generated hologram display device for carrying out the method of FIG. As shown in FIG. 7, the computer generated hologram display apparatus according to the present embodiment includes a data input unit 130, a data conversion unit 131, a data sampling unit 133, a sampling determination unit 132, an interference fringe calculation unit 134, and an interference fringe display unit 135. . The operation of this device is as follows.
The three-dimensional data of the display object input from the data input unit 130 is converted into a data structure suitable for calculation, such as dense three-dimensional data, by the data conversion unit 131. The sampling determining unit 132 determines a sampling rule according to the input data, and the data sampling unit 133 samples the input data. From the sampled three-dimensional data, the interference fringe calculation means 134 calculates interference fringes as a hologram image. The calculated hologram images are sequentially displayed on the interference fringe display means 135. That is, the data input unit 130 performs step 121 of FIG. 3, and the data conversion unit 131 performs step 122. In addition, the sampling determination unit 132 performs step 123, and the data sampling unit 133 performs steps 124 and 126. Then, the interference fringe calculating unit 134 performs step 125, and the interference fringe display unit 135 performs step 127.
7 and FIG. 2 will be described. The data input unit 130 in FIG. 7 corresponds to the display object input unit 1 in FIG. 2 and includes a data conversion unit 131, a sampling determination unit 132, a data sampling unit. The means 133 corresponds to the object management means 2. The interference fringe calculation unit 134 corresponds to the image generation unit 3, and the interference island display unit 135 corresponds to the image display unit 5.
[0024]
As described above, the object to be hologram-displayed is dispersed and displayed in a plurality of continuous frames such as moving image display by sampling, and by observing the hologram image as a continuous frame, that is, by presenting divided frames, Display detailed shapes or more objects. Thereby, since the number of objects to be displayed on one screen is reduced, it is possible to express more objects without burying interference fringes for each object in noise.
Further, by setting a sampling rule according to the attribute of the object, wavefronts having different spatial frequencies are synthesized, and cancellation of interference fringes can be reduced. Therefore, the number of objects that can be displayed simultaneously can be increased even when displaying on a low-resolution display device.
Further, in the setting of the sampling rule when the conversion in step 122 in FIG. 3 is converted into voxels, the display resolution of the display object can be described hierarchically by applying, for example, scanning with a Hilbert curve. Then, progressive image display becomes possible.
In addition, when transmitting and displaying hologram images, the number of objects to be displayed on one screen is reduced, so that the spatial frequency of the hologram itself can be kept low, and as a result, the compression rate can be increased. It becomes. As a result, it is possible to cope with a case where the transmission capacity is limited. Furthermore, by sequentially transmitting the image information with the hierarchical resolution as described above, the image is not completely invisible according to the fluctuation of the transmission capacity. If there is sufficient, progressive transmission capable of displaying a fine image can be performed.
[0025]
(Second Embodiment)
In the first embodiment, a vertex coordinate list is generated for each object, and vertices are sampled from this list. In this embodiment, a voxel is generated by dividing a display space including a display object. A computer generated hologram display apparatus and method for sampling the voxels will be described.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0026]
First, the method in this embodiment will be described. FIG. 8 is a flow diagram illustrating an example embodiment of the method of the present invention.
[0027]
First, polygon data and volume data (sampling data such as a CT image) as display objects are converted into voxel data 221 as shown in FIG. 9A (step 201). For example, as shown in the table 222 of FIG. 9B, the voxel data 221 has a number (No) assigned to each voxel, and the coordinate values (x, y, z) and luminance (A) are registered. In the case of the table 222 in FIG. 3, 4, 5 and 6 indicate that an object exists.
[0028]
The voxel data 221 is sampled according to a certain sampling rule (for example, equal interval: 3 voxel interval) (steps 202 and 203). Each sampled voxel is flagged as already sampled (for example, as shown in the table 222 in FIG. 9 (b), 1 is registered in the closing of the count), and is input to the voxel first. If the data of the displayed object exists (step 204), first, the luminance of the object of the voxel is obtained, and a point light source corresponding to the luminance is assumed. The wavefront generated on the re-hologram surface by the point light source is obtained by calculation (step 205) and stored in the memory (step 207). In the case of the table 222 in FIG. 4 is a processing target.
[0029]
Further sampling is performed, the wavefronts of the light from the point light sources of all the voxels are calculated (step 206), all the wavefronts are synthesized, and further, the value obtained by synthesizing the wavefront of the reference light is written in the frame memory (step 207). The data written in the frame memory is displayed as a hologram (interference fringe) (step 208). Next, the same processing (steps 203 to 209) is repeated for the remaining voxels (step 209). If indicated by the table 222 in FIG. 9B, the voxel No. 2, no. No. 5 is the sample target. No. 5 has an object. Only 5 is subject to wavefront calculation processing. Here, step 209 and step 208 may be reversed. That is, a plurality of frame memories are prepared, and the wavefront of the display object in a plurality of frames is calculated. At the display stage, only the calling process from the frame memory is performed. Thereby, a plurality of frames can be presented at a higher speed.
[0030]
Here, the correspondence between FIG. 1 and FIG. 8 will be described. Step 201 in FIG. 8 is Step 12 in FIG. 1, Step 202 is Step 13, Step 203 is Step 14, and Steps 204, 206, and 209 are Steps. 16, step 205 corresponds to step 15, and steps 207 and 208 correspond to step 17, respectively. In FIG. 8, steps corresponding to step 11 in FIG. 1 are omitted.
[0031]
When the above scanning is repeated, as shown in FIG. 10, for example, when a two-dimensional rectangle is described as a display object, the rectangle reproduced by the interference fringes displayed in the individual frames n, n + 1, n + 2, and n + 3 is In each frame, an object is represented by a collection of points sampled at coarse intervals as indicated by 231 and 232 in FIG. When these frames are displayed repeatedly at high speed in succession, in human vision, due to the afterimage effect, a single object (a finer sampled object), more dense dots such as 233 in FIG. It can be perceived as a quadrilateral with a collection of
[0032]
Next, the configuration and operation of an embodiment of the hologram display device of the present invention having the above-described features will be described. FIG. 11 is a block diagram showing an embodiment of a hologram display device according to the present invention.
[0033]
In the figure, 241 is a data conversion means, 242 is a display object management means, 243 is a sampling position determination means, 244 is a wavefront calculation means, 245 is an interference fringe synthesis means, 246 is an interference fringe storage means, and 247 is a wavefront display means. .
[0034]
The display object input to the data conversion unit 241 is converted into voxel data and held in the display object management unit 242. In the sampling position setting means 243, a sampling rule is set in advance, and the wavefront calculation means 244 is instructed to determine the position of the voxel to be sampled. Then, when a display object is registered in the sampled voxel, the wavefront calculation means 244 assumes a point light source having luminance in the voxel and calculates the wavefront on the hologram surface. The calculated wavefront data is registered in a memory held in the wavefront synthesizing means 245. The above processing is performed for all target voxels, and wavefront data is sequentially added to the memory. When the processing is completed, the wavefront synthesizing unit 245 registers the memory data in the frame memory of the interference fringe storage unit 246. The above processing is performed sequentially and is registered in the interference fringe storage unit 246 as needed. Then, the registered interference fringes are sequentially called by the wavefront display means 247 and sequentially displayed.
[0035]
Here, the correspondence between the apparatus configurations of FIG. 11 and FIG. 2 will be described. The data conversion means 241, display object management means 242, and sampling position determination means 243 of FIG. 11 are replaced with the object management means 2 of FIG. The interference fringe synthesizing unit 245 corresponds to the image generation unit 3, the interference fringe storage unit 246 corresponds to the image storage unit 4, and the wavefront display unit 247 corresponds to the image display unit 5, respectively. In FIG. 11, means corresponding to the display object input means of FIG. 2 are omitted.
[0036]
As described above, if the control mode as described above is adopted, even if the resolution of the display means is low, the number of display objects in one frame is small, so that objects can be displayed more clearly than in the conventional method. .
[0037]
In this embodiment, the object is described as a point light source. However, depending on the size of each voxel, it is possible to assume that a surface light source having a surface inclination as a parameter exists in the voxel. The type of light source is not limited to this embodiment.
[0038]
Further, in the present embodiment example, the sampling method is described by taking the equidistant sampling as an example, but the sampling method is not specified. For example, it is conceivable to sample the volume data hierarchically so as to change from a coarse resolution display to a detailed resolution display using a Hilbert curve. By sampling the space hierarchically, the display object can be progressively displayed from a coarse image to a detailed image. In the case of hierarchical sampling or coarse resolution, there may be multiple objects in each voxel, but in this case, the method of selecting the object with the highest luminance or the average luminance of the object of the voxel There are many possible methods such as using and are not specified. Progressive image transmission / display is also possible by sequentially transmitting interference fringes generated based on this hierarchical sampling result and sequentially updating and displaying the interference fringes on the receiving device side.
[0039]
Further, as a sampling method, voxels near and far from the display target screen may be combined. This is because the spatial frequency of interference fringes obtained from distant voxels is lower than the spatial frequency of interference fringes obtained from near voxels, so that cancellation of interference fringes when displayed on one image can be reduced.
Furthermore, as a sampling method, the sampling density may be lowered for voxels close to the display target screen, and the sampling density may be increased for distant voxels. This is because a far object has a lower spatial frequency of interference fringes than a near object, so that even if the sampling density is increased, interference fringes are less canceled.
[0040]
In addition, the space designated first may not be the entire input data, but may be a space obtained by cutting out only a display target range, or volume data may be assumed for each display target, and processing may be performed for each object. That is, by defining the volume data locally for each display object, it is possible to set an optimal display resolution for stationary objects and moving objects.
As described above, according to the present invention, a detailed shape and many objects are observed by observing a plurality of frames while reducing the number of display objects in one frame. High-definition shapes and many objects can be displayed.
[0041]
Furthermore, the interference fringes can be calculated with a uniform calculation amount regardless of the complexity of the display object by dividing the space.
[0042]
Also, the resolution required for display in one frame can be made variable by setting the sampling rule, and the transmission capacity of hologram information can be reduced, or the progressive transmission corresponding to the change of transmission capacity can be performed. Is possible.
[0043]
As described above, in the computer generated hologram display method of the present embodiment, in the computer generated hologram display method for obtaining and presenting the light wavefront by calculation, a display object is prepared as voxel data, and a rule for sampling the voxel data is set. And sampling according to the set rule, and calculating the wavefront generated by the light from the light source, assuming that the sampled voxel has a light source. The calculated wavefront is used as a hologram image, and a plurality of hologram images generated by repeating the sampling and wavefront generation processes are sequentially presented.
[0044]
Further, in the computer generated hologram display device of the present embodiment, in the computer generated hologram display device for obtaining and presenting the interference fringes of the wavefront of light by calculation, a data converting means for converting an object into voxel data, and the converted voxel data Display object management means for managing, sampling rule determining means for determining a rule for sampling the managed voxel data, sampling the managed voxel data according to the set rule, and determining the sampled voxel Assuming that there is a light source in the voxel where the object exists, wavefront calculation means for calculating the wavefront from the light source, and generating the interference fringe for each sampling by combining the calculated wavefronts Interference fringe synthesizing means, interference fringe storage means for storing the synthesized interference fringes, and the stored Comprising a wavefront display section for displaying the interference sintering, the.
In addition, a computer generated hologram display apparatus may be provided that newly includes means for sequentially transmitting the stored interference fringes, and the wavefront display means is replaced with wavefront display means for sequentially displaying the transmitted interference fringes.
[0045]
As described above, the object to be displayed on the hologram is distributed and displayed by sampling in a plurality of continuous frames such as a moving image display, and the hologram image is observed as a continuous frame, that is, the frame division is presented in more detail. Various shapes or more objects are displayed. Thereby, since the number of objects to be displayed on one screen is reduced, it is possible to express more objects without burying interference fringes for each object in noise.
[0046]
Further, in setting the voxel sampling rule, progressive display of images can be performed by allowing the display resolution of the display object to be described hierarchically by applying, for example, scanning with a Hilbert curve.
[0047]
Further, in the case of transmitting and displaying a hologram image, the number of objects to be displayed on one screen is reduced, so that it is possible to cope with a case where transmission capacity is limited. Furthermore, by sequentially transmitting the image information at the hierarchical resolution as described above, the image does not disappear at all according to the change of transmission capacity. If the capacity is small, the image with the poor resolution and the capacity are sufficient. If it is, the blog progressive transmission which can display a fine image will be attained.
[0048]
(Third to sixth embodiments)
In the following third to sixth embodiments, as described above, digital images related to interference fringes of a plurality of objects are distributed over a plurality of screens of moving images such as a plurality of frames / fields. There will be described a computer generated hologram display and apparatus for displaying a larger number of objects as a whole with a small number of screens.
Here, before describing the third to sixth embodiments, a computer generated hologram display method common to the third to sixth embodiments will be described with reference to FIG.
First, the three-dimensional data of the display object is input (step 21).
Then, the input display object is classified and divided as necessary, and interference fringes with reference light are calculated for each of the classified and divided display objects (step 22).
Next, the plurality of calculated interference fringes are converted into digital images, respectively, and the converted digital images are decomposed bit by bit to form bit images (step 23).
Then, a display moving image is generated by synthesizing the bit images obtained for each classified and divided display object (step 24), and the generated display moving image is displayed while controlling the display timing ( Step 25).
In this way, by distributing digital images related to interference fringes of multiple objects to multiple screens using bit images, the number of objects can be reduced on a single screen, but a larger number of screens can be obtained. The object can be displayed.
[0049]
FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of an apparatus for carrying out the method of FIG. As shown in FIG. 13, the computer generated hologram display device includes a display object input unit 1, an object image generation unit 7, and an image display unit 8. Here, the display object input unit 1 performs step 21 in FIG. 12, the image generation unit 3 performs steps 22 to 24 in FIG. 12, and the image display unit 5 performs step 25 in FIG. To do.
In FIG. 13, an image storage means 4 is provided, which stores the hologram image calculated by the image generation means 7 and displays the stored image on the image display means 8 or transmission display. Used when. Further, the image storage unit 4 may be temporarily used during the generation of an image to be displayed. Further, the object management means 6 is a means that is necessary when performing the synthesis processing of the bit image according to the attribute of the object when the input display target object is composed of a plurality of objects.
Each unit in FIG. 13 is realized by dedicated hardware, but the function is realized by being executed by a memory and a CPU (Central Processing Unit) (not shown) provided as a program. It may be a thing.
Hereinafter, the computer generated hologram display method and apparatus described with reference to FIGS. 12 and 13 will be described in more detail in the third to sixth embodiments.
[0050]
(Third embodiment)
First, a method for displaying a normal computer generated hologram will be described. As a display method, in addition to the method using the acousto-optic element and the method using a liquid crystal panel, there is a micro-mirror drive (DMD) system which is a high-definition display device (Larry J. Hornbeck, “Digital Light Processing for High-Brightness, High-Resolution Applications ", Electronic Imaging, EI'97, Projection Displays III, an invited paper, 1997). In this method, a driving mirror is attached to a portion corresponding to each display pixel, and the luminance (white / white) of each pixel is changed by changing the direction in which the light irradiated to the mirror is reflected according to the tilt of the mirror. Black). This technique is a digital display method that digitally expresses the shading of each pixel, sequentially displays each bit string of each pixel at a high speed, and expresses the bit string using a plurality of fields. This is a method called a width modulation method.
[0051]
FIG. 22 is a diagram for explaining the pulse width modulation method. For example, when a pixel value is expressed by an information amount of 3 bits as indicated by reference numeral 351 in FIG. 2 Bit sequence of 2 1 Bit sequence of 2 0 The bit sequences at the positions are sequentially presented separately. For example, in binary notation, it is only necessary to display either white (1) or black (0) as a pixel. That is, if the value is 101 in binary notation, the decomposed bit string is 2 2 Presented in the order of white-white-white-white (ie 1-1-1-1) to represent 1 Presented in the order of black-black (ie, 0-0) 0 Present white (that is, 1) as the bit string. This individual pixel is represented by an individual field (i 0 , i 1 , ..., i 6 ) And sequentially presenting the image of each field, the gray value of each pixel is reproduced as indicated by reference numeral 352. Then, when an image as shown in 353 is sequentially presented in each field, a gray image of one frame is reproduced in seven fields, and an image as shown in 354 can be perceived.
[0052]
In other words, the micro mirror driving method using the pulse width modulation method is one of the methods that can directly represent a digital image instead of the conventional analog gradation display. In this embodiment, a computer generated hologram display method and apparatus for simultaneously displaying a plurality of objects by applying a pulse modulation method will be described.
[0053]
Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 14 is a flowchart showing the computer generated hologram display method in the present embodiment. The relationship between the display moving image, the frame, and the field will be described again. A “frame” refers to a frame of a moving image, and a “field” refers to a plurality of images constituting each frame. That is, when each pixel of one frame of the image is expressed by 4 bits, this 4 bits is set to 2 0 , 2 1 , 2 2 , 2 Three In order to express the gray level of each bit, 2 0 = 1 field, 2 1 = 2 fields, 2 2 = 4 fields, 2 Three It is expressed by = 8 fields, and one frame is composed of 15 (= 1 + 2 + 4 + 8) fields.
[0054]
First, data relating to a plurality of objects to be displayed is input, and attributes of individual objects are examined (step 361). For example, the attribute of an object is performed from the following viewpoints.
1) Attributes of the object itself: color, gradation, texture, etc. of the object surface
2) Attributes related to the movement of the object: deformation, movement, rotation, etc. of the object
3) Object position: Distance from the object display screen
[0055]
Next, the amount of information (number of bits: gradation) required to display the object is determined based on the object attribute (step 362). The relationship between the information amount necessary for displaying the object and the attribute of the object is defined in advance in a table or the like, and the information amount is determined by referring to this. The qualitative relationship between the amount of information for displaying an object and the attribute of the object is as follows.
[0056]
1) Object itself attribute
The more the color and gradation of the object surface, the more complicated the shape, the more information is required.
2) Attributes related to object movement
The faster the object is deformed, moved, and rotated, the less information it needs.
3) Object position
The amount of information is reduced as the distance from the display target screen of the object increases.
[0057]
Below, it demonstrates, showing the specific example about the example which processes the display target object which consists of three objects. These three objects are called objects A, B, and C, respectively, and the attributes of the objects are a, b, and c. In the table prepared in advance, the attribute a is defined to give an information amount of 8 bits, the attribute b is 4 bits, and the attribute c is 3 bits. It is assumed that the amount of information necessary to display the object is determined.
[0058]
Next, for each classified attribute, an interference fringe between light from each object and reference light is calculated. At this time, an interference fringe is generated as a digital image with a gradation width that can be expressed by the predetermined number of bits (step 363). In this digital image, each pixel is represented by (i, j) as indicated by reference numeral 300 in FIG.
[0059]
Next, each digital image is decomposed into a field image sequence according to the bit (step 364). In the above example, 255 (= 128 + 64 + 32 + 16 + 4 + 2 + 1) field images are generated from the 8-bit digital image generated in the attribute a group, and 31 (from 128-bit digital images generated in the attribute b group are ( = 16 + 8 + 4 + 2 + 1), seven (4 + 2 + 1) field images are generated from the 2-bit digital image generated in the group of attribute c.
Since each pixel constituting each field image has 1-bit information, this field image can be said to be a special form of a bit image generated from the bits constituting the digital image. The relationship between the bit image and the field image is the same in other embodiments.
Reference numeral 301 in FIG. 16A denotes a field image sequence of the object A, reference numeral 302 in FIG. 16B denotes a field image sequence of the object B, and reference numeral 303 in FIG. Represents each one. For example, the pixel (i, j) of the k-th field image of the object A is expressed as Akij.
Reference numeral 311 in FIG. 17 (represented by white (0) and black (1) in this example) indicates that the luminance value of the pixel (i, j) of the object A is 129 [= (11110001) 2 ] Is an example in which only the pixel (i, j) portion of the field image sequence is extracted. Similarly, reference numerals 312 and 313 are diagrams in which only the pixel (i, j) portion of the field image sequence is extracted when the luminance values of the pixels (i, j) of the objects B and C are 7 and 5, respectively. .
[0060]
Here, it is assumed that the gray level that can be displayed by the display device is 256 gradations. This corresponds to the fact that an 8-bit gray value is required as an image, and it can be considered that an image of 255 fields is presented. Therefore, when the information amount of the object is set to a value such as 4 bits or 3 bits as in the previous example, if only the field image corresponding to the information as it is is displayed, the luminance of the display object is extremely lowered. Become. Therefore, in order to display the original luminance of the object, the luminance is corrected in advance according to the number of bits, the field image is repeatedly displayed while 256 fields are presented, and the luminance is stored. Reference numeral 321 in FIG. 18 is an example in which the object A is displayed. Reference numeral 322 indicates that the object B is displayed 16 times (= 2 in order to store the luminance within the display time (255 fields)). 7 / 2 Four ) In the example of repeated display, reference numeral 323 indicates that the object C is displayed 32 times (= 2 in order to display the object C while maintaining the luminance) 8 / 2 Three ) An example of repeated display is shown.
That is, the object B has 4 bits and 31 fields, and the number of field images is about 1/16 that of the object A. Therefore, when the amount of information is reduced, the luminance of the object B is changed to 1/16 to generate a digital image, and a field image sequence as indicated by reference numeral 302 is generated. Then, when displaying, the field image corresponding to the object B is displayed 16 times while the object A is displayed once. As a result, the luminance of the object B is presented while storing the original luminance. Similarly, with respect to the object C, the luminance is converted to 1/32 to generate a digital image, and the field image sequence corresponding to the object A is repeatedly presented 32 times while it is presented.
Here, since the number of field images corresponding to individual bits is not an integral multiple, a fraction is generated. There are several possible methods such as discarding this fraction or carrying it over to the next frame, and are not specified in this embodiment.
[0061]
Next, the interference fringes of the simultaneous display object are synthesized (addition calculation) for each field, and binarized to generate a field image sequence D of a display moving image (steps 365 and 366). Here, each field image before synthesis is a binary image having a value of 0 or 1, but after n field images are synthesized, each field image is an n-value image. Therefore, this is converted into a binary image and combined for each field. For example, taking as an example the synthesis of the pixel (i, j) portion of the field image sequence in FIG.
1) As indicated by the pixel Dij in the field image sequence after combination of reference numeral 331 in FIG.
2) As shown by Dij of reference numeral 332 in FIG. 19, the logical sum (OR) of the individual pixels of the synthesized image is taken.
3) As shown by Dij of reference numeral 333 in FIG. 19, a large number of cases are conceivable, such as using a logical product (AND) of composite images. The binarization method is not limited to the above example.
[0062]
The converted field image sequence D is sequentially displayed at a high speed (step 367). In this manner, by sequentially displaying the field image sequence D of the moving image for display at a high speed, the observer can recognize an object having a gradation width.
Here, the correspondence between FIG. 14 and FIG. 12 will be described. Steps 361 to 363 in FIG. 14 are included in steps 22 and 23 in FIG. Steps 364 to 366 correspond to step 24, and step 367 corresponds to step 25. In FIG. 14, steps corresponding to step 21 in FIG. 12 are omitted.
[0063]
Next, an example in which the interference fringes of the display object are synthesized and displayed will be described with reference to FIG. The display object is assumed to be composed of three objects A, B, and C. The presentation cycle of each object is as indicated by reference numeral 341 in FIG.
First, interference fringes of individual objects are calculated (step 22) and obtained as a digital image (step 23). At this time, although the number of bits is not specified in the present invention, the following description will be made assuming that all three objects are represented by 8 bits.
As indicated by reference numeral 341 in FIG. 20, the objects A and B are displayed during t1-t2, and the objects A and C are displayed during t2-t3. At this time, first, the digital image by the interference fringe of the object A is called in the interval t1-t2. On the other hand, digital images of interference fringes of the object B are also called sequentially. Then, the same operation is performed on all the pixels while replacing the lower bits of the pixel (i, j) of the image A and the high-order bits of the pixel (i, j) of the image B, and a new digital image or field An image sequence (for example, E, F, G in FIG. 20) is generated (step 24).
[0064]
As a specific example, for example, the most significant bit (2 7 2) 6 All of the bits less than or equal to 2 7 Substitute the value of the place. In other words, the meaning of this bit replacement operation is 2 in view of displaying by the pulse width modulation method used in digital image display. 7 The number of places is 128 as the number of field presentations, 2 6 The total number of fields less than or equal to 127 is 127 times (= 64 + 32 + 16 + 8 + 4 + 2 + 1), which is approximately the same number of field presentations. That is, an image similar to the display of the objects A and B at the same time is obtained. As another synthesis method, as shown by Eij of reference numeral 342a in FIG. 20, after the field image sequence is generated, the object A and the object B field image sequences can be replaced by half.
Similarly, in the period from t2 to t3, the upper bits of the object C and the lower bits of the object A are switched as indicated by Fij of the reference numeral 342b. In the period from t3, as indicated by Gij of the reference numeral 342c, An example in which the lower bits of the object A are combined with the upper bits is shown.
By sequentially displaying the moving images generated in this way (step 25), it becomes possible to display a plurality of objects while preserving the luminance.
It should be noted that the fact that there is little deterioration in image quality even when only the upper bits are used will be described in detail in the sixth embodiment.
Here, in the above example, the upper bit and the lower bit of the digital image generated in step 23 are divided as the upper bit and the lower bit as a delimiter. It is possible to change the number of bits, and there are many possible combinations such as combining the upper half bits, and the method of combining the bits is not specified.
[0065]
In this embodiment, an example in which the order of presenting interference fringes is presented for each object has been described. However, the presentation interval (the number of times the field is presented) at the position of each bit at a certain interval is the same. If so, the present invention can be realized, and the order of field presentation for each bit is not specified.
In this embodiment, the number of objects is three. However, the number of objects is a numerical value depending on the resolution of the display device, and the number of objects that can be displayed is not specified in the present invention.
In this embodiment, the number of fields and the number of bits of each object are specified and described. However, the minimum / maximum number of fields for displaying one object and the number of bits necessary for displaying each object are described. The number of bits is not limited.
In the present embodiment, the display in each field is described using a white-black binary expression, but the display method need not be binary. A multi-valued image can be used as long as the display means can perform field switching at a higher speed than the field switching speed in the pulse width modulation method generally used. By using multi-valued images in this way, more objects or clearer images can be realized.
[0066]
Next, FIG. 21 shows a configuration of a computer generated hologram display device according to the present invention having the above-described features. As shown in FIG. 21, the computer generated hologram display apparatus includes a display object management unit 371, a digital image processing unit 372, a field image processing unit 373, an image accumulation management unit 374, and an image display unit 375. The operation of this device is as follows.
The display object is managed by the display object management means 371 and is classified and held according to the attribute of the object. The digital image processing means 372 calls the classified objects from the object management means 371, calculates interference fringes as computer holograms, and converts them into digital images having the number of bits corresponding to the classified attributes. The digital image is further decomposed into a field image sequence corresponding to the number of bits by the field image processing unit 373 and held by the image accumulation management unit 374. Further, the field image processing unit 373 sequentially calls the field image from the image storage management unit 374, generates a new field image by combining a plurality of field images, and stores the new field image in the image storage management unit 374. The image sequence held in the image accumulation management unit 374 is sequentially displayed on the image display unit 375.
[0067]
Here, the correspondence between the apparatus configurations of FIG. 21 and FIG. 13 will be described. The display object management means 371 in FIG. 21 is the object management means 6 in FIG. 13, and the digital image processing means 372 and the field image processing means 373 are image data. The generation unit 7, the image storage unit 374 corresponds to the image storage unit 4, and the image display unit 375 corresponds to the image display unit 8.
[0068]
As described above, the present invention sets the information amount of the display object according to the attributes (luminance, movement, etc.) of the display object, controls the presentation interval according to the information amount, and a plurality of frames / fields, etc. By using a plurality of image sequences as moving images, it is possible to display a larger number of objects as a whole image presented within a predetermined time while reducing the number of objects on one screen (image). Thereby, the restriction | limiting of a resolution can be eased.
That is, an object with a large amount of information to be displayed, such as an object having a change in shading due to a texture or the like on the object surface, is expressed by, for example, 8 bits, and the amount of information to be displayed is small, such as an object without a change in shading. An object is expressed with a smaller number of bits (for example, 4 bits), and a moving object is expressed with a reduced number of bits for display, since the color and texture are not so much perceived. Will be able to. Since the display interval varies depending on the number of bits, by combining these, information that is buried in each other's images can be reduced.
[0069]
That is, conventionally, each object is expressed using, for example, all 8 bits, and in order to express 8 bits, in a digital image, 255 pixels (= 2) 7 +2 6 +2 Five +2 Four +2 Three +2 2 +2 1 +2 0 ) Field had to be presented. That is, a uniform number of presentation fields is required for all display objects. In the case of an 8-bit image, 255 fields are sequentially presented. However, if the luminance is 128 or more, the 128th and subsequent fields are always white (that is, 1). That is, in the 128th and subsequent field images, an image that does not change at all is presented for a certain period of time.
The present invention is a method of synthesizing another image with the unchanging portion of the field image. In the case of normal two-dimensional image presentation, if this composition is performed, noise appears in the display image. However, in the case of interference fringes such as holograms, the information is redundant, so a part of the image (interference fringes) Even if it is applied, there is a feature that there is little influence of image quality deterioration on the reproduced image. Therefore, even if the images are combined for each field, the image quality degradation can be reduced as compared with the case of normal two-dimensional image display. Then, by combining the information of other objects while presenting the same image at regular intervals, it is possible to display more objects.
In other words, a field image in which interference fringe information from multiple objects is combined is displayed as a moving image sequence, and a halftone is obtained by the light emission time ratio of each pixel of each field image, and multiple objects are observed simultaneously. Will be able to.
[0070]
In addition, according to the present invention, it is possible to reduce the number of objects to be displayed in one frame. Therefore, even when the displayable gray level is restricted, more objects can be displayed than in the conventional method. It becomes possible.
In addition, by reducing the amount of information, the amount of information necessary for display in one field or one frame can be reduced, and the volume of stored hologram information can be greatly reduced.
Furthermore, since all digital processing is performed, image quality deterioration due to wavefront synthesis, compression, and expansion can be avoided.
If the field presentation cycle is a conventional movie (30 frames / second), if the number of fields is presented within 1/30 second, the same video as a conventional moving image should be observed. Is also possible.
[0071]
(Fourth embodiment)
In the third embodiment, a display moving image is generated by assigning a frame image sequence (bit image) to a plurality of moving image screens so as to “store luminance”. It is possible to display a plurality of objects by simply “distributing and assigning images to a plurality of screens”.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0072]
FIG. 23 is a flow diagram illustrating an example embodiment of the method of the present invention. In this embodiment, it is assumed that the display object is described as a set of point light sources. One frame of the conventional moving image display is called a frame, and a plurality of images constituting each frame is called a field. That is, when each pixel of one frame of the image is expressed by 4 bits, this 4 bits is set to 2 0 , 2 1 , 2 2 , 2 Three And each bit is 2 0 = 1 field, 2 1 = 2 fields, 2 2 = 4 fields, 2 Three = 8 fields, and one frame consists of 15 fields.
[0073]
First, when displaying eight objects (421 to 428) as shown in FIG. 24, the target objects are classified according to attributes (step 401). For example, 8 objects
(L) A stationary object (421) with light and shade changes
(2) A stationary object with no change in density (422, 423, 424, 425)
(3) Moving object (426, 427, 428)
Suppose that they are classified into three categories. Then, an information amount for expressing each classified object is set (step 402). For example, (1) is represented by 4 bits, (2) is represented by 1 bit, and (3) is represented by 2 bits. These classifications are as described in the third embodiment.
[0074]
Next, with respect to an object having a change in light and shade, the wavefront A # 421 generated on the hologram surface is calculated by the individual point light sources constituting the object (step 403). Since this object (421) is represented by 4 bits, the image of the field when wavefront A # 421 is converted into a 4-bit representation digital image for each pixel (in this example, a binary image) Is obtained and held (step 404).
[0075]
Similarly, for the object (422) (422, 423, 424, 425), the wavefronts A # 422, A # 423, A # 424, A # 425 of the hologram are calculated (step 403). Since these objects can be expressed by 1 bit, the wavefronts A # 422, A # 423, A # 424, and A # 425 are converted into digital images, and the image in each field based on the bit value of the pixel. Is generated and held (step 404).
[0076]
Similarly, for the object (426) (426, 427, 428), a wavefront A # 426, 427, 428 for each bit is generated, converted into a digital image, and each field image is obtained and held. (Steps 403 and 404).
[0077]
For each object, for example, the object is displayed in a time sequence as shown in FIG. Reference numeral 431 denotes a display sequence of an object 421 (a stationary object with a light and shade change), and represents one object in 15 fields. Reference numeral 432 denotes a display sequence of the objects 422 to 425 (stationary objects having no shading change). Each object is displayed in a different field, and each object is displayed in one field. Reference numeral 433 denotes a display sequence for displaying the objects 426, 427, and 428 (animal bodies). Since each object is displayed with 2 bits, one object is displayed in three fields.
[0078]
First, the field t 1 In order to generate an image to be displayed at (step 405), the field t 1 The display object 421 is selected (step 406), and the first field image (2 Three Image) constructed from the first bit value of the position of t1 Write to (x, y) (step 407). Similarly, for 422 and 426, the first field image, ie, 422 is 2 0 An image composed of the first bit of the, 1 The image composed of the first bit of the position t1 Write to (x, y). By repeating the above operation (steps 406 and 407) (step 408), the field t of the object to be displayed. 1 The image at is generated. That is, the field t 1 Then, only three objects are displayed.
[0079]
Next, the image (2 Three The image composed of the second bit value at the position of t2 Write to (x, y). In addition, for the first field of the object 423 and the second field of the object 426, the re-hologram arrangement H t2 Written in (x, y), field t 2 Creates a new wavefront (steps 405-409). This field t 2 However, only three objects are displayed.
[0080]
In the same manner, after processing for all fields t, a new field image is generated by synthesizing the wavefront of the reference light with all field images (step 410), and three objects are displayed as display objects according to the time sequence. When the individual field images are sequentially presented (step 411), the eight objects 421 to 428 can be observed.
[0081]
Here, the correspondence between the steps in FIGS. 23 and 12 will be described. Steps 401 to 403 in FIG. 23 correspond to step 22 in FIG. 12, and step 404 corresponds to step 23. Steps 405 to 410 correspond to step 24, and step 411 corresponds to step 25. In FIG. 23, steps corresponding to step 21 in FIG. 12 are omitted.
[0082]
Next, the configuration and operation of the hologram display device of the present invention having the above-described features will be described. FIG. 26 is a block diagram showing an embodiment of the apparatus of the present invention.
[0083]
In the figure, 441 is an object management means, 442 is a wavefront calculation means, 443 is an information amount determination means, 444 is a bit decomposition means, 445 is a display interval determination means, 446 is a wavefront synthesis means, 447 is a display means, and 448 is a display screen. It is a synchronization means. Hereinafter, an operation example of the apparatus having this configuration will be described.
[0084]
The object management unit 441 manages attribute information regarding the display target object. That is, the brightness, color, motion vector, etc. of each object are managed as attribute information. The wavefront calculating means 442 calculates the wavefront generated on the hologram surface by each point light source constituting the object. The information amount determination unit 443 sets a necessary information amount according to the attribute, and quantizes the object with each value. The quantized wavefront data is managed by the bit decomposing means 444 as a pixel array decomposed for each bit. The display interval determination unit 445 manages the objects to be displayed in each field, sequentially selects the objects to be displayed in each field, and the wavefront synthesis unit 446 combines all the wavefronts of the selected objects ( For example, the interference fringes are generated by the object light in the field. The wavefront synthesis unit 446 further synthesizes the wavefront of the reference light and displays it on the display unit 447. The display screen synchronization means 448 controls the wavefront call from the wavefront synthesis means 446 and the display synchronization on the display means 447 so that the field presentation interval is constant.
[0085]
Here, the correspondence between the apparatus configurations of FIGS. 26 and 13 will be described. The object management unit 441 in FIG. 26 corresponds to the object management unit 6 in FIG. 13 and includes a wavefront calculation unit 442, an information amount determination unit 443, and a bit decomposition. Means 444, display interval determination means 445, and wavefront synthesis means 446 correspond to the image generation means 7. The display unit 447 and the display screen synchronization unit 448 correspond to the image display unit 8. In FIG. 26, the display object input means 1 and the image storage means 4 shown in FIG. 13 are omitted.
[0086]
In the present embodiment, the order of presentation is described in the order of bit strings in an object with light and shade changes. However, if the presentation intervals of individual bits at a certain interval are the same, the present invention The order of field presentation for each bit is not specified.
[0087]
In this embodiment, the number of objects is described as eight. However, the number of objects is a numerical value depending on the resolution of the display device, and the number of objects that can be displayed is not specified in the present invention.
[0088]
In this embodiment, the number of fields and the number of bits of each object are specified and described. However, the minimum / maximum number of fields for displaying one object and each object are required to be displayed. The amount of information is not limited.
[0089]
In this embodiment, the classification is based on the presence / absence of light / dark change and the movement as an attribute. However, this attribute may be any attribute that is relevant for displaying an object, such as color or brightness. The type / classification method is not limited. In addition, although the information amount of a moving object has been described as being fixed in the present embodiment, it is also conceivable to change the information amount depending on the magnitude of the motion vector.
[0090]
Moreover, although only the display method and apparatus are described in the present embodiment, the interference fringes generated for each object according to the present invention can be transmitted separately using the transmission means. At this time, by transmitting the stationary object first and holding it in the receiving unit, sequentially transmitting the moving part and combining and displaying it at the receiving part, the transmission capacity can be reduced in transmitting the hologram moving image. Is possible.
[0091]
In this embodiment, the display in each field is described using a white-black binary expression, but the display method need not be binary. A multi-valued image can be used as long as the display means can display the field at high speed. By using multi-valued images, more objects or more clear images can be realized.
[0092]
In the present embodiment, the period of the object having no shading expression is described as one type. However, also for this period, the gray value of the entire object is changed by controlling the period width of each object. It is also possible. In other words, if the display interval period is increased, the object is darkened as a whole, and if the display period is decreased, the object can be displayed brightly.
[0093]
As described above, according to the present invention, the number of objects to be displayed in one frame can be reduced, so that it is possible to display more objects than the conventional method even with a small resolution.
[0094]
Further, by reducing the amount of information, the amount of information necessary for display in one field or one frame can be reduced, and the transmission capacity of hologram information can be reduced.
[0095]
In addition, since all digital processing is performed, image quality deterioration due to wavefront synthesis, compression, and expansion can be avoided.
[0096]
As described above, in this embodiment, in the computer generated hologram display method for displaying the light interference fringes obtained by the computer, the display object is classified according to the attribute of the display object, and the classified display object is used. The amount of information necessary for display is individually set according to the attribute of the classified display object, and the obtained interference fringe is digitally determined according to the set amount of information. By converting into a picture, decomposing the bit string of each pixel of the converted digital image into a pixel array for each position, and distributing and assigning each pixel of the decomposed pixel array to a plurality of moving images Then, a digital moving image in which a display period is changed according to the information amount of the display object is created, and the created digital moving image is displayed.
[0097]
Further, in an apparatus for displaying a computer generated hologram, object management means for managing information about the attributes of the display object, and information amount determination for individually setting the information amount according to the managed attributes of the display object Means, wavefront calculating means for calculating interference fringes due to the wavefront of light from the display object, and converting the calculated interference fringes into a digital image, and decomposing bit strings of individual pixels into image arrays for each position. A bit disassembling unit, a display interval determining unit for determining a display cycle and a display order according to an information amount of the display object, and a position of the decomposed bit according to the determined display cycle and a display order. Wavefront synthesizing means for synthesizing interference fringes by pixels of each pixel arrangement, display screen synchronization means for controlling display timing of the synthesized interference fringes, and the controlled display And display means for sequentially displaying the synthetic fringe based on the timing.
[0098]
Further, transmission means for transmitting the interference fringes of the stationary display object first with respect to the combined interference fringes, and sequentially transmitting the interference fringes of the moving display object later, and the interference of the transmitted stationary display object Receiving means for combining the interference fringes of the held stationary display object and the sequentially transmitted moving display object, and holding the fringes, wherein the display screen synchronization means is the receiving means The display timing of the synthesized interference fringes may be controlled, and the display means may display the interference fringes synthesized by the receiving means.
[0099]
As described above, in the present invention, the information amount of the display object is set according to the attributes (luminance, movement, etc.) of the display object, the presentation interval is controlled according to the information amount, and a plurality of frames / fields, etc. Using multiple screens of moving images, the number of objects is reduced on one screen, but more objects can be displayed as a whole number of screens. To ease.
[0100]
That is, an object with a large amount of information to be displayed, such as an object having a change in shade due to texture or the like on the object surface, is expressed by a larger number of bits (for example, 8 bits), and an object having no change in shade is displayed. An object with a small amount of information is expressed with a smaller number of bits (for example, 4 bits), and a moving object is not perceived so much even if its color or texture is blurred. By expressing with a reduced number of bits, the resolution constraint can be relaxed. Then, by changing the display cycle according to the number of bits, an object with a small amount of information can express more objects.
[0101]
In other words, conventionally, each object is expressed using, for example, all 8 bits, and in order to express 8 bits, in a digital image, 2 pixels are expressed in grayscale. 7 +2 6 +2 Five +2 Four +2 Three +2 2 +2 1 +2 0 = 255 fields needed to be presented. That is, a uniform number of presentation fields is required for all display objects.
[0102]
However, in the present invention, if the amount of information (number of bits) of an object is small, the number of presentation fields can be reduced, and more objects can be expressed with the same number of fields compared to the conventional method. Is possible.
[0103]
In addition, by expressing each object as a bit string and generating an interference fringe for each bit, the shading of the interference fringes can be described by binary representation, so that no halftone display is required on the display means. The display means can be easily manufactured.
[0104]
For example, if the field presentation cycle is the same as that of a conventional moving image (30 frames / second), if the number of fields is presented within 1/30 seconds, the same video as a conventional moving image is observed. It is possible.
[0105]
(Fifth embodiment)
The above-described display by the conventional pulse width modulation method is a method of increasing the number of times the same image is presented as the higher-order bits, and the image corresponding to each bit is a binary image. Displaying a hologram by this method is equivalent to repeatedly presenting a binary hologram. By the way, in the image display by the binary hologram, there is a problem in that a lot of speckle noises are generated everywhere in the image. In addition, when the pulse width modulation method is used, the same image is presented many times, and this spectrum noise is perceived as an enhanced image, so that a noisy image is reconstructed. There is a point.
[0106]
Therefore, in the present embodiment, field image examples (bit images) obtained from a digital image are added to the corresponding bits, and a number of fields corresponding to the positions of the bits of the digital image are prepared. A digital image for display is generated by performing different binarization processing between the number of fields corresponding to the position. A computer generated hologram display method and apparatus capable of changing the place where speckle noise appears in this way to reduce background unevenness and obtain a clear image will be described.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0107]
An example embodiment of the method of the present invention is illustrated by the flow diagram of FIG.
First, display target data is decomposed into M pieces of data (step 501). Here, if the display target is a single image, the image is divided into four, or the like. If there are a plurality of objects in the three-dimensional space, there are many possible decomposition methods, such as decomposition for each object.
[0108]
Then, a computer generated hologram is generated for each decomposed data. That is, a thousand-band pattern having N-bit (e.g., 8 bits) grayscale is generated. Here, there are M pieces of data, and M holograms are generated (step 502).
[0109]
Next, since each pixel of the M sets of interference fringe images is composed of N bits, N bit images are generated by extracting the value of the same bit for each pixel from each interference fringe image ( Step 503). That is, N bit images are generated for each of the M interference fringe images.
[0110]
Next, since there are M images having the same bit position, individual pixels having the same bit position are added together. As a result, each of the N bit images has a gradation of 0 to M (step 504).
[0111]
Next, the bit images are sequentially called (step 505) and image processing is performed. Here, error diffusion processing is used as an example of processing. That is, a binarization process (converts the light and dark value to 0 or M) is performed using the light and dark value (for example, N / 2) as a threshold value. At this time, the error of the gray value due to the binarization process is transmitted to adjacent pixels. For example, as shown in FIG. 2, a value obtained by giving a weight (for example, weights as shown in FIG. 28: 3/16, 5/16, 1/16, 7/16) to an error in binarization of the pixel 21 is obtained. Then, a process of adding to the value of each adjacent pixel is performed (step 506).
[0112]
At this time, a plurality of binarization threshold values and error diffusion weight values or propagation directions are prepared, and error diffusion processing is performed so that the previous binarization threshold values, weights, or propagation directions are different in each image. In addition, after performing binarization processing, an image is displayed (step 507).
[0113]
The same image is repeatedly called up to the number corresponding to the bit position, and the processes in steps 505 to 507 are repeated (step 508). For example, in the case of an image having an 8-bit gray value, an image corresponding to the highest bit is 2 7 = 128 identical images will be called up.
[0114]
Here, the correspondence between the steps in FIGS. 27 and 12 will be described. Steps 501 and 502 in FIG. 27 are included in steps 22 and 23 in FIG. 12, and steps 503 to 506 correspond to step 24. Steps 507 and 508 correspond to step 25. In FIG. 23, steps corresponding to step 21 in FIG. 12 are omitted.
[0115]
In the present embodiment, the M holograms are all described as N bits, but it is not always necessary to have N bits. Each bit may have a different number of bits. In that case, a bit image corresponding to the maximum number of bits may be generated in the hologram (here, the bit image having no corresponding bit is 0 (or black). Alternatively, it is possible to avoid the difference in the number of bits by using a bit image of another image.)
[0116]
In this embodiment, an example in which the error diffusion process and the binarization process are performed in real time at the time of image display is shown. However, the same image corresponding to each bit position is generated in advance, and the error diffusion process, It is conceivable to hold an image that has undergone binarization processing, and the procedure of error diffusion processing and binarization processing is not specified in this embodiment.
[0117]
Next, the configuration and operation of an embodiment of the computer generated hologram display device of the present invention having the above-described features will be described with reference to the block diagram of FIG.
[0118]
29, reference numeral 531 denotes a grayscale image generating means, 532 a bit image generating means, 533 an image holding means, 534 an image processing means, 535 an image display control means, and 536 an image display means.
[0119]
A computer generated hologram as a gray image is first created by the gray image generating means 531, and the gray image is sent to the bit image generating means 532. The bit image generation means 532 decomposes the grayscale image into a plurality of data sets (grayscale images) according to a predetermined rule. Alternatively, a plurality of grayscale images are generated at the stage of image generation by the grayscale image generation means 531 and sent to the bit image generation means 532. The plurality of separated gray images are decomposed into bit images by the bit image generation unit 532 and are held in the image holding unit 533. The image processing unit 534 performs error diffusion processing and binarization processing on the decomposed bit image, and the image holding unit 533 similarly holds the image subjected to the processing. Alternatively, under the control of the image display control means 535, when the image is displayed on the image display means 536 as many times as the number of bits, error diffusion processing and binarization processing are performed in real time.
[0120]
Here, the correspondence between the apparatus configurations of FIG. 29 and FIG. 13 will be described. The grayscale image generating means 531, the bit image generating means 532, and the image processing means 534 of FIG. 29 correspond to the image generating means 7. The image holding unit 533 corresponds to the image storage unit 4. The image display control unit 535 and the image display unit 536 correspond to the image display unit 8. In FIG. 26, the display object input means 1 shown in FIG. 13 is omitted.
[0121]
If the control mode as described above is taken, when displaying an original image as shown at 540 in FIG. 30A, the density pattern image as a computer hologram is an interference as shown at 541 in FIG. 30B. A fringe image is generated. The interference fringe image 541 is decomposed into bits and binarized by different error diffusion processes, and the result is 542 in FIG. 30 (c) and 543 in FIG. 30 (d). It can be seen that while the characteristics of the thousand wavy stripes are retained, the shading values are locally different. In this way, in image reproduction as a binary hologram, even if the original image (original binary hologram) is the same, different error diffusion processing is performed, so the appearance position of speckle noise during reproduction is the frame. As a result, the conventional speckle noise is not emphasized and the noise is uniformly distributed, and an image that is easy to see can be generated as a whole. 544 in FIG. 30 (e) is a case where different processing is not performed for each frame, and it can be seen that speckle noise is enhanced and the contrast of the letter G in the original image is relatively lowered. 545 in FIG. 30 (f) is a result of an example of the present invention, and it can be confirmed that speckle noise is reduced.
[0122]
In the present invention, data such as a computer generated hologram and its bit image is stored, and a hard disk or a device equivalent thereto can be freely read out, and processing such as grayscale image generation, bit image generation, and image processing is performed. It is equipped with a buffer necessary for data retention and the like, a display device such as a liquid crystal display that displays a digital hologram subjected to image processing, and an input device such as a keyboard and a mouse. These hard disk, buffer, The processing procedure or algorithm in the embodiment of the method of the present invention shown in the flow of FIG. 1 is appropriately executed by a computer that controls the display device, the input device, etc. based on a predetermined procedure, or a device equivalent thereto. That can be executed by a computer, etc. Blog ram readable the computer storage medium, for example, a floppy disk or a memory card, MO, CD, it is possible to distribute recorded like a DVD.
[0123]
As described above, according to the present invention, it is possible to display a three-dimensional image by a hologram as a digital image, and it is possible to reproduce and display a clear image with reduced speckle noise during image reproduction. .
[0124]
As described above, the method of the present invention generates a hologram as a grayscale image having a grayscale value of N bits, decomposes the grayscale values of each pixel of the grayscale image into bit strings, and generates a bit image for each individual bit position. When performing image processing on the bit image, the bit image repeatedly presented during the presentation time corresponding to the bit position is subjected to different image processing for each repeated bit image, and the image processing is performed. Present a bit image.
[0125]
The apparatus of the present invention also includes a grayscale image generating means for generating a hologram as a grayscale image, a bit image generating means for decomposing the grayscale image into bits and generating a bit image, and an image holding means for holding the bit image. Image display control means for controlling a time interval for repeatedly presenting the bit image in accordance with the bit position, and means for subjecting the bit image to image processing, and for the bit image to be repeatedly presented, There are provided image processing means for performing different image processing on each of the repeated bit images, and image display means for presenting the bit image subjected to the image processing.
[0126]
In addition, as a recording medium, the present invention provides a procedure for generating a hologram as a grayscale image having grayscale values of N bits, and a grayscale value of each pixel of the grayscale image is decomposed into bit strings, and a bit image is generated for each bit position. And a step of applying image processing to the bit image, and for the bit image repeatedly presented during the presentation time corresponding to the bit position, different image processing is performed for each of the repeated bit images. The rubbing procedure and the procedure for presenting the bit image subjected to the image processing are recorded on a computer-readable recording medium as a program to be executed by the computer.
[0127]
In the pulse width modulation method, the higher the number of bits, the greater the number of image repetitions. For example, in the case of an 8-bit image, the highest order bit repeatedly presents the same image 128 times, while the least significant bit is presented only once. Since the presented image is a binary hologram, a noisy image is further emphasized. That is, an image in which luminance (shading) is emphasized in the background image is displayed. Therefore, in the present invention, a bit image at the position of each N bits is generated from the hologram generated as an N-bit digital image as described above, and the same image is presented when the bit image is repeatedly presented. Each time a different image process, for example, an error diffusion process is performed to display an image, the place where speckle noise appears is changed for each presented image. Thus, as the number of presentations is increased, speckle noises are canceled out, background unevenness is reduced, and a clearer image can be reproduced.
[0128]
(Sixth embodiment)
In the present embodiment, a high-order bit image is extracted from a plurality of digital images according to the attributes of the display object, and the high-order bit images are assigned to a plurality of moving image screens to generate a display digital image. In this way, a computer generated hologram display method and apparatus capable of displaying a plurality of objects by incorporating hologram images of a plurality of objects into one image data will be described.
[0129]
A computer-readable recording medium on which a method and a program described in this embodiment are recorded is a computer that calculates interference fringes between light from an object and reference light, and digitally displays the interference fringes as a digital image In the hologram display method, an interference fringe between a plurality of display objects and reference light is generated for each display object, the interference fringe is converted into a digital image, and a bit string of each pixel of the converted digital image is Each pixel array is decomposed into pixels, high-order bits up to a preset position are extracted from the decomposed pixel array, and each pixel in the extracted high-order bit pixel array is distributed to a plurality of moving images. Thus, a digital moving image of the extracted high-order bit pixel array is created, and the created digital moving image is displayed.
[0130]
At this time, when extracting the high-order bits, the order of the high-order bits to be extracted may be changed according to the attribute of the display object.
[0131]
The apparatus described in the present embodiment calculates interference fringes between light from an object and reference light, and displays the interference fringes in a digital image as a digital image. Interference fringe calculation means for calculating fringes, digital image generation means for converting the calculated interference fringes into a digital image, and generating a bit string of each pixel as a pixel array for each position, and high-order bits of the display object A moving image generating unit that selects the pixel arrangement and generates an image sequence as a moving image, and a display unit that sequentially displays the generated image sequence.
At this time, the moving image generating means may change the order of the high-order bit selected according to the attribute of the display object when selecting the pixel arrangement of the high-order bit.
[0132]
The fact that good results can be obtained even when only the upper bits of a digital image are used as in the above-described apparatus and method will be described with reference to simulation results.
[0133]
When the interference fringes generated by a computer generated hologram are decomposed into digital plane images into images for each bit string, and the image is reproduced only with the pixel array at each position, only the high-order bits contribute to the generation of the reproduced image. Can be seen by simulation.
[0134]
For example, a hologram generated from the image 611 in FIG. 31A becomes an interference fringe having a pattern as shown by 612 in FIG. An image obtained by converting the image 612 into, for example, an 8-bit digital image and decomposing the bit string of each pixel into a pixel array for each bit position is indicated by reference numeral 613 in FIG. Tsumari, 6131-6138 are 2 respectively. 0 ~ 2 7 Is a pixel array corresponding to bits. When a reproduced image is obtained from each of these pixel arrays, an image such as 614 in FIG. 31 (d) is generated. That is, images 6141 to 6148 are images reproduced from pixel arrays 6131 to 6138, respectively. Here, by combining the images 614 with weights corresponding to the respective positions, the reproduced image in the digital image display can be obtained by calculation. That is, 6l4 images, i.e., images 6141 to 6148, each have a weight corresponding to each bit, 0 ~ 2 7 As a weight, and by adding the respective images together, as shown at 616 in FIG. The image is played back.
[0135]
On the other hand, the image indicated by reference numeral 615 in FIG. 31D is an image reproduced using only high-order bit images. 7 Only place (ie only image 6148), 6152 is 2 7 And 2 6 The sum of the positions of the images (ie, the sum of the images 6148 and 6147), 6153 is 2 7 , 2 6 And 2 Five Is the sum of the most significant images (ie, the sum of the images 6148, 6147, and 6146), 6154 is 2 7 , 2 6 , 2 Five , 2 Four This is an image generated by the sum of the positions of the images (that is, the sum of the images 6148, 6147, 6176, and 6145). As can be seen from this result, the upper bits (in this case 2 7 , 2 6 , 2 Five , 2 Four It can be confirmed that an image having the same image quality as that of the conventional reproduced image (616) is reproduced even if only the image of the most significant bit is used. In other words, it can be seen that even if the lower-order bit image is deleted, the effect on the reproduced image is small.
[0136]
Therefore, the present invention makes it possible to significantly reduce the amount of information without causing deterioration in the image quality of a reproduced image by replacing the lower-order bit portion with an image of a higher-order bit of another object.
[0137]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0138]
FIG. 32 is a flowchart showing an embodiment of the method of the present invention, and FIGS. 33A to 33H are diagrams showing examples of images in the embodiment. In this embodiment, the digital image is 8 bits, and two objects (two images in this embodiment) are used. For example, an original image as shown by 630 in FIG. 33A is described as a combination of two images “F” and “G”.
[0139]
First, interference fringes for the original image are generated (step 601). 33B in FIG. 33B is an interference fringe generated by an image of only “F”, and 632 in FIG. 33C is an interference fringe generated by an image of only “G”. Reference numeral 633 denotes an interference fringe generated by the original image 630.
[0140]
Here, when the dynamic range is sufficient and the resolution is sufficiently high, it is possible to reproduce the original image with 633 interference fringes, but there are restrictions on the resolution and the displayable luminance value, such as an electronic display device. In some cases, if a stripe such as 633 is to be displayed, the fine stripe (high frequency component portion) is crushed and the image cannot be reproduced. On the other hand, as indicated by 631 and 632, when the interval between the stripes is wide, that is, since the region of the high frequency component is small, it is possible to obtain a reproduced image by displaying on an electronic display device.
[0141]
Next, the interference fringes 631 and 632 obtained by the calculation are converted into digital images, and pixel arrangement images at respective bit positions are obtained (step 602). 634 in FIG. 33 (e) and 635 in FIG. 33 (f) are pixel array images with 631 and 632 bits, respectively.
[0142]
Next, for example, only the upper bits (for example, the upper 4 bits) are extracted from the pixel array image (step 603), and a moving image is obtained from the set of pixel array images as indicated by 636 in FIG. Is generated (step 604).
[0143]
Then, the set of pixel array images is sequentially displayed without being weighted (step 605). Here, as a weighting method, a method of associating each weight with a relative value of luminance corresponding to the position of the bit, a method of setting the presentation interval time of the same image to a time interval proportional to the weighting value, etc. Can be considered. As a result, the reproduced image is 637 in FIG.
[0144]
Here, the correspondence between the steps in FIG. 32 and FIG. 12 will be described. Step 601 in FIG. 32 corresponds to Step 22 in FIG. 12, and Step 602 corresponds to Step 23. Steps 603 and 604 correspond to step 24, and step 605 performs step 25. In FIG. 32, steps corresponding to step 21 in FIG. 12 are omitted.
[0145]
In the present invention, when the high-order bits are extracted in step 603, the order of the high-order bits to be extracted can be changed according to the attribute of the object.
[0146]
For example, 2 for the 631 interference fringe 7 2 for the 632 interference fringe 6 To 2 0 There is a method using an image of up to the order. This method eliminates the need for special processing relating to the weighting of the pixel array, and may be processing in normal digital display, and display on a normal digital image display device is possible.
[0147]
As another example, for 631 interference fringes, 2 7 2 for the 632 interference fringe 7 And 2 6 A method using an image up to the above is also conceivable.
[0148]
In this case, since the weighting of each pixel array image is manipulated, it is necessary to control the brightness and the presentation interval as described above, but a high-quality reproduced image can be obtained.
[0149]
Next, the configuration and operation of the embodiment example of the computer generated hologram display device of the present invention having the above-described features will be described. FIG. 34 is a block diagram showing an embodiment of a computer generated hologram display apparatus according to the present invention.
[0150]
In the figure, reference numeral 641 denotes interference fringe calculation means, 642 denotes digital image generation means, 643 denotes moving image generation means, 644 denotes display means, and 645 denotes image storage means. Hereinafter, an operation example of the apparatus having this configuration will be described.
[0151]
The interference fringe calculation means 641 calculates interference fringes due to the display object (display target image in this embodiment). That is, interference fringes between the display object and the reference light (in this embodiment, a plane wave irradiated from the back of the image) are obtained by calculation. The digital image generation means 642 converts the interference fringes generated by the interference fringe calculation means 641 into a digital image according to the performance of the display means 644, and generates a pixel array image according to the bit position of each pixel. For example, if the performance of the display means 644 is 256 gradation gradation display, it is converted into an 8-bit digital image, and eight pixel array images are generated. The moving image generation means 643 selects a high-order bit pixel array image from pixel array images generated by different display objects, and generates a moving image from a series of pixel array image sequences. Then, the display unit 644 sequentially displays the previously generated pixel array image sequence.
[0152]
Here, the correspondence between the apparatus configurations of FIG. 34 and FIG. 13 will be described. The interference fringe calculating means 641, the digital image generating means 642, and the moving image generating means 643 of FIG. Reference numeral 645 corresponds to the image storage unit 4. The image display unit 644 corresponds to the image display unit 8. In FIG. 34, the display object input means 1 shown in FIG. 13 is omitted.
[0153]
As another embodiment of the apparatus of the present invention, it is conceivable that the pixel array generation means 643 selects a different number of pixel array images for each object.
[0154]
The present invention holds a reading device that can read a recording medium, a memory device that can store a program and image data read from the recording medium and can read them freely, and data necessary for performing various processes. Buffer, a device equivalent to it, an output device such as a display for displaying necessary information or displaying a hologram image, etc., and a keyboard or mouse for giving necessary instructions 3A to E, to FIG. 34 by a computer that controls the memory device, the buffer, the output device, the input device, and the like based on a procedure determined in advance by the above-mentioned program, or a device equivalent thereto. It is possible to appropriately execute the processing procedure or algorithm in the embodiment of the present invention described with reference to FIG. The reader-readable recording medium storing a program for executing by the algorithm in a computer or the like, for example, a floppy tee disk or a memory card, MO, CD, it is possible to distribute recorded in a l DVD.
[0155]
As described above, according to the present invention, it is possible to efficiently reduce the amount of data by putting other image information in an unnecessary bit portion of a digital image.
[0156]
With the computer generated hologram display methods and apparatuses described in the first to sixth embodiments described above, the amount of data can be reduced and a large number of objects can be displayed simultaneously, or deterioration in image quality due to overlapping stripes can be avoided. .
[0157]
A technique for displaying a plurality of objects by sampling explained in the first and second embodiments and a technique for displaying a plurality of objects by means of creating display image data explained in the third to fourth embodiments. Can also be combined.
[0158]
In addition, the technique for reducing speckle noise described in the fifth embodiment can be applied to the technique described in other embodiments when a plurality of fields composed of the same data are consecutive in a moving image for display. It is.
[0159]
Each unit of the apparatus shown in FIGS. 2 and 13 and each unit of the apparatus shown in each embodiment function as a processing unit.
[0160]
Also, a program for realizing the method shown in FIGS. 1 and 12 and the method described in each embodiment is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system. The computer generated hologram may be executed by executing. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer-readable recording medium” refers to a storage medium such as a floppy disk, a magneto-optical disk, a general medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case, and a program that holds a program for a certain period of time are also included. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.
[0161]
Next, application fields of the computer generated hologram display methods and apparatuses described in the first to sixth embodiments will be described.
The computer generated hologram display method and apparatus is a stereoscopic image display technique using computer holography, and relates to a transmission / display / storage technique of a stereoscopic image. It can be used as a display device for virtual reality. Specifically, 3D TV, museum exhibition, CAD system, virtual reality computer game, surgical application and 3D display of computer tomography images, head-up display that displays stereoscopic video on the line of sight, etc. Can be applied.
[0162]
【The invention's effect】
As described above, according to the computer generated hologram display method and apparatus and the recording medium storing the computer generated hologram display program according to the present invention, the following effects can be obtained.
According to the present invention, in a computer generated hologram display for obtaining and displaying light interference fringes by calculation, the three-dimensional data of the display object is converted into interference fringe calculation data, and the converted three-dimensional data is sampled. A rule is set, and the converted three-dimensional data is sampled according to the set rule. Then, assuming that there is a light source at each position of the sampled three-dimensional data, the wavefront generated by the light from the light source is calculated, and the interference fringe between the calculated wavefront and the reference light is held as a hologram image To do. Then, the sampling and wavefront generation processes are repeated, and a plurality of generated hologram images are sequentially displayed.
In this way, objects to be displayed on a hologram are distributed and displayed by sampling in a plurality of continuous frames such as moving image display, and a more detailed shape or more objects can be obtained by observing the hologram image as a continuous frame. It can be displayed.
[0163]
According to the present invention, in a computer generated hologram for obtaining and displaying light interference fringes by calculation, the three-dimensional data of the display object is input, the input display object is classified and divided, and the classification is performed. Calculate the interference fringes with the reference light for each of the divided display objects. Then, the calculated plurality of interference fringes are converted into digital images, respectively, and the converted digital images are decomposed bit by bit into bit images, which are obtained for each classified and divided display object. A display moving image is generated by combining the bit images. The generated moving image for display is displayed.
In this way, by distributing digital images related to interference fringes of multiple objects to multiple screens of moving images such as multiple frames / fields, the number of objects can be reduced on a single screen, while a fixed number of screens can be obtained. Will be able to display more objects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart of a hologram display method characterized by sampling.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an apparatus for performing the method of FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart showing a hologram display method in the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of input three-dimensional data.
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of conversion of three-dimensional data.
FIG. 6 is a diagram for explaining an example of sampling;
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of an apparatus according to the first embodiment.
FIG. 8 is a flowchart showing a hologram display method according to the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a voxel data used in the embodiment.
FIG. 10 is a conceptual diagram of the invention.
FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of an apparatus according to a second embodiment.
FIG. 12 is a flowchart of a hologram display method characterized by generation of a display moving image.
13 is a block diagram illustrating a configuration example of an apparatus for carrying out the method of FIG. 12;
FIG. 14 is a flowchart showing a hologram display method according to the third embodiment.
FIG. 15 is a diagram for explaining a coordinate system;
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a field image sequence for each object.
FIG. 17 is a diagram in which only a portion of an image (i, j) having a field image sequence for each object is extracted.
FIG. 18 is a diagram for explaining a display time of an image (i, j) having a field image sequence for each object.
FIG. 19 is a diagram illustrating an example of an image (i, j) having a field composite image sequence.
FIG. 20 is a diagram for describing synthesis of specific bits of digital images generated by different objects.
FIG. 21 is a block diagram illustrating a configuration example of an apparatus according to a third embodiment.
FIG. 22 is a diagram illustrating image display by a pulse width modulation method.
FIG. 23 is a flowchart showing a hologram display method according to the fourth embodiment.
FIG. 24 is a diagram showing an object to be displayed in the present embodiment example.
FIG. 25 is a diagram showing an example of a field display sequence in the embodiment.
FIG. 26 is a block diagram illustrating a configuration example of an apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 27 is a flowchart showing a hologram display method according to the fifth embodiment.
FIG. 28 is a diagram showing an example of weighting for error diffusion processing in the method of the present invention.
FIG. 29 is a block diagram illustrating a configuration example of an apparatus according to a fifth embodiment.
FIG. 30 is a diagram illustrating an example of a processing result image in the present invention.
FIG. 31 is a diagram showing digital display characteristics of a computer generated hologram for explaining the operation of the present invention.
FIG. 32 is a flowchart showing a hologram display method according to the sixth embodiment.
FIG. 33 is a diagram showing an example of an image according to an embodiment of the method of the present invention.
FIG. 34 is a block diagram illustrating a configuration example of an apparatus according to a sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Display object input means
2 Object management means
3 Image generation means
4 Image storage means
5 Image display means

Claims (13)

光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示方法において、
表示対象物の３次元データを干渉縞計算用のデータに変換し、
前記変換された３次元データをサンプリングする規則として、少なくとも隣り合うサンプリング機会において、ランダムあるいは等間隔に、異なる３次元データをサンプリングする規則を設定し、
前記設定された規則に従って、前記変換した３次元データをサンプリングし、
前記サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、前記光源からの光により生成される波面を計算し、
前記計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として保持し、
前記サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、
前記生成された一連の複数のホログラム画像を順次表示する
ことを特徴とする計算機ホログラム表示方法。In a computer generated hologram display method for obtaining and displaying light interference fringes by calculation,
Convert the 3D data of the display object into interference fringe calculation data,
As a rule for sampling the converted three-dimensional data, a rule for sampling different three-dimensional data at random or at equal intervals in at least adjacent sampling opportunities is set.
Sampling the converted three-dimensional data according to the set rules,
Assuming that there is a light source at each position of the sampled three-dimensional data, calculate the wavefront generated by the light from the light source;
Holding the calculated fringe and reference fringes as a hologram image;
Repeat the sampling and wavefront generation process,
A computer generated hologram display method comprising sequentially displaying the generated series of hologram images. 前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データより表示対象物の面の頂点座標を生成することにより行うことを特徴とする請求項１記載の計算機ホログラム方法。  2. The computer generated hologram method according to claim 1, wherein the conversion to the interference fringe calculation data is performed by generating vertex coordinates of the surface of the display object from the three-dimensional data. 前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データをボクセルデータへの変換であることを特徴とする請求項１記載の計算機ホログラム方法。  2. The computer generated hologram method according to claim 1, wherein the conversion to the interference fringe calculation data is conversion of the three-dimensional data into voxel data. 前記干渉縞計算用のデータへの変換は、物体ごとに行われ、前記サンプリングする規則は、前記物体の属性に応じてサンプリングの規則を変えることを特徴とする請求項１記載の計算機ホログラム表示方法。  2. The computer generated hologram display method according to claim 1, wherein the conversion to the interference fringe calculation data is performed for each object, and the sampling rule is changed according to the attribute of the object. . 光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示装置において、
表示対象物の３次元データを入力する表示対象物入力手段と、
前記表示対象物の３次元データを干渉縞計算用のデータに変換し、
該変換された３次元データをサンプリングする規則として、少なくとも隣り合うサンプリング機会において、ランダムあるいは等間隔に、異なる３次元データをサンプリングする規則を設定し、該設定された規則に従って、前記変換した３次元データをサンプリングする物体管理手段と、
前記サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、前記光源からの光により生成される波面を計算し、前記計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として生成する画像生成手段と、
前記サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、前記生成された一連の複数のホログラム画像を順次表示する画像表示手段と
を備えたことを特徴とする計算機ホログラム表示装置。In a computer generated hologram display device that calculates and displays light interference fringes by calculation,
A display object input means for inputting three-dimensional data of the display object;
Converting the three-dimensional data of the display object into interference fringe calculation data;
As a rule for sampling the converted three-dimensional data, a rule for sampling different three-dimensional data at random or at equal intervals is set at least at adjacent sampling opportunities, and the converted three-dimensional data is set according to the set rule. Object management means for sampling data ;
Assuming that there is a light source at each position of the sampled three-dimensional data, a wavefront generated by light from the light source is calculated, and interference fringes between the calculated wavefront and reference light are used as hologram images. Image generating means for generating;
A computer generated hologram display device comprising: image display means for repeating the sampling and wavefront generation processes and sequentially displaying the generated series of hologram images. 前記物体管理手段は、前記３次元データより表示対象物の頂点座標を生成することにより前記干渉縞計算用のデータへの変換を行うことを特徴とする請求項５記載の計算機ホログラム表示装置。6. The computer generated hologram display apparatus according to claim 5 , wherein the object management means converts the interference fringe calculation data into data by generating vertex coordinates of a display object from the three-dimensional data. 前記物体管理手段は、前記３次元データをボクセルデータへ変換することにより前記干渉縞計算用のデータへの変換を行うことを特徴とする請求項５記載の計算機ホログラム表示装置。6. The computer generated hologram display device according to claim 5 , wherein the object management means converts the three-dimensional data into data for calculating the interference fringes by converting the three-dimensional data into voxel data. 前記物体管理手段は、前記干渉縞計算用のデータへの変換を物体ごとに行ない、前記サンプリングする規則を前記物体の属性に応じて変えることを特徴とする請求項５記載の計算機ホログラム表示方法。6. The computer generated hologram display method according to claim 5 , wherein the object management means performs conversion to the interference fringe calculation data for each object, and changes the sampling rule according to the attribute of the object. 前記計算機ホログラム表示装置は、
前記画像生成手段により生成されたホログラム画像を蓄積する画像記憶手段と、
前記画像記憶手段に蓄積されたホログラム画像を逐次伝送する手段とをさらに備え、
前記画像表示手段は、前記伝送されたホログラム画像を逐次表示する
ことを特徴とする請求項５記載の計算機ホログラム表示装置。The computer generated hologram display
Image storage means for storing the hologram image generated by the image generation means;
Means for sequentially transmitting hologram images stored in the image storage means,
6. The computer generated hologram display device according to claim 5 , wherein the image display means sequentially displays the transmitted hologram image. 光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
前記計算機ホログラム表示プログラムは、
表示対象物の3次元データを干渉縞計算用のデータに変換し、
前記変換された3次元データをサンプリングする規則として、少なくとも隣り合うサンプリング機会において、ランダムあるいは等間隔に、異なる３次元データをサンプリングする規則を設定し、
前記設定された規則に従って、前記変換した３次元データをサンプリングし、前記サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、前記光源からの光により生成される波面を計算し、
前記計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として保持し、
前記サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、
前記生成された一連の複数のホログラム画像を順次表示する
ことをコンピュータに実行させる計算機ホログラム表示プログラムを記録した記録媒体。In a computer-readable recording medium that records a computer generated hologram display program for obtaining and displaying light interference fringes by calculation,
The computer generated hologram display program is
Convert the 3D data of the display object into interference fringe calculation data,
As a rule for sampling the converted three-dimensional data, a rule for sampling different three-dimensional data at random or at equal intervals in at least adjacent sampling opportunities is set.
According to the set rule, the converted three-dimensional data is sampled, and a wavefront generated by light from the light source is calculated assuming that there is a light source at each position of the sampled three-dimensional data. ,
Holding the calculated fringe and reference fringes as a hologram image;
Repeat the sampling and wavefront generation process,
A recording medium recorded with a computer generated hologram display program for causing a computer to sequentially display the generated series of a plurality of hologram images. 前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データより表示対象物の面の頂点座標を生成することにより行うことを特徴とする請求項１０記載の計算機ホログラム表示プログラムを記録した記録媒体。11. The recorded recording of a computer generated hologram display program according to claim 10 , wherein the conversion to the interference fringe calculation data is performed by generating vertex coordinates of the surface of the display object from the three-dimensional data. Medium. 前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データをボクセルデータへの変換であることを特徴とする請求項１０記載の計算機ホログラム表示プログラムを記録した記憶媒体。The conversion to data for prior Symbol interference fringe computing, a storage medium storing a computer-generated hologram display program according to claim 10, wherein the said 3-dimensional data is converted into voxel data. 前記干渉縞計算用のデータへの変換は、物体ごとに行われ、前記サンプリングする規則は、前記物体の属性に応じてサンプリングの規則を変えることを特徴とする請求項１０記載の計算機ホログラム表示プログラムを記録した記録媒体。Conversion to data for prior Symbol interference fringe calculation is performed for each object, rules for the sampling, the computer generated hologram display according to claim 10, wherein altering the sampling rules in accordance with the attribute of the object A recording medium that records the program.
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