JP4446080B2

JP4446080B2 - 画像表示における歪補正機能を有する画像表示装置

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Publication number: JP4446080B2
Application number: JP2003365926A
Authority: JP
Inventors: 賢也北村; 良一木崎; 知彦服部
Original assignee: Sega Corp; Sega Games Co Ltd
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Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2010-04-07
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Also published as: JP2005130360A

Description

本発明は、画像表示における歪補正機能を有する画像表示装置に関し、特に、投影されるスクリーンが大きくなる場合における色成分毎の歪補正機能を有する画像表示装置に関する。

左右眼用の画像光を観察者の左右眼に入射させることにより偏光メガネやレンチキュラースクリーンを使用することなく裸眼立体視を可能とする立体映像表示装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

これら特許文献１及び特許文献２に記載される立体画像表示装置は、複数の観察者に対しても広い視域で大画面の立体画像を観察することが出来る投射型の立体画像表示装置である(特許文献１：欄[０００６]、特許文献２：欄[００１８])。

一方、投射型の画像表示装置においては、立体画像表示に限らず、光学系に起因して画像の歪が生じることが認識されている。かかる画像の歪は、大画面化する程に顕著に現れてくる。さらに、上記の画像の歪は、観察者の観察位置の変動においても変化してくる。

従来技術として、上記の画像歪の特性を画像の投射前に補正しておく、いわゆるプレーディストーション技術が知られている（特許文献３、４）。特許文献３に記載の技術は、メモリに事前に補正する値を記憶しておき、実際に画像の読み出し走査を行うときに、走査位置に対応する補正値をメモリから読み出し歪のない映像を表示するものである。

さらに、特許文献４に記載の技術は、原画像データに対し所定の画像処理を施すことによりプロジェクタによってあおり投射を行うときに生じる投射画像の台形歪を補正するものである。
特開平８−３０７９０７号公報特開平８−１６０３５６号公報特開２００１−６９４３４号公報特開２００３−７８８４２号公報

ここで、投射される画像がカラー画像である場合は、投影されるスクリーンの大画面化により、カラー画像特有のＲＧＢ色成分波長の違いに基づく色ずれによる画像歪が生じることが本発明者により観察された。かかる色ずれによる画像歪は、立体表示において特に顕著に画像観察が難しくなる。

しかし、上記いずれの従来技術においても、かかるＲＧＢ色成分の波長の違いに基づく色ずれによる画像歪を解消する技術に関しては示唆されていない。

したがって、本発明の目的は、上記の光学系に起因する画像の歪とともに、カラー画像におけるＲＧＢ色成分の波長の違いに基づく色ずれによる画像歪を解消する補正機能を有する画像表示装置を提供することにある。

上記課題を達成する本発明に従う画像表示装置は、第１の態様として、カラー画像を投影して観察者に投射画像を認識させる画像表示装置であって、前記カラー画像が投影されるスクリーンと、前記スクリーンに投影されたカラー画像を観察者の視点位置に焦点を有するレンズと、前記カラー原画像のＲＧＢ各色成分に対し、各色成分ごとの異なる波長に応じた予め測定した歪関数により歪補正を行い、前記スクリーンに投影されるカラー画像を生成する歪補正手段を有することを特徴とする。

上記課題を達成する本発明に従う画像表示装置は、第２の態様として、左右眼用の画像を投影して観察者に画像を認識させる画像表示装置であって、左右眼用の画像が投影されるスクリーンと、前記スクリーンに投影された画像を観察者の視点位置に焦点を有するレンズと、前記左右眼用の画像をそれぞれ観察者の左右眼に対応する光路を選択する前記スクリーンとレンズとの間に置かれる偏光フィルタと、原画像に対し前記光路により起因して生じる画像歪及び、色ずれに対し予め測定した歪関数により歪補正を行い、前記スクリーンに投影される左右眼用の画像を生成する歪補正手段を有することを特徴とする。

上記課題を達成する本発明に従う画像表示装置は、第３の態様として、第２の態様において、前記歪補正手段による歪補正は、ＲＧＢ各色成分ごとの原画像に対し、各色成分ごとに異なる波長に応じた歪補正を行うことを特徴とする。

上記課題を達成する本発明に従う画像表示装置は、第４の態様として、第１又は第２の態様において、前記歪補正は、水平線形補間と垂直線形補間により行うことを特徴とする。

上記課題を達成する本発明に従う画像表示装置は、第５の態様として、第４の態様において、前記水平線形補間は、フレームメモリに画像データの書き込みを行う前に実行し、前記垂直線形補間は、前記フレームメモリから前記画像データを読み出す際に実行することを特徴とする。

上記課題を達成する本発明に従う画像表示装置は、第６の態様として、第２の態様において、さらに観察者に赤外光を照射するＬＥＤと、前記ＬＥＤに照射され、前記観察者から反射される赤外光を撮像する赤外カメラと、前記赤外カメラで撮像される観察者の赤外像から観察者の移動位置を検知し、前記検知される観察者位置に対応して前記偏光フィルタを移動して、正しく前記左右眼用の画像をそれぞれ観察者の左右眼に対応する光路を選択する制御手段を有することを特徴とする。

上記課題を達成する本発明に従う画像表示装置は、第７の態様として、第６の態様において、前記制御手段による偏光フィルタの移動制御は、光路に起因する観察者の視点位置と偏光フィルタ位置との非直線に基づく移動量係数により偏光フィルタの移動補正が行われることを特徴とする。

上記課題を達成する本発明に従う画像表示装置は、第８の態様として、左右眼用の画像を投影して観察者に画像を認識させる画像表示装置であって、左右眼用の画像が投影されるスクリーンと、前記スクリーンに投影された画像を観察者の視点位置に焦点を有するレンズと、前記左右眼用の画像をそれぞれ観察者の左右眼に対応する光路を選択する前記スクリーンとレンズとの間に置かれる偏光フィルタとを有し、原画像に対し前記光路により起因して生じる画像歪及び、色ずれに対し予め測定した歪関数により歪補正を行い前記スクリーンに投影される左右眼用の画像とする歪補正装置を有し、前記歪補正装置は、ＲＧＢ各色成分に対し、原画像に対する前記光路により起因して生じる画像歪を予め測定した歪関数を格納するテーブルメモリと、画像データを記録するフレームメモリと、前記フレームメモリへの画像データの書き込み前に、前記テーブルメモリに格納される歪関数に基づき前記画像データに対し水平方向の歪補正を行う水平歪処理回路と、前記フレームメモリから画像データを読み出す際に、垂直方向の歪補正を行う垂直歪処理回路を有することを特徴とする。

上記課題を達成する本発明に従う画像表示装置は、第９の態様として、第８の態様において、前記水平歪処理回路は、前記歪関数に基づく水平開始点と水平移動量から水平アドレスを生成する水平アドレス生成回路と、前記水平アドレス生成回路により生成される水平アドレスに基づき水平方向に線形補間を行う水平線形補間回路を有し、前記フレームメモリは、前記水平線形補間回路により線形補間された画像データを水平ラインごとに格納することを特徴とする。

上記課題を達成する本発明に従う画像表示装置は、第１０の態様として、第９の態様において、さらに観察者に赤外光を照射するＬＥＤと、前記ＬＥＤに照射され、前記観察者から反射される赤外光を撮像する赤外カメラと、前記赤外カメラで撮像される観察者の赤外像から観察者の移動位置を検知し、前記検知される観察者位置に対応して前記偏光フィルタを移動して、正しく前記左右眼用の画像をそれぞれ観察者の左右眼に対応する光路を選択する制御手段を有し、前記水平歪処理回路は、前記水平開始点を前記検知される観察者位置に対応して変更することを特徴とする。

上記課題を達成する本発明に従う画像表示装置は、第１１の態様として、第８の態様において、前記垂直歪処理回路は、前記歪関数に基づく垂直開始点と垂直移動量から垂直アドレスを生成する垂直アドレス生成回路と、
前記垂直アドレス生成回路により生成される垂直アドレスに基づき、前記フレームメモリから読み出される画像データに前記垂直方向に線形補間を行う垂直線形補間回路を有することを特徴とする。

上記課題を達成する本発明に従う画像表示装置は、第１２の態様として、第２の態様において、前記歪補正手段による歪補正を補正画像の座標（ｘ’，ｙ’）を入力し、前記入力された補正画像の座標（ｘ’，ｙ’）を極座標（ｒ’，θ）に変換し、
ただし、

次いで、予めメモリに設定された収差テーブルを参照して線形補間し、歪補正（ｒ＝ｒ’（１＋ｄ_r（ｒ’））を行い、歪補正された結果を直交座標変換し、周辺画素との平均を求め（バイリニアフィルタ）、その結果により補正画像の画素を決定する手順により実行することを特徴とする。

本発明の特徴は、以下に図面に従い説明される発明の実施の形態例から更に明らかになる。

以上図面に従い、実施の形態例を説明したように、本発明により立体画像表示装置において、光学系に起因する画像の歪、カラー画像におけるＲＧＢ色成分の波長の違いに基づく色ずれを解消することが可能である。

以下に本発明の実施例を図面に従い説明する。なお、実施例として立体画像表示装置について説明するが、本発明の対象は、カラー画像を表示する画像表示装置であり、従ってかかる立体画像表示装置に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施例として立体画像表示装置に適用した例であり、
立体画像表示を理解するための光学系を説明する図である。

図１（Ａ）は、表示される画像に対し観察者の位置が中央にある場合の光学系を上方より見た図である。図１（Ｂ）は、表示される画像に対し観察者の位置が右寄りにある場合の図である。

観察者の観察位置に応じて観察者の左右眼に対応する左右眼用の画像光が正しく入射するように光路を選択するトラッキング機能を有している。

プロジェクタ１から左右眼用のそれぞれの画像を出力し、プロジェクタ１の前面に置かれる偏光フィルタ２により、左右眼用の画像の光路が規定され、拡散板よりなるスクリーン３に投影される。

スクリーン３に投影された左右眼用画像は、更に観察者７の観察位置に応じて、観察者７の左右眼に対応する左右眼用の画像光が正しく入射するように第２の偏光フィルタ4により光路がトラッキング選択され、レンズ５，６を通して観察者７のそれぞれ左右眼に結像される。これにより、観察者７において、立体画像８を認識できる。

図１において、実線で示される光路は、右眼用の画像の光路であり、破線で示される光路は、左眼用の画像の光路である。

さらに、スクリーン３とレンズ５との間に置かれる第２の偏光フィルタ４は、観察者７の左右移動位置に応じて、正しく左右眼用画像がそれぞれ対応する左右眼に入力するように左右に移動制御される。図１（Ｂ）は、観察者７が右方向に移動した状態に対応して偏光フィルタ４が移動制御され、これに伴い左右眼画像の光路も変化している。

この様な構成において、レンズ５、６が大型化するに伴い画像の歪及び色ずれが大きくなる傾向にある。さらに、観察者７の移動に伴い、偏光フィルタ４が移動制御されることによっても、先に述べたように色ずれが生じる状態が観察される。

図２は、プロジェクタ1から投射される原画像とＲＧＢ毎の表示画像の歪及び色ずれの例を示す図である。図２Ａは、Ｒ色成分のパターン原画像であり、歪は生じていない。図示省略しているが、Ｇ色成分及びＢ色成分の原画像も同様に歪が無いものである。

図２Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれＢ色成分、Ｇ色成分及びＲ色成分のパターン原画像に対して表示される画像を示している。Ｂ色成分、Ｇ色成分及びＲ色成分の波長は、Ｂ色成分波長＜Ｇ色成分波長＜Ｒ色成分波長の順である。

この波長の違いにより、図２Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて、色成分波長が短い程、観察される表示画像の歪が大きいことが判る。すなわち、Ｂ色成分の表示画像の歪が一番大きく、それに比してＲ色成分の表示画像の歪は一番小さい。且つ画面の周辺に向かうほど歪が大きくなっていることが理解できる。したがって、表示画面が大きくなると、これに対応してより顕著に歪が生じることも理解できる。

さらに、図２Ｂ、C、Dから理解できるように色成分毎に表示画像の歪の大きさが異ることにより、表示画像には画像歪とともに色ずれが生じることが理解できる。

さらに、図１において、偏光フィルタ４が、観察者７の左右移動に伴い移動することにより画像歪が生じ、更にＲ色成分、Ｇ色成分及びＢ色成分の波長の違いによりそれぞれの表示画像の歪が異なる。図３は、観察者７が右方向に移動した位置で観察されるＲ色成分（図３Ａ）、Ｇ色成分（図３Ｂ）及びＢ色成分（図３Ｃ）のパターン画像であり、図２に示したと同様に波長の長さが短くなる程、歪が大きく、且つ視線(観察者７の眼と画面との距離)が長くなる程に歪が大きくなっていることが理解できる。

したがって、本発明は、上記のような表示画像の大きさ、観察者７の観察位置に起因して生じる画像歪及び色ずれを解消する立体画像表示装置を提供するものである。

図４は、本発明を適用する立体画像表示装置の光学系を横から観察した図であり、図1で説明した立体画像表示のための光学系のままでは光路が長くなり、立体画像表示装置の筺体が大型化する。したがって、特徴として、反射ミラー９，１０を用いて光路を折り返し、光学系を２段構成として、立体画像表示装置の長さ方向への大型化を防いでいる。

すなわち、プロジェクタ１−１、１−２からそれぞれ左眼用、右眼用画像が投射され、対応する偏光フィルタ２−１、２−２を通り半透明のスクリーンマット面３に投影される。

スクリーンマット面３に投影された画像光は、反射ミラー９，１０により折り返され、更にレンズ５及び６を通して観察者7の左右眼に入る。これにより観察者7は立体像8を認識できる。

ここで、レンズ５及び６は、スクリーンマット面３の大きさに対応してレンズ径が大きくなるために、フレネルレンズで構成されている。さらに、図1で説明した観察者７の移動に対応して光路を制御するための偏光フィルタ４は、２つの反射ミラー９、１０の間に配置されている。

レンズ５及び６の焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２とし、レンズ６と観察者７との距離をａとすると、偏光フィルタ４の置かれる位置をレンズ5からの光路長ｂの位置とすると、１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ１＋１／ｆ２の関係を有している。

さらに、図４において、観察者７に向けて赤外光を照射するＬＥＤ１１が設けられている。観察者７で赤外光が反射されて、画像光と反対方向にレンズ６，５を通り、反射ミラー１０及び赤外ハーフミラー１２によりディフューザ１３に投影される。ディフューザ１３に投影される観察者７の赤外像は図５に示す如くであり、この像が赤外カメラ１４により撮像される。

赤外カメラ１４により撮像される図５に示す像から、後に説明する方法で観察者７の移動が検知される。図５において、背景５０に浮かぶ白抜き部分が観察者７の赤外像５１である。この赤外像５１により検知される観察者７の移動に対応して、偏光フィルタ４が移動制御されて左右眼用画像の光路が正しく観察者の左右眼に入るように光路が制御される。

図５における赤外像５１は、画像を垂直方向に輝度を加算し、閾値を用いて２値化する。これによって、観察者７の位置信号５２が得られる。したがって、この観察者７の位置信号５２が画像の中央に来るように、偏光フィルタ４を移動制御する。

図６は、図4に示す立体画像表示装置の光学系に適用される、本発明に従う画像歪を補正する制御系を示す図である。

図６において、左右眼用の原画像がＰＣ等のビデオ機器２０で生成され、右眼映像信号及び左眼用信号として補正装置２１に入力される。補正装置２１において、後に説明するように画像歪と逆方向にプレ歪補正された画像信号が生成され、対応する右眼用プロジェクタ１−１、左眼用プロジェクタ１−２に入力され、図4において説明したように投射される。

一方、補正装置２１には、図4において、ＬＥＤ１１からの赤外光により観察者7を投射した像が赤外カメラ１４により撮像され、先に図５に示したような赤外線映像信号が補正装置２１に入力される。補正装置２１において、赤外線映像信号から検知される観察者位置信号５２に基づき偏光フィルタ4の位置を制御するモータ制御信号が出力される。

図７は、補正装置２１における本発明を適用する主要構成の機能ブロック図である。歪補正は、画像信号のＲＧＢ成分ごとに歪補正を行う。このために、テーブルメモリ１００、フレームメモリ１０１、水平歪処理部１０２及び、垂直歪処理部１０３はそれぞれＲＧＢ成分に対応して３組ずつ備えられている。

なお、左右眼用映像信号に対して同じ構成が必要である。図７においては、左右眼用に対して同一の構成であるので、一方の構成のみを示している。

図７において、ＣＰＵインターフェース１０４を通してメモリ１０５及びＣＰＵ１０６がテーブルメモリ１００に接続される。メモリ１０５には本発明に従う歪補正処理を制御するプログラムが格納される。ＣＰＵ１０６により前記のテーブルメモリ１００に予め原画像に対し、表示される画像の歪を測定し、測定される画像歪と反対方向の歪補正関数、即ち表示された際に画像歪を打ち消す方向の係数を画像の走査ライン毎にテーブルメモリ１００に保存される。

本発明に従う画像歪補正を、図８を参照して説明する。本発明の実施例として、歪補正処理でのフレームメモリ１０１へのアクセス数を少なくするために、水平方向の歪補正処理と垂直方向の歪補正処理を分けて行う。さらに、水平方向の歪補正処理はフレームメモリ１０１へ書き込む前に行う。

すなわち、画像を投影する際の入力画像である原画像信号（図８Ａ）に対し、フレームメモリ１０１に書き込む際にテーブルメモリ１００を参照して対応する歪補正関数を基に水平歪処理回路１０２により水平方向の歪補正を行う（図８Ｂ）。ついで、フレームメモリ１０１から読み出す際に歪補正関数を基に垂直方向の歪補正を行う（図８Ｃ）ものである。

ここで、歪補正関数について説明する。図２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに示したＲＧＢの各色要素ごとの実像画像から光学系の影響を受けた歪曲収差と色収差による複合収差(以下単に収差という)を測定する。

原画像の光軸中心から所定位置のチャート半径をＲ［dots］、これに対する実像画像において測定した半径をRim［mm］とする。チャートに対する実像の比率をM、基準比率をM₀(ここで、たとえば、収差の少ない光軸付近でサンプル数の多いR=60の位置における実像の比率Mを基準とする)、収差をDとすると、
チャートに対する実像の比率M= Rim／R
収差D=（Rim−M₀＊R）／（M₀＊R）となる。

このように測定される収差Dを基に補正関数を作成する。実施例として、次の表１ような関係にある収差のテーブルd[r]を作成する。

ついで、半径ｒによるテーブルの線形補間結果d（r）を収差とした。例えば、ｒ＝２３．５の時、
ｄ（２３．５）＝ｄ[２０]× (１−０．３５)＋ｄ[３０]×０．３５
となる。したがって、この関数を使って、原画像を補正する。

補正された画像の半径をr'[dots]、オリジナル画像の半径をr[dots]とすると、r'＝ｒ*(1−d(r))となる。

図９は、補正画像であって、図９A，９B，９Cは、それぞれ図２B,２C,２Dに対する補正画像を示す。

図１０は、ＲＧＢの一つの色成分に対する歪補正の図７に対する具体的構成例を示し、図１１は、更に前記の画像歪補正の原理に対応する図１０の動作を説明する図である。図１２は、更に前記の画像歪補正の原理に対応する図１０の動作タイムチャートを示す図である。

入力画像は、入力ラインバッファ１２０に記録される。入力ラインバッファ１２０から読み出される画像信号は、Ｐ／Ｓ変換回路１２１において２対1にパラレルシリアル変換されて水平線形補間回路１２２に入力する。

一方、ＣＰＵ１０６（図7参照）によりテーブルメモリ回路１００の歪関数テーブルコントローラ１１１が制御される。歪関数テーブルコントローラ１１１により同期信号に同期してテーブルメモリ１１０から該当する水平走査ライン（（ｊ−ｋ）を想定する：図１１Ａ参照）に対応する歪補正関数を読み出す。この水平走査ラインに対する歪補正関数は、処理を行うライン（ｊ−ｋ）の水平開始点情報と、水平移動量（例えば、５１２点）であって、それぞれテーブルメモリ１１０から読み出され、水平開始点レジスタ１１２及び水平移動量バッファ１１３に保存される（図１２ｇ）。

水平アドレス生成回路１２５は、水平開始点レジスタ１１２、水平移動量バッファ１１３からの水平開始点情報と水平移動量により水平アドレスを生成する。生成されたアドレスに従って、入力ラインバッファ１２０から入力データを読み取り（図１２ａ）、水平線形補間回路１２２により水平方向の直線補間により水平歪を行なう（図１２ｂ）。

水平線形補間回路１２２の出力はＳ／Ｐ変換回路１２３により１対４にシリアルパラレル変換されてラインバッファ１２４へ書き込まれる（図１２ｃ）。これにより、ライン（ｊ−ｋ）の原画像の点ａ,ｂは、図１１Ｂに示すように水平方向に拡張移動される。

このように、原画像に対して、全水平ラインについて歪補正が行なわれ、フレームメモリ１０１に書き込まれる。図１１Bに示すように、水平歪処理後の画像は、上位ライン及び下位ラインほど水平方向に拡張され（図１１Bの点、ａ，ｃ、ｇ、ｉ参照）、中間ラインでは水平方向に縮小される（図１１Bの点、ｄ、ｆ参照）。

さらに、垂直アドレス生成回路１３０は、垂直開始点レジスタ１１４、垂直移動量バッファ１１５から垂直開始点情報と垂直移動量を読み出し（図１２ｈ）、垂直アドレスを生成する。先に水平アドレス生成回路１２５で生成された水平アドレスと、垂直アドレス生成回路１３０で生成された垂直アドレスに従ってフレームメモリ１０１から画像信号が読み出される（図１２ｄ）。

垂直線形補間回路１３２における垂直方向の線形補間は、フレームメモリ１０１からデータを読み出しながら行う（図１２ｅ）。この際、画像信号の入力より（Ｌ＋α）ライン例えば、１００ライン遅れたタイミングで垂直線形補間処理を開始する。

さらに、垂直方向にライン移動する際に、余分なデータまでフレームメモリ１０１から読み出しを行うので、このデータを削除後に垂直方向線形補間を行う。この垂直補間用に一ラインのＦＩＦＯバッファ１３１を使用している。

上記のように水平及び垂直方向に線形補間された画像データは、図１１Ａに示す原画像に対し、投影したときに生じる画像歪と反対方向の歪を予め与えたものである。したがって、さきに本発明の原理を説明したように、投影において生じる歪を打ち消すことになり、観察される映像は歪のないものとなる。

さらに、ＲＧＢ各色成分において歪の特性が異なるので、図１０の構成はＲＧＢ各色成分ごとに備えられ、テーブルメモリ１１０に予め格納される歪関数はＲＧＢ各色成分対応に異なるものとされる。

さらに、立体画像表示装置を構成するために、上記の構成及び処理は、同一であるが、左右眼用のそれぞれに対して備えられる必要がある。

ここで、図１０を用いた説明では観察者７(図４参照)の視点が画像の中心に対応してある場合を想定して説明している。

しかし、上記のフレームメモリ１０１からのデータ読み出しの際は、観察者７の視点即ち、観察者位置を考慮することが必要である。すなわち、図３おいて説明したように、観察者位置の移動により画像の中心が観察者視点からずれることにより、観察者視点から遠くなる側の画像が歪むようになる。更にＲＧＢ各色成分ごとに歪みが異なる。したがって、かかる点を考慮して否補正が必要である。

第１に左右眼用画像を観察者の移動に対応して光路を制御することが必要である。さらに第２に観察者視点から遠くなる側の画像が歪むようになる状態を補正することが必要である。

ここで、第１の点については、図４において、ＬＥＤ１１の観察者７の反射光を赤外カメラ１４により撮像し、図５に示したような検知信号を得て、偏光フィルタ４を移動制御することを説明した。しかし、かかる制御において、観察者視点水平位置と偏光フィルタ位置の関係は、光学系に起因して非線形にならないことを本発明者により認識した。

図１３は、観察者視点水平位置と偏光フィルタ位置の非線形関係を補正するための移動量係数を示すグラフである。横軸に観察者水平位置に対応して偏光フィルタ位置を求め、これに対応する移動量係数により補正することにより直線性が得られる。

したがって、図７の位置検出回路１０７（図７参照）において、赤外カメラ１４の出力に対し、前記の移動量係数を処理する。その後に図５に示す検知信号を得るようにして、検知信号に対応した偏光フィルタ４の位置を制御する。これにより正しく左右眼用画像を観察者視点位置に焦点を合わせることができる。

さらに、前記した観察者視点から遠くなる側の画像が歪む状態を補正するために、観察者７の位置に対応して、投影される画像の中心位置が移動するように、先に図１２に基づき説明した歪み補正処理において、フレームメモリ１０１からの読み出し（図１２ｄ）の際の読み出しアドレスをシフトする。すなわち、図１４は、観察者位置の左右移動量と、画像の左右位置方向への移動ピクセル量の関係を示している。この関係に基づき、検知される観察者位置に対応して、フレームメモリ１０１からの画像読み出しアドレス位置を対応するピクセル数分シフトする。

ここで、上記実施の形態例として、歪補正を図7に示すハードウエアにより実行する例を説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。ソフトウエアプログラムにより歪補正を実行することも可能である。

図１５は、かかる歪補正をプログラムにより実行するフローを示す図である。ここでは、実施例として補正された画像即ち、原画像から補正量を求める手順である。図7において、図１５のフローを実行するプログラムは、メモリ105に格納され、CPU106で実行される。図１６は、図１５のフローを実行する歪補正装置の構成であり、図7の構成と同じものには同じ参照番号を付している。

図１５に示す処理フローは、ｒ色成分のみについて示しているが、ｒｇｂの各色成分に対し同様に全画素数分繰り返して実行される。

図１６において、歪処理部１０２に原画像が生成され入力される（ステップＳ０）。フレームメモリ１０１から補正画像の座標（x’，ｙ’）を入力してメモリ105に設定する（ステップＳ1）。

ＣＰＵ106は、メモリ105に設定した補正画像の座標（x’，ｙ’）を次のように極座標変換する（ステップＳ２）。

（ｒ’，θ）＝（x’，ｙ’）
ここで、

次いで、テーブルメモリ100の収差テーブルを参照して、先に説明したように、線形補間ｄ_r［ｒ’］を行う（ステップＳ３）。次いで、線形補間された値ｄ_r（ｒ’）を基に、歪補正値ｒを求める（ステップＳ４）。

ｒ＝ｒ’（１＋ｄ_r（ｒ’））
この歪補正値を、次のように直交座標変換する（ステップＳ５）。

（x，ｙ）＝（ｒ，θ）
さらに、直交座標変換された座標（x，ｙ）は、原画像を参照して周辺画素成分の平均値を求めるバイリニアフィルタ処理を行う（ステップＳ6）。バイリニアフィルタ処理の結果から補正画素（ｃ_r’［x’，ｙ’］＝ｃ_r［x，ｙ］）を決定する（ステップＳ７）。

かかる処理がｒｇｂ各色成分に対し、且つ全画素について繰り返し実行される（ステップＳ８、８−１）。このようにして決定されたｒｇｂ各色成分の補正画素が歪処理回路１０２選択され、フレームメモリ101に書き込まれる。

したがって、フレームメモリ101から補正画像が読み出され、プロジェクタ１−１，１−２により投影される。

本発明を適用する立体画像表示装置における立体画像表示のための光学系を説明する図である。プロジェクタ1から投射される原画像とＲＧＢ毎の表示画像の歪及び色ずれの例を示す図である。図３は、観察者７が右方向に移動した位置で観察されるＲ色成分（図３Ａ）、Ｇ色成分（図３Ｂ）及びＢ色成分（図３Ｃ）のパターン画像を示す図である。本発明を適用する立体画像表示装置の光学系を横から観察した図である。赤外カメラ１４により撮像される観察者７の赤外像である。図4に示す立体画像表示装置の光学系に適用される、本発明に従う画像歪を補正する制御系を示す図である。補正装置２１における本発明を適用する主要構成の機能ブロック図である。画像歪補正を説明する図である。図２B,２C,２Dに対する補正画像示す図である。ＲＧＢの一つの色成分に対する歪補正の図７に対する具体的構成例を示す図である。画像歪補正の原理に対応する図１０の動作を説明する図である。前記の画像歪補正の原理に対応する図１０の動作タイムチャートを示す図である。観察者視点水平位置と偏光フィルタ位置の非線形関係を補正するための移動量係数を示すグラフである。観察者位置の左右移動量と、画像の左右位置方向への移動ピクセル量の関係を示す図である。歪補正をプログラムにより実行するフローを示す図である。図１５のフローを実行する歪補正装置の構成である。

符号の説明

１、１−１，１−２プロジェクタ
２，２−１,２−２，４偏光フィルタ
３スクリーン
５，６レンズ
７観察者
８立体映像
９，１０ミラー
１１ＬＥＤ
１２赤外ミラー
１３ディフューザ
１４赤外カメラ

Claims

左右眼用の画像をそれぞれ表示して観察者に立体画像を認識させる画像表示装置であって、
前記左右眼用の画像を表示する表示手段と、
前記表示手段に表示された画像を観察者の視点位置に結像するレンズと、
前記左右眼用の画像をそれぞれ観察者の左右眼に対応させる光路を選択する、前記表示手段と前記レンズとの間に置かれる偏光フィルタと、
原画像に対し前記光路により起因して生じる画像歪及び、色ずれに対し予め測定した歪関数により歪補正を行い、前記表示手段に表示される左右眼用の画像を生成する歪補正手段を有する
ことを特徴とする画像表示装置。
左右眼用の画像を投影して観察者に立体画像を認識させる画像表示装置であって、
左右眼用の画像が投影されるスクリーンと、
前記スクリーンに投影された画像を観察者の視点位置に焦点を有するレンズと、
前記左右眼用の画像をそれぞれ観察者の左右眼に対応する光路を選択する前記スクリーンとレンズとの間に置かれる偏光フィルタと、
原画像に対し前記光路により起因して生じる画像歪及び、色ずれに対し予め測定した歪関数により歪補正を行い、前記スクリーンに投影される左右眼用の画像を生成する歪補正手段を有する
ことを特徴とする画像表示装置。
請求項２において、
前記歪補正手段による歪補正は、ＲＧＢ各色成分ごとの原画像に対し、各色成分ごとに異なる波長に応じた歪補正を行うことを特徴とする画像表示装置。
請求項１または２において、
前記歪補正手段による歪補正は、水平線形補間と垂直線形補間により行うことを特徴とする画像表示装置。
請求項４において、
前記水平線形補間は、フレームメモリに画像データの書き込みを行う前に実行し、前記垂直線形補間は、前記フレームメモリから前記画像データを読み出す際に実行することを特徴とする画像表示装置。
請求項２において、
さらに観察者に赤外光を照射するＬＥＤと、
前記ＬＥＤに照射され、前記観察者から反射される赤外光を撮像する赤外カメラと、
前記赤外カメラで撮像される観察者の赤外像から観察者の移動位置を検知し、前記検知される観察者位置に対応して前記偏光フィルタを移動して、正しく前記左右眼用の画像をそれぞれ観察者の左右眼に対応する光路を選択する制御手段を
有することを特徴とする画像表示装置。
請求項６において、
前記制御手段による偏光フィルタの移動制御は、光路に起因する観察者の視点位置と偏光フィルタ位置との非直線に基づく移動量係数により偏光フィルタの移動補正が行われることを特徴とする画像表示装置。
左右眼用の画像を投影して観察者に立体画像を認識させる画像表示装置であって、
左右眼用の画像が投影されるスクリーンと、
前記スクリーンに投影された画像を観察者の視点位置に焦点を有するレンズと、
前記左右眼用の画像をそれぞれ観察者の左右眼に対応する光路を選択する前記スクリーンとレンズとの間に置かれる偏光フィルタとを有し、
原画像に対し前記光路により起因して生じる画像歪及び、色ずれに対し予め測定した歪関数により歪補正を行い前記スクリーンに投影される左右眼用の画像とする歪補正装置を有し、
前記歪補正装置は、ＲＧＢ各色成分に対し、原画像に対する前記光路により起因して生じる画像歪を予め測定した歪関数を格納するテーブルメモリと、
画像データを記録するフレームメモリと、
前記フレームメモリへの画像データの書き込み前に、前記テーブルメモリに格納される歪関数に基づき前記画像データに対し水平方向の歪補正を行う水平歪処理回路と、
前記フレームメモリから画像データを読み出す際に、垂直方向の歪補正を行う垂直歪処理回路を有する
ことを特徴とする画像表示装置。
請求項８において、
前記水平歪処理回路は、前記歪関数に基づく水平開始点と水平移動量から水平アドレスを生成する水平アドレス生成回路と、
前記水平アドレス生成回路により生成される水平アドレスに基づき水平方向に線形補間を行う水平線形補間回路を有し、
前記フレームメモリは、前記水平線形補間回路により線形補間された画像データを水平ラインごとに格納することを特徴とする画像表示装置。
請求項９において、
さらに観察者に赤外光を照射するＬＥＤと、
前記ＬＥＤに照射され、前記観察者から反射される赤外光を撮像する赤外カメラと、
前記赤外カメラで撮像される観察者の赤外像から観察者の移動位置を検知し、前記検知される観察者位置に対応して前記偏光フィルタを移動して、正しく前記左右眼用の画像をそれぞれ観察者の左右眼に対応する光路を選択する制御手段を有し、
前記水平歪処理回路は、前記水平開始点を前記検知される観察者位置に対応して変更することを特徴とする画像表示装置。
請求項８において、
前記垂直歪処理回路は、前記歪関数に基づく垂直開始点と垂直移動量から垂直アドレスを生成する垂直アドレス生成回路と、
前記垂直アドレス生成回路により生成される垂直アドレスに基づき、前記フレームメモリから読み出される画像データに垂直方向に線形補間を行う垂直線形補間回路を有することを特徴とする画像表示装置。
請求項２において、
前記歪補正手段による歪補正を
補正画像の座標（ｘ’，ｙ’）を入力し、
前記入力された補正画像の座標（ｘ’，ｙ’）を極座標（ｒ’，θ）に変換し、
ただし、

次いで、予めメモリに設定された収差テーブルを参照して線形補間し、歪補正（ｒ＝ｒ’（１＋ｄr（ｒ’））を行い、
歪補正された結果を直交座標変換し、
周辺画素との平均を求め（バイリニアフィルタ）、
その結果により補正画像の画素を決定する
手順により実行することを特徴とする画像表示装置。