JP4867709B2 - 表示歪み測定装置及び表示歪み測定方法 - Google Patents
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Description
表示歪みの補正についてはこれまでに特開平10-149085号公報(特許文献1)の技術が開示されている。
また、請求項1の表示歪み測定装置は、元画像において、その前後で明暗が変化する水平方向の境界線を垂直方向における一端から他端に移動させ、また、その前後で明暗が変化する垂直方向の境界線を水平方向における一端から他端に移動させたときの、表示画像R及び表示画像Lにおける認識点における輝度の変化に基づき、元画像と、表示画像R及び表示画像Lとにおいて、対応する画素の位置関係を算出する。
(2)請求項2の表示歪み測定装置は、表示画像R及び表示画像Lにおける一部の画素を認識点として設定し、認識点として設定されない画素については、補間計算により、元画像との間で対応する画素の位置関係を算出するので、全ての点を認識点とする場合よりも、対応する画素の位置関係を迅速に算出することができる。
(3)請求項3の表示歪み測定装置において、撮影手段は、ウインドシールド又はコンバイナにて反射した光R及び光Lにおける主たる振動方向の光を透過させる向きに配置された、偏向フィルタを備える。そのことにより、車両の横方向等から車室内に入る光が、撮影手段に入射することを防止し、測定精度を向上させることができる。
(4)請求項4の表示歪み測定装置は、ウインドシールド又はコンバイナにおいて光R及び光Lが反射する部分と、虚像との間に、単一色の遮蔽部材を備えることにより、撮影手段で撮影される画像に、光R及び光Lにより表示される画像以外の物体の映像が映らないようにすることができる。そのことにより、撮影手段が、光R及び光Lにより表示される画像を正確に認識し、表示歪み測定を正しく行うことができる。
また、請求項5の表示歪み測定方法は、元画像において、その前後で明暗が変化する水平方向の境界線を垂直方向における一端から他端に移動させ、また、その前後で明暗が変化する垂直方向の境界線を水平方向における一端から他端に移動させたときの、表示画像R及び表示画像Lの認識点における輝度の変化に基づき、元画像と、表示画像R及び表示画像Lとにおいて、対応する画素の位置関係を算出する。
(6)請求項6の表示歪み測定方法は、表示画像R及び表示画像Lにおける一部の画素を認識点として設定し、認識点として設定されない画素については、補間計算により、元画像との間で対応する画素の位置関係を算出するので、全ての点を認識点とする場合よりも、対応する画素の位置関係を迅速に算出することができる。
1.車載表示装置の構成及び作用
まず、本発明の表示歪み補正装置が補正する対象である車載表示装置1の構成及び作用について図1〜図3に基づいて説明する。図1、図2は、それぞれ、車載表示装置1を搭載した車両の側面図、上面図であり、図3は車載表示装置1の構成を表すブロック図である。
2.表示歪み補正装置の構成
次に、表示歪み補正装置13の構成を、図1〜図5に基づいて説明する。図4は、表示歪み補正装置13の構成を表すブロック図であり、図5(a)は、表示歪み補正装置13を適用する車両の上面図であり、図5(b)は、後述する偏向フィルタ29が選択的に透過させる光の振動方向を表す説明図である。
上記右目用カメラ17及び左目用カメラ19の解像度は、1024×1280画素であり、垂直方向及び水平方向のいずれについても、ステレオ型HUD3の解像度(480×640画素)よりも高い。これによって、ステレオ型HUD3の画素を正確に撮影できるため、画素レベルでの表示歪みの測定が可能になる。
上記右目用カメラ17及び左目用カメラ19の光入射口には、図5(a)に示すように、それぞれ、偏光フィルタ29が取り付けられている。偏向フィルタ29は、水平方向の振動(図5(b)における矢印Xの方向)の光のみを選択的に透過させ、その他の方向に振動する光は実質的に遮断する。ステレオ型HUD3から上方に向けて射出され、WSで反射する光R、及び光Lにおける主たる振動方向は、図5(b)における矢印Yが示すように、水平方向であり、その方向は偏向フィルタ29が透過させる振動方向であるから、光R、及び光Lは、偏向フィルタ29を透過する。一方、車両の横方向から車室内に入射し、WSで反射する光(外乱光)の主たる振動方向は、水平方向とは異なる方向であるから、外乱光は偏向フィルタ29で遮断される。
上記遮蔽部材20は、均一な色を有し、さらに光を反射しない材質から成る。遮蔽部材20は、表示歪みを測定するときは、図示しない移動手段により、図1及び図2に示すように、WSでの光R及び光Lの反射位置と虚像の位置とを結ぶ線分上であって、WSの車両前方方向に設置され、表示歪みの測定が終わると、車両から離れた位置に戻される。上記遮蔽部材20は、右目用カメラ17及び左目用カメラ19で撮影される撮影画像にステレオ型HUD3による画像以外の物体の映像が映らないようにする機能を奏する。
次に、表示歪み補正装置13のCPU21が、右目用の補正用変換テーブル及び左目用の補正用変換テーブルを作成する処理を図6〜図8のフローチャート、及び図9〜図12の説明図を用いて説明する。
ステップ130では、変数Nの値を0とする。
ステップ150では、測定用の表示パターン画像を表示させる指示を画像処理装置5に出力する。具体的には、前記ステップ140で設定したNの値を画像処理装置5に出力する。このとき、画像処理装置5は、図10(a)に示すように、全画素のうち、左からN番目の画素を通る垂直線を境界として、そこより左側は白色(輝度が高い)、そこより右側は黒色(輝度が低い)の表示パターン画像データを作成し、ステレオ型HUD3は、その表示パターン画像データに基づき、光R、光Lを射出する。
なお、前記ステップ150におけるステレオ型HUD3の表示更新タイミングとカメラ撮影のタイミングとがずれないように、確実に前記ステップ150におけるステレオ型HUD3の表示更新が完了してからカメラで表示画像を撮影するのがのぞましい。しかし、そのタイミングを制御する場合、構成が複雑になるため、例えば、ステレオ型HUD3の画像の描写更新を数フレームごとにおこなうことで余裕をとることが望ましい。
ステップ170では、Nの値が、ステレオ型HUD3の水平方向における画素数に達したか(図10(a)に示す表示パターン画像において、垂直方向の境界が右端まで達したか)を判断する。YESの場合は図7のステップ180に進み、NOの場合はステップ140に戻る。
ステップ180では、変数Mの値を0とする。
ステップ200では、測定用の表示パターン画像の指示を画像処理装置5に出力する。具体的には、前記ステップ190で設定したMの値を画像処理装置5に出力する。このとき、画像処理装置5は、図10(b)に示すように、全画素のうち、上からM番目の画素を通る水平線を境界として、そこより上側は白色(輝度が高い)、そこより下側は黒色(輝度が低い)の表示パターン画像データを作成し、ステレオ型HUD3は、その表示パターン画像データに基づき、光R、光Lを射出する。
なお、前記ステップ200におけるステレオ型HUD3の表示更新タイミングとカメラ撮影のタイミングとがずれないように、確実に前記ステップ200におけるステレオ型HUD3の表示更新が完了してからカメラで表示画像を撮影するのがのぞましい。しかしそのタイミングを制御する場合、構成が複雑になるため、例えばステレオ型HUD3の画像の描写更新を数フレームごとにおこなうことで余裕をとることが望ましい。
ステップ220では、Mの値が、ステレオ型HUD3の垂直方向における画素数に達したか(図10(b)に示す表示パターン画像において、水平方向の境界が下端まで達したか)を判断する。YESの場合は図8のステップ230に進み、NOの場合はステップ190に戻る。
ステップ230では、認識点D1〜D100を識別する変数Lを0とする。なお、変数Lの1、2、3・・・100は、それぞれ、認識点D1、D2、D3・・・D100に対応する。
ステップ240では、Lを1だけ増加させる。
ステップ250では、まず、右目用カメラ17で撮影した画像における、変数Lに対応する認識点DL(Lは1〜100のうちのいずれかの整数)について、前記ステップ160において記憶した輝度値を、図12(a)に示すように、画像を撮影した時刻順に配列する。そして、式1を用いて、全ての時刻につき、輝度量の変化ΔGを算出し、最も輝度量の変化ΔGが大きい時刻Tmax1を取得する。
(式1)ΔG=Gn−Gn-1
ここで、Gnは、ある時刻Tnにおける輝度値であり、Gn-1は、時刻Tnの直前に取得した輝度値である。
上記Tmax1は、図11(a)における中間の画像が示すように、右目用カメラ17が撮影した画像において、認識点DLを垂直方向(歪みがあるため完全な垂直方向ではない)の境界が通過した時刻である。
次に、変数Lに対応する認識点DLついて、前記ステップ210において記憶した、認識点DLの輝度値についても、図12(a)に示すように、画像を撮影した時刻順に配列する。そして、式1を用いて、全ての時刻につき、輝度量の変化を算出し、最も輝度量の変化が大きい時刻Tmax2を取得する。このTmax2は、図11(b)における中間の画像が示すように、右目用カメラ17が撮影した画像において、認識点DLを水平方向(歪みがあるため完全な水平方向ではない)の境界が通過した時刻である。
ステップ260では、右目用カメラ17で撮影した画像における認識点DLについて、前記ステップ250で求めたTmax1における前記Nの値であるNαを取得する。ここで、時刻Tmax1において、認識点DLは、右目用カメラ17が撮影した画像のうち、垂直方向の境界上にあり、そのとき、表示パターン画像では、垂直方向の境界が、左端からNα番目の画素を通る位置にあるのであるから、認識点DLは、表示パターン画像において、左端からNα番目の画素を通る垂直線上の画素に対応する。
次に、右目用カメラ17で撮影した画像における認識点DLについて、前記ステップ250で求めたTmax2における前記Mの値であるMβを取得する。ここで、時刻Tmax2において、認識点DLは、右目用カメラ17が撮影した画像のうち、水平方向の境界上にあり、そのとき、表示パターン画像では、水平方向の境界が、上端からMβ番目の画素を通る位置にあるのであるから、認識点DLは、表示パターン画像において、上端からMβ番目の画素を通る水平線上の画素に対応する。
以上の結果から、右目用カメラ17で撮影した画像において、変数Lに対応する認識点DLは、元画像(ステレオ型HUD3が光R、光Lを生成させるときに用いる画像)において、左からNα番目、上からMβ番目の画素に対応することが分かる。
ステップ270では、全ての認識点D1〜D100について、元画像における対応画素を算出したか否かを判断する。YESの場合はステップ280に進み、NOの場合はステップ240に進む。
ステップ280では、右目用カメラ17の全画素のうち、認識点D1〜D100に選択されていない画素と、元画像における画素との対応関係を、前記ステップ260で算出した、認識点D1〜D100の対応関係に基づき、補間処理により算出する。
また、左目用カメラ19の全画素のうち、認識点D1〜D100に選択されていない画素と、元画像における画素との対応関係を、前記ステップ260で算出した、認識点D1〜D100の対応関係に基づき、補間処理により算出する。
ステップ290では、右目用カメラ17の各画素と、元画像における各画素との対応関係に基づき、右目用の補正用変換テーブルを作成し、補正用メモリ9に保存する。ここで、右目用の補正用変換テーブルは、次の条件を満たすように、計算して作成される。すなわち、図13に示すように、元画像の画像データを、右目用の補正用変換テーブルを用いて変換し、その変換後の画像データを用いて、ステレオ型HUD3から光Rを射出し、WSで反射させたときの表示画像Rが、元画像と同一の画像となるようにする。
また、同様に、左目用カメラ19の各画素と、元画像における各画素との対応関係に基づき、左目用の補正用変換テーブルを作成し、補正用メモリ9に保存する。
上記の処理の終了後、コネクタ31における接続は解除され、右目用カメラ17、左目用カメラ19、及び遮蔽部材20は、それぞれ、車両から離れた位置に移動する。
次に、表示歪み補正装置13が奏する効果を説明する。
(1)表示歪み補正装置13は、上記のとおり、右目用の補正用変換テーブル及び左目用の補正用変換テーブルを作成し、車載表示装置1は、それらを用いて画像データを補正するので、WSに歪み等があっても、WSで反射した後の光Rが表す表示画像と、WSで反射した後の光Lが表す表示画像とにおいて、同一の垂直座標上に同一の画像画素データを存在させることができる。これによって、車載表示装置1の表示歪みを容易に補正でき、ドライバーの立体視を可能にする。
(2)表示歪み補正装置13は、補正用変換テーブルを作成するとき、認識点D1〜D100の輝度データを一括して取得することができる(図6のステップ160、図7のステップ210)。そのため、個々の認識点ごとにデータを取得する場合と比べて、補正用変換テーブルの作成を迅速に行うことができる。
(3)表示歪み測定装置13は、カメラが撮影した画像の全画素のうち、一部の画素のみを認識点として設定し、認識点として設定されない画素については、補間計算により、元画像との間で対応する画素の位置関係を算出するので、全ての点を認識点とする場合よりも、補正用変換テーブルの作成を迅速に行うことができる。
(4)表示歪み補正装置13は、輝度の変化に基づいて、認識点D1〜D100が、カメラが撮影した画像のうち、垂直方向(又は水平方向)の境界上にあることを判断するので、カメラが撮影した画像に、図14に示すような、表示輝度ムラがあっても、正確な判断を行うことができる。
(5)表示歪み補正装置13は、右目用カメラ17及び左目用カメラ19の光入射口に偏光フィルタ29を備えることにより、車両の横方向等から車室内に入射する光を遮断し、外乱光による影響を除くことができる。
(6)表示歪み補正装置13は、遮蔽部材20により、カメラで撮影される撮影画像に、ステレオ型HUD3により表示される画像以外の物体の映像が映らないようにする。そのことにより、ステレオ型HUD3により表示される画像を正確に認識し、処理を正しく行うことができる。
(7)表示歪み補正装置13は、車載表示装置1の元画像を制御し、その元画像を用いて表示歪みの測定を行うことができるので、専用の表示装置を持ち込んで測定を行う場合に比べて、表示歪みの測定が容易である。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
(式2)ΔG=(Gn−Gn-m)/m
ここで、ΔGは輝度量の変化であり、Gnは、ある時刻Tnにおける輝度値であり、Gn-mは、時刻Tnよりも、m回前における輝度値である。
また、上記実施の形態では、ステレオ型HUD3により表示する表示パターンを、端から1線分ずつ塗りつぶしていくようにしているが、水平(垂直)方向1線分(単一色)を片端から他端に移動しながら「カメラ上の予め指定した画素の輝度」と、「ステレオ型HUD3に描画されている線分の垂直(水平)座標」の撮影フレーム順のデータを取得し、得られた輝度データから最も輝度の高い点を抽出して、その時点でステレオ型HUD3に描画されている線分の垂直(水平)方向座標をカメラ上の認識点D1〜D100の画素の対応点の垂直(水平)方向座標としても良い。
また、表示歪みの測定を実施する前には、あらかじめカメラの輝度感度(ゲイン)を調整しておくのがのぞましい。例えば、ステレオ型HUD3のすべての画素において歪み測定で使用する単一色表示をステレオ型HUD3に出力した場合、カメラで撮影した画像のすべての画素の輝度値が指定した値以上になるように表示階調レベル調整するようにしておく。もしくはステレオ型HUD3の全面に前記単一色を表示した場合、カメラで撮影した画像の画素において、輝度の暗い画素の画像データを補正して階調をあげて明るく調整する。また輝度の明るい画素の画像データを補正して階調を下げて暗く調整しておくと良い。
また、今回表示歪みの測定の際、「カメラの画素座標」と「ステレオ型HUD3の表示画素座標」を画素単位で扱っているが、カメラ画素の対応点が表示器中の複数の画素の中央付近である場合は、対応画素の座標として小数表現を用いてもよい。
また、車載表示装置1は、光R及び光Lを、WSではなく、コンバイナで反射させるものであってもよい。
7・・・CPU 9・・・補正データ記憶用メモリ 11・・・画像用メモリ
13・・・表示歪み補正装置 15・・・画像解析装置 17・・・右目用カメラ
19・・・左目用カメラ 20・・・遮蔽部材 21・・・CPU
23、25・・・キャプチャ用フレームメモリ、27・・・輝度データ記憶用メモリ
29・・・偏光フィルタ
Claims (6)
- 元画像を表示する光R及び光Lをそれぞれ射出する表示器を備え、前記光R及び前記光Lをウインドシールド又はコンバイナにて反射させ、前記光Rをドライバーの右目に出力し、前記光Lをドライバーの左目に入力し、車両前方に前記元画像を虚像として立体表示する車載表示装置における表示歪みを測定する表示歪み測定装置であって、
前記ウインドシールド又はコンバイナにて反射した後の前記光Rが表示する表示画像R及び前記ウインドシールド又はコンバイナにて反射した後の前記光Lが表示する表示画像Lをそれぞれ撮影する撮影手段と、
前記元画像と、前記撮影手段で撮影した前記表示画像Rとにおいて、対応する画素の位置関係を算出するとともに、前記元画像と、前記撮影手段で撮影した前記表示画像Lとにおいて、対応する画素の位置関係を算出する画像解析手段と、
を備え、
前記画像解析手段は、
前記撮影手段で撮影した前記表示画像R、及び前記表示画像Lにおいて、それぞれ、輝度を測定する画素である認識点を設定し、
前記元画像において、その前後で明暗が変化する水平方向の境界線を垂直方向における一端から他端に移動させ、また、その前後で明暗が変化する垂直方向の境界線を水平方向における一端から他端に移動させたとき、
前記表示画像Rの前記認識点において輝度が変化する時刻を求め、その時刻における前記水平方向の境界線及び前記垂直方向の境界線の位置に基づき、前記元画像と前記表示画像Rとにおいて、対応する画素の位置関係を算出するとともに、
前記表示画像Lの前記認識点において輝度が変化する時刻を求め、その時刻における前記水平方向の境界線及び前記垂直方向の境界線の位置に基づき、前記元画像と前記表示画像Lとにおいて、対応する画素の位置関係を算出することを特徴とする表示歪み測定装置。 - 前記画像解析手段は、
前記認識点として、前記表示画像R及び前記表示画像Lにおける一部の画素を設定し、
前記表示画像R及び前記表示画像Lにおいて、前記認識点として設定されない画素については、補間計算により、前記元画像との間で対応する画素の位置関係を算出することを特徴とする請求項1記載の表示歪み測定装置。 - 前記撮影手段は、前記ウインドシールド又はコンバイナにて反射した前記光R及び前記光Lにおける主たる振動方向の光を透過させる向きに配置された、偏向フィルタを備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の表示歪み測定装置。
- 前記ウインドシールド又はコンバイナにおいて前記光R及び前記光Lが反射する部分と、前記虚像との間に、単一色の遮蔽部材を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の表示歪み測定装置。
- 元画像を表示する光R及び光Lをそれぞれ射出する表示器を備え、前記光R及び前記光Lをウインドシールド又はコンバイナにて反射させ、前記光Rをドライバーの右目に出力し、前記光Lをドライバーの左目に入力し、車両前方に前記元画像を虚像として立体表示する車載表示装置における表示歪みを測定する表示歪み測定方法であって、
前記ウインドシールド又はコンバイナにて反射した後の前記光Rが表示する表示画像R及び前記ウインドシールド又はコンバイナにて反射した後の前記光Lが表示する表示画像Lを、それぞれ、撮影手段を用いて撮影し、
前記元画像と、前記撮影手段で撮影した前記表示画像Rとにおいて、対応する画素の位置関係を算出するとともに、前記元画像と、前記撮影手段で撮影した前記表示画像Lとにおいて、対応する画素の位置関係を算出し、
前記対応する画素の位置関係を算出するとき、
前記撮影手段で撮影した前記表示画像R、及び前記表示画像Lにおいて、それぞれ、輝度を測定する画素である認識点を設定し、
前記元画像において、その前後で明暗が変化する水平方向の境界線を垂直方向における一端から他端に移動させ、また、その前後で明暗が変化する垂直方向の境界線を水平方向における一端から他端に移動させたとき、
前記表示画像Rの前記認識点において輝度が変化する時刻を求め、その時刻における前記水平方向の境界線及び前記垂直方向の境界線の位置に基づき、前記元画像と前記表示画像Rとにおいて、対応する画素の位置関係を算出するとともに、
前記表示画像Lの前記認識点において輝度が変化する時刻を求め、その時刻における前記水平方向の境界線及び前記垂直方向の境界線の位置に基づき、前記元画像と前記表示画像Lとにおいて、対応する画素の位置関係を算出することを特徴とする表示歪み測定方法。 - 前記対応する画素の位置関係を算出するとき、
前記認識点として、前記表示画像R及び前記表示画像Lにおける一部の画素を設定し、
前記表示画像R及び前記表示画像Lにおいて、前記認識点として設定されない画素については、補間計算により、前記元画像との間で対応する画素の位置関係を算出することを特徴とする請求項5記載の表示歪み測定方法。
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