JP5071993B2 - 画像表示装置及び方法 - Google Patents
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Description
一方、特許文献9記載の技術は、視差成分画像を含む画像を対応する複数のレンズを通して見るものであるが、立体画像が表示される視域が狭いという問題がある。特に、視差成分画像を含む画像を用いて立体表示を行う技術においては、モアレ縞が発生した場合にこれを除去することが問題となっており、積極的にモアレ縞を利用することは想定されていなかった。
従って、本発明は、視差成分画像やフレーム成分画像を用いてモアレ縞を生じさせることで、広範囲の角度から見ても立体表示またはアニメーション表示が可能な画像表示装置及び方法を提供することを目的とする。
このようにすると、視差成分画像を含む要素画像からモアレ縞を生じるので、広い視域で立体画像を表示することができる。
このようにすると、フレーム成分画像を含む要素画像からモアレ縞を生じるので、広い視域でアニメーションを表示することができる。
異なる前記要素画像は、異なる前記分割画像を含むとよい。
このようにすると、異なる要素画像に含まれる、異なる分割画像を別の凸レンズを通して見ることができ、立体感や動画がさらに得られる。
このようにすると、線画像や点画像の位置が容易に定められるため、周期画像を簡単に形成できる。
このようにすると、観察者の視点を動かさずとも、視点を変えた立体像を見ることができたり、動画を見ることができる。
このようにすると、表示対象となる元画像として、それぞれ視差又はフレームが異なる複数の分割画像を容易に生成することができる。
前記凸レンズ集合体は、一の方向Dxに(但し、xは方向を示す添え字)複数の凸レンズが並んだレンチキュラーレンズアレイ、又は、一の方向Dx及び他の方向Dy(但し、yは方向を示す添え字)に複数の凸レンズが並んだ2次元レンズアレイであり、前記凸レンズ集合体が、前記レンチキュラーレンズアレイである場合には、前記要素画像は、前記レンチキュラーレンズアレイの凸レンズの焦点面または焦点面付近に前記方向Dxに並び、前記凸レンズ集合体が、前記2次元レンズアレイである場合には、前記要素画像は、前記2次元レンズアレイの凸レンズの焦点面または焦点面付近に前記方向Dx及び前記方向Dyに並ぶよう構成するとよい。
図16は、本発明の一例にかかる画像表示装置(後述する第5の実施形態)120の構成を示す。画像表示装置120は2次元レンズアレイ(特許請求の範囲の「凸レンズ集合体」に相当)22と表示部23とを備えている。2次元レンズアレイ22は、縦横にマトリクス状に複数の凸レンズ22iが配置されている。又、表示部23は、縦横にマトリクス状に要素画像23iが配置され、個々の凸レンズ22iは、要素画像23iのそれぞれに対応して設けられている。例えば、図16の横方向に、各凸レンズ22iはピッチP1で並び、一方で各要素画像23iはピッチw1で並んでいる。そして、P1≠w1で、かつ要素画像23iの配列模様(図16の場合は、4×4の正方格子、)が凸レンズ22iの配列模様(図16の場合は、4×4の正方格子)と相似形状で配列され、モアレ模様を形成するようになっている。なお、レンズと要素画像の配列模様が相似であれば、レンズと要素画像の模様同士が似ていることが必要ではなく、例えば図16中の凸レンズ22iが円形なのに対し、要素画像23iは四角でもよい。
なお、個々の要素画像23iの集まりが周期画像23であり、周期画像23は2次元レンズアレイ22の下に配置される1枚の大きい画像をなし、周期画像23の周期性(ピッチw1)によってモアレ模様が発生する。又、表示部は周期画像23を表示する部分であり、周期画像を印刷したパネル等であってもよく、周期画像を表示する液晶表示装置等であってもよい。以下、表示部と周期画像とを区別せずに同一の符号(23等)で表示することとする。
つまり、視差成分画像の集合である要素画像23iが各凸レンズ22iを通って異なる方向に異なる視差成分が射出される。このとき、観察者の両眼には異なる視差成分画像が送られるので、この視差成分画像を認識することによって立体画像が認識される。なお、要素画像23iに含まれる視差成分画像は少なくとも2以上である。
つまり、フレーム成分画像の集合である要素画像23iが各凸レンズ22iを通って異なる方向に異なるフレーム成分が射出される。このとき、観察者が移動すると、眼には異なるフレーム成分画像が送られるので、このフレーム成分画像を認識することによってアニメーションが認識される。
なお、図17に示すように、1つの周期方向(図17ではD1方向)に見たとき、隣接する要素画像23i−1〜23i−4は、表示対象となる元画像をそれぞれ少しずつ視点を変えて見た画像の情報が含まれ、後述するように視点を変えるに従い、視差が変わる立体像に見える。アニメーション表示のときは、要素画像23i−1〜23i−4は、表示対象となる元画像を少しずつ動かした動き情報が含まれ、後述するように視点を変えるに従い、動きが変わる像に見える。
この画像表示装置100において、図1(a)、(b)のいずれの場合(つまり、像がレンチキュラーレンズ7の奥や手前に存在する場合)であっても、図3に示すように、特定の視点から見た画像は、個々の凸レンズ越しに見える周期画像8に含まれる線画像(後述)の集まりになる。言い換えれば各視点に見せる表示画像を線画像に分解し、所定の間隔で並べれば、これら線画像がそれぞれ別個の凸レンズから1つの視点に集まり、元の画像として表示されることになる。具体的には、視点L及びRにそれぞれ見せる表示画像lとrをレンチキュラーレンズ7と平行な線画像に分解し、後述するようにそれぞれピッチp'(この視点で隣り合うレンズから見える線画像の幅)で分けて配置し、線画像の集まりである周期画像8の画像ピッチw1をモアレ縞の幅にすればよい。ここで視点までの距離が画像表示装置100の厚さに比べて十分大きければ、p'=P1と考えて良く、画像(モアレ縞)の幅λは数3で表される。
なお、kx=|Px-wx|とすると、後述する線画像や点画像の位置が容易に定められるため、周期画像を簡単に形成できるという利点がある。
そして、配置されている元画像10をそれぞれ方向D1に画像ピッチw0の複数の分割画像10a〜10cに分割する。ここで、元画像10として、それぞれ異なる視点から見た複数の画像(後述の分割画像10a〜10c)を用いることで、元画像10に視差画像が含まれ、この元画像10から要素画像(周期画像の部分画像)を形成することで、要素画像に視差画像が含まれる。一方、動画の場合は、元画像10として、同様にそれぞれ異なる視点から見た複数の画像(分割画像)を用意するか、時間的に変化する複数の画像(分割画像)を用意すればよい。
但し、本発明においては、分割処理を行うか否かに関らず、視差またはフレームのそれぞれ異なる元画像を「分割画像」と称することとする。
又、分割画像10a〜10cは、凸レンズ集合体が図2のレンチキュラーレンズの場合は長方画像、図11の正方レンズアレイの場合は正方画像、図15のハニカムレンズの場合は六角形画像となる。
なお、凸レンズ集合体が図2のレンチキュラーレンズの場合は、上記した線画像となるが、2次元レンズアレイ(図11の正方レンズアレイ、図15のハニカムレンズ等)の場合は点画像となる。
このようにして、線画像nの左隣に線画像(n+1)が並び、線画像nの右隣に線画像(n−1)が並ぶ。そして、各線画像を方向D1に沿って画像ピッチw1になるまで並べると、画像ピッチw1に含まれる複数の線画像が1個の要素画像となり、複数の要素画像の集まりが周期画像8となる。
又、動画表示の場合は、各線画像(n−1)、n、(n+1)は、それぞれ動きが異なるフレーム成分画像である。そして、例えば図4において、視点が(n−1)からnに移ることで、それぞれ動きの異なる線画像(n−1)、nを観察し、動画を視覚することができる。
そして、線画像(n+1)を線画像nよりw1だけ右にずらしつつ、同様にそれぞれP1の間隔で方向D1に並べる。以下、同様に各線画像を並べてゆき、線画像が分割画像の分割順の逆の順番で隣接して並び、画像ピッチw1であるものを1個の要素画像(部分周期画像ともいう)とする。例えば、図5の例では、分割順の逆に4個の線画像n〜(n−3)が隣接して並ぶ集まりを部分周期画像8aとし、分割順の逆に4個の線画像(n+1)〜(n−2)が隣接して並ぶ集まりを部分周期画像8bとしている。
具体的には、図4では正面Cからn番目の線画像(4個)の集まりである分割画像10bが見え、方向D1に沿って左の角度L1,L2からはそれぞれ(n-1),(n-2)番目の分割画像が見え、方向D1に沿って右の角度R1,R2からはそれぞれ(n+1),(n+2)番目の分割画像が見える。つまり、方向D1に沿って左から右へ視線を移動すると、見える画像が元画像の分割順に変わってゆくことになる。このように、奥行きを持つモアレ像の性質を損なわず、表示される元画像として任意の画像を用いることができる。例えば、拡大表示の対象画像が視差画像である場合は、対象画像の拡大像がレンズ面の奥に見え、且つ観察位置に応じて視差が変わる立体像に見える。また、拡大表示の対象画像が動画のフレームである場合は、対象画像の拡大像がレンズ面の奥に見え、且つ観察位置に応じて変化するアニメーションに見える。
又、上記実施形態では、元画像を分割画像に分割し、分割画像を線画像に分割したが、例えば線画像を元画像から直接抽出してもよい。また、画像はディジタル画像であってもよい、この場合、分割又は抽出する際、画像ピッチw0の間隔で必要な線画像の画素が存在しない場合は、周りの画素から線形補間や最近隣補間等の補間によって線画像を取得してもよい。
P1<w1であるため、図1(b)に示したように、第2の実施形態の場合、拡大像13が飛び出して見えることになる。
このようにして、線画像nの左隣に線画像(n−1)が並び、線画像nの右隣に線画像(n+1)が並ぶ。そして、各線画像を方向D1に沿って画像ピッチw1になるまで並べると、画像ピッチw1に含まれる複数の線画像1個の要素画像となり、複数の要素画像の集まりが周期画像8xとなる。つまり、周期画像には線画像が分割画像の分割順に並び、元画像とは左右が逆転しているため、元画像に周期的に配置されている拡大表示の対象画像が視差画像である場合、P1<w1の配置で対象画像の拡大像13が飛び出しても、視差の正しい立体像が見える。
図6の場合は、図5と逆に、線画像(n+1)を線画像nよりw1だけ左にずらす。そうすると、立体表示する時に正しい視差を提供できる。これは、表示面の前に飛び出して見える立体像の視差は、表示面の奥に見える立体像の視差とは逆になるからである。動画の場合は、視差が逆ではなく、動作の動きが逆になる。
そして、線画像(n+1)を線画像nよりw1だけ左にずらしつつ、同様にそれぞれP1の間隔で方向D1に並べる。以下、同様に各線画像を並べてゆき、線画像が分割画像の分割順と同じ順番で隣接して並び、画像ピッチw1であるものを1個の要素画像(部分周期画像)とする。つまり、方向D1に沿って左から線画像がn、(n+1)の順に並んでいればよい。
このようにして、角度が異なる複数の分割画像を用いて要素画像を形成することにより、3次元的な視差を有する立体像を表示することが出来る。レンダリングとは、コンピュータグラフィックスで3次元空間上のオブジェクトデータから、2次元画像を生成することをいう。
ここでは、1つのカメラを用いて撮像やレンダリングする方法を説明したが、同じ原理で複数のカメラを配列すれば、より効率よく画像を取得できる。
なお、P1<w1の場合と、P1>w1の場合とで、オブジェクト14の回転方向を逆にして撮影又はレンダリングする必要がある。
例えば、図8に示す立体像から作った周期画像を用いた場合、図9において、レンチキュラーレンズ16に対して周期画像17を左向きに移動すると、奥行きを持った表示画像18(図4のP1>w1の場合に相当)は左に移動しつつ回転し、移動後の位置に配置された画像に切り替わる。一方、手前に浮き出す表示画像19(図6のP1<w1の場合に相当)は右に移動しつつ回転し、移動後の位置に配置された画像に切り替わる。図8の立体像を用いると、表示画像はオブジェクトの回転になるが、分割画像としてオブジェクトの動作のような時間変化を生じるものを用いれば、アニメーションを表示することが可能になる。
第4の実施形態においては、w1≠w0であるため、1個の分割画像21aを複数の線画像に分割する間隔k0は、線画像を配置してピッチw1の周期画像20を形成する際の線画像の間隔k1と異なる。
そこで、分割画像21aを間隔k0で線画像に分割した後、この線画像の間隔をk1(但し、k1=k0×(wx/w0))に縮小し又は間引く。線画像の間隔をk1にした後の処理は、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
第5の実施形態の場合、周期画像23が方向D1及びD2に各ピッチw1、w2で並ぶ各横幅w1縦幅w2の多数の要素画像からなる。
この場合は、元画像を縦横に分割して、分割画像を更に縦横方向に点画像として分割する。そして、図12に示すように周期画像上では方向D1の線画像n、方向D2の線画像m、の交点位置(n,m)に点画像を配置する。図4と同じ、この場合もレンズピッチ間隔で配置されるので、縦横の2方向で配置するため、複数の点画像は縦横方向に間隔Pを持つ正方格子状に配置される。また、図12中の(n+1,m+1)の点画像も同じように取得し、配置される。上記のように点画像の取得、配置を繰り返せば、2次元レンズアレイ用の周期画像ができる。
まず水平軸xを中心とする回転角度を決め、mを決める。例えばm=1と決める。nで順番を表す横の一連の分割画像はオブジェクト14を垂直軸yを中心に順次回転して撮影、ないしレンダリングして、分割画像(1、1)(1,2)(1,3)・・・を取得する。これは図7にて説明したレンチキュラーレンズを使う表示装置の場合と同じである。その後は、水平軸xを中心に回転し、上記と同じようにmを順番に定めて、垂直軸yを中心に順次回転して撮影、ないしレンダリングして分割画像(2、1)(2,2)(2,3)・・・、(3、1)(3,2)(3,3)・・・を順次取得する。このようにして作成した分割画像を図12に示すようにそれぞれ点画像に分割し、P間隔で配置して周期画像を構成すれば、オブジェクトの像は、上下左右に3次元的な視差を有する立体像になる。
ここは、1つのカメラを用いて撮像やレンダリングする方法を説明したが、同じ原理で複数のカメラを2次元配列すれば、より効率よく画像を取得できる。
なお、P1<w1の場合と、P1>w1の場合とで、オブジェクト14の回転方向を逆にして撮影又はレンダリングする必要があるのは、図7の例と同様である。
例えば、図14において、周期画像25を方向D1及びD2に移動すると、奥行きを持った表示画像26(図4のP1>w1の場合に相当)は周期画像25と同じ方向に移動しつつ回転し、移動後の位置に配置された画像に切り替わる。
分割画像の取得は、ハニカム状に配置される複数のカメラで撮影かレンダリングすることができる。また、図13と同じ構造を用い、カメラは正面中央に一台のみ配置し、上記ハニカム状に配置される複数のカメラ位置には実際にカメラを配置せず、それら位置に表示物体の主軸をX軸、Y軸の回転で合わせてから撮像かレンダリングすれば、同様に分割画像を取得することができる。
また、この場合の分割画像を6角形にし、そこから点画像がハニカム配列状に抽出して六角形の要素画像からなる周期画像を形成する。各方向D1、D2及びD3において、要素画像のピッチとレンズピッチの関係は前記第1の実施例〜第4の実施例のいずれかの要素画像のピッチとレンズピッチと同じようにすることができる。
又、本発明の画像表示方法は、面上に複数の凸レンズが少なくとも一の方向Dxに(但し、xは方向を示す添え字)所定のレンズピッチPxで並んだ凸レンズ集合体と、該凸レンズの焦点面または焦点面付近にかつ前記面に沿って置かれ、Pxと異なる画像ピッチwxで前記方向Dxに並んだ複数の要素画像を表示する表示部とを備えた画像表示装置を用い、かつ前記要素画像が複数のフレーム成分画像の集合で構成されていて、前記複数の凸レンズと前記複数の要素画像のピッチずれにより形成したモアレ縞を画像として動画表示する。
これら本発明の画像表示方法は、コンピュータで実行されてもよく、これら方法をコンピュータで実行されるプログラムとしてもよく、又、このコンピュータで実行されるプログラムをコンピュータ読取り可能な媒体(CDROM等)に格納してもよい。
8,8x、17,20,23、25 周期画像(が配置される表示部)
10 元画像
10a〜10c、12a、21a 分割画像
14 オブジェクト(3次元対象)
23i 要素画像
30〜32 アクチュエータ(移動手段)
100、110、120、130 画像表示装置
n−1、n、n+1 線画像又は点画像
Claims (9)
- 面上に複数の凸レンズが少なくとも一の方向Dxに(但し、xは方向を示す添え字)所定のレンズピッチPxで並んだ凸レンズ集合体と、
該凸レンズの焦点面または焦点面付近にかつ前記面に沿って置かれ、Pxと異なる画像ピッチwxで前記方向Dxに並んだ複数の要素画像を表示する表示部とを備え、
前記複数の凸レンズと前記複数の要素画像のピッチずれにより形成したモアレ縞を画像として立体表示する画像表示装置であって、
前記要素画像は複数の視差成分画像の集合で構成され、
前記要素画像の集合が前記少なくとも一の方向D x に周期的な周期画像を形成し、前記周期画像は、
(i)表示対象となる元画像であってそれぞれ視差が異なり、前記少なくとも一の方向D x に画像ピッチw 0 X を有する複数の分割画像から、それぞれ間隔k 0 X の複数の線画像または点画像を分割又は抽出し、
(ii) w x ≠w 0 X の場合、前記線画像または点画像の間隔をk x (但し、k x =k 0 X ×(w x /w 0 X ))に縮小し又は間引き、
(iii)同一の前記分割画像に属する前記線画像または点画像を、それぞれP x の間隔で該線画像または点画像の分割順に並べ、かつ隣り合う前記分割画像に属する前記線画像または点画像同士が該分割画像の分割順又は該分割順の逆にして順番に隣接するよう、前記方向D x に沿って前記要素画像ピッチw x 内に並べることで形成される画像表示装置。 - 面上に複数の凸レンズが少なくとも一の方向Dxに(但し、xは方向を示す添え字)所定のレンズピッチPxで並んだ凸レンズ集合体と、 該凸レンズの焦点面または焦点面付近にかつ前記面に沿って置かれ、Pxと異なる画像ピッチwxで前記方向Dxに並んだ複数の要素画像を表示する表示部とを備え、 前記複数の凸レンズと複数の要素画像のピッチずれにより形成したモアレ縞を画像として動画表示する画像表示装置であって、 前記要素画像は複数のフレーム成分画像の集合で構成され、
前記要素画像の集合が前記少なくとも一の方向D x に周期的な周期画像を形成し、前記周期画像は、
(i)表示対象となる元画像であってそれぞれフレームが異なり、前記少なくとも一の方向D x に画像ピッチw 0 X を有する複数の分割画像から、それぞれ間隔k 0 X の複数の線画像または点画像を分割又は抽出し、
(ii) w x ≠w 0 X の場合、前記線画像または点画像の間隔をk x (但し、k x =k 0 X ×(w x /w 0 X ))に縮小し又は間引き、
(iii)同一の前記分割画像に属する前記線画像または点画像を、それぞれP x の間隔で該線画像または点画像の分割順に並べ、かつ隣り合う前記分割画像に属する前記線画像または点画像同士が該分割画像の分割順又は該分割順の逆にして順番に隣接するよう、前記方向D x に沿って前記要素画像ピッチw x 内に並べることで形成される画像表示装置。 - 表示対象となる元画像がそれぞれ視差又はフレームが異なる複数の分割画像からなり、
異なる前記要素画像は、異なる前記分割画像を含む請求項1または2に記載の画像表示装置。 - 前記k x =|P x -w x |となる請求項1〜3のいずれかに記載の画像表示装置。
- 前記凸レンズ集合体と前記要素画像との相対位置を前記方向D x に沿って変化させる移動手段をさらに備え、拡大表示される画像を変化させる請求項1〜4のいずれかに記載の画像表示装置。
- 前記要素画像は、前記元画像となる3次元対象を所定の軸の周りに所定の角度ピッチで順次回転させつつ撮影又はレンダリングして取得した前記分割画像を用いて形成される請求項1〜5のいずれかに記載の画像表示装置。
- 前記凸レンズ集合体は、一の方向Dxに(但し、xは方向を示す添え字)複数の凸レンズが並んだレンチキュラーレンズアレイ、又は、一の方向Dx及び他の方向Dy(但し、yは方向を示す添え字)に複数の凸レンズが並んだ2次元レンズアレイであり、
前記凸レンズ集合体が、前記レンチキュラーレンズアレイである場合には、前記要素画像は、前記レンチキュラーレンズアレイの凸レンズの焦点面または焦点面付近に前記方向Dxに並び、
前記凸レンズ集合体が、前記2次元レンズアレイである場合には、前記要素画像は、前記2次元レンズアレイの凸レンズの焦点面または焦点面付近に前記方向Dx及び前記方向Dyに並ぶ請求項1〜6のいずれかに記載の画像表示装置。 - 面上に複数の凸レンズが少なくとも一の方向Dxに(但し、xは方向を示す添え字)所定のレンズピッチPxで並んだ凸レンズ集合体と、
該凸レンズの焦点面または焦点面付近にかつ前記面に沿って置かれ、Pxと異なる画像ピッチwxで前記方向Dxに並んだ複数の要素画像を表示する表示部とを備えた画像表示装置を用い、かつ前記要素画像が複数の視差成分画像の集合で構成されていて、
前記複数の凸レンズと前記複数の要素画像のピッチずれにより形成したモアレ縞を画像として立体表示する画像表示方法。 - 面上に複数の凸レンズが少なくとも一の方向Dxに(但し、xは方向を示す添え字)所定のレンズピッチPxで並んだ凸レンズ集合体と、
該凸レンズの焦点面または焦点面付近にかつ前記面に沿って置かれ、Pxと異なる画像ピッチwxで前記方向Dxに並んだ複数の要素画像を表示する表示部とを備えた画像表示装置を用い、かつ前記要素画像が複数のフレーム成分画像の集合で構成されていて、
前記複数の凸レンズと前記複数の要素画像のピッチずれにより形成したモアレ縞を画像として動画表示する画像表示方法。
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