JP5087571B2 - 三次元像表示装置の座標校正方法 - Google Patents
三次元像表示装置の座標校正方法 Download PDFInfo
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Description
この問題の解決を理論的、或いは数学的な解を求めことは可能である、しかしながら、一般的な解法ではなく、どのようなシステムに対し、どのような治具と手順を用いて校正を行えばよいかという具体的な問題に対しては、良い解決方法が得られていない。
請求項3の発明によれば、プロジェクタパラメータを用いて光学治具の形状をレンダリングした像を前記プロジェクタから光学治具に投影して、該光学治具の位置姿勢を一致させ、光学治具に付設したマーカの位置姿勢を前記光学系観察者位置計測手段にて計測することにより、該計測結果に基づいて、前記光学系観察者位置計測手段の基準座標系の位置、及び、姿勢行列を求めることができる。
まず、本実施形態の座標校正法の対象となる自由曲面投影型ディスプレイ(以下、単に三次元像表示装置という)の概要について説明する。なお、本実施形態では、内部を表示する対象物として人体(胴部)を用いる。
前記人体内部情報は、ボクセルデータやポリゴンデータで構成されており、少なくとも人体内の各種臓器より構成されている例を示す。
前記三次元スクリーン40は、プロジェクタ30により三次元画像ADが投影・表示されるディスプレイであり、自由曲面、すなわち、三次元の曲面を有し、立体的な胴体形状物が使用されている。
次に、上記のように校正された三次元像表示装置の座標校正法を図4を参照して説明する。
まず、プロジェクタ30と、三次元スクリーン40を支持する支持体である枠体42間の関係について校正する。
プロジェクタ座標系は、画像面上に2次元座標系としてとり、画素の位置(Xc,Yc)として表わすものとする。又、基準座標系としての世界座標系は、3次元空間中の任意の場所に原点と座標軸を固定しているものとする。
次に、観察者位置計測手段60の校正、すなわち、観察者Vの視点位置を計測するビデオカメラの校正を行う。なお、プロジェクタ30の位置姿勢は、(1.プロジェクタ30と枠体42)で校正したときと同じ状態である。
そして、オペレータは、観察者位置計測手段60を用いて、光学治具70上にある光学マーカー80の位置姿勢を計測する。この計測を3回繰り返す。
下記の式(4)〜(6)は、観察者位置計測手段60の姿勢行列、光学マーカの位置等に関連する式である。
一方の観察者位置計測手段60の位置は、
このようにして、第1段階Aではプロジェクタ30と枠体42と間の各座標系の相関関係が、第2段階Bでは、三次元スクリーン40の位置、及び姿勢のオフセットが、第3段階Cでは、観察者位置計測手段60の姿勢行列、及び基準座標系での位置が求められ、校正が完了する。
(1) 本実施形態の三次元像表示装置の座標校正方法では、プロジェクタ30の世界座標系(基準座標系)に対する内部変数と外部変数を含むプロジェクタパラメータを求める第1段階Aと、三次元スクリーン40世界座標系に対する軸回りのオフセット及び軸方向のオフセットを求める第2段階Bと、観察者位置計測手段60の世界座標系の位置、及び、姿勢行列を求める第3段階Cを行う。この結果、三次元スクリーン40、プロジェクタ30の表示系装置、観察者位置計測手段60等を含む計測系装置を組立て設置した後に、簡便に表示系装置及び計測系装置の座標校正を行うことができる。
○ 前記実施形態では、マーカM毎に赤外線発光部を有していたが、再帰反射材で形成していてもよい。この場合は、観察者位置計測手段60のカメラに近接してLEDからなる赤外線発光部を備え、マーカMに対して投光させるように構成する。
20…計算機、
22…記憶手段、
24…生成手段、
26…表示装置、
30…プロジェクタ、
40…三次元スクリーン、
46…ロータリエンコーダ(姿勢計測手段)、
60…観察者位置計測手段(光学系観察者位置計測手段)、
70…光学治具、
80…光学マーカー。
Claims (3)
- 一つの軸回りで回転姿勢が変化自在に支持された三次元スクリーンと、前記三次元スクリーンの回転姿勢を計測する姿勢計測手段と、前記三次元スクリーンを観察する観察者の視点位置を計測する光学系観察者位置計測手段と、対象物の三次元構造及び前記三次元スクリーンの位置を記憶する記憶手段と、前記姿勢計測手段にて計測される三次元スクリーンの回転姿勢並びに前記記憶手段に記憶された前記三次元スクリーンの位置、前記光学系観察者位置計測手段に計測される三次元スクリーンを観察する観察者の視点位置の相対関係に基づいて、前記記憶手段に記憶された三次元構造から、三次元画像データを生成する生成手段と、前記生成手段により生成された三次元画像データに基づいて三次元画像を前記三次元スクリーンに投影するプロジェクタを備える三次元像表示装置の座標校正方法において、前記プロジェクタの基準座標系に対する内部変数と外部変数を含むプロジェクタパラメータを求める第1段階と、前記三次元スクリーンの基準座標系に対する軸回りのオフセット及び軸方向のオフセットを求める第2段階と、前記光学系観察者位置計測手段の基準座標系の位置、及び姿勢行列を求める第3段階を含むことを特徴とする三次元像表示装置の座標校正方法。
- 前記第1段階が、既知の複数の位置にマーカを付け、前記プロジェクタからマーカ合わせ用の画像を投影して、該画像を前記各マーカに合致させて、前記プロジェクタの2次元画面座標と、前記各マーカの基準座標系の3次元座標との対応関係を取ることにより、プロジェクタの基準座標系に対する内部変数と外部変数を含むプロジェクタパラメータを求めるものであることを特徴とする請求項1に記載の三次元像表示装置の座標校正方法。
- 第3段階は、光学治具に対し、前記プロジェクタパラメータを用いて該光学治具の形状をレンダリングした像を前記プロジェクタから投影して、前記光学治具の位置姿勢を一致させ、前記光学治具に付設したマーカの位置姿勢を前記光学系観察者位置計測手段にて計測し、その計測結果に基づいて、前記光学系観察者位置計測手段の基準座標系の位置、及び、姿勢行列を求めることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の三次元像表示装置の座標校正方法。
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