JP5269027B2 - 三次元画像表示装置および画像処理装置 - Google Patents
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Description
A=B×L/(L+g) ・・・(1)
を満たせばよい。
B=n×Pp ・・・(2)
(1)、(2)式より
A=B×L/(L+g)=(n×Pp)×L/(L+g) ・・・(3)
と設計される。このLを本明細書では視域最適化距離と称する。また、(3)式の設計を採用している方式を多眼式と称する。ところが、この多眼式では、距離Lで集光点が発生することが避けられず、自然な物体からの光線を再生できない。これは、多眼式は集光点に両眼を位置させ、両眼視差により立体視させるからである。また、三次元画像が見える範囲が広くなる距離Lが固定になる。
A=n×Pp ・・・(4)
と設計する方法がある。
B=(L+g)/L×(n×Pp)=(n×Pp×(1−m)+(n+1)×Pp×m)
すなわち
(L+g)/L=(1−m)+(n+1)/n×m ・・・(5)
を満たすようにmを決めればよい。(3)、(4)式より、観察距離Lより集光点を後方にするためには、射出瞳のピッチAを
(n×Pp)×L/(L+g)<A≦n×Pp ・・・(6)
となるように設計すればよい。このように観察距離Lで集光点が発生することを防いだ方式を、本明細書中ではII方式と総称する。その最たる構成が、集光点を無限遠に設定した(4)式である。
比較のためにまず多眼式について説明する。これまで説明したように、多眼式では、視域最適化距離Lで集光点が発生する。図2(a)、2(b)に、9視差の場合の多眼式三次元画像表示装置の水平断面を示す。図2(a)は視差画像番号が付けられた画素グループを示し、図2(b)は観察距離Lの位置から各射出瞳に引かれた光線の、画素グループにおける入射位置を示している。図2(a)に示すように、全射出瞳ひとつに対応する画素グループ(G_0)に含まれる画素の数は9個であり、各画素には−4から4まで番号付けされた視差画像が表示される。右端の視差画像番号4の画素から射出瞳201を経由した光線は、距離Lで集光する。逆の面から言えば、視域最適化距離Lから観察すると、画素グループ(G_0)を構成する画素のうち同一視差画像番号の視差画像を表示した画素が全射出瞳20で拡大されて見える。
次に、各実施形態の立体画像表示装置に関係するII方式について説明する。典型的なII方式では、(4)式に従って射出瞳の間隔を画素幅のn倍に設定する。図5に、全ての画素グループがn画素から構成された場合のII方式三次元画像表示装置の水平断面図と、観察距離Lから各射出瞳に引かれた線の画素グループにおける入射位置を示す。図5では、II方式の構成において、全ての画素グループをn個の画素で構成している。すなわち、図5は、(5)式でm=0にした場合に相当する。画素グループ(G_0)のうち、最も左の画素グループ150の右端の画素から射出瞳200を経由した光線は、観察距離Lの視域の左端に入射している。すなわち, 画素グループ(G_0)の右端の画素が観察される。この入射位置から透視投影的に、さらに右の射出瞳201を経由した線を引くと、次のことがわかる。射出瞳201を経由して見える情報は、経由した射出瞳201にとっての画素グループ(G_0)に対応する画素グループ151の右端の画素と、射出瞳201にとっての隣接した画素グループ(G_1)に対応し、かつ射出瞳202にとっての画素グループ(G_0)に対応する画素グループ152の左端の画素との境界になる。さらに右の射出瞳202からは,射出瞳202にとっての画素グループ(G_1)に対応するとともに射出瞳203にとっての画素グループ(G_0)に対応する画素グループ153の左端の画素になってしまう(図5)。
画面中心より左側:Ncn=−(B−A)×(XP+0.5)+Nc(0) ・・・(7)
ここで、Ncp、Ncnは、視差画像番号(実数値)を示し、Aは射出瞳のピッチを示し、Bは射出瞳ひとつに対応した画素グループの平均幅を示し、XPは射出瞳番号を示し、Nc(0)=B/2の場合、上記(7)式は図9の上側の破線21を示し、−B/2の場合、上記式は下側の破線21を示す。ただし、式(7)は射出瞳の数が偶数の場合を表している。XPは画面中心を原点とした数値となっており、画面中心より右側は正の数、左側は負の数となる。なお、射出瞳の数が偶数の場合には画面中心に対応する画素グループが存在しないため、すなわち、原点が図9の中央の2つの画素グループの境界にくるため、原点の左右で射出瞳番号が飛ぶことに注意する。例えば射出瞳の数が4の場合、左から順に−2、−1、1、2の順で射出瞳番号が付けられることになる。射出瞳の数が奇数の場合にも同様の概念を用いることが出来るが、この場合には画面中心に対応する画素グループが存在するため、原点に対応する射出瞳番号が存在することになる。例えば射出瞳の数が3の場合、左から順に−1、0、1の順で射出瞳番号が付けられることになる。また、計算式は式(8)のようになる。
画面中心より左側:Ncn=−(B−A)×XP+Nc(0) ・・・(8)
ここで、Ncp、Ncnは、視差画像番号(実数値)を示し、XPは射出瞳番号を示し、
Nc(0)=B/2の場合、上記(8)式は図9の上側の破線21を示し、−B/2の場合、上記(8)式は下側の破線21を示す。
II方式ではクロストークを積極的に利用していることを既に述べた。図5、図6(a)、図6(b)、図9、図10を参照して、視域境界で観察される帯状の妨害画像と、本来あるべき帯状の妨害が除かれた画像を、クロストークを考慮して説明する。視域最適化が適用されない図5に示す構成では、視域境界近傍に近いある観察位置から単眼で観察すると射出瞳が右にずれるにつれて、徐々に視差画像番号4の視差画像が見える割合が減少すると同時に視差画像番号−4の視差情報が見える割合が増加し、二重像の第一の像(例えば、視差画像番号4の視差情報)と第二の像(例えば、視差画像番号−4の視差情報、偽像の成分)の濃度(第一の像と、第二の像との割合)が連続的に切り替わる。
第1実施形態による三次元画像表示装置に用いられる画像処理方法を説明する。本実施形態では、II方式における、視域境界で観察される妨害画像を抑制するとともにその違和感の低減を実現する画像処理を行う。この画像処理について、図6(b)、図10、図11(a)、図11(b)を参照して説明する。前述したように、視域最適化処理により、(n+1)個の画素を有する画素グループを設けることで、視差画像番号−4の視差画像を表示していた画素に、視差画像番号5の視差画像が表示される。隣接した射出瞳間での偽像の濃度の変化が不連続なために、帯状の妨害画像として視認される。そこで例えば図10に示す太線部23内の3つの第1の画素において、射出瞳基準画素グループ231の視差画像番号−4の視差情報に射出瞳基準画素グループ230の視差画像番号4の視差情報を混在させることで、観察者が視域境界から単眼で観察したときに射出瞳基準画素グループ230に対応した射出瞳を経由して見える視差情報を、本来の見え方に近づける。なお、本来は、画素グループ230(瞳基準画素グループ230と同一の射出瞳番号を持つ、図9における画素グループ)の視差画像番号5が混入するのが望ましいが、ここでは視差画像番号4で代用している。また、射出瞳基準画素グループ232の視差画像番号5の視差情報に射出瞳基準画素グループ232の視差画像番号−3の視差情報を混在させることで、観察者が視域境界から単眼で観察したときに、射出瞳基準画素グループ231に対応した射出瞳を経由して見える視差画像を、本来の見え方に近づける。なお、本来は、画素グループ232(瞳基準画素グループ232と同一の射出瞳番号を持つ、図9における画素グループ)の視差画像番号−4が混入するのが望ましいが、ここでは視差画像番号−3で代用している。こうすることにより、画素グループ231(瞳基準画素グループ231と同一の射出瞳番号を持つ、図9における画素グループ)と画素グループ232(瞳基準画素グループ232と同一の射出瞳番号を持つ、図9における画素グループ)に対応した射出瞳で見える像に、それぞれ見えるべき三次元画像に由来した視差情報の成分と偽像に由来した視差情報の成分が含まれる。この例では視差画像番号−4に視差画像番号4の、視差画像番号5に視差画像番号−3の視差情報成分が含まれるため、不連続な濃度変化を抑制することができる。本実施形態では、本来、視域境界で見えるべき見え方を画像処理でほぼ再現することから、不自然な濃度変化が現れることがない。この処理を、視域境界の破線21が通過する全ての画素に対して行う。このことは図6(b)においては、各画像グループの境界の両側に位置する画素のうち視域境界を示す破線21が通過している画素(第1の画素)の視差情報に対して、隣接した画素グループを構成する画素のうち第1の画素に隣接した画素(第2の画素)の視差情報を混在させることを意味する。この時の混在する割合の決定方法として最も好適なのは、図10に示した視域境界を示す破線21が通過する第1の画素の視差情報と、画素グループの物理的な境界線である図11(a)に示す境界線24を介して隣接している、第2の画素の視差情報を、視域境界の破線21が通る第1の画素の視差情報を意味する矩形の上辺から破線21までの距離(例えば図11(b)ではP1と表記)と、視域境界の破線21が通る第1の画素の視差情報を意味する矩形の下辺から破線21までの距離(例えば図11(b)ではP2と表記)に応じて混在させるというものである。例えば図11(b)の長さから決定された比が
P1の長さ:P2の長さ = 0.6:0.4
であった場合、第2の画素の視差情報を第1の画素の視差情報に0.4の割合で混在させたものを、第1の画素の視差情報とする。なお、P1およびP2の長さは、図11(b)に示すように、矩形の中心を通る縦方向の直線における長さであったが、上記矩形を通る縦方向の直線における長さであってもよい。
第1実施形態の三次元画像表示装置について実施例1として更に詳細に説明する。
まず、本実施例の三次元画像表示装置のブロック図を図12に示し、画像処理の手順を示すフローチャートを図13に示す。II方式の三次元画像表示装置は、例えば図7(b)に示すように、平面表示装置10と、光線制御素子20とを備えている。平面画像表示装置10は、例えば液晶表示装置であって、画素が縦方向および横方向にマトリクス状に配列された平面画像表示部を備えている。光線制御素子20は、複数の射出瞳を有し、上記平面画像表示部に対向して配置され、前記画素からの光線を制御する。また、本実施例の三次元画像表示装置は、画像データを処理するために、図12に示すように、画像データ処理装置30と、画像データ提示装置40とを更に備えている。
P1の長さ:P2の長さ = 0.6:0.4
であった場合、第2の画素の視差情報を第1の視差情報に0.4の割合で混在させたものを、第1の画素の視差情報とする。ここまでが画像データ処理装置30が行う処理になる。すなわち、画像データ処理装置30の処理手順は、まず、視差画像記憶部32から視差画像を読み込む(図13のステップS1)。続いて、提示情報入力部33に記憶されている三次元画像表示装置のスペック(提示情報)を取得する(図13のステップS2)。この提示情報を基に、混在領域特定部34によって、射出瞳番号ごとに混在処理を行う画素群を特定する(図13のステップS3)。すなわち、図10の視域境界を示す破線21が通過する画素を特定する。続いて、混在処理部35によって、射出瞳番号ごとに特定された画素群で混在処理を行う(図13のステップS4)。すなわち、特定された画素に対して射出瞳番号ごとに異なる位置に存在する第1の混在画素と第2の混在画素を特定し、特定された第2の混在画素の視差画像を第1の混在画素の視差画像に混在させる処理を行う。
次に、第2実施形態による三次元画像表示装置を説明する。
第2実施形態の三次元画像表示装置について実施例2として更に詳細に説明する。
まず、本実施例の三次元画像表示装置のブロック図を図14に示し、画像処理の手順を示すフローチャートを図15に示す。なお、第1実施例と同じブロックについての説明は省略する。
図10に示すように、射出瞳番号ごとに視域境界を示す破線21を中心としたオフセット領域(破線21を中心に垂直方向の高さがオフセット値で定義される領域)の範囲に含まれる視差情報を挿入領域として特定する(図15のステップS103)。なお、注意するべきは、図10のデータ空間の視差情報を示す矩形の横幅は特に意味がなく、これまで述べてきたように、点が打たれている位置の矩形の上辺と下辺からの距離にのみ意味がある。よって、点を通り矩形の上辺、および下辺に垂直で両端が上辺または下辺上にある線分(以下、仮想画素線分)を考えた際に、その線分がオフセット領域に一部でも含まれる場合には挿入領域に含まれる物とする。このように、挿入領域は、オフセット値に依存する。図15に示すステップS102およびS103と、図15に示すステップS104とは、異なる部で行われるため、図15に示す手順でなくともよい。
実施例2では視差画像から挿入画像を生成したが、外部から読み込む等の方法で予め決められた挿入画像を挿入することも可能である。実施例2では視差画像を読み込む都度、挿入画像を生成したが、中間色(例えばグレー)の単色画像を挿入画像とする、予め決められた静止画、動画などの場合に事前に挿入画像を作成(動画の場合、全フレームを対象にあらかじめ作成)しておくなどにより処理負荷を低減することが可能である。
実施例2の三次元画像表示装置のブロック図を図18に示し、画像処理の手順を示すフローチャートを図19に示す。
第1変形例では視域境界を示す破線21を中心としたオフセット領域の範囲に対して挿入処理を行ったが、挿入位置は必ずしも視域境界を示す破線21を基準に考える必要はない。例えば図10に示す破線22を基準にオフセット領域の範囲に対して挿入処理を行えば、挿入画像をある特定の視距離、および視点位置でのみ観測者に見せることが可能となる。これにより、例えば観察者の視点が十分に視域内に入っており偽像が見えない領域でのみ正しい位置で見ていることを知らせることが可能となる。
150〜154 画素グループ
20 光線制御素子(全射出瞳)
200〜207 射出瞳
30 画像データ処理装置
30A 画像データ処理装置
30B 画像データ処理装置
30C 画像データ処理装置
32 視差画像記憶部
33 提示情報入力部
34 混在領域特定部
35 混在処理部
36 挿入領域特定部
37 挿入画像生成部
38 挿入画像記憶部
39 挿入処理部
40 画像データ提示部
44 三次元画像変換部
46 三次元画像提示部
Claims (10)
- マトリクス状に配列された画素を有する平面表示装置と、
前記平面表示装置に対向して配置され、動作の際に複数の射出瞳によって前記画素からの光線を制御可能な光線制御素子と、
前記複数の射出瞳それぞれに対して対応付けられた、前記平面表示装置の複数の画素を含む複数の画素グループの視差画像の画素値を読み出すとともに、隣接する画素グループの境界に隣接する2つの画素を特定し、特定された2つ画素のうちいずれか一方を第1の画素とし、もう一方を第2の画素とする特定部と、
特定された前記第1の画素の視差画像の画素値に前記第2の画素の視差画像の画素値を混在させる処理を行う処理部と、
前記処理部によって処理された視差画像の画素値を三次元画像表示用の画像に変換する変換部と、
を備え、前記平面表示装置は、前記三次元画像用の画像を表示することを特徴とする三次元画像表示装置。 - 前記処理部は、視域境界線上に位置する画素の視差画像の画素値を表す、光線空間における射出瞳および視差画像番号によって決定される単位図形である矩形を通りかつ縦方向に平行な直線の、前記矩形の上辺から前記視域境界線までの距離と、前記矩形の下辺から前記視域境界線までの距離の割合に応じて、前記第1の画素の視差画像の画素値に前記第2の画素の視差画像の画素値を混在させることを特徴とする請求項1記載の三次元画像表示装置。
- マトリクス状に配列された画素を有する平面表示装置と、
前記平面表示装置に対向して配置され、動作の際に複数の射出瞳によって前記画素からの光線を制御可能な光線制御素子と、
前記複数の射出瞳それぞれに対して対応付けられた、前記平面表示装置の複数の画素を含む複数の画素グループの視差画像の画素値を読み出すとともに、各画素グループに対して前記画素グループ内に含まれる画素の視差画像の画素値を荷重平均した挿入画像を生成する挿入画像生成部と、
視域境界を中心としたオフセット領域に含まれる画素を特定する特定部と、
前記特定部によって特定された画素に対して、前記挿入画像の対応する画像を挿入する挿入処理部と、
前記挿入処理部によって処理された画像を三次元画像表示用の画像に変換する変換部と、
を備え、前記平面表示装置は、前記三次元画像用の画像を表示することを特徴とする三次元画像表示装置。 - 画像を記憶する記憶部を更に備え、
前記挿入画像生成部は、生成した前記挿入画像と前記記憶部に記憶されている画像とに基づいて、新たな挿入画像を生成することを特徴とする請求項3記載の三次元画像表示装置。 - マトリクス状に配列された画素を有する平面表示装置と、
前記平面表示装置に対向して配置され、動作の際に複数の射出瞳によって前記画素からの光線を制御可能な光線制御素子と、
前記複数の射出瞳それぞれに対して対応付けられた、前記平面表示装置の複数の画素を含む複数の画素グループの視差画像の画素値を読み出すとともに、視域境界を中心としたオフセット領域に含まれる画素を特定する特定部と、
前記特定部によって特定された画素に対して挿入される挿入画像を記憶する挿入画像記憶部と、
前記特定部によって特定された画素に対して、前記挿入画像の対応する画像を挿入する挿入処理部と、
前記挿入処理部によって処理された画像を三次元画像表示用の画像に変換する変換部と、
を備え、前記平面表示装置は、前記三次元画像用の画像を表示することを特徴とする三次元画像表示装置。 - 前記記憶部に記憶されている画像には画素ごとに挿入される割合が定義され、前記挿入処理部では定義された前記割合で前記挿入画像を挿入することを特徴とする請求項5記載の三次元画像表示装置。
- 前記挿入処理部は、特定された画素のうち、前記オフセット領域に完全に含まれる画素については挿入画像の対応する画素と置き換え、前記オフセット領域に一部が含まれている画素については、前記オフセット領域に含まれている割合に基づいて挿入の割合を決定することを特徴とする請求項3乃至6のいずれかに記載の三次元画像表示装置。
- マトリクス状に配列された画素を有する平面表示装置と、前記平面表示装置に対向して配置され、動作の際に複数の射出瞳によって前記画素からの光線を制御可能な光線制御素子と、を備えた三次元画像表示装置に用いられる画像処理装置であって、
前記複数の射出瞳それぞれに対して対応付けられた、前記平面表示装置の複数の画素を含む複数の画素グループの視差画像の画素値を読み出すとともに、隣接する画素グループの境界に隣接する2つの画素を特定し、特定された2つ画素のうちいずれか一方を第1の画素とし、もう一方を第2の画素とする特定部と、
特定された前記第1の画素の視差画像の画素値に前記第2の画素の視差画像の画素値を混在させる処理を行う処理部と、
を備えていることを特徴とする画像処理装置。 - マトリクス状に配列された画素を有する平面表示装置と、前記平面表示装置に対向して配置され、動作の際に複数の射出瞳によって前記画素からの光線を制御可能な光線制御素子と、を備えた三次元画像表示装置に用いられる画像処理装置であって、
前記複数の射出瞳それぞれに対して対応付けられた、前記平面表示装置の複数の画素を含む複数の画素グループの視差画像の画素値を読み出すとともに、各画素グループに対して前記画素グループ内に含まれる画素の視差画像を荷重平均した挿入画像を生成する挿入画像生成部と、
視域境界を中心としたオフセット領域に含まれる画素を特定する特定部と、
前記特定部によって特定された画素に対して、前記挿入画像の対応する画像を挿入する挿入処理部と、
を備えていることを特徴とする画像処理装置。 - マトリクス状に配列された画素を有する平面表示装置と、前記平面表示装置に対向して配置され、動作の際に複数の射出瞳によって前記画素からの光線を制御可能な光線制御素子と、を備えた三次元画像表示装置に用いられる画像処理装置であって、
前記複数の射出瞳それぞれに対して対応付けられた、前記平面表示装置の複数の画素を含む複数の画素グループの視差画像の画素値を読み出すとともに、視域境界を中心としたオフセット領域に含まれる画素を特定する特定部と、
前記特定部によって特定された画素に対して挿入される挿入画像を記憶する挿入画像記憶部と、
前記特定部によって特定された画素に対して、前記挿入画像の対応する画像を挿入する挿入処理部と、
を備えていることを特徴とする画像処理装置。
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