JP5296872B2 - 3次元ディスプレイの光学特性評価装置および3次元ディスプレイの光学特性評価方法 - Google Patents
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Description
(光学特性評価装置1の構成)
まず、本発明の第1実施形態に係る光学特性評価装置1の構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、光学特性評価装置1の構成概要図である。図1に示すように、光学特性評価装置1は、機能的な構成要素として、輝度計測部10(特許請求の範囲における「輝度計測手段」に相当)、輝度分布解析部20(特許請求の範囲における「輝度分布解析手段」に相当)、眼間輝度解析部30(特許請求の範囲における「眼間輝度解析手段」に相当)、および立体視判定部40(特許請求の範囲における「立体視判定手段」に相当)を備えて構成される。
以下、光学特性評価装置1の動作(特許請求範囲の「3次元ディスプレイの光学特性評価方法」に相当)について図3のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、2眼方式および多眼方式の3Dディスプレイについて先に説明し、インテグラル方式の3Dディスプレイについては項目(インテグラル方式)において別途説明する。2眼方式および多眼方式の3Dディスプレイにおいては視点の概念があるが、インテグラル方式の3Dディスプレイにおいては視点の概念がないからである。
以下、2眼方式および多眼方式の3Dディスプレイの場合の光学特性評価装置1の動作について、図3のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
評価用画像1:視点1のみ全白、2〜N視点の画像は全黒
評価用画像2:視点2のみ全白、視点1および視点3〜Nの画像は全黒
・・・
評価用画像k:視点kのみ全白、視点1〜(k?1)および(k+1)〜Nの画像は全黒
・・・
評価用画像N:視点Nのみ全白、視点1〜(N−1)の画像は全黒
となる。
引き続き、インテグラル方式の3Dディスプレイの場合の光学特性評価装置1について説明する。インテグラル方式の3Dディスプレイでは、2眼方式や多眼方式とは異なり、「視点」の概念がない。その代わり、「視線方向」の概念が用いられる。
引き続き、「逆視」について説明する。例えばインテグラル方式の3Dディスプレイにおいては、上述したように、仮にN個の視線方向の光線を有する場合、両眼視差を発生させる視線方向の組み合わせは、つまり立体視を成立させる可能性のある視線方向の組み合わせは、NC2通り存在する。ここで、右目用の画像を左目に投影し、左目用の画像を右目に投影した場合、「逆視」と呼ばれる状態になってしまい、正確な立体視ができない状態となる。そこで、第1実施形態では、この「逆視」を立体視可否判断の考慮対象に含めるために、視線方向の採番の仕方に注目した。
以下、「逆視」を考慮した場合の輝度分布画像および立体視判定画像の求め方(その1)について説明する。N個の視線方向の画像を有するインテグラル方式の3Dディスプレイの場合、視線方向の組み合わせはNC2通りあり、これら全ての組み合わせについて、以下のステップS201〜S204により輝度分布画像および立体視判定画像を求める。
輝度分布画像および立体視判定画像が占める領域(図6や図7に示したようなD×Wに相当する領域)の個々の画素において、最大輝度で入射する光線を検出する。
当該画素に入射する全ての光線の輝度の総和を算出し、上記ステップS201で検出した最大輝度との比(以下、「輝度値」という。)を求める。
全ての画素について上記ステップS202の輝度値を算出し、算出した輝度値に基づき、輝度分布画像を生成する。このとき、各画素には、輝度値の算出値及び最大輝度を入射した視線方向の番号が保持される。
各画素の位置(i,j)に順次、観察者の右目を配置する。観察者の眼間距離がe画素に対応するならば、左目は(i+e,j)に配置されることになる。上記ステップS203で求めた輝度分布画像から、観察者の両目の位置に対応する輝度値をそれぞれ取り出し、立体視判定のための演算処理(上記のステップS105で式(1)に基づき両眼間の輝度コントラストの値を演算したような処理)を行った結果を、立体視判定画像の(i+e/2,j)の位置に代入する。このとき、左右の目に対応する画素に登録されている視線方向の番号であるnn(左目)やkk(右目)を取り出し、nn≦kkの場合は、上記の処理結果を正の値のままとし、nn>kkの場合は、上記の処理結果の値に負の符号を付与する。つまり、上記の処理結果の値(立体視判定画像の(i+e/2,j)の位置に記録される両眼間の輝度コントラスト比の値)は、観察者の右目に入るべき光が右目に入り且つ観察者の左目に入るべき光が左目に入った場合には、符号の変化を伴わないが、観察者の右目に入るべき光が観察者の左目に入った場合、または観察者の左目に入るべき光が観察者の右目に入った場合には、符号の変化を伴う。これにより、逆視を考慮した、両眼間の輝度コントラスト比の値を計算できる。
以下、「逆視」を考慮した場合の輝度分布画像および立体視判定画像の求め方(その2)について説明する。下記の手順において、ステップS301、ステップS305およびステップS306は、前述したステップS201、ステップS203およびステップS204と実質的に同じ手順である。下記のステップS301〜S306の手順と、上記のステップS201〜S204の手順との違いは、「立体視判定画像を作成するにあたって、所望の光とそうでない光をどのように解釈するか」の違いであるといえる。すなわち、上記のステップS201〜S204の手順では、「所望の光」は、ディスプレイ表面に分布する光線のうち、最も強い輝度を持つ光線のみであり、その他の光は全て所望としない漏れ光であると定義している。一方、下記のステップS301〜S306の手順では、最も強い輝度を持つ光線のみならず、特定の条件を満たす光線であればそれらの全てを「所望の光」と定義している。以下、ステップS301〜S306の手順について詳細に説明する。
輝度分布画像および立体視判定画像が占める領域(図6や図7に示したようなD×Wに相当する領域)の個々の画素において、最大輝度で入射する光線を検出する。
1〜N個の視線方向それぞれについて、各画素におけるローブ領域を定義する。ここで、「ローブ領域」とは、輝度分布画像(例えば図5を参照)において各光線が占める領域(白い部分)のことをいう。図12は、ステップS302における「ローブ領域」についてより具体的に説明するための図である。図12には、7つのローブ領域が定義されている。各ローブ領域は、ディスプレイ60の正面に最も近いものを「ローブ0」と採番し、且つディスプレイ60に向かって右に行くほど高い値を持つように採番し、更にディスプレイ60に向かって左に行くほど低い値を持つように採番する。
各画素について、上記ステップS301で検出された最大輝度の光線と同一の番号が採番されたローブに属する輝度値の合計を求める。
各画素について、当該画素に入射する全ての光線の輝度の総和を算出し、上記ステップS303で算出された同一ローブの合計輝度値との比(以下、「輝度値」という。)を求める。
全ての画素について上記ステップS304の輝度値を算出し、算出した輝度値に基づき、輝度分布画像(上述したステップS203における「輝度分布画像」に相当するもの)を生成する。このとき、各画素には、輝度値の算出値及び最大輝度を入射した視線方向の番号が保持される。
各画素の位置(i,j)に順次、観察者の右目を配置する。観察者の眼間距離がe画素に対応するならば、左目は(i+e,j)に配置されることになる。上記ステップS305で求めた輝度分布画像から、観察者の両目の位置に対応する輝度値をそれぞれ取り出し、立体視判定のための演算処理(上記のステップS105で式(1)に基づき両眼間の輝度コントラストの値を演算したような処理)を行った結果を、立体視判定画像の(i+e/2,j)の位置に代入する。このとき、左右の目に対応する画素に登録されている視線方向の番号であるnn(左目)やkk(右目)を取り出し、nn≦kkの場合は、上記の処理結果を正の値のままとし、nn>kkの場合は、上記の処理結果の値に負の符号を付与する。つまり、上記の処理結果の値(立体視判定画像の(i+e/2,j)の位置に記録される両眼間の輝度コントラスト比の値)は、観察者の右目に入るべき光が右目に入り且つ観察者の左目に入るべき光が左目に入った場合には、符号の変化を伴わないが、観察者の右目に入るべき光が観察者の左目に入った場合、または観察者の左目に入るべき光が観察者の右目に入った場合には、符号の変化を伴う。これにより、逆視を考慮した、両眼間の輝度コントラスト比の値を計算できる。
続いて、第1実施形態にかかる光学特性評価装置1の作用及び効果について説明する。第1実施形態の光学特性評価装置1によれば、眼間輝度解析部30が輝度分布画像に基づき観察者の両眼間で知覚される輝度を解析することにより立体視判定画像を生成すると、立体視判定部40はこの立体視判定画像に基づき立体視可能領域を判定する。このことは、2眼方式、多眼方式、インテグラル方式等の3Dディスプレイの種類にかかわらず適用することができる。したがって、第1実施形態によれば、光学特性の評価を3Dディスプレイの種類に依存せずに行うことができる。また、観察者が実際に3Dディスプレイを見てから判断することではなく、光学測定データのみから立体視可能領域を判定することができる。
引き続き、本発明の別の側面を第2実施形態として説明する。以下で説明する第2実施形態は、第1実施形態の項目「「逆視」を考慮した場合の輝度分布画像および立体視判定画像の求め方、その2」で説明した内容と実質的に共通する。例えば、下記の説明における「輝度分布上の山に応じた所定の領域」とは第1実施形態における「ローブ領域」のことである。
まず、本発明の第2実施形態に係る視野角特性検証装置A1の構成について、図13を参照しながら説明する。図13は、視野角特性検証装置A1の構成概要図である。図13に示すように、視野角特性検証装置A1は、機能的な構成要素として、輝度分布検査部A110、ローブ検出部A120、および視野角特性検証部A130を備えて構成される。
以下、視野角特性検証装置A1の動作について図15のフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
検査用画像1:視点1に対する視点画像のみ全白(点灯)、視点2〜Nに対する視点画像は全黒(非点灯)
検査用画像2:視点2に対する視点画像のみ全白(点灯)、視点1および視点3〜Nに対する視点画像は全黒(非点灯)
・・・
検査用画像n:視点nに対する視点画像のみ全白(点灯)、視点1〜(n−1)および視点(n+1)〜Nに対する視点画像は全黒(非点灯)
・・・
検査用画像N:視点Nに対する視点画像のみ全白(点灯)、視点1〜(N−1)に対する視点画像は全黒(非点灯)
<参考文献1>
“VCMaster3D:A New Fourier Optics Viewing Angle Instrument for Characterization of Autostereoscopic 3D Displays”, Thierry Leroux他, SID 09 DIGEST, pp.115-118
<参考文献2>
“MeThodology of Optical Measurement for Autostereoscopic Displays", Proc. of IDW'08, pp.1107-1110
続いて、第2実施形態にかかる視野角特性検証装置A1の作用及び効果について説明する。第2実施形態の視野角特性検証装置A1では、インテグラル式のような複数の視点画像を同一の眼に観察させることを想定するタイプの3次元ディスプレイにおいて、隣接視点画像同士の重なり合いのうち、観察される立体映像に悪影響を及ぼす重なりと、必ずしも悪影響を及ぼさない重なりを区別することで、3次元ディスプレイの光学特性を検査する。隣接視点画像同士の重なり合いが、悪影響を及ぼすものであるか否かは、重なり合う視点画像同士が繰り返し画像の原因となる、異なるローブに属しているか否かによって判断される。
以上、本発明の好適な第2実施形態について説明したが、本発明の第2実施形態が上記の態様に限定されないことは言うまでもない。上記説明においては、ディスプレイ上の位置(X,Y)の1点のみから輝度分布Ln(X,Y,θ)を検出し、許容輝度コントラストCl(X,Y,θ)を算出した。通常、(X,Y)の1点は、ディスプレイ中心部(ディスプレイ表面の幅をW、高さをHとした場合、(X,Y)=(W/2,H/2)となる点)などを計測点として採用する。この1点のみの計測により算出された許容輝度コントラストCl(X,Y,θ)により、検査対象の立体ディスプレイの光学特性を検証しても良いが、ディスプレイ表面の複数の計測点に対して輝度分布Ln(X,Y,θ)を検査し、当該複数位置における許容輝度コントラストCl(X,Y,θ)をそれぞれ求め、それら複数の許容輝度コントラストCl(X,Y,θ)をもって立体ディスプレイの光学特性を検証しても良い。
上記第2実施形態の説明においては、前述した図16に示したように、輝度分布検査部A110は地面に水平方向(図16でいうと面A23上の方向であってYZ面)の輝度分布Ln(X,Y,θ)のみを検査した。しかし、これに限らず、輝度分布検査部A110が、3次元ディスプレイの表示面および地面の両方に垂直の面の方向(図16でいうとXZ面の方向)の輝度分布を更に検査するようにしても良い。これは、フラットパネルディスプレイの表面に、レンズやバリアを配置した構成の3Dディスプレイの中には、上記の第2実施形態の説明で示したような水平方向のみに視差をもつタイプの3Dディスプレイだけではなく、インテグラルフォトグラフィと言われる方式に代表されるような、垂直方向にも視差を有する方式もあるからである。このような垂直方向にも視差を有する方式の3Dディスプレイを対象とする場合には、前述したように輝度分布検査部A110が輝度分布Ln(X,Y,θ)を検査する代わりに、垂直方向の角度φ方向についても輝度値を計測し、輝度分布Ln(X,Y,θ,φ)を検査するようにすることが好ましい。そして、ローブ検出部A120や視野角特性検証部A130においても、角度方向をθ方向のみではなくφ方向についても第2実施形態で前述した処理と同様の処理を行うことで、最終的に許容輝度コントラストCl(X,Y,θ,φ)を求めることができ、このCl(X,Y,θ,φ)の値をもって立体ディスプレイの光学特性を示すことができる。
上記第2実施形態の説明においては、許容輝度コントラストは、あるローブに属する輝度分布の合計と、属さない輝度分布の合計の比で求めた。すなわち、以下の数式(7)で示される。
Claims (10)
- 3次元ディスプレイ上の所定の計測点から放射される光線の放射角度方向の輝度を計測する輝度計測手段と、
前記輝度計測手段により計測された輝度データに基づき、前記光線の前記放射角度方向の輝度分布状態を解析し、前記光線の輝度分布画像を生成する輝度分布解析手段と、
前記輝度分布画像に基づき、観察者の両眼間で知覚される輝度を解析し、立体視判定画像を生成する眼間輝度解析手段と、
前記立体視判定画像に基づき、前記3次元ディスプレイの前の領域であって前記放射角度方向の一定の領域を立体視可能領域として判定する立体視判定手段と、
を備えることを特徴とする3次元ディスプレイの光学特性評価装置。 - 前記輝度分布解析手段は、
前記3次元ディスプレイの全ての視点において、各視点ごとの前記輝度分布状態を解析し、前記各視点ごとの前記輝度分布画像を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の3次元ディスプレイの光学特性評価装置。 - 前記眼間輝度解析手段は、
前記輝度分布解析手段が生成した前記各視点ごとの前記輝度分布画像のうち、前記観察者の眼間距離に相当する2つの輝度分布画像を抽出し、
当該抽出した前記2つの輝度分布画像を用いて、前記観察者の前記両眼間における輝度のコントラスト比を解析することにより、前記立体視判定画像を生成する、
ことを特徴とする請求項2に記載の3次元ディスプレイの光学特性評価装置。 - 前記輝度分布解析手段は、
前記3次元ディスプレイの全ての視線方向において、各視線方向ごとの前記輝度分布状態を解析し、前記各視線方向ごとの前記輝度分布画像を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の3次元ディスプレイの光学特性評価装置。 - 前記眼間輝度解析手段は、
前記輝度分布解析手段が生成した前記各視線方向ごとの前記輝度分布画像のうち、前記観察者の眼間距離に相当する2つの輝度分布画像を抽出し、
当該抽出した前記2つの輝度分布画像を用いて、前記観察者の前記両眼間における輝度のコントラスト比を解析することにより、前記立体視判定画像を生成する、
ことを特徴とする請求項4に記載の3次元ディスプレイの光学特性評価装置。 - 前記輝度のコントラスト比は、前記観察者の右目および左目において、入るべき光と入るべきではない光との比である、
ことを特徴とする請求項3または請求項5に記載の3次元ディスプレイの光学特性評価装置。 - 前記輝度のコントラスト比の値は、
前記観察者の右目に入るべき光が前記右目に入り且つ前記観察者の左目に入るべき光が前記左目に入った場合には、符号の変化を伴わず、
前記観察者の右目に入るべき光が前記観察者の左目に入った場合、または前記観察者の左目に入るべき光が前記観察者の右目に入った場合には、符号の変化を伴う、
ことを特徴とする請求項6に記載の3次元ディスプレイの光学特性評価装置。 - 前記立体視判定手段は、
前記立体視判定画像において前記輝度のコントラスト比が所定の閾値を越える部分に相当する前記一定の領域を前記立体視可能領域として判定する、
ことを特徴とする請求項6または7に記載の3次元ディスプレイの光学特性評価装置。 - 前記輝度分布画像および前記立体視判定画像は、前記3次元ディスプレイの表示面に直交する面上の前記領域における輝度分布を示す画像である、
ことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の3次元ディスプレイの光学特性評価装置。 - 輝度計測手段が、3次元ディスプレイ上の所定の計測点から放射される光線の放射角度方向の輝度を計測する輝度計測ステップと、
輝度分布解析手段が、前記輝度計測手段により計測された輝度データに基づき、前記光線の前記放射角度方向の輝度分布状態を解析し、前記光線の輝度分布画像を生成する輝度分布解析ステップと、
眼間輝度解析手段が、前記輝度分布画像に基づき、観察者の両眼間で知覚される輝度を解析し、立体視判定画像を生成する眼間輝度解析ステップと、
立体視判定手段が、前記立体視判定画像に基づき、前記3次元ディスプレイの前の領域であって前記放射角度方向の一定の領域を立体視可能領域として判定する立体視判定ステップと、
を備えることを特徴とする3次元ディスプレイの光学特性評価方法。
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