JP5332127B2 - Head-mounted display device - Google Patents
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Description
本発明は、装着者の左眼及び右眼により視認される画像を提供する頭部装着型表示装置に関し、例えば、ヘリコプタや航空機のパイロット、訓練用シミュレータの使用者、民生用の遊戯器や情報端末等の使用者に、画像を提供する頭部装着型表示装置に関する。 The present invention relates to a head-mounted display device that provides images visually recognized by the wearer's left eye and right eye, for example, helicopters and aircraft pilots, training simulator users, consumer game machines and information The present invention relates to a head-mounted display device that provides an image to a user such as a terminal.
身体に纏う形態の情報機器用の表示装置としては、頭部に装着する形態が主流である(例えば、特許文献1参照)。また、航空機内や、警備や防犯・防衛等の目的をもつ特殊な用途では、表示装置に暗視機能をもたせることがある。これにより、装着者は、夜間等の環境下でも、外界を視認できるようになる。なお、暗視機能とは、光電子増倍管の微光増幅作用を利用するものであり、例えば、赤色の可視光線(赤色光)から近赤外線(赤外光)に至る波長領域の光を増幅するものである。 As a display device for an information device in a form worn on the body, a form worn on the head is the mainstream (see, for example, Patent Document 1). In addition, the display device may be provided with a night vision function in an aircraft or in a special application having a purpose such as security, crime prevention or defense. Thus, the wearer can visually recognize the outside world even in an environment such as at night. The night vision function uses the faint amplification of the photomultiplier tube. For example, it amplifies light in the wavelength range from red visible light (red light) to near infrared (infrared light). To do.
図4は、装着者の頭部に装着される従来の頭部装着型表示装置100の外観構成を示す図であり、図5は、頭部装着型表示装置100の概略構成を示すブロック図である。頭部装着型表示装置100は、半球形状のヘルメット1と、ヘルメット1の左側に配置され、かつ、左眼用画像を撮影する左眼用暗視カメラ2Lと、ヘルメット1の右側に配置され、かつ、右眼用画像を撮影する右眼用暗視カメラ2Rと、表示ユニット10と、左眼用暗視カメラ2Lから左眼用映像信号及び右眼用暗視カメラ2Rから右眼用映像信号が入力され、かつ、表示ユニット10に左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号を出力する映像信号処理部103とを備える。また、表示ユニット10は、装着者Pの左上方に配置される表示素子(左眼用出射手段)11L及びレンズ(左眼用光学系)12Lと、装着者Pの右上方に配置される表示素子(右眼用出射手段)11R及びレンズ(右眼用光学系)12Rと、装着者Pの左眼EL及び右眼ERの前方に配置されるバイザ(又はコンバイナ)(光学系)13とを有する。そして、表示素子(左眼用出射手段)11Lから出射される左眼用表示光は、レンズ12Lを通過して、バイザ13の反射面で反射されることにより、装着者Pの左眼ELに導かれるとともに、表示素子(右眼用出射手段)11Rから出射される右眼用表示光は、レンズ12Rを通過して、バイザ13の反射面で反射されることにより、装着者Pの右眼ERに導かれる。よって、装着者Pは、観察対象を立体的に視認できるとともに、バイザ13を透過する光により前方実在物も視認できる。
このとき、映像信号処理部103は、左眼用暗視カメラ2Lから左眼用映像信号及び右眼用暗視カメラ2Rから右眼用映像信号が入力されことにより、表示ユニット10に左眼用映像信号及び右眼用映像信号をそのまま左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号として出力している。
At this time, the video
ここで、左眼用暗視カメラ2L、右眼用暗視カメラ2R、装着者Pの左眼EL及び右眼ERと、観察対象物Sとの関係について説明する。図6は、左眼用暗視カメラ2L、右眼用暗視カメラ2R、左眼EL及び右眼ERで遠方にある立方体(観察対象物)Sを観察したときの図であり、一方、図7は、左眼用暗視カメラ2L、右眼用暗視カメラ2R、左眼EL及び右眼ERで、近方にある立方体(観察対象物)S及び球体Tを観察したときの図である。
Here, the relationship between the left eye
ここで、図6及び図7に示すように、立方体Sの位置は、左眼用暗視カメラ2Lから立方体Sへの方向角αと、右眼用暗視カメラ2Rから立方体Sへの方向角βと、左眼用暗視カメラ2Lと右眼用暗視カメラ2Rとの間のカメラ間距離dCとがわかれば一意的に算出できることになる。視野角が既知である(例えば、視野角が上下方向−15°〜15°、水平方向−20°〜20°である)左眼用暗視カメラ2Lで撮影された左眼用画像が作成されれば、方向角αは、左眼用画像における立方体像の位置により定められる。同様に、視野角が既知である(例えば、視野角が上下方向−15°〜15°、水平方向−20°〜20°である)右眼用暗視カメラ2Rで撮影された右眼用画像が作成されれば、方向角βは、右眼用画像における立方体像の位置により定められる。
Here, as shown in FIGS. 6 and 7, the position of the cube S includes a direction angle α from the left-eye night-
このとき、図6に示すように、遠方にある立方体Sを観察したときには、装着者Pの左眼ELから立方体Sへの方向角θと方向角αとの差はほとんどなく、同様に、装着者Pの右眼ERから立方体Sへの方向角φと方向角βとの差もほとんどない。よって、頭部装着型表示装置100において、映像信号処理部103が、左眼用暗視カメラ2Lから左眼用映像信号及び右眼用暗視カメラ2Rから右眼用映像信号が入力されことにより、表示ユニット10に左眼用映像信号及び右眼用映像信号をそのまま左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号として出力していても、装着者Pは、立方体を正確な距離に視認できていた。
At this time, as shown in FIG. 6, when observing the distant cube S, there is almost no difference between the direction angle θ and the direction angle α from the left eye EL of the wearer P to the cube S. There is almost no difference between the direction angle φ and the direction angle β from the right eye ER of the person P to the cube S. Therefore, in the head-mounted
しかし、図7に示すように、近方にある立方体Sを観察したときには、方向角θと方向角αとの差は大きくなり、同様に、方向角φと方向角βとの差も大きくなる。同様に、球体Tを観察したときにも、方向角θと方向角αとの差は大きくなり、同様に、方向角φと方向角βとの差も大きくなる。よって、頭部装着型表示装置100において、映像信号処理部103が、左眼用暗視カメラ2Lから左眼用映像信号、及び、右眼用暗視カメラ2Rから右眼用映像信号が入力されことにより、表示ユニット10に左眼用映像信号及び右眼用映像信号をそのまま左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号として出力すると、装着者Pは、立方体を正確な距離に視認できず、違和感を感じていた。
なお、図8(a)は、近方にある立方体S及び球体Tを、左眼用暗視カメラ2Lと右眼用暗視カメラ2Rとで撮影したときの画像を示す図であり、図8(b)は、左眼ELと右眼ERとで観察されたとされる画像を示す図である。
そこで、本発明は、近方にある観察対象物を観察したときにも、観察対象を正確な距離に視認できる頭部装着型表示装置を提供することを目的とする。
However, as shown in FIG. 7, when the cube S in the vicinity is observed, the difference between the direction angle θ and the direction angle α increases, and similarly, the difference between the direction angle φ and the direction angle β also increases. . Similarly, when the sphere T is observed, the difference between the direction angle θ and the direction angle α increases, and similarly, the difference between the direction angle φ and the direction angle β also increases. Therefore, in the head-mounted
FIG. 8A is a diagram showing an image of a nearby cube S and sphere T taken by the left-eye night-
Accordingly, an object of the present invention is to provide a head-mounted display device capable of visually recognizing an observation object at an accurate distance even when observing a nearby observation object.
上記課題を解決するためになされた本発明の頭部装着型表示装置は、装着者の頭部の左側に装着され、かつ、左眼用画像を撮影する左眼用暗視カメラと、前記装着者の頭部の右側に装着され、かつ、右眼用画像を撮影する右眼用暗視カメラと、表示ユニットと、前記左眼用暗視カメラから左眼用映像信号及び右眼用暗視カメラから右眼用映像信号が入力され、かつ、前記表示ユニットに左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号を出力する映像信号処理部とを備え、前記表示ユニットは、左眼用表示光を出射する左眼用出射手段と、右眼用表示光を出射する右眼用出射手段と、前記左眼用表示光の光路を変更して装着者の左眼に導くとともに、前記右眼用表示光の光路を変更して装着者の右眼に導く光学系とを有する頭部装着型表示装置であって、前記映像信号処理部は、前記装着者の左眼と右眼との位置、及び、前記左眼用暗視カメラと右眼用暗視カメラとの位置を位置データとして記憶する記憶手段と、前記左眼用暗視カメラから入力された左眼用映像信号、及び、右眼用暗視カメラから入力された右眼用映像信号を、前記位置データを用いて三角測量の原理に基づいて各観察対象物であるとそれぞれ認識した範囲の画素単位で移動させて、装着者の左眼及び右眼の位置から観察されたとされる左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号に補正する補正信号作成手段と、前記左眼用出射手段に左眼用映像補正信号を出力する左眼用出力手段と、前記右眼用出射手段に右眼用映像補正信号を出力する右眼用出力手段とを有するようにしている。 The head-mounted display device of the present invention made to solve the above problems is mounted on the left side of the head of the wearer and is a left-eye night-vision camera for taking a left-eye image, and the mounting A right-eye night-vision camera that is mounted on the right side of the person's head and that captures a right-eye image, a display unit, and a left-eye video signal and right-eye night vision from the left-eye night camera. A video signal processing unit that receives a video signal for the right eye from the camera and outputs a video correction signal for the left eye and a video correction signal for the right eye to the display unit; and the display unit displays for the left eye A left-eye emitting unit that emits light; a right-eye emitting unit that emits right-eye display light; and an optical path of the left-eye display light is changed and guided to the left eye of the wearer, and the right eye A head-mounted display device having an optical system that changes the optical path of the display light for use and guides it to the right eye of the wearer Thus, the video signal processing unit stores the position of the left eye and the right eye of the wearer and the position of the left-eye night camera and the right-eye night camera as position data. And a left-eye video signal input from the left-eye night-vision camera and a right-eye video signal input from the right-eye night-vision camera based on the principle of triangulation using the position data. Te is moved in pixel units ranging recognized respectively If it is the observation object, the wearer's left eye and the image correction signal for the left eye are observed from the position of the right eye and the right eye image correction signal Correction signal generating means for correcting, left-eye output means for outputting a left-eye video correction signal to the left-eye emission means, and right-eye output for outputting a right-eye video correction signal to the right-eye emission means Output means.
本発明の頭部装着型表示装置によれば、左眼用暗視カメラから入力された左眼用映像信号、及び、右眼用暗視カメラから入力された右眼用映像信号を、例えば、装着者の左眼と右眼との間の距離と、左眼用暗視カメラと右眼用暗視カメラとの間のカメラ間距離との違いを用いる三角測量の原理に基づいて、装着者の左眼及び右眼の位置から観察されたとされる左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号に補正する。
例えば、図7に示したように、立方体(観察対象物)Sの位置は、左眼用暗視カメラ2Lから立方体Sへの方向角αと、右眼用暗視カメラ2Rから立方体Sへの方向角βと、左眼用暗視カメラ2Lと右眼用暗視カメラ2Rとの間のカメラ間距離dCとがわかれば一意的に算出できる。よって、まず、例えば、図3(a)に示すように、視野角が既知である(例えば、視野角が上下方向−15°〜15°、水平方向−20°〜20°である)左眼用暗視カメラ2Lで撮影された左眼用画像GLを作成することにより、方向角αを、左眼用画像GLにおける立方体像の位置により定める。次に、左眼用暗視カメラ2Lからの方向角αが算出された立方体像の位置を、視野角が既知である(例えば、視野角が上下方向−15°〜15°、水平方向−20°〜20°である)右眼用暗視カメラ2Rで撮影された右眼用画像GRで探し出すことにより、右眼用暗視カメラ2Rからの方向角βを定める。これにより、カメラ間距離dCは記憶手段に記憶されているので、立方体Sの位置を算出する。
According to the head-mounted display device of the present invention, the left-eye video signal input from the left-eye night-vision camera and the right-eye video signal input from the right-eye night-vision camera, for example, Wearer based on the principle of triangulation using the difference between the distance between the left and right eyes of the wearer and the distance between the left and right eye night vision cameras The left eye image correction signal and the right eye image correction signal that are observed from the left eye and right eye positions are corrected.
For example, as shown in FIG. 7, the position of the cube (observation target) S includes the direction angle α from the left-eye night-
次に、立方体Sの位置が算出されれば、装着者Pの左眼ELと右眼ERとの間の距離dEは記憶手段に記憶されているので、装着者Pの左眼ELの位置から観察されたとされる方向角θと、装着者Pの右眼ERの位置から観察されたとされる方向角φとを定める。これにより、図3(b)に示すように、立方体Sの位置を、左眼用暗視カメラ2Lで撮影されたときの方向角αから、左眼ELの位置から観察される方向角θとなるように補正する。
同様に、右眼用暗視カメラ2Rで撮影されたときの方向角βから、右眼ERの位置から観察されたとされる方向角φとなるように補正する。さらに、同様にして、球体Tの位置を、左眼用暗視カメラ2Lで撮影されたときの方向角α’から、左眼ELの位置から観察される方向角θ’となるように補正する。同様に、右眼用暗視カメラ2Rで撮影されたときの方向角β’から、右眼ERの位置から観察されたとされる方向角φ’となるように補正する。
このように、左眼用暗視カメラ2Lから入力された左眼用映像信号を、装着者Pの左眼ELの位置から観察されたとされる左眼用映像補正信号に補正するとともに、右眼用暗視カメラ2Rから入力された右眼用映像信号を、装着者Pの右眼ERの位置から観察されたとされる右眼用映像補正信号に補正することになる。
Next, when the position of the cube S is calculated, since the distance dE between the left eye EL and the right eye ER of the wearer P is stored in the storage means, the position of the left eye EL of the wearer P is calculated. A direction angle θ that is observed and a direction angle φ that is observed from the position of the right eye ER of the wearer P are determined. Thereby, as shown in FIG. 3B, the position of the cube S is changed from the direction angle α when taken by the left-eye night-
Similarly, the correction is performed so that the direction angle β when observed from the position of the right eye ER is changed from the direction angle β when captured by the right-eye night-
As described above, the left-eye video signal input from the left-eye
したがって、本発明の頭部装着型表示装置によれば、装着者の左眼及び右眼には、左眼及び右眼の位置から観察されたとされる左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号で作成された左眼用表示光及び右眼用表示光が導かれるので、装着者は、近方にある観察対象物を観察したときにも、観察対象を正確な距離に視認できる。
また、本発明の頭部装着型表示装置は、前記補正信号作成手段は、前記左眼用映像信号において観察対象物と認識した画像を移動させることにより生じた欠損した個所に、前記右眼用映像信号を用いて画像を挿入することで補間し、前記右眼用映像信号において観察対象物と認識した画像を移動させることにより生じた欠損した個所に、前記左眼用映像信号を用いて画像を挿入することで補間するようにしてもよい。
Therefore, according to the head-mounted display device of the present invention, the left eye image correction signal and the right eye image that are observed from the positions of the left eye and the right eye are applied to the left eye and the right eye of the wearer. Since the display light for the left eye and the display light for the right eye created by the correction signal are guided, the wearer can visually recognize the observation target at an accurate distance even when observing an observation target nearby.
In the head-mounted display device according to the present invention, the correction signal creating means may be arranged for the right eye for a missing portion caused by moving an image recognized as an observation object in the left eye video signal. An image using the video signal for the left eye is interpolated by inserting an image using the video signal, and an image using the video signal for the left eye is generated in the missing portion generated by moving the image recognized as the observation object in the video signal for the right eye. May be interpolated by inserting.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and it goes without saying that various aspects are included without departing from the spirit of the present invention.
図1は、本発明の一実施形態である頭部装着型表示装置20の外観構成を示す図であり、図2は、頭部装着型表示装置20の概略構成を示すブロック図である。頭部装着型表示装置20は、半球形状のヘルメット1と、ヘルメット1の左側に配置され、かつ、左眼用画像GLを撮影する左眼用暗視カメラ2Lと、ヘルメット1の右側に配置され、かつ、右眼用画像GRを撮影する右眼用暗視カメラ2Rと、表示ユニット10と、左眼用暗視カメラ2Lから左眼用映像信号及び右眼用暗視カメラ2Rから右眼用映像信号が入力され、かつ、表示ユニット10に左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号を出力する映像信号処理部3とを備える。
FIG. 1 is a diagram showing an external configuration of a head-mounted
左眼用暗視カメラ2L及び右眼用暗視カメラ2Rは、取り込んだ赤外光(例えば、610nm以上の波長)の光量を増幅する暗視機能を有するものである。これにより、夜間等の環境下でも、外界の赤外光を発したり反射したりする観察対象物Sを確認できる。
そして、左眼用暗視カメラ2L及び右眼用暗視カメラ2Rは、観察対象物Sの立体視を可能とするため、一定のカメラ間距離(dC)を隔てるようにヘルメット1の左側と右側の同じ高さにそれぞれ配置されるとともに、各撮影方向(光軸)はカメラ間距離(dC)方向と垂直方向となるようにされている。
これにより、例えば、視野角が上下方向−15°〜15°、水平方向−20°〜20°である左眼用暗視カメラ2Lで撮影された左眼用画像GLが作成されるとともに、視野角が上下方向−15°〜15°、水平方向−20°〜20°である右眼用暗視カメラ2Rで撮影された右眼用画像GRが作成されることになる。よって、左眼用画像GLにおける位置がわかれば、左眼用暗視カメラ2Lからの方向角αが定められる。同様に、右眼用画像GRにおける位置がわかれば、右眼用暗視カメラ2Rからの方向角βが定められる。
The left-eye night-
The left-eye night-
Thereby, for example, a left-eye image GL photographed by the left-eye night-vision camera 2 </ b> L having a viewing angle of −15 ° to 15 ° in the vertical direction and −20 ° to 20 ° in the horizontal direction is created. A right-eye image GR photographed by the right-eye night-vision camera 2 </ b> R having angles of −15 ° to 15 ° in the vertical direction and −20 ° to 20 ° in the horizontal direction is created. Therefore, if the position in the left-eye image GL is known, the direction angle α from the left-eye night-
表示ユニット10は、装着者Pの左上方に配置される表示素子(左眼用出射手段)11L及びレンズ(左眼用光学系)12Lと、装着者Pの右上方に配置される表示素子(右眼用出射手段)11R及びレンズ(右眼用光学系)12Rと、装着者Pの左眼EL及び右眼ERの前方に配置されるバイザ(光学系)13とを有する。そして、表示素子(左眼用出射手段)11Lから出射される左眼用表示光は、レンズ12Lを通過して、バイザ13の反射面で反射されることにより、装着者Pの左眼ELに導かれるとともに、表示素子(右眼用出射手段)11Rから出射される右眼用表示光は、レンズ12Rを通過して、バイザ13の反射面で反射されることにより、装着者Pの右眼ERに導かれる。よって、装着者Pは、観察対象物Sを立体的に視認できるとともに、バイザ13を透過する光により前方実在物も視認できる。
The
ヘルメット1は、半球形状であり、装着者Pの頭部に装着されるものである。なお、装着者Pは、カメラ間距離(dC)の中心を通る左眼用暗視カメラ2L及び右眼用暗視カメラ2Rの撮影方向(光軸)と同方向上に、左眼ELと右眼ERとの中心がくるように、ヘルメット1を装着することになる。このとき、さらに、カメラ間距離(dC)の中心と、左眼ELと右眼ERとの中心とが同一となるようにすることが好ましい。
The helmet 1 has a hemispherical shape and is worn on the head of the wearer P. The wearer P has the left eye EL and the right eye in the same direction as the shooting direction (optical axis) of the left-eye night-
映像信号処理部3は、CPU3aを備え、さらに、位置データ等を記憶するメモリ(記憶手段)32と、左眼用表示電子回路3bと、右眼用表示電子回路3cとを有する。
CPU3aが実行する制御・演算内容を機能ごとに分けて説明すると、図2に示すように、左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号を作成する補正信号作成手段30と、表示素子(左眼用出射手段)11Lに左眼用映像補正信号を出力する左眼用出力手段31Lと、表示素子(右眼用出射手段)11Rに右眼用映像補正信号を出力する右眼用出力手段31Rとを有する。
The video
The control and calculation contents executed by the CPU 3a will be described separately for each function. As shown in FIG. 2, the correction signal generating means 30 for generating the left-eye video correction signal and the right-eye video correction signal, and the display element ( Left-eye output means 31L that outputs a left-eye video correction signal to 11L, and right-eye output means that outputs a right-eye video correction signal to the display element (right-eye emission means)
なお、メモリ32は、装着者Pの左眼ELと右眼ERとの間の距離dE、及び、左眼用暗視カメラ2Lと右眼用暗視カメラ2Rとの間のカメラ間距離dCを位置データとして記憶するものであり、例えば、装着者Pが使用前に、予め、左眼ELと右眼ERとの間の距離dE及びカメラ間距離dCを記憶させることになる。
また、メモリ32には、相対座標(XYZ座標)を記憶する。相対座標は、左眼用暗視カメラ2Lと右眼用暗視カメラ2Rとで形成された3次元座標系(XYZ座標)であり、原点及び各座標軸の方向を任意に定めることができるが、本実施形態では、左眼用暗視カメラ2Lから右眼用暗視カメラ2Rへの方向をX軸方向とし、X軸方向に垂直かつ撮影方向(光軸)に垂直な方向をY軸方向とし、X軸方向及びY軸方向に垂直な方向をZ軸方向とするように定義し、原点を左眼用暗視カメラ2Lと右眼用暗視カメラ2Rとの中点として定義するようにしてある。
The memory 32 indicates the distance dE between the left eye EL and the right eye ER of the wearer P and the inter-camera distance dC between the left eye
The memory 32 stores relative coordinates (XYZ coordinates). The relative coordinates are a three-dimensional coordinate system (XYZ coordinates) formed by the left-eye night-
左眼用表示電子回路3b及び右眼用表示電子回路3cは、それぞれ、表示素子(左眼用出射手段)11L及び表示素子(右眼用出射手段)11Rに、CPU3aからのデータ(左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号)に基づいて、駆動信号や制御信号等を出力する。 The left-eye display electronic circuit 3b and the right-eye display electronic circuit 3c are respectively supplied to the display element (left-eye emission means) 11L and the display element (right-eye emission means) 11R from the data (for the left eye). Based on the video correction signal and the right-eye video correction signal), a drive signal, a control signal, and the like are output.
補正信号作成手段30は、左眼用暗視カメラ2Lから入力された左眼用映像信号、及び、右眼用暗視カメラ2Rから入力された右眼用映像信号を、メモリ32に記憶された位置データを用いる三角測量の原理に基づいて、装着者Pの左眼EL及び右眼ERの位置から観察されたとされる左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号に補正する制御を行うものである。
例えば、まず、図3(a)に示すように、左眼用暗視カメラ2Lで撮影された左眼用画像GLを作成することにより、方向角αを、左眼用画像GLにおける立方体像の位置により定める。このとき、立方体像の位置を、左眼用画像GLにおける1画素でなく、立方体であると認識した範囲の画素単位で定めることが好ましい。次に、左眼用暗視カメラ2Lからの方向角αが算出された立方体像の位置を、例えば、面積相関法等を用いて、右眼用暗視カメラ2Rで撮影された右眼用画像GRから探し出すことにより、右眼用暗視カメラ2Rからの方向角βを定める。これにより、カメラ間距離dCの位置データはメモリ32に記憶されているので、相対座標(XYZ座標)での立方体Sの位置を算出する。
The correction signal creation means 30 stores the left-eye video signal input from the left-eye night-
For example, as shown in FIG. 3A, first, by creating a left-eye image GL photographed by the left-eye night-
次に、算出された立方体Sの位置と、装着者Pの左眼ELと右眼ERとの間の距離dEとにより、装着者Pの左眼ELの位置から観察されたとされる方向角θと、装着者Pの右眼ERの位置から観察されたとされる方向角φとを定める。これにより、図3(b)に示すように、立方体Sの位置を、左眼用暗視カメラ2Lで撮影されたときの方向角αから、左眼ELの位置から観察される方向角θとなるように補正する。同様に、右眼用暗視カメラ2Rで撮影されたときの方向角βから、右眼ERの位置から観察されたとされる方向角φとなるように補正する。さらに、同様にして、球体Tの位置を、左眼用暗視カメラ2Lで撮影されたときの方向角α’から、左眼ELの位置から観察される方向角θ’となるように補正する。同様に、右眼用暗視カメラ2Rで撮影されたときの方向角β’から、右眼ERの位置から観察されたとされる方向角φ’となるように補正する。
このように、左眼用暗視カメラ2Lから入力された左眼用映像信号を、装着者Pの左眼ELの位置から観察されたとされる左眼用映像補正信号に補正するとともに、右眼用暗視カメラ2Rから入力された右眼用映像信号を、装着者Pの右眼ERの位置から観察されたとされる右眼用映像補正信号に補正する。
なお、このとき、左眼用映像補正信号では、立方体Sの位置を方向角αから方向角θとなるように補正するため、方向角αを示す位置は、欠損することもありうるが、その位置には遠方に物体があると仮定して、遠方に物体があれば左眼用映像信号と右眼用映像信号とが示す方向角にも差がないと考えられるため、右眼用映像信号における方向角αの物体の画像を挿入することで補間する。また、同様にして、右眼用映像補正信号では、立方体Sの位置を方向角βから方向角φとなるように補正するため、方向角βを示す位置は、欠損することもありうるが、その位置には遠方に物体があると仮定して、左眼用映像信号における方向角βの物体の画像を挿入することで補間する。
Next, the direction angle θ assumed to be observed from the position of the left eye EL of the wearer P by the calculated position of the cube S and the distance dE between the left eye EL and the right eye ER of the wearer P. And a direction angle φ that is observed from the position of the right eye ER of the wearer P is determined. Thereby, as shown in FIG. 3B, the position of the cube S is changed from the direction angle α when taken by the left-eye night-
As described above, the left-eye video signal input from the left-eye
At this time, in the video correction signal for the left eye, the position indicating the direction angle α may be lost because the position of the cube S is corrected from the direction angle α to the direction angle θ. Assuming that there is an object at a distant location, if there is an object at a distant location, there is no difference in the direction angle indicated by the left-eye video signal and the right-eye video signal. Is interpolated by inserting an image of the object having the direction angle α. Similarly, in the video correction signal for the right eye, the position indicating the direction angle β may be lost because the position of the cube S is corrected from the direction angle β to the direction angle φ. Assuming that there is an object at that position in the distance, interpolation is performed by inserting an image of the object having the direction angle β in the left-eye video signal.
左眼用出力手段31Lは、左眼用表示電子回路3bに左眼用映像補正信号を出力する制御を行うものであり、右眼用出力手段31Rは、右眼用表示電子回路3cに右眼用映像補正信号を出力する制御を行うものである。
The left-
以上のように、頭部装着型表示装置20によれば、左眼用暗視カメラ2Lから入力された左眼用映像信号、及び、右眼用暗視カメラ2Rから入力された右眼用映像信号を、装着者Pの左眼ELと右眼ERとの間の距離dEとカメラ間距離dCとの違いを用いる三角測量の原理に基づいて、装着者Pの左眼EL及び右眼ERの位置から観察されたとされる左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号に補正することができる。したがって、装着者Pの左眼EL及び右眼ERには、左眼EL及び右眼ERの位置から観察されたとされる左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号で作成された左眼用表示光及び右眼用表示光が導かれるので、装着者Pは、近方にある観察対象物を観察したときにも、観察対象を正確な距離で視認できる。
As described above, according to the head-mounted
(他の実施形態)
(1)上述した頭部装着型表示装置20では、映像信号処理部3は、表示ユニット10に左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号を出力する構成としたが、近方に観察対象物がないと判断したときには、表示ユニットに左眼用映像信号及び右眼用映像信号をそのまま左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号として出力する構成としてもよい。
(Other embodiments)
(1) In the head-mounted
本発明は、例えば、ヘリコプタや航空機のパイロット、訓練用シミュレータの使用者、民生用の遊戯器や情報端末等の使用者に、画像を提供する頭部装着型表示装置等に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for, for example, a head-mounted display device that provides an image to a user of a helicopter, an aircraft pilot, a training simulator, a consumer game machine, an information terminal, or the like. .
1 ヘルメット(又はヘッドギア等の頭部保持機構)
2L 左眼用暗視カメラ
2R 右眼用暗視カメラ
3,103 映像信号処理部
3a CPU
3b 左眼用表示電子回路
3c 右眼用表示電子回路
10 表示ユニット
11L 表示素子(左眼用出射手段)
11R 表示素子(右眼用出射手段)
12L レンズ(左眼用光学系)
12R レンズ(右眼用光学系)
13 バイザ(又はコンバイナ)(光学系)
20,100 頭部装着型表示装置
30 補正信号作成手段
31L 左眼用出力手段
31R 右眼用出力手段
32 メモリ(記憶手段)
EL 左眼
ER 右眼
P 装着者
1 Helmet (or head holding mechanism such as headgear)
2L Night-vision camera for
3b Display electronic circuit for left eye 3c Display electronic circuit for
11R display element (emitter for right eye)
12L lens (optical system for left eye)
12R lens (optical system for right eye)
13 Visor (or combiner) (optical system)
20,100 Head-mounted
EL Left eye ER Right eye P Wearer
Claims (2)
前記装着者の頭部の右側に装着され、かつ、右眼用画像を撮影する右眼用暗視カメラと、
表示ユニットと、
前記左眼用暗視カメラから左眼用映像信号及び右眼用暗視カメラから右眼用映像信号が入力され、かつ、前記表示ユニットに左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号を出力する映像信号処理部とを備え、
前記表示ユニットは、左眼用表示光を出射する左眼用出射手段と、
右眼用表示光を出射する右眼用出射手段と、
前記左眼用表示光の光路を変更して装着者の左眼に導くとともに、前記右眼用表示光の光路を変更して装着者の右眼に導く光学系とを有する頭部装着型表示装置であって、
前記映像信号処理部は、前記装着者の左眼と右眼との位置、及び、前記左眼用暗視カメラと右眼用暗視カメラとの位置を位置データとして記憶する記憶手段と、
前記左眼用暗視カメラから入力された左眼用映像信号、及び、右眼用暗視カメラから入力された右眼用映像信号を、前記位置データを用いて三角測量の原理に基づいて各観察対象物であるとそれぞれ認識した範囲の画素単位で移動させて、装着者の左眼及び右眼の位置から観察されたとされる左眼用映像補正信号及び右眼用映像補正信号に補正する補正信号作成手段と、
前記左眼用出射手段に左眼用映像補正信号を出力する左眼用出力手段と、
前記右眼用出射手段に右眼用映像補正信号を出力する右眼用出力手段とを有することを特徴とする頭部装着型表示装置。 A left-eye night-vision camera that is mounted on the left side of the wearer's head and that captures a left-eye image;
A right-eye night-vision camera that is mounted on the right side of the wearer's head and that captures a right-eye image;
A display unit;
The left-eye video signal is input from the left-eye night camera and the right-eye video signal is input from the right-eye night camera, and the left-eye video correction signal and the right-eye video correction signal are input to the display unit. An output video signal processing unit,
The display unit includes left-eye emission means for emitting left-eye display light;
Right-eye emitting means for emitting right-eye display light;
A head-mounted display having an optical system that changes the optical path of the display light for the left eye and guides it to the left eye of the wearer and guides the optical path of the display light for the right eye to the right eye of the wearer A device,
The video signal processing unit, the storage means for storing the position of the left eye and the right eye of the wearer, and the position of the night vision camera for the left eye and the night vision camera for the right eye as position data;
The left-eye video signal input from the left-eye night-vision camera and the right-eye video signal input from the right-eye night-vision camera are each calculated based on the principle of triangulation using the position data. The image is moved in units of pixels within the range recognized as the observation object, and corrected to the left-eye video correction signal and the right-eye video correction signal that are observed from the left and right eye positions of the wearer. Correction signal generating means;
Left-eye output means for outputting a left-eye video correction signal to the left-eye emission means;
A head-mounted display device comprising: right-eye output means for outputting a right-eye video correction signal to the right-eye emitting means.
前記右眼用映像信号において観察対象物と認識した画像を移動させることにより生じた欠損した個所に、前記左眼用映像信号を用いて画像を挿入することで補間することを特徴とする請求項1に記載の頭部装着型表示装置。The interpolation is performed by inserting an image using the left-eye video signal into a missing portion generated by moving an image recognized as an observation object in the right-eye video signal. The head-mounted display device according to 1.
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