JP5432284B2 - 改善された３次元表示方式の方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般にディスプレイに関し、より詳細には３次元映像の表示に関する。

多くのシステムは、情報を映像、ビデオ、および／またはテキストの形でユーザに提示するためにディスプレイを利用する。ディスプレイは情報を効果的に伝達するが、本来２次元であることにより制約される。しかし、人間の目の能力は３次元での映像の知覚をもたらす。３次元（「３Ｄ」）技術は、これらの目の能力を扱うように設計されている。より現実的な３Ｄ性能を提供することは、ビデオ、インタラクティブ・ゲーム、ならびにコンピュータ・アニメーションおよびデザインを見るなどのアクティビティにおいて特に重要である。３Ｄ表示を生成するには、それぞれ異なる視点の映像をユーザの両目のそれぞれに配信する必要があり得る。それぞれ異なる視点を配信するための解決策は、立体３Ｄディスプレイ、ホログラフィック３Ｄディスプレイ、または自動立体３Ｄディスプレイのいずれかに分類することができる。

立体ディスプレイは、それぞれの目にそれぞれわずかに異なる映像を提示し、結果として３Ｄ映像の知覚を生じさせる。立体３Ｄディスプレイの解決策は、通常、ユーザ装着アクティブ機器（たとえばヘッドウェア）を必要とする。ヘッドウェアは、それぞれの目の視点の配信を表示と同期する、それぞれの目の前の別々のディスプレイまたはシャッタを備えてよい。代替として、偏光めがねまたはカラー・フィルタなどのパッシブ・アイウェアを装着してもよい。これらの解決策のそれぞれは、ユーザが利用可能な特別設計のヘッドウェアを購入し、装着し、所持することを必要とする可能性がある。さらに、各解決策は、特別設計のヘッドウェアと対話するために情報を特別にエンコードすることを必要とする可能性がある。

ホログラフィック３Ｄディスプレイは、オリジナル・シーンから出たものと同一のライト・フィールドを再現する。これらのディスプレイは、情報を光学的に記憶し、取り出し、処理する。ホログラフィック３Ｄディスプレイは、特別設計のヘッドウェアを必要としない可能性があるが、特別なホログラフィック・ディフューザおよび高速プロジェクタで覆われた回転鏡などの専用ハードウェアを必要とし、複雑なデジタル・ビジュアル・インターフェース（ＤＶＩ）を必要とする可能性がある。これらの構成要素は、非常に高いデータ転送速度を必要とし、途方もない費用を必要とする可能性がある。

自動立体３Ｄディスプレイは、通常、立体３Ｄディスプレイと同様の解決策を使用するが、特別設計のめがねまたは他のヘッドウェアを必要としない可能性がある。たとえば、視差バリア・ディスプレイは、２つの別々の層を使用する。第１の層上では、左目および右目のビューの組合せがアレンジされる。一方、たとえば不透明なバリアおよび透明なバリアから成る第２の層が、反対の目に到達する各視点の光を制限することができる。第１の層および第２の層の位置は、映像を３次元で知覚することができる特定の位置にユーザを限定する「ビューイング・ダイヤモンド」を生成する。ユーザが自分の頭をこれらの「ビューイング・ダイヤモンド」に置くと、それぞれの目にそれぞれ異なる映像が配信され、３Ｄ映像の知覚を生成する。

自動立体３Ｄディスプレイを生成するためのこれらの知られている方式は、いくつかの欠点を有する。第１に、視差バリア・ディスプレイの固定された構成のため、ビューイングが予め定義された「ビューイング・ダイヤモンド」に抑制される可能性がある。しかし、ユーザがディスプレイに対して頭を傾けるかまたはねじるか、あるいはユーザの両目がディスプレイから事実上それぞれ異なる距離にあって、映像の上限および下限で歪みを生じた場合、バリアを横に調整するか、あるいはディスプレイ／マスクの分離を変更するために、頭認識を使用するオフセット・ビューイングを使用して、「ビューイング・ダイヤモンド」を動的に調整することができる。これらのオフ角補正を補償するために、視差バリア・システムは、複雑なバリア／ディスプレイ構成を必要とする可能性がある。第２に、有限の視距離に起因して、ディスプレイ内の画素とそれらの分離によって生じたバリアとの間の見かけ上の距離のため、ディスプレイおよびバリアが全ディスプレイ面にわたって相互に対して同位相になったり逆位相になったりすることになる可能性がある。この位相シフトは非常に大きな暗帯（すなわち、「バンディング」）に見え、映像を垂直に流れ、ディスプレイの視角が増大するにつれてより顕著になる。

したがって、ユーザの利用可能な位置を最大化する自動立体ディスプレイの必要が存在する。

本発明は、多次元映像を表示する方法を提供する。より具体的には、本発明は映像を表示する方法を提供する。本発明の目的のために、ディスプレイは、ユーザの位置を追跡し、多次元ビューイングを実現するためにディスプレイ・ビューおよびバリア・マスク・パターンを動的に生成する。

第１の実施形態では、本発明は、表示システムにおいて映像を表示する方法を提供する。この方法は、表示システムにおいて少なくとも２つのディスプレイをアラインするステップを含むことができる。ここでは、第２のディスプレイは、第１のディスプレイ上に提示された映像をマスクすることができる。その後、多次元映像を配信するためにビュー位置に基づいてディスプレイを制御することができる。

他の実施形態では、本発明は、自動立体映像ディスプレイを提供する。本発明は、複数のディスプレイ、追跡システム、および制御モジュールを備えることができる。ここでは、制御モジュールは、ユーザ位置を判定するために追跡装置からの入力を使用することができる。その後、制御モジュールは、多次元映像を配信するためにユーザ位置に基づいてディスプレイを制御することができる。

本発明は、添付の図面を参照しながら以下の非限定的な実施形態の説明を読むことからよりよく理解されるであろう。

３Ｄ映像の自動立体配信を示す図である。 本発明の一態様を示す図である。 本発明の他の態様を示す図である。 本発明の他の態様を示す図である。 本発明の他の態様を示す図である。 本発明の他の態様を示す図である。

例示的適用形態の図面は原寸に比例するのではなく、単に概略図であり、したがって、本発明の特定の寸法を描写することを意図するものではないことが強調されるべきであり、本発明の特定の寸法は、本明細書における開示を調べることにより当業者は判定することができる。

表示技術を使用してコンテンツ配信を向上させることにかなりの研究努力が払われてきた。３Ｄ映像を効果的に提示するために、ユーザが自由に動くことができるようにする方法が望まれる可能性がある。したがって、利用可能なユーザ位置の増加に対応できる自動立体解決策の必要が存在する。

本発明は、多次元映像を表示する方法を提供する。より具体的には、本発明は、映像を表示する方法を提供する。本発明の目的のために、ディスプレイは、ユーザの位置を追跡することができ、多次元ビューイングを実現するためにディスプレイ・ビューおよびバリア・マスク・パターンを動的に生成する。

他の実施形態では、本発明は、自動立体映像ディスプレイを提供する。本発明は、複数のディスプレイ、追跡システム、および制御モジュールを備える。ここでは、制御モジュールは、ユーザ位置を判定するために追跡装置からの入力を使用する。その後、制御モジュールは、多次元映像を配信するためにユーザ位置に基づいてディスプレイを制御する。

図１を参照すると、ユーザの左目１３０−１から１３０ｎおよび右目１３１−１から１３１ｎにそれぞれ異なる映像を配信することにより引き起こされるビューイング位置制約が図示されている。ここでは、ユーザの左目および右目が位置１３０−１／１３１−１から１３０−ｎ／１３１−ｎに位置しているとき、ユーザは３Ｄで映像を知覚することができる。画素１０３および１０４は、ディスプレイ層１０５上にマップされ、マスク層１０６を介して見えにくくされ、マスク層１０６は、画素１０３を、経路１１２−１から１１２−ｎを介して左目の視域１２２−１から１２２−ｎに、および画素１０４を、経路１１０−１から１１０−ｎを介して右目の視域１２０−１から１２０−ｎに向ける。左目の視域１２２−１から１２２−ｎおよび右目の視域１２０−１から１２０ｎは、視域が、「二重映像」または「混同」域１２１−１から１２１−ｎおよび暗帯１２３−１から１２３−ｎによって分離されるという点で制限される。ユーザの頭の横の移動は、ユーザの目を視域１２０−１／１２２−１から１２０ｎ／１２２−ｎから持ち出し、３Ｄ知覚の喪失、歪んだ映像およびバンディングを引き起こす。バンディングは、映像のユーザの知覚における暗帯の介在である。

図２を参照すると、本発明の一実施形態が図示されている。ここでは、動的なユーザ位置を補償する３Ｄ表示システム２０１が図示されている。３Ｄ表示システム２０１は、少なくとも２つの液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ」）パネル２０５および２０６を含む。映像層と呼ばれる第１のパネル２０５は、ユーザ２１０に提示されることになる左の映像２２０−１から２２０−ｎおよび右の映像２２１−１から２２１−ｎを表示するために使用することができる。マスク層と呼ばれる第２のパネル２０６は、制御可能な照明バリアまたはマスクを形成するために、映像層２０５の前かまたは後ろのどちらかに配置される。マスク層２０６は、適切な左の映像および右の映像をユーザ２１０に向ける。パネル２０５および２０６は、光源２０４からの偏光がユーザ２１０へ通過することができるようにするように配置される。追跡システム２０２は、本明細書でより詳細に説明されているように、ディスプレイ２０５上の映像およびディスプレイ２０６上のマスクを調整するためにユーザ２１０の位置をコントローラ２０３に提供する。したがって、表示システム２０１は、適切な左の映像２２０−１から２２０−ｎおよび右の映像２２１−１から２２１−ｎをユーザ２１０に提供することができるようにされ、ユーザ２１０が３Ｄ映像を知覚することができるようにする。

ディスプレイ２０５および２０６は、同一のタイプの装置でなくてもよく、代替として、たとえば、プラズマ・ディスプレイ、デジタル光処理（「ＤＬＰ」）、表面伝導型電子放出素子ディスプレイ（「ＳＥＤ」）、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）、有機発光ダイオード（「ＯＬＥＤ」）、または電界放出ディスプレイ（「ＦＥＤ」）など、他の表示装置を使用してもよいことを当業者は容易に理解することができる。さらに、表示システム２０１は、単に２つのディスプレイ２０５および２０６に限定されなくてもよいことを当業者は容易に理解することができる。

さらに、図１に図示されているように、ユーザの両目が左目の視域１２２−１から１２２−ｎおよび右目の視域１２０−１から１２０−ｎに適切に位置していないとき、バンディングが生じる。多数の要因がバンディングの程度に影響を与え、したがって、バンディングの影響を軽減するアラインメント解決策が本明細書において提案される。

図３を参照すると、２つのディスプレイのディスプレイ・アラインメントおよびアラインメント考慮事項を詳しく説明する本発明の一実施形態が図示されている。ディスプレイ３０２における画素３０１−１から３０１−ｎのそれぞれは、空間解像度３０３およびカラー・エンコーディング・パターン３０４を有してよい。空間解像度は、各独立画素の単位長を指し、カラー・エンコーディング・パターンは、画素ごとの配色を備える一連の色を指す。同様に、ディスプレイ３０６における画素３０５−１から３０５−ｎのそれぞれは、空間解像度３０７およびカラー・エンコーディング・パターン３０８を有してよい。

バンディングは、ディスプレイ３０２の画素３０１−１から３０１−ｎの空間解像度３０３をディスプレイ３０６の画素３０５−１から３０５−ｎの空間解像度３０７と違うものにし、一方、必要とされる映像解像度のバランスを取ることにより、軽減されることが確認された。ディスプレイ３０２および３０６の空間解像度を違うものにすることは、バンディングの見かけ上の空間周波数を増大することにより各帯域の幅を低減する。各帯域の幅の低減は、見かけ上の解像度を改善する。

さらに、これらの帯域は、ディスプレイ３０２の画素３０１−１から３０１−ｎのカラー・エンコーディング・パターン３０４と、ディスプレイ３０６の画素３０５−１から３０５−ｎのカラー・エンコーディング・パターン３０８とを反転またはフリップすることにより、さらに低減することができる。この構成によって、ディスプレイ３０２および３０６の画素カラー・エンコーディング・パターンが反対の順序（たとえば、ディスプレイ３０２ではＲＧＢ、およびディスプレイ３０６ではＢＧＲ）で現れることになる。最後の可視的効果は、例示的な赤、緑、および青の帯域が全ディスプレイにわたってそれぞれ異なる位置で現れ、それによって、それらの可視性を低減することである。

図４を参照すると、隣接する画素４０１と４０２との間の混色、またはエイリアシングが図示されている。画素４０１は、赤、緑、および青のカラー・フィルタ４０３−１から４０３−３の不透明さのレベルを変えることにより、知覚された色を表すことができる。画素４０１のカラー・フィルタ４０３−１から４０３−３は、重複帯域４１０から４１３を含む。重複帯域４１１および４１２からの混色は、混色は画素４０１の中に閉じ込められる可能性があるので、問題を提起しない可能性がある。しかし、隣接する画素４０１および４０２はユーザのそれぞれ異なる目に配信される可能性があるので、画素４０１および４０２が、それぞれ、同一のカラー・フィルタ４０３−１から４０３−３および４０４−１から４０４−３をアクティブ化しなかった場合、隣接する画素４０１と４０２との間の重複４１３は歪みを引き起こす可能性がある。

再度図２を参照すると、改善されたディスプレイ２０５および２０６は、隣接する画素間の混色を軽減する解決策を組み込むことができる。たとえば、帯域の重複を低減するために、レーザ源またはＬＥＤなどの高輝度光源２０４を使用することができる。代替として、帯域重複は、連続光源２０４の代わりにストロボ光源２０４を使用することにより対処することができる。ディスプレイ２０５および２０６を相互に対して小さな距離、たとえば約０．２５ｍｍだけ動かすためにアクチュエータを組み込み、照明フラッシュ２０４とディスプレイ２０５および２０６との両方を同期することにより、左の映像と右の映像を交替させることができる。したがって、ディスプレイ２０５が隣接する画素内の左の映像および右の映像の同時表示を回避することができるようにすることは、混色を軽減することができる。さらに、ストロボ光２０４の使用は、表示システム２０１の見かけ上の空間解像度の倍増を可能にする。

本発明の利点を達成するために改善策はいずれも結合する必要はなく、表示システム２０１を改善するための他の方式が可能であることを当業者は容易に理解することができる。たとえば、ＲＧＢ以外のカラー・エンコーディング・パターンを使用してもよく、画素の配色を提供するために時間的色合成を使用してもよく、光源間の点をノッチ・アウトするバンド・パス・フィルタを生成することにより、混色を低減するために、フィルタ、たとえばホログラフィック・ミラーまたは光学フィルタを使用してもよい。

図５を参照すると、ユーザ５１０を追跡するための追跡システム５０１（本明細書では、追跡するための手段とも呼ばれる）が図示されている。追跡装置５０３および５０４は、三角測量測定値５０３から５０６によってユーザ５１０の左目５１１および右目５１２の位置を計算し、目の位置５１１および５１２をコントローラ５０２に提供する。追跡装置５０３および５０４は、ユーザ５１０の左目５１１および右目５１２を正確に測位することができる顔追跡ソフトウェアを有する２つの追跡装置５０３および５０４を含んでよい。追跡装置５０３および５０４は同一のタイプの装置でなくてもよく、赤外線（ＩＲ）レンジ・センサまたは視線追跡装置など、他の装置を使用することもできることを当業者は容易に理解することができる。

追跡の手段が重要なのではなく、提供される位置情報が重要なので、位置は、表示システムの一部分ではない外部追跡装置を介して表示システムに位置情報を入力することにより追跡することができることを当業者はさらに理解することができる。最後に、位置を追跡することはユーザの目に限定されなくてもよいことを当業者は容易に理解することができる。たとえば、頭追跡システムを利用してもよく、目の位置はソフトウェアを介して算出してもよい。

図６を参照すると、表示システム６０１（本明細書では、画素を選択的にアクティブ化するための手段とも呼ばれる）は、ディスプレイ６０５および６０６の制御を詳細に説明する本発明の一実施形態を図示する。コントローラ６０３は、追跡システム６０２からの入力に基づいてディスプレイ６０５および６０６を制御する、表示システム６０１の中のプロセッサによって実行されるソフトウェアでよい。追跡システム６０２によって提供されたユーザ６３０の位置の知識ならびにディスプレイ６０５および６０６のジオメトリを使用することにより、コントローラ６０２は、ディスプレイ６０５上の映像およびディスプレイ６０６上のマスクを判定する。たとえば、コントローラ６０３は、画素６１１−１から６１１−ｎおよび画素６１２−１から６１２−ｎを選択的にアクティブ化することにより、ディスプレイ６０５上の映像を判定し、画素６２０−１から６２０−ｎを選択的にアクティブ化することにより、ディスプレイ６０６上でマスクを生成する。このマスクは、画素６１１−１から６１１−ｎをユーザ６３０の左目６３２に向け、画素６１２−１から６１２−ｎをユーザ６３０の右目６３１に向ける。ユーザ６３０の右目６３１および左目６３２にそれぞれ異なる映像を提示することは、ユーザ６３０がディスプレイ６０５上の映像を３Ｄで知覚することができるようにする。

他の方式を使用することができることを当業者は容易に理解することができる。リアルタイム・パフォーマンスは、目６３１および６３２のそれぞれの位置に対する解を予め算出し、次いで、表示するべき必要とされる映像を判定した後に、最後の処理ステップとしてディスプレイ６０５および６０６を修正することにより、改善することができる。ソフトウェアでディスプレイ６０５および６０６の構成を修正する際のこの柔軟性のため、パネルの機械的な動きは、最終的な３Ｄ映像を生成するのに必要とされない可能性がある。さらに、コントローラ６０３の使用は、ディスプレイをサブミクロンの精度でアラインする必要があり得る精密な製作処理なしで、ディスプレイの欠陥の補正およびディスプレイの相対的位置の補償に対応できる。

さらに、コントローラ６０３は、表示システム６０１の中のプロセッサによって実行されるソフトウェア・システムでなくてもよいことを当業者は容易に理解することができる。たとえば、ソフトウェアおよび／またはプロセッサは、表示システム６０１の外部にあってもよく、あるいはコントローラ６０３はグラフィックス・プロセッシング・ユニットに組み込まれていてもよい。

特定の発明が例示的実施形態に関連して説明されてきたが、この説明は限定的に解釈されるものではない。本発明は上記のように説明されてきたが、例示的実施形態の様々な変更形態ならびに本発明の追加の実施形態が、本明細書に添付された特許請求の範囲に記載の本発明の趣旨から逸脱することなく、この説明を参照することによって当業者には明らかになることが理解される。本明細書で図示され説明された例示的適用形態に厳密に従うことなく、かつ本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明に対して様々な他の変更、構成、および方法を実施することができることを当業者は容易に理解するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は本発明の真の範囲に含まれるようないかなる変更形態または実施形態をも含むことが企図される。

Claims (10)

1. 第１のディスプレイと、該第１のディスプレイの前か又は後ろのどちらかに配置された第２のディスプレイと、を具備する装置に映像を表示する方法であって、
   前記装置において第２のディスプレイに対して第１のディスプレイを配置するステップであって、
   前記第１のディスプレイが第１の画素カラー・エンコーディング・パターンを有し、前記第２のディスプレイが第２の画素カラー・エンコーディング・パターンを有し、前記第１の画素カラー・エンコーディング・パターンおよび前記第２の画素カラー・エンコーディング・パターンが互いに異なることを特徴とする、配置するステップと、
   追跡するための手段によって、第１の位置と第２の位置を判定するステップと、
   コントローラによって、第１の映像を表示するために前記第１のディスプレイ上の第１の画素の集合をアクティブ化し、第２の映像を表示するために該第１のディスプレイ上の第２の画素の集合をアクティブ化するステップと、
   前記コントローラによって、前記第１の位置、前記第２の位置、前記第１の映像、及び前記第２の映像に基づいて、前記第２のディスプレイ上の画素をアクティブ化するステップであり、該第１の映像は該第１の位置に向けられ、該第２の映像は該第２の位置に向けられる、アクティブ化するステップと、を含み、
   前記第１の画素の集合は前記第２の画素の集合と異なる集合である、
   方法。
2. 複数の前記追跡するための手段を使用して前記第１の位置及び前記第２の位置を追跡するステップをさらに備え、
   前記第１の位置はユーザの右目の位置であり、前記第２の位置は該ユーザの左目の位置であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記装置において混色フィルタを使用することによって、混色をフィルタリングするステップ
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至２のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記装置において、ストロボ光源およびアクチュエータによる相対的なディスプレイ移動を使用するステップ
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. ３Ｄ映像を見るための映像表示装置であって、
   制御モジュールと、
   前記制御モジュールに通信可能に結合された追跡システムと、
   前記制御モジュールに通信可能に結合された第１のディスプレイおよび第２のディスプレイと、を備え、前記第１のディスプレイが第１の画素カラー・エンコーディング・パターンを有し、前記第２のディスプレイが第２の画素カラー・エンコーディング・パターンを有し、
   前記第１の画素カラー・エンコーディング・パターンおよび前記第２の画素カラー・エンコーディング・パターンが互いに異なり、
   前記制御モジュールが前記複数のディスプレイのそれぞれ上の画素を選択的にアクティブ化するために、前記追跡システムによって提供された位置を使用する、
   映像表示装置。
6. 前記第１のディスプレイが第１の画素空間解像度を有し、前記第２のディスプレイが第２の画素空間解像度を有し、該第１の画素空間解像度および該第２の画素空間解像度が互いに異なることを特徴とする、請求項５に記載の映像表示装置。
7. 前記ディスプレイが、少なくとも２つのディスプレイの間でそれぞれ異なるカラー・エンコーディング・パターンを達成するために、時間的に色を合成することを特徴とする、請求項５乃至６のいずれか１項に記載の映像表示装置。
8. レーザ光源を備えることを特徴とする、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の映像表示装置。
9. 複数の混色フィルタを備えることを特徴とする、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の映像表示装置。
10. ストロボ光源および調整可能なディスプレイを備えることを特徴とする、請求項５乃至９のいずれか１項に記載の映像表示装置。

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