JP5625979B2 - 表示装置および表示方法ならびに表示制御装置 - Google Patents

表示装置および表示方法ならびに表示制御装置 Download PDF

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Description

本開示は、互いに視差のある複数の視差画像を用いて立体表示を行う表示装置および表示方法ならびに表示制御装置に関する。
立体表示を行う手法としては、立体視用の眼鏡を用いる眼鏡方式と、立体視用の特殊な眼鏡を用いることなく裸眼での立体視を可能にした裸眼方式とがある。眼鏡方式の代表的なものとしては、左眼用シャッタと右眼用シャッタとを有するシャッタめがねを用いるシャッタめがね方式がある。シャッタめがね方式では、2次元表示パネルに左眼用と右眼用の各視差画像をフレームシーケンシャルで高速で交互に表示する。そして、各視差画像の表示タイミングに合わせて左眼用シャッタと右眼用シャッタとを交互に切り換えることにより、観察者の左眼には左眼用視差画像、右眼には右眼用視差画像のみを入射させることで、立体視を可能にしている。
一方、裸眼方式の代表的なものとしては、パララックスバリア方式とレンチキュラレンズ方式とがある。パララックスバリア方式やレンチキュラ方式の場合、2次元表示パネルに立体視用の視差画像(2視点の場合には右眼用視差画像と左眼用視差画像)を空間分割して表示し、その視差画像を視差分離手段によって水平方向に視差分離することで立体視が行われる。パララックスバリア方式の場合、視差分離手段としてスリット状の開口が設けられたパララックスバリアを用いる。レンチキュラ方式の場合、視差分離手段として、シリンドリカル状の分割レンズを複数並列配置したレンチキュラレンズが用いられる。
特開平9−121370号公報 特開2004−289527号公報
上述のような立体表示を行う場合において、観察者が知覚する立体表示の奥行き感(奥行き知覚量)は、各視差画像の視差量に応じて変化する。上記特許文献1,2には、視差量の最適化に関する技術が記載されているが、その最適化手法が最良であるとは限らない。
本開示の目的は、視距離に依らず、例えば意図した奥行き知覚量での良好な立体表示を行うことができるようにした表示装置および表示方法ならびに表示制御装置を提供することにある。
本開示による表示装置は、立体画像データに基づいて立体画像を表示する表示部と、観察者の視距離を検出する検出部と、視差量と奥行き知覚量との対応関係を奥行き知覚感度の低下を加味せずに示した第1の関係データと、視距離による奥行き知覚感度の低下を加味した状態での視差量と奥行き知覚量との対応関係を示した第2の関係データとを記憶する記憶部と、検出された視距離に応じて、立体画像データの視差量を第1の視差量から第2の視差量へと変更する調整部とを備え、調整部が、第1の視差量に対応する奥行き知覚量を第1の関係データに基づいて算出すると共に、算出された奥行き知覚量に対応する第2の視差量を第2の関係データから取得するようにしたものである。
本開示による表示制御装置は、立体画像データに基づいて立体画像を表示する際の観察者の視距離を検出する検出部と、視差量と奥行き知覚量との対応関係を奥行き知覚感度の低下を加味せずに示した第1の関係データと、視距離による奥行き知覚感度の低下を加味した状態での視差量と奥行き知覚量との対応関係を示した第2の関係データとを記憶する記憶部と、検出された視距離に応じて、立体画像データの視差量を第1の視差量から第2の視差量へと変更する調整部とを備え、調整部は、第1の視差量に対応する奥行き知覚量を第1の関係データに基づいて算出すると共に、算出された奥行き知覚量に対応する第2の視差量を第2の関係データから取得するようにしたものである。
本開示による表示方法は、 視差量と奥行き知覚量との対応関係を奥行き知覚感度の低下を加味せずに示した第1の関係データと、視距離による奥行き知覚感度の低下を加味した状態での視差量と奥行き知覚量との対応関係を示した第2の関係データとを記憶部に記憶しておき、立体画像データに基づいて立体画像を表示する際に、観察者の視距離を検出する処理と、検出された視距離に応じて、立体画像データの視差量を第1の視差量から第2の視差量へと変更する処理とを実行し、第2の視差量へと変更する処理では、第1の視差量に対応する奥行き知覚量を第1の関係データに基づいて算出すると共に、算出された奥行き知覚量に対応する第2の視差量を第2の関係データから取得するようにしたものである。
本開示の表示装置、表示制御装置または表示方法では、立体画像データの視差量が第1の視差量から第2の視差量へと変更される。この際、視距離に応じて第1の視差量と第2の視差量との対応関係が異なるように視差量が調整される。これにより、例えば、視距離に応じて観察者の奥行き知覚感度の低下を補うよう、立体画像データの視差量が調整される。
本開示の表示装置、表示制御装置または表示方法によれば、立体画像データの視差量を第1の視差量から第2の視差量へと変更し、その際に、視距離に応じて第1の視差量と第2の視差量との対応関係を異ならせるようにしたので、例えば視距離に応じて観察者の奥行き知覚感度の低下を補うよう、立体画像データの視差量を調整することができる。これにより、視距離に依らず、例えば意図した奥行き知覚量での良好な立体表示を行うことができる。
本開示の一実施の形態に係る立体表示装置の全体構成の一例を示すブロック図である。 視差量と奥行き知覚量との幾何学的な関係を示す説明図である。 視差量と奥行き知覚量との対応関係を、視差量の調整方法の第1の例と共に示す説明図である。 視差量と奥行き知覚量との対応関係を、視差量の調整方法の第2の例と共に示す説明図である。
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
[立体表示装置の全体構成]
図1は、本開示の一実施の形態に係る立体表示装置の一構成例を示している。この立体表示装置は、表示部10と、カメラ11と、距離推定部21と、補正係数保持部22と、両眼視差調整量算出部23と、両眼視差調整部24と、画像生成部25と、表示制御部26とを備えている。
表示部10は、液晶表示パネル、エレクトリックルミナンス方式の表示パネル、またはプラズマディスプレイ等の2次元表示ディスプレイで構成されている。表示部10の表示画面には、複数の画素が2次元的に配列されている。表示部10の表示画面には、この立体表示装置の立体表示方式に応じた画像表示がなされる。
この立体表示装置の立体表示方式は、特に限定されない。例えばシャッタめがね方式等のめがね方式であっても良いし、パララックスバリア方式やレンチキュラレンズ方式等の裸眼方式であっても良い。例えばシャッタめがね方式の場合、表示部10には、例えば左右2視点の視差画像(左眼用視差画像および右眼用視差画像)が時分割で交互に表示される。また例えば裸眼方式の場合、表示部10には、複数の視点用の視差画像(左右2視点の視差画像または多視点の視差画像)が1画面内に合成された視差合成画像が表示される。すなわち、複数の視差画像が空間分割されて表示される。
カメラ11は、観察者1を検出して観察者1を撮影するものである。距離推定部21は、カメラ11による撮影画像を解析することによって、観察者1の視距離を推定・検出するものである。視距離の検出には、例えばフェイストラッキング技術を用いることができる。なお、視距離は通常、表示部10の表示面から観察者1の両眼の中心位置までの距離である。
補正係数保持部22は、視差量を調整するためのデータを保持している。補正係数保持部22は、視差量と奥行き知覚量との対応関係を奥行き知覚感度の低下を加味せずに示した第1の関係データ(後述の図3に示す幾何学的な予測値から得られるデータ)を保持している。補正係数保持部22はまた、視距離による奥行き知覚感度の低下を加味した状態での視差量と奥行き知覚量との対応関係を示した第2の関係データ(後述の図3に示す実測値から得られるデータ)を保持している。
両眼視差調整量算出部23、両眼視差調整部24および画像生成部25は、視距離に応じて観察者1の奥行き知覚感度の低下を補うよう、入力された立体画像データの視差量を調整して、表示部10に実際に表示する立体画像データを生成するものである。入力される立体画像データは、立体表示方式に応じた複数の視差画像を含む画像データとなっている。両眼視差調整量算出部23は、補正係数保持部22に記憶された視差量と奥行き知覚量との対応関係を示すデータに基づいて、入力された立体画像データの視差量の調整量を算出するようになっている。両眼視差調整部24は、算出された視差量の調整量に基づいて、画像生成部25に対して視差量の調整された立体画像データを生成させるようになっている。より具体的には、両眼視差調整量算出部23は、調整前の立体画像データの第1の視差量に対応する奥行き知覚量を、第1の関係データ(後述の幾何学的な予測値)に基づいて算出すると共に、算出された奥行き知覚量に対応する第2の視差量を視差量の調整量として第2の関係データ(後述の実測値)から取得するようになっている。両眼視差調整部24は、入力された立体画像データの視差量を第1の視差量から第2の視差量へと変更するよう、画像生成部25を制御する。表示制御部26は、画像生成部25によって生成された視差量の調整後の立体画像データを表示部10に表示させる。
[視距離と奥行き知覚量との関係について]
図2は、視差量と奥行き知覚量との幾何学的な関係を示している。図2では、視差画像として、L(左眼用)画像2LとR(右眼用)画像2Rとを表示部10に表示している場合の立体視の原理を模式的に示している。立体画像の見え方(立体感、奥行き感)は、視差量の違いによって異なってくる。仮に、基準面(表示部10における画像表示面)上で左眼用画像2Lおよび右眼用画像2Rが同一の画素位置にあり、視差量がゼロであれば、観察者1の左眼1Lと右眼1Rとで画像表示面上の同一の画素位置を観察することになり、実質的に2次元(2D)表示と同じである。この場合、表示画像に視差はなく観察者1は実像を見ることになる。一方、図2では、左眼用画像2Lおよび右眼用画像2Rを視差のある状態で表示した場合を示している。特に図2では、基準面(画像表示面)上で右眼用画像2Rが左眼用画像2Lに対して左側に位置している。この場合、観察者1は画像表示面に対して手前側の虚像を見る状態で立体視している。この場合、手前側に画像が飛び出して見えるような立体感が得られる。このように手前側に画像が飛び出して見えるような状態の奥行き量を、例えば+方向と定義すると、奥行き量の+方向の絶対値が大きいほど、より手前側に画像が飛び出して見えるような立体感が得られる。なお、図示を省略するが、図2の場合とは左眼用画像2Lと右眼用画像2Rとの左右の表示位置が逆となる場合、すなわち、画像表示面上で右眼用画像2Rが左眼用画像2Lに対して右側に位置する場合には、観察者1は画像表示面に対して奥側の虚像を見る状態で立体視することになる。
図2に示したように、幾何学的な関係から、画像表示面から観察者1の見る虚像の位置(幾何学的な予測位置)P1までの距離は、以下の式で表される。ここで、Z0は視距離(画像表示面から観察者1の両眼の中心位置までの距離)、dは左眼1Lと右眼1Rとの距離(瞳孔間距離)、xは画像表示面上での左眼用画像2Lと右眼用画像2Rとの表示位置の差(視差量)を示している。
Z(x)=Z0・x/(x+d) ……(1)
上記したZ(x)は、幾何学的に予測される理論的な奥行き知覚量であるが、実際には、人間の視覚特性により、視距離Z0に応じて奥行き知覚感度が変化する。図2において、P1’は人間の視覚特性を考慮した場合に実際に見える虚像の位置、Z’は実際の奥行き知覚量を示している。
図3は、視差量と奥行き知覚量との対応関係を示している。横軸は両眼視差量(図2の視差量x)、縦軸は画像表示面からの飛び出し量(図2の奥行き知覚量ZまたはZ’)を示している。図3において実線は、幾何学的に予測される理論的な奥行き知覚量と視差量との関係(予測値)を示している。黒塗り三角印等のプロット点は、実際に知覚される奥行き知覚量と視差量との関係(実測値)を示している。特に視距離6.0mのときの実測値については、黒塗りの菱形のプロットと破線のグラフで示している。視差量と奥行き知覚量との対応関係は、視距離(図2の視距離Z0)によって変化する。図3には、予測値と実測値とのそれぞれについて、視距離を1.5m、3.0m、4.5m、6.0m、7.5mにした場合をグラフで示している。なお、図3は、表示部10が40インチの大きさでフルHD(1920×1080)の解像度を有し、観察者1の瞳孔間距離dが標準的な65mmである場合の結果を示している。
図3は、ある視差を設けた物体を異なる距離から見た時に、その物体が表示面からどの程度飛び出して見えるかを示したものである。視距離が遠くなるにつれて、物体の飛び出しを感じにくくなる傾向が分かる。このため、例えば視距離が6.0mである場合を例にすると、視差量を20pixelにした場合の奥行き知覚量の予測値を実際に観測者に知覚させるためには、視差量を25pixelにまで増やす必要がある。
[立体表示装置の動作]
図3から分かるように、本来の意図した奥行き量を知覚させるためには、視距離に応じて観察者1の奥行き知覚感度の低下を補うよう、視差量を調整する必要がある。このため、この立体表示装置では、カメラ11で観察者1を随時撮影する。そして、距離推定部21において、カメラ11による撮影画像を解析することによって、観察者1の視距離を検出する。次に、両眼視差調整量算出部23において、補正係数保持部22に記憶された視差量と奥行き知覚量との対応関係を示すデータに基づいて、入力された立体画像データの視差量の調整量を算出する。両眼視差調整部24では、算出された視差量の調整量に基づいて、画像生成部25に対して視差量の調整された立体画像データを生成させる。
補正係数保持部22には、視差量と奥行き知覚量との対応関係を奥行き知覚感度の低下を加味せずに示した第1の関係データ(図3に示す幾何学的な予測値から得られるデータ)をあらかじめ保持しておく。補正係数保持部22にはまた、視距離による奥行き知覚感度の低下を加味した状態での視差量と奥行き知覚量との対応関係を示した第2の関係データ(図3に示す実測値から得られるデータ)をあらかじめ保持しておく。両眼視差調整量算出部23では、調整前の立体画像データの第1の視差量に対応する奥行き知覚量を、第1の関係データ(幾何学的な予測値)に基づいて算出すると共に、算出された奥行き知覚量に対応する第2の視差量を、視差量の調整量として第2の関係データ(実測値)から取得する。両眼視差調整部24は、入力された立体画像データの視差量を第1の視差量から第2の視差量へと変更するよう、画像生成部25を制御する。具体的には、例えば図3に示したように、視距離が6.0mである場合において、調整前の視差量(第1の視差量)が20pixelであったとすると、調整後の視差量(第2の視差量)は25pixelに変更される。これにより、観察者1に対して意図した奥行き知覚量での立体表示を行うことができる。
[視差量の調整の変形例]
以上のような視差量の調整を行う際に、調整前の立体画像データの視差量(第1の視差量)が所定の最大値以上となる場合には、観察者の奥行き知覚感度の低下を補いつつ、奥行き知覚量が一定となるようにしても良い。例えば図2に示したように、視差量xのときの幾何学的に予測される奥行き知覚量をZ(x)、実際の奥行き知覚量をZ’としたとき、例えば視差量xが30pixel以上では、Z’=Z(30)で一定となるようにする。表示部10が40インチの大きさでフルHD(1920×1080)の解像度を有し、観察者1の瞳孔間距離dが65mmという観察条件下においては、図4に示したように、例えば視距離が1.5mのときには、視差量xが30pixelでは幾何学的に予測される奥行き知覚量Z(x)は263mmとなる。また同様の観察条件下において、例えば視距離が6.0mのときには、視差量xが30pixelでは幾何学的に予測される奥行き知覚量Z(x)は1053mmとなる。例えば視距離が6.0mで、入力された立体画像データの視差量xが30pixel以上となる場合には、実際の奥行き知覚量Z’が1053mmで一定となるように視差量を変更する。この場合、変更後の視差量(第2の視差量)は図4に示す実測値から得られるデータに基づいて決定される。すなわち、両眼視差調整量算出部23は、調整前の視差量(第1の視差量)が所定の最大値(例えば30pixel)以上となる場合には、調整後の視差量(第2の視差量)を所定の最大値に対応する固定の値とする。なお、奥行き知覚量をどの程度の値で一定にするかは、例えば立体表示装置の製造者や観察者の好みに応じて決めればよい。
[調整量の算出の第1の変形例]
以上の説明では、視差量と奥行き知覚量との対応関係を示す第1および第2の関係データを補正係数保持部22に保持しておき、両眼視差調整量算出部23では、それら2つの関係データに基づいて第2の視差量を算出するようにしていたが、奥行き知覚量の値を直接的に用いずに第2の視差量を算出するようにしても良い。
例えば、補正係数保持部22に、下記の[表1]に示すようなルックアップテーブルを関係データとして保持しておく。[表1]に示した関係データは、視距離Z0と第1の視差量x(調整前の視差量)と第2の視差量x’(調整後の視差量)との対応関係を示したものである。第2の視差量x’は、第1の視差量xに対して調整量Δxを加えた値である。調整量Δxは、図3に示す幾何学的な予測値から得られるデータと、図3に示す実測値から得られるデータとから、あらかじめ求められたものである。結果的に、第2の視差量x’は、第1の視差量xに対して視距離Z0による観察者の奥行き知覚感度の低下を補うように最適化された値となる。第1の視差量xと第2の視差量x’との対応関係は、視距離Z0に応じて異なっている。両眼視差調整量算出部23では、[表1]に示したような関係データに基づいて、入力された立体画像データの視差量の調整量(第2の視差量x’)を算出する。両眼視差調整部24では、算出された第2の視差量x’に基づいて、画像生成部25に対して視差量の調整された立体画像データを生成させる。
Figure 0005625979
@0003
[調整量の算出の第2の変形例]
以上の説明では、視距離Z0に応じて、第1の視差量xと第2の視差量x’との対応関係を可変させるものとしていたが、さらに観察者1の瞳孔間距離d(両眼間距離)に応じて視差量を可変制御するようにしても良い。上述の図2および上記式(1)から分かるように、奥行き知覚量Z(x)は瞳孔間距離dの値によっても変化する。[表2]は、視距離Z0および瞳孔間距離dに応じた、視差量xと幾何学的に予測される理論的な奥行き知覚量Z(x)との対応関係の一例を示している。なお、[表2]における瞳孔間距離d=65mmのときの視差量xと奥行き知覚量Z(x)との関係は、図3、図4における視距離が1.5m、3.0m、6.0mのときの実線のグラフに相当する。
本変形例では、距離推定部21において、カメラ11による撮影画像を解析することによって、観察者1の視距離Z0に加えて、瞳孔間距離dを検出する。補正係数保持部22には例えば、瞳孔間距離dと視距離Z0と第1の視差量x(調整前の視差量)と第2の視差量x’(調整後の視差量)との対応関係を示した関係データを記憶しておく。例えば上記第1の変形例の[表1]に示すようなルックアップテーブルを、想定される複数の瞳孔間距離dの値ごとに求めて関係データとして記憶しておく。両眼視差調整量算出部23では、その視距離Z0と瞳孔間距離dとに応じた関係データに基づいて、入力された立体画像データの視差量の調整量(第2の視差量x’)を算出する。両眼視差調整部24では、算出された第2の視差量に基づいて、画像生成部25に対して視差量の調整された立体画像データを生成させる。
Figure 0005625979
@0004
[効果]
以上説明したように、本実施の形態に係る立体表示装置によれば、視距離に応じて観察者1の奥行き知覚感度の低下を補うよう、立体画像データの視差量を調整するようにしたので、視距離に依らず、意図した奥行き知覚量での良好な立体表示を行うことができる。人間の視覚特性により、視距離が遠くなるにつれて奥行き知覚量が低下するが、本実施の形態に係る立体表示装置によれば、視距離が遠くなった場合にも、奥行き知覚量の低下が抑制される。
<その他の実施の形態>
本開示による技術は、上記実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば、本技術は以下のような構成を取ることができる。
(1)
立体画像データに基づいて立体画像を表示する表示部と、
観察者の視距離を検出する検出部と、
立体画像データの視差量を第1の視差量から第2の視差量へと変更する調整部と
を備え、
調整部は、検出された視距離に応じて第1の視差量と第2の視差量との対応関係を異ならせる
表示装置。
(2)
第2の視差量は、第1の視差量に対して視距離による観察者の奥行き知覚感度の低下を補うように最適化された値である
上記(1)に記載の表示装置。
(3)
視距離と第1の視差量と第2の視差量との対応関係を示した関係データを記憶する記憶部をさらに備え、
調整部は、関係データに基づいて立体画像データの視差量を第1の視差量から第2の視差量へと変更する
上記(1)または(2)に記載の表示装置。
(4)
調整部は、第1の視差量が所定の最大値以上となる場合には、第2の視差量を所定の最大値に対応する固定の値とする
上記(1)ないし(3)のいずれか1つに記載の表示装置。
(5)
視差量と奥行き知覚量との対応関係を奥行き知覚感度の低下を加味せずに示した第1の関係データと、視距離による奥行き知覚感度の低下を加味した状態での視差量と奥行き知覚量との対応関係を示した第2の関係データとを記憶する記憶部をさらに備え、
調整部は、第1の視差量に対応する奥行き知覚量を第1の関係データに基づいて算出すると共に、算出された奥行き知覚量に対応する第2の視差量を第2の関係データから取得する
上記(1)、(2)または(4)に記載の表示装置。
(6)
検出部は、観察者の瞳孔間距離をさらに検出し、
調整部は、検出された視距離と瞳孔間距離とに応じて第1の視差量と第2の視差量との対応関係を異ならせる
上記(1)、(2)または(4)に記載の表示装置。
(7)
瞳孔間距離と視距離と第1の視差量と第2の視差量との対応関係を示した関係データを記憶する記憶部をさらに備え、
調整部は、関係データに基づいて立体画像データの視差量を第1の視差量から第2の視差量へと変更する
上記(6)に記載の表示装置。
1…観察者、1L…左眼、1R…右眼、2L…L画像(左眼用画像)、2R…R画像(右眼用画像)、10…表示部、11…カメラ、21…距離推定部、22…補正係数保持部、23…両眼視差調整量算出部、24…両眼視差調整部、25…画像生成部、26…表示制御部、d…瞳孔間距離、x…視差量、P1…予測位置、P1’…実際に見える位置、Z0…視距離、Z…幾何学的に予測される奥行き知覚量、Z’…実際の奥行き知覚量。

Claims (5)

  1. 立体画像データに基づいて立体画像を表示する表示部と、
    観察者の視距離を検出する検出部と、
    視差量と奥行き知覚量との対応関係を奥行き知覚感度の低下を加味せずに示した第1の関係データと、視距離による奥行き知覚感度の低下を加味した状態での視差量と奥行き知覚量との対応関係を示した第2の関係データとを記憶する記憶部と、
    検出された前記視距離に応じて、前記立体画像データの視差量を第1の視差量から第2の視差量へと変更する調整部と
    を備え、
    前記調整部は、前記第1の視差量に対応する奥行き知覚量を前記第1の関係データに基づいて算出すると共に、算出された奥行き知覚量に対応する前記第2の視差量を前記第2の関係データから取得する
    表示装置。
  2. 前記第2の視差量は、前記第1の視差量に対して視距離による観察者の奥行き知覚感度の低下を補うように最適化された値である
    請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記調整部は、前記第1の視差量が所定の最大値以上となる場合には、前記第2の視差量を前記所定の最大値に対応する固定の値とする
    請求項1または2に記載の表示装置。
  4. 視差量と奥行き知覚量との対応関係を奥行き知覚感度の低下を加味せずに示した第1の関係データと、視距離による奥行き知覚感度の低下を加味した状態での視差量と奥行き知覚量との対応関係を示した第2の関係データとを記憶部に記憶しておき、
    立体画像データに基づいて立体画像を表示する際に、
    観察者の視距離を検出する処理と、
    検出された前記視距離に応じて、前記立体画像データの視差量を第1の視差量から第2の視差量へと変更する処理とを実行し、
    前記第2の視差量へと変更する処理では、前記第1の視差量に対応する奥行き知覚量を前記第1の関係データに基づいて算出すると共に、算出された奥行き知覚量に対応する前記第2の視差量を前記第2の関係データから取得する
    表示方法。
  5. 立体画像データに基づいて立体画像を表示する際の観察者の視距離を検出する検出部と、
    視差量と奥行き知覚量との対応関係を奥行き知覚感度の低下を加味せずに示した第1の関係データと、視距離による奥行き知覚感度の低下を加味した状態での視差量と奥行き知覚量との対応関係を示した第2の関係データとを記憶する記憶部と、
    検出された前記視距離に応じて、前記立体画像データの視差量を第1の視差量から第2の視差量へと変更する調整部と
    を備え、
    前記調整部は、前記第1の視差量に対応する奥行き知覚量を前記第1の関係データに基づいて算出すると共に、算出された奥行き知覚量に対応する前記第2の視差量を前記第2の関係データから取得する
    表示制御装置。
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