JP6207640B2 - 2次元映像の立体映像化表示装置 - Google Patents
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Description
さらに、立体映像放送も、一部の民放、CATV(ケーブルテレビ)、IPTV(インターネットプロトコルを使用したテレビ放送)などで、平面映像放送波により立体映像信号を送信して3D受像器に映像を表示させる方式を用いて試行されている。
しかし、ニュース情報をはじめとするリアルタイムの情報を、臨場感あふれた3次元の立体映像を介して視聴者に届けることは放送者にとっても強い要望である。
さらに、3D受像器が十分普及するまでは3D映像のみの放送では事業性がないと考えられ、3D受像器によって通常の2D放送を視聴できることが望まれている。
また、2眼式立体表示方式によるときは、左右眼視差画像により立体視する立体映像表示装置を用い、複数の視点映像から奥行きの見えを考慮して、適宜の時間間隔を持った視点映像を選択し左右の眼にそれぞれ提供する。選択した視点映像の信号を立体映像表示装置に入力して、一方の眼に一方の視点映像を、他方の眼に他方の視点映像を供給することで立体表示が可能になる。
動きベクトル算定部は、画像中に表示された各要素について基準フレームと参照フレームにおける位置を追跡して両フレーム間の画素領域における移動量を算出し、要素の動きベクトルを算定する。
奥行き量制御部は、望ましい奥行き表示に適合するような基準フレームと参照フレームの間のフレーム差nを選択して指定する。
後面側の奥行きFcmの範囲に映像を収めるため、パネルの基準面、すなわち奥行き量0cmの位置に動きベクトル水平成分中の期待される最大スカラー量の部分を配置し、その他の部分を基準面より後ろ側に配置するようにする。
奥行き情報となる変位量が、基準フレームと参照フレームの要素同士について見た動きベクトルの水平成分の最大スカラー量より大きくなるとパネル面より前方に突出する映像となるので、たとえば基準フレームと参照フレームのフレーム差nから算出される視差情報を案配するなどの方法で調整する。
また、フレーム差nを選択することにより、あるいは基準フレームに付与される動きベクトルのスカラー量を拡大縮小することにより、好みに応じて奥行きを深くしたり浅くしたり調整することができ、さらに動きベクトルの水平成分を算定して評価することにより、対象物の移動速度に応じて奥行き量をFcmまたはF+Ncm以内に最適化する自動処理により奥行きを調整することもできる。さらに、フレーム差が1で奥行き量がパネルの奥行き表現を超えるような速い動きのある映像入力に対しては、当該動き量の除去または圧縮処理があってもよい。
また、画面中の立体映像化する領域を指定する機能を付帯させてもよい。
テレビ放送波は、たとえば、1秒間に30フレーム(インターレース方式では、たとえば1秒間で60フィールド。本発明の技術においてはフレームとフィールドの働きに差が無いので、本明細書では「フレーム」で代表することにする。)のフレーム列として画像信号を送信する。
そこで、上記に従って形成した仮想的な左右眼視差映像を3D表示装置で左右眼のそれぞれに対応するように提示すれば、3D表示装置を見る人は、先験的知識要因に基づいて映像中の動きのある部分から画面全体が立体化した映像として観察することができる。
また、被写体の奥行き量が大きすぎるときには2つの画像のフレーム差を小さくし、奥行き量が小さすぎるときにはフレーム差を大きくする調整により、奥行き量を適正化することができる。
人は、先験的知識に基づいて、視界が移動するときに大きく動く物を近くに、また小さく動く物を遠くにあるものと認識する。したがって、画像中の各物体がそれぞれ異なる動きをすることにより、それぞれの奥行き感が形成される。
また、人の視覚システムは、特に動くものに対して追跡して注視することにより明瞭に対象物を理解しようとする。そのために頭部の運動や、眼球運動による追随運動が発生し、この追随運動こそが運動視差による安定した奥行き知覚を実現する。
このように視野の中で物の像が動くとき、視聴者に運動視差に基づく立体感を与えることができ、より意味解釈が強く働くように上記で得られる速度ベクトルをスカラー量に変換し、さらに先験的知識を逸脱する情報のフィルタリングを行うことが知られている。
また、観察者あるいはカメラが注視点に対して移動して観察する場合は、頭部の回転や眼球の回転などから生まれる注視点の追随運動と網膜上の相対的な速度差の合成が安定的な奥行き知覚を出現させ、奥行き知覚が安定化する。
また、非特許文献2は、運動視差から安定した奥行き知覚をするには、対象の先験的知識(熟知性要因)と追随理論が必要であることを指摘している。
本発明の立体映像化表示装置では、プルフリッチ効果に基づく両眼視差にあわせて、運動視差、および先験的知識要因などを利用して、映像の立体感を増進する。
本実施例の立体映像化表示装置100は、図1に太枠で示す、2次元映像受信部1、フレーム選択部2、多視点映像信号生成部3、立体映像表示部4で構成される。
また、本発明の立体映像化表示装置100は、図1に細枠で示すフレーム同期部5を付帯してもよい。さらに、動きベクトル算定部6、奥行き量制御部7、奥行き量指示部8、2D/3D切替部9、立体化領域指定部10を備えることができる。
フレーム選択部2は、画像メモリに格納されたフレーム列から表示対象の映像を記録した基準フレームを選択し、さらに基準フレームに対して適度な時間間隔をおいた参照フレームを選択する。
基準フレームは、通常の2D映像で表示されるはずのフレームを選択したものである。参照フレームRとして、第i番目の基準フレームBに対してnフレーム分先行した第i−n番目のフレームが選択される。標準フレームBと参照フレームRから画素単位で映像中の部分の移動方向と移動を算出することにより動きベクトルとしての奥行き情報が算出される。
なお、基準フレームに先行するフレームから参照フレームを選択するのは、基準フレームを選択したときに直ちに多視点映像信号を生成する演算工程を実行できるようにするためであるが、時間的に余裕があるときには、基準フレームより遅延するフレームから選択してもよい。
フレーム選択部2と多視点映像信号生成部3は、一体の高速演算処理装置で構成することができる。
なお、偏光方式やシャッター方式の立体メガネを用いて左右視差像を見るようにした、より簡便な方式の二眼式立体映像表示器4−2を使用することも可能である。
2D映像を両眼で観察するとき、注目点Aが静止していれば、左右眼に同じ画像が供給されるので、観察者と映像の距離に基づいて左右眼の輻輳角θが決まる。
しかし、注目点Aが運動するときに、移動前の位置Aにおける対象物の映像を左眼に与え、所定時間後にたとえば左にずれた図中点線で示す位置A'の映像を右眼に与えると、網膜に写る像の位置に空間的ずれが生じて両眼視差が発生し、両眼で注目点を見込む視線が移動前の対象物を見るときより手前で交差するので、輻輳角θ'は移動前の位置Aを見込むときより大きくなって、対象物が手前側に近づき図中の位置A"にあるように見える。このように、移動前の映像を一方の眼に移動後の映像から算出される視点映像を他方の眼に与えることにより、映像に奥行き感覚が生じて立体化して見えるようになる。
この現象は、静止している対象物に対して撮像装置を移動させた場合にも同等に生じる。
なお、観察者あるいはカメラが注視点に対して移動して映像を形成する場合は、頭部の回転や眼球の回転などから生まれる注視点の追随運動と網膜上の相対的な速度差の合成が安定的な奥行き知覚を出現させ、奥行き知覚が安定化する。
このように視野の中で物の像が動くとき、視聴者に運動視差に基づく立体感を与えることができる。
本実施例の立体映像化表示装置は、これら両眼視差や運動視差および先験的知識要因などの機構を加算的に複合することにより、人に適宜な立体感を持たせるようにしたものである。
たとえば、図6に示すように、近づいてくる列車について、基準フレームに映し出された映像と、基準フレームに対して所定の時間差をもって提供される参照フレームにおける映像をそれぞれ左右眼に視差映像として提示すると、基準フレームと参照フレームとの間で対象物の位置が異なる分だけ輻輳角の異なる静止画像面を観察することになる。このとき異なる輻輳角に応じて、輻輳点に対して奥行き方向に偏差が生じて、対象物の像が浮き出たり引っ込んだりして見える。
基準フレームと参照フレームの間における対象物の位置を見ると、撮影位置に近い部分では変位量が大きく遠い部分では変位量が小さい。したがって、本方式による両眼視を行ったときに、近い部分の輻輳角が大きく基準面から大きく浮き出す一方、遠い部分の輻輳角は小さく浮き出し量が小さくなり、列車の映像が立体化する。
さらに、画像表示装置のフレーム周波数に対して対象物の動きが著しく速い場合には、立体表示装置の立体表示能力を逸脱しないように、対象物が映り込んだ画素領域の速度スカラーを削除したり圧縮したりすることが好ましい。
フレーム同期部5は、参照フレームをそのままのタイミングで提供するのではなく、nフレーム分遅れた基準フレームと同期させて同じタイミングで提示するように調整する。なお、基準フレームと参照フレームの時間差が僅少で視聴者が観察する立体化映像に大きな違和感が生じない場合でも、それぞれの映像画面を同期化して供給することが好ましい。また、多視点映像の生成プロセスでも処理に時間が必要であるため、遅れを補償するために同期化することが望ましい。
なお、フレーム同期部5、奥行き量制御部7および動きベクトル算定部6は、フレーム選択部2と多視点映像信号生成部3と共に、一体の高速演算処理装置で構成することができる。
動きベクトル算定部6は、画像中に表示された各要素について基準フレームと参照フレームにおける位置を算出して両フレーム間における移動を追跡し、要素の動きベクトルを算定する。動きベクトルの水平方向成分は、左右眼視差と対応する奥行き情報を生成するものとなり、カメラの水平移動に置き換えることもできる。
図7は、映像中の対象物の移動方向が反転する現象を説明する図面である。
たとえば、左から右に向かって移動するカメラで、長く続く塀の中間に設けた注視点に焦点を合わせて撮影した場合など、注視点より左の部分が視野の中で注視点より左側に移動するのであれば右の部分は右側に移動する。したがって、塀の左右では被写体の動きベクトルは水平方向に向きが反転することになり、スカラーで評価すると正負に分かれた値となる。
このようにして得られた立体化映像は、全ての対象が表示面より後ろに見えて、眼に優しい3次元映像として表示装置に表示される。
なお、番組編集で画面が切り替わるときには、2D映像に連続性が無くなるので、基準フレームと参照フレームで同じ被写体が写っておらず、両眼視差映像を形成することができず違和感を与える。このため、カット変り検出器14を備えて、2次元映像受信部1から入力する映像信号出力に基づきカット変わりを監視して、カット変わりを検出したときにはフレーム選択部2に指示を与えて3D映像化を中断するようにすることが好ましい。
人が観察したい注目部分があるときは、観察目的を乱さないため、それ以外の被写体を立体表示しないようにしたいことがある。このようなときには、立体化領域指定部10を介して動きベクトル算定部6に映像中の立体化する領域を指定して演算対象とする部分を限定することができる。立体化する領域以外の部分は、基準フレームと映像を左右両眼に提示すれば、2D映像のまま観察することになる。
また、医療系システムでは、内視鏡、超音波機器、カテーテル、MRIなど、多くの医療機器が2D映像を使用しているが、本発明に係る装置により立体映像にすることで、患部を正確かつ迅速に把握することができ、より確実な施術が可能になる。
1 2次元映像受信部
2 フレーム選択部
3 多視点映像信号生成部
4 立体映像表示部
4−1 裸眼用立体映像表示器
4−2 二眼式立体映像表示器
5 フレーム同期部
6 動きベクトル算定部
7 奥行き量制御部
8 奥行き量指示部
9 2D/3D切替部
10 立体化領域指定部
11 非線形圧縮部
12 奥行きマトリックス生成部
13 視点映像選択部
14 カット変り検出部
Claims (9)
- フレーム列からなる2D放送を受信してフレーム毎の2D映像信号を供給する2次元映像受信部、フレーム列から基準フレームと該基準フレームに対して所定数のフレーム差を有する参照フレームとを選択するフレーム選択部、該基準フレームと該参照フレームの映像を画素水準で比較して画素領域の時間的ずれを算出して速度ベクトルとし該速度ベクトルを前記基準フレームで発生する運動視差とし該運動視差に基づいて奥行き情報を生成し基準フレームの映像中の部分に対して参照フレームの映像中の対応部分を奥行き情報に合わせて水平に配置し、前記基準フレームと合わせて3個以上の視点から見る多視点映像信号を形成して提供する多視点映像信号生成部、および、該多視点映像信号を受信して左右眼のそれぞれに2以上の視点映像を提示することにより3次元映像として表示する立体映像表示部で構成した2次元映像の立体映像化表示装置。
- 前記立体映像表示部が複数の立体映像表示器を備え、前記多視点映像信号生成部が前記立体映像表示器のそれぞれに対応する多視点映像信号を生成すると共に、適宜選択された前記立体映像表示器に対応する前記多視点映像信号を選択して前記立体映像表示部に供給する視点映像選択部を備える請求項1記載の立体映像化表示装置。
- 前記基準フレームと前記多視点映像信号の表示時刻を調整するフレーム同期部を備える請求項1または2記載の立体映像化表示装置。
- 前記基準フレームと前記参照フレームの画像中に表示された各部分について該基準フレームと該参照フレームにおける位置を追跡して両フレーム間における表示位置の移動量に係る動きベクトルを算定する動きベクトル算定部と、該動きベクトルの水平成分スカラー量を分布に基づいて調整し前記立体映像表示部の表示性能に適合するように分布を最適化する非線形圧縮部と、該調整後の動きベクトルの水平成分スカラー量をフレーム中の画素について配列した奥行きマトリックスを形成する奥行きマトリックス生成部を備える請求項1から3のいずれか1項に記載の立体映像化表示装置。
- 前記基準フレームと前記参照フレームのフレーム差を調整することで奥行き量を制御する奥行き量制御部と、前記フレーム差を選択して奥行き量を指定する奥行き量指示部を備える請求項1から4のいずれか1項に記載の立体映像化表示装置。
- 前記基準フレーム中の立体映像化する領域を指定する立体化領域選択部を備える請求項1から5のいずれか1項に記載の立体映像化表示装置。
- 表示する映像を2D放送の映像と立体映像化した映像のうちで選択して指示する2D/3D選択部を備える、請求項1から6のいずれか1項に記載の立体映像化表示装置。
- 前記2次元映像受信部から供給される映像信号に基づいて映像のカット変わりを検出してフレーム選択部に選択の中断を指示するカット変り検出部を備える請求項1から7のいずれか1項に記載の立体映像化表示装置。
- フレーム列からなる2D放送を受信してフレーム毎の2D映像信号を供給する2次元映像受信部、フレーム列から基準フレームと該基準フレームに対して所定数のフレーム差を有する参照フレームとを選択するフレーム選択部、該基準フレームと該参照フレームの映像を画素水準で比較して画素領域の時間的ずれを算出して速度ベクトルとし該速度ベクトルを前記基準フレームで発生する運動視差とし該運動視差に基づいて奥行き情報を生成し基準フレームの映像中の部分に対して参照フレームの映像中の対応部分を奥行き情報に合わせて水平に配置し、前記基準フレームと合わせて3個以上の視点から見る多視点映像信号を形成して提供する多視点映像信号生成部で構成され、左右眼のそれぞれに2以上の視点映像を提示することにより3次元映像として表示する立体映像表示部に前記多視点映像信号を送信することを特徴とする2次元映像の立体映像化信号生成装置。
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