JP6596914B2 - 頭部装着型表示装置、頭部装着型表示装置を制御する方法、コンピュータープログラム - Google Patents
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本発明の一形態によれば、利用者が虚像と外景とを視認可能な頭部装着型表示装置が提供される。この頭部装着型表示装置は、前記利用者に前記虚像を視認させる画像表示部と、現実世界に実在する実オブジェクトに対して、その少なくとも一部を重畳して表示するための仮想オブジェクトを含んだ前記虚像を前記画像表示部に形成させる拡張現実感処理部と、前記実オブジェクトの色である実物色を検出する色検出部と、前記実物色に前記仮想オブジェクトの色が重畳された色である目視色を、検出された前記実物色を用いて目的の色に近づける色調整部と、を備え、前記色調整部は、さらに、仮想的な光環境を考慮して前記仮想オブジェクトの色を色変換することで、前記目視色を変更する。
その他、本発明は、以下のような形態として実現することも可能である。
この形態の頭部装着型表示装置によれば、色調整部は、実オブジェクトの色(実物色)と仮想オブジェクトの色とが重畳された色である目視色、換言すれば、利用者が視認する色である目視色を、色検出部によって検出された実物色を用いて制御することができる。
この形態の頭部装着型表示装置によれば、色調整部は、仮想オブジェクトの色を調整することで目視色を目的の色に近づけることができる。すなわち、頭部装着型表示装置が備える既存の構成に特別な構成を追加することなく、目視色を制御することができる。
この形態の頭部装着型表示装置によれば、色調整部は、画像表示部における外景の透過率を変更することで目視色を目的の色に近づけることができる。すなわち、頭部装着型表示装置における特別な画像処理を必要とせずに、目視色を制御することができる。
この形態の頭部装着型表示装置によれば、色調整部は、実物色の彩度(色鮮やかさ)に応じて、外景の透過率を変更することで目視色を制御するのか、仮想オブジェクトの色を調整することで目視色を制御するのか、を使い分ける。実物色の彩度が高い(色鮮やかである)場合は、例えば外景の透過率を下げることによって、色鮮やかな実物色そのものを利用者に見えづらくすることで、仮想オブジェクトの色を強調することが有効である。一方、実物色の彩度が低い(くすんだ色である)場合は、仮想オブジェクトの色を調整した加法混色による調色を用いれば、表現できる色域を拡げることができる。このようにして色の分解能を向上させれば、微妙な色再現が可能となるため有効である。このようにすれば、色調整部は、実物色の彩度に応じて、目視色を制御するためのより適切な方法を使い分けることができる。
この形態の頭部装着型表示装置によれば、色調整部は、目視色の制御(目視色を目的の色に近づける処理)を仮想オブジェクトの画素毎に実行するため、目視色の制御を簡単に行うことができる。また、仮想オブジェクトに複数の色が混在している場合であっても、目視色を制御することができる。
この形態の頭部装着型表示装置によれば、色調整部は、目視色の制御(目視色を目的の色に近づける処理)を仮想オブジェクトの画素ブロック毎に実行するため、目視色の制御の結果が画素ごとにばらつくことを抑制することができる。また、仮想オブジェクトに複数の色が混在している場合であっても、目視色を制御することができる。
この形態の頭部装着型表示装置によれば、色調整部は、実オブジェクトが置かれている現実の光環境に基づいて目的の色を決定するため、目的の色を、例えば現実の環境に適合するような色とすることができる。また、色調整部は、目的の色を、例えば現実の環境から際立たせるような色とすることもできる。
この形態の頭部装着型表示装置によれば、色調整部は、仮想的な光環境を考慮して目視色を変更するため、頭部装着型表示装置における目視色の再現の幅が広がり、利用者における利便性を向上させることができる。
この形態の頭部装着型表示装置によれば、標準機能として広く普及しているカメラを用いて実物色を検出することができる。
A−1.頭部装着型表示装置の構成:
図1は、本発明の一実施形態における頭部装着型表示装置の概略構成を示す説明図である。本実施形態の頭部装着型表示装置100は、頭部に装着する表示装置であり、ヘッドマウントディスプレイ(Head Mounted Display、HMD)とも呼ばれる。HMD100は、利用者が、虚像を視認すると同時に外景も直接視認可能な光学透過型のヘッドマウントディスプレイである。
図2は、HMD100の構成を機能的に示すブロック図である。画像表示部20は、利用者の頭部に装着される装着体であり、本実施形態では眼鏡形状である(図1)。画像表示部20は、右保持部21と、右表示駆動部22と、左保持部23と、左表示駆動部24と、右光学像表示部26と、左光学像表示部28と、カメラ61と、9軸センサー66と、を備えている。以降、利用者が画像表示部20を装着した状態における、画像表示部20の各部の位置関係と機能について説明する。
制御部10はHMD100を制御するための装置である。図1に示すように、制御部10は、決定キー11と、点灯部12と、表示切替キー13と、トラックパッド14と、輝度切替キー15と、方向キー16と、メニューキー17と、電源スイッチ18と、を備えている。決定キー11は、押下操作を検出して、制御部10において操作された内容を決定するための信号を出力する。点灯部12は、例えばLEDによって実現され、HMD100の動作状態(例えば電源のON/OFF等)を発光状態によって通知する。表示切替キー13は、押下操作を検出して、例えばコンテンツ動画の表示モードを3Dと2Dとに切り替える信号を出力する。
(a2)拡張現実感処理部142は、手順a1で取得した外景画像に含まれる実オブジェクトの中から、仮想オブジェクトを付加する対象となる実オブジェクト(以降、「対象オブジェクト」とも呼ぶ。)を特定する。
(a3)拡張現実感処理部142は、HMD100に対する対象オブジェクトの位置および距離を取得する。この際、拡張現実感処理部142は、ステレオカメラによって取得された2枚以上の外景画像を用いて位置および距離を算出してもよいし、図示しない各種のセンサー(例えば、深度センサー、測距センサー等)を用いて位置および距離を算出してもよい。
(a5)拡張現実感処理部142は、手順a3で取得した対象オブジェクトの位置および距離に合わせて、手順a4の仮想オブジェクトを配置し、他の部分に黒色を配置した付加画像データーを生成する。この位置合わせの際、拡張現実感処理部142は、対象オブジェクトの特徴部(エッジ等)を利用してもよいし、対象オブジェクトに付されたマーカー等の目印を利用してもよい。また、拡張現実感処理部142は、仮想オブジェクトを配置する際に、仮想オブジェクトに対して拡大、縮小、回転、色変換等の画像処理を施してもよい。
(a6)拡張現実感処理部142は、付加画像データーを画像処理部160へ送信する。画像処理部160は、受信した付加画像データーに対して、後述の表示処理を実行する。
色調整処理は、拡張現実感処理中において、目視色を制御する処理である。目視色とは、実オブジェクトの色と仮想オブジェクトの色とが重畳された色、換言すれば、利用者が実際に視認する色を意味する。色調整処理は、拡張現実感処理のサブルーチンとして、拡張現実感処理の手順a5と手順a6との間で実行される。なお、以降の色調整処理における「色」の特定には、RGB色空間またはHSB色空間における「RGB値」または「HSB値」を用いる。すなわち、本実施形態の「色」には、色相、彩度、明度の全てを含む。
対象オブジェクトが置かれている現実の環境(特に光環境)を考慮せずに、目的の色を定める。色調整部144は、ステップS100で抽出した仮想オブジェクトの(x,y)画素の色をそのまま目的の色としてもよいし、利用者によって指定された色をそのまま目的の色としてもよい。なお、仮想オブジェクトの(x,y)画素の色は、仮想オブジェクトが本来持つ色と、仮想オブジェクトのテクスチャを表現するための色と、仮想オブジェクトに当たる光を表現するための色と、仮想オブジェクトに生じる陰影を表現するための色と、のうちのいずれかとなる。このため、例えば仮想オブジェクトが「赤い車」であっても、仮想オブジェクトの(x,y)画素の色は、x,yの値に応じて(画素の位置に応じて)、例えば赤、白、茶色等、様々となる。基準b1は、対象オブジェクトの少なくとも一部を仮想オブジェクトで置換したい場合に採用されることが好ましい。置換したい場合とは、例えば、図5に示したディーラーにおける車体色のシミュレーションや、住宅展示場における壁紙や床材のシミュレーション等である。
対象オブジェクトが置かれている現実の環境(特に光環境)を考慮して(例えば、現実の環境に適合するようにしてもよいし、現実の環境から際立たせるようにしてもよい)、目的の色を定める。具体的には、色調整部144は、以下に例示する方法b2−1またはb2−2によって目的の色を定めることができる。基準b2は、対象オブジェクトに仮想オブジェクトを付加したい場合に採用されることが好ましい。付加したい場合とは、例えば、図6に示したディーラーにおけるアクセサリーのシミュレーションや、住宅展示場における家具のシミュレーション等である。
(b2−2)色調整部144は、ステップS102で取得した外景画像を画像認識することによって、対象オブジェクト(実オブジェクト)の各領域の輝度情報(影領域の情報、鏡面反射の情報、拡散反射の情報等)を収集する。色調整部144は、収集した輝度情報に基づいて、仮想オブジェクトに追加する光源の種類(点光源、スポットライト、平行光源、環境光、天空光、IBL等)、光源の色温度、光源の強さ等のうちの少なくとも一部を決定する。色調整部144は、決定した種類、色温度、強さ等を持つ光源を、ステップS100で取得した仮想オブジェクトに合成する。色調整部144は、光源の合成後の仮想オブジェクトの(x,y)画素の色を目的の色とする。
(i)ステップS108で取得した対象オブジェクトの(x,y)画素の実物色
(ii)CG色
(iii)ステップS106で決定した仮想オブジェクトの(x,y)画素の目的の色
なお、色調整処理(図4)には、以下のような変形1〜3を施してもよい。変形1〜3は単独で採用してもよいし、組み合わせて採用してもよい。
変形1では、実物色の彩度に応じた目視色の制御を省略する。
変形2では、目視色の制御を仮想オブジェクトVOの画素ブロック毎に実行する。画素ブロックとは、仮想オブジェクトVOの画素のうち、近隣の複数の画素をまとめたn×m(n、mは2以上の整数)の画素のまとまりである。「近隣の複数の画素」とは、隣り合って連続する複数の画素を意味する。
変形3では、表示系の位置合わせ(キャリブレーション)を実施する。
CPU140は、右LCD241および左LCD242に対して、同一の第1の校正用画像を表示させる。本実施形態では、表示は無限遠とする。この時、CPU140は、左右のLCDのうちのいずれか一方に表示されている第1の校正用画像の位置を、ユーザーインターフェイス(例えば、トラックパッド14等)の操作により移動可能とする。利用者は、ユーザーインターフェイスを操作し、虚像として視認している左右の第1の校正用画像の位置を一致させた後、ユーザーインターフェイス(例えば、決定キー11等)を操作し、位置確定の旨をCPU140へ通知する。
CPU140は、右LCD241および左LCD242に対して、第2の校正用画像を表示させながら、当該第2の校正用画像に対応した実オブジェクト(例えば、2次元マーカー)を、カメラ61を介して認識する。この時、CPU140は、カメラ61(または光学表示部)に対する実オブジェクトの姿勢および位置を追跡する。CPU140は、左右のLCDに表示されている第2の校正用画像の位置を連動させて、ユーザーインターフェイス(例えば、トラックパッド14等)の操作により移動可能とする。この場合、利用者の操作がないときには、実オブジェクトの上記追跡に応じて、表示された第2の校正用画像の姿勢および位置が変わるようにしてもよい。なお、第2の校正用画像の表示範囲は、手順c1が実行されている場合は手順c1で調整された後の範囲であり、手順c1が実行されていない場合はデフォルトの範囲である。利用者は、ユーザーインターフェイスを操作し、虚像として視認している左右の第2の校正用画像と、光学像表示部を透過して視認している実オブジェクトとが重なる(位置、大きさ、向きの少なくとも1つがほぼ一致する)ように知覚したタイミングでユーザーインターフェイス(例えば、決定キー11等)を操作し、位置確定の旨をCPU140へ通知する。
本発明の第2実施形態では、色調整処理において、現実の光環境に加えてさらに、仮想的な光環境を考慮して目視色を変更する。以下では、第1実施形態と異なる構成および動作を有する部分についてのみ説明する。なお、図中において第1実施形態と同様の構成および動作は先に説明した第1実施形態と同様の符号を付し、その詳細な説明を省略する。すなわち、以下に説明しない構成および動作は、上述した第1実施形態と同じである。
図7は、第2実施形態のHMD100aの構成を機能的に示すブロック図である。HMD100aは、制御部10に代えて制御部10aを備えている。制御部10aは、色調整部144に代えて色調整部144aを備え、記憶部120に代えて記憶部120aを備えている。色調整部144aは、色調整処理における処理内容の一部が第1実施形態と異なる。
図8は、第2実施形態の色調整処理について説明する図である。上述した第1実施形態の色調整処理では、対象オブジェクトが置かれている現実の光環境を考慮せず(図4、ステップS106、b1:カタログ色)、または、現実の光環境を考慮して(図4、ステップS106、b2:マッチング色)、目視色を制御した(図8、破線枠)。第2実施形態では、このような現実の光環境に加えてさらに、仮想的な光環境を考慮して、目視色を変更することを可能とする。なお、「現実の光環境」とは、色調整処理の対象オブジェクトが置かれている現実の光環境を意味する。「仮想的な光環境」とは、HMD100aの利用者に対して視認させようとする仮想的な光環境を意味する。
図9は、色変換処理の手順を示すフローチャートである。色変換処理は、付加画像データーを色変換することで、仮想的な光環境を考慮して、目視色を変更するための処理である。ステップS200において色調整部144aは、対象オブジェクトが置かれている現実の光環境を取得する。色調整部144aは、例えば、色調整処理(図4)のステップS106の基準b2−2と同様の方法を用いて、現実の光環境を取得することができる。
第2実施形態の色調整処理においても、上述した変形1〜3を採用してよい。変形1〜3は単独で採用してもよいし、組み合わせて採用してもよい。
上記実施形態において、ハードウェアによって実現されるとした構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されるとした構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。その他、以下のような変形も可能である。
上記実施形態では、HMDの構成について例示した。しかし、HMDの構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に定めることが可能であり、例えば、各構成部の追加・削除・変換等を行うことができる。
(i)制御部にCPUやメモリー等の処理機能を搭載し、画像表示部には表示機能のみを搭載する態様
(ii)制御部と画像表示部との両方にCPUやメモリー等の処理機能を搭載する態様
(iii)制御部と画像表示部とを一体化した態様(例えば、画像表示部に制御部が含まれ眼鏡型のウェアラブルコンピューターとして機能する態様)
(iv)制御部の代わりにスマートフォンや携帯型ゲーム機を使用する態様
(v)制御部と画像表示部とを無線LANや赤外線通信やBluetooth等の無線の信号伝送路を介した接続により接続し、接続部(コード)を廃した態様。なお、この場合において、制御部または画像表示部に対する給電をワイヤレスにより実施してもよい。
例えば、眼鏡のように装着する画像表示部に代えて、例えば帽子のように装着する画像表示部や、ヘルメット等の身体防護具に内蔵された画像表示部といった、他の態様の画像表示部を採用してもよい。例えば、自動車や飛行機等の車両、またはその他の交通手段に搭載されるヘッドアップディスプレイ(HUD、Head-Up Display)として構成されてもよい。
上記実施形態では、拡張現実感処理と、色調整処理との一例を示した。しかし、上記実施形態において示した処理の手順はあくまで一例であり、種々の変形が可能である。例えば、一部のステップを省略してもよいし、更なる他のステップを追加してもよい。実行されるステップの順序を変更してもよい。
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
11…決定キー
12…点灯部
13…表示切替キー
14…トラックパッド
15…輝度切替キー
16…方向キー
17…メニューキー
18…電源スイッチ
20…画像表示部
21…右保持部
22…右表示駆動部
23…左保持部
24…左表示駆動部
26…右光学像表示部
28…左光学像表示部
30…イヤホンプラグ
32…右イヤホン
34…左イヤホン
40…接続部
42…右コード
44…左コード
46…連結部材
48…本体コード
51…送信部
52…送信部
53…受信部
54…受信部
61…カメラ(色検出部)
66…9軸センサー
110…入力情報取得部
100…HMD(頭部装着型表示装置)
120、120a…記憶部
122…彩度基準
124…環境対応テーブル
126…プリセット群
130…電源
132…無線通信部
140…CPU
142…拡張現実感処理部
144、144a…色調整部
160…画像処理部
170…音声処理部
180…インターフェイス
190…表示制御部
201…右バックライト制御部
202…左バックライト制御部
211…右LCD制御部
212…左LCD制御部
221…右バックライト
222…左バックライト
241…右LCD
242…左LCD
251…右投写光学系
252…左投写光学系
261…右導光板
262…左導光板
261s…右電子シェード
262s…左電子シェード
PCLK…クロック信号
VSync…垂直同期信号
HSync…水平同期信号
Data…画像データー
Data1…付加画像データー
Data2…付加画像データー
OA…外部機器
PC…パーソナルコンピューター
SC…外景
VI…虚像
VR…視野
RE…右眼
LE…左眼
ER…端部
EL…端部
VO…仮想オブジェクト
VO1…仮想オブジェクト
VO2…仮想オブジェクト
FO…対象オブジェクト(実オブジェクト)
Claims (10)
- 利用者が虚像と外景とを視認可能な頭部装着型表示装置であって、
前記利用者に前記虚像を視認させる画像表示部と、
現実世界に実在する実オブジェクトに対して、その少なくとも一部を重畳して表示するための仮想オブジェクトを含んだ前記虚像を前記画像表示部に形成させる拡張現実感処理部と、
前記実オブジェクトの色である実物色を検出する色検出部と、
前記実物色に前記仮想オブジェクトの色が重畳された色である目視色を、検出された前記実物色を用いて目的の色に近づける色調整部と、
を備え、
前記色調整部は、さらに、
仮想的な光環境を考慮して前記仮想オブジェクトの色を色変換することで、前記目視色を変更する、頭部装着型表示装置。 - 請求項1に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記色調整部は、
検出された前記実物色と、前記仮想オブジェクトの色と、を加法混色した色が、前記目的の色に近づくように前記仮想オブジェクトの色を調整することで、前記目視色を前記目的の色に近づける、頭部装着型表示装置。 - 請求項1または請求項2に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記画像表示部は、さらに、画素毎に前記外景の透過率を変更可能であり、
前記色調整部は、
前記画像表示部に前記外景の透過率を変更させることで、前記目視色を前記目的の色に近づける、頭部装着型表示装置。 - 請求項2に従属する請求項3に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記色調整部は、
検出された前記実物色の彩度が所定の彩度以上である場合に、前記画像表示部に前記外景の透過率を変更させ、
検出された前記実物色の彩度が前記所定の彩度より小さい場合に、検出された前記実物色と、前記仮想オブジェクトの色と、を加法混色した色が、前記目的の色に近づくように前記仮想オブジェクトの色を調整する、頭部装着型表示装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記色調整部は、
前記目視色を前記目的の色に近づける処理を、前記仮想オブジェクトの画素毎に実行する、頭部装着型表示装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記色調整部は、
前記目視色を前記目的の色に近づける処理を、前記仮想オブジェクトの画素のうち、近隣の複数の画素をまとめたn×m(n、mは2以上の整数)画素ブロック毎に実行する、頭部装着型表示装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記色調整部は、
前記目的の色を、前記実オブジェクトが置かれている現実の光環境に基づいて決定する、頭部装着型表示装置。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の頭部装着型表示装置であって、
前記色検出部は、前記外景を表す外景画像を取得するカメラである、頭部装着型表示装置。 - 頭部装着型表示装置を制御する方法であって、
(a)現実世界に実在する実オブジェクトに対して、その少なくとも一部を重畳して表示するための仮想オブジェクトを含んだ虚像を形成させる工程と、
(b)前記実オブジェクトの色である実物色を検出する工程と、
(c)前記実物色に前記仮想オブジェクトの色が重畳された色である目視色を、検出された前記実物色を用いて目的の色に近づける工程と、
を備え、
前記工程(c)は、さらに、仮想的な光環境を考慮して前記仮想オブジェクトの色を色変換することで、前記目視色を変更する工程を含む、方法。 - コンピュータープログラムであって、
現実世界に実在する実オブジェクトに対して、その少なくとも一部を重畳して表示するための仮想オブジェクトを含んだ虚像を形成させる機能と、
前記実オブジェクトの色である実物色を検出する機能と、
前記実物色に前記仮想オブジェクトの色が重畳された色である目視色を、検出された前記実物色を用いて目的の色に近づける機能と、
をコンピューターに実現させ、
前記目視色を前記目的の色に近づける機能は、さらに、仮想的な光環境を考慮して前記仮想オブジェクトの色を色変換することで、前記目視色を変更する機能を含む、コンピュータープログラム。
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