JPH05324800A - 表示装置 - Google Patents

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JPH05324800A
JPH05324800A JP4273092A JP27309292A JPH05324800A JP H05324800 A JPH05324800 A JP H05324800A JP 4273092 A JP4273092 A JP 4273092A JP 27309292 A JP27309292 A JP 27309292A JP H05324800 A JPH05324800 A JP H05324800A
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computer
video
signal
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JP4273092A
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Inventor
Roy S Kalawsky
ロイ・カロースキー
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Original Assignee
British Aerospace PLC
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 コンピュータ発生画像の認識の改良に関し、
特に、ヘルメットに設けられた、使用者に完全な光学的
刺激を提供する光学的表示装置で自然に発生する現実部
分とコンピュータ発生画像とを有効に統合する。 【構成】 コンピュータ発生画像が必要とされる使用者
の架空の視野範囲は、予め決められた色、若しくは強さ
に着色される。各々視野が、使用者のそれぞれの目の架
空の視野と一致するように２つのビデオカメラ(3) が設
けられる。ビデオカメラ(3) からの信号は予め決められ
た色、若しくは強さの存在を確定するために分析され、
それによって、ビデオカメラの視野の、コンピュータ発
生画像の必要な部分の表示を与える。予め決められた
色、若しくは強さが存在しなければ、ビデオカメラ(3)
からの信号は、光学的表示装置(1) の適当な一方に直接
送られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は、コンピュータ発生画像の認識の
改良に関し、特に、ヘルメットに設けられた、使用者に
完全な光学的刺激を提供する光学的表示装置で自然に発
生する現実部分とコンピュータ発生画像とを有効に統合
することに関する。コンピュータ技術の最近の発展によ
り、いわゆる“仮想現実”コンピュータ装置の製造が可
能になってきた。通常、これらの装置はヘルメットに設
けられた表示装置を用いて使用者に完全な光学的刺激を
提供する。表示装置は画像を使用者の各目に映写するよ
うに配列された一対の小型の光学的表示ユニット（ＶＤ
Ｕ）から成り、表示された画像は立体的に認識され、３
次元である画像の幻覚が形成される。これらの装置は、
使用者の頭の動き、例えば、使用者の目及び使用者の体
の他の部分の動きを監視する装置を設けることによって
使用者が表示された画像に相互に作用できるようにす
る。それらの動きを監視することで得られた情報によっ
て、表示装置は使用者のそれぞれの目に、使用者の視線
の変化に対応して種々の画像を発生し、提供する。その
ような装置の一例は英国特許第2201069 号に開示されて
いる。
【０００２】最近の仮想現実システムは使用者に完全に
コンピュータ発生画像である実写的表示を提供する。コ
ンピュータ・グラフィック・システムはヘルメットに設
けられたディスプレイの各ＶＤＵに対して完全な光学的
画像を発生する。多くの応用においては、高度に複雑な
複合画像を発生させる必要があり、そのため、複合画像
をリアルタイムに発生する必要性とあいまって、記憶容
量とアクセス速度に関して高い計算能力が非常に強く要
求される。特に注目すべき問題の一つは、使用者の両
手、両脚、両足を、使用者の視線に使用者の体のこれら
の部分が含まれている時に、実写的に表示することにあ
る。その結果、これらの装置は非常に高価になるか、望
ましい最善の現実感に比べて単純な画像を提供するもの
となる。２つの画像を合成する光学的合成装置によっ
て、場面の現実画像の上にコンピュータ発生画像をかぶ
せて、高い計算能力の必要性を克服する試みがなされて
いた。画像が小さな範囲で発生し得るので、これらの装
置は、コンピュータ発生画像を必要とすることをあまり
要求していないが、現在、装置は目と頭の動きに応じて
使用者の視線が変化するので、コンピュータ発生画像が
使用者によって見られた場面のどの部分を占めているか
を確定する必要がある。現在の頭位置のセンサは位置制
度に関して制限され、視覚的に合成した装置と共に使用
した時、頭位置の計算における任意のエラーによって、
コンピュータ発生画像が現実画像の中で相対的に、か
つ、非現実的に動くことになる。特定の情況の下では、
この画像の動きは、非常に不快なものであり得、そして
さらに、酔いの原因になり得る。本発明の目的は、それ
によって現実画像にコンピュータ発生画像をかぶせるこ
とのできる改良した装置を提供することにある。
【０００３】本発明によれば、合成画像を提供する光学
的表示ユニット装置と；使用者の視野の方向を表示する
方向信号を発生するセンサ装置と；組合さって視野を表
示する一連のビデオ信号を発生し、その視野が、使用者
の視野の動きと実質的に一致し、かつ、追従するように
設けられたビデオカメラ装置と；前記方向信号に従って
合成画像のコンピュータ発生部分を形成する画像発生装
置と；各ビデオ信号が対応するスイッチ信号を発生する
ためにコンピュータ発生画像で占めるビデオカメラ装置
の視野の範囲を表示しているか、前記ビデオ信号から得
られる現実部分をもつ合成画像を発生するために前記ス
イッチ信号に応答しているかどうかを蓄積した基準デー
タと比較して確定するために前記各ビデオ信号を分析す
る画像選択・合成装置とからなることを特徴とする、使
用者の目に現実部分とコンピュータ発生部分とからなる
合成画像を提供するための表示装置が提供される。好ま
しくは、前記ビデオカメラ部材は使用者の頭にそれと一
緒に動くように取り付けられる。代りに、前記したビデ
オカメラは前記方向信号に応じて動くように取り付けら
れる。
【０００４】好ましくは、前記光学的表示ユニット装置
は、異なった合成画像を使用者の目のそれぞれに見せる
２つの光学的表示ユニットを有し、前記ビデオカメラ装
置はそれぞれ使用者の各目の視野と実質的に一致する視
野を有する２つのビデオカメラを有し、画像発生装置は
２つのコンピュータ発生画像を発生し、画像選択・発生
装置は、前記した２つのビデオカメラのそれぞれから受
信するビデオ信号を分析し、使用者の各目に画像を提供
した時に、立体的に認識される異なった２つの合成画像
を発生する。蓄積された基準データは予め決められた色
に関するものであり、前記コンピュータは、その色を確
定し、その色と予め決められた色とを比較して２つの色
が一致した時にスイッチ信号を発生するために前記ビデ
オ信号を分析するようにしてもよい。代わりに、蓄積さ
れた基準データは予め決められた強さに関するものであ
り、前記コンピュータ装置はその強さを決定し、その強
さと予め決められた強さを比較して２つの強さが一致し
た時、若しくは予め決められた法則に従って一方の強さ
が他方の強さを越えた時にスイッチ信号を発生するため
に前記ビデオ信号を分析する。有利には、前記光学的表
示ユニット部材は、使用者に対してほぼ完全な光学的刺
激を提供する。
【０００５】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の一実施例
を説明する。図１は使用者のヘルメットに設けられたデ
ィスプレイ１の内部の２つの小型ＶＤＵ（図示せず）に
おけるコンピュータ発生画像と現実画像とを合成する表
示装置を概略的に示している。表示装置は小型ビデオカ
メラ３を備え、この小型ビデオカメラ３は図２に示す航
空機の操縦室内部のような、見た場面の画像を送信する
カメラ制御装置４に接続されている。カメラ３はヘルメ
ットに設けられたディスプレイ１に取り付けられ、カメ
ラ３の視野は使用者が頭を動かすと変化するようにされ
ている。カメラ制御装置４は（重量を抑えるために）カ
メラ３の本体に備えられないすべての電子素子を含んで
おり、そしてカメラ３から受信した合成ビデオ信号を三
原色（赤、緑、青）信号６に変換する。これらの信号６
はしばしば、“色調”システムと呼ばれるコンピュータ
発生画像・現実画像合成回路７に送信される。また、合
成回路７には、画像発生コンピュータ９から受信される
三原色信号８も送信され、コンピュータ９は頭位置決定
回路11によって計算される使用者の頭（図示せず）の位
置を示す信号を、制御入力部で受信する。ヘルメットに
設けられたディスプレイ１に取り付けられ、従って使用
者の頭と一緒に動くセンサ13は、頭の動きを表す信号を
頭位置決定回路11に送信する。適当なセンサの具体例と
しては、マクドネル・ダグラス・エレクトロニクス(McD
onnel Douglas Electronics Company)の一部門であるPo
lhemus Navigation Sciencesによって販売されている3s
pace（商標名）Isotrackがある。信号６及び８は合成回
路７で合成され、コンピュータ発生画像がかぶせられ
た、カメラ３によって見られる現実の場面から成る合成
出力15を提供する。
【０００６】使用者に画像を立体的に認識させるよう
に、システムがヘルメットに設けられたディスプレイ１
の各ＶＤＵに異なった画像を提供できる場合には、付加
的なビデオカメラと、カメラ制御装置と、画像合成回路
と、できれば画像発生コンピュータが必要とされる。こ
れらの付加的な要素は上述したように配列される。簡潔
にするために、一つの合成した画像を形成する動作につ
いて説明する。この単一画像はヘルメットに設けられた
ディスプレイ１の両方のＶＤＵで表示されるが、使用者
に立体的画像を提供することが望ましいことは明らかで
ある。
【０００７】図２は飛行模擬実験システムの一部として
使用される航空機操縦室内部17を示している。システム
の使用者19はシート21の通常の飛行位置に着座してい
る。ヘルメットに設けられたディスプレイ１を外すと、
使用者19は操縦室の覆い23を通して、景色と、器材板25
と操縦桿27とを見ることができる。しかし、表示装置が
使用されている時は、使用者19はヘルメットに設けられ
たディスプレイ１を装着して、ヘルメットの中に収納さ
れた２つの小型ＶＤＵが使用者に総合な光学的刺激を提
供する。明らかに、飛行模擬実験を行うためには、実写
的なコンピュータ発生画像が操縦室の覆い23で囲まれた
範囲内に表示されなければならないが、パイロットの視
野の残り部分は現実性を損なうことなく自然に眺められ
得る。表示装置が、コンピュータ発生画像を必要とする
領域を確認できるようにするために、そのような領域は
視野に現れない単一色で着色される。本実施例において
は操縦室の覆い23は青色に着色され、かつ、一様に照明
されているが、上記基準を満たせば任意の色を使用する
ことができる。
【０００８】カメラ３はヘルメットに設けられたディス
プレイ１に取り付けられているので、使用者19の頭と一
緒に動かされ、その結果、カメラ３の視野は使用者19の
目の視野と同じになる（明らかに、立体現写の場合には
２つのカメラが設けられ、各カメラはヘルメットに設け
られたディスプレイ１の各側面に取り付けられ、使用者
の各目の視野と同様の視野を有する。）。カメラ３から
の信号はカメラ制御装置４によって三原色信号６に変換
される。その後、信号６は合成回路７に送信される。ま
た、合成回路７には画像発生コンピュータ９によって発
生されたコンピュータ発生画像を構成する三原色信号８
も送信される。この画像発生コンピュータ９は公知のも
のであり、頭位置確定回路11から受信した信号を使用し
ている操縦室の覆いの領域を占める画像を発生するよう
にプログラムされている。これらの信号に基づいて、コ
ンピュータ９はコンピュータ発生画像の必要な構成、大
きさ及び形状を計算することができる。
【０００９】図３は、コンピュータ発生画像・現実画像
合成回路７の内部を示しており、図中、回路７は破線で
囲まれている。以下、その作用を説明する。カメラ３の
視界からの信号６は検出回路29に送られる。検出回路29
は信号６の中に指定した色があるとき出力信号31を発生
するように作用する。この色は操縦室の覆い23の色と同
じ色になるように赤と緑と青とを適当な割合でセットす
る制御装置33によって選択される。制御装置33でセット
された色の近さに見合った強さの出力信号31は比較器35
の正入力に送信される。比較器35の負入力は限界値制御
装置37に接続され、この限界値制御装置37は、負入力の
電圧をセットすることで比較器35を（指定した色が存在
しないことを示している）零ボルトから（指定した色が
存在していることを示す）その彩度出力に切り替させる
信号31の強さを確定する。比較器35の出力はスイッチ37
の動作を制御し、通常のビデオ増幅器39に出力するため
にビデオカメラ３のラスター走査時の与えられた瞬間に
ビデオカメラ３の画像（信号６で表される）か、または
画像発生コンピュータ９からの画像（信号８で表され
る）のいずれかを選択する。ビデオ増幅器39は、ヘルメ
ットに設けられたディスプレイ１に供給される駆動基準
７５Ωの出力ビデオ信号を発生する。また、画像発生コ
ンピュータ９からの信号８は回路41によって処理され
る。回路41はビデオカメラのラスタースキャンと画像発
生コンピュータ９によって発生されたビデオ信号とを同
期させるためにカメラ制御装置４に供給されるパルス出
力43を発生する。従って、合成回路７は、操縦室の覆い
23に選ばれた色を表すため、ビデオカメラ３から得た出
力信号６を連続的に監視し、この色の表示は、コンピュ
ータ発生画像が必要な位置を表し、その監視結果に応じ
て、使用者のヘルメットに設けれられたディスプレイ１
に、ラスタースキャンのその位置で出力するために、ビ
デオカメラ３からの信号か、若しくは画像発生コンピュ
ータからの信号かのいずれかを選択する。
【００１０】上述の公知光学的合成器に関する本実施例
の利点は、一つにはビデオカメラが使用者に画像の一部
を実写的（すなわち、コンピュータで発生してない）に
提供することにある。これによってビデオ信号の色を分
析することが可能になり、その結果、コンピュータ発生
画像は、センサ13におけるエラーに関係なく、画像の
“現実”部分を形成している範囲を決して占めないこと
になる。コンピュータ発生画像・現実画像合成回路は合
成ビデオ入力（ＰＡＬ）で作動するようにされ得るが、
この場合には、原色情報を抽出し、この回路の位相遅れ
を補償するための付加的な回路が必要となる。使用者の
ヘルメットに設けられたディスプレイ１にビデオカメラ
３を取り付ける代わりに、電気的に制御されるサーボモ
ータ駆動取付部45（図１に仮想線で表示）を介して、操
縦室内部17の固定された部分に取り付けられ得る。ま
た、頭位置確定回路11からの信号（図１に破線で表示）
はカメラ３が動くことを可能にするために駆動部取付部
45にも送られ、その結果、カメラ３は使用者の目と同等
の視野を有する。カメラ３の動きは、例えば、ジンバル
によって提供され得る。操縦室内部にカメラ３を設ける
利点は、一つには、ビデオカメラ３の動きと画像発生コ
ンピュータ９の入力とが両方とも同一のヘルメットに設
けられたセンサ13から得た信号によって駆動されること
である。従って、使用者の頭の位置の測定におけるエラ
ーはビデオカメラ３と画像発生コンピュータ９との両方
に同じように影響を及ぼす。従って、通常のコンピュー
タ発生画像・現実画像合成システムに伴われる現実の場
面の中で相対的に動いているコンピュータ発生画像の問
題は、解消され得る。頭の動きを検出することに加え
て、センサ13はヘルメットに設けられたディスプレイ１
に収納された、使用者の目の動きを検知する別のセンサ
を含み得る。この付加的な情報は、頭位置確定情報と同
様の方法で頭位置確定回路11を介して画像発生コンピュ
ータ９に供給される。カメラ３がヘルメットに取り付け
られたディスプレイ１に設けられている場合は、位置確
定回路11からの目位置信号に応じて動くことが必要であ
る。カメラ３が操縦室内部17の固定された部分に設けら
れる場合には、目位置信号は単に、サーボモータ駆動取
付部45に供給される頭位置確定回路11からの信号に対す
る附加要素から成る。
【００１１】飛行模擬実験用航空機の操縦室は、表示装
置を改造することなく、使用者が航空機の範囲の体験を
得られるように変更され得ることは理解できる。なぜな
ら、コンピュータ画像が必要とされる領域は、単に、そ
れらの青い着色で設計されているからである。さらに、
計器パネル・ディスプレイを着色して、そこにコンピュ
ータ発生画像を表示し、航空機飛行を表示するようにす
ることができる。計画された操縦機の内部の人間工学的
な設計を製造の前に試験する必要がある場合には、操縦
機内部はそれ自体画像発生コンピュータで発生され、操
縦者が画像の唯一の実像部分として残される。このよう
にして、場面の異なった角度からのディスプレイを識別
し易くしている。米国特許第4,988,981 号に説明された
ような“データ・グローブ（data glove) が使用者の手
に装着される場合には、種々の制御装置のアクセスし易
さを試験され得る。データ・グローブはグローブに設け
られた手位置センサーに加えて手の手振りを検知するセ
ンサを含んでいる。これらのセンサからの信号は画像発
生コンピュータ９に供給され、例えば、制御パネル上の
スイッチの作用を見ることによる使用者の手の位置と任
意の手振りとでコンピュータ発生画像を作ることができ
るようにされている。前述の米国特許第4,988,981 号に
説明されたシステムとは異なり、説明してきた実施例は
使用者の手のコンピュータ発生画像を発生する必要を取
り除く。
【００１２】コンピュータ発生画像の正確な位置を確定
するために特別な色を検知する代わりに、光の強さを測
定して、位置を確定するために、使用することができ
る。このようにして、操縦室の覆い23は、高い発光吸収
材料で構成されるか、または、この範囲内でコンピュー
タ発生画像が要求されることを表すように強く照明され
得る。説明してきた装置は他の多くの応用にも使用され
得ることは明らかである。例えば、自動車の窓からの景
色を形成する画像発生コンピュータ９と共に、自動車の
内部に使用され得る。この場合、窓は、選択された色で
着色され、一様に照明され、それにより、コンピュータ
発生画像・現実画像合成回路７はコンピュータ発生画像
が必要とされる領域と現実画像が必要とされる領域とを
識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関する表示装置の概略図である。
【図２】航空機操縦室内部で使用される図１に示す表示
装置を示している。
【図３】コンピュータ発生装置のより詳細な概略図と図
１に示した回路を合成している現実の映像を示してい
る。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年１２月４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロイ・カロースキー イギリス国．ノース・ハンバーサイド・エ ツチユー15・１イーキユ．ブロウ．（番地 その他表示なし）ミリタリー・エアークラ フト・デイビイジヨン．ビイエイイー・デ フエンス・リミテツド内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 合成画像を提供する光学的表示ユニット
    装置(1) と；使用者の視野の方向を表示する方向信号を
    発生するセンサ装置(11)と；組合さって視野を表示する
    一連のビデオ信号を発生し、その視野が使用者の視野の
    動きと実質的に一致し、かつ、追従するように設けられ
    たビデオカメラ装置(3) と；前記方向信号に従って合成
    画像のコンピュータ発生部分を形成する画像発生装置
    (9) と；各ビデオ信号が、対応するスイッチ信号を発生
    するためにコンピュータ発生画像で占めるビデオカメラ
    装置(3) の視野の範囲を表示しているか、前記ビデオ信
    号から得られる現実部分をもつ合成画像を発生するため
    に前記スイッチ信号に応答しているかどうかを蓄積した
    基準データと比較して確定するために前記各ビデオ信号
    を分析する画像選択・合成装置(7) とからなることを特
    徴とする、使用者の目に現実部分とコンピュータ発生部
    分とからなる合成画像を提供するための表示装置。
  2. 【請求項２】 前記ビデオカメラ装置(3) が使用者の頭
    にそれと一緒に動くように設けられたことを特徴とする
    請求項１に記載の表示装置。
  3. 【請求項３】 前記ビデオカメラ装置(3) が前記方向信
    号に応答して動くように設けられたことを特徴とする請
    求項１に記載の表示装置。
  4. 【請求項４】 蓄積された基準データが、予め決められ
    た色に関するものであり、前記画像選択・合成装置(7)
    が、前記ビデオ信号の色を確定し、その色を予め決めら
    れた色と比較してこれらの色が一致した時にスイッチ信
    号を発生するために、各ビデオ信号を分析することを特
    徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装
    置。
  5. 【請求項５】 前記ビデオ表示装置部材(1) が、使用者
    の各目に異なった合成画像を提供する２つの光学的表示
    ユニット装置を有し、前記ビデオカメラ装置(3) が、そ
    れぞれ使用者の各目の視野と実質的に一致する視野を有
    する２つのビデオカメラを有し、前記画像発生装置(9)
    が２つのコンピュータ発生部分を発生し、前記画像選択
    ・合成装置(7) が前記２つのビデオカメラ(3) のそれぞ
    れからのビデオ信号を分析し、かつ、使用者のそれぞれ
    の目に提供した時に、使用者に立体的に認識される２つ
    の異なった合成画像を形成することを特徴とする請求項
    １〜４のいずれか１項に記載の表示装置。
  6. 【請求項６】 蓄積された基準データが予め決められた
    強さに関するものであり、画像選択・合成装置がビデオ
    信号の強さを確定し、その強さを予め決められた強さと
    比較してこれらの強さが一致した時、若しくは、予め決
    められた法則に従って、一方の強さが他方の強さを越え
    た時にスイッチ信号を発生するために、前記各ビデオ信
    号を分析することを特徴とする請求項１〜３のいずれか
    １項に記載の表示装置。
  7. 【請求項７】 前記光学的表示ユニット装置(1) が、使
    用者にほぼ完全な光学的刺激を提供することを特徴とす
    る請求項１〜６のいずれか１項に記載の表示装置。
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