JPH06148763A - 多人数観測用レンチキュラ立体表示方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】多人数観測のレンチキュラ立体表示において、
全ての観測者の任意の観測視点で、逆視状態のない立体
表示を可能とする方式およびその装置を提供する。 【構成】レンチキュラ立体表示方式において、観測者の
数を指定し、その数よりも一つ多い多眼数でレンチキュ
ラ表示し、観測者の視点位置を検出して、レンチキュラ
レンズ内の画素の順番を、随時、切り替える。 【効果】レンチキュラ立体表示で、多人数の観測者全て
が、任意の観測視点位置で、逆視状態のない自然な立体
表示ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平面像を観測者の左右
眼に異なる画像を供することで、立体的に画像を表示す
る立体映像表示装置に係り、特に、メガネを利用しない
レンチキュラ表示方式で、複数の観測者が任意の観測位
置で逆視状態の存在しない立体画像を提供する多人数観
測用レンチキュラ表示方式及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レンチキュラ立体表示方式については、
「３次元画像工学」大越孝敬著、朝倉書店（１９９１
年）〔文献１〕で述べられている。そこではレンチキュ
ラ立体表示方式の歴史的背景やレンチキュラレンズの最
適設計について詳しく論じられている。

【０００３】一方、レンズ板立体表示方式には、観測者
が奥行きを反転して感じる逆視の問題が古くから知られ
ており、その解析，説明については、例えば、生産研究
４０巻３号（１９８８年３月）「正逆視変換光学系を用
いたレンズ板三次元写真機」濱崎襄二、他〔文献２〕で
述べられている。そこでは正逆視変換素子を用いること
により、撮像における逆視の解消を図っている。しか
し、この文献では球面レンズシートを用いるインテグラ
ルフォトグラフィー（ハエの眼レンズ）を用いた場合で
あり、レンチキュラ立体表示の場合には、左右の両眼に
入る画像が撮像カメラの位置と一致しないことにより生
じるものである。

【０００４】そのレンチキュラ立体表示方式の逆視現象
の具体的な例を図２を用いて説明する。レンチキュラ立
体表示の撮像は、例えば、４眼式の場合、図２（ａ）に
示すようにカメラ４台をヒトの両眼の間隔（約６５mm）
ごとに並べ、被写体２５０を撮像する。このカメラ列は
左から１，２，３，４と番号を付ける。

【０００５】表示の場合には、図２（ｂ）に示すよう
に、レンチキュラレンズ２６０の背面に、一つのレンチ
キュラレンズのピッチの間に四つの画素１，２，３，４
を配置する。この場合、画素の番号はカメラの番号に対
応しており、画素の番号はそれと同じ番号のカメラで撮
像された画像の画素とする。この画素の表示面はレンチ
キュラレンズの焦点面であり、レンズ作用によって各画
素の光線は、例えば、図２（ｂ）に示すｄ′，ａ，ｂ，
ｃ，ｄ，ａ′の領域に広がる。ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄ
は画素１，２，３，４に対応しており、ｄ′の領域は右
隣の画素２７０のカメラ４で撮像されたものであり、
ａ′は左隣の画素２８０のカメラ１で撮像されたもので
ある。

【０００６】ここで観測者が図２（ｂ）のＢの視点であ
れば、観測者Ｂの左目でａの領域の光線（カメラ１で撮
像された画素）を見、右目でｂの領域の光線（カメラ２
で撮像された画素）をみることになり、この場合、左目
でカメラ１、右目でカメラ２の視点から被写体を観測し
た画像が両眼に入ることから画像を立体的に観測するこ
とができる。同様のことが観測者ＣとＤでも言え、観測
者Ｃの人は左目でカメラ２の視点から、右目でカメラ３
の視点から被写体を観測し、観測者Ｄの人は左目でカメ
ラ３の視点から、右目でカメラ４の視点から被写体を観
測したのと同じ画像が両眼に入り、画像を立体的に観測
することができる。

【０００７】ところが、図２（ｂ）のＡの観測者は左目
でｄ′の領域の光線（カメラ４で撮像された画素）を観
測し、右目でａの領域の光線（カメラ１で撮像した画
素）を観測することになり、これは左目でカメラ４の視
点から、右目でカメラ１の視点から被写体を観測した画
像となり、左右の視点が逆であるために奥行き感が反転
した逆視状態の表示となる。これは図２（ｂ）のＥの観
測者も同じであり、レンチキュラ立体表示方式には常に
この逆視の問題がある。

【０００８】一方、ヘッドトラッキングあるいはアイト
ラッキング方式によるレンチキュラ立体表示方式の逆視
の解消については、例えばスリーディー フォーラム
(３ＤForum Vol.５，No.４(１９９１年１０月）「直視
型１５インチ立体ディスプレイの開発」一之瀬進、他
〔文献３〕およびテレビジョン学会技術報告、Vol.１
５，No.５６(１９９１年１０月）「視点追従を用いた広
視域立体表示方式の検討」永島美雄、他〔文献４〕の記
述がある。〔文献３〕はテレビ電話で赤外線を利用して
会話者のヘッド（頭）の位置を検出し、左右両眼の情報
が両眼の位置で反転するとき、左右両眼の表示情報を入
れ替えて逆視現象を解消するものであり、〔文献４〕は
マグネティックセンサを用いて目の位置を検出し、表示
装置（投射型ディスプレイ）を動的に変化させるもの
で、両者とも、立体画像の視域を拡大するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例のヘッドト
ラッキング方式〔文献３〕及びアイトラッキング方式
〔文献４〕のレンチキュラ立体表示方式の逆視の解消の
方式は、常に観測者が一人であることが前提であり、一
人の観測者の左右眼の情報が逆視の状態になった時のみ
左右眼の情報を入れ替えるものである。しかし、ワーク
ステーションや医療用の立体画像表示装置では、複数の
人がお互いに相談等を行いながら同一の画像を観測する
のが一般的であり、このような多人数観測者によるレン
チキュラ立体表示方式の逆視の解消については、従来例
では何も言われていない。また、一般家庭用における立
体テレビの観測では多人数観測が一般的であり、従来の
レンチキュラ立体表示方式では、観測視点を規制するよ
うな実用上不可能な要求を観測者に強いることになり、
これら多人数観測の逆視現象が、立体画像装置の提供を
大きく損なう原因にもなっている。

【００１０】従って、本発明の目的は、多人数観測にお
けるレンチキュラ立体表示方式において、表示の逆視現
象を自動的に解消し、複数の観測者が任意の視点から正
常な立体画像を観測できるレンチキュラ立体表示方式お
よびその装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、画像を立体
的に表示するレンチキュラ立体表示方式において、複数
の観測者の数を指定し、観測者の数よりも一つ多い多眼
数でレンチキュラ表示し、複数の観測者の視点の位置を
検出して、レンチキュラレンズ内の画素の順番を、全て
の観測者が逆視のない順番で自動的に配置することで達
成される。

【００１２】レンチキュラ立体表示方式では、一つのレ
ンチキュラレンズ内に閉じ込まれる画素の位置，レンチ
キュラレンズピッチ，レンズ曲率，レンズの焦点距離な
どが決まると、レンチキュラスクリーン前面の空間全て
にわたって画素の光線領域が指定できる。例えば、レン
チキュラスクリーン前面の距離と角度が分かれば、観測
者が何番目の副ローブ（あるいは主ローブ）のいくつ目
の画素を観測しているかが計算により求めることができ
る。

【００１３】このように、観測者の視点の位置と画素の
対応がとれている場合、観測者の数よりも一つ多い多眼
数で表示すると、全ての観測者が逆視状態のない画素の
配列が必ず存在する。例えば、観測者が３人の場合、レ
ンチキュラ立体表示の多眼数を４眼とする。この場合、
図２の従来例の画素の番号を用いれば、(左目，右目)の
組み合わせは（１，２）（２，３）（３，４）（４，
１）の四つとなり、観測者３人の（左目，右目）の組み
合わせを（１，２）（２，３）（３，４）のどれかのみ
に対応させ、逆視である（４，１）を与えない順番の画
素配列にすることができる。

【００１４】このように、複数の観測者の視点位置を常
に検出し、観測者の１人でも逆視の視点にある場合に
は、自動的にレンズ内の画素の順番を変えて、常に全て
の観測者に逆視状態を与えないようにすることができ
る。

【００１５】

【作用】多人数の視点位置を検出する方法は、マグネッ
トを利用する方法，赤外線や可視光を利用する方法，撮
像した画像から顔面や目の位置を検出する方法などがあ
る。

【００１６】マグネットを利用する方法は、観測者にマ
グネットを装着し、マグネットセンサを用いてその磁気
の強度から観測者の位置を検出するものである。その場
合、マグネットセンサが三つ以上あれば観測者の画面か
らの距離も検出できる。マグネットとしては、直接顔面
の特定部分に付ける場合もあるが、めがねなどの付帯物
に装着するもの、イヤリングやネックレスとして付帯す
るものなどが考えられる。複数の人の付帯するマグネッ
トの強度を検出するためにはマグネットセンサに指向性
をもたせると良い。

【００１７】赤外線や可視光の反射を利用する方法で
は、赤外線や可視光を格子状または網目状に走らせ、顔
面や頭部の反射を観測することで観測者の視点を検出す
ることができる。この場合、観測者にはなにも付帯物を
付けないが、多人数の観測者の顔面の位置を検出するに
は多くの発光素子と受光素子とを必要とする。しかし、
現在小型の発光素子が一般に普及しており、表示画面の
周辺部の狭い領域に装置を納めることができる。

【００１８】撮像した画面から顔面や目の位置を検出す
る方法では、顔面の色差による背景との分離や顔面の明
度，色彩，色相による目の分離が画像処理で可能であ
る。この場合、撮像した画面の目の位置から表示面全空
間内の観測者の目の位置を割り出すことができる。多人
数の場合は、複数の顔面分離を必要とするが、画像の領
域分割により１人の場合と同じように行うことができ
る。

【００１９】複数の観測者が動いた場合、自分以外の観
測者の動きによってレンチキュラレンズ内の画素の配置
が変わるため、一人の観測者の視点が固定していても立
体画像が動くという現象が生じる。しかし、レンチキュ
ラレンズ内の画像が変わるのは、複数の観測者の一人が
逆視になった場合であり、多眼のレンチキュラ立体表示
では多眼数×両目の間隔（６５mm）の動きの余裕があ
り、この余裕は従来のレンチキュラ立体表示と変わらな
い。また、４眼の立体表示ではこの動きの許容範囲が２
６cmであり、観測者が椅子に座っている範囲で頭の動き
が自由であり、レンチキュラレンズ背面の画素の順番の
切り替えはない。

【００２０】

【実施例】図１は例えば観測者１００，１１０，１２０
の３人の場合の本発明の逆視のないレンチキュラ立体表
示方式を示したものである。この場合、観測者が３人で
あるので、その数に一つ多い４眼のレンチキュラ立体表
示とする。同図（ａ）に示すのは４眼のカメラ２１０〜
２４０の配置を示したものであり、左から１，２，３，
４と番号を付け、隣りあうカメラ間隔をヒトの両眼間隔
（６５mm）付近の値とする。ここで、表示の立体感を少
なくするためにはカメラ間隔を６５mmよりも小さくし、
立体感を強調するときにはカメラ間隔を６５mmよりも大
きくする。４台の各テレビカメラは被写体２５０を撮像
し、レンチキュラレンズ背面部に表示する。

【００２１】図１（ｂ）は３人の観測者１００，１１
０，１２０の視点の位置を、同図のｄ′，ａ，ｂ，ｃ，
ｄ，ａ′の光線領域を用いて、例えば（左目，右目）の
表示の光線領域を観測者１００（ａ，ｂ），観測者１１
０（ｃ，ｄ），観測者１２０（ｄ，ａ′）とした場合の
例を示している。この場合、レンチキュラレンズ背面の
４眼の画素の順番を同図（ａ）に示すカメラの番号に対
応させて、右方向から（３，４，１，２）と配置する。
このようにレンチキュラレンズ背面の画素の順番を同図
（ｂ）のように決めると、観測者が左目で見るカメラの
視点と右目で見るカメラの視点は、観測者１００（３，
４），観測者１１０（１，２），観測者１２０（２，
３）となり、いづれもカメラが隣りあう順番で左右の順
番が両眼の位置と一致しており、逆視の状態は発生しな
い。

【００２２】図３は、観測者が２人の場合の逆視のない
レンチキュラ立体表示方式の説明図である。この場合、
３眼のレンチキュラ立体表示とする。同図（ａ）に示す
ように、レンチキュラレンズ前方の光線領域が、ａ，
ｂ，ｃの三つに分けることができる。ただし、レンチキ
ュラ立体表示では副ローブの光線領域を利用して視野を
広げているので、その副ローブの光線領域を例えば、ａ
の左隣りをｃ′，ｃの右隣りをａ′として区別する。
今、レンチキュラレンズ背面の三つの画素を右からＡ，
Ｂ，Ｃと区別すれば、Ａの画素はａの光線領域、Ｂの画
素はｂの光線領域、Ｃの画素はｃの光線領域に各々対応
する。

【００２３】同図（ｂ）は、観測者１と観測者２の両眼
の光線領域を組み合わせた表であり、観測者は常に二つ
の隣あう光線領域を両眼で観測することになる。同図
（ｂ）で、観測者１と観測者２が同じ光線領域を観測し
ている場合、それを仮りに観測者が縮退していると呼
ぶ。同図（ｂ）の備考に示すように観測者が２人で、３
眼のレンチキュラ立体表示の場合、三つの縮退状態があ
る。

【００２４】同図（ｃ）に示すように、３台のカメラ
１，２，３を並べて被写体２５０を撮像した場合、同図
（ｂ）に示す（Ａ，Ｂ，Ｃ）に対応するカメラの番号を
表の組み合わせとした時、観測者２人は常に逆視のない
状態である。観測者２人が縮退している場合には、
（Ａ，Ｂ，Ｃ）の画素とカメラ番号との対応は一義的に
は決まらない。それは、縮退の状態が実質的に観測者の
人数が減った状態であり、観測者が１人で３眼のレンチ
キュラ立体表示では、逆視のない状態が二つあるからで
ある。

【００２５】観測者１と観測者２の視点の光線領域は、
マグネティックや赤外線，画像の処理などを行うことに
より、実時間で検出することができる。この場合、２人
の観測者の視点の位置、つまり観測者の視点の光線領域
が検出できると、図３（ｂ）の表に従ってレンチキュラ
レンズ背面の画素（Ａ，Ｂ，Ｃ）とカメラ番号との対応
に従って常時変化させると、観測者の動きに追従して逆
視状態のないレンチキュラ立体表示を行うことができ
る。

【００２６】図４は、観測者が３人の場合の逆視状態の
ないレンチキュラ立体表示方式の説明図である。観測者
が３人の場合は４眼のレンチキュラ立体表示とする。同
図（ｃ）に示すように、四つのカメラを左から順番に
１，２，３，４と番号を付けて配置する。４眼表示であ
るため、同図（ａ）に示すように、レンチキュラレンズ
背面の画素は四つあり、各々右からＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとす
る。その場合、レンチキュラシート前面の各画素に対応
した光線領域はａ，ｂ，ｃ，ｄとなる。

【００２７】同図（ｂ）は、観測者の縮退のない場合
の、観測者１，観測者２，観測者３の視点の光線領域の
組み合わせを示したものである。観測者の縮退のある場
合には実質的に観測者の数が減ったと同じであり、その
時には逆視のない表示方法は縮退の度合いに応じていく
つか存在する。

【００２８】縮退のない場合の各画素（Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ）とカメラ番号との対応は同図(ｂ)に示すように一義
的に決められる。この表に示すようにレンチキュラレン
ズ背面の画素の順番を３人の観測者の視点位置に対応し
て変化させると、３人の観測者全てに対して逆視状態の
ないレンチキュラ立体表示ができる。

【００２９】図５は、観測者が４人の場合の逆視状態の
ないレンチキュラ立体表示方式を示した図である。レン
チキュラ立体表示は５眼とし、同図（ｃ）に示すように
５台のカメラ２１０〜３００を水平に配置し、左から１
〜５と番号を付加する。同図（ａ）はレンチキュラレン
ズの光線領域を示す図であり、レンチキュラレンズの背
面に五つの画素Ａ〜Ｅを右から配置する。この画素Ａ〜
Ｅの光線領域はレンチキュラレンズのレンズ作用により
ａ〜ｅの領域に順番に広がる。

【００３０】同図（ｂ）は観測者１〜観測者４の縮退の
ない場合の観測者の視点の光線領域の組み合わせを示
し、画素の配列（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）とカメラ番号と
の対応を同図（ｂ）のようにすれば、観測者全てにわた
って逆視の状態がない。

【００３１】今まではテレビカメラによる撮像を前提に
実施例を述べたが、コンピュータグラフィックや医療用
Ｘ線像およびＭＲＩ像ではカメラを必要としないものも
ある。この場合には、画像処理を行う計算機内部の仮想
視点をカメラの位置と考えることにより本発明を実施で
きる。

【００３２】また、これまでの実施例ではレンチキュラ
立体表示の観測者が２人，３人，４人の場合の例を述べ
たが、それよりも多い観測者の場合でも本発明の方法で
全ての観測者に逆視状態のない表示が可能であり、それ
らが本発明に含まれることは明らかである。

【００３３】また、本発明の実施例では、あらかじめ観
測者の数を指定した方式を述べたが、表示装置に観測者
の数を自動的に検出、または人為的に入力することによ
る切り替えスイッチを装備し、そのスイッチによってレ
ンチキュラレンズ内に閉じ込める画素数を自動的に切り
替え、本発明の方式を用いて逆視のない立体表示をする
方法も可能である。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、多人数観測用レンチキ
ュラ立体表示方法及びその装置において、複数の観測者
の数を指定し、その数よりも一つ多い多眼数でレンチキ
ュラ立体表示をし、複数の観測者の視点の位置を検出し
て、レンチキュラレンズ内の画素の順番を自動的に切り
替えることにより、全ての観察者の任意の視点位置で、
逆視状態のない立体表示ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の逆視のないレンチキュラ立体表示の一
実施例を示す説明図。

【図２】従来の逆視状態の説明図。

【図３】観測者が２人の場合の本実施例を示す説明図。

【図４】観測者が３人の場合の本実施例を示す説明図。

【図５】観測者が４人の場合の本実施例を示す説明図。

【符号の説明】

１００，１１０，１２０…観測者、２１０，２２０，２
３０，２４０，３００…テレビカメラ、２５０…被写
体、２６０…レンチキュラレンズ。

フロントページの続き (72)発明者 山口 宗明 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】観測者の左右眼に異なる画像を供すること
   で、視覚特性の両眼視差及び輻輳などを利用して、画像
   を立体的に表示するレンチキュラ立体表示方式におい
   て、複数の観測者の数を指定し、観測者の数よりも一つ
   多い多眼数で表示することを特徴とする多人数観測用レ
   ンチキュラ立体表示方式。
2. 【請求項２】請求項１において、多人数の観測者の視点
   の位置を検出し、レンチキュラレンズ内の画素の順番
   を、全ての観測者が逆視のない順番で自動的に配置する
   多人数観測用レンチキュラ立体表示方式。