JPH07192147A - 画像表示装置 - Google Patents
画像表示装置Info
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- JPH07192147A JPH07192147A JP5333861A JP33386193A JPH07192147A JP H07192147 A JPH07192147 A JP H07192147A JP 5333861 A JP5333861 A JP 5333861A JP 33386193 A JP33386193 A JP 33386193A JP H07192147 A JPH07192147 A JP H07192147A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 コンピュータグラフィックスの分野におけ
る、実画像や生成画像を合成した画像を表示する装置に
関し、背景と前景のスケールやパースが一致し前後関係
が正確な合成画像を生成し表示することを目的とする。 【構成】 指定した配置位置を対応する画素の奥行値と
投影距離の比で逆透視変換して３次元位置を算出する逆
透視変換部17と、算出された３次元位置の座標値を変換
行列の３次元移動量として変換行列メモリ部22を更新す
る移動量更新部20と、前景位置メモリ部23の各画素の位
置を変換行列を用いてアフィン変換し視点座標系におけ
る各３次元位置を算出するアフィン変換部24と、算出さ
れた３次元位置を投影距離を用いて透視変換してスクリ
ーン座標値を算出する透視変換部25と、算出されたスク
リーン座標値に対応する背景及び前景の奥行値を比較し
て合成画像の輝度値及び奥行値を算出する奥行比較部27
を備えた構成である。
る、実画像や生成画像を合成した画像を表示する装置に
関し、背景と前景のスケールやパースが一致し前後関係
が正確な合成画像を生成し表示することを目的とする。 【構成】 指定した配置位置を対応する画素の奥行値と
投影距離の比で逆透視変換して３次元位置を算出する逆
透視変換部17と、算出された３次元位置の座標値を変換
行列の３次元移動量として変換行列メモリ部22を更新す
る移動量更新部20と、前景位置メモリ部23の各画素の位
置を変換行列を用いてアフィン変換し視点座標系におけ
る各３次元位置を算出するアフィン変換部24と、算出さ
れた３次元位置を投影距離を用いて透視変換してスクリ
ーン座標値を算出する透視変換部25と、算出されたスク
リーン座標値に対応する背景及び前景の奥行値を比較し
て合成画像の輝度値及び奥行値を算出する奥行比較部27
を備えた構成である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータグラフィ
ックスの分野における、実画像や生成画像を合成した画
像を表示する画像表示装置に関するものである。
ックスの分野における、実画像や生成画像を合成した画
像を表示する画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、画像表示装置は写実的な画面表示
を用いて言葉や数値では表現が困難な現象を可視化し、
計算機と人間のコミュニケーションを図る道具として、
種々の設計やシミュレーションに利用されている。以下
図面を参照しながら、上述した従来の画像表示装置の一
例について説明する。
を用いて言葉や数値では表現が困難な現象を可視化し、
計算機と人間のコミュニケーションを図る道具として、
種々の設計やシミュレーションに利用されている。以下
図面を参照しながら、上述した従来の画像表示装置の一
例について説明する。
【０００３】図３は従来の画像表示装置の構成を示すも
のである。図３において、111は前景画像の各画素の輝
度を保存する前景画像メモリ部、112は変形指定部、113
は画像変形部、114は変形画像メモリ部、115は合成位置
指定部、116は背景画像の各画素の輝度を保存する背景
画像メモリ部、117は画像合成部、118は合成画像メモリ
部、119は背景画像メモリ部116の各画素の輝度を用いて
背景画像を画面に表示する画像表示部、120は背景画像
更新部である。
のである。図３において、111は前景画像の各画素の輝
度を保存する前景画像メモリ部、112は変形指定部、113
は画像変形部、114は変形画像メモリ部、115は合成位置
指定部、116は背景画像の各画素の輝度を保存する背景
画像メモリ部、117は画像合成部、118は合成画像メモリ
部、119は背景画像メモリ部116の各画素の輝度を用いて
背景画像を画面に表示する画像表示部、120は背景画像
更新部である。
【０００４】以上のように構成された従来例の動作につ
いて説明すると、まず、変形指定部112において、前景
画像の変形量を指定する。例えば、マウスで矩形画像の
各頂点の位置を指定する方法がある。
いて説明すると、まず、変形指定部112において、前景
画像の変形量を指定する。例えば、マウスで矩形画像の
各頂点の位置を指定する方法がある。
【０００５】画像変形部113において、前景画像メモリ
部111の各画素に輝度とサイズ指定部112で指定した変形
量を用いて変形した前景画像の各画素の輝度を算出す
る。例えば、双一次補間により輝度を求める方法があ
る。
部111の各画素に輝度とサイズ指定部112で指定した変形
量を用いて変形した前景画像の各画素の輝度を算出す
る。例えば、双一次補間により輝度を求める方法があ
る。
【０００６】変形画像メモリ部114において、画像変形
部113で変形した前景画像の各画素の輝度を保存する。
部113で変形した前景画像の各画素の輝度を保存する。
【０００７】次に、合成位置指定部115において、変形
後の前景画像の配置位置を指定する。例えば、前景画像
の任意の基準点の位置座標をキーボードから数値入力し
たり、マウスで画面上の１点を選択する方法がある。
後の前景画像の配置位置を指定する。例えば、前景画像
の任意の基準点の位置座標をキーボードから数値入力し
たり、マウスで画面上の１点を選択する方法がある。
【０００８】画像合成部117において、背景画像メモリ
部116の背景画像に、変形画像メモリ部114の変形後の前
景画像を合成位置指定部115で指定した位置に合成し各
画素の輝度を算出する。合成処理は背景画像の画素のう
ち変形後の前景画像が重なっている部分の画素を変形後
の前景画像の画素で置換することにより実現する。
部116の背景画像に、変形画像メモリ部114の変形後の前
景画像を合成位置指定部115で指定した位置に合成し各
画素の輝度を算出する。合成処理は背景画像の画素のう
ち変形後の前景画像が重なっている部分の画素を変形後
の前景画像の画素で置換することにより実現する。
【０００９】合成画像メモリ部118において、画像合成
部117で合成した合成画像の各画素の輝度を保存する。
画面表示部119では、合成画像メモリ部118の各画素の輝
度を用いて画面に表示する。
部117で合成した合成画像の各画素の輝度を保存する。
画面表示部119では、合成画像メモリ部118の各画素の輝
度を用いて画面に表示する。
【００１０】以上の処理をユーザの希望する合成画像が
得られるまで繰り返し行う。最後に、背景画像更新部12
0において、合成画像メモリ部118の各画素の輝度を背景
画像メモリ部116にコピーすることにより背景画像を更
新する。
得られるまで繰り返し行う。最後に、背景画像更新部12
0において、合成画像メモリ部118の各画素の輝度を背景
画像メモリ部116にコピーすることにより背景画像を更
新する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の構成では、前景画像の変形量や配置位置の指
定をユーザの判断に委ねるためにスケールやパースの不
一致の少ない合成画像を得るためには多くの試行を必要
とする。さらに、背景画像の一部を前景画像より手前に
表示する場合にその部分の前景画像を切り取る作業が必
要となるという課題を有していた。
うな従来の構成では、前景画像の変形量や配置位置の指
定をユーザの判断に委ねるためにスケールやパースの不
一致の少ない合成画像を得るためには多くの試行を必要
とする。さらに、背景画像の一部を前景画像より手前に
表示する場合にその部分の前景画像を切り取る作業が必
要となるという課題を有していた。
【００１２】本発明は上記課題に鑑み、配置位置を指定
すると前景画像に対して背景画像に応じた変形及び奥行
き比較による切取りを施して合成した画像を表示できる
画像表示装置を提供するものである。
すると前景画像に対して背景画像に応じた変形及び奥行
き比較による切取りを施して合成した画像を表示できる
画像表示装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達す
るため、背景画像の各画素の輝度値を保存する背景輝度
メモリ部と、背景画素の各画素の視点からの距離を表す
奥行値を保存する背景奥行メモリ部と、前景画像の各画
素の輝度値を保存する前景輝度メモリ部と、前景画像の
各画素の位置を任意の３次元座標系で保存する前景位置
メモリ部と、視点と透視投影面との距離を表す投影距離
を保存する投影距離メモリ部と、前景画像の各画素の位
置をアフィン変換する変換行列を保存する変換行列メモ
リ部と、前景画像を合成する際の基準点の配置位置を背
景画像の表示画面上で指定する合成位置指定部と、上記
合成位置指定部で指定した配置位置を対応する画素の上
記奥行値と上記投影距離の比で逆透視変換して３次元位
置を算出する逆透視変換部と、上記逆透視変換部で算出
した３次元位置の座標値を変換行列の３次元移動量とし
て上記変換行列メモリ部を更新する移動量更新部と、上
記前景位置メモリ部の各画素の位置を上記変換行列メモ
リ部の変換行列を用いてアフィン変換し視点座標系にお
けるそれぞれの３次元位置を算出するアフィン変換部
と、上記アフィン変換部で算出した３次元位置を上記投
影距離を用いて透視変換してスクリーン座標値を算出す
る透視変換部と、上記透視変換部で算出したスクリーン
座標値に対応する背景及び前景の奥行値を比較すること
により合成画像の輝度値及び奥行値を算出する奥行比較
部と、上記奥行比較部で算出した合成画像の輝度値を保
存する合成輝度メモリ部と、上記奥行比較部で算出した
合成画像の奥行値を保存する合成奥行メモリ部と、上記
合成輝度メモリ部の輝度値及び上記合成奥行値メモリ部
の奥行値を用いてそれぞれ上記背景輝度メモリ部及び上
記背景奥行値メモリ部の内容を更新する背景画像更新部
と、上記背景輝度メモリ部及び上記合成輝度メモリ部の
輝度値を用いて画面に画像表示する画面表示部とを備え
た構成である。
るため、背景画像の各画素の輝度値を保存する背景輝度
メモリ部と、背景画素の各画素の視点からの距離を表す
奥行値を保存する背景奥行メモリ部と、前景画像の各画
素の輝度値を保存する前景輝度メモリ部と、前景画像の
各画素の位置を任意の３次元座標系で保存する前景位置
メモリ部と、視点と透視投影面との距離を表す投影距離
を保存する投影距離メモリ部と、前景画像の各画素の位
置をアフィン変換する変換行列を保存する変換行列メモ
リ部と、前景画像を合成する際の基準点の配置位置を背
景画像の表示画面上で指定する合成位置指定部と、上記
合成位置指定部で指定した配置位置を対応する画素の上
記奥行値と上記投影距離の比で逆透視変換して３次元位
置を算出する逆透視変換部と、上記逆透視変換部で算出
した３次元位置の座標値を変換行列の３次元移動量とし
て上記変換行列メモリ部を更新する移動量更新部と、上
記前景位置メモリ部の各画素の位置を上記変換行列メモ
リ部の変換行列を用いてアフィン変換し視点座標系にお
けるそれぞれの３次元位置を算出するアフィン変換部
と、上記アフィン変換部で算出した３次元位置を上記投
影距離を用いて透視変換してスクリーン座標値を算出す
る透視変換部と、上記透視変換部で算出したスクリーン
座標値に対応する背景及び前景の奥行値を比較すること
により合成画像の輝度値及び奥行値を算出する奥行比較
部と、上記奥行比較部で算出した合成画像の輝度値を保
存する合成輝度メモリ部と、上記奥行比較部で算出した
合成画像の奥行値を保存する合成奥行メモリ部と、上記
合成輝度メモリ部の輝度値及び上記合成奥行値メモリ部
の奥行値を用いてそれぞれ上記背景輝度メモリ部及び上
記背景奥行値メモリ部の内容を更新する背景画像更新部
と、上記背景輝度メモリ部及び上記合成輝度メモリ部の
輝度値を用いて画面に画像表示する画面表示部とを備え
た構成である。
【００１４】
【作用】本発明は上記した構成により、配置位置を指定
すると前景画像に対して背景画像に応じた変形及び奥行
き比較による切取りを施して合成することにより、背景
と前景のスケールやパースが一致し前後関係が正確な合
成画像を生成し表示することとなる。
すると前景画像に対して背景画像に応じた変形及び奥行
き比較による切取りを施して合成することにより、背景
と前景のスケールやパースが一致し前後関係が正確な合
成画像を生成し表示することとなる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明に係わる画像表示装置の一実施
例について、図面を参照しながら説明する。図１は本発
明の一実施例における画像表示装置の構成を示すもので
ある。
例について、図面を参照しながら説明する。図１は本発
明の一実施例における画像表示装置の構成を示すもので
ある。
【００１６】図１において、11は前景画像を合成する際
の基準点の配置位置を背景画像の表示画面上で指定する
合成位置指定部、12は背景画像の表示画面上で前景位置
メモリ部23で使用している３次元座標系の軸に垂直な面
上の点を指定する垂直面指定部、13は視点と透視投影面
との距離を表す投影距離を保存する投影距離メモリ部、
14は垂直面指定部12で指定した点の隣接点を算出する隣
接点算出部、15は背景画素の各画素の視点からの距離を
表す奥行値を保存する背景奥行メモリ部、16は背景画像
の各画素の輝度値を保存する背景輝度メモリ部である。
の基準点の配置位置を背景画像の表示画面上で指定する
合成位置指定部、12は背景画像の表示画面上で前景位置
メモリ部23で使用している３次元座標系の軸に垂直な面
上の点を指定する垂直面指定部、13は視点と透視投影面
との距離を表す投影距離を保存する投影距離メモリ部、
14は垂直面指定部12で指定した点の隣接点を算出する隣
接点算出部、15は背景画素の各画素の視点からの距離を
表す奥行値を保存する背景奥行メモリ部、16は背景画像
の各画素の輝度値を保存する背景輝度メモリ部である。
【００１７】17は合成位置指定部11で指定した配置位置
及び隣接点算出部14で算出した点の位置及び２点指定部
32で指定した２点の位置をそれぞれ対応する画素の上記
奥行値と上記投影距離の比で逆透視変換して３次元位置
を算出する逆透視変換部、18は逆透視変換部17で算出し
た隣接点の３次元位置からこれらの点を含む平面の法線
を算出する法線算出部、19は逆透視変換部17で算出した
奥行値と投影距離との比を変換行列の３次元拡大量とし
て変換行列メモリ部22を更新する拡大量更新部である。
及び隣接点算出部14で算出した点の位置及び２点指定部
32で指定した２点の位置をそれぞれ対応する画素の上記
奥行値と上記投影距離の比で逆透視変換して３次元位置
を算出する逆透視変換部、18は逆透視変換部17で算出し
た隣接点の３次元位置からこれらの点を含む平面の法線
を算出する法線算出部、19は逆透視変換部17で算出した
奥行値と投影距離との比を変換行列の３次元拡大量とし
て変換行列メモリ部22を更新する拡大量更新部である。
【００１８】20は逆透視変換部17で算出した３次元位置
の座標値を変換行列の３次元移動量として変換行列メモ
リ部22を更新する移動量更新部、21は法線算出部18で算
出した法線を変換行列の３次元回転量として変換行列メ
モリ部22を更新する回転量更新部、22は前景画像の各画
素の位置をアフィン変換する変換行列を保存する変換行
列メモリ部、23は前景画像の各画素の位置を任意の３次
元座標系で保存する前景位置メモリ部、24は前景位置メ
モリ部23の各画素の位置を変換行列メモリ部2の変換行
列を用いてアフィン変換し視点座標系におけるそれぞれ
の３次元位置を算出するアフィン変換部である。
の座標値を変換行列の３次元移動量として変換行列メモ
リ部22を更新する移動量更新部、21は法線算出部18で算
出した法線を変換行列の３次元回転量として変換行列メ
モリ部22を更新する回転量更新部、22は前景画像の各画
素の位置をアフィン変換する変換行列を保存する変換行
列メモリ部、23は前景画像の各画素の位置を任意の３次
元座標系で保存する前景位置メモリ部、24は前景位置メ
モリ部23の各画素の位置を変換行列メモリ部2の変換行
列を用いてアフィン変換し視点座標系におけるそれぞれ
の３次元位置を算出するアフィン変換部である。
【００１９】25はアフィン変換部24で算出した３次元位
置を上記投影距離を用いて透視変換してスクリーン座標
値を算出する透視変換部、26は前景画像の各画素の輝度
値を保存する前景輝度メモリ部、27は透視変換部25で算
出したスクリーン座標値に対応する背景及び前景の奥行
値を比較することにより合成画像の輝度値及び奥行値を
算出する奥行比較部である。
置を上記投影距離を用いて透視変換してスクリーン座標
値を算出する透視変換部、26は前景画像の各画素の輝度
値を保存する前景輝度メモリ部、27は透視変換部25で算
出したスクリーン座標値に対応する背景及び前景の奥行
値を比較することにより合成画像の輝度値及び奥行値を
算出する奥行比較部である。
【００２０】28は奥行比較部27で算出した合成画像の輝
度値を保存する合成輝度メモリ部、29は奥行比較部27で
算出した合成画像の奥行値を保存する合成奥行メモリ
部、30は背景輝度メモリ部16及び合成輝度メモリ部28の
輝度値を用いて画面に画像表示する画面表示部、31は合
成輝度メモリ部28の輝度値及び合成奥行値メモリ部29の
奥行値を用いてそれぞれ背景輝度メモリ部16及び背景奥
行値メモリ部15の内容を更新する背景画像更新部、32は
背景画像上の任意の２点の位置を指定する２点指定部、
33は上記２点の３次元距離を入力する空間距離入力部、
34は逆透視変換部17で算出した３次元位置と空間距離入
力部33で入力した３次元距離を用いて投影距離を算出し
投影距離メモリ部13の投影距離を更新する投影距離更新
部である。
度値を保存する合成輝度メモリ部、29は奥行比較部27で
算出した合成画像の奥行値を保存する合成奥行メモリ
部、30は背景輝度メモリ部16及び合成輝度メモリ部28の
輝度値を用いて画面に画像表示する画面表示部、31は合
成輝度メモリ部28の輝度値及び合成奥行値メモリ部29の
奥行値を用いてそれぞれ背景輝度メモリ部16及び背景奥
行値メモリ部15の内容を更新する背景画像更新部、32は
背景画像上の任意の２点の位置を指定する２点指定部、
33は上記２点の３次元距離を入力する空間距離入力部、
34は逆透視変換部17で算出した３次元位置と空間距離入
力部33で入力した３次元距離を用いて投影距離を算出し
投影距離メモリ部13の投影距離を更新する投影距離更新
部である。
【００２１】以上のように構成された画像表示装置につ
いて、以下図１及び図２を用いてその動作を説明する。
簡単のために、以下の説明では前景画像の各画素の位置
は正方格子点上にある矩形画像とする。
いて、以下図１及び図２を用いてその動作を説明する。
簡単のために、以下の説明では前景画像の各画素の位置
は正方格子点上にある矩形画像とする。
【００２２】図２は表示画面上における前景画像配置を
示す図である。図２において、201は背景画像の天井、2
02〜204は背景画像の壁、205は背景画像の床、206は点
Ａ、207は前景画像、208は前景画像のＸ軸、209は前景
画像のＹ軸、210は前景画像のＺ軸、211は点Ｂ、212は
法線ベクトルNb、213は点Ｃ、214は法線ベクトルNcであ
る。
示す図である。図２において、201は背景画像の天井、2
02〜204は背景画像の壁、205は背景画像の床、206は点
Ａ、207は前景画像、208は前景画像のＸ軸、209は前景
画像のＹ軸、210は前景画像のＺ軸、211は点Ｂ、212は
法線ベクトルNb、213は点Ｃ、214は法線ベクトルNcであ
る。
【００２３】図中、背景輝度メモリ部16は、背景画像の
各画素の輝度値[R1 G1 B1]を保存する。背景奥行メモリ
部15は、背景画素の各画素の視点からの距離を表す奥行
値を保存する。ここで、奥行値は視点座標系におけるＺ
座標値とし、Ｚバッファ法やレイトレーシング法のアル
ゴリズムを用いた画像生成で容易に得ることができる。
また、実写の画像では３次元計測による距離データを奥
行値として用いる。
各画素の輝度値[R1 G1 B1]を保存する。背景奥行メモリ
部15は、背景画素の各画素の視点からの距離を表す奥行
値を保存する。ここで、奥行値は視点座標系におけるＺ
座標値とし、Ｚバッファ法やレイトレーシング法のアル
ゴリズムを用いた画像生成で容易に得ることができる。
また、実写の画像では３次元計測による距離データを奥
行値として用いる。
【００２４】前景輝度メモリ部26は、前景画像の各画素
の輝度値[R2 G2 B2]を保存する。前景位置メモリ部23
は、前景画像の各画素の位置を任意の３次元座標系で保
存する。３次元座標系の例として、図２のように前景画
像207の左上を原点とし右方向をＸ軸208、下方向をＹ軸
209とする右手系の座標がある。前景画像の各画素が正
方格子点の上に整列している矩形の場合は、各画素の位
置Pijは（式１）のように表すことができる。ここで、
Ｋ、Ｌはそれぞれ矩形のＸ、Ｙ方向の画素数である。 （式１） Pij＝[i,j,1] (i=0,1,2,…,K j=0,1,2,…,
L) 投影距離メモリ部13は、視点と透視投影面との距離を表
す投影距離Ｄを保存する。変換行列メモリ部22は、前景
画像の各画素の位置をアフィン変換する変換行列を保存
する。変換行列Ｍは４×４の行列で（式２）を満たす。
ここで、[x1 y1 z1],[x2 y2 z2]はそれぞれ変換前、変
換後の３次元座標値である。 （式２） [x2 y2 z2 1]＝[x1 y1 z1 1]・Ｍ
の輝度値[R2 G2 B2]を保存する。前景位置メモリ部23
は、前景画像の各画素の位置を任意の３次元座標系で保
存する。３次元座標系の例として、図２のように前景画
像207の左上を原点とし右方向をＸ軸208、下方向をＹ軸
209とする右手系の座標がある。前景画像の各画素が正
方格子点の上に整列している矩形の場合は、各画素の位
置Pijは（式１）のように表すことができる。ここで、
Ｋ、Ｌはそれぞれ矩形のＸ、Ｙ方向の画素数である。 （式１） Pij＝[i,j,1] (i=0,1,2,…,K j=0,1,2,…,
L) 投影距離メモリ部13は、視点と透視投影面との距離を表
す投影距離Ｄを保存する。変換行列メモリ部22は、前景
画像の各画素の位置をアフィン変換する変換行列を保存
する。変換行列Ｍは４×４の行列で（式２）を満たす。
ここで、[x1 y1 z1],[x2 y2 z2]はそれぞれ変換前、変
換後の３次元座標値である。 （式２） [x2 y2 z2 1]＝[x1 y1 z1 1]・Ｍ
【００２５】
【数１】
【００２６】まず、画像表示部30において、背景輝度メ
モリ部16の各画素の輝度を用いて背景画像を画面に表示
する。
モリ部16の各画素の輝度を用いて背景画像を画面に表示
する。
【００２７】合成位置指定部11において、前景画像の基
準点の配置希望位置を背景画像の表示画面上で指定す
る。前景画像の基準位置は任意であり、例えば矩形画像
の場合は矩形の頂点や矩形の重心、各辺の中心等があ
る。また、画面における希望配置位置の指定には、マウ
スや電子ペン等の入力デバイスを用いる。図２では基準
位置を矩形画像の左上とし、希望配置位置として点Ａを
指定する。
準点の配置希望位置を背景画像の表示画面上で指定す
る。前景画像の基準位置は任意であり、例えば矩形画像
の場合は矩形の頂点や矩形の重心、各辺の中心等があ
る。また、画面における希望配置位置の指定には、マウ
スや電子ペン等の入力デバイスを用いる。図２では基準
位置を矩形画像の左上とし、希望配置位置として点Ａを
指定する。
【００２８】次に、垂直面指定部12において、背景画像
の表示画面上で前景位置メモリ部23で使用している３次
元座標系の任意の軸に垂直な面上の点を指定する。画面
上における点の指定には、マウスや電子ペン等の入力デ
バイスを用いる。例えば、図２ではＸ軸208及びＹ軸209
に垂直な面上の点としてそれぞれ点Ｂ211及び点Ｃ213を
指定する。
の表示画面上で前景位置メモリ部23で使用している３次
元座標系の任意の軸に垂直な面上の点を指定する。画面
上における点の指定には、マウスや電子ペン等の入力デ
バイスを用いる。例えば、図２ではＸ軸208及びＹ軸209
に垂直な面上の点としてそれぞれ点Ｂ211及び点Ｃ213を
指定する。
【００２９】隣接点算出部14において、垂直面指定部12
で指定した点の隣接点を算出する。隣接点として指定し
た点の左上、右上、左下、右下の４点を算出する。点Ｂ
及び点Ｃの隣接点はそれぞれB1〜B4、C1〜C4で各点の座
標は点Ｂ及び点Ｃの座標をそれぞれ[bx by],[cx cy]と
すると以下のようになる。 B1:[bx-1 by-1] B2:[bx+1 by-1] B3:[bx-1 by+1] B4:[bx+1 by+1] C1:[cx-1 cy-1] C2:[cx+1 cy-1] C3:[cx-1 cy+1] C4:[cx+1 cy+1] ２点指定部32において、背景画像の表示画面上で任意の
２点を指定する。以下、この２点をＥ[ex ey]およびＦ
[fx fy]とする。座標画面上における点の指定には、マ
ウスや電子ペン等の入力デバイスを用いる。
で指定した点の隣接点を算出する。隣接点として指定し
た点の左上、右上、左下、右下の４点を算出する。点Ｂ
及び点Ｃの隣接点はそれぞれB1〜B4、C1〜C4で各点の座
標は点Ｂ及び点Ｃの座標をそれぞれ[bx by],[cx cy]と
すると以下のようになる。 B1:[bx-1 by-1] B2:[bx+1 by-1] B3:[bx-1 by+1] B4:[bx+1 by+1] C1:[cx-1 cy-1] C2:[cx+1 cy-1] C3:[cx-1 cy+1] C4:[cx+1 cy+1] ２点指定部32において、背景画像の表示画面上で任意の
２点を指定する。以下、この２点をＥ[ex ey]およびＦ
[fx fy]とする。座標画面上における点の指定には、マ
ウスや電子ペン等の入力デバイスを用いる。
【００３０】空間距離入力部33において、２点指定部32
で指定した２点ＥおよびＦの間の空間距離ｄを入力す
る。
で指定した２点ＥおよびＦの間の空間距離ｄを入力す
る。
【００３１】逆透視変換部17において、合成位置指定部
11で指定した配置位置および隣接点算出部14で算出した
点の位置および２点指定部32で指定した２点の位置をそ
れぞれ対応する画素の奥行値と投影距離Ｄの比で逆透視
変換して３次元位置を算出する。図２の点Ａ206のスク
リーン座標値を[ax,ay]、奥行値をazとすると、逆透視
変換後の３次元位置[AX,AY,AZ]は（式３）で算出する。
ここで、awは奥行値azと投影距離Ｄとの比で（式４）を
満たす。 （式３） [AX AY AZ]＝[ax*aw ay*aw az] （式４） aw＝az/Ｄ 同様に、点Ｂ211及び点Ｃ213の隣接点B1〜B4,C1〜C4を
逆透視変換した後の３次元位置を算出し以下にように表
す。 B1:[BX1 BY1 BZ1] B2:[BX2 BY2 BZ2] B3:[BX3 BY3 BZ3] B4:[BX4 BY4 BZ4] C1:[CX1 CY1 CZ1] C2:[CX2 CY2 CZ2] C3:[CX3 CY3 CZ3] C4:[CX4 CY4 CZ4] 同様に、点Ｅおよび点Ｆを逆透視変換した後の３次元位
置[EX EY EZ]および[FXFY FZ]は、（式５）で算出す
る。ここで、ewおよびfwはそれぞれ奥行値ezおよびfzと
投影距離Ｄとの比で（式６）を満たす。 （式５） [EX EY EZ]＝[ex*ew ey*ew ez] [FX FY FZ]＝[fx*fw fy*fw fz] （式６） ew＝ez/Ｄ fw＝fz/Ｄ 投影距離更新部34において、逆透視変換部17で算出した
点Ｅおよび点Ｆの３次元位置と空間距離入力部33で入力
したと２点間の距離ｄを用いて投影距離Ｄを算出し投影
距離メモリ部13の投影距離を更新する。
11で指定した配置位置および隣接点算出部14で算出した
点の位置および２点指定部32で指定した２点の位置をそ
れぞれ対応する画素の奥行値と投影距離Ｄの比で逆透視
変換して３次元位置を算出する。図２の点Ａ206のスク
リーン座標値を[ax,ay]、奥行値をazとすると、逆透視
変換後の３次元位置[AX,AY,AZ]は（式３）で算出する。
ここで、awは奥行値azと投影距離Ｄとの比で（式４）を
満たす。 （式３） [AX AY AZ]＝[ax*aw ay*aw az] （式４） aw＝az/Ｄ 同様に、点Ｂ211及び点Ｃ213の隣接点B1〜B4,C1〜C4を
逆透視変換した後の３次元位置を算出し以下にように表
す。 B1:[BX1 BY1 BZ1] B2:[BX2 BY2 BZ2] B3:[BX3 BY3 BZ3] B4:[BX4 BY4 BZ4] C1:[CX1 CY1 CZ1] C2:[CX2 CY2 CZ2] C3:[CX3 CY3 CZ3] C4:[CX4 CY4 CZ4] 同様に、点Ｅおよび点Ｆを逆透視変換した後の３次元位
置[EX EY EZ]および[FXFY FZ]は、（式５）で算出す
る。ここで、ewおよびfwはそれぞれ奥行値ezおよびfzと
投影距離Ｄとの比で（式６）を満たす。 （式５） [EX EY EZ]＝[ex*ew ey*ew ez] [FX FY FZ]＝[fx*fw fy*fw fz] （式６） ew＝ez/Ｄ fw＝fz/Ｄ 投影距離更新部34において、逆透視変換部17で算出した
点Ｅおよび点Ｆの３次元位置と空間距離入力部33で入力
したと２点間の距離ｄを用いて投影距離Ｄを算出し投影
距離メモリ部13の投影距離を更新する。
【００３２】（式５）より２点間の距離について（式
７）が成り立つ。さらに、（式７）に（式６）を代入し
た（式８）を用いて投影距離Ｄを算出する。 （式７） ｄ2＝(FX-EX)2＋(FY-EY)2＋(FZ-EZ)2 （式８） Ｄ2＝｛(fx・fz−ex・ez)2＋(fy・fz−ey・e
z)2｝／｛d2−(fz−ez)2｝ 拡大率更新部19において、逆透視変換部17で算出した奥
行値と投影距離の比awを３次元拡大量αとして（式９）
を用いて変換行列メモリ部22の変換行列Ｍを更新する。 （式９） α＝aw 移動量更新部20において、逆透視変換部17で算出した３
次元位置の座標値を３次元移動量[t1 t2 t3]として（式
10）を用いて変換行列メモリ部22の変換行列Ｍを更新す
る。 （式10） [t1 t2 t3]＝[AX AY AZ] 法線算出部18において、逆透視変換部17で算出した隣接
点の３次元位置からこれらの点を含む平面の法線を算出
する。例えば、点Ｂ211及び点Ｃ213の法線ベクトルをそ
れぞれ単位ベクトルNb212及びNc214とするとベクトル積
を用いて（式11）及び（式12）で算出する。 （式11） Nb＝（B32×B41）／（｜B32×B41｜） （式12） Nc＝（C32×C41）／（｜C32×C41｜） ここで、B32,B41,C32,C41は以下に示すようなベクトル
である。 B32 ＝ B2−B3 ＝ [BX2-BX3 BY2-BY3 BZ2-BZ3] B41 ＝ B1−B4 ＝ [BX1-BX4 BY1-BY4 BZ1-BZ4] C32 ＝ C2−C3 ＝ [CX2-CX3 CY2-CY3 CZ2-CZ3] C41 ＝ C1−C4 ＝ [CX1-CX4 CY1-CY4 CZ1-CZ4] 回転量更新部21において、法線算出部18で算出した法線
を３次元回転量として（式13）〜（式15）を用いて変換
行列メモリ部22の変換行列Ｍを更新する。 （式13） [r11 r12 r13] ＝ Nb （式14） [r21 r22 r23] ＝ Nc （式15） [r31 r32 r33] ＝ Nb×Nc アフィン変換部24において、前景位置メモリ部23の各画
素の位置Pijを変換行列メモリ部22の変換行列Ｍを用い
てアフィン変換し視点座標系におけるそれぞれの３次元
位置Qijを（式16）を用いて算出する。 （式16） [Qij 1] ＝ [xij yij zij 1] ＝ [Pij 1]・
Ｍ 透視変換部25において、アフィン変換部24で算出した３
次元位置Qijを投影距離Ｄを用いて透視変換してスクリ
ーン座標値[SXij SYij]を（式17）及び（式18）を用い
て算出する。ここで、xij及びyijは （式17） SXij＝xij*Ｄ／zij （式18） SYij＝yij*Ｄ／zij 奥行比較部27において、透視変換部25で算出したスクリ
ーン座標値[SXij SYij]に対応する背景および前景の奥
行値を比較することによって、合成画像の輝度値[R G
B]ij及び奥行値Zijを以下のように算出する。
７）が成り立つ。さらに、（式７）に（式６）を代入し
た（式８）を用いて投影距離Ｄを算出する。 （式７） ｄ2＝(FX-EX)2＋(FY-EY)2＋(FZ-EZ)2 （式８） Ｄ2＝｛(fx・fz−ex・ez)2＋(fy・fz−ey・e
z)2｝／｛d2−(fz−ez)2｝ 拡大率更新部19において、逆透視変換部17で算出した奥
行値と投影距離の比awを３次元拡大量αとして（式９）
を用いて変換行列メモリ部22の変換行列Ｍを更新する。 （式９） α＝aw 移動量更新部20において、逆透視変換部17で算出した３
次元位置の座標値を３次元移動量[t1 t2 t3]として（式
10）を用いて変換行列メモリ部22の変換行列Ｍを更新す
る。 （式10） [t1 t2 t3]＝[AX AY AZ] 法線算出部18において、逆透視変換部17で算出した隣接
点の３次元位置からこれらの点を含む平面の法線を算出
する。例えば、点Ｂ211及び点Ｃ213の法線ベクトルをそ
れぞれ単位ベクトルNb212及びNc214とするとベクトル積
を用いて（式11）及び（式12）で算出する。 （式11） Nb＝（B32×B41）／（｜B32×B41｜） （式12） Nc＝（C32×C41）／（｜C32×C41｜） ここで、B32,B41,C32,C41は以下に示すようなベクトル
である。 B32 ＝ B2−B3 ＝ [BX2-BX3 BY2-BY3 BZ2-BZ3] B41 ＝ B1−B4 ＝ [BX1-BX4 BY1-BY4 BZ1-BZ4] C32 ＝ C2−C3 ＝ [CX2-CX3 CY2-CY3 CZ2-CZ3] C41 ＝ C1−C4 ＝ [CX1-CX4 CY1-CY4 CZ1-CZ4] 回転量更新部21において、法線算出部18で算出した法線
を３次元回転量として（式13）〜（式15）を用いて変換
行列メモリ部22の変換行列Ｍを更新する。 （式13） [r11 r12 r13] ＝ Nb （式14） [r21 r22 r23] ＝ Nc （式15） [r31 r32 r33] ＝ Nb×Nc アフィン変換部24において、前景位置メモリ部23の各画
素の位置Pijを変換行列メモリ部22の変換行列Ｍを用い
てアフィン変換し視点座標系におけるそれぞれの３次元
位置Qijを（式16）を用いて算出する。 （式16） [Qij 1] ＝ [xij yij zij 1] ＝ [Pij 1]・
Ｍ 透視変換部25において、アフィン変換部24で算出した３
次元位置Qijを投影距離Ｄを用いて透視変換してスクリ
ーン座標値[SXij SYij]を（式17）及び（式18）を用い
て算出する。ここで、xij及びyijは （式17） SXij＝xij*Ｄ／zij （式18） SYij＝yij*Ｄ／zij 奥行比較部27において、透視変換部25で算出したスクリ
ーン座標値[SXij SYij]に対応する背景および前景の奥
行値を比較することによって、合成画像の輝度値[R G
B]ij及び奥行値Zijを以下のように算出する。
【００３３】(1) zij＞（背景の奥行値）の場合 [R G B]ij＝[R1 G1 B1]ij Zij＝（背景の奥行値） (2) zij≦（背景の奥行値）の場合 [R G B]＝[R2 G2 B2]ij Zij＝zij ここで、合成輝度メモリ部28において、奥行比較部27で
算出した合成画像の輝度値[R G B]ijを保存する。合成
奥行メモリ部29において、奥行比較部27で算出した合成
画像の奥行値Zijを保存する。
算出した合成画像の輝度値[R G B]ijを保存する。合成
奥行メモリ部29において、奥行比較部27で算出した合成
画像の奥行値Zijを保存する。
【００３４】背景画像更新部31において、合成輝度メモ
リ部28の輝度値[R G B]ij及び合成奥行値メモリ部29の
奥行値Zijを用いてそれぞれ背景輝度メモリ部16及び背
景奥行値メモリ部15の内容を更新する。
リ部28の輝度値[R G B]ij及び合成奥行値メモリ部29の
奥行値Zijを用いてそれぞれ背景輝度メモリ部16及び背
景奥行値メモリ部15の内容を更新する。
【００３５】画面表示部30において、背景輝度メモリ部
16の輝度値[R1 G1 B1]と合成輝度メモリ部28の輝度値[R
G B]ijを用いて画面に画像表示する。
16の輝度値[R1 G1 B1]と合成輝度メモリ部28の輝度値[R
G B]ijを用いて画面に画像表示する。
【００３６】以上のように本実施例によれば、背景と前
景のスケールやパースが一致し前後関係が正確な合成画
像を生成し表示することができる。
景のスケールやパースが一致し前後関係が正確な合成画
像を生成し表示することができる。
【００３７】なお、本実施例では、前景画像の各画素の
位置は正方格子点上にある矩形画像としたが、各画素は
任意の３次元位置としてもよい。
位置は正方格子点上にある矩形画像としたが、各画素は
任意の３次元位置としてもよい。
【００３８】
【発明の効果】以上のように本発明は、背景と前景のス
ケールやパースが一致し前後関係が正確な合成画像を生
成し表示することができる。
ケールやパースが一致し前後関係が正確な合成画像を生
成し表示することができる。
【図１】本発明の一実施例における画像表示装置の構成
を示すブロック図
を示すブロック図
【図２】本発明の一実施例における前景画像配置を示す
図
図
【図３】従来の画像表示装置の構成を示すブロック図
11 合成位置指定部 12 垂直面指定部 13 投影距離メモリ部 14 隣接点算出部 15 背景奥行メモリ部 16 背景輝度メモリ部 17 逆透視変換部 18 法線算出部 19 拡大量更新部 20 移動量更新部 21 回転量更新部 22 変換行列メモリ部 23 前景位置メモリ部 24 アフィン変換部 25 透視変換部 26 前景輝度メモリ部 27 奥行比較部 28 合成輝度メモリ部 29 合成奥行メモリ部 30 画面表示部 31 背景画像更新部 32 ２点指定部 33 空間距離入力部 34 投影距離更新部
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 7623−5Ｌ Ｇ０６Ｆ 15/60 ３１０
Claims (5)
- 【請求項１】背景画像に前景画像を合成して表示する画
像表示装置において、 背景画像の各画素の輝度値を保存する背景輝度メモリ部
と、 背景画素の各画素の視点からの距離を表す奥行値を保存
する背景奥行メモリ部と、 前景画像の各画素の輝度値を保存する前景輝度メモリ部
と、 前景画像の各画素の位置を任意の３次元座標系で保存す
る前景位置メモリ部と、 視点と透視投影面との距離を表す投影距離を保存する投
影距離メモリ部と、 前景画像の各画素の位置をアフィン変換する変換行列を
保存する変換行列メモリ部と、 前景画像を合成する際の基準点の配置位置を背景画像の
表示画面上で指定する合成位置指定部と、 上記合成位置指定部で指定した配置位置を対応する画素
の上記奥行値と上記投影距離の比で逆透視変換して３次
元位置を算出する逆透視変換部と、 上記逆透視変換部で算出した３次元位置の座標値を変換
行列の３次元移動量として上記変換行列メモリ部を更新
する移動量更新部と、 上記前景位置メモリ部の各画素の位置を上記変換行列メ
モリ部の変換行列を用いてアフィン変換し視点座標系に
おけるそれぞれの３次元位置を算出するアフィン変換部
と、 上記アフィン変換部で算出した３次元位置を上記投影距
離を用いて透視変換してスクリーン座標値を算出する透
視変換部と、 上記透視変換部で算出したスクリーン座標値に対応する
背景及び前景の奥行値を比較することにより合成画像の
輝度値及び奥行値を算出する奥行比較部と、 上記奥行比較部で算出した合成画像の輝度値を保存する
合成輝度メモリ部と、 上記奥行比較部で算出した合成画像の奥行値を保存する
合成奥行メモリ部と、 上記合成輝度メモリ部の輝度値及び上記合成奥行値メモ
リ部の奥行値を用いてそれぞれ上記背景輝度メモリ部及
び上記背景奥行値メモリ部の内容を更新する背景画像更
新部と、 上記背景輝度メモリ部及び上記合成輝度メモリ部の輝度
値を用いて画面に画像表示する画面表示部とを備えたこ
とを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項２】逆透視変換部で算出した奥行値と投影距離
との比を変換行列の３次元拡大量として、変換行列メモ
リ部を更新する拡大量更新部を備えたことを特徴とする
請求項１の画像表示装置。 - 【請求項３】背景画像の表示画面上で上記前景位置メモ
リ部で使用している３次元座標系の軸に垂直な面上の点
を指定する垂直面指定部と、上記垂直面指定部で指定し
た点の隣接点を算出する隣接点算出部と、上記隣接点算
出部で算出した点の位置を対応する画素の上記奥行値と
上記投影距離の比で逆透視変換して３次元位置を算出す
る逆透視変換部と、上記逆透視変換部で算出した隣接点
の３次元位置からこれらの点を含む平面の法線を算出す
る法線算出部と、上記法線算出部で算出した法線を変換
行列の３次元回転量として上記変換行列メモリ部を更新
する回転量更新部を備えたことを特徴とする請求項１の
画像表示装置。 - 【請求項４】背景画像上の任意の２点の位置を指定する
２点指定部と、上記２点の３次元距離を入力する空間距
離入力部と、上記２点指定部で指定した２点の位置を対
応する画素の奥行値と上記投影距離の比で逆透視変換し
て３次元位置を算出する逆透視変換部と、上記逆透視変
換部で算出した３次元位置と上記空間距離入力部で入力
した３次元距離を用いて投影距離を算出し投影距離メモ
リ部の投影距離を更新する投影距離更新部を備えたこと
を特徴とする請求項１の画像表示装置。 - 【請求項５】背景画像に前景画像を合成して表示する画
像表示装置において、 背景画像の各画素の輝度値を保存する背景輝度メモリ部
と、 背景画素の各画素の視点からの距離を表す奥行値を保存
する背景奥行メモリ部と、 前景画像の各画素の輝度値を保存する前景輝度メモリ部
と、 前景画像の各画素の位置を任意の３次元座標系で保存す
る前景位置メモリ部と、 視点と透視投影面との距離を表す投影距離を保存する投
影距離メモリ部と、 前景画像の各画素の位置をアフィン変換する変換行列を
保存する変換行列メモリ部と、 前景画像を合成する際の基準点の配置位置を背景画像の
表示画面上で指定する合成位置指定部と、 背景画像の表示画面上で上記前景位置メモリ部で使用し
ている３次元座標系の軸に垂直な面上の点を指定する垂
直面指定部と、 上記垂直面指定部で指定した点の隣接点を算出する隣接
点算出部と、 背景画像上の任意の２点の位置を指定する２点指定部
と、 上記２点の３次元距離を入力する空間距離入力部と、 上記合成位置指定部で指定した配置位置および上記隣接
点算出部で算出した点の位置および上記２点指定部で指
定した２点の位置をそれぞれ対応する画素の上記奥行値
と上記投影距離の比で逆透視変換して３次元位置を算出
する逆透視変換部と、 上記逆透視変換部で算出した３次元位置と上記空間距離
入力部で入力した３次元距離を用いて投影距離を算出し
投影距離メモリ部の投影距離を更新する投影距離更新部
と、 上記逆透視変換部で算出した奥行値と投影距離との比を
変換行列の３次元拡大量として上記変換行列メモリ部を
更新する拡大量更新部と、 上記逆透視変換部で算出した３次元位置の座標値を変換
行列の３次元移動量として上記変換行列メモリ部を更新
する移動量更新部と、 上記逆透視変換部で算出した隣接点の３次元位置からこ
れらの点を含む平面の法線を算出する法線算出部と、 上記法線算出部で算出した法線を変換行列の３次元回転
量として上記変換行列メモリ部を更新する回転量更新部
と、 上記前景位置メモリ部の各画素の位置を上記変換行列メ
モリ部の変換行列を用いてアフィン変換し視点座標系に
おけるそれぞれの３次元位置を算出するアフィン変換部
と、 上記アフィン変換部で算出した３次元位置を上記投影距
離を用いて透視変換してスクリーン座標値を算出する透
視変換部と、 上記透視変換部で算出したスクリーン座標値に対応する
背景及び前景の奥行値を比較することにより合成画像の
輝度値及び奥行値を算出する奥行比較部と、 上記奥行比較部で算出した合成画像の輝度値を保存する
合成輝度メモリ部と、 上記奥行比較部で算出した合成画像の奥行値を保存する
合成奥行メモリ部と、 上記合成輝度メモリ部の輝度値及び上記合成奥行値メモ
リ部の奥行値を用いてそれぞれ上記背景輝度メモリ部及
び上記背景奥行値メモリ部の内容を更新する背景画像更
新部と、 上記背景輝度メモリ部及び上記合成輝度メモリ部の輝度
値を用いて画面に画像表示する画面表示部とを備えたこ
とを特徴とする画像表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33386193A JP3448930B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 画像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33386193A JP3448930B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 画像表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07192147A true JPH07192147A (ja) | 1995-07-28 |
| JP3448930B2 JP3448930B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=18270772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33386193A Expired - Fee Related JP3448930B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 画像表示装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
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| US7423658B1 (en) | 1999-11-19 | 2008-09-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Image processor, method of providing image processing services and order processing method |
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-
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