JPH07503107A - 三次元画像を表示する装置 - Google Patents

三次元画像を表示する装置

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JPH07503107A
JPH07503107A JP5507255A JP50725593A JPH07503107A JP H07503107 A JPH07503107 A JP H07503107A JP 5507255 A JP5507255 A JP 5507255A JP 50725593 A JP50725593 A JP 50725593A JP H07503107 A JPH07503107 A JP H07503107A
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ルバー,ヨアヒム
ヘーベルレ、ベルント
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カール−ツアイス−シュティフテュング
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 二次元画像を表示する装置 本発明は、請求の範囲第1項の前文に従った三次元画像をノン示する装置fil こ関わる。
K、Balasubramonian他の概!免5己”JS rcoml)a  t i b l e3−D television:The 5tate of  the artJ(Proceedings of the 5PIE−Th e International 5ociety for 0ptical  Engineering+第402巻、1983年、+00−106ベーノ)の 中(こζよ、従来のTV/ステムを利用して実現することができる、三次元画像 を表示するための様々な再生システムが提示されている。この文献の102ペー ノに(ヨ、たとえ【よ、2台のカメラの分離した画像を同期信号によって市販の TV機器へ交互(こ切換えるシステムが提案されており、そのTVfi器のスク リー7(こは電気光学IIIζこ切換え自在のマスクを設けである。このマスク は同様(こ等し0周波数をもって2つの偏光状態の間で交互に往復切換えされる ので、透過する偏光のノi lil+] itそれぞれ1つのカメラの画像に対 応することになる。三次元認知のために、観察老番よ、それぞれの目に正しい画 像が対応するように適切1こ偏光されたレノズを1よめ込んだ眼鏡をかける。こ の場合、画像処理と再生は中間記憶なしで実1テされる。すなわち、双方のカメ ラから導入された信号を画像周波数の−9の−で再QEモニタへ伝送する。画像 の古込みが50Hzのとき−9の−(こなると、読取り周波数1425Hzlこ なり、画像の切換え周波数は45Hzの臨界目視周波数を下回ってしまう。この 目視周波数を上回って始めてフリッカのな〜A観察が可能(こなるので、周波数 の11減は観察者に対して画像のフリッカが現われると(Aう結果を招く。
これに対し、フリッカのない画像はドイツ特許公報第3808969号のI′+ 1で提案されているシステムによって得られる。この場合(こit、2台のカメ ラの画像を2つの別個の処理装置で並行してさらに処理するのであるh’、その 際、カメラ画像をそれぞれ全画像メモリに中間記憶しておき、画像周波数の2イ &で読取り、スイッチを介して+lG生装五に交互に表示する。2つの立体部分 画像のl;IIt9えと同時に、観察者の11の011方に配置されている強読 電性液晶ダイアフラムの切換え力(実行される。このシステムにおける欠点は、 2つのカメラ画像の並行処理にコストがかかるということである。すなわち、そ れぞれが周波数倍加のための2つの半1像メモリから構成される2つの別個の全 画像メモリ、並びに2つのカラーRGBモジュール、すなわち、カラーコーダが 必要である。特に、そのようにして発生した立体画像を従来のビデオレコーダに よって、このシステムを介しテ録画するときのコストは非常に高い。この場合、 観察者に対して三次元認知を確保するために、カメラから供給される2つの立体 画像を別個に録画する2台の別個のビデオレコーダを使用し、再生時には、コス トをかけてそれらの画像を同期させなければならない。あるいは、2つの部分画 像を切換え装置の後で1台のビデオレコーダによって逐次記憶することも可能で あろうが、そのためには、最大限のデータ量を超高速で処理するビデオレコーダ が必要になるであろう。
この概念に属する別の装置は米国特許第4562463号から知られている。
説明されている様々な実施形態では、立体部分画像の信号をそれぞれ異なる数の メモリに書込み、続いて、表示装置に交互に表示する。この場合にも、観察者に 対する立体視印象は、メモリの読取りに対応して同期される公知の液晶配列を利 用して各々の立体画像を正しい目に適切に対応させることによって得られる。こ の特許公報の中に「方法I」として説明されている方法では、立体部分画像を書 込む2つのメモリA及びBを設けている。左側の立体部分画像をメモリAに書込 んだならば、直ちに右側の部分画像の書込みを実行する。右側部分画像の書込み と同時に、中間記憶されていた左側部分画像を2度読取る。すなわち、2つの左 側部分画像が表示装置で観察者に対して提示される。一方の立体部分画像の書込 みの間に他方の立体部分画像を二度表示しなければならないために、画像切換え 周波数はフリッカ印象を観察者に与えるという結果を招くものとなってしまう。
「方法11及び方法111」 として説明されている方法は、それぞれ、3つ又 は4つの別個のメモリを設けており、それらのメモリからの読取りを同期しなけ ればならない。すなわち、それら2つの方法においては、従来のTVシステムを ある程度構成変更するという負担を負わなければならない。
従って、本発明の課題は、画像の三次元表示を可能にするように市販のTV機器 をわずかなコストをもって変形することである。その場合、特に、三次元画像の フリッカのない表示を確保すべきである。さらに、そのようにして変形した機器 を利用して、市販のビデオレコーダを介して三次元画像の録画と再生をできる限 り少ないコストで実現できるようにすべきである。
この課題は、請求の範囲第1項の特徴を備えた装置により解決される。
先に引用した従来の技術とは対称的に、本発明に不可欠であるのは、2つの別個 の立体部分画像を唯一っの処理装置で逐次処理することであり、この場合、各々 の立体部分画像を中間記憶した後、適切な再生モニタに書込み周波数の2倍で画 像を再生する。双方の立体部分画像は並列の入力端子を有する入力交差箇所と、 切換え装置とを介して交互に処理装置へ伝送される。そのため、引用したドイツ 特許第3808969号とは異なり、本発明による!!′置においては、2つの 部分画像に対して必要な処理装置は唯一っであるので、そのようなシステムの変 形のコストは著しく低減するが又は変形が容易になる。切換え装置は同期装置に より相応する周波数をもって制御される。2台のカメラの各々について1つずつ 設けられている部分メモリに、立体部分画像を処理装置によって書込む。この場 合、以下に説明する、部分メモリを物理的に分離した記憶装置として設けた実施 形態の他に、1つの部分メモリを論理的に2つの別の部分メモリに分離しただけ の実施形態も可能である。これは、たとえば、カメラ信号を唯一っのメモリに時 間の上で交互に書込むと共に、そのメモリから相応して交互に読取ることにより 実現可能である。物理的又は論理的に正しいメモリ部分への部分画像の書込みも 同様に同期装置によって制御される。好ましい実施形態においては、双方の立体 半画像の中間記憶は2つの市販の半画像メモリで行われる。すなわち、市販のT V機器の構成変更に際して、特に第2の半画像メモリを追加するだけで良いとい うことになる。その後、半画像メモリに中間記憶されている立体部分画像を画像 周波数の2倍で読取り、さらに処理して、再生モニタに表示する。このときには 、既に書込み、読取りを同時に実行するための構成を備えている市販の半画像メ モリについて変形を行う必要は全くない。使用するメモリ素子とそれらに対応す る信号処理とをこのように選択したため、特に、先に引用した米国特許第456 2463号の「方法I」の場合よりさらに高い画像切換え周波数が双方の立体部 分画像に対して可能である。「方法I」では、使用するメモリの同時書込み、続 出しは行われていなかったのである。2つの立体部分画像の画像切換え周波数が 高(なった結果、観察者に対してフリッカのない立体画像が得られる。本発明に よる装置の中では、2つの部分メモリのみが必要とされるので、上述の米国特許 第4562463号の「方法11及び方法111」 と比較して、変形に要する コストは低減する。
さらに、可能な実施形態では、強MN性液晶ダイアフラムを備えた眼鏡を観察者 の各々の目にそれぞれ正しい部分画像が対応するように切換えることにより、必 要とされる同期装置は観察者の立体画像認識を制御する。別の実施形態において は、再生モニタの前に、同様に同期装置により切換えられる切換自在の偏光フィ ルタを配置することが可能である。この場合、観察者は、各々の目について異な る偏光−透過率特性を有する偏光眼鏡をかける。
そこで、市販のTV機器の変形に際しては、第2の半画像メモリの他に入力交差 箇所と共に同期装置並びに切換え装置が必要なだけである。それらの構成要素は 市販のTV機器に難なく取付けできる。
さらに、本発明による装置は同様に市販されているビデオレコーダを使用した立 体部分画像の容易な録画をも保証する。この場合、双方の部分画像は切換え装置 の後で逐次録画され、同期装置は左側画像又は右側画像の各々について識別信号 を供給し、その識別信号も共にビデオレコーダによって記録される。録画された 立体画像を再生するときには、記録されている識別信号が同期装置を制御し、そ こで、同期装置は正しい切換え周波数をもって切換え装置を、すなわち、メモリ 素子の書込みと読取りを制御する。本発明による装置のもう1つの利点として、 そのように変形したTVII器をいつでも従来の動作モードで択一的に動作させ 、異なる動作モードの間で切換えることが可能であるという点が挙げられる。さ らに、本発明による装置を、たとえば、PAL、NTSC又はSECAMなどの あらゆる慣用のテレピノe)規格に合わせて構成することが可能である。
本発明による装置のその他の利点と特徴は、添付の図面を参照しながら2つの実 施例並びに原理上の信号処理を以下に説明するこ七により明白になる。
図面中、 図1及び図2は、それぞれ、本発明による一実施例を示す概略図であり;図3は 、本発明による装置の内部における原則的な信号処理を示す。
図1を参照して、本発明による装置の第1の実施例の説明を行う。ここで、本発 明による装置は市販のTVel器に基づいており、この機器をわずかに変形すれ ば、三次元画像の表示用として変更できることを再度指摘しておく。これには、 たとえば、GRUNPIGのカラ−テレビジ1ン機器100 1DTVが適して いる。図1による実施例では、破線として記入されている線がそのTV機器(1 )を表わしている。その中には、発明に不可欠な構成要素の配列が概略的に示さ れている。
この実施例では、立体部分画像は2台の従来通りのカメラ(2,3)、たとえば 、CCDカメラ又はビジコンから供給されるのであるが、それらのカメラの後に は変形したTV機器(1)が配置されている。しかしながら、そのような立体部 分画像を伝送し、本発明による装置を利用して表示することも同様に可能である 。切換え装置(4)は、カメラ(2,3)から供給される立体部分画像を後続す る処理装置(5)へ交互に送り出す働きをする。図示した実施例では、切換え装 置I (4)は2台のカメラ(2,3)に対する並列入力端子を伴なう入力交差 箇所を育する。信号の逐次処理を考慮すると、本来の処理装fl (5)の前に 切換え装置(4)を配置することは発明に不可欠なものとして必要であるという 点を再度強調してお(。切換え装置! (4)の交互送り出しの頻度は中央同期 装置(6)により制御され、この中央同期装置は、さらに、双方の部分画像に関 する信号処理の全体を同期させ且つ立体画像認識と相関させる。この中央同期装 置! (6)は同様に市販のTV機器をさらに補足するものとしても必要とする 。切換え装置!(4)の後に上記の処理装@(5)が配置されており、そこで、 部分画像をさらに処理するのである。続いて、供給された部分画像の信号を従来 通りのカラーコーダ(7)を利用して従来の方式によってカラーコード化する。
この場合、このカラーコード化は唯一つのカラーコーダ(7)による逐次画像処 理に基づいて実行される。すなわち、従来のTV機器の構成変更に際して、第2 のカラーコーダ(7)は全く不要である。次に、2つの半画像メモリ(8,9) を利用して、フリッカなしの三次元画像を実現するための入力信号の画像周波数 及び垂直周波数の倍加を実行する。カラーコーダ(7)がら供給された信号は2 つの市販の半画像メモリ(8,9)に交Uに書込まれ、各々の部分画像に所定の 1つの半画像メモリ(8,9)が対応している。市販のTV機器を補足するもの として、既存の半画像メモリに追加される第2の半画像メモリが必要である。2 つの半画像メモリ(8,9)からの中間記憶半画像の読取りと、再生モニタ(1 3)への交互表示とは、切換え装置(4)を介する書込みと同様に倍加周波数を もって起こる。この場合、観察者にフリッカのない画像を与えるためには、2つ の部分画像を再生モニタ(13)に表示するときのこの読取り周波数を45Hz の臨界視覚周波数より高くすべきであろう。従来通りの2つの半画像メモリ(8 ,9)を利用して書込み周波数を倍加するために、半画像メモリ(8,9)の変 形は全く必要ないのであるが、それは、最新のTVシステムの場合、メモリは+ 00/120Hzの画像周波数による読取りに合わせて構成されているからであ る。この場合、たとえば、NEC社の型名MYPD 41264C−12による 半画像メモリを使用することができる。持に、そのような半画像メモリ(8,9 )は信号の同時書込みとふ゛シ取りをOJ能にするので、ドイツ特許第3808 969号とは異なり、カメラごとに1つの半画像メモリがあれば十分であり、書 込みプロセスの間にメモリから信りを読取ることもできる。半画像メモリ(8, 9)の同時書込みと読取りにより、さらに、′I′画像メモリが2つしかないに もかかわらず、「右側部分画像、左側部分画像、右側部分画像等々」といった一 連の画像を再生モニタ(+3)に表示できるようになるのであるが、それは、画 像切換え周波数が十分に高いときに観察者にフリフカのない立体画像を与えるた めの前提条件である。信号処理については、以下に図3を参照しながらさらに詳 細に説明する。
2つの部I)画像のそれぞれ正しいほうの半画像メモリ(8,9)への杏込みは 、切換え装置(4)の周波数を書込み周波数並びに読取り周波数と同期させる上 記の同期装置(6)により制御される。そのようにして処理された部分画像は続 いてTVlii器の最終段に到達する。この場合、従来のカラーデコーダ(15 )において、カラーコーダ(7)の色差分信号を従来通りのRGB信号に変換し 、RGB最終段(10)を介して再生モニタ(13)に表示することになる。
そのように信号を処理した場合、観察者に対して再生モニタ(13)には、高い 画像IJ]+2え周波数をもって交互に表示される2つの画像が現われる。この とき、それら2つの画像は2台のカメラ(2,3)により撮影した画像に対応し ている。三次元画像を認知するためには、観察者の各々の目に対応するカメラ( 2゜3)の正しい部分画像を供給するように配慮しなければならない。図示した 実施例においては、これはLC1i#1i(12)を利用して行われるのである が、この眼鏡の強誘電性液晶は両目の前にあって、画像切換え周波数をもって開 閉切換えされる。左側のカメラ部分画像を表示するときには、右側のダイアフラ ムを閉のほうへ切換え、右側のカメラ部分画像を表示するときには、逆の左側の ダイアフラムを閉にする。そのようなLC眼鎖は、5TEREOGRAPHIC S社よりCES−1の型名で販売されている。適切な画像切換え周波数にょるL CII[l鋺(12)の制御は、同期装置(6)又はその後に配置された眼鏡制 御装置1(11)を介して実行される。
本発明による装置では、構成が単純であるのに加えて、市販のビデオレコーダを 利用して、三次元画像を容易に録画又は再生できる。録画時には、双方のカメラ (2,3)から供給される部分画像を切換え装置f (4)の背後で逐次順序で ビデオレコーダ(14)によって録画する。そのため、部分画像はビデオレコー ダ(14)の各々のデータメモリに相前後して書込まれる。再生時に、記憶され た部分画像の明確な左右の対応を確保するために、録画の際に各々の部分画像を 識別信号と共に記憶する。そこで、左右識別のためのこの識別信号を同期装置1 t(6)から供給する。記憶されている三次元画像の再生時には、部分画像と共 に記憶された識別信号を同期装[1(8)の外部同期と関係づける。このために 、記憶されている部分画像を処理装置I (5)の前方のビデオレコーダ(14 )から導入し、先に説明した態様と方式でさらに処理する。このように、本発明 による装置を介して、市販のビデオレコーダを利用して、そのビデオレコーダの 変形の必要もなく、三次元画像の録画と再生が可能である。
図2には、本発明による装置の第2の実施例を示す。この場合、2台のカメラ( 102,103)から供給される立体部分画像の処理は前述の第1の実施例と同 様に実行される。すなわち、立体部分画像は切換え装置!(104)によって交 互に処理袋ff1(105)へ送り出される。そこでは、カラーコーダ(107 )の後で、2つの半画像メモリ(108,109)への相応する書込みと、読取 り時の周波数倍加と、カラーデコーダ(115)及びRGB最終段(110)に おけるその後の処理とが起こる。2つの部分画像の表示は再生モニタ(113) を利用して実行される。切換え装fl(104)と、各々の半画像メモリ(10 8,109)の書込み及び読取りとの同期を実行するのは、第1の実施例におけ るのと同様に、中央同期装[1(106)である。市販のビデオレコーダ(+1 4)を介する三次元画像の録画と再生は、第1に説明した実施例と同じように可 能であるところが、この場合、第1に説明した実施例とは異なり、観察者の三次 元認知が実現されている。そこで、再生モニタ(113)の前方には、再生モニ タの面全体を覆う切換え自在の偏光フィルタ(116)が配置されている。この 偏光フィルタ(116)は同期装置! (10B)により画像切換え周波数をも って2つの異なる偏光状態の間で往復切換えされ、従って、切換え自在のシャッ タの機能を果たすことになる。そのような偏光フィルタは、たとえば、TEKT RONIX社から5GS625の型名で販売されている。観察者は異なる透過率 特性を有するレンズを入れた偏光眼II(112)をかけるのであるが、その透 過率特性は再生モニタ(+13)の前方の偏光フィルタ(116)の透過率特性 に対応する。
そのため、各々の目に対応するカメラ(102,103)の部分画像が確実に付 随し、それにより、三次元認知が可能になるように保証される。
次に、図3を参照して、本発明による装置の内部における原理上の信号処理を説 明する。図3に示されているのは、使用する2つの半画像メモリの入力端子(I N)及び出力端子(OUT)に現われる相前後して検出された立体画像の2つの 立体部分画像Ln及びRnの信号であり、それらの信号は時間の経過に従って処 理される。この場合、左側部分画像Lnは全て第1の半画像メモリに書込まれ、 右側部分画像Rnは第2の半画像メモリに書込まれるのであるが、2つの半画像 メモリは図示されていない。第1の部分画像L1の第1の半画像メモリへの書込 みの後、右側部分画像R1を第2の半画像メモリに書込んでいる間の時点11で 、第1の半画像メモリからの左側部分画像L1の読取りが始まり、その後に続い て、時点t2では、第2の半画像メモリからの右側部分画像R1の読取りが起こ る。次の時点t3では、既に第2の立体画像の左側部分画像L2の読取りは姶ま っているが、この部分画像L2は第1の半画像メモリに完全には書込まれていな い。これは、本発明に従って使用する半画像メモリを選択し、そのようなメモリ 構成要素の同時書込みと読取りを行わせるようにして始めて可能である。部分画 像L2の読取り後、時点L4では、部分画像R1の再度の読取りが起こり、その 間に第2の立体画像の左側部分画像L2の第2の半画像メモリへの書込みが始ま っている。これ以降も同様である。
この方法による信号処理と、その結果として得られる立体部分画像LRの画像切 換え周波数とは、観察者に対してフリッカのない立体印象を保証するが、それは 、左右の立体部分画像が100Hz又は120Hzの画像列周波数をもって観察 者に提示されるからである。
本発明による装置は、たとえば、医療に適用可能であり、その場合、2台のカメ ラで手術を録画し、本発明による装置を介して現実そのままの三次元認知によっ てそれを観察することができる。そこで、内視鏡に利用すると、観察した人体部 分の三次元表示が可能になる。しかしながら、本発明による装置については、3 D再生システムの低コストの実現が必要である多種多様な適用用途がその他にも 可能である。
補正請求の範囲第1項 1.立体部分画像の信号に対する少な(とも2つの入力端子を有する入力交差箇 所と、 一切換え装置と、 一同期装置と、 一少なくとも1つのカラーコーダと、立体部分画像に対する2つの記憶装置とを 有する処理装置と、 一再生モニタと、 一少なくとも1つの切換自在のダイアフラムとから構成される三次元画像を表示 する装置において、人力交差箇所の後に配置された切換え装f!I (4; 1 04)は、立体部分画/[1ご対応している半画像メモリとして構成された2つ の記憶装置を有する処理t(II(5;105)へ入力端子に入力した信号を交 互に送り出し、使用される半画像メモリは既に書込みプロセスの間に再び読取り 可能であるために、立体部分画像の読取りと交互表示は書込み周波数の2倍で可 能であることを特徴とする特許

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.−少なくとも2つの入力端子を有する入力交差筒所と、−切換え装置と、 −同期装置と、 −処理装置と、 −再生モニタと、 −少なくとも1つの切換自在のダイアフラムとから構成される三次元画像を表示 するための装置において、入力交差筒所の後に、入力端子に入力する信号を唯一 つの処理装置(5;105)へ交互に伝送する切換え装置(4;104)が配置 されていることを特徴とする装置。
  2. 2.処理装置は入力端子に入力する信号に対する少なくとも1つのカラーコーダ 並びに部分メモリを含むことを特徴とする請求項1記載の装置。
  3. 3.入力端子に入力する信号は立体部分画像に対応することを特徴とする請求項 1記載の装置。
  4. 4.部分メモリは、2つの論理的には分離しており、信号を書込み可能であると 同時に信号を読取り可能である記憶装置(8,9;108,109)として構成 されていることを特徴とする請求項3記載の装置。
  5. 5.部分メモリは、2つの別個で、物理的には分離しており、信号を書込み可能 であると同時に信号を読取り可能である記憶装置(8,9;108,109)と して構成されていることを特徴とする請求項3記載の装置。
  6. 6.同期装置(6;106)は切換え装置(4;104)の適切な制御により立 体部分面像の各々対応する記憶装置(8,9;108,109)への交互導入を 保証し且つ書込み周波数の2倍による記憶装置(8,9;108,109)の交 互読取り並びに観察者の立体画像認識を制御することを特徴とする請求項5記載 の装置。
  7. 7.立体部分画像に対応する記憶装置(8,9;108,109)は、それぞれ 、同時に書込み、読取りが可能である市販の半画像メモリとして構成されている ことを特徴とする請求項5記載の装置。
  8. 8.使用される半画像メモリは、書込み周波数の2倍をもって中間記憶された立 体部分画像の読取りを可能にすることを特徴とする請求項5記載の装置。
  9. 9.観者の目の前に、切換自在のダイアフラムとして作用する電気光学減晶ダイ アフラム(12)が配置されていることを特徴とする請求項1から8の少なくと も1項に記載の装置。
  10. 10.切換自在のダイアフラム(12;115)として作用するのは、再生モニ タの前方に配置され、観察者が同時に適切な透過率特性をもつ偏光眼鏡を両目に かけている間に2つの透過率状態の間に電気光学的に接続自在であるシャッタ( 115)であることを特徴とする請求項1から8の少なくとも1項に記載の装置 。
  11. 11.装置は市販のTV機器に基づいて実現可能であり且つこのTV機器の中に 完全に装着されるべきであることを特徴とする請求項1から10の少なくとも1 項に記載の装置。
  12. 12.同期装置(6;106)は、ビデオレコーダ(14)を利用して供給され た立体部分面像を録画するとき、同時に、各々緑画される部分画像に関わる離別 信号を供給することを特徴とする請求項1から11の少なくとも1項に記載の装 置。
  13. 13.三次元画像の表示のためにも従来のTV動作において交互に使用されるこ とを特徴とする請求項1から11の少なくとも1項に記載の装置。
  14. 14.請求項1又は請求項2から13のいずれか1項に記載の装置を動作させる 方法において、部分メモリへの立体部分画像の書込みの間に既にこの立体部分画 像の読取りが開始されることを特徴とする方法。
  15. 15.−1つの立体画像の第1の立体部分画像を第1の部分メモリに書込み、− 続いて、この立体画像の付随する第2の部分メモリに書込み、−第2の立体部分 画像に関わる書込みプロセスが終了する以前に、既に、この立体画像の第1の立 体部分面像の読取りが開始され、−続いて、別の立体画像の第1の立体部分画像 を書込み、−この書込みプロセスの開始と同時に、先行する立体画像の先に書込 まれた立体部分画像に関わる読取りプロセスが始まり、−別の立体画像の第1の 立体部分画像に関わる書込みプロセスの間に、既に、この立体部分画像の読取り が実行され、読取りプロセスは全て少なくとも書込み周波数の2倍で起こること を特徴とする方法。
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