JPH10274916A

JPH10274916A - 動画ホログラム書き換え表示方法並びに装置

Info

Publication number: JPH10274916A
Application number: JP7962397A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Horikoshi; 力堀越; Kazuto Higuchi; 和人樋口; Takaaki Akimoto; 高明秋本; Satoshi Suzuki; 智鈴木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】複素振幅データを保持しなくても干渉縞書き
変えができ、必要な記憶容量及び伝送容量を削減できる
ホログラム表示方法と装置を提供する。【解決手段】干渉縞を複素振幅データとして計算し、
これを濃淡値の正値振幅データに変換し、その変換の際
の変換パラメータを保持して、正値の振幅データと変換
パラメータを表示装置側に伝送する。表示装置側では、
正値の振幅データを表示することで、ホログラムとして
立体像を見ることができる。ここで、移動物体等、ホロ
グラム表示空間内に変位部分が発生した場合、当該物体
についてのみ同様に正値振幅データと変換パラメータを
逐次表示装置側へ伝送する。表示装置側では、送られて
きた正値振幅データを、変換パラメータを用いて正負振
幅を有する干渉縞に再変換し、既に表示している正値振
幅データも同じく再変換し、再変換された干渉縞同士の
加減演算を行って、干渉縞合成を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、計算機ホログラム
として生成された干渉縞を電子ディスプレイなどの表示
装置に表示し、この干渉縞を書き変えることにより動画
ホログラムを実現するためのホログラムデータの書き変
え技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体からの光の波面を計算により求め、
ある特定の面上での波面の干渉縞を計算機で求める計算
機ホログラムでは、従来、計算時は波面を複素振幅で表
し、実際にディスプレイに表示する際に、ディスプレイ
の表示できる階調（例えば２５６階調）に変換して表示
している。

【０００３】つまり、物体光をＥ、参照光をＲとすると
き、これらの光の和の二乗を求める。

【０００４】 │Ｅ＋Ｒ│²＝│Ｅ│²＋│Ｒ│²＋Ｒｅ［ＥＲ’］＋Ｉｍ［Ｅ’Ｒ］…（１）ただし、Ｒ’，Ｅ’はＲ，Ｅの共役複素数、Ｒｅは実数
部を表す記号、Ｉｍは虚数部を表す記号ある。そして、
実数部のみを取り出し、正の値のみの振幅に変換するこ
とで、濃淡情報として記述し、ホログラム（即ち干渉
縞）として表示することができる。

【０００５】ところが、一度このような処理を施すと、
干渉縞のデータは、正の値のみになってしまっているた
め、新たな物体の波面を合成しようとする場合、位相差
による干渉が正確に表示できず、干渉縞の合成ができな
くなる。そこで通常、干渉縞の生成には、複素振幅値の
データを保持し、複素振幅同士の合成を行なうといった
方法がとられている。

【０００６】しかし、ホログラムのデータ量は膨大であ
り、上記のような干渉縞書き変えを行なうために複素振
幅値のデータを保持するには、膨大な記憶容量が必要と
される。これは、干渉縞表示のためには、画索幅数ミク
ロン以下の解像度が必要であることに起因する。一例を
示すと、仮に１ミクロンピッチの画面（１インチサイ
ズ）を想定しても、２０３２０×１５２４０画素が必要
になり、これだけの画像を記憶するためには、約３１０
ＭＢもの記憶容量が必要になる。また、ホログラムの計
算では、各画素毎に、全ての物体からの波面を計算する
ため、必要な計算量は膨大であるという問題がある。さ
らに、干渉縞生成装置と表示装置が離れていて、干渉縞
のデータを伝送する必要がある場合は、一フレームあた
り、上記の例では３１０ＭＢ相当が必要であり、リアル
タイム動画を実現するためには、数十ＧＢオーダの大容
量のホログラムデータ（映像データ）を毎秒伝送しなけ
ればならないという問題があった。

【０００７】そこで、従来手法の応用として考えられる
方法は、変化部分のみを書き変えるという方法である
が、上述のように表示装置に対応した濃淡表現になって
いる干渉縞に対しては干渉合成を行なうことができない
ため、変換以前の大容量のデータを保持しておく必要が
あった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の技
術またはその応用により動画ホログラムを表示するため
には、大容量のメモリあるいは伝送路が必要であった。
これは、従来の映像伝送方法（干渉縞の濃淡情報を伝送
する方法）では、伝送先で部分書き変えができないた
め、ホログラムを毎秒、全面書き変える必要があること
に起因する。また、干渉縞の部分的な書き変えを可能に
するためには、変換以前の複素振幅の大容量データを保
持していればならないことに起因する。つまり、元の複
素振幅データを保持しておけば、書き変え部分の干渉縞
の加減算を行なうことで、容易に移動物体の表示は可能
となる。

【０００９】しかしながら、上記従来のホログラム表示
技術においては、ホログラムとして表示装置に表示する
段階で、正負の振幅値を有する干渉縞は正の値の濃淡表
示に変換してしまうため、干渉縞の合成が、波面の加減
算処理で行うことができなくなり、干渉縞の部分書き換
えが出来ないという問題がある。例えば、図３に示すよ
うに、本来３４に示すような正負の振幅値を持つ波面で
あっても、振幅値を正の値としたときの３１のような波
面を干渉縞として利用する。そのため、３１の波面と３
２の波面を合成すると、３３の波面で示すように、振幅
幅は２ａとなってしまう。一方、階調を正の値にする以
前の波面でつまり、３４及び３５の波面で合成すると、
３６のようになり、この波面を正の値のみに変換すると
３７のように、合成後の階調レベルはａということにな
る。このように、同じ波面の合成であっても、振幅値が
異なるということは、干渉縞の結果も異なるということ
であり、正の値への変化後のデータだけでは、正確な干
渉縞の合成ができていない。

【００１０】本発明は、上述したような従来技術が有す
る問題点に鑑みてなされたもので、複素振幅のデータを
保持していなくとも、干渉縞の書き変えを行ない、必要
な記憶容量並びに伝送容量を削減することができる動画
ホログラム書き換え表示方法並びに装置を提供すること
を課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の方法として、本発明は、動画ホログラムを表示するた
めの方法であって、表示対象空間内の物体からの光と参
照光の干渉縞を複素振幅データとして求める過程と、前
記求めた複素振幅データから正値のみの振幅データに変
換するとともに、前記変換のためのパラメータを保持す
る過程と、干渉縞書き換え時に、前記正値の振幅データ
を前記保持されたパラメータを用いて正負値の振幅デー
タに再変換して干渉縞合成を行なう過程と、を有するこ
とを特徴とする。

【００１２】あるいは、表示対象空間内の物体からの光
と参照光の干渉縞を複素振幅データとして求める過程
と、前記求めた複素振幅データから正値のみの振幅デー
タに変換するとともに、前記変換のためのパラメータを
保持する過程と、前記変換された正値の振幅データ並び
に前記保持されたパラメータを表示手段へ伝送する過程
と、前記表示手段側にて、干渉縞書き換え時に、前記伝
送された正値の振幅データを前記伝送されたパラメータ
を用いて正負値の振幅データに再変換して干渉縞合成を
行なう過程と、を有することを特徴とする。

【００１３】同じく上記課題を解決するための装置とし
て、本発明は、ホログラムを書き換え可能な表示手段に
表示する装置であって、表示対象空間内の物体からの光
と参照光の干渉縞を複素振幅データとして計算する手段
と、前記計算された複素振幅データを正値のみの振幅デ
ータに変換する手段と、前記変換のためのパラメータを
保持する手段と、前記変換された正値の振幅データを前
記保持されたパラメータを用いて正負値の振幅データに
再変換する手段と、干渉縞書き換え時に、前記再変換さ
れた正負値の振幅データにより干渉縞合成を行う手段
と、を備えることを特徴とする。

【００１４】あるいは、表示対象空間内の物体からの光
と参照光の干渉縞を複素振幅データとして計算する手段
と、前記計算された複素振幅データを正値のみの振幅デ
ータに変換する手段と、前記変換のためのパラメータを
保持する手段と、前記変換された正値の振幅データと前
記保持されたパラメータを送受信する手段と、前記送受
信する手段により受信した正値の振幅データを該受信し
たパラメータを用いて正負値の振幅データに再変換する
手段と、干渉縞書き換え時に、前記再変換された正負値
の振幅データにより干渉縞合成を行う手段と、を備える
ことを特徴とする。

【００１５】本発明では、複素振幅として計算された干
渉縞のデータを濃淡値に変換する際の、変換パラメータ
を保持し、表示手段側に伝送する必要がある場合には濃
淡値のデータと変換パラメータを同時に伝送する。表示
手段側では、濃淡情報を表示することで、ホログラムと
して立体像を見ることができる。また、移動物体等、ホ
ログラム表示空間内に変位部分が発生すると、当該物体
の干渉縞を生成し、この干渉縞から、濃淡値並びに変換
パラメータを逐次表示手段側へ送る。表示手段側は、送
られてきた濃淡情報を変換パラメータを用いて、元の干
渉縞に変換し、正負振幅を有する干渉縞どうしの加減演
算を行うようにする。正の値のみに変換された干渉縞デ
ータどうしでは、波面の干渉を正確に生成させることは
出来ないが、正負の値に変換することで、大容量の正負
値の干渉縞データを保持することなく波面の合成を加算
処理のみで行うことを可能とし、膨大な記憶容量の必要
をなくす。また、変更対象部分のみを干渉縞計算対象と
することで、計算量を大幅に削減可能とする。また、正
の値の干渉縞データと、変換パラメータを同時に伝送す
ることで、伝送先において、容易に干渉縞を合成できる
ようにし、書き変え部分のみの干渉縞とそのパラメータ
を送信すれば良いようにすることで、大容量の伝送路の
必要をなくす。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の実施形
態例を説明する。

【００１７】図１は、本発明の方法での一実施形態例を
示すフローチャートであって、（ａ）は干渉縞生成装置
側の処理手順を、（ｂ）は表示装置側の処理手順を示
す。

【００１８】始めに、干渉縞生成装置側の処理手順につ
いて述べる。まず、表示対象物による光の波面の干渉縞
を計算し、複素振幅のデータを求める（ステップ１０
１）。次に、複素振幅から実部を取り出し、正負の値を
有するデータとして計算された振幅をＡとする。この振
幅Ａに変換パラメータ（例えば、バイアスα₁を加え
て、全て正の値になるようなバイアス値）を決定する
（ステップ１０２）。送信するホログラムデータとし
て、正の振幅データＡ_pを生成し（ステップ１０３）、
ホログラムデータとして、正の振幅の干渉縞データ（濃
淡情報）と、バイアスα₁を同時伝送する（ステップ１
０７）。また、表示対象物に変化が生じた場合（例え
ば、ある物体が移動した場合、変形した場合など）は、
再度ステップ１０１から１０４の処理を繰り返す（ステ
ップ１０８）。追加データの場合（ステップ１０４）、
追加データのフラグを立てて（ステップ１０５）、逐次
ホログラムデータの伝送を行う（ステップ１０７）。

【００１９】続いて、表示装置側の手順について述べ
る。表示装置側では、ホログラムデータを受信すると
（ステップ１１０）、正の振幅データと変換パラメータ
を分離し（ステップ１１１）、ホログラム表示装置に表
示する（ステップ１１７）。このとき、追加データのフ
ラグが立っている場合（ステップ１１２）、表示装置側
は、既に表示している干渉縞Ａ_pを、同時に送られてき
た変換パラメータα₁を用いて、正負値を持つ波面情報
（干渉縞）Ａに再変換し（ステップ１１３）、追加デー
タの干渉縞Ｂ_pも同様に同時に伝送されてきた変換パラ
メータα₂を用いて正負値を持つ波面情報（干渉縞）Ｂ
に再変換し（ステップ１１４）、２つの再変換された波
面情報Ａ，Ｂを合成して新しい干渉縞Ｃを生成する（ス
テップ１１５）。つまり、干渉縞Ａ，Ｂの各画素の振幅
ａ，ｂについて、新しい干渉縞Ｃの画素の振幅値ｃをｃ＝（ａ−α₁）＋（ｂ−α₂） …（２）により計算する。

【００２０】次に、干渉縞Ｃの全ての値が正になるよう
なバイアスα₃を求めるとともに（ステップ１１６）、
正の振幅データＣ_pを新しい表示データとして表示する
（ステップ１１７）。以上のステップを繰り返すこと
で、逐次新しい干渉縞を逐次書き変え、動画ホログラム
を実現する。

【００２１】上記の例は、伝送する振幅データのダイナ
ミックレンジが広くとれる場合、つまり、各画素当たり
のビット数が多くなるため、比較的伝送容量に余裕があ
る場合である。

【００２２】しかし、伝送容量が少ない場合、一画素当
たりの情報量も限定しなければならない。例えば、表示
装置側では２５６階調しか表示できない場合、干渉縞の
振幅データの最大値Ｍ並びに最小値Ｌを求める。次に、
複素振幅データを２５６レベルに正規化する。例えば、
正規化以前の振幅レベルｆを正規化後、ｇ濃淡レベルに
なったとすると、変換式は、次式になるｇ＝２５６（ｆ＋│Ｌ│）／（Ｍ−Ｌ） …（３）次に、表示装置に送る干渉縞としては、正規化後の振幅
データと同時に、前述のＭ，Ｌを附属パラメータとして
添付して送信するようにする。

【００２３】表示装置側では、送られてきた振幅データ
をホログラム表示装置に表示し、立体映像を生成する。

【００２４】以上のような処理並びに変換パラメータを
加え、波面の合成の際に元の正負の振幅データへの再変
換時に利用することで、伝送容量の制約の中で、ホログ
ラムデータを送受信することが出来る。

【００２５】次に、上述のような特徴部分を実行する本
発明の動画ホログラム表示装置の一実施形態例を述べ
る。

【００２６】図２は、本発明による装置の一実施形態例
を示したブロック図であり、２１は干渉縞計算手段、２
２は変換パラメータ決定手段、２３はホログラムデータ
生成手段、２４は伝送手段であり、ホログラム生成装置
を構成している。また、２５は受信手段、２６はホログ
ラムデータ保持手段、２７はホログラム合成手段、２８
はホログラム表示手段であり、表示装置を構成してい
る。２９は、上記のホログラム生成装置と表示装置を接
続する伝送路である。

【００２７】干渉縞計算手段２１により計算された干渉
縞は、変換パラメータ決定手段２２にて正値の振幅に変
換するための変換パラメータ値を決定する。ホログラム
データ生成手段２３では、正値の振幅データに変換し、
変換パラメータを添付して、ホログラムデータを生成す
る。ホログラムデータは、伝送手段２４および伝送路２
９を通して受信手段２５へ送られる。

【００２８】以上のように構成された表示装置の動作を
説明する。受信手段２５では、振幅データ並びにバイア
スを読み取り、これらをホログラムデータ保持手段２６
に転送するとともに、干渉縞のデータをホログラム表示
手段２８に送り、表示手段２８では、当該装置の階調幅
に変換して表示する。

【００２９】干渉計算手段２１にて、新たに、書き換え
部分の干渉縞が計算されると、正値の振幅データ、変換
パラメータ並びに追加データのフラグを立てて、ホログ
ラムデータとして伝送される。

【００３０】受信手段２５で追加データであることを検
出すると、ホログラムデータ保持手段２６では、先に送
られてきている振幅データを保持していた変換パラメー
タを使って、正負の振幅データに再変換し、同様に新た
に送られてきたデータも正負の振幅データに変換する。
干渉縞合成手段２７では、この２つの振幅データを加算
し、正の振幅データを生成すると共に、正値にするため
の新しい変換パラメータを記憶する。正値の振幅データ
は表示手段２８に送られて、干渉縞が書き換えられる。

【００３１】以上の処理を繰り返すことで、動画ホログ
ラムが実現できる。

【００３２】上述のような制御態様をとれば、伝送すべ
きデータとしては、変位空間に対応する一部分の干渉縞
のみを伝送することで、ホログラム全体の書き換えがで
きることになる。

【００３３】なお、上記実施形態例では、変換パラメー
タとして、バイアス、正規化の上下限値を用いている
が、正負の値を有する波面と正値のみの波面との変換、
逆変換が可能なようにパラメータを選定すればよく、パ
ラメータの種類は特定されない。また、上記では、干渉
縞生成装置と表示装置が離れていて、伝送を行う例を示
したが、干渉縞生成手段と表示手段が一体の装置であっ
ても適用可能であることは明らかである。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、大
容量の複素振幅データを保持することなしに、容易に干
渉縞の書き換えが可能になり、記憶容量が削減できる。

【００３５】また、変化のあった物体のみが、追加デー
タとしての干渉縞計算対象であるため、演算量が大幅に
低減でき、より高速に動画が表示できる。

【００３６】また、送信データとしては、従来の映像デ
ータに対応する正の値のみの振幅データ並びに、変換パ
ラメータを同時に伝送するだけで、伝送先で容易に干渉
縞の書き換えが可能になる。

【００３７】また、部分書き換えが可能であるため、伝
送するデータは、全画面ではなく、変更部分のみの伝送
でよく、伝送容量を削減することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は、本発明の方法の一実施形態
例を示すフローチャートである。

【図２】本発明の装置の一実施形態例を示すブロック図
である。

【図３】（ａ），（ｂ）は、波面の合成方法を説明した
図である。

【符号の説明】

２１…干渉縞計算手段２２…変換パラメータ決定手段２３…ホログラムデータ生成手段２４…伝送手段２５…受信手段２６…ホログラムデータ保持手段２７…ホログラム合成手段２８…ホログラム表示手段３１，３２…正値の振幅を有する波面３３…波面３１と３２を足し合わせた場合の波面３４，３５…正負値の振幅を有する波面３６…波面３４と３５を足し合わせた波面３７…３６の波面を振幅ａを有する波面を正値に変換し
た場合の波面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木智東京都新宿区西新宿３丁目19番２号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】動画ホログラムを表示するための方法で
あって、表示対象空間内の物体からの光と参照光の干渉縞を複素
振幅データとして求める過程と、前記求めた複素振幅データから正値のみの振幅データに
変換するとともに、前記変換のためのパラメータを保持
する過程と、干渉縞書き換え時に、前記正値の振幅データを前記保持
されたパラメータを用いて正負値の振幅データに再変換
して干渉縞合成を行なう過程と、を有することを特徴とする動画ホログラム書き換え表示
方法。
【請求項２】動画ホログラムを表示するための方法で
あって、表示対象空間内の物体からの光と参照光の干渉縞を複素
振幅データとして求める過程と、前記求めた複素振幅データから正値のみの振幅データに
変換するとともに、前記変換のためのパラメータを保持
する過程と、前記変換された正値の振幅データ並びに前記保持された
パラメータを表示手段へ伝送する過程と、前記表示手段側にて、干渉縞書き換え時に、前記伝送さ
れた正値の振幅データを前記伝送されたパラメータを用
いて正負値の振幅データに再変換して干渉縞合成を行な
う過程と、を有することを特徴とする動画ホログラム書き換え表示
方法。
【請求項３】ホログラムを書き換え可能な表示手段に
表示する装置であって、表示対象空間内の物体からの光と参照光の干渉縞を複素
振幅データとして計算する手段と、前記計算された複素振幅データを正値のみの振幅データ
に変換する手段と、前記変換のためのパラメータを保持する手段と、前記変換された正値の振幅データを前記保持されたパラ
メータを用いて正負値の振幅データに再変換する手段
と、干渉縞書き換え時に、前記再変換された正負値の振幅デ
ータにより干渉縞合成を行う手段と、を備えることを特徴とする動画ホログラム書き換え表示
装置。
【請求項４】ホログラムを書き換え可能な表示手段に
表示する装置であって、表示対象空間内の物体からの光と参照光の干渉縞を複素
振幅データとして計算する手段と、前記計算された複素振幅データを正値のみの振幅データ
に変換する手段と、前記変換のためのパラメータを保持する手段と、前記変換された正値の振幅データと前記保持されたパラ
メータを送受信する手段と、前記送受信する手段により受信した正値の振幅データを
該受信したパラメータを用いて正負値の振幅データに再
変換する手段と、干渉縞書き換え時に、前記再変換された正負値の振幅デ
ータにより干渉縞合成を行う手段と、を備えることを特徴とする動画ホログラム書き換え表示
装置。