KR20110034575A - 입체 화상 생성 장치, 입체 화상 생성 방법 및 프로그램 - Google Patents

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소니 주식회사
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Abstract

투사 변환을 사용한 화상 처리에 의해 생리적 입체 요소의 영향을 제거한다. 호롭터면 화상 투영부(311)는 신호선(129)을 통하여 공급된 비입체 화상을 호롭터 원을 포함하는 원통면(호롭터면)에 투영하는 것이다. 호롭터 원 정보로서, 예를 들어 반경을 사용하여 호롭터 원의 크기가 특정된다. 또한, 양안간 거리에 의해 양안과의 관계가 특정된다. 표시면 우안 투영부(316)는 호롭터면에 투영된 화상을 우안용의 표시면에 투영하는 것이다. 표시면 좌안 투영부(317)는 호롭터면에 투영된 화상을 좌안용의 표시면에 투영하는 것이다. 이에 의해, 양안에 대하여 동일한 망막상을 공급하여 생리적 입체 요소의 영향을 제거하여, 입체적인 깊이를 부여한다.

Description

입체 화상 생성 장치, 입체 화상 생성 방법 및 프로그램{STEREOSCOPIC IMAGE GENERATION DEVICE, STEREOSCOPIC IMAGE GENERATION METHOD AND PROGRAM}
본 발명은 입체 화상 생성 장치에 관한 것으로, 특히 비입체 화상으로부터 입체 화상을 생성하는 입체 화상 생성 장치, 및 그 처리 방법 및 당해 방법을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램에 관한 것이다.
최근 디스플레이 장치의 대형화 또는 광시야각화가 진행되어, 종래보다도 현장감 높은 화상 표시가 가능하게 되고 있다. 그러나, 종래의 디스플레이 장치에서는 디스플레이 장치의 표시면 위에 화상이 있는 것처럼 강제적으로 지각되어 버려, 그림자나 구도 등의 감각적 입체 요소에 의한 입체감 발생이 저해될 우려가 있다. 이것은 양안으로부터 디스플레이 장치의 표시면을 지각했을 때의 폭주각의 변화나, 양안 시차에 의한 왜곡의 발생이라는, 생리적 입체 요소로부터 발생하는 영향에 의한 것으로 사료된다.
이러한 생리적 입체 요소에 의한 영향을 제거하기 위한 광학적 장치로서 시놉터(synopter)라고 불리는 입체경이 알려져 있다. 시놉터는 반투명경을 조합함으로써 동일 위치에 있어서 받은 광을 양안으로 나누어 공급하는 것이다. 이 시놉터에 따르면 양안의 망막상이 동일해져 비입체 화상에 대하여 입체적인 깊이를 부여할 수 있는 것이 알려져 있다(예를 들어, 비특허 문헌 1 참조).
비특허 문헌 1 : Jan J Koenderink 외 저술, 「On so-called paradoxical monocular stereoscopy」, Perception, Pion Publication(영국), 1994년, 제23권, p.583-594
이와 같이, 시놉터 등의 광학적 장치에 따르면 생리적 입체 요소에 의한 영향을 제거하여 양안의 망막상을 동일하게 함으로써 비입체 화상으로부터 입체적인 깊이를 얻을 수 있다. 이러한 광학적 장치에 따르면 간이한 기구에 의해 입체를 실현할 수 있지만, 그 반면 디스플레이 장치측에는 자유도가 없어 그 이상의 시각 효과를 얻는 것은 어려워진다.
따라서, 본 발명에서는 화상 처리에 의해 생리적 입체 요소의 영향을 제거하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 그 제1 측면은 양안에 접하는 가상원을 포함하는 원통면에 대하여 2차원 입력 화상을 투영하여 원통 화상을 생성하는 원통면 투영부와, 상기 양안 각각을 기준으로 하여 상기 원통 화상을 표시면에 대하여 투영하여 상기 양안 각각에 사영되는 표시 화상을 생성하는 표시면 투영부를 구비하는 입체 화상 생성 장치, 그 입체 화상 생성 방법 또는 프로그램이다. 이에 의해, 양안 각각에 동일한 망막상을 공급하여 생리적 입체 요소로부터 발생하는 영향을 제거한다는 작용을 초래한다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 가상원의 반경은 상정되는 관찰 거리 또는 표시 크기에 따라 설정되어도 좋다. 이에 의해, 관찰 거리 또는 표시 크기에 적합한 화상을 표시시킨다는 작용을 초래한다. 이 경우에 있어서, 이 제1 측면에 있어서, 상기 표시면과 관찰 위치의 거리를 측정하는 관찰 거리 측정부를 더 구비하고, 상기 가상원의 반경은 상기 관찰 거리 측정부에 의해 측정된 관찰 거리에 따라 설정되어도 좋다. 이에 의해, 측정된 관찰 거리에 적합한 화상을 표시시킨다는 작용을 초래한다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 가상원의 반경은 상기 표시 화상의 왜곡도가 소정의 임계치보다 작아지도록 설정되어도 좋다. 이에 의해, 왜곡을 허용할 수 있는 범위 내에 있어서 화상을 표시시킨다는 작용을 초래한다.
또한, 이 제1 측면에 있어서, 상기 2차원 입력 화상으로부터 깊이 정보를 생성하는 깊이 정보 생성부와, 상기 깊이 정보를 상기 원통 화상에 합성하는 깊이 정보 합성부를 더 구비하고, 상기 표시면 투영부는 상기 깊이 정보가 합성된 원통 화상을 표시면에 대하여 투영하여 상기 표시 화상을 생성해도 좋다. 이에 의해, 입체감을 더욱 증강시킨 화상을 표시시킨다는 작용을 초래한다.
또한, 본 발명의 제2 측면은 양안 각각의 시선에 직교하는 2차원 평면에 대하여 2차원 입력 화상을 투영하여 양안 각각에 대응하는 조사 화상을 생성하는 조사면 투영부와, 상기 양안 각각을 기준으로 하여 대응하는 상기 조사 화상을 표시면에 대하여 투영하여 상기 양안 각각에 사영되는 표시 화상을 생성하는 표시면 투영부를 구비하는 입체 화상 생성 장치, 그 입체 화상 생성 방법 또는 프로그램이다. 이에 의해, 양안 각각에 동일한 망막상을 공급하여 생리적 입체 요소로부터 발생하는 영향을 제거한다는 작용을 초래한다.
또한, 이 제2 측면에 있어서, 상기 조사 화상의 위치는 상정되는 관찰 거리에 따라 설정되어도 좋다. 이에 의해, 관찰 거리에 적합한 화상을 표시시킨다는 작용을 초래한다. 이 경우에 있어서, 상기 표시면과 관찰 위치의 거리를 측정하는 관찰 거리 측정부를 더 구비하고, 상기 조사 화상의 위치는, 상기 관찰 거리 측정부에 의해 측정된 관찰 거리에 따라 설정되어도 좋다. 이에 의해, 측정된 관찰 거리에 적합한 화상을 표시시킨다는 작용을 초래한다.
또한, 본 발명의 제3 측면은 표시면으로부터 우안 및 좌안 각각에 투영되는 영상이 동일해지도록 2차원 입력 화상을 변환하여 각각 우안 화상 및 좌안 화상을 생성하는 입체 화상 생성 장치, 그 입체 화상 생성 방법 또는 프로그램이다. 이에 의해, 양안 각각에 동일한 망막상을 공급하여 생리적 입체 요소로부터 발생하는 영향을 제거한다는 작용을 초래한다.
본 발명에 따르면, 화상 처리에 의해 생리적 입체 요소의 영향을 제거할 수 있다는 우수한 효과를 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 입체 화상 생성 장치의 일구성예를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제1 실시예를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제1 실시예의 호롭터면에의 투영의 일 형태를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제1 실시예의 호롭터면에의 투영의 구체예를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제1 실시예의 표시면에의 투영의 일 형태를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제1 실시예의 표시면에의 투영의 구체예를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제1 실시예에 의한 처리 수순예를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제2 실시예를 도시하는 도면이다.
도 9는 호롭터 원의 크기와 폭주점의 위치의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제2 실시예의 호롭터면에의 투영의 일 형태를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제2 실시예의 호롭터면에의 투영의 구체예를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제3 실시예를 도시하는 도면이다.
도 13은 호롭터 원과 화상의 왜곡도의 관계예를 도시하는 도면이다.
도 14는 각도(θ)과 화상의 왜곡도(Q)의 관계예를 도시하는 도면이다.
도 15는 호롭터 원과 원주각의 관계예를 도시하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제4 실시예를 도시하는 도면이다.
도 17은 호롭터 원과 표시면의 관계예를 도시하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제5 실시예를 도시하는 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제5 실시예의 올려보기면에의 투영의 일 형태를 도시하는 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제5 실시예의 올려보기면에의 투영의 구체예를 도시하는 도면이다.
도 21은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제5 실시예의 표시면에의 투영의 구체예를 도시하는 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제5 실시예에 의한 처리 수순예를 도시하는 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예를 도시하는 도면이다.
도 24는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예에 의한 처리의 개요를 도시하는 도면이다.
도 25는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예에 의한 호롭터면의 심도 맵의 일례를 나타내는 도면이다.
도 26은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예에 의한 깊이 정보의 추정예를 도시하는 도면이다.
도 27은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예의 심도 맵 합성부(363)의 일구성예를 도시하는 도면이다.
도 28은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예에 의한 입체 화상의 생성예를 도시하는 도면이다.
도 29는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예에 의한 입체 화상의 다른 생성예를 도시하는 도면이다.
이어서 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 입체 화상 생성 장치의 일구성예를 도시하는 도면이다. 이 입체 화상 생성 장치는 화상 신호 입력부(110)와, 신호 처리부(120)와, 3차원 변환부(130)와, 파라미터 설정부(140)와, 관찰 거리 측정부(150)와, 후처리부(160)와, 포맷 변환부(170)와, 소스 선택부(180)와, 표시부(190)를 구비하고 있다.
화상 신호 입력부(110)는 비입체 화상의 화상 신호 입력을 접수하는 것이다. 입력되는 비입체 화상은 정지 화상에 한정되지 않고 동화상이어도 좋다. 비입체 화상의 소스 기기로서는 텔레비전 방송 수신기, 영상 재생 장치(플레이어) 또는 촬상 장치(캠코더:CAMera and reCORDER) 등이 상정된다.
신호 처리부(120)는 입력된 비입체 화상에 대하여 소정의 신호 처리를 실시하는 것이다. 이 신호 처리로서, 예를 들어 화이트 밸런스 조절, 노이즈 경감 처리, 레벨 보정 처리 및 감마 보정 처리 등이 상정된다.
3차원 변환부(130)는 본 발명의 특징적 부분이며, 2차원의 비입체 화상을 3차원으로 변환하는 것이다. 이 3차원 변환부(130)에 있어서의 3차원 변환 처리에 의해 비입체 화상에 기초하는 3차원 화상이 생성된다. 이 3차원 화상으로서, 예를 들어 좌안용의 화상과 우안용의 화상이 얻어진다.
파라미터 설정부(140)는 3차원 변환부(130)에 있어서의 3차원 변환 처리에 필요한 파라미터를 설정하는 것이다. 그러한 파라미터로서는, 예를 들어 후술하는 호롭터 원을 특정하기 위한 반경 등이 상정된다.
관찰 거리 측정부(150)는 표시부(190)와 시청자의 관찰 위치 사이의 거리를 측정하는 것이다. 이 관찰 거리 측정부(150)에 의해 측정된 관찰 거리에 기초하여, 3차원 변환부(130)에 있어서의 3차원 변환 처리를 행할 수 있다. 단, 관찰 거리를 실측하지 않고, 미리 상정된 관찰 거리를 사용하도록 해도 좋다.
후처리부(160)는 3차원 변환부(130)에 있어서의 3차원 변환 처리에 의해 얻어진 3차원 화상에 대하여, 에일리어싱(aliasing)을 방지하기 위한 후처리를 행하는 것이다. 예를 들어, 표시부(190)에 있어서 1라인마다 좌안용의 화상과 우안용의 화상을 교대로 표시하는 것을 상정하면 에일리어싱에 의한 재기(계단 형상의 들쑥날쑥함)가 표시될 우려가 있다. 이것을 방지하기 위해 후처리부(160)는 수직 방향으로 필터를 설치하여 화상의 변화를 매끄럽게 한다.
포맷 변환부(170)는 3차원 화상을 표시부(190)의 대응하는 포맷으로 변환하는 것이다. 이 포맷 변환부(170)는 표시부(190)의 대응하는 포맷에 맞게, 예를 들어 좌안용의 화상과 우안용의 화상이 1라인마다 교대로 배치되도록 변환할 수 있다.
소스 선택부(180)는 표시해야 할 화상을 소스로서 선택하는 것이다. 즉, 이 소스 선택부(180)는 비입체 화상을 그대로 표시하는 경우에는 신호 처리부(120)의 출력을 선택하고, 입체를 위한 3차원 화상을 표시하는 경우에는 포맷 변환부(170)의 출력을 선택한다.
표시부(190)는 화상을 표시하는 디스플레이이다. 여기에서는, 표시부(190)로서 입체를 위한 3차원 화상을 표시하는 기능을 갖는 것을 전제로 하지만, 그 기능의 실현 수단은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 일본 특허 공개 제2002-365593호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 1라인 간격으로 분할 파장판을 배치하고, 표시 화면의 짝수 라인과 홀수 라인으로부터의 직선 편광을 서로 직교하는 것으로 변환하여 양안에 서로 다른 화상의 광을 입사시키는 것을 생각할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제1 실시예를 도시하는 도면이다. 이 3차원 변환부(130)의 제1 실시예는 호롭터면 화상 투영부(311)와, 표시면 우안 투영부(316)와, 표시면 좌안 투영부(317)를 구비한다.
호롭터면 화상 투영부(311)는 신호 처리부(120)로부터 신호선(129)을 통하여 공급된 비입체 화상을 호롭터 원(horopter)을 포함하는 원통면에 투영하는 것이다. 호롭터 원이란 양안에 접하는 원주이며, 이 호롭터 원 위의 점에 대한 양안의 망막상은 동일해지는 것이 알려져 있다. 이 원통면을 호롭터면이라고 호칭하고, 호롭터면에 투영된 화상을 호롭터 화상이라고 호칭한다. 또한, 양안의 시선의 교점을 폭주점이라고 호칭하고, 그가 이루는 각을 폭주각 또는 원주각이라고 호칭한다. 호롭터 원 위에서는 폭주각은 동등해진다. 이 제1 실시예에서는 호롭터 원 정보에 의해 호롭터 원의 크기를 특정한다. 또한, 양안간 거리 「2a」에 의해 양안과의 상대적 위치 관계를 특정한다. 이들 호롭터 원 정보 및 양안간 거리 「2a」는 신호선(149)을 통하여 파라미터 설정부(140)로부터 공급된다. 또한, 이하에서는 호롭터 원 정보로서 반경 「r」을 사용하여 호롭터 원의 크기를 특정하고 있지만, 양안의 중심으로부터 호롭터 원의 정점까지의 거리나 원주각 등을 사용하여 호롭터 원의 크기를 특정해도 좋다. 또한, 호롭터면 화상 투영부(311)는 특허 청구 범위에 기재된 원통면 투영부의 일례이다.
표시면 우안 투영부(316)는 호롭터 화상을 우안용의 표시면에 투영하는 것이다. 표시면 좌안 투영부(317)는 호롭터 화상을 좌안용의 표시면에 투영하는 것이다. 표시면 우안 투영부(316) 및 표시면 좌안 투영부(317)는 양안간 거리 「2a」, 호롭터 원의 반경 「r」, 상정되는 관찰 거리 「d」에 기초하여, 우안용 및 좌안용의 표시면에의 투영을 행한다. 우안용의 표시면에 투영된 화상을 우안 화상이라고 호칭하고, 좌안용의 표시면에 투영된 화상을 좌안 화상이라고 호칭한다. 이들 우안 화상 및 좌안 화상은 신호선(139)을 통하여 후처리부(160)에 공급된다. 또한, 표시면 우안 투영부(316) 및 표시면 좌안 투영부(317)는 특허 청구 범위에 기재된 표시면 투영부의 일례이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제1 실시예의 호롭터면에의 투영의 일 형태를 도시하는 도면이다. 호롭터 원(520)은 우안(511), 좌안(512), 및 폭주점[531(정점) 또는 532]을 통과하는 원이다. 여기서, 우안(511) 및 좌안(512)은 양안의 중앙으로부터 「a」씩 이격되어 있는 것을 상정하고 있다. 즉 양안간 거리는 「2a」이다. 또한, 호롭터 원(520)의 반경은 「r」이다.
이 호롭터 원(520) 위의 점에 대한 우안(511) 및 좌안(512)의 양안의 망막상은 동일해진다. 이것은 호롭터 원(520) 위의 점을 폭주점으로 한 경우의 폭주각이 항상 동등하기 때문이다. 예를 들어, 폭주점(531)에 대한 폭주각(533)과, 폭주점(532)에 대한 폭주각(534)은 동등해진다. 이러한 호롭터 원(520)을 포함하는 원통면(호롭터면)에 비입체 화상을 호롭터 화상(530)으로서 투영함으로써 우안(511) 및 좌안(512)에는 양안 시차가 없는 동일한 망막상을 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제1 실시예의 호롭터면에의 투영의 구체예를 도시하는 도면이다.
도 4의 (a)는 신호 처리부(120)로부터 신호선(129)을 통하여 공급되는 입력 화상[I(p, q)]의 좌표계를 도시하고 있다. 입력 화상은 비입체 화상이기 때문에 2차원의 좌표계를 사용하고 있다. 좌표계의 원점은 입력 화상의 중앙점에 설정되어 있다. 또한, 입력 화상 크기(폭)는 「2L」을 상정하고 있다.
도 4의 (b)는 호롭터 화상(530)이 투영되는 호롭터면의 좌표계를 도시하고 있다. 호롭터면은 3차원으로 되기 때문에 여기에서는 (x, y, z)의 3차원의 좌표계를 사용하고 있다. 좌표계의 원점은 호롭터 원(520)의 중심에 설정되어 있다. 도 4의 (b)는 호롭터면에 대한 수직 방향, 즉 y축의 수직 방향에서 본 도면으로 되어 있다.
이때, 호롭터 화상[H(x, y, z)]은 반경(r)의 호롭터 원에 입력 화상[I(p, q)]을 투영한 것이며, 다음 식에 의해 표현된다.
H(x, y, z)=I((π/2-ψ)×r, y)
단,
z2+x2=r2
ψ=tan-1(z/x)
이다.
또한, 여기에서는 입력 화상 크기(폭) 「2L」은 표시면 크기(폭)와 등배인 것을 상정했지만, 전단에 입력 화상을 스케일링하는 기능을 설정함으로써 화상의 물리 크기를 변경하도록 해도 좋다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제1 실시예의 표시면에의 투영의 일 형태를 도시하는 도면이다.
여기에서는, 호롭터 원(520) 위의 폭주점(532)을 표시면(540)에 투영하는 것을 생각한다. 폭주점(532)으로부터 우안(511)에 형성되는 상은 표시면(540) 위에서는 표시 위치(541)에 표시된다. 한편, 폭주점(532)으로부터 좌안(512)에 형성되는 상은 표시면(540) 위에서는 표시 위치(542)에 표시된다. 즉, 동일한 호롭터 화상(530)이어도 표시면(540)에 표시되어야 할 화상은 우안(511)과 좌안(512)에 의해 기본적으로 서로 다른 화상이 된다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제1 실시예의 표시면에의 투영의 구체예를 도시하는 도면이다.
도 6의 (a)는 호롭터면 및 표시면의 좌표계를 도시하고 있다. 여기에서는 (x, y, z)의 3차원의 좌표계를 사용하고 있지만, 도 4의 (a)의 경우와 달리 xy 평면 위의 원점의 위치는 우안(511)과 좌안(512)의 중간점에 설정되어 있다. 여기서, 이 좌표계에 있어서의 원점과 호롭터 원(520)의 중심의 거리(c)는
c=(r2-a2)1/2 로 된다.
도 6의 (b)는 표시면에 투영된 표시 화상[J(s, t)]의 좌표계를 도시하고 있다. 표시 화상은 우안(511) 및 좌안(512) 각각에 관하여 얻어진다. 각각은 2차원 화상이기 때문에 2차원의 좌표계를 사용하고 있다. 좌표계의 원점은 표시 화상의 중앙점에 설정되어 있다.
이때, 우안(511)으로부터 호롭터 화상 위의 위치[H(x0, y0, z0)]를 통과하여 투영되는 표시면(540) 위의 위치[D(xR, yR, zR)]는 다음 식에 의해 부여된다.
D(xR, yR, zR)=J(xR, yR)=H(x0, y0, z0)
또한, 시청자의 관찰 위치와의 사이의 거리가 관찰 거리(d)이기 때문에 zR=d이며, 이하의 식이 성립된다.
(x0-a)/(xR-a)=y0/yR=z0/d
x0 2+(z0-c)2=r2
z0>0
이에 의해, 표시면(540) 위의 위치[D(xR, yR, zR)]에 투영해야 할 화상을 위치[H(x0, y0, z0)]로부터 구할 수 있다. 즉, {xR, yR, zR}로부터 {x0, y0, z0}을 구하게 된다.
또한, 여기에서는 우안(511)으로부터 투영되는 위치[D(xR, yR, zR)]에 대하여 설명했지만, 좌안(512)으로부터 호롭터 화상 위의 위치[H(x0, y0, z0)]를 통과하여 투영되는 표시면(540) 위의 위치[D(xL, yL, zL)]에 대해서도 마찬가지로 구할 수 있다.
또한, 여기서는 반경 「r」에 의해 호롭터 원의 크기를 특정하는 예를 들어 설명했지만, 상술한 바와 같이 양안의 중심으로부터 호롭터 원의 정점까지의 거리나 원주각 등을 사용하여 호롭터 원의 크기를 특정해도 좋다. 양안의 중심으로부터 폭주점까지의 거리(f)는 다음 식에 의해 부여된다.
f=r+c
=r+(r2-a2)1/2
r을 좌변으로 이동하여 양변을 제곱하면
f2-2rf+r2=r2-a2
r=(f2+a2)/2f
로 되기 때문에 양안의 중심으로부터 폭주점까지의 거리 「f」와 양안간 거리 「2a」로부터 반경 「r」을 구할 수 있다. 원주각과 반경의 관계에 대해서는, 다음 실시예(도 15)에 있어서 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제1 실시예에 의한 처리 수순예를 도시하는 도면이다.
우선, 신호 처리부(120)로부터 신호선(129)을 통하여 입력 화상[I(p, q)]이 입력되면(스텝 S911), 입력 화상[I(p, q)]은 호롭터면에 호롭터 화상[H(x, y, z)]으로서 투사된다(스텝 S912). 또한, 스텝 S912는 특허 청구 범위에 기재된 원통면 투영 수순의 일례이다.
그리고, 우안 및 좌안 각각에 대하여 이하와 같이 하여 표시 화상이 생성된다(루프 L901). 우선, 우안(511)으로부터 호롭터 화상 위의 위치[H(x0, y0, z0)]를 통과하여 투영되는 표시면(540) 위에 대하여 투시 변환이 행하여져, 3차원 위의 위치[D(xR, yR, zR)]가 얻어진다(스텝 S913). 그리고, 이 3차원 위의 위치로부터 표시면의 2차원의 표시 화상[J(xR, yR)]이 얻어진다(스텝 S914). 마찬가지로, 좌안(512)으로부터 호롭터 화상 위의 위치[H(x0, y0, z0)]를 통과하여 투영되는 표시면(540) 위에 대하여 투시 변환이 행하여져, 3차원 위의 위치[D(xL, yL, zL)]가 얻어진다(스텝 S913). 그리고, 이 3차원 위의 위치로부터 표시면의 2차원의 표시 화상[J(xL, yL)]이 얻어진다(스텝 S914). 또한, 스텝 S913 및 S914는 특허 청구 범위에 기재된 표시면 투영 수순의 일례이다.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제1 실시예에서는 호롭터 원 정보에 의해 특정되는 호롭터 원(520)에 대하여 비입체 화상을 호롭터 화상으로서 투영한다. 그리고, 실측 혹은 추정된 관찰 거리에 있어서의 표시면에 호롭터 화상을 투영함으로써 우안(511) 및 좌안(512)에 대한 입체 화상을 생성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제2 실시예를 도시하는 도면이다. 이 3차원 변환부(130)의 제2 실시예는 호롭터면 화상 투영부(321)와, 폭주점 설정부(322)와, 표시면 우안 투영부(326)와, 표시면 좌안 투영부(327)를 구비한다.
호롭터면 화상 투영부(321)는 호롭터면 화상 투영부(311)와 마찬가지로, 신호 처리부(120)로부터 신호선(129)을 통하여 공급된 비입체 화상을, 호롭터 원을 포함하는 원통면에 투영하는 것이다. 이 제2 실시예에서는 폭주점 설정부(322)에 의해 설정된 폭주점에 기초하는 반경 「r」을 사용하여 호롭터 원을 특정한다. 또한, 호롭터면 화상 투영부(321)는 특허 청구 범위에 기재된 원통면 투영부의 일례이다.
폭주점 설정부(322)는 폭주점을 설정하여 이 폭주점에 기초하는 반경 「r」을 공급하는 것이다. 이 폭주점 설정부(322)는 양안간 거리 「2a」, 관찰 거리 「d」, 표시면 크기 「2M」 및 입력 화상 크기 「2L」에 의해 폭주점을 설정한다.
표시면 우안 투영부(326) 및 표시면 좌안 투영부(327)는 제1 실시예와 마찬가지로, 호롭터 화상을 우안용 또는 좌안용의 표시면에 투영하는 것이다. 또한, 표시면 우안 투영부(326) 및 표시면 좌안 투영부(327)는 특허 청구 범위에 기재된 표시면 투영부의 일례이다.
도 9는 호롭터 원의 크기와 폭주점의 위치의 관계를 도시하는 도면이다. 호롭터 원은 양안간 거리 및 반경에 의해 일의적으로 특정된다. 따라서, 반경을 고정하지 않은 경우에는 도 9와 같이 양안을 통과하는 호롭터 원은 다양하게 상정할 수 있다. 일반적으로 폭주점이 가까울수록 폭주각은 넓어지고 반경은 작아진다.
여기서, 입력 화상 크기를 고정한 후 이것을 호롭터 원에 투영하면, 도 9와 같이 표시면에 있어서의 크기(폭)가 호롭터 원마다 다른 것을 알 수 있다. 즉, 호롭터 원(521)과 같이 폭주점이 가까울수록 표시면의 크기(폭)는 넓어지고, 호롭터 원(522)과 같이 폭주점이 멀수록 표시면의 크기(폭)는 작아진다. 따라서, 입력 화상을 표시면 끝가지 표시하는 것을 목적으로 하여, 표시면 위의 투영 크기로부터 역산하여 호롭터 원의 폭주점을 설정하는 것이 이 제2 실시예이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제2 실시예의 호롭터면에의 투영의 일 형태를 도시하는 도면이다. 여기에서는, 우선 입력 화상 크기(폭)를 「2L」로 하여, 표시면 위에 투영되는 크기(폭) 「2m」이 어떤 식으로 표현되는지를 생각한다.
호롭터 원의 내부에 있어서, 길이(p, q, r)의 각 변으로 이루어지는 직각 삼각형을 상정하면, p 및 q는 다음 식에 의해 표현된다.
p=r·sinφ
q=r·cosφ
여기서, 각도(φ)는 길이(q 및 r)의 양변이 이루는 각이다. 이 각도(φ)는 다음 식에 의해 표현된다.
φ=(L/(2πr))·2π=L/r
또한, 표시면 위에 투영되는 크기(폭) 「2m」 중, 상술한 직각 삼각형을 통과하는 부분을 x로 하고 그 우측 부분을 y로 한다. 직각 삼각형에 있어서의 상사 관계로부터
p:x=q:(d-c)
따라서, x는 다음 식에 의해 부여된다.
x=p·(d-c)/q
또한, 정점(T)의 직각 삼각형에 있어서의 상사 관계로부터
t:a=(t+c):s
t:a=(t+c+q):p
따라서, s는 다음 식에 의해 얻어진다.
s=((p-a)/(a·(c+q)))·((a·(c+q)/(p-a))+c)·a
=(a·q-c·p)/(c+q)
또한, 길이(s) 및 반경(r)의 각 변에 의해 형성되는 삼각형에 있어서의 상사 관계로부터
s:y=q:(q-(d-c))
따라서, y는 다음 식에 의해 부여된다.
y=((q-d+c)/q)·s
=((q-d+c)·(a·q-c·p))/(q·(c+q))
이와 같이 하여 얻어진 x와 y를 가산한 것이 표시면 위에 투영되는 크기(폭)의 절반 「m」으로 된다.
m=x+y
=p·(d-c)/q
+((q-d+c)·(a·q-c·p))/(q·(c+q))
도 11은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제2 실시예의 호롭터면에의 투영의 구체예를 도시하는 도면이다. 제2 실시예에서는, 상술한 바와 같이 표시면(540) 위의 투영 폭이 표시면(540) 끝까지 표시되도록 폭주점을 설정한다. 따라서, 도 11에 도시된 바와 같이 표시면(540) 자체의 폭 「2M」과, 상기 식에 의해 얻어진 표시면 위의 투영 폭 「2m」을 일치시키게 된다.
폭주점 설정부(322)에는 표시면(540)의 크기(폭) 「2M」, 입력 화상 크기(폭) 「2L」, 양안간 거리 「2a」, 관찰 거리 「d」가 부여되기 때문에, 상기 식에 의해 얻어진 표시면 위의 투영 크기(폭) 「2m」이 「2M」과 일치하도록 하여 호롭터 원의 반경(r)을 구할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제2 실시예에서는 표시면(540)의 크기를 미리 상정함으로써 표시면(540) 위의 투영 화상이 표시면(540) 끝까지 표시되는 폭주점을 설정하여 호롭터 원을 일의적으로 특정할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제3 실시예를 도시하는 도면이다. 이 3차원 변환부(130)의 제3 실시예는 표시면에 있어서의 화상의 왜곡도가 커지지 않도록 폭주점을 정하는 것이다. 양안의 각 눈의 바로 정면으로부터 어긋날수록 화상의 중앙과 주변 사이의 왜곡도가 커지기 때문에 이 왜곡도가 허용 범위 내에 들어가도록 폭주점이 설정된다. 이 3차원 변환부(130)의 제3 실시예는 호롭터면 화상 투영부(331)와, 폭주점 설정부(332)와, 표시면 우안 투영부(336)와, 표시면 좌안 투영부(337)를 구비한다.
호롭터면 화상 투영부(331)는 호롭터면 화상 투영부(311)와 마찬가지로, 신호 처리부(120)로부터 신호선(129)을 통하여 공급된 비입체 화상을, 호롭터 원을 포함하는 원통면에 투영하는 것이다. 이 제3 실시예에서는 폭주점 설정부(332)에 의해 설정된 폭주점에 기초하는 원주각 「τ」을 사용하여 호롭터 원을 특정한다. 또한, 호롭터면 화상 투영부(331)는 특허 청구 범위에 기재된 원통면 투영부의 일례이다.
폭주점 설정부(332)는 폭주점을 설정하여 이 폭주점에 기초하는 원주각 「τ」을 공급하는 것이다. 이 폭주점 설정부(332)는 양안간 거리 「2a」, 관찰 거리 「d」, 최대 왜곡도 「Qmax」 및 미소 각도 「δ」에 의해 폭주점을 설정한다. 설정의 상세에 대해서는 다음 도면에 의해 설명한다.
표시면 우안 투영부(336) 및 표시면 좌안 투영부(337)는 제1 실시예와 마찬가지로, 호롭터 화상을 우안용 또는 좌안용의 표시면에 투영하는 것이다. 또한, 여기에서는 폭주점 설정부(332)로부터 공급되는 원주각 「τ」을 사용하여 표시면에의 투영을 행하고 있지만, 제1 실시예에 있어서의 반경 「r」과 본 실시예에 있어서의 원주각 「τ」은 폭주점을 설정한다는 의미에서는 등가이다. 따라서, 양자를 적절히 교체하며 사용해도 좋다. 또한, 표시면 우안 투영부(336) 및 표시면 좌안 투영부(337)는 특허 청구 범위에 기재된 표시면 투영부의 일례이다.
도 13은 호롭터 원과 화상의 왜곡도의 관계예를 도시하는 도면이다. 여기에서는, 좌안(512)에 관하여 왜곡도를 구하지만, 우안(511)에 대해서도 마찬가지이다.
좌안(512)으로부터 바로 정면을 본 호롭터 원 위의 위치(535)와, 그 위치로부터 각도(θ) 회전한 위치(536)에 있어서, 각각 미소 각도 「δ」 어긋난 경우의, 표시면(540) 위의 거리를 비교한다. 위치(535)에 있어서 미소 각도 「δ」 어긋난 경우, 호롭터 원의 중심점(o)의 전망각은 「2δ」로 되기 때문에 호롭터 원 위의 위치(535)에서는 「2δr」의 어긋남이 발생한다. 이 점, 위치(536)에 있어서 미소 각도 「δ」 어긋난 경우도 호롭터 원의 중심점(o)의 전망각은 「2δ」로 되기 때문에 호롭터 원 위의 위치(536)에서는 마찬가지로 「2δr」의 어긋남이 발생한다.
호롭터 원 위의 위치(535)에 대응하는 표시면(540) 위의 위치(545)에서는 관찰 거리 「d」를 1변으로 하고 각도 「δ/2」를 갖는 직각 삼각형을 상정하면 어긋남 폭(Q1)은 다음 식과 같이 된다.
Q1=2d·tan(δ/2)
한편, 호롭터 원 위의 위치(536)에 대응하는 표시면(540) 위의 위치(546)에서는, 관찰 거리 「d」를 1변으로 하고 각도 「θ」를 갖는 직각 삼각형을 상정하면, 어긋남 폭(Q2)은 다음 식과 같이 된다.
Q2=2d·(tanθ-tan(θ-δ/2))
따라서, 왜곡도(Q)는 다음 식에 의해 얻어진다.
Q=Q2/Q1
=(2d·(tanθ-tan(θ-δ/2)))/(2d·tan(δ/2))
=(tanθ-tan(θ-δ/2))/tan(δ/2)
도 14는 각도(θ)와 화상의 왜곡도(Q)의 관계예를 도시하는 도면이다. 여기에서는, 도 13에 있어서 미소 각도(δ)를 「0.01」로 하고, 각도(θ)를 「-70°」로부터 「+70°」까지 변화시킨 경우의 왜곡도(Q)를 도시하고 있다.
이 예로부터도 알 수 있듯이, 눈의 바로 정면으로부터 어긋날수록 화상의 중앙과 주변 사이의 왜곡도(Q)가 커지고 있다. 따라서, 이 제3 실시예에서는 왜곡도의 임계치로서 최대 왜곡도 「Qmax」를 부여하여, 왜곡도가 이보다 작아지도록 각도(θ)를 설정한다.
도 15는 호롭터 원과 원주각의 관계예를 도시하는 도면이다. 원주각이 「τ」이라고 하면, 우안(511)과 좌안(512)으로부터 호롭터 원(520)의 중심점(o)을 전망한 각은 「2τ」이다. 이 각은, 중심점(o)으로부터 양안의 중심에의 수선에 의해 2등분되어, 각각 「τ」로 된다. 도 15에서는 좌안(512)을 기준으로 한 「τ」에 대하여 도시하고 있다.
우안(511) 및 좌안(512)의 중심선과 호롭터 원(520)의 교점(537)과, 좌안(512)과, 호롭터 원(520)의 중심점(o)으로 이루어지는 삼각형을 주목하면, 교점(537) 및 좌안(512)에 있어서의 각도는 모두 「τ/2」로 된다. 좌안(512)으로부터 바로 정면을 본 호롭터 원 위의 위치(535)와 좌안(512)을 연결하는 직선이 우안(511) 및 좌안(512)의 중심선과 병행하기 때문에 교점(537)과 입력 화상의 단부점(538)에 의해 좌안(512)에 있어서 형성되는 각도는 「θ-τ/2」로 된다. 단, 각도(θ)는 위치(535)와 입력 화상의 단부점(538)에 의해 좌안(512)에 있어서 형성되는 각도이다. 따라서, 교점(537)과 입력 화상의 단부점(538)으로부터 호롭터 원(520)의 중심점(o)을 전망한 각도는 「2·(θ-τ/2)」로 된다. 이 경우의 원호가 입력 화상의 크기(폭)의 「L」과 일치하기 때문에 다음 식이 성립된다.
2·(θ-τ/2)·r=L
또한, 우안(511) 및 좌안(512)의 중심점과, 호롭터 원(520)의 중심점(o)과, 좌안(512)으로 이루어지는 직각 삼각형을 주목하면, 반경(r)은 다음 식에 의해 표현된다. 즉, 원주각 「τ」와 양안간 거리 「2a」로부터 반경 「r」을 구할 수 있는 것을 알 수 있다.
r=a/sin(τ)
따라서, 위의 2식으로부터 반경(r)을 소거하여, 다음 식이 얻어진다.
2·(θ-τ/2)·(a/sin(τ))=L
상기 식으로부터, 각도 「θ」, 양안간 거리의 절반 「a」, 및 입력 화상의 크기 「L」이 기지이면, 원주각 「τ」이 얻어지는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제3 실시예에서는 미소 각도 「δ」 및 최대 왜곡도 「Qmax」를 부여함으로써 화면 중앙과 주변의 왜곡이 최대 왜곡도 이하로 되도록 폭주점을 설정하여 호롭터 원을 특정할 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제4 실시예를 도시하는 도면이다. 이 3차원 변환부(130)의 제4 실시예는 표시면에 있어서의 화상의 왜곡이 커지지 않도록 폭주점을 결정함과 함께 입력 화상이 표시면 끝까지 표시되도록 입력 화상의 크기(폭)를 스케일링하는 것이다. 이 3차원 변환부(130)의 제4 실시예는 호롭터면 화상 투영부(341)와, 폭주점 설정부(342)와, 스케일링부(343)와, 표시면 우안 투영부(346)와, 표시면 좌안 투영부(347)를 구비한다.
폭주점 설정부(342)는 폭주점을 설정하여 이 폭주점에 기초하는 반경 「r」 및 각도 「θ」를 공급하는 것이다. 이 폭주점 설정부(342)는 양안간 거리 「2a」, 관찰 거리 「d」, 최대 왜곡도 「Qmax」, 미소 각도 「δ」 및 표시면 크기 「2M」에 의해 폭주점을 설정한다.
스케일링부(343)는 신호 처리부(120)로부터 신호선(129)을 통하여 공급된 비입체 화상을 폭주점 설정부(342)에 의해 설정된 폭주점에 따라 확대 또는 축소(스케일링)하는 것이다.
호롭터면 화상 투영부(341)는 스케일링부(343)에 의해 스케일링된 비입체 화상을, 호롭터 원을 포함하는 원통면에 투영하는 것이다. 또한, 호롭터면 화상 투영부(341)는 특허 청구 범위에 기재된 원통면 투영부의 일례이다.
표시면 우안 투영부(346) 및 표시면 좌안 투영부(347)는 제1 실시예와 마찬가지로, 호롭터 화상을 우안용 또는 좌안용의 표시면에 투영하는 것이다. 또한, 표시면 우안 투영부(346) 및 표시면 좌안 투영부(347)는 특허 청구 범위에 기재된 표시면 투영부의 일례이다.
도 17은 호롭터 원과 표시면의 관계예를 도시하는 도면이다. 이 제4 실시예에서는 제3 실시예와 마찬가지로 미소 각도 「δ」에 대하여 왜곡도가 최대 왜곡도 「Qmax」보다도 작아지도록 각도 「θ」가 결정된다. 그리고, 이 각도 「θ」에 기초하여, 호롭터 원이 결정됨과 함께 입력 화상의 크기가 결정된다.
입력 화상의 단부점(538)은 호롭터 원(520) 위에 있기 때문에 우안(511)과 좌안(512)으로부터 입력 화상의 단부점(538)을 전망한 각도는 「τ」이다. 또한, 좌안(512) 및 입력 화상의 단부점(538)을 연결하는 직선과 표시면(540)의 교점(548), 좌안(512) 및 좌안 바로 정면의 점(535)을 연결하는 직선과 표시면(540)의 교점(545) 및 좌안(512)의 위치로 이루어지는 직각 삼각형을 주목하면, 좌안(512)으로부터 교점(548)에 있어서 이루는 각은 「π/2-θ」로 된다. 또한, 정점(T)을 포함하는 직각 삼각형을 주목하면, 정점(T)으로부터 교점(549)에 있어서 이루는 각은 「tan-1(x/a)」이다.
여기서, x는
x:a=(x+d):M
을 만족하기 때문에
x=a·d/(M-a)
에 의해 부여된다.
따라서, 교점(549)에 있어서의 내측의 각도는 「π-tan-1(x/a)」로 된다. 이에 의해, 각도 「τ」은 다음 식에 의해 부여된다. 즉, 다음 식이 성립되도록 τ를 설정함으로써 호롭터 원이 결정된다.
τ=θ-(π/2)+tan-1(x/a)
또한, 제3 실시예에 있어서 산출한 바와 같이 교점(537)과 입력 화상의 단부점(538)으로부터 호롭터 원(520)의 중심점(o)을 전망한 각도는 「2·(θ-τ/2)」로 된다. 이 경우의 원호가 입력 화상의 크기(폭)의 「L」과 일치하기 때문에 다음 식이 성립된다.
L=2·(θ-τ/2)·r
제3 실시예에서는 입력 화상의 크기를 고정으로 했지만, 이 제4 실시예에서는 입력 화상의 크기는 가변이며, 상기 식을 만족하도록 스케일링부(343)에 의해 입력 화상의 스케일링이 행하여진다.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제4 실시예에서는 화면 중앙과 주변의 왜곡이 최대 왜곡도 이하로 되도록 폭주점을 설정하여 호롭터 원을 특정함과 함께 입력 화상을 스케일링하여 입력 화상을 표시면 끝까지 표시할 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제5 실시예를 도시하는 도면이다. 이 3차원 변환부(130)의 제5 실시예는 비입체 화상을 호롭터 원에 투사하는 수순을 거치지 않고, 각 눈에 대응하는 올려보기면에 비입체 화상을 각각 투사한 후에 표시면에 투영함으로써 입체 화상을 생성하는 것이다. 단, 후술하는 바와 같이 이 제5 실시예에 의해 표시되는 화상은 제1 내지 제4 실시예에 의해 설명한 호롭터 원을 통과하여 표시된 화상과 등가이다. 따라서, 여기에서는 입체 화상을 생성할 때에 호롭터 원을 상정하고, 이 호롭터 원의 반경을 파라미터로서 부여하는 것으로 한다. 이 3차원 변환부(130)의 제5 실시예는 올려보기면 우안 설정부(354)와, 올려보기면 좌안 설정부(355)와, 표시면 우안 투영부(356)와, 표시면 좌안 투영부(357)를 구비한다.
올려보기면 우안 설정부(354)는 양안으로부터 등거리에 있는 폭주점을 우안으로부터 본 시점을 상정하고, 이 시점에 대하여 수직으로 교차하는 올려보기면을 설정하여 신호 처리부(120)로부터 신호선(129)을 통하여 공급된 비입체 화상을 우안용의 올려보기 화상으로서 투영하는 것이다. 올려보기면 좌안 설정부(355)는 양안으로부터 등거리에 있는 폭주점을 좌안으로부터 본 시점을 상정하고, 이 시점에 대하여 수직으로 교차하는 올려보기면을 설정하여 신호 처리부(120)로부터 신호선(129)을 통하여 공급된 비입체 화상을 좌안용의 올려보기 화상으로서 투영하는 것이다. 올려보기면 우안 설정부(354) 및 올려보기면 좌안 설정부(355)는 양안간 거리 「2a」, 호롭터 원의 반경 「r」, 상정되는 관찰 거리 「d」, 올려보기면 거리 「k」에 기초하여 우안용 및 좌안용의 올려보기면에의 투영을 행한다. 또한, 올려보기면은 특허 청구 범위에 기재된 조사면의 일례이다. 또한, 올려보기면 우안 설정부(354) 및 올려보기면 좌안 설정부(355)는 특허 청구 범위에 기재된 조사면 투영부의 일례이다.
표시면 우안 투영부(356)는 우안용의 올려보기 화상을 우안용의 표시면에 투영하는 것이다. 표시면 좌안 투영부(357)는 좌안용의 올려보기 화상을 좌안용의 표시면에 투영하는 것이다. 표시면 우안 투영부(356) 및 표시면 좌안 투영부(357)는 양안간 거리 「2a」, 호롭터 원의 반경 「r」, 상정되는 관찰 거리 「d」에 기초하여 우안용 및 좌안용의 표시면에의 투영을 행한다. 우안용의 표시면에 투영된 화상을 우안 화상이라고 호칭하고, 좌안용의 표시면에 투영된 화상을 좌안 화상이라고 호칭한다. 이들 우안 화상 및 좌안 화상은 신호선(139)을 통하여 후처리부(160)에 공급된다. 또한, 표시면 우안 투영부(356) 및 표시면 좌안 투영부(357)는 특허 청구 범위에 기재된 표시면 투영부의 일례이다.
도 19는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제5 실시예의 올려보기면에의 투영의 일 형태를 도시하는 도면이다.
우안(511) 및 좌안(512)의 중심선과 호롭터 원(520)의 교점은 양안으로부터 등거리에 있는 폭주점(527)이다. 우안용 올려보기면(550)은 우안(511)으로부터 폭주점(527)을 본 시점에 대하여 점(551)에 있어서 수직으로 교차하는 면이다. 좌안용 올려보기면(560)은 좌안(512)으로부터 폭주점(527)을 본 시점에 대하여 점(561)에 있어서 수직으로 교차하는 면이다. 우안(511)의 위치 및 좌안(512)의 위치를 연결하는 선분과 점(551 및 561)을 연결하는 선분 사이의 거리를 올려보기면 거리 「k」로 한다.
여기에서는, 우안용 올려보기면(550) 및 좌안용 올려보기면(560) 위의 화상을 표시면(570)에 투영하는 것을 생각한다. 우안(511) 및 좌안(512)과 표시면(570) 사이의 거리를 관찰 거리 「d」로 한다. 우안용 올려보기면(550) 위의 점(551)으로부터 거리 「S」 이격된 점(552)에 형성되는 상은 표시면(570) 위에서는 표시 위치(571)에 표시된다. 좌안용 올려보기면(560) 위의 점(561)으로부터 거리 「S」 이격된 점(562)에 형성되는 상은 표시면(570) 위에서는 표시 위치(572)에 표시된다. 이때, 우안(511) 및 점(571)을 연결하는 직선과, 좌안(512) 및 점(572)을 연결하는 직선은 호롭터 원(520) 위의 교점(522)에서 교차한다. 즉, 이 제5 실시예에 의해 표시되는 화상은 제1 내지 제4 실시예에 의해 설명한 호롭터 원을 개재하여 표시된 화상과 등가이다.
도 20은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제5 실시예의 올려보기면에의 투영의 구체예를 도시하는 도면이다.
도 20의 (a)는 신호 처리부(120)로부터 신호선(129)을 통하여 공급되는 입력 화상[I(p, q)]의 좌표계를 도시하고 있다. 입력 화상은 비입체 화상이기 때문에 2차원의 좌표계를 사용하고 있다. 좌표계의 원점은 입력 화상의 중앙점에 설정되어 있다. 또한, 입력 화상 크기(폭)는 「2L」을 상정하고 있다.
도 20의 (b)는 올려보기 화상이 투영되는 올려보기면의 좌표계를 도시하고 있다. 올려보기면은 3차원으로 되기 때문에 여기에서는 (x, y, z)의 3차원의 좌표계를 사용하고 있다. 좌표계의 원점은 우안(511)과 좌안(512)의 중심에 설정되어 있다. 도 20의 (b)는 올려보기면에 대한 수직 방향, 즉 y축의 수직 방향에서 본 도면으로 되어 있다.
우안(511) 및 좌안(512)으로부터 호롭터 원(520) 위의 폭주점을 전망한 각도를 폭주각 「τ」로 하면, 우안용 올려보기면(550) 및 좌안용 올려보기면(560)은 수평선으로부터 각각 「τ/2」의 각도를 갖고 있다.
양안을 연결하는 직선에 대하여 좌안용 올려보기면(560) 위의 점(561)으로부터 수직으로 내린 교점(582)을 주목하면 좌안(512)과 교점(582)의 거리는 「k·tan(τ/2)」로 된다. 따라서, 원점으로부터 z축을 따라 올려보기면 거리 「k」 이격된 위치의 점(589)과, 좌안용 올려보기면(560) 위의 점(561)의 거리는 「a-k·tan(τ/2)」로 된다. 따라서, 좌안용 올려보기면(560)에 있어서의 좌안용 올려보기 화상[L(x, y, z)]과 입력 화상[I(p, q)]의 관계는 다음 식에 의해 표현된다.
L(x, y, z)=I((x+a-k·tan(τ/2))/(cos(τ/2)), y)
단, 이 좌안용 올려보기 화상[L(x, y, z)]에서는
z=k-((x+a-k·tan(τ/2))/sin(τ/2))
이다.
또한, 마찬가지로 우안용 올려보기면(550)에 있어서의 우안용 올려보기 화상[R(x, y, z)]과 입력 화상[I(p, q)]의 관계는 다음 식에 의해 표현된다.
R(x, y, z)=I((x-a+k·tan(τ/2))/(cos(τ/2)), y)
단, 이 우안용 올려보기 화상[R(x, y, z)]에서는
z=k+((x-a+k·tan(τ/2))/sin(τ/2))
이다.
도 21은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제5 실시예의 표시면에의 투영의 구체예를 도시하는 도면이다.
도 21의 (a)는 올려보기면 및 표시면의 좌표계를 도시하고 있다. 여기에서는 (x, y, z)의 3차원의 좌표계를 사용하고 있다.
도 21의 (b)는 표시면에 투영된 표시 화상[J(s, t)]의 좌표계를 도시하고 있다. 표시 화상은 우안(511) 및 좌안(512) 각각에 관하여 얻어진다. 각각은 2차원 화상이기 때문에 2차원의 좌표계를 사용하고 있다. 좌표계의 원점은 표시 화상의 중앙점에 설정되어 있다.
이때, 좌안(512)으로부터 좌안용 올려보기 화상 위의 L(x0, y0, z0)을 통과하여 투영되는 표시면(570) 위의 DL(xL, yL, zL)은, 다음 식에 의해 부여된다.
DL(xL, yL, zL)=J(xL, yL)=L(x0, y0, z0)
또한, 시청자의 관찰 위치와의 사이의 거리가 관찰 거리(d)이기 때문에 zR=d이며, 이하의 식이 성립된다.
(x0+a)/(xL+a)=y0/yL=z0/d
z0>0
단, 도 20에 의해 설명한 바와 같이
z0=k-((x0+a-k·tan(τ/2))/sin(τ/2))
이다.
또한, 여기에서는 좌안(512)으로부터 투영되는 DL(xL, yL, zL)에 대하여 설명했지만, 우안(511)으로부터 우안용 올려보기 화상 위의 R(x0, y0, z0)을 통과하여 투영되는 표시면(570) 위의 DR(xR, yR, zR)에 대해서도 마찬가지로 구할 수 있다.
도 22는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제5 실시예에 의한 처리 수순예를 도시하는 도면이다.
우선, 신호 처리부(120)로부터 신호선(129)을 통하여 입력 화상[I(p, q)]이 입력되면(스텝 S921), 입력 화상[I(p, q)]은 올려보기 화상으로서 각각 투사된다. 단, 제1 실시예와 달리 우안용 및 좌안용에 별개의 올려보기면이 설치되고, 이하와 같이 하여 표시 화상이 생성된다(루프 L902).
입력 화상[I(p, q)]이 우안용 올려보기면(550)에 있어서 우안용 올려보기 화상[R(x, y, z)]으로서 투사되면(스텝 S922), 표시면(570) 위에 대하여 투시 변환이 행하여져, 3차원 위의 DR(xR, yR, zR)이 얻어진다(스텝 S923). 그리고, 이 3차원 위의 위치로부터 표시면의 2차원의 표시 화상[J(xR, yR)]이 얻어진다(스텝 S924). 마찬가지로, 입력 화상[I(p, q)]이 좌안용 올려보기면(560)에 있어서 좌안용 올려보기 화상[L(x, y, z)]으로서 투사되면(스텝 S922), 표시면(570) 위에 대하여 투시 변환이 행하여져, 3차원 위의 DL(xL, yL, zL)이 얻어진다(스텝 S923). 그리고, 이 3차원 위의 위치로부터 표시면의 2차원의 표시 화상[J(xL, yL)]이 얻어진다(스텝 S924). 또한, 스텝 S922는 특허 청구 범위에 기재된 조사면 투영 수순의 일례이다. 또한, 스텝 S923 및 S924는 특허 청구 범위에 기재된 표시면 투영 수순의 일례이다.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제5 실시예에서는 우안용 및 좌안용의 올려보기면에 대하여 비입체 화상을 각각 우안용 및 좌안용의 올려보기 화상으로서 투영한다. 그리고, 실측 혹은 추정된 관찰 거리에 있어서의 표시면에 우안용 및 좌안용의 올려보기 화상을 투영함으로써 우안(511) 및 좌안(512)에 대한 입체 화상을 생성할 수 있다.
도 23은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예를 도시하는 도면이다. 이 제6 실시예는 깊이 정보에 기초하는 심도 맵(depth map)에 따른 입체 화상을 생성하는 것이다. 이 3차원 변환부(130)의 제6 실시예는 입력 화상 심도 맵 생성부(361)와, 호롭터면 심도 맵 생성부(362)와, 심도 맵 합성부(363)와, 표시면 우안 투영부(366)와, 표시면 좌안 투영부(367)를 구비한다.
입력 화상 심도 맵 생성부(361)는 신호 처리부(120)로부터 신호선(129)을 통하여 공급된 비입체 화상(입력 화상)에 대하여 심도 맵을 생성하는 것이다. 심도 맵은 화소마다 깊이에 관한 정보를 유지하는 것이며, 예를 들어 휘도, 고주파 성분, 움직임, 채도 등에 기초하여 추정된다. 예를 들어, 일본 특허 공개 제2007-502454호 공보에는 입력 화상에 있어서 검출된 에지에 기초하여 심도 맵을 생성하는 멀티 뷰 화상 생성 유닛이 기재되어 있다. 또한, 입력 화상 심도 맵 생성부(361)는 특허 청구 범위에 기재된 깊이 정보 생성부의 일례이다.
호롭터면 심도 맵 생성부(362)는 호롭터면에 대하여 심도 맵을 생성하는 것이다. 호롭터면은 제1 실시예와 마찬가지로 호롭터 원 정보에 의해 호롭터 원의 크기가 특정되어 양안간 거리 「2a」에 의해 양안과의 상대적 위치 관계가 특정된다.
심도 맵 합성부(363)는 입력 화상 심도 맵 생성부(361)에 의해 생성된 입력 화상의 심도 맵과, 호롭터면 심도 맵 생성부(362)에 의해 생성된 호롭터면의 심도 맵을 합성하는 것이다. 또한, 심도 맵 합성부(363)는 특허 청구 범위에 기재된 깊이 정보 합성부의 일례이다.
표시면 우안 투영부(366)는 신호 처리부(120)로부터 신호선(129)을 통하여 공급된 비입체 화상에 대해 심도 맵 합성부(363)에 의해 합성된 합성 심도 맵을 고려하여 우안용의 입체 화상을 우안용의 표시면에 투영하는 것이다. 또한, 표시면 좌안 투영부(367)는 신호 처리부(120)로부터 신호선(129)을 통하여 공급된 비입체 화상에 대해 심도 맵 합성부(363)에 의해 합성된 합성 심도 맵을 고려하여 좌안용의 입체 화상을 좌안용의 표시면에 투영하는 것이다.
도 24는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예에 의한 처리의 개요를 도시하는 도면이다.
본 제6 실시예에서는 입력 화상 심도 맵 생성부(361)에 의해 깊이 정보를 추정하여, 이것을 호롭터면에 대하여 합성한다. 이에 의해, 지금까지 설명한 호롭터 원의 성질을 사용한 깊이감 외에, 또한 씬의 3차원 구조에 대응한 깊이 정보를 부가함으로써 입체감을 더욱 증강시킬 수 있다.
예를 들어, 합성 후의 점(621)은 호롭터 원보다도 전방에 존재하기 때문에 이것을 표시면에 투영하면 더욱 가까운 위치에 존재하는 것으로서 파악된다. 또한, 합성 후의 점(622)은 호롭터 원보다도 후방에 존재하기 때문에 이것을 표시면에 투영하면 더욱 먼 위치에 존재하는 것으로서 파악된다.
도 25는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예에 의한 호롭터면의 심도 맵의 일례를 도시하는 도면이다.
여기에서는, 호롭터면의 심도 맵을 dpH에 의해 나타낸다. 호롭터면은 호롭터 원을 포함하는 3차원 형상이며, x 평면으로부터의 거리에 의해 특정된다. 즉, 호롭터면의 심도 맵은 x 및 y의 함수가 되고, 다음 식에 의해 표현된다.
dpH(x, y)=z(x, y)
이때, 좌표(xi, yi)에 대한 x 평면으로부터의 호롭터면의 거리를 di로 하면, 함수 [z(x, y)]는 다음 식에 의해 부여된다.
z(xi, yi)=di(i=1, 2, …, n)
도 26은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예에 의한 깊이 정보의 추정예를 도시하는 도면이다.
여기에서는, 깊이 정보의 심도 맵을 dpI에 의해 나타낸다. 깊이 정보는 각 화소에 대응하는 깊이를 나타내는 것이며, 3차원의 정보로서 표현된다. 즉, 깊이 정보의 심도 맵은 x 및 y의 함수가 되고, 다음 식에 의해 표현된다.
dpI(x, y)=z(x, y)
이때, 좌표(xi, yi)에 대한 x 평면으로부터의 깊이 정보의 값을 ei로 하면 함수 z(x, y)는 다음 식에 의해 부여된다.
z(xi, yi)=ei(i=1, 2, …, n)
도 27은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예의 심도 맵 합성부(363)의 일구성예를 도시하는 도면이다. 심도 맵 합성부(363)는 상술한 바와 같이 입력 화상 심도 맵 생성부(361)에 의해 생성된 입력 화상의 심도 맵과, 호롭터면 심도 맵 생성부(362)에 의해 생성된 호롭터면의 심도 맵을 합성하는 것이다. 이 심도 맵 합성부(363)는 평균치 산출부(3631)와, 감산기(3632)와, 가산기(3633)를 구비하고 있다.
평균치 산출부(3631)는 입력 화상마다 심도 맵의 평균치를 산출하는 것이다. 감산기(3632)는 입력 화상의 화소마다의 심도 맵에 대하여 심도 맵의 입력 화상마다의 평균치를 각각 감산하는 것이다. 이에 의해, 평균치를 중심값으로 하는 심도 맵의 교류 성분이 얻어진다. 가산기(3633)는 감산기(3632)로부터 공급되는 입력 화상의 심도 맵의 교류 성분을 호롭터면의 심도 맵에 가산하는 것이다. 이에 의해, 호롭터면 위의 합성된 심도 맵이 얻어진다.
도 28은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예에 의한 입체 화상의 생성예를 도시하는 도면이다. 이 예에서는, 입력된 비입체 화상을 좌안용 화상(630)으로서, 심도 맵에 대응하는 곡면(620)에 투영하고 곡면(620) 위의 각 점에 대응하는 우안용 화상(640)에 투영한다.
예를 들어, 좌안(512)으로부터 본 좌안용 화상(630) 위의 점(631)은 곡면(620) 위에서는 점(621)에 투영된다. 그리고, 이 점(621)을 우안(511)에 의해 보면 우안용 화상(640) 위에서는 점(641)에 투영된다. 마찬가지로, 좌안(512)으로부터 본 좌안용 화상(630) 위의 점(632)은 곡면(620) 위에서는 점(622)에 투영된다. 그리고, 이 점(622)을 우안(511)에 의해 보면 우안용 화상(640) 위에서는 점(642)에 투영된다.
또한, 이 도면에서는 설명의 편의상, 좌안용 화상(630)과 우안용 화상(640)을 z 방향으로 서로 위치를 어긋나게 하여 도시하고 있지만, 실제로는 양자는 동일 평면 위에 위치한다.
도 29는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예에 의한 입체 화상의 다른 생성예를 도시하는 도면이다. 이 예에서는, 입력된 비입체 화상을 우안과 좌안의 중앙(513)으로부터 본 화상[입력 화상(650)]으로서 심도 맵에 대응하는 곡면(620)에 투영하고, 곡면(620) 위의 각 점에 대응하는 좌안용 화상(630) 및 우안용 화상(640)에 투영한다.
예를 들어, 중앙(513)으로부터 본 입력 화상(650) 위의 점(651)은 곡면(620) 위에서는 점(621)에 투영된다. 그리고, 이 점(621)을 좌안(512)에 의해 보면 좌안용 화상(630) 위에서는 점(631)에 투영되고, 우안(511)에 의해 보면 우안용 화상(640) 위에서는 점(641)에 투영된다. 마찬가지로, 중앙(513)으로부터 본 입력 화상(650) 위의 점(652)은 곡면(620) 위에서는 점(622)에 투영된다. 그리고, 이 점(622)을 좌안(512)에 의해 보면 좌안용 화상(630) 위에서는 점(632)에 투영되고, 우안(511)에 의해 보면 우안용 화상(640) 위에서는 점(642)에 투영된다.
또한, 이 도면에서는 설명의 편의상, 좌안용 화상(630), 우안용 화상(640) 및 입력 화상(650)을 z 방향으로 서로 위치를 어긋나게 하여 도시하고 있지만, 실제로는 모두 동일 평면 상에 위치한다.
이와 같이, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 3차원 변환부(130)의 제6 실시예에서는 다른 실시예에 의해 설명한 호롭터면을 이용한 입체에, 깊이 정보에 기초한 심도 맵을 조합함으로써 더욱 입체감이 있는 입체 화상을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태는 본 발명을 구현화하기 위한 일례를 기재한 것이며, 상술한 바와 같이 특허 청구 범위에 있어서의 발명 특정 사항과 각각 대응 관계를 갖는다. 단, 본 발명은 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변형을 실시할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 있어서 설명한 처리 수순은, 이들 일련의 수순을 갖는 방법으로서 취해도 좋고, 또한 이들 일련의 수순을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램 내지 그 프로그램을 기억하는 기록 매체로서 취해도 좋다. 이 기록 매체로서, 예를 들어 CD(Compact Disc), MD(Mini Disc), DVD(Digital Versatile Disk), 메모리 카드, 블루 레이 디스크[Blu-ray Disc(등록 상표)] 등을 사용할 수 있다.
110 : 화상 신호 입력부
120 : 신호 처리부
130 : 3차원 변환부
140 : 파라미터 설정부
150 : 관찰 거리 측정부
160 : 후처리부
170 : 포맷 변환부
180 : 소스 선택부
190 : 표시부
311, 321, 331, 341 : 호롭터면 화상 투영부
316, 326, 336, 346, 356, 366 : 표시면 우안 투영부
317, 327, 337, 347, 357, 367 : 표시면 좌안 투영부
322, 332, 342 : 폭주점 설정부
343 : 스케일링부
354 : 올려보기면 우안 설정부
355 : 올려보기면 좌안 설정부
361 : 입력 화상 심도 맵 생성부
362 : 호롭터면 심도 맵 생성부
363 : 심도 맵 합성부
520 : 호롭터 원
530 : 호롭터 화상
540, 570 : 표시면
620 : 합성 후 곡면
630 : 좌안용 화상
640 : 우안용 화상
650 : 입력 화상

Claims (13)

  1. 입체 화상 생성 장치로서,
    양안에 접하는 가상원을 포함하는 원통면에 대하여 2차원 입력 화상을 투영하여 원통 화상을 생성하는 원통면 투영부와,
    상기 양안 각각을 기준으로 하여 상기 원통 화상을 표시면에 대하여 투영하여 상기 양안 각각에 사영되는 표시 화상을 생성하는 표시면 투영부를 구비하는, 입체 화상 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가상원의 반경은 상정되는 관찰 거리 또는 표시 크기에 따라 설정되는, 입체 화상 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 표시면과 관찰 위치의 거리를 측정하는 관찰 거리 측정부를 더 구비하고,
    상기 가상원의 반경은, 상기 관찰 거리 측정부에 의해 측정된 관찰 거리에 따라 설정되는, 입체 화상 생성 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가상원의 반경은, 상기 표시 화상의 왜곡도가 소정의 임계치보다 작아지도록 설정되는, 입체 화상 생성 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 2차원 입력 화상으로부터 깊이 정보를 생성하는 깊이 정보 생성부와,
    상기 깊이 정보를 상기 원통 화상에 합성하는 깊이 정보 합성부를 더 구비하고,
    상기 표시면 투영부는, 상기 깊이 정보가 합성된 원통 화상을 표시면에 대하여 투영하여 상기 표시 화상을 생성하는, 입체 화상 생성 장치.
  6. 입체 화상 생성 장치로서,
    양안 각각의 시선에 직교하는 2차원 평면에 대하여 2차원 입력 화상을 투영하여 양안 각각에 대응하는 조사 화상을 생성하는 조사면 투영부와,
    상기 양안 각각을 기준으로 하여 대응하는 상기 조사 화상을 표시면에 대하여 투영하여 상기 양안 각각에 사영되는 표시 화상을 생성하는 표시면 투영부를 구비하는, 입체 화상 생성 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 조사 화상의 위치는 상정되는 관찰 거리에 따라 설정되는, 입체 화상 생성 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 표시면과 관찰 위치의 거리를 측정하는 관찰 거리 측정부를 더 구비하고,
    상기 조사 화상의 위치는, 상기 관찰 거리 측정부에 의해 측정된 관찰 거리에 따라 설정되는, 입체 화상 생성 장치.
  9. 표시면으로부터 우안 및 좌안 각각에 투영되는 영상이 동일해지도록 2차원 입력 화상을 변환하여 각각 우안 화상 및 좌안 화상을 생성하는, 입체 화상 생성 장치.
  10. 입체 화상 생성 방법으로서,
    양안에 접하는 가상원을 포함하는 원통면에 대하여 2차원 입력 화상을 투영하여 원통 화상을 생성하는 원통면 투영 수순과,
    상기 양안 각각을 기준으로 하여 상기 원통 화상을 표시면에 대하여 투영하여 상기 양안 각각에 사영되는 표시 화상을 생성하는 표시면 투영 수순을 구비하는, 입체 화상 생성 방법.
  11. 입체 화상 생성 방법으로서,
    양안 각각의 시선에 직교하는 2차원 평면에 대하여 2차원 입력 화상을 투영하여 양안 각각에 대응하는 조사 화상을 생성하는 조사면 투영 수순과,
    상기 양안 각각을 기준으로 하여 대응하는 상기 조사 화상을 표시면에 대하여 투영하여 상기 양안 각각에 사영되는 표시 화상을 생성하는 표시면 투영 수순을 구비하는, 입체 화상 생성 방법.
  12. 프로그램으로서,
    양안에 접하는 가상원을 포함하는 원통면에 대하여 2차원 입력 화상을 투영하여 원통 화상을 생성하는 원통면 투영 수순과,
    상기 양안 각각을 기준으로 하여 상기 원통 화상을 표시면에 대하여 투영하여 상기 양안 각각에 사영되는 표시 화상을 생성하는 표시면 투영 수순을 컴퓨터에 실행시키는, 프로그램.
  13. 프로그램으로서,
    양안 각각의 시선에 직교하는 2차원 평면에 대하여 2차원 입력 화상을 투영하여 양안 각각에 대응하는 조사 화상을 생성하는 조사면 투영 수순과,
    상기 양안 각각을 기준으로 하여 대응하는 상기 조사 화상을 표시면에 대하여 투영하여 상기 양안 각각에 사영되는 표시 화상을 생성하는 표시면 투영 수순을 컴퓨터에 실행시키는, 프로그램.
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