WO2005103840A1 - 光波面制御パターン生成装置及び光波面制御パターン生成方法 - Google Patents

光波面制御パターン生成装置及び光波面制御パターン生成方法 Download PDF

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wavefront control
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unit
optical wavefront
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Masashi Tsuboi
Tsutomu Horikoshi
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Definitions

  • the present invention relates to an optical wavefront control pattern generation apparatus and an optical wavefront control pattern generation method.
  • the present invention relates to an image reproducing system that displays a reproduced image of an object on a reproduced image display unit by irradiating illumination light to a light wavefront control unit that records a lightwave front control pattern.
  • the present invention relates to an optical wavefront control pattern generating apparatus and an optical wavefront control pattern generating method for generating an optimal optical wavefront control pattern stored in an optical wavefront control unit.
  • a three-dimensional data acquisition device disclosed in Patent Document 1 is known. According to such a three-dimensional data acquisition device, it is possible to form three-dimensional data of a virtual object in a computer.
  • a powerful three-dimensional data acquisition device displays a three-dimensional image based on the acquired three-dimensional data of an object using a three-dimensional image presentation technique such as computer holography. Not aware of Therefore, a powerful 3D data acquisition device must convert or calculate 3D data based on the acquired 3D data in order to display the 3D image in accordance with the type and display format of the 3D image. I needed to.
  • Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 disclose techniques for recording interference fringes of light using an imaging device such as a CCD camera in order to generate a hologram that displays a stereoscopic image of an object. Have been.
  • the pattern of the light interference fringe itself is obtained using an image sensor such as a CCD camera.
  • an image sensor such as a CCD camera.
  • the spatial resolution of a general CCD camera is about 5 / zm
  • the three-dimensional images that can be obtained by a powerful CCD camera are limited to those with a viewing range of about 5 ° to 10 °. .
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-37396
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-237029
  • Non-Patent Document 1 Sato et al., "Recording Holograms and Reconstructing 3D Moving Images", 2004 IEICE General Conference
  • Patent Document 1 As described above, in the conventional technology, three-dimensional data is acquired with a view to displaying a stereoscopic image, and problems such as! / ⁇ (see Patent Document 1) and interference fringes of light are removed. As a result of direct acquisition, high precision of the device, coherence of the light source, anti-vibration measures, etc. are required, and it is not possible to acquire light interference fringes with a simple device. Patent Document 2 and Non-patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above points, and reduces restrictions such as the spatial resolution (spatial resolution) of an imaging device such as a CCD camera, and does not require a high-precision device. It is an object of the present invention to provide an optical wavefront control pattern generation device and an optical wavefront control pattern generation method capable of generating an optical wavefront control pattern for displaying a stereoscopic image under a light device or environment.
  • a first feature of the present invention is that an image for displaying a reproduced image of an object on a reproduced image display unit by irradiating a light wavefront control unit recording a lightwave front control pattern with illumination light.
  • a light wavefront control pattern generation device for generating an optimum lightwavefront control pattern stored in said lightwave front control unit in a reproduction system, comprising: a target for detecting spatial information of said object as a target image.
  • the evaluation is performed on the reproduced image detected by the raw image detection unit, and a change process is performed on the optical wavefront control pattern so that the evaluation result satisfies a predetermined condition.
  • an optimizing unit for generating a light wavefront control pattern.
  • the target image detecting unit includes a plurality of target image detecting sensors capable of detecting the target image from a predetermined direction
  • the reproduced image detecting unit includes A plurality of reproduction image detection sensors capable of detecting the reproduction image displayed on the reproduction image display unit from a predetermined direction by the reproduction light in which at least one of the amplitude and the phase of the illumination light is modulated.
  • V is configured to evaluate the reproduced image based on the reproduced image.
  • the plurality of target image detecting sensors and the plurality of reproduced image detecting sensors may be configured to have the same type and arrangement.
  • the optimizing unit is configured to determine, based on a type and an arrangement of the plurality of target image detecting sensors and the plurality of reproduced image detecting sensors, and the predetermined direction target image, Then, it is configured to evaluate the reproduced image.
  • the optimizing unit performs a change process on the light wavefront control pattern, and evaluates an evaluation value of a reproduced image corresponding to the lightwave control pattern subjected to the change process. It is configured to generate the optimal light wavefront control pattern by repeatedly calculating and determining whether or not the force is to adopt the light wavefront control pattern subjected to the change processing based on the evaluation value. , You can.
  • the optimization unit may perform! / It is configured to determine whether or not to adopt the control pattern.
  • the optimizing unit determines an optical wavefront control pattern subjected to the change processing based on the adoption probability determined by the difference information and the repetition parameter value. It is configured to determine whether or not to adopt the system. [0018] In the first aspect of the present invention, the optimization unit performs the change processing, the calculation of the evaluation value, and the determination until the evaluation value of the reproduced image converges at a predetermined repetition parameter value. And it is configured to repeat.
  • the optimizing unit may be configured to change the predetermined repetition parameter value within a predetermined range.
  • the light wavefront control unit can modulate at least one of the amplitude and the phase of the illumination light by the recorded lightwave front control pattern. It is configured to include a device.
  • a second feature of the present invention is that an image for displaying a reproduced image of an object on a reproduced image display unit by irradiating the light wavefront control unit recording the lightwave front control pattern with illumination light.
  • a light wavefront control pattern generation method for generating an optimum lightwavefront control pattern stored in the lightwave front control unit, wherein a step of detecting spatial information of the object as a target image Detecting a reproduced image displayed on the reproduced image display unit; evaluating the detected reproduced image based on the detected target image; and And performing a change process on the optical wavefront control pattern so as to satisfy the above condition, thereby generating the optimal optical wavefront control pattern.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of an optical wavefront control pattern generation device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a model diagram of an optical wavefront control pattern generation device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 3 (a) and 3 (b) are diagrams showing a state in which a reproduced image is detected in the optical wavefront control pattern generation device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing how a target image is detected in the optical wavefront control pattern generation device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a functional block diagram of an optimization unit of the optical wavefront control pattern generation device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an operation of the optical wavefront control pattern generation device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the optical wavefront control pattern generation device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an effect of the optical wavefront control pattern generation device according to the first embodiment of the present invention.
  • the configuration of the optical wavefront control pattern generation device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the light wavefront control pattern generation device 1 according to the present embodiment irradiates the light wavefront control unit 20 that records the lightwave front control pattern with the illumination light 2 so that the reproduced image of the object B is reproduced.
  • an optimal light wavefront control pattern stored in the light wavefront control unit 20 is generated.
  • the light wavefront control pattern generation device 1 includes an illumination light irradiation unit 10, a light wavefront control unit 20, a reproduced image display unit 30, a reproduced image display unit 30, It includes a detection unit 40, an optimization unit 50, and a target image detection unit 60.
  • the illumination light irradiation unit 10 irradiates the light wavefront control pattern (hologram) displayed on the lightwavefront control device of the lightwavefront control unit 20 with illumination light.
  • the light wavefront control unit 20 records the lightwave front control pattern transmitted from the optimization unit 50, and displays the lightwave front control pattern on the light wave front control device.
  • the reproduced image display unit 30 displays a reproduced image based on the reproduced light 3 propagated from the optical wavefront control unit 20.
  • each pixel of the light wavefront control pattern displayed on the light wavefront control device emits light from the illumination light irradiation unit 10. At least one of the amplitude and the phase of the illumination light 2 is modulated to be a reproduced light 3, and the reproduced light 3 reaches the reproduced image display section 30 while changing its traveling direction, whereby a reproduced image is displayed.
  • the reproduced image detection unit 40 detects the reproduced image displayed on the reproduced image display unit 30. . Specifically, the reproduced image detection unit 40 can detect a reproduced image displayed on the reproduced image display unit 30 from a predetermined direction by the reproduced light 3 in which at least one of the amplitude and the phase of the illumination light 2 has been modulated. A plurality of sensors (reproduced image detecting sensors) that can be provided.
  • the reproduced image detecting unit 40 captures the reproduced image displayed on the reproduced image display unit 30 with the CCD camera, and converts the captured reproduced image into digital data.
  • the obtained reproduced image data is transmitted to the optimization unit 50.
  • the reproduced image detection unit 40 includes a left sensor 40A, a center sensor 40B, and a right sensor 40C. Therefore, as shown in FIG. 3B, the reproduced image detecting unit 40 acquires a plurality of reproduced images (reproduced images in a predetermined direction) photographed from various directions (for example, left, center, and right). can do.
  • the target image detecting section 60 detects spatial information of the object B as a target image.
  • the target image detecting section 60 includes a plurality of sensors (target image detecting sensors) that can detect the above-described target image from a predetermined direction.
  • the target image detecting unit 60 captures spatial information of the target object with the CCD camera, and converts the captured spatial information (target image) into digital data.
  • the target image data is transmitted to the optimization unit 50.
  • the target image detecting section 60 includes a left sensor 60A, a center sensor 60B, and a right sensor 60C. Therefore, as shown in FIG. 4B, the target image detecting unit 60 acquires a plurality of target images (target images in a predetermined direction) photographed from various directions (for example, left, center, and right). can do.
  • the target image detection sensors (60A to 60C) are sensors that acquire information indicating the appearance of an object existing in a real space, and are not necessarily required to detect light.
  • the surface information of the target object may be obtained by utilizing the reflection of infrared rays or ultrasonic waves.
  • the types and arrangements of the plurality of target image detecting sensors (60A to 60C) and the plurality of reproduced image detecting sensors (40A to 40C) may be the same, or the plurality of targets may be different. At least one of the type and arrangement of the image detection sensor (60A to 60C) and the plurality of reproduced image detection sensors (40A to 40C) may be different!
  • the optimizing unit 50 evaluates the reproduced image detected by the reproduced image detecting unit 40 based on the target image detected by the target image detecting unit 60, and makes the evaluation result satisfy a predetermined condition. In this case, an optimum optical wavefront control pattern is generated by performing a change process on the optical wavefront control pattern.
  • the optimizing unit 50 includes a plurality of target image detection sensors and a plurality of reproduction image detection sensors, which are detected in a predetermined direction by a plurality of target image detection sensors (60A to 60C). (40A to 40C) based on a plurality of reproduction images in a predetermined direction detected from a predetermined direction!
  • the apparatus is configured to evaluate the reproduced image displayed on the reproduced image display section 30.
  • the optimizing unit 50 is based on the types and arrangements of the plurality of target image detection sensors (60A to 60C) and the plurality of reproduction image detection sensors (40A to 40C), and the target image in the predetermined direction. ! /, Is configured to evaluate the reconstructed image!
  • the optimization unit 50 The detection sensor (60A to 60C) and the plurality of reproduction image detection sensors (40A to 4OC) force By comparing the acquired target image data and reproduction image data as they are, the reproduction image displayed on the reproduction image display section 30 Can be evaluated.
  • the optimization unit 50 Target image detection sensor (60A to 60C) force Converts the acquired target image data into data captured under the same conditions (sensor type and arrangement, etc.) as the reproduced image data. Then, the optimization unit 50 evaluates the reproduced image displayed on the reproduced image display unit 30 by comparing the converted target image data and the reproduced image data.
  • the optimizing unit 50 is configured to generate an optimal optical wavefront control pattern by using an iterative optimization method such as a “simulated annealing” method.
  • the optimization unit 50 performs a change process on the light wavefront control pattern (the solution before the Move operation). (Move operation), and calculate the evaluation value E of the reproduced image corresponding to the optical wavefront control pattern (the solution after the Move operation) that has been subjected to the change processing (Move operation). Based on the calculated evaluation value E, It is configured to generate an optimal optical wavefront control pattern by repeatedly determining whether or not to adopt the optical wavefront control pattern (the solution after the move operation) that has undergone the change processing (Move operation). You can do it.
  • the optimization unit 50 performs light wavefront control that has performed the change processing (Move operation). It is configured to determine whether to adopt the pattern (the solution after the Move operation) or not!
  • the optimization unit 50 performs an optical wavefront control pattern that has undergone the change processing (Move operation). (Solution after Move operation) may be configured to determine whether the force is adopted or not.
  • the optimization unit 50 performs a change process (Move operation) and a calculation of the evaluation value E until the evaluation value E of the reproduced image converges at a predetermined repetition parameter value (temperature parameter value T). It may be configured to repeat the above determination.
  • the optimization unit 50 is configured to change the above-described repetition parameter value (temperature parameter value T) within a predetermined range (a range from a sufficient high temperature force to a sufficient low temperature). It is good.
  • the optimization unit 50 performs a change process (Move operation) and calculation of the evaluation value E until the evaluation value E of the reproduced image converges at each of the repetition parameter values (temperature parameter values T) within the predetermined range. It is configured to repeat the above determination.
  • the optimizing unit 50 includes a plurality of target image detection sensors (60A to 60C) each of a plurality of target images detected in a predetermined direction and a plurality of reproduced image detection sensors (40A to 40A).
  • the reproduction image displayed on the reproduction image display unit 30 may be evaluated by comparing each of the plurality of reproduction images in the predetermined direction detected in the predetermined direction by the force 40C).
  • the optimization unit 50 applies the optimal light wavefront control pattern by repeatedly applying the optimization method to each of the above-described target image in the predetermined direction and each of the above-described reproduced images in the predetermined direction. It is configured to generate Specifically, as shown in FIG. 5, the optimization unit 50 includes an initial light wavefront control pattern generation unit 51, a reproduced image data acquisition unit 52, a target image data acquisition unit 53, an evaluation value It comprises a calculation unit 54, an evaluation unit 55, an optimum optical wavefront control pattern storage unit 56, an optical wavefront control pattern changing unit 57, and an output unit 58. The specific functions of each unit will be described later.
  • the optimization unit 50 of the optical wavefront control pattern generation device uses the “simulated annealing” method to display the reproduced image on the reproduced image display unit 30 by using the optical wavefront control unit.
  • the operation of the control unit 20 for generating an optimal light wavefront control pattern (hologram) to be displayed on the lightwave front control device will be described.
  • step S1001 the initial light wavefront control pattern generation unit 51 of the optimization unit 50 generates an initial light wavefront control pattern (initial solution of the light wavefront control pattern) A.
  • the initial light wave The plane control pattern generation unit 51 generates an initial light wavefront control pattern A by assigning a random value of 0 to 255 to each pixel of the grayscale image on the liquid crystal panel.
  • step S1001 the number of pixels is set to “
  • the initial light wavefront control pattern A does not necessarily need to have a random value.
  • step S1002 the output unit 58 of the optimization unit 50 outputs the initial optical wavefront control pattern.
  • the initial optical wavefront control pattern A generated by the generator 51 is output to the optical wavefront controller 20.
  • step S1002 the output unit 58 of the optimization unit 50 outputs the light wavefront control pattern A changed by the light wavefront control pattern changing unit 57 to the light wavefront control unit 20.
  • step S1003 the illumination light 2 radiated by the illumination light irradiator 10 is applied to the light wavefront control pattern (A or A) displayed on the light wavefront control device of the lightwave front controller 20.
  • the reproduced light 2 is modulated by 0 i and becomes a reproduced light 2, and the reproduced image display unit 30 displays a reproduced image based on the reproduced light 2.
  • the reproduced image detecting unit 40 converts the reproduced image displayed on the reproduced image display unit 30 into a plurality of reproduced image detecting sensors (in the example of Fig. 7, the left camera 40A, the center camera 40B, and the left camera 40C).
  • images are taken from various directions (three directions in the example of FIG. 7), and a plurality of (three in the example of FIG. 7) reproduced images are digitized.
  • the unit 52 acquires a plurality of (three in the example of FIG. 7) digitized reproduced image data from each of the reproduced image detection sensors included in the reproduced image detection unit 40.
  • the target image detecting section 60 detects the target B by a plurality of target image detecting sensors (in the example of FIG. 7, the left camera 60A, the center camera 60B, and the left camera 60C) in various directions (FIG. 7).
  • a plurality of (three in the example of FIG. 7) target images captured are digitized, and the target image data acquiring unit 53 of the optimizing unit 50 is digitized.
  • a plurality of (three in the example of FIG. 7) target image data is also acquired for each target image detection sensor force constituting the target image detection unit 60.
  • the target image detecting sensors 60A to 60C for capturing the target image are used under the same conditions (type, arrangement, setting, etc.) as the reproduced image detecting sensors 40A to 40C for capturing the reproduced image. I decided to.
  • step S1004a the evaluation value calculation unit 54 of the optimization unit 50 compares each of the acquired reproduced image data with each of the acquired target image data, and displays the reproduced image displayed on the reproduced image display unit 30.
  • a reproduction image evaluation value E (reproduction image evaluation value E corresponding to the initial light wavefront control pattern A) indicating how close the image is to the target image is calculated.
  • the evaluation value calculation unit 54 adds the absolute value of the difference between the luminance at each coordinate of the target image and the luminance at each coordinate of the reproduced image over all the coordinates to thereby evaluate the reproduced image. It may be configured to calculate the value E. In this case, it is assumed that the brightness of light at each coordinate of the reproduced image and the target image is digitally recorded by, for example, a value of 256 gradations in the target image data and the reproduced image data.
  • the evaluation value calculation unit 54 calculates the difference between the corresponding data for each of the plurality of reproduced image data and the plurality of target image data, and calculates the sum of the large differences as the evaluation value E can do. In other words, when the evaluation value is “0”, the reproduced image completely matches the target image, and when the evaluation value is large, the reproduced image and the target image are significantly different. Become.
  • the evaluation value calculation unit 54 includes a plurality of reproduced image data and a plurality of reproduced image data. The above evaluation value can be calculated without changing the target image data of
  • the evaluation value calculation unit 54 includes a plurality of target image detection sensors (60A to 60C). To 60C) Force It is necessary to convert the acquired target image data into data captured under the same conditions (such as sensor type and arrangement) as the reproduced image data.
  • the evaluation value calculation unit 54 evaluates the reproduction image by a predetermined method. To calculate the value E, it is necessary to convert the target image data.
  • the evaluation value calculation unit 54 virtually creates a three-dimensional space model based on the acquired target image data, and measures the created three-dimensional space model with a reproduced image detection sensor. Calculate the data that would be output if Then, the evaluation value calculating unit 54 can evaluate the above-described reproduced image by evaluating the reproduced image data acquired from the reproduced image detecting sensor based on the calculated data.
  • the evaluation unit 55 of the optimization unit 50 determines whether or not the light wavefront control pattern corresponding to the reproduced image has an improved force based on the calculated evaluation value E of the reproduced image. Improvement If it is determined that the operation has been performed (if “YES” in step S1004a), the operation proceeds to step S1004b, and if it is determined that the operation has not been improved (if “NO” in step S1004a) The operation proceeds to step S1006.
  • Difference information ⁇ ⁇ ( ⁇ ) —E (A) between the evaluation values of the reproduced image before and after the light wavefront control pattern change processing.
  • step S1004b the evaluating unit 55 determines whether the strong light wavefront control pattern A has an improved force compared to the optimum light wavefront control pattern stored in the optimum light wavefront control pattern storage unit 56. Judge about. If it is determined that the signal has been improved (if “YES” in step S1004b), the operation proceeds to step S1005, and if it is determined that V has not been improved (if “NO” in step S1004b), This operation proceeds to step S1009.
  • step S1005 the evaluation unit 55 stores the strong light wavefront control pattern A in the optimum light wavefront control pattern storage unit 55 as an optimum light wavefront control pattern.
  • step S1005 the evaluation unit 55 determines that the optical wavefront control pattern A is to be adopted as an optimal optical wavefront control pattern in the search range up to the present.
  • the evaluation unit 55 performs the above-described determination for the initial optical wavefront control pattern A.
  • the optimal optical wavefront control pattern is stored in the optimal optical wavefront control pattern storage unit 56 as the optimal optical wavefront control pattern.
  • step S1006 the evaluation unit 55 calculates the adoption probability P indicating the probability of employing the local change process (Move operation) that has calculated the optical wavefront control pattern using Expression (1). .
  • T indicates a temperature parameter value
  • step S1007 based on the calculated adoption probability P, the evaluator 55 determines whether or not to use the local change process that has calculated the light wavefront control pattern A. [0080] The evaluator 55 performs the operation of step S1009 when it is determined to use the strong local change process, and performs the operation of step S1008 when it is determined not to use the strong local change process.
  • step S1008 the light wavefront control pattern changing unit 46 returns the light wavefront control pattern A to the lightwave front control pattern A before the local change processing.
  • step S1009 the evaluation unit 55 determines whether the evaluation value E of the reproduced image corresponding to the light wavefront control pattern converges with the current temperature parameter value T, and determines whether or not the force is sufficient. .
  • the evaluation unit 55 determines whether or not a sufficient number of times of performing the local change processing is performed. This determination is made by the same method as that used in the conventional “Simulated Annealing” method.
  • the evaluation unit 55 When it is determined that the evaluation value E of the reproduced image converges, the evaluation unit 55 performs the operation of Step S 1101, and determines that the evaluation value E of the reproduced image has not converged. If it has, the operation of step S1010 is performed.
  • step S1012 the evaluator 55 determines whether or not the reconstructed image evaluation value E corresponding to the optical wavefront control pattern A has converged with the temperature parameter value T in a predetermined range (ambient temperature). I do.
  • evaluation section 55 determines whether or not the temperature parameter value T has fallen to a sufficiently low value, that is, whether or not the force has performed the local change processing a sufficient number of times. This determination is made by the same method as that used in the conventional “Simulated Annealing” method.
  • step S1013 when it is determined that the local change processing has been performed a sufficient number of times, the process proceeds to step S1013, and when it is determined that the local change processing has not been performed a sufficient number of times, Proceed to step S1010.
  • step S1010 the light wavefront control pattern changing unit 46 of the optimizing unit 50 performs local change processing on the strong lightwave front control pattern A.
  • the local change processing corresponds to the grayscale image on the liquid crystal panel described above.
  • step S1013 the output unit 58 of the optimizing unit 50 outputs the light wavefront control pattern stored in the optimum light wavefront control pattern storage unit 56 as an optimum lightwave front control pattern.
  • the updating of the temperature parameter T starts from a sufficiently high value (start temperature) and is sufficiently fine to a sufficiently low value (end temperature) so that a sufficient solution can be searched. It should be done at intervals (temperature increments), long enough, and over time (sufficient number of local changes, evaluations and adoption decisions for each temperature parameter T, ie trials).
  • the evaluation unit 55 sets the start temperature to a sufficiently high temperature state (a temperature at which the adoption probability is almost "1" regardless of the evaluation value changed by the local change processing).
  • Set the end temperature to a sufficiently low temperature (a temperature at which all the deteriorating operations are rejected), and set the temperature increment and the number of trials to the size of the problem (in this embodiment, the resolution of the light control pattern). Or the number of grayscale tones or the size of the space in which the reproduced image is displayed).
  • the evaluation value calculation unit 54 calculates the evaluation value only for the portion where the reproduced image has changed as a result of performing the local change processing.
  • the evaluation unit 55 may be configured to evaluate the reproduced image using the powerful evaluation value difference information ⁇ ⁇ .
  • the spatial information (target image) of the object B detected by using the target image detection sensor and the reproduced image captured by using the reproduced image detection sensor Therefore, the spatial resolution of the sensor (the hologram) can be optimized by comparing with the method of acquiring the light interference fringes directly with a CCD camera or the like. Constraints such as spatial resolution) can be reduced.
  • the optical wavefront control pattern generation device when the target image detecting sensor and the reproduced image detecting sensor are used under the same condition, the target image data is matched with the reproduced image data. This eliminates the need for conversion, and thus reduces the calculation time.
  • an optimum optimization method is applied to each of the plurality of target image data and each of the plurality of reproduction image data by repeatedly applying the optimization method. Since the optical wavefront control pattern is generated, it is possible to optimize even a powerful part (intermediate image) acquired by the target image detecting sensor and the reproduced image detecting sensor, and the conventional stereoscopic / Compared to multi-view, it can represent continuous stereoscopic images that can be observed from more angles.
  • the optical wavefront control pattern generation device when acquiring a plurality of reproduced images using a plurality of reproduced image detection sensors 40A to 40C, includes a plurality of reproduced images.
  • the reconstructed image detecting sensors 40A to 40C are arranged at different viewpoint positions to acquire a plurality of reconstructed images.
  • the reproduced images acquired by the adjacent reproduced image detecting sensors include common information. Therefore, by optimizing both the reproduced images acquired by the adjacent reproduced image detection sensors, the reproduced image (intermediate image) acquired from a viewpoint position that is not normally an evaluation target is also adjacent to the reproduced image. It is optimized as a reconstructed image having information common to the reconstructed image acquired by the matched reconstructed image detecting sensor.

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Abstract

　本発明にかかる光波面制御パターン生成装置１は、対象物Ｂの空間情報を目標像として検知する目標像検知部６０と、再生像表示部３０に表示された再生像を検知する再生像検知部４０と、目標像検知部６０によって検知された目標像に基づいて、再生像検知部４０によって検知された再生像についての評価を行い、当該評価結果が所定条件を満たすように光波面制御パターンに対して変更処理を施すことによって、最適な光波面制御パターンを生成する最適化部５０とを具備する。

Description

明 細 書
光波面制御パターン生成装置及び光波面制御パターン生成方法 技術分野
[0001] 本発明は、光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対して照明光を照 射することによって、対象物の再生像を再生像表示部に表示する像再生系において 、光波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成する光波面制御バタ ーン生成装置及び光波面制御パターン生成方法に関する。
背景技術
[0002] 従来、対象物の外観を示す 3次元データ (空間情報)を取得する方法及び装置とし て、特許文献 1に開示されている 3次元データ取得装置が知られている。かかる 3次 元データ取得装置によれば、計算機内に、仮想的な対象物の 3次元データを形成す ることが可能である。
[0003] し力しながら、力かる 3次元データ取得装置は、取得した対象物の 3次元データに 基づ 、て、計算機ホログラフィ等の 3次元映像提示技術を用いて立体映像を表示す ることを意識していない。したがって、力かる 3次元データ取得装置は、取得した 3次 元データに基づいて、立体映像を表示するためには、立体映像の種類や表示形式 に併せて 3次元データを変換したり計算したりする必要があった。
[0004] また、対象物の立体映像を表示するホログラムを生成するために、 CCDカメラ等の 撮像素子を用いて光の干渉縞を記録する技術が、特許文献 2や非特許文献 1に開 示されている。
[0005] かかる技術は、 CCDカメラ等の撮像素子を用いて光の干渉縞のパターンそのもの を取得している。ここで、一般の CCDカメラの空間分解能は、 5 /z m程度であることか ら、力かる CCDカメラによる取得できる 3次元映像は、視域が 5° 〜10° 程度のもの に限定されてしまう。
[0006] そのため、再生したい 3次元映像の視域が、 5° 〜10° よりも大きくなつてしまうと、 光の干渉縞の密度が、 CCDカメラの空間分解能よりも細力べなってしまい、 CCDカメ ラが、コントラストよく光の干渉縞を記録することができなくなる。 [0007] すなわち、かかる技術では、生成されたホログラムによって再生される立体映像を 確認することができる角度が制限されるとともに、再生できる立体映像の大きさも限ら れたものになってしまうという問題点があった。
[0008] また、かかる技術では、光源の可干渉性を確保するため、レーザー等の特殊な光 源を必要とし、振動等の影響が大きく出るために、防振処理等といった像再生系全 体に特殊な処理を施す必要があり、手軽な装置や環境で、光の干渉縞を記録するこ とが困難であるという問題点があった。
[0009] (特許文献 1)特開 2004- 37396号公報
(特許文献 2)特開平 9-237029号公報
(非特許文献 1)佐藤他、「ホログラムの記録と 3次元動画像の再生」、 2004年電子情 報通信学会総合大会
上述のように、従来の技術では、立体映像を表示することを意識して 3次元データ を取得して!/ヽな ヽと ヽつた問題点 (特許文献 1参照)や、光の干渉縞を直接取得しよ うとした結果、高いデバイスの精度や光源の可干渉性や防振対策等が必要となり、手 軽な装置で光の干渉縞を取得することができな 、と 、つた問題点 (特許文献 2や非 特許文献 1参照）があった。
発明の開示
[0010] そこで、本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、 CCDカメラ等の撮像素子の 空間分解能 (空間解像度)等の制約を減らし、高精度なデバイスを必要とせずに、手 軽な装置や環境の下で、立体映像を表示するための光波面制御パターンを生成す ることができる光波面制御パターン生成装置及び光波面制御パターン生成方法を提 供することを目的とする。
[0011] 本発明の第 1の特徴は、光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対し て照明光を照射することによって、対象物の再生像を再生像表示部に表示する像再 生系にお 、て、前記光波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成す る光波面制御パターン生成装置であって、前記対象物の空間情報を目標像として検 知する目標像検知部と、前記再生像表示部に表示された再生像を検知する再生像 検知部と、前記目標像検知部によって検知された前記目標像に基づいて、前記再 生像検知部によって検知された前記再生像にっ 、ての評価を行 、、該評価結果が 所定条件を満たすように前記光波面制御パターンに対して変更処理を施すことによ つて、前記最適な光波面制御パターンを生成する最適化部とを具備することを要旨と する。
[0012] 本発明の第 1の特徴において、前記目標像検知部が、前記目標像を所定方向から 検知することができる複数の目標像検知用センサを具備しており、前記再生像検知 部が、前記照明光の振幅又は位相の少なくとも一方が変調された再生光により前記 再生像表示部に表示された前記再生像を所定方向から検知することができる複数の 再生像検知用センサを具備しており、前記最適化部が、前記複数の目標像検知用 センサによって所定方向から検知された複数の所定方向目標像及び前記複数の再 生像検知用センサによって所定方向から検知された複数の所定方向再生像に基づ V、て、前記再生像を評価するように構成されて 、てもよ 、。
[0013] 本発明の第 1の特徴において、前記複数の目標像検知用センサ及び前記複数の 再生像検知用センサの種類及び配置が同一であるように構成されて 、てもよ 、。
[0014] 本発明の第 1の特徴において、前記最適化部が、前記複数の目標像検知用センサ 及び前記複数の再生像検知用センサの種類及び配置と前記所定方向目標像とに 基づ 、て、前記再生像を評価するように構成されて 、てもよ 、。
[0015] 本発明の第 1の特徴において、前記最適化部が、前記光波面制御パターンに対し て変更処理を施し、該変更処理を施した光波面制御パターンに対応する再生像の 評価値を算出し、該評価値に基づいて該変更処理を施した光波面制御パターンを 採用する力否かについて判定することを繰り返すことによって、前記最適な光波面制 御パターンを生成するように構成されて 、てもよ 、。
[0016] 本発明の第 1の特徴において、前記最適化部が、前記変更処理の前後の前記再 生像の評価値の差分情報に基づ!/、て、該変更処理を施した光波面制御パターンを 採用するか否かにっ 、て判定するように構成されて 、てもよ 、。
[0017] 本発明の第 1の特徴において、前記最適化部が、前記差分情報及び繰り返しパラ メータ値により決定される採用確率に基づ 、て、該変更処理を施した光波面制御パ ターンを採用するか否かにっ 、て判定するように構成されて 、てもよ 、。 [0018] 本発明の第 1の特徴において、前記最適化部が、所定の繰り返しパラメータ値にお いて前記再生像の評価値が収束するまで、前記変更処理と前記評価値の算出と前 記判定とを繰り返すように構成されて ヽてもよ ヽ。
[0019] 本発明の第 1の特徴において、前記最適化部が、所定範囲内で、前記所定の繰り 返しパラメータ値を変更するように構成されて 、てもよ!/、。
[0020] 本発明の第 1の特徴において、前記光波面制御部が、記録している前記光波面制 御パターンによって、前記照明光の振幅又は位相の少なくとも一方を変調することが できる光波面制御デバイスを具備するように構成されて 、てもよ 、。
[0021] 本発明の第 2の特徴は、光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対し て照明光を照射することによって、対象物の再生像を再生像表示部に表示する像再 生系にお 、て、前記光波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成す る光波面制御パターン生成方法であって、前記対象物の空間情報を目標像として検 知する工程と、前記再生像表示部に表示された再生像を検知する工程と、検知され た前記目標像に基づいて、検知された前記再生像についての評価を行う工程と、前 記評価結果が所定条件を満たすように前記光波面制御パターンに対して変更処理 を施すことによって、前記最適な光波面制御パターンを生成する工程とを有すること を要旨とする。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]図 1は、本発明の第 1の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の機能 ブロック図である。
[図 2]図 2は、本発明の第 1の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置のモデ ル図である。
[図 3]図 3 (a)及び図 3 (b)は、本発明の第 1の実施形態に係る光波面制御パターン 生成装置において再生像を検知する様子を示す図である。
[図 4]図 4は、本発明の第 1の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置におい て目標像を検知する様子を示す図である。
[図 5]図 5は、本発明の第 1の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の最適 化部の機能ブロック図である。 [図 6]図 6は、本発明の第 1の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の動作 を示すフローチャートである。
[図 7]図 7は、本発明の第 1の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の動作 を説明するための図である。
[図 8]図 8は、本発明の第 1の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の効果 について説明するための図である。
発明を実施するための最良の形態
[0023] (本発明の第 1の実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の構成）
図 1乃至図 5を参照して、本発明の第 1の実施形態に係る光波面制御パターン生 成装置 1の構成を説明する。本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置 1は、 光波面制御パターンを記録している光波面制御部 20に対して照明光 2を照射するこ とによって、対象物 Bの再生像を再生像表示部 30に表示する像再生系 Aにおいて、 光波面制御部 20に記憶する最適な光波面制御パターンを生成するものである。
[0024] 図 1及び図 2に示すように、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置 1は、 照明光照射部 10と、光波面制御部 20と、再生像表示部 30と、再生像検知部 40と、 最適化部 50と、目標像検知部 60とを具備している。
[0025] 照明光照射部 10は、光波面制御部 20の光波面制御デバイスに表示された光波面 制御パターン (ホログラム）に対して、照明光を照射するものである。
[0026] 光波面制御部 20は、最適化部 50から送信された光波面制御パターンを記録する ものであり、当該光波面制御パターンを光波面制御デバイスに表示するものである。
[0027] 再生像表示部 30は、光波面制御部 20から伝搬された再生光 3に基づいて、再生 像を表示するものである。
[0028] 本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置 1における像再生系 Aでは、光波 面制御デバイス上に表示されている光波面制御パターンの各画素によって、照明光 照射部 10から照射された照明光 2の振幅又は位相の少なくとも一方が変調されて再 生光 3となり、かかる再生光 3が、進行方向を変えながら再生像表示部 30に到達する ことによって再生像が表示される。
[0029] 再生像検知部 40は、再生像表示部 30に表示された再生像を検知するものである 。具体的には、再生像検知部 40は、照明光 2の振幅又は位相の少なくとも一方が変 調された再生光 3により再生像表示部 30に表示された再生像を所定方向から検知 することができる複数のセンサ (再生像検知用センサ）を具備する。
[0030] 例えば、再生像検知部 40は、再生像検知用センサとして CCDカメラを用いる場合 、再生像表示部 30に表示された再生像を CCDカメラにより撮影し、撮影した再生像 をデジタルデータ化した再生像データを、最適化部 50に送信する。
[0031] 具体的には、図 3 (a)に示すように、再生像検知部 40は、左センサ 40Aと、中央セ ンサ 40Bと、右センサ 40Cとを具備している。したがって、再生像検知部 40は、図 3 ( b)に示すように、様々な方向（例えば、左方向、中央方向、右方向）から撮影した複 数の再生像 (所定方向再生像)を取得することができる。
[0032] 目標像検知部 60は、対象物 Bの空間情報を目標像として検知するものである。具 体的には、目標像検知部 60は、上述の目標像を所定方向から検知することができる 複数のセンサ（目標像検知用センサ)を具備する。
[0033] 例えば、目標像検知部 60は、目標像検知用センサとして CCDカメラを用いる場合 、対象物の空間情報を CCDカメラにより撮影し、撮影した空間情報（目標像)をデジ タルデータ化した目標像データを、最適化部 50に送信する。
[0034] 具体的には、図 4 (a)に示すように、目標像検知部 60は、左センサ 60Aと、中央セ ンサ 60Bと、右センサ 60Cとを具備している。したがって、目標像検知部 60は、図 4 ( b)に示すように、様々な方向（例えば、左方向、中央方向、右方向）から撮影した複 数の目標像 (所定方向目標像)を取得することができる。
[0035] なお、目標像検知用センサ（60A乃至 60C)は、実空間上に存在する対象物の外 観を示す情報を取得するセンサであって、必ずしも光を検出する必要はなぐレーザ 一や赤外線や超音波の反射等を利用することで、対象物の表面情報を取得するよう なものであってもよい。
[0036] 本実施形態では、複数の目標像検知用センサ（60A乃至 60C)及び複数の再生像 検知用センサ（40A乃至 40C)の種類及び配置が同一であってもよいし、複数の目 標像検知用センサ（60A乃至 60C)及び複数の再生像検知用センサ (40A乃至 40 C)の種類及び配置の少なくとも一方が異なって 、てもよ!/、。 [0037] 最適化部 50は、目標像検知部 60によって検知された目標像に基づいて、再生像 検知部 40によって検知された再生像についての評価を行い、当該評価結果が所定 条件を満たすように光波面制御パターンに対して変更処理を施すことによって、最適 な光波面制御パターンを生成するものである。
[0038] 具体的には、最適化部 50は、複数の目標像検知用センサ（60A乃至 60C)によつ て所定方向から検知された複数の所定方向目標像及び複数の再生像検知用センサ (40A乃至 40C)によって所定方向から検知された複数の所定方向再生像に基づ！/、 て、再生像表示部 30に表示された再生像を評価するように構成されて ヽる。
[0039] また、最適化部 50は、複数の目標像検知用センサ（60A乃至 60C)及び複数の再 生像検知用センサ (40A乃至 40C)の種類及び配置と所定方向目標像とに基づ!/、て 再生像を評価するように構成されて!ヽる。
[0040] すなわち、複数の目標像検知用センサ（60A乃至 60C)及び複数の再生像検知用 センサ（40A乃至 40C)の種類及び配置が同一である場合、最適化部 50は、複数の 目標像検知用センサ（60A乃至 60C)及び複数の再生像検知用センサ (40A乃至 4 OC)力 取得した目標像データ及び再生像データをそのまま比較することで、再生 像表示部 30に表示された再生像の評価を行うことができる。
[0041] その結果、再生像の評価に力かる計算時間を削減することができ、かかる計算時に 生じ得る量子化誤差やデータ変換時に生じ得るその他のノイズを削減することができ る。
[0042] 一方、複数の目標像検知用センサ（60A乃至 60C)及び複数の再生像検知用セン サ（40A乃至 40C)の種類及び配置の少なくとも一方が異なる場合、最適化部 50は 、複数の目標像検知用センサ（60A乃至 60C)力 取得した目標像データを、再生 像データと同一の条件 (センサの種類や配置等)で撮影されたデータとなるように変 換する。そして、最適化部 50は、変換した目標像データと再生像データとを比較する ことによって、再生像表示部 30に表示された再生像の評価を行う。
[0043] また、最適化部 50は、「Simulated Annealing」法等の繰り返し最適化手法を用 V、て、最適な光波面制御パターンを生成するように構成されて 、る。
[0044] 例えば、最適化部 50は、光波面制御パターン (Move操作前の解）に対して変更処 理 (Move操作）を施し、変更処理 (Move操作）を施した光波面制御パターン（Move 操作後の解)に対応する再生像の評価値 Eを算出し、算出された評価値 Eに基づい て当該変更処理 (Move操作)を施した光波面制御パターン (Move操作後の解)を 採用する力否かについて判定することを繰り返すことによって、最適な光波面制御パ ターンを生成するように構成されて 、てもよ 、。
[0045] また、最適化部 50は、変更処理 (Move操作)の前後の再生像の評価値 Eの差分 情報 Δ Eに基づ 、て、当該変更処理 (Move操作)を施した光波面制御パターン (M ove操作後の解)を採用するか否かにっ 、て判定するように構成されて 、てもよ!/、。
[0046] また、最適化部 50は、差分情報 Δ E及び繰り返しパラメータ値 (温度パラメータ値 T )により決定される採用確率 Pに基づいて、当該変更処理 (Move操作)を施した光波 面制御パターン (Move操作後の解)を採用する力否かにっ 、て判定するように構成 されていてもよい。
[0047] また、最適化部 50は、所定の繰り返しパラメータ値 (温度パラメータ値 T)にお 、て 再生像の評価値 Eが収束するまで、変更処理 (Move操作)と評価値 Eの算出と上述 の判定とを繰り返すように構成されて 、てもよ 、。
[0048] また、最適化部 50は、所定範囲で (十分な高温力も十分な低温までの範囲)で、上 述の繰り返しパラメータ値 (温度パラメータ値 T)を変更するように構成されて 、てもよ い。ここで、最適化部 50は、所定範囲内の繰り返しパラメータ値 (温度パラメータ値 T )の各々において、再生像の評価値 Eが収束するまで、変更処理 (Move操作）と評 価値 Eの算出と上述の判定とを繰り返すように構成されて 、てもよ!/、。
[0049] なお、最適化部 50は、複数の目標像検知用センサ（60A乃至 60C)によって所定 方向から検知された複数の所定方向目標像の各々と、複数の再生像検知用センサ（ 40A乃至 40C)によって所定方向力 検知された複数の所定方向再生像の各々とを 比較することによって、再生像表示部 30に表示された再生像を評価するように構成 されていてもよい。
[0050] すなわち、最適化部 50は、上述の所定方向目標像の各々及び上述の所定方向再 生像の各々に対して、繰り返し最適化手法を適用することによって、最適な光波面制 御パターンを生成するように構成されて 、てもよ 、。 [0051] 具体的には、図 5に示すように、最適化部 50は、初期光波面制御パターン生成部 5 1と、再生像データ取得部 52と、目標像データ取得部 53と、評価値算出部 54と、評 価部 55と、最適光波面制御パターン保存部 56と、光波面制御パターン変更部 57と 、出力部 58とを具備している。なお、各部の具体的な機能については後述する。
[0052] (本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の動作）
以下、図 6及び図 7を参照して、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置 の動作について説明する。
[0053] 具体的には、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置の最適化部 50が、「 Simulated Annealing」法を用いて、再生像表示部 30に再生像を表示するために 光波面制御部 20の光波面制御デバイス上に表示する最適な光波面制御パターン（ ホログラム）を生成する動作につ 、て説明する。
[0054] 図 6に示すように、ステップ S1001において、最適化部 50の初期光波面制御パタ ーン生成部 51が、初期光波面制御パターン (光波面制御パターンの初期解) Aを生
0 成する。
[0055] 例えば、光波面制御デバイスとして液晶パネルが用いられ、液晶パネルに映し出さ れる 256階調グレースケール画像によって照明光 2の振幅を変調して再生像を表示 する方式が用いられる場合、初期光波面制御パターン生成部 51は、液晶パネル上 のグレースケール画像の各画素に対して 0乃至 255のランダムな値を割り当てること によって、初期光波面制御パターン Aを生成する。
0
[0056] かかる初期光波面制御パターン Aの生成処理 (ステップ S1001)では、画素数を「
0
N」とすると、全ての画素の値を決定する必要があるため、計算量は「0 (N)」となる。
[0057] ここで、必ずしも初期光波面制御パターン Aがランダムな値である必要はない。な
0
ぜならば、初期光波面制御パターン Aをどのような値に採っても、実験開始直後の
0
高温状態 (温度パラメータ値 Tが大きい状態）においては、解を改悪にする Move操 作もほぼ 100%採用されるため、十分な高温状態で「Simulated Annealing」法に よる計算を十分に行うことで、ランダムな初期解を生成するのと同じ効果が得られ、最 終的に得られる解の性能を損なうことはないからである。
[0058] ステップ S1002において、最適化部 50の出力部 58は、初期光波面制御パターン 生成部 51によって生成された初期光波面制御パターン Aを光波面制御部 20に出
0
力する。
[0059] また、ステップ S1002において、最適化部 50の出力部 58は、光波面制御パターン 変更部 57によって変更された光波面制御パターン Aを光波面制御部 20に出力する
[0060] ステップ S1003において、照明光照射部 10によって照射された照明光 2が、光波 面制御部 20の光波面制御デバイスに表示された光波面制御パターン (A又は A )
0 i によって変調されて再生光 2となり、再生像表示部 30が、当該再生光 2に基づいて再 生像を表示する。
[0061] そして、再生像検知部 40が、再生像表示部 30に表示された再生像を複数の再生 像検知用センサ（図 7の例では、左カメラ 40A、中央カメラ 40B、左カメラ 40C)で様 々な方向（図 7の例では、 3方向）から撮影し、撮影された複数の（図 7の例では、 3つ の）再生像をデジタル化し、最適化部 50の再生像データ取得部 52が、デジタル化さ れた複数の（図 7の例では、 3つの）再生像データを、再生像検知部 40を構成する各 再生像検知用センサから取得する。
[0062] また、目標像検知部 60は、対象物 Bを複数の目標像検知用センサ（図 7の例では、 左カメラ 60A、中央カメラ 60B、左カメラ 60C)で様々な方向（図 7の例では、 3方向） カゝら撮影し、撮影された複数の（図 7の例では、 3つの）目標像をデジタル化し、最適 化部 50の目標像データ取得部 53が、デジタルィ匕された複数の（図 7の例では、 3つ の）目標像データを、目標像検知部 60を構成する各目標像検知用センサ力も取得 する。
[0063] 本実施形態では、目標像を撮影する目標像検知用センサ 60A〜60Cを、再生像 を撮影する再生像検知用センサ 40A〜40Cと同じ条件 (種類や配置や設定等)で使 用することとする。
[0064] ステップ S1004aにおいて、最適化部 50の評価値算出部 54は、取得した再生像 データの各々と、取得した目標像データの各々とを比較し、再生像表示部 30に表示 された再生像が目標像にどれだけ近!、かを示す再生像の評価値 E (初期光波面制 御パターン Aに対応する再生像の評価値 E )を算出する。 [0065] 例えば、評価値算出部 54は、目標像の各座標における輝度と再生像の各座標に おける輝度との差の絶対値を、全座標に渡って加算することによって、再生像の評価 値 Eを算出するように構成されていてもよい。かかる場合、目標像データ及び再生像 データには、再生像及び目標像の各座標における光の明るさが、例えば、 256階調 の値によってデジタルィ匕されて記録されているものとする。
[0066] 具体的には、評価値算出部 54は、複数の再生像データ及び複数の目標像データ について、それぞれ対応するデータ同士の差を算出し、カゝかる差の合計を評価値 E とすることができる。すなわち、評価値が「0」である場合、再生像は、完全に目標像に 一致しているということになり、評価値が大きい場合、再生像と目標像とが大きく異な つているということになる。
[0067] 本実施形態では、目標像検知用センサ 60A〜60Cと再生像検知用センサ 40A〜 40Cとが同じ条件で使用されているので、評価値算出部 54は、複数の再生像データ 及び複数の目標像データを変更することなぐ上述の評価値を算出することができる
[0068] 一方、目標像検知用センサ 60A〜60Cと再生像検知用センサ 40A〜40Cとが異 なる条件で使用されている場合、評価値算出部 54は、複数の目標像検知用センサ（ 60A乃至 60C)力 取得した目標像データを、再生像データと同一の条件（センサの 種類や配置等)で撮影されたデータとなるように変換する必要がある。
[0069] すなわち、目標像検知用センサとして赤外線センサが用いられており、再生像検知 用センサとして CCDカメラが用いられている場合、評価値算出部 54は、所定の方法 で、再生像の評価値 Eを算出するために、目標像データを変換する必要がある。
[0070] 例えば、かかる場合、評価値算出部 54は、取得した目標像データに基づいて仮想 的に 3次元空間モデルを作成し、作成された 3次元空間モデルを再生像検知用セン サで計測した場合に出力されるであろうデータを算出する。そして、評価値算出部 54 は、算出されたデータに基づいて、再生像検知用センサから取得した再生像データ を評価することによって、上述の再生像の評価を行うことができる。
[0071] 最適化部 50の評価部 55は、算出された再生像の評価値 Eに基づいて、かかる再 生像に対応する光波面制御パターンが、改良された力否かについて判断する。改良 されたと判断された場合 (ステップ S 1004aにおける「YES」の場合）、本動作はステ ップ S1004bに進み、改良されていないと判断された場合 (ステップ S 1004aにおけ る「NO」の場合）、本動作はステップ S 1006に進む。
[0072] 例えば、評価部 55は、光波面制御パターンの変更処理の前後の再生像の評価値 の差分情報 Δ Ε=Ε (Α)— E (A )を算出し、 Δ Εく 0の場合、光波面制御パターン
i i-1
Aが改良されたと評価し、 Δ E< 0でな 、場合、光波面制御パターン Aが改悪された と評価する。
[0073] 評価部 55は、ステップ S1004bにおいて、力かる光波面制御パターン Aが、最適 光波面制御パターン保存部 56に保存されている最適光波面制御パターンと比較し て、改良された力否かについて判断する。改良されたと判断された場合 (ステップ S1 004bにおける「YES」の場合）、本動作はステップ S1005に進み、改良されていな V、と判断された場合 (ステップ S 1004bにおける「NO」の場合）、本動作はステップ S 1009に進む。
[0074] 評価部 55は、ステップ S1005において、力かる光波面制御パターン Aを、最適な 光波面制御パターンとして最適光波面制御パターン保存部 55に保存する。
[0075] すなわち、ステップ S1005において、評価部 55は、かかる光波面制御パターン A を、現在までの検索範囲における最適な光波面制御パターンとして採用すると判定 する。
[0076] なお、評価部 55は、初期光波面制御パターン Aについては、上述の判断を行うこ
0
となぐ最適な光波面制御パターンとして、最適光波面制御パターン保存部 56に保 存する。
[0077] 一方、評価部 55は、ステップ S1006において、式（1)を用いて、光波面制御パタ ーン を算出した局所変更処理 (Move操作)を採用する確率を示す採用確率 Pを 算出する。
[0078] P = exp (— Δ Ε/Τ) … 式（1)
ここで、 Tは、温度パラメータ値を示す。
[0079] ステップ S1007において、評価部 55は、算出した採用確率 Pに基づいて、光波面 制御パターン Aを算出した局所変更処理を採用する力否かについて決定する。 [0080] 評価部 55は、力かる局所変更処理を採用すると決定した場合、ステップ S1009の 動作を行い、力かる局所変更処理を採用しないと決定した場合、ステップ S 1008の 動作を行う。
[0081] ステップ S1008において、光波面制御パターン変更部 46は、光波面制御パターン Aを上述の局所変更処理前の光波面制御パターン A に戻す。
i i-1
[0082] ステップ S1009において、評価部 55は、現在の温度パラメータ値 Tで、光波面制 御パターン に対応する再生像の評価値 Eが収束して 、る力否かにっ 、て判定す る。
[0083] 具体的には、評価部 55は、温度パラメータ値 Tに基づく光波面制御パターン Aの 算出にあたって、十分な回数の局所変更処理を行っている力否かについて判定する 。なお、かかる判定は、従来の「Simulated Annealing」法における判定と同様の 手法によって行われる。
[0084] 評価部 55は、かかる再生像の評価値 Eが収束して 、ると判定された場合、ステップ S 1101の動作を行い、かかる再生像の評価値 Eが収束していないと判定された場合 、ステップ S1010の動作を行う。
[0085] ステップ S1011にお 、て、評価部 55は、温度パラメータ値 Tを更新する。例えば、 温度刻みを「a」とすると、更新後の温度パラメータ T は、「T =a XT 」によって
new new old
算出される。
[0086] ステップ S1012において、評価部 55は、所定範囲（周辺温度）の温度パラメータ値 Tで、光波面制御パターン Aに対応する再生像の評価値 Eが収束している力否かに ついて判定する。
[0087] 具体的には、評価部 55は、温度パラメータ値 Tが十分に低い値に下がった力否か について、すなわち、十分な回数の局所変更処理を行っている力否かについて判定 する。なお、かかる判定は、従来の「Simulated Annealing」法における判定と同 様の手法によって行われる。
[0088] 本動作は、十分な回数の局所変更処理が行われて 、ると判定された場合、ステツ プ S1013に進み、十分な回数の局所変更処理が行われていないと判定された場合 、ステップ S 1010に進む。 [0089] ステップ S1010において、最適化部 50の光波面制御パターン変更部 46が、力か る光波面制御パターン Aに対して、局所変更処理を施す。
[0090] ここで、局所変更処理は、上述の液晶パネル上のグレースケール画像に対応する
N X M個の画素のうち、ランダムに選択された 1つの画素の値を、 0乃至 255のランダ ムな値に変更する処理として定義することができる。力かる局所変更処理によって、 再生像には微小な変化が現れる。
[0091] ステップ S1013において、最適化部 50の出力部 58は、最適光波面制御パターン 保存部 56に保存されて 、る光波面制御パターンを、最適な光波面制御パターンとし て出力する。
[0092] 上述のように行われる温度パラメータ Tを用いた繰り返し操作によって、最適な光波 面制御パターンを算出する際に、局所最適解に陥ることを避けることができる。
[0093] ここで、温度パラメータ Tの更新は、十分な解の探索を行うことができるように、十分 に高い値（開始温度)から始め、十分に低い値 (終了温度)まで、十分に細かい間隔（ 温度刻み)で、十分に長!、時間をかけて (十分な各温度パラメータ Tにおける局所変 更処理や評価や採用の決定の回数、すなわち、試行回数)行うべきである。
[0094] また、評価部 55は、開始温度を、十分な高温状態 (局所変更処理によって変化し た評価値がどのようなものであっても、ほぼ採用確率が「1」となる温度）に設定し、終 了温度を、十分な低温状態 (改悪操作は全て不採用となる温度）に設定し、温度刻 みと試行回数を問題の大きさ (本実施形態においては、光制御パターンの解像度や グレースケール諧調数や再生像を表示する空間の大きさに対応する）に合わせて適 切な値に設定する必要がある。
[0095] なお、再生像の評価を行う際の計算時間を短縮するために、評価値算出部 54が、 局所変更処理を施した結果、再生像に変化が生じた部分のみに関する評価値を算 出して、評価部 55が、力かる評価値の差分情報 Δ Εを用いて、再生像の評価を行う ように構成されて 、てもよ 、。
[0096] なぜならば、局所変更処理を施しても変化しな力つた再生像の部分は、局所変更 処理の前後での評価値の差分情報 Δ Eに影響を与えな 、からである。
[0097] (本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置における作用'効果） 本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置によれば、目標像検知用センサ を用いて検知した対象物 Bの空間情報（目標像)と、再生像検知用センサを用いて撮 影した再生像とを比較することによって、光波面制御パターン (ホログラム)を最適化 するように構成されて 、るため、光の干渉縞を直接 CCDカメラ等で取得する方式と比 ベて、センサの空間分解能 (空間解像度)等の制約を減らすことができる。
[0098] また、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置によれば、目標像検知用セ ンサ及び再生像検知用センサを同一の条件で使用する場合、目標像データを再生 像データに合わせるための変換を行う必要がなくなるため、計算時間の短縮を図るこ とがでさる。
[0099] 本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置によれば、複数の目標像データ の各々と複数の再生像データの各々とに対して、繰り返し最適化手法を適用すること によって、最適な光波面制御パターンを生成するため、目標像検知用センサ及び再 生像検知用センサによって取得されな力つた部分（中間画像）につ 、ても最適化を 図ることができ、従来のステレオ視 /多眼視と比べて、より多くの角度から観測可能な 連続的な立体映像を表現することができる。
[0100] 具体的には、図 8に示すように、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置 によれば、実際には評価の対象となっていない「中間画像」についても最適化される
[0101] 例えば、図 8に示すように、本実施形態に係る光波面制御パターン生成装置は、複 数の再生像検知用センサ 40A〜40Cを用いて複数の再生像を取得する場合、複数 の再生像検知用センサ 40A〜40Cを異なる視点位置に配置して複数の再生像を取 得するように構成されている。
[0102] ここで、隣り合う再生像検知用センサで取得される再生像には、共通する情報が含 まれる。そのため、隣り合う再生像検知用センサで取得される再生像の両者を最適化 することによって、本来であれば、評価の対象とならない視点位置から取得された再 生像（中間画像)も、隣り合う再生像検知用センサで取得される再生像に共通する情 報を有する再生像として最適化される。
[0103] その結果、従来の複数の CCDカメラによって情報を取得して表示する手法の主流 であったステレオ視とは異なり、中間画像についても連続的に最適化することができ る。
産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明によれば、 CCDカメラ等の撮像素子の空間分解能 (空 間解像度)等の制約を減らし、高精度なデバイスを必要とせずに、手軽な装置や環 境の下で、立体映像を表示するための光波面制御パターンを生成することができる 光波面制御パターン生成装置及び光波面制御パターン生成方法を提供することが できる。

Claims

請求の範囲
[1] 光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対して照明光を照射すること によって、対象物の再生像を再生像表示部に表示する像再生系において、前記光 波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成する光波面制御パターン 生成装置であって、
前記対象物の空間情報を目標像として検知する目標像検知部と、
前記再生像表示部に表示された再生像を検知する再生像検知部と、
前記目標像検知部によって検知された前記目標像に基づ!/、て、前記再生像検知 部によって検知された前記再生像についての評価を行い、該評価結果が所定条件 を満たすように前記光波面制御パターンに対して変更処理を施すことによって、前記 最適な光波面制御パターンを生成する最適化部とを具備することを特徴とする光波 面制御パターン生成装置。
[2] 前記目標像検知部は、前記目標像を所定方向から検知することができる複数の目 標像検知用センサを具備しており、
前記再生像検知部は、前記照明光の振幅又は位相の少なくとも一方が変調された 再生光により前記再生像表示部に表示された前記再生像を所定方向から検知する ことができる複数の再生像検知用センサを具備しており、
前記最適化部は、前記複数の目標像検知用センサによって所定方向から検知され た複数の所定方向目標像及び前記複数の再生像検知用センサによって所定方向 力 検知された複数の所定方向再生像に基づいて、前記再生像を評価することを特 徴とする請求項 1に記載の光波面制御パターン生成装置。
[3] 前記複数の目標像検知用センサ及び前記複数の再生像検知用センサの種類及 び配置が同一であることを特徴とする請求項 2に記載の光波面制御パターン生成装 置。
[4] 前記最適化部は、前記複数の目標像検知用センサ及び前記複数の再生像検知用 センサの種類及び配置と前記所定方向目標像とに基づいて、前記再生像を評価す ることを特徴とする請求項 2に記載の光波面制御パターン生成装置。
[5] 前記最適化部は、前記光波面制御パターンに対して変更処理を施し、該変更処理 を施した光波面制御パターンに対応する再生像の評価値を算出し、該評価値に基 づいて該変更処理を施した光波面制御パターンを採用する力否かについて判定す ることを繰り返すことによって、前記最適な光波面制御パターンを生成することを特徴 とする請求項 1に記載の光波面制御パターン生成装置。
[6] 前記最適化部は、前記変更処理の前後の前記再生像の評価値の差分情報に基 づいて、該変更処理を施した光波面制御パターンを採用する力否かについて判定 することを特徴とする請求項 5に記載の光波面制御パターン生成装置。
[7] 前記最適化部は、前記差分情報及び繰り返しパラメータ値により決定される採用確 率に基づ 、て、該変更処理を施した光波面制御パターンを採用する力否かにっ ヽ て判定することを特徴とする請求項 6に記載の光波面制御パターン生成装置。
[8] 前記最適化部は、所定の繰り返しパラメータ値において前記再生像の評価値が収 束するまで、前記変更処理と前記評価値の算出と前記判定とを繰り返すことを特徴と する請求項 7に記載の光波面制御パターン生成装置。
[9] 前記最適化部は、所定範囲内で、前記所定の繰り返しパラメータ値を変更すること を特徴とする請求項 8に記載の光波面制御パターン生成装置。
[10] 前記光波面制御部は、記録している前記光波面制御パターンによって、前記照明 光の振幅又は位相の少なくとも一方を変調することができる光波面制御デバイスを具 備することを特徴とする請求項 1に記載の光波面制御パターン生成装置。
[11] 光波面制御パターンを記録している光波面制御部に対して照明光を照射すること によって、対象物の再生像を再生像表示部に表示する像再生系において、前記光 波面制御部に記憶する最適な光波面制御パターンを生成する光波面制御パターン 生成方法であって、
前記対象物の空間情報を目標像として検知する工程と、
前記再生像表示部に表示された再生像を検知する工程と、
検知された前記目標像に基づ 、て、検知された前記再生像にっ 、ての評価を行う 工程と、
前記評価結果が所定条件を満たすように前記光波面制御パターンに対して変更 処理を施すことによって、前記最適な光波面制御パターンを生成する工程とを有す ることを特徴とする光波面制御パターン生成方法。
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