(57)【要約】【課題】所定の観察位置からの視線方向に関わらず、立体画像を観察者に認識させたい。【解決手段】視差画像を表示することにより観察者に立体画像を認識させる立体画像表示システムにおいて、それぞれの画素または領域が、視差画像が表示される平面上の所定の位置に設定された観察位置を中心とする対称図形の接線方向または平行な方向に視差を持つ視差画像を表示する。視差画像内の画素ＰＸ１、ＰＸ２は、視差画像が表示される平面上の所定の位置に設定された観察位置ＰＶを中心として当該画素ＰＸ１、ＰＸ２を通る円Ｃ１を描いた場合の、当該画素ＰＸ１、ＰＸ２を通る点の接線方向ＤＰ１、ＤＰ２に視差を持ってもよい。【選択図】図５
2010119066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
視差画像を表示することにより観察者に立体画像を認識させる立体画像表示システムであって、
それぞれの画素または領域が、前記視差画像が表示される平面上の所定の位置に設定された観察位置を中心とする対称図形の接線方向または平行な方向に視差を持つ視差画像を表示することを特徴とする立体画像表示システム。
【請求項２】
前記視差画像内の画素は、前記視差画像が表示される平面上の所定の位置に設定された観察位置を中心として当該画素を通る円を描いた場合の、当該画素を通る点の接線方向に視差を持つことを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示システム。
【請求項３】
前記視差画像内の画素は、前記視差画像が表示される平面上の所定の位置に設定された観察位置を中心として当該画素を通る長円環を描いた場合の、当該画素を通る曲線上の点の接線方向または当該画素を通る直線と平行な方向に視差を持つ視差画像を表示することを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示システム。
【請求項４】
前記視差画像内の画素は、前記視差画像が表示される平面上の所定の位置に設定された観察位置を中心として当該画素を通る正多角形を描いた場合の、当該画素を通る辺と平行な方向に視差を持つことを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示システム。
【請求項５】
前記視差画像を表示させる平面表示領域を複数の領域に分割した場合の、それぞれの領域に前記視差画像に対応する部分画像を投影する複数のプロジェクタを備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の立体画像表示システム。
【請求項６】
視差画像が表示されるべき第１平面上の所定の位置に観察位置を設定する観察位置設定部と、
前記第１平面から所定の高さに位置する第２平面上にあり、前記観察位置から前記高さに位置する基準地点を通り、かつ前記第１平面上の対象画素と前記観察位置とを結ぶ線分に対する前記第１平面上の垂直線と平行または略平行な、両眼視点直線上に、所定の間隔で位置し、かつ前記基準地点から等間隔に位置する二地点に右眼視点および左眼視点を設定する視点設定部と、
前記右眼視点と前記対象画素とを通る右眼視線直線上および前記左眼視点と前記対象画素とを通る左眼視線直線上に存在するオブジェクトの表面と、前記右眼視線直線および前記左眼視線直線とのそれぞれの交点の画素値を、前記対象画素の、右眼用画像の画素値および左眼用画像の画素値として取得する画素値取得部と、
を備えることを特徴とする視差画像生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視差画像を表示することにより観察者に立体画像を認識させる立体画像表示システムおよび視差画像を生成する視差画像生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間の両眼は数ｃｍほど離れているため、右眼と左眼で得られる像には位置ずれがある。人間の脳はこの位置ずれを一つの手がかりとして奥行きを認識している。逆にいえば、この両眼に写すべき像の位置ずれ量を調整することにより、脳に擬似的に奥行きを認識させることができる。この両眼視差を利用して、平面画像を立体画像として脳に認識させる様々な手法が実用化されている。大別するとメガネ方式と裸眼方式があり、メガネ方式にはシャッターメガネ方式、偏光メガネ方式、アナグリフメガネ方式などがあり、裸眼方式にはパララックスバリア方式、レンチキュラレンズ方式などがある。
【０００３】
図１は、従来技術に係る、平面表示領域１０内に表示される視差画像の視差の方向ＤＰ１、ＤＰ２と観察者Ｈからの視線方向ＤＶを模擬的に描いた図（その１）である。図１では、平面表示領域１０が地面に対して水平に形成されている。平面表示領域１０内には所定の位置ずれ量を持つ右眼用画像および左眼用画像（以下適宜、両者を総称して視差画像という）が時間的または空間的に分割されて表示される（たとえば、特許文献１参照）。ここでは、平面表示領域１０内に表示される視差画像の視差の方向について議論するため、視差画像の表示方式については限定しない。平面表示領域１０はディスプレイであってもよいし、スクリーンであってもよいし、床や天井であってもよい。
【０００４】
図１の例では、平面表示領域１０内に表示される視差画像の視差の方向ＤＰ１、ＤＰ２はすべての画素で同一方向であり、平面表示領域１０の長手方向に対して平行な方向に設定されている。ここで、視差画像の視差の方向とは、右眼用画像と左眼用画像との対応する画素同士または領域同士を通る線の方向を指す。この視差の方向と、観察者Ｈの右眼視点ＶＲと左眼視点ＶＬとを通る線の方向（以下適宜、両眼間の方向という）とが平行または略平行のとき、観察者Ｈは視差画像を立体画像と認識することができる。逆に、両者の方向が平行または略平行の関係にないとき、観察者Ｈは視差画像を立体画像と認識することができない。ここで、平行な関係にないというのは、右眼視点、左眼視点および注視点の３点を含む平面と直交する視差成分があることを意味する。
【０００５】
図１の例では、所定の観察位置にいる観察者Ｈが視線方向ＤＶを向いているときの両眼間の方向と、視差の方向とが平行しており、観察者Ｈは立体画像を認識することができる。視差画像が地平面に対して垂直または略垂直に表示される場合、通常、観察者の観察位置または視線方向が変わっても両眼間の方向は大きく変わることがない。通常、観察者は地平面に対して垂直または略垂直な画像を、頭を大きく傾けて見ないためである。したがって、地面に対して垂直または略垂直に視差画像が表示される場合、視差の方向がすべての画素で一定であっても、大きな問題は発生しない。
【特許文献１】特開平１０−５６６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、視差画像が地平面に対して水平または略水平に表示される場合、観察者の視線方向によって、両眼間の方向が大きく変化する。とくに、視差画像のサイズが大きい場合、大きく変化する。
【０００７】
図２は、従来技術に係る、平面表示領域１０内に表示される視差画像の視差の方向ＤＰ１、ＤＰ２と観察者Ｈからの視線方向ＤＶを模擬的に描いた図（その２）である。図２は、図１における観察者Ｈの視線方向ＤＶが、観察者Ｈからみて反時計回りに約９０°回転した状態を示す。この状態では、視差の方向と観察者Ｈの両眼間の方向とが略垂直の関係になり、観察者Ｈは立体画像を認識することができない。
【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、所定の観察位置からの視線方向に関わらず、立体画像を観察者に認識させることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様の立体画像表示システムは、視差画像を表示することにより観察者に立体画像を認識させる立体画像表示システムであって、それぞれの画素または領域が、視差画像が表示される平面上の所定の位置に設定された観察位置を中心とする対称図形の接線方向または平行な方向に視差を持つ視差画像を表示する。
【００１０】
本発明のさらに別の態様は、視差画像生成装置である。この装置は、視差画像が表示されるべき第１平面上の所定の位置に観察位置を設定する観察位置設定部と、第１平面から所定の高さに位置する第２平面上にあり、観察位置から高さに位置する基準地点を通り、かつ第１平面上の対象画素と観察位置とを結ぶ線分に対する第１平面上の垂直線と平行または略平行な、両眼視点直線上に、所定の間隔で位置し、かつ基準地点から等間隔に位置する二地点に右眼視点および左眼視点を設定する視点設定部と、右眼視点と対象画素とを通る右眼視線直線上および左眼視点と対象画素とを通る左眼視線直線上に存在するオブジェクトの表面と、右眼視線直線および左眼視線直線とのそれぞれの交点の画素値を、対象画素の、右眼用画像の画素値および左眼用画像の画素値として取得する画素値取得部と、を備える。
【００１１】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所定の観察位置からの視線方向に関わらず、立体画像を観察者に認識させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図３は、本発明の実施の形態に係る、平面表示領域１０内に表示される視差画像の視差の方向と観察者の右眼視点ＶＲと左眼視点ＶＬを模擬的に描いた図（その１）である。図３は、平面表示領域１０の中心に観察位置ＰＶが設定される例を示す。観察者はその観察位置ＰＶに立って、平面表示領域１０内に表示される視差画像を見ている。図３には観察者の頭部を描いていないが、観察者は図３の左手前方向を向き、右眼視点ＶＲおよび左眼視点ＶＬから左斜め下の注視点ＰＲを見ており、視線方向は左斜め下方向となる。
【００１４】
この場合、観察者の両眼間の方向は、観察位置ＰＶと注視点ＰＲを通る左下がり直線に対して、水平面上で垂直な方向となる。したがって、その方向と当該注視点ＰＲの視差の方向ＤＰとを一致または略一致させると、観察者はその左斜め下にある注視点ＰＲを立体画素として認識することができる。
【００１５】
図４は、本発明の実施の形態に係る、平面表示領域１０に表示される視差画像の視差の方向と観察者の右眼視点ＶＲと左眼視点ＶＬを模擬的に描いた図（その２）である。図４も図３と同様に、平面表示領域１０の中心に観察位置ＰＶが設定される例を示す。図４では、観察者は図４の右手前を向き、右眼視点ＶＲおよび左眼視点ＶＬから右斜め下の注視点ＰＲを見ており、視線方向は右斜め下方向となる。
【００１６】
この場合、観察者の両眼間の方向は、観察位置ＰＶと注視点ＰＲを通る右下がり直線に対して、水平面上で垂直な方向となる。したがって、その方向と当該注視点ＰＲの視差の方向ＤＰとを一致または略一致させると、観察者はその右斜め下の注視点ＰＲを立体画素として認識することができる。
【００１７】
このように、地平面に対して水平に表示される視差画像内のそれぞれの画素または領域は、所定の観察位置からの視線方向に応じて異なる方向の視差を持つ必要がある。すなわち、所定の観察位置からの視線方向の変化により両眼間の方向が大きく変化する場合、それぞれの画素または領域が、所定の観察位置との位置関係に応じて個別に決定された方向に視差を持つ必要がある。
【００１８】
所定の観察位置からの視線方向に関わらず、立体画像を観察者に認識させるには、それぞれの画素または領域が、所定の観察位置から見て水平方向または略水平方向に視差を持つ必要がある。より具体的には、視差画像が表示される平面上の所定の位置に設定された観察位置からそれぞれの画素または領域に対して直線を引いた場合、それぞれの画素または領域が当該直線に対して垂直方向または略垂直方向に視差を持つ必要がある。
【００１９】
以下、視差画像内のそれぞれの画素または領域における、視差の方向を決定するためのアルゴリズムについて説明する。
図５は、実施の形態に係る、視差の方向を決定するための第１アルゴリズムを説明するための図である。図５は、平面表示領域１０の中心に観察位置ＰＶが設定される例を示す。第１アルゴリズムでは、視差画像内の画素は、その視差画像が表示される平面上の所定の位置に設定された観察位置を中心として当該画素を通る円を描いた場合の、当該画素を通る点の接線方向に視差を持つ。
【００２０】
たとえば、画素ＰＸ１、ＰＸ２は、観察位置ＰＶを中心点としそれらの画素ＰＸ１、ＰＸ２を通る円Ｃ１上の、それぞれの画素ＰＸ１、ＰＸ２を通る点の接線方向ＤＰ１、ＤＰ２に視差を持つ。この第１アルゴリズムを用いることにより、視差の方向と両眼間の方向とがすべての画素で平行する理想的な視差画像を生成することができる。
【００２１】
図６は、実施の形態に係る、視差の方向を決定するための第２アルゴリズムを説明するための図である。図６も、平面表示領域１０の中心に観察位置ＰＶが設定される例を示す。第２アルゴリズムでは、視差画像内の画素は、その視差画像が表示される平面上の所定の位置に設定された観察位置を中心として当該画素を通る長円環を描いた場合の、当該画素を通る曲線上の点の接線方向または当該画素を通る直線と平行な方向に視差を持つ。すなわち、当該画素を通る点が当該長円環の円周上にある場合、その点の接線方向を視差の方向とし、当該画素を通る点が当該長円環の辺上にある場合、その辺と平行な方向を視差の方向とする。
【００２２】
たとえば、画素ＰＸ１、ＰＸ２は、観察位置ＰＶを中心点としそれらの画素ＰＸ１、ＰＸ２を通る長円環Ｃ２上の、それぞれの画素ＰＸ１、ＰＸ２を通る点の接線方向ＤＰ１、ＤＰ２に視差を持つ。この第２アルゴリズムでは、観察位置にある程度の幅を持たせることができる。すなわち、観察位置を長円環の長手方向に拡大することができる。図６の例では、平面表示領域１０の中心点から平面表示領域１０の長手方向にある程度移動した位置から視差画像を見ても、観察者は当該中心点から見る場合と同様の立体画像を認識することができる。したがって、複数人がその幅を持った観察位置に立つことにより、複数人が同時に同じ立体画像を認識することも可能となる。
【００２３】
図７は、実施の形態に係る、視差の方向を決定するための第３アルゴリズムを説明するための図である。図７も、平面表示領域１０の中心に観察位置ＰＶが設定される例を示す。第３アルゴリズムでは、視差画像内の画素は、その視差画像が表示される平面上の所定の位置に設定された観察位置を中心として当該画素を通る正多角形を描いた場合の、当該画素を通る辺と平行な方向に視差を持つ。
【００２４】
図７では正八角形を描いた例を示している。正八角形を描く例では、平面表示領域１０は八つの領域Ｒ１〜Ｒ８に分割される。それぞれの領域内の画素Ｒ１〜Ｒ８は、同じ方向に視差を持つ。図７にて、画素ＰＸは観察位置ＰＶを中心点としその画素ＰＸを通る正八角形Ｃ３の、その画素ＰＸを通る辺と平行な方向ＤＰに視差を持つ。
【００２５】
この第３アルゴリズムでは、領域単位で視差の方向を調整すればよいため、画素単位で視差の方向を調整する場合と比較し、当該視差画像を生成するための手間を軽減することができる。とくに、コンピュータグラフィック画像ではなく実写画像で当該視差画像を生成する場合の手間を大幅に軽減することができる。なお、当該視差画像の具体的な生成方法については後述する。
【００２６】
なお、視差の方向と両眼間の方向とが厳密に一致しなくても、観察者は視差画像を立体画像と認識することができ、それらの方向が２０〜４５°（平行成分が主成分となる範囲）程度ずれていても立体画像と認識することができる。
【００２７】
以下、立体画像表示システムの構成例を説明する。まず、シャッタメガネ方式を採用した例を説明する。
図８は、本発明の実施の形態に係る、シャッタメガネ方式を採用した立体画像表示システム５００の第１構成例を示す図である。この立体画像表示システム５００はプロジェクタ１００およびシャッタメガネ２００を備える。平面表示領域１０は床に設置された専用のスクリーンであってもよいし、床そのものであってもよい。観察位置ＰＶは平面表示領域１０の中央手前の位置に設定される。観察位置ＰＶはプロジェクタ１００からの投射光による観察者の影が平面表示領域１０内に写らない位置に設定されることが好ましい。
【００２８】
プロジェクタ１００は、上記視差画像を構成する右眼用画像および左眼用画像を平面表示領域１０に時分割に投影する。すなわち、当該右眼用画像および当該左眼用画像は交互に平面表示領域１０に表示され、ある瞬間では右眼用画像および左眼用画像のいずれかのみが表示される。
【００２９】
シャッタメガネ２００は観察者の両眼に装着される。シャッタメガネ２００は、プロジェクタ１００による当該右眼用画像および当該左眼用画像の切り替えに同期して、左眼の視界と右眼の視界を選択的または交互に遮る。すなわち、平面表示領域１０に当該右眼用画像が表示されるとき右眼の視界を解放して左眼の視界を遮り、平面表示領域１０に当該左眼用画像が表示されるとき左眼の視界を解放して右眼の視界を遮る。
【００３０】
以下、より具体的に説明する。
図９は、図８のプロジェクタ１００およびシャッタメガネ２００の構成を示すブロック図である。プロジェクタ１００は、視差画像入力部１１０、同期信号生成部１２０、画像切替部１３０、投影部１４０および同期信号送信部１５０を含む。シャッタメガネ２００は、同期信号受信部２１０、シャッタ制御部２２０、左眼用シャッタ２３０および右眼用シャッタ２４０を含む。
【００３１】
視差画像入力部１１０は上記視差画像を画像切替部１３０に入力する。同期信号生成部１２０は上記視差画像を構成する、右眼用画像と左目用画像とを切り替えるための同期信号を生成する。たとえば、１２０Ｈｚのクロック信号を生成する。同期信号生成部１２０は生成した同期信号を画像切替部１３０および同期信号送信部１５０に入力する。画像切替部１３０は視差画像入力部１１０から入力される右眼用画像と左眼用画像とを、同期信号生成部１２０から入力される同期信号に応じて、交互に選択して投影部１４０に入力する。
【００３２】
投影部１４０は画像切替部１３０から入力される右眼用画像および左眼用画像を平面表示領域１０に投影する。同期信号送信部１５０は同期信号生成部１２０から入力される同期信号を所定の無線チャネルまたは有線チャネルを介してシャッタメガネ２００（より具体的には同期信号受信部２１０）に送信する。たとえば、２．４ＧＨｚの周波数帯を用いた短距離無線通信を採用してもよい。
【００３３】
同期信号受信部２１０は同期信号送信部１５０から送信される同期信号を受信し、シャッタ制御部２２０に入力する。シャッタ制御部２２０は、同期信号受信部２１０から入力される同期信号に応じて、左眼用シャッタ２３０および右眼用シャッタ２４０を制御する。具体的には、その同期信号に合わせて左眼用シャッタ２３０および右眼用シャッタ２４０を交互に開閉する。左眼用シャッタ２３０および右眼用シャッタ２４０は、液晶シャッタなどで構成され、シャッタ制御部２２０からの制御信号に応じて開閉する。具体的には、左眼用シャッタ２３０が開いているとき右眼用シャッタ２４０が閉じ、右眼用シャッタ２４０が開いているとき左眼用シャッタ２３０が閉じる。
【００３４】
図１０は、本発明の実施の形態に係る、シャッタメガネ方式を採用した立体画像表示システム５００の第２構成例を示す図である。図１１は、本発明の実施の形態に係る、シャッタメガネ方式を採用した立体画像表示システム５００の第３構成例を示す図である。なお、図１０、図１１ではシャッタメガネ２００を省略して描いている。
【００３５】
第２構成例および第３構成例では複数のプロジェクタを使用する。複数のプロジェクタは、上記視差画像を表示させる平面表示領域を複数の領域に分割した場合の、それぞれの領域に当該視差画像に対応する部分画像を投影する。より具体的には、複数のプロジェクタのそれぞれは、当該視差画像を構成する右眼用画像および左眼用画像の、割り当てられた領域に対応する部分右眼用画像および部分左眼用画像をその領域に交互に投影する。複数のプロジェクタは同期がとれており、そのすべてのプロジェクタはある瞬間において部分右眼用画像または部分左眼用画像を投影する。したがって、ある瞬間において平面表示領域１０には全体右眼用画像または全体左眼用画像が表示される。シャッタメガネ２００は、複数のプロジェクタにより投影される当該全体右眼用画像および当該全体左眼用画像の切り替えに同期して、左眼の視界と右眼の視界を交互に遮る。
【００３６】
図１０に示す第２構成例では二台のプロジェクタ（第１プロジェクタ１００ａおよび第２プロジェクタ１００ｂ）を使用する。平面表示領域１０は長手方向に二等分され、第１領域Ｒａと第２領域Ｒｂとに分割される。同様に、視差画像も同じ切り口で二等分され、第１領域用Ｒａの部分視差画像と第２領域用Ｒｂの部分視差画像とに分割される。第１プロジェクタ１００ａおよび第２プロジェクタ１００ｂは、平面表示領域１０の長手方向の両側にそれぞれ設置される。観察位置ＰＶは平面表示領域１０の中央手前に設定される。
【００３７】
第１プロジェクタ１００ａは第１領域Ｒａに第１領域用の部分右眼用画像および部分左眼用画像を交互に表示する。第２プロジェクタ１００ｂは第２領域Ｒｂに第２領域用の部分右眼用画像および部分左眼用画像を交互に表示する。第１プロジェクタ１００ａと第２プロジェクタ１００ｂは、部分右眼用画像および部分左眼用画像のいずれを投影するべきか同期がとれている。
【００３８】
図１１に示す第３構成例では四台のプロジェクタ（第１プロジェクタ１００ａ、第２プロジェクタ１００ｂ、第３プロジェクタ１００ｃおよび第４プロジェクタ１００ｄ）を使用する。平面表示領域１０は十字に四等分され、第１領域Ｒａ、第２領域Ｒｂ、第３領域Ｒｃおよび第４領域Ｒｄに分割される。同様に、視差画像も同じ切り口で四等分され、第１領域用Ｒａの部分視差画像、第２領域用Ｒｂの部分視差画像、第３領域用Ｒｃの部分視差画像および第４領域用Ｒｄの部分視差画像とに分割される。
【００３９】
第１プロジェクタ１００ａ、第２プロジェクタ１００ｂ、第３プロジェクタ１００ｃおよび第４プロジェクタ１００ｄは、平面表示領域１０を囲むように設置される。より具体的には、第１プロジェクタ１００ａは第１領域用Ｒａの外側の辺に接して設置される。第２プロジェクタ１００ｂ、第３プロジェクタ１００ｃおよび第４プロジェクタ１００ｄも同様である。図１１では第１プロジェクタ１００ａは外側の長手方向の辺に接して、第３プロジェクタ１００ｃと対向する位置に設置される。
【００４０】
第１プロジェクタ１００ａは第１領域Ｒａに第１領域用の部分右眼用画像および部分左眼用画像を交互に表示する。第２プロジェクタ１００ｂ、第３プロジェクタ１００ｃおよび第４プロジェクタ１００ｄも同様である。第１プロジェクタ１００ａ、第２プロジェクタ１００ｂ、第３プロジェクタ１００ｃおよび第４プロジェクタ１００ｄは、部分右眼用画像および部分左眼用画像のいずれを投影するべきか同期がとれている。
【００４１】
シャッタメガネ方式を採用した立体画像表示システムでは、右眼用画像と左眼用画像とを空間的でなく時間的に分割することにより、解像度を低下させずに立体画像を表示させることができる。また、複数のプロジェクタを用いることにより大きなサイズの立体画像を表示することができる。また、図１１に示すように複数のプロジェクタを用いることにより、平面表示領域１０の中央に観察位置ＰＶを設定しても、その位置にいる観察者の影の発生を抑制することができる。
【００４２】
図１２は、本発明の実施の形態に係る、偏光メガネ方式を採用した立体画像表示システム５００の構成例を示す図である。ここでは円偏光メガネ方式を例に説明する。この立体画像表示システム５００は、ディスプレイ３００、円偏光板３１０および円偏光メガネ４００を備える。図１２では観察位置ＰＶが手前の辺の中央に設定されている。ディスプレイ３００、たとえばプラズマディスプレイや液晶ディスプレイは、右眼用画像および左眼用画像が空間的に組み合わせられた視差画像を表示する。たとえば、走査線の奇数列に右眼用画像を、偶数列に左眼用画像を表示する。
【００４３】
円偏光板３１０はディスプレイ３００に表示面側に設けられる。フィルム状にしてディスプレイ３００の表示面に貼り付けてもよい。円偏光板３１０はディスプレイ３００から発せられる光線を円偏光の光線に変換する。より具体的には、走査線の奇数列から発せられる光線を右円偏光の光線に変換し、偶数列から発せられる光線を左円偏光の光線に変換する。すなわち、右眼用画像の光線の位相と左眼用画像の光線の位相を逆にする。
【００４４】
円偏光メガネ４００は、右眼用フレーム内に右円偏光成分を通す右眼用フィルタが設けられ、左眼用フレーム内に左円偏光成分を通す左眼用フィルタが設けられる。観察者はこの円偏光メガネ４００をかけることにより、右眼で右眼用画像および左眼で左眼用画像を見ることができ、立体画像を認識することができる。
【００４５】
偏光メガネ方式を採用した立体画像表示システムでは、アナグリフメガネ方式を採用したシステムと比較し、カラー画像を忠実に再現することができる。また、円偏光方式を採用することにより、観察者の頭がある程度傾いても立体画像を認識することができる。
【００４６】
図１３は、本発明の実施の形態に係る、パラッラクスバリア方式を採用した立体画像表示システム５００の構成例を示す図である。この立体画像表示システム５００は、ディスプレイ６００およびパラッラクスバリア６１０を備える。図１３でも観察位置ＰＶが手前の辺の中央に設定されている。図１３では平面表示領域１０が三つの領域Ｒ１〜Ｒ３に分割される。第１領域Ｒ１は平面表示領域１０の右側の二つの頂点と観察位置ＰＶとを頂点とする三角形の領域である。第２領域Ｒ２は平面表示領域１０の奥側の二つの頂点と観察位置ＰＶとを頂点とする三角形の領域である。第３領域Ｒ３は平面表示領域１０の左側の二つの頂点と観察位置ＰＶとを頂点とする三角形の領域である。
【００４７】
ディスプレイ６００は、右眼用画像および左眼用画像が空間的に組み合わせられた視差画像を表示する。この視差画像は領域ごとに視差の方向が異なっている。図１３ではそれぞれの領域Ｒ１〜Ｒ３ごとに、ストライプの方向と直交する方向に、視差の方向が設定されている。
【００４８】
パラッラクスバリア６１０は、ディスプレイ６００の表示面側に設けられる。パラッラクスバリア６１０はバリアとアパーチャが交互に配置されて形成される。図１３ではそれぞれの領域Ｒ１〜Ｒ３ごとに、ストライプの方向と同じ方向のバリアとアパーチャが交互に配置される。パラッラクスバリア６１０は、ディスプレイ６００から特定の距離に位置する右眼から左眼用画像の画素が見ないように、その距離に位置する左眼から右眼用画像の画素が見えないように作用する。
【００４９】
パラッラクスバリア６１０の代わりにレンチキュラレンズを用いても同様の状況を作り出すことができる。また、図１３では右眼用画像と左眼用画像の二つの視点の画像を表示する所謂二視点表示の例を示したが、より多くの視点の画像を表示する多視点表示とすることも可能である。パララックスバリアは四つの画像が見える方向を分離し、片眼がある画像を見ているときは他の画像が見えないように作用する。パラッラクスバリア方式を採用した立体画像表示システムでは、メガネが必要なくシステムを簡素化することができる。
【００５０】
つぎに、上述した視差画像の生成方法について説明する。
図１４は、本発明の実施の形態に係る視差画像生成装置７００の構成を示すブロック図である。視差画像生成装置７００は、観察位置設定部７１０、視点設定部７２０および画素値取得部７３０を備える。これらの構成は、ハードウェア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００５１】
図１５は、本発明の実施の形態に係る視差画像生成装置７００により視差画像を生成する過程を示す図（その１）である。以下、図１５を参照しながら、コンピュータグラフィックで生成された、所定のオブジェクトを含む原画像から、視差画像を生成する例を説明する。
【００５２】
観察位置設定部７１０は、視差画像が表示されるべき第１平面上の所定の位置に観察位置ＰＶを設定する。ここで第１平面は視差画像の投影面となる。観察位置ＰＶは設計者により第１平面上の任意の位置に設定されることが可能である。観察位置ＰＶは視差画像が表示される領域の内であっても外であってもよい。
【００５３】
視点設定部７２０は、両眼視点直線Ｌ１に右眼視点ＶＲおよび左眼視点ＶＬを設定する。この両眼視点直線Ｌ１は、当該第１平面から所定の高さＨに位置する第２平面上にあり、当該観察位置ＰＶから当該高さＨに位置する基準地点ＰＳを通る。かつ、この両眼視点直線Ｌ１は、当該第１平面上の対象画素ＰＸと当該観察位置ＰＶとを結ぶ線分Ｌ２に対する第１平面上の垂直線Ｌ３と平行または略平行な関係にある。当該高さＨは設計者により任意に設定されることができる。たとえば、当該高さＨは平均的な身長の人が直立した状態の両眼が位置する高さに設定されてもよい。
【００５４】
視点設定部７２０は、当該右眼視点ＶＲおよび当該左眼視点ＶＬを、当該両眼視点直線Ｌ１上に所定の間隔で位置し、かつ当該基準地点ＰＳから等間隔に位置する二地点に設定する。その二地点の距離も設計者により任意に設定されることができる。たとえば、当該二地点の距離は平均的な人の両眼の距離に設定されてもよい。
【００５５】
画素値取得部７３０は、当該右眼視点ＶＲと当該対象画素ＰＸとを通る右眼視線直線Ｌ４上および当該左眼視点ＶＬと当該対象画素ＰＸとを通る左眼視線直線Ｌ５上に存在するオブジェクトＯＢの表面と、当該右眼視線直線Ｌ４および当該左眼視線直線Ｌ５とのそれぞれの交点Ｐ４、Ｐ５の画素値を、当該対象画像ＰＸの、右眼用画像の画素値および左眼用画像の画素値として取得する。これらの画素値をすべての画素について取得することにより、右眼用画像および左眼用画像を生成することができる。なお、オブジェクトＯＢが当該右眼視点ＶＲおよび当該左眼視点ＶＬから見て投影面の奥に存在するのではなく、投影面の手前に存在する場合にも同様の原理で画素値を取得することができる。
【００５６】
図５に示したように第１アルゴリズムが適用される視差画像を生成する場合、視点設定部７２０は、すべての画素について両眼視点直線Ｌ１を上記垂直線Ｌ３と平行に描く必要がある。一方、図７に示したように第３アルゴリズムが適用される視差画像を生成する場合、視点設定部７２０は、分割された領域単位で、両眼視点直線Ｌ１の方向を固定することができ、当該右眼用視点ＶＲおよび当該左眼用視点ＶＬを固定することができる。この場合、視差画像生成にかかる演算量を低減することができ、その生成処理を高速化することができる。
【００５７】
ここまでコンピュータグラフィックを用いて視差画像を生成する例を説明したが、実写の視差画像を生成する場合にも同様に考えることができる。たとえば、第３アルゴリズムが適用される視差画像を実写で生成する場合、分割された領域ごとに当該右眼視点ＶＲおよび当該左眼視点ＶＬを共有して撮影し、領域ごとに撮影された、異なる視点の画像を合成すればよい。異なる視点の画像の境界を滑らかに合成できれば、その合成方法はとわない。たとえば、パノラマ合成を利用することができる。
【００５８】
図１６は、本発明の実施の形態に係る視差画像生成装置７００により視差画像を生成する過程を示す図（その２）である。図１６は、一つの画像ＰＸについて四つの視点（第１視点Ｖ１、第２視点Ｖ２、第３視点Ｖ３、および第４視点Ｖ４）の視差画像を生成する例である。
【００５９】
画素値取得部７３０は、第１視点Ｖ１と当該対象画素ＰＸとを通る第１視線直線Ｌ４１上および第２視点Ｖ２と当該対象画素ＰＸとを通る第２視線直線Ｌ４２上に存在するオブジェクトＯＢの表面と、第１視線直線Ｌ４１および第２視線直線Ｌ４２とのそれぞれの交点Ｐ４１、Ｐ４２の画素値を取得する。
【００６０】
同様に、画素値取得部７３０は、第３視点Ｖ３と当該対象画素ＰＸとを通る第３視線直線Ｌ４３上および第４視点Ｖ４と当該対象画素ＰＸとを通る第４視線直線Ｌ４４上に存在するオブジェクトＯＢの表面と、第３視線直線Ｌ４３および第４視線直線Ｌ４４とのそれぞれの交点Ｐ４３、Ｐ４４の画素値を取得する。このように、画素値取得部７３０は、当該対象画像ＰＸの、四つの視点からの画素値を取得することができる。
【００６１】
以上説明したように本実施の形態によれば、画素単位または領域単位で視差の方向が異なる視差画像を表示することにより、所定の観察位置からの視線方向に関わらず、立体画像を観察者に認識させることができる。とくに、床や天井に設置される、スクリーンやディスプレイに大きなサイズの立体画像を表示するアプリケーションに適している。
【００６２】
また、地面や上空の画像を本実施の形態に係る視差画像で表示することにより、全方位に表示される立体画像を定位置から視線方向を変えながら鑑賞するアプリケーションにも適している。たとえば、野球やサッカーの試合が行われている競技場全体、立体プラネタリウム、立体環境画像などを全方位に表示するアプリケーションに適している。また、視点を切り替える技術を合わせて用いることにより、自動車や飛行機の立体仮想ラジコンを観察者の周囲で移動させ、そのラジコンからの映像を鑑賞するアプリケーションにも利用することができる。
【００６３】
以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６４】
メガネ方式を採用した立体画像表示システム５００では、メガネに観察者の頭部の位置を検出するためのセンサを搭載し、そのセンサでその頭部の位置を検出することにより、視差画像の観察位置を、当該センサで検出された位置に切り替えることができる。図１６で説明したように複数の視点からの視差画像をあらかじめ用意し、検出された位置に応じた視点からの視差画像を選択して表示すればよい。この場合、観察者は観察位置を変更しても立体画像を認識し続けることができ、観察者は自由に移動することができる。
【００６５】
また、シャッタメガネ方式を採用した立体画像表示システム５００では、異なる観察位置にいる複数の観察者に対して立体画像を認識させることができる。たとえば、二組の視差画像を時分割に表示することにより、異なる観察位置にいる二人の観察者に対して立体画像を認識させることができる。より具体的には、第１右眼用画像、第１左眼用画像、第２右眼用画像、第２左眼用画像を時分割に表示し、一方の観察者に装着されるシャッタメガネは、第２右眼用画像および第２左眼用画像が表示される期間に両眼を遮り、第１右眼用画像が表示される期間に左眼を遮り、第１左眼用画像が表示される期間に右眼を遮るよう制御する。他方の観察者に装着されるシャッタメガネは、第１右眼用画像および第１左眼用画像が表示される期間に両眼を遮り、第２右眼用画像が表示される期間に左眼を遮り、第２左眼用画像が表示される期間に右眼を遮るよう制御する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】従来技術に係る、平面表示領域内に表示される視差画像の視差の方向と観察者からの視線方向を模擬的に描いた図（その１）である。
【図２】従来技術に係る、平面表示領域内に表示される視差画像の視差の方向と観察者からの視線方向を模擬的に描いた図（その２）である。
【図３】本発明の実施の形態に係る、平面表示領域内に表示される視差画像の視差の方向と観察者の右眼視点と左眼視点を模擬的に描いた図（その１）である。
【図４】本発明の実施の形態に係る、平面表示領域に表示される視差画像の視差の方向と観察者の右眼視点と左眼視点を模擬的に描いた図（その２）である。
【図５】実施の形態に係る、視差の方向を決定するための第１アルゴリズムを説明するための図である。
【図６】実施の形態に係る、視差の方向を決定するための第２アルゴリズムを説明するための図である。
【図７】実施の形態に係る、視差の方向を決定するための第３アルゴリズムを説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る、シャッタメガネ方式を採用した立体画像表示システムの第１構成例を示す図である。
【図９】図８のプロジェクタおよびシャッタメガネの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る、シャッタメガネ方式を採用した立体画像表示システムの第２構成例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る、シャッタメガネ方式を採用した立体画像表示システムの第３構成例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る、偏光メガネ方式を採用した立体画像表示システムの構成例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る、パラッラクスバリア方式を採用した立体画像表示システムの構成例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る視差画像生成装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る視差画像生成装置により視差画像を生成する過程を示す図（その１）である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る視差画像生成装置により視差画像を生成する過程を示す図（その２）である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  平面表示領域、  １００  プロジェクタ、  １００ａ  第１プロジェクタ、  １００ｂ  第２プロジェクタ、  １００ｃ  第３プロジェクタ、  １００ｄ  第４プロジェクタ、  １１０  視差画像入力部、  １２０  同期信号生成部、  １３０  画像切替部、  １４０  投影部、  １５０  同期信号送信部、  ２００  シャッタメガネ、  ２１０  同期信号受信部、  ２２０  シャッタ制御部、  ２３０  左眼用シャッタ、  ２４０  右眼用シャッタ、  ３００  ディスプレイ、  ３１０  円偏光板、  ４００  円偏光メガネ、  ５００  立体画像表示システム、  ６００  ディスプレイ、  ６１０  パラッラクスバリア、  ７００  視差画像生成装置、  ７１０  観察位置設定部、  ７２０  視点設定部、  ７３０  画素値取得部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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