(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両眼に接する仮想円を含む円筒面上の前記両眼から等距離にある輻輳点をそれぞれの目から見た視線に直交する仮想２次元平面である照射面に対して２次元入力画像を投影して前記両眼のそれぞれの目から前記円筒面上の点を見た画像と等価な照射画像をそれぞれ生成する照射面投影部と、
前記照射面投影部により生成された前記照射画像を表示面に対して投影して前記両眼のそれぞれに射影される表示画像を生成する表示面投影部と
を具備する立体視画像生成装置。
【請求項２】
前記照射画像の位置は、前記表示面と観察位置との距離として想定される観察距離に応じて設定される請求項１記載の立体視画像生成装置。
【請求項３】
前記表示面と観察位置との距離を前記観察距離として測定する観察距離測定部をさらに具備し、
前記照射画像の位置は、前記観察距離測定部により測定された前記観察距離に応じて設定される請求項２記載の立体視画像生成装置。
【請求項４】
テレビ放送受信機からの放送信号を前記２次元入力画像として受け付ける画像信号入力部をさらに具備する請求項１記載の立体視画像生成装置。
【請求項５】
照射面投影部が、両眼に接する仮想円を含む円筒面上の前記両眼から等距離にある輻輳点をそれぞれの目から見た視線に直交する仮想２次元平面である照射面に対して２次元入力画像を投影して前記両眼のそれぞれの目から前記円筒面上の点を見た画像と等価な照射画像をそれぞれ生成する照射面投影手順と、
表示面投影部が、前記照射面投影手順により生成された前記照射画像を表示面に対して投影して前記両眼のそれぞれに射影される表示画像を生成する表示面投影手順と
を具備する立体視画像生成方法。
【請求項６】
画像信号入力部が、テレビ放送受信機からの放送信号を前記２次元入力画像として受け付ける画像信号入力手順をさらに具備する請求項５記載の立体視画像生成方法。
【請求項７】
両眼に接する仮想円を含む円筒面上の前記両眼から等距離にある輻輳点をそれぞれの目から見た視線に直交する仮想２次元平面である照射面に対して２次元入力画像を投影して前記両眼のそれぞれの目から前記円筒面上の点を見た画像と等価な照射画像をそれぞれ生成する照射面投影手順と、
前記照射面投影手順により生成された前記照射画像を表示面に対して投影して前記両眼のそれぞれに射影される表示画像を生成する表示面投影手順と
をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項８】
両眼に接する仮想円を含む円筒面上の前記両眼から等距離にある輻輳点をそれぞれの目から見た視線に直交する仮想２次元平面である照射面に対して２次元入力画像を投影して前記両眼のそれぞれの目から前記円筒面上の点を見た画像と等価な照射画像をそれぞれ生成する照射面投影手順と、
前記照射面投影手順により生成された前記照射画像を表示面に対して投影して前記両眼のそれぞれに射影される表示画像を生成する表示面投影手順と
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項９】
両眼に接する仮想円を含む円筒面上の前記両眼から等距離にある輻輳点をそれぞれの目から見た視線に直交する仮想２次元平面である照射面に対して２次元入力画像を投影して前記両眼のそれぞれの目から前記円筒面上の点を見た画像と等価な照射画像をそれぞれ生成する照射面投影部と、
前記照射面投影部により生成された前記照射画像を表示面に対して投影して前記両眼のそれぞれに射影される表示画像を生成する表示面投影部と、
前記表示面投影部により生成された前記表示画像を表示する表示部と
を具備する立体映像表示装置。
【請求項１０】
テレビ放送受信機からの放送信号を前記２次元入力画像として受け付ける画像信号入力部をさらに具備する請求項９記載の立体映像表示装置。
【請求項１１】
前記表示面投影部は、右目に射影される表示画像を生成する表示面右目投影部と左目に射影される表示画像を生成する表示面左目投影部とを備え、
前記表示部は、前記表示面右目投影部の出力を右目画像として表示し、前記表示面左目投影部の出力を左目画像として表示する
請求項９記載の立体映像表示装置。
【請求項１２】
前記照射面投影部は、右目に対応する照射画像を生成するあおり面右目設定部と左目に対応する照射画像を生成するあおり面左目設定部とを備え、
前記表示面投影部は、前記あおり面右目設定部の出力から右目に射影される表示画像を生成する表示面右目投影部と前記あおり面左目設定部の出力から左目に射影される表示画像を生成する表示面左目投影部とを備え、
前記表示部は、前記表示面右目投影部の出力を右目画像として表示し、前記表示面左目投影部の出力を左目画像として表示する
請求項９記載の立体映像表示装置。
【請求項１３】
前記表示面と観察位置との距離を前記観察距離として測定する観察距離測定部をさらに具備し、
前記照射画像の位置は、前記観察距離測定部により測定された前記観察距離に応じて設定される
請求項９記載の立体映像表示装置。
【請求項１４】
前記表示部において表示すべき画像のソースを選択するソース選択部をさらに具備する請求項９記載の立体映像表示装置。
【請求項１５】
照射面投影部が、両眼に接する仮想円を含む円筒面上の前記両眼から等距離にある輻輳点をそれぞれの目から見た視線に直交する仮想２次元平面である照射面に対して２次元入力画像を投影して前記両眼のそれぞれの目から前記円筒面上の点を見た画像と等価な照射画像をそれぞれ生成する照射面投影手順と、
表示面投影部が、前記照射面投影手順により生成された前記照射画像を表示面に対して投影して前記両眼のそれぞれに射影される表示画像を生成する表示面投影手順と、
表示部が、前記表示面投影手順により生成された前記表示画像を表示する表示手順と
を具備する立体映像表示方法。
【請求項１６】
画像信号入力部が、テレビ放送受信機からの放送信号を前記２次元入力画像として受け付ける画像信号入力手順をさらに具備する請求項１５記載の立体映像表示方法。
【請求項１７】
前記表示面投影手順は、右目に射影される表示画像を生成する表示面右目投影手順と左目に射影される表示画像を生成する表示面左目投影手順とを備え、
前記表示手順は、前記表示面右目投影手順における出力を右目画像として表示し、前記表示面左目投影手順における出力を左目画像として表示する
請求項１５記載の立体映像表示方法。
【請求項１８】
前記照射面投影手順は、右目に対応する照射画像を生成するあおり面右目設定手順と左目に対応する照射画像を生成するあおり面左目設定手順とを備え、
前記表示面投影手順は、前記あおり面右目設定手順における出力から右目に射影される表示画像を生成する表示面右目投影手順と前記あおり面左目設定手順における出力から左目に射影される表示画像を生成する表示面左目投影手順とを備え、
前記表示手順は、前記表示面右目投影手順における出力を右目画像として表示し、前記表示面左目投影手順における出力を左目画像として表示する
請求項１５記載の立体映像表示方法。
【請求項１９】
観察距離測定部が、前記表示面と観察位置との距離を前記観察距離として測定する観察距離測定手順をさらに具備し、
前記照射画像の位置は、前記観察距離測定手順において測定された前記観察距離に応じて設定される
請求項１５記載の立体映像表示方法。
【請求項２０】
ソース選択部が、前記表示手順において表示すべき画像のソースを選択するソース選択手順をさらに具備する請求項１５記載の立体映像表示方法。
【請求項２１】
両眼に接する仮想円を含む円筒面上の前記両眼から等距離にある輻輳点をそれぞれの目から見た視線に直交する仮想２次元平面である照射面に対して２次元入力画像を投影して前記両眼のそれぞれの目から前記円筒面上の点を見た画像と等価な照射画像をそれぞれ生成する照射面投影手順と、
前記照射面投影手順により生成された前記照射画像を表示面に対して投影して前記両眼のそれぞれに射影される表示画像を生成する表示面投影手順と、
前記表示面投影手順により生成された前記表示画像を表示する表示手順と
をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項２２】
両眼に接する仮想円を含む円筒面上の前記両眼から等距離にある輻輳点をそれぞれの目から見た視線に直交する仮想２次元平面である照射面に対して２次元入力画像を投影して前記両眼のそれぞれの目から前記円筒面上の点を見た画像と等価な照射画像をそれぞれ生成する照射面投影手順と、
前記照射面投影手順により生成された前記照射画像を表示面に対して投影して前記両眼のそれぞれに射影される表示画像を生成する表示面投影手順と、
前記表示面投影手順により生成された前記表示画像を表示する表示手順と
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体視画像生成装置に関し、特に非立体画像から立体視画像を生成する立体視画像生成装置、および、その処理方法ならびに当該方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイ装置の大型化または広視野角化が進み、従来よりも臨場感の高い画像表示が可能になりつつある。しかし、従来のディスプレイ装置では、ディスプレイ装置の表示面上に画像があるように強制的に知覚されてしまい、影や構図などの感覚的立体視要素による立体感発生が阻害されるおそれがある。これは、両眼からディスプレイ装置の表示面を知覚した際の輻輳角の変化や、両眼視差による歪の発生といった、生理的立体視要素から生じる影響によるものと考えられる。
【０００３】
このような生理的立体視要素による影響を取り除くための光学的装置としてシノプター（synopter）と呼ばれる立体視鏡が知られている。シノプターは、ハーフミラーを組み合わせることにより、同一位置において受けた光を両眼に分けて供給するものである。このシノプターによれば、両眼の網膜像が同一になり、非立体画像に対して立体視的な深みを与え得ることが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Jan J Koenderink他著，「On so-called paradoxical monocular stereoscopy」，Perception，Pion Publication（英国），１９９４年，第２３巻，ｐ．５８３−５９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、シノプターなどの光学的装置によれば、生理的立体視要素による影響を取り除いて両眼の網膜像を同一にすることにより、非立体画像から立体視的な深みを得ることができる。このような光学的装置によれば簡易な機構により立体視を実現することができるが、その反面、ディスプレイ装置側には自由度がなく、それ以上の視覚効果を得ることは難しくなる。
【０００６】
そこで、本発明では、画像処理によって生理的立体視要素の影響を取り除くことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その第１の側面は、両眼に接する仮想円を含む円筒面に対して２次元入力画像を投影して円筒画像を生成する円筒面投影部と、上記両眼のそれぞれを基準として上記円筒画像を表示面に対して投影して上記両眼のそれぞれに射影される表示画像を生成する表示面投影部とを具備する立体視画像生成装置、その立体視画像生成方法またはプログラムである。これにより、両眼のそれぞれに同一の網膜像を供給して、生理的立体視要素から生じる影響を取り除くという作用をもたらす。
【０００８】
また、この第１の側面において、上記仮想円の半径は、想定される観察距離または表示サイズに応じて設定されてもよい。これにより、観察距離または表示サイズに適した画像を表示させるという作用をもたらす。この場合において、この第１の側面において、上記表示面と観察位置との距離を測定する観察距離測定部をさらに具備し、上記仮想円の半径は、上記観察距離測定部により測定された観察距離に応じて設定されてもよい。これにより、測定された観察距離に適した画像を表示させるという作用をもたらす。
【０００９】
また、この第１の側面において、上記仮想円の半径は、上記表示画像の歪度が所定の閾値より小さくなるように設定されてもよい。これにより、歪が許容できる範囲内において画像を表示させるという作用をもたらす。
【００１０】
また、この第１の側面において、上記２次元入力画像から奥行き情報を生成する奥行き情報生成部と、上記奥行き情報を上記円筒画像に合成する奥行き情報合成部とをさらに具備し、上記表示面投影部は、上記奥行き情報が合成された円筒画像を表示面に対して投影して上記表示画像を生成してもよい。これにより、さらに立体感を増強した画像を表示させるという作用をもたらす。
【００１１】
また、本発明の第２の側面は、両眼のそれぞれの視線に直交する２次元平面に対して２次元入力画像を投影して両眼のそれぞれに対応する照射画像を生成する照射面投影部と、上記両眼のそれぞれを基準として対応する上記照射画像を表示面に対して投影して上記両眼のそれぞれに射影される表示画像を生成する表示面投影部とを具備する立体視画像生成装置、その立体視画像生成方法またはプログラムである。これにより、両眼のそれぞれに同一の網膜像を供給して、生理的立体視要素から生じる影響を取り除くという作用をもたらす。
【００１２】
また、この第２の側面において、上記照射画像の位置は、想定される観察距離に応じて設定されてもよい。これにより、観察距離に適した画像を表示させるという作用をもたらす。この場合において、上記表示面と観察位置との距離を測定する観察距離測定部をさらに具備し、上記照射画像の位置は、上記観察距離測定部により測定された観察距離に応じて設定されてもよい。これにより、測定された観察距離に適した画像を表示させるという作用をもたらす。
【００１３】
また、本発明の第３の側面は、表示面から右目および左目のそれぞれに投影される映像が同一となるように２次元入力画像を変換してそれぞれ右目画像および左目画像を生成する立体視画像生成装置、その立体視画像生成方法またはプログラムである。これにより、両眼のそれぞれに同一の網膜像を供給して、生理的立体視要素から生じる影響を取り除くという作用をもたらす。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、画像処理によって生理的立体視要素の影響を取り除くことができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態における立体視画像生成装置の一構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第１の実施例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第１の実施例のホロプター面への投影の一態様を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第１の実施例のホロプター面への投影の具体例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第１の実施例の表示面への投影の一態様を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第１の実施例の表示面への投影の具体例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第１の実施例による処理手順例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第２の実施例を示す図である。
【図９】ホロプター円の大きさと輻輳点の位置との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第２の実施例のホロプター面への投影の一態様を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第２の実施例のホロプター面への投影の具体例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第３の実施例を示す図である。
【図１３】ホロプター円と画像の歪度の関係例を示す図である。
【図１４】角度θと画像の歪度Ｑの関係例を示す図である。
【図１５】ホロプター円と円周角の関係例を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第４の実施例を示す図である。
【図１７】ホロプター円と表示面の関係例を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第５の実施例を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第５の実施例のあおり面への投影の一態様を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第５の実施例のあおり面への投影の具体例を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第５の実施例の表示面への投影の具体例を示す図である。
【図２２】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第５の実施例による処理手順例を示す図である。
【図２３】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例による処理の概要を示す図である。
【図２５】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例によるホロプター面の深度マップの一例を示す図である。
【図２６】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例による奥行き情報の推定例を示す図である。
【図２７】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例の深度マップ合成部３６３の一構成例を示す図である。
【図２８】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例による立体画像の生成例を示す図である。
【図２９】本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例による立体画像の他の生成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態における立体視画像生成装置の一構成例を示す図である。この立体視画像生成装置は、画像信号入力部１１０と、信号処理部１２０と、三次元変換部１３０と、パラメータ設定部１４０と、観察距離測定部１５０と、後処理部１６０と、フォーマット変換部１７０と、ソース選択部１８０と、表示部１９０とを備えている。
【００１８】
画像信号入力部１１０は、非立体画像の画像信号入力を受け付けるものである。入力される非立体画像は、静止画に限定されず、動画であってもよい。非立体画像のソース機器としては、テレビ放送受信機、映像再生装置（プレーヤ）または撮像装置（カムコーダ：CAMera and reCORDER）などが想定される。
【００１９】
信号処理部１２０は、入力された非立体画像に対して所定の信号処理を施すものである。この信号処理として、例えば、ホワイトバランス調節、ノイズ軽減処理、レベル補正処理およびガンマ補正処理等が想定される。
【００２０】
三次元変換部１３０は、本発明の特徴的部分であり、二次元の非立体画像を三次元に変換するものである。この三次元変換部１３０における三次元変換処理により、非立体画像に基づく三次元画像が生成される。この三次元画像として、例えば、左目用の画像と右目用の画像とが得られる。
【００２１】
パラメータ設定部１４０は、三次元変換部１３０における三次元変換処理に必要なパラメータを設定するものである。そのようなパラメータとしては、例えば、後述するホロプター円を特定するための半径などが想定される。
【００２２】
観察距離測定部１５０は、表示部１９０と視聴者の観察位置との間の距離を測定するものである。この観察距離測定部１５０により測定された観察距離に基づいて、三次元変換部１３０における三次元変換処理を行うことができる。ただし、観察距離を実測せずに、予め想定された観察距離を用いるようにしてもよい。
【００２３】
後処理部１６０は、三次元変換部１３０における三次元変換処理により得られた三次元画像に対して、エリアシング（aliasing）を防ぐための後処理を行うものである。例えば、表示部１９０において１ライン毎に左目用の画像と右目用の画像とを交互に表示することを想定すると、エリアシングによるジャギー（階段状のギザギザ）が表示されるおそれがある。これを防ぐために、後処理部１６０は、垂直方向にフィルタをかけて画像の変化を滑らかにする。
【００２４】
フォーマット変換部１７０は、三次元画像を表示部１９０の対応するフォーマットに変換するものである。このフォーマット変換部１７０は、表示部１９０の対応するフォーマットに合わせて、例えば、左目用の画像と右目用の画像とが１ライン毎に交互に配置されるように変換することができる。
【００２５】
ソース選択部１８０は、表示すべき画像をソースとして選択するものである。すなわち、このソース選択部１８０は、非立体画像をそのまま表示する場合には信号処理部１２０の出力を選択し、立体視のための三次元画像を表示する場合にはフォーマット変換部１７０の出力を選択する。
【００２６】
表示部１９０は、画像を表示するディスプレイである。ここでは、表示部１９０として、立体視のための三次元画像を表示する機能を有することを前提とするが、その機能の実現手段は特に限定されない。例えば、特開２００２−３６５５９３号公報に記載されているように、１ライン置きに分割波長板を配設し、表示画面の偶数ラインと奇数ラインからの直線偏光を互いに直交するものに変換して、両眼に異なる画像の光を入射させることが考えられる。
【００２７】
図２は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第１の実施例を示す図である。この三次元変換部１３０の第１の実施例は、ホロプター面画像投影部３１１と、表示面右目投影部３１６と、表示面左目投影部３１７とを備える。
【００２８】
ホロプター面画像投影部３１１は、信号処理部１２０から信号線１２９を介して供給された非立体画像を、ホロプター円（horopter）を含む円筒面に投影するものである。ホロプター円とは両眼に接する円周であり、このホロプター円上の点に対する両眼網膜像は同一になることが知られている。この円筒面をホロプター面と呼称し、ホロプター面に投影された画像をホロプター画像と呼称する。また、両眼の視線の交点を輻輳点と呼称し、その成す角を輻輳角または円周角と呼称する。ホロプター円上では、輻輳角は等しくなる。この第１の実施例では、ホロプター円情報によりホロプター円の大きさを特定する。また、両眼間距離「２ａ」により両眼との相対的位置関係を特定する。これらホロプター円情報および両眼間距離「２ａ」は、信号線１４９を介してパラメータ設定部１４０から供給される。なお、以下では、ホロプター円情報として半径「ｒ」を用いてホロプター円の大きさを特定しているが、両眼の中心からホロプター円の頂点までの距離や円周角などを用いてホロプター円の大きさを特定してもよい。なお、ホロプター面画像投影部３１１は、特許請求の範囲に記載の円筒面投影部の一例である。
【００２９】
表示面右目投影部３１６は、ホロプター画像を右目用の表示面に投影するものである。表示面左目投影部３１７は、ホロプター画像を左目用の表示面に投影するものである。表示面右目投影部３１６および表示面左目投影部３１７は、両眼間距離「２ａ」、ホロプター円の半径「ｒ」、想定される観察距離「ｄ」に基づいて、右目用および左目用の表示面への投影を行う。右目用の表示面に投影された画像を右目画像と呼称し、左目用の表示面に投影された画像を左目画像と呼称する。これら右目画像および左目画像は、信号線１３９を介して後処理部１６０に供給される。なお、表示面右目投影部３１６および表示面左目投影部３１７は、特許請求の範囲に記載の表示面投影部の一例である。
【００３０】
図３は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第１の実施例のホロプター面への投影の一態様を示す図である。ホロプター円５２０は、右目５１１、左目５１２、および、輻輳点５３１（頂点）または５３２を通る円である。ここで、右目５１１および左目５１２は、両眼の中央から「ａ」ずつ離れていることを想定している。すなわち両眼間距離は「２ａ」である。また、ホロプター円５２０の半径は「ｒ」である。
【００３１】
このホロプター円５２０上の点に対する右目５１１および左目５１２の両眼網膜像は同一になる。これは、ホロプター円５２０上の点を輻輳点とした場合の輻輳角が常に等しいからである。例えば、輻輳点５３１に対する輻輳角５３３と、輻輳点５３２に対する輻輳角５３４とは等しくなる。このようなホロプター円５２０を含む円筒面（ホロプター面）に非立体画像をホロプター画像５３０として投影することにより、右目５１１および左目５１２には両眼視差のない同一の網膜像を形成することができる。
【００３２】
図４は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第１の実施例のホロプター面への投影の具体例を示す図である。
【００３３】
図４（ａ）は、信号処理部１２０から信号線１２９を介して供給される入力画像Ｉ（ｐ，ｑ）の座標系を示している。入力画像は非立体画像であるため、二次元の座標系を用いている。座標系の原点は入力画像の中央点に設定されている。また、入力画像サイズ（幅）は「２Ｌ」を想定している。
【００３４】
図４（ｂ）は、ホロプター画像５３０が投影されるホロプター面の座標系を示している。ホロプター面は三次元になるため、ここでは（ｘ，ｙ，ｚ）の三次元の座標系を用いている。座標系の原点はホロプター円５２０の中心に設定されている。図４（ｂ）は、ホロプター面に対する垂直方向、すなわち、ｙ軸の垂直方向から見た図になっている。
【００３５】
このとき、ホロプター画像Ｈ（ｘ，ｙ，ｚ）は、半径ｒのホロプター円に入力画像Ｉ（ｐ，ｑ）を投影したものであり、次式により表される。
Ｈ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ｉ（（π／２−ψ）×ｒ，ｙ）
ただし、
ｚ2＋ｘ2＝ｒ2
ψ＝ｔａｎ-1（ｚ／ｘ）
である。
【００３６】
なお、ここでは、入力画像サイズ（幅）「２Ｌ」は、表示面サイズ（幅）と等倍であることを想定したが、前段に入力画像をスケーリングする機能を設けることにより、画像の物理サイズを変更するようにしてもよい。
【００３７】
図５は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第１の実施例の表示面への投影の一態様を示す図である。
【００３８】
ここでは、ホロプター円５２０上の輻輳点５３２を表示面５４０に投影することを考える。輻輳点５３２から右目５１１に形成される像は、表示面５４０上では表示位置５４１に表示される。一方、輻輳点５３２から左目５１２に形成される像は、表示面５４０上では表示位置５４２に表示される。すなわち、同一のホロプター画像５３０であっても、表示面５４０に表示されるべき画像は、右目５１１と左目５１２とで基本的に異なる画像になる。
【００３９】
図６は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第１の実施例の表示面への投影の具体例を示す図である。
【００４０】
図６（ａ）は、ホロプター面および表示面の座標系を示している。ここでは（ｘ，ｙ，ｚ）の三次元の座標系を用いているが、図４（ａ）の場合と異なり、ｘｙ平面上の原点の位置は右目５１１と左目５１２の中間点に設定されている。ここで、この座標系における原点とホロプター円５２０の中心との距離ｃは、
ｃ＝（ｒ2−ａ2）1/2
となる。
【００４１】
図６（ｂ）は、表示面に投影された表示画像Ｊ（ｓ，ｔ）の座標系を示している。表示画像は、右目５１１および左目５１２のそれぞれに関して得られる。それぞれは二次元画像であるため、二次元の座標系を用いている。座標系の原点は表示画像の中央点に設定されている。
【００４２】
このとき、右目５１１からホロプター画像上の位置Ｈ（ｘ0，ｙ0，ｚ0）を通って投影される表示面５４０上の位置Ｄ（ｘR，ｙR，ｚR）は、次式により与えられる。
Ｄ（ｘR，ｙR，ｚR）＝Ｊ（ｘR，ｙR）＝Ｈ（ｘ0，ｙ0，ｚ0）
【００４３】
また、視聴者の観察位置との間の距離が観察距離ｄであることから、ｚR＝ｄであり、以下の式が成り立つ。
（ｘ0−ａ）／（ｘR−ａ）＝ｙ0／ｙR＝ｚ0／ｄ
ｘ02＋（ｚ0−ｃ）2＝ｒ2
ｚ0＞０
【００４４】
これにより、表示面５４０上の位置Ｄ（ｘR，ｙR，ｚR）に投影すべき画像を、位置Ｈ（ｘ0，ｙ0，ｚ0）から求めることができる。すなわち、｛ｘR，ｙR，ｚR｝から｛ｘ0，ｙ0，ｚ0｝を求めることになる。
【００４５】
なお、ここでは、右目５１１から投影される位置Ｄ（ｘR，ｙR，ｚR）について説明したが、左目５１２からホロプター画像上の位置Ｈ（ｘ0，ｙ0，ｚ0）を通って投影される表示面５４０上の位置Ｄ（ｘL，ｙL，ｚL）についても同様に求めることができる。
【００４６】
また、ここでは、半径「ｒ」によってホロプター円の大きさを特定する例を挙げて説明したが、上述のように、両眼の中心からホロプター円の頂点までの距離や円周角などを用いてホロプター円の大きさを特定してもよい。両眼の中心から輻輳点までの距離ｆは、次式により与えられる。
ｆ＝ｒ＋ｃ
＝ｒ＋（ｒ2−ａ2）1/2
ｒを左辺に移動して両辺を二乗すると、
ｆ2−２ｒｆ＋ｒ2＝ｒ2−ａ2
ｒ＝（ｆ2＋ａ2）／２ｆ
となるため、両眼の中心から輻輳点までの距離「ｆ」と両眼間距離「２ａ」とから半径「ｒ」を求めることができる。円周角と半径との関係については、次の実施例（図１５）において説明する。
【００４７】
図７は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第１の実施例による処理手順例を示す図である。
【００４８】
まず、信号処理部１２０から信号線１２９を介して入力画像Ｉ（ｐ，ｑ）が入力されると（ステップＳ９１１）、入力画像Ｉ（ｐ，ｑ）はホロプター面にホロプター画像Ｈ（ｘ，ｙ，ｚ）として投射される（ステップＳ９１２）。なお、ステップＳ９１２は、特許請求の範囲に記載の円筒面投影手順の一例である。
【００４９】
そして、右目および左目のそれぞれについて以下のようにして表示画像が生成される（ループＬ９０１）。まず、右目５１１からホロプター画像上の位置Ｈ（ｘ0，ｙ0，ｚ0）を通って投影される表示面５４０上に対して透視変換が行われ、三次元上の位置Ｄ（ｘR，ｙR，ｚR）が得られる（ステップＳ９１３）。そして、この三次元上の位置から、表示面の二次元の表示画像Ｊ（ｘR，ｙR）が得られる（ステップＳ９１４）。同様に、左目５１２からホロプター画像上の位置Ｈ（ｘ0，ｙ0，ｚ0）を通って投影される表示面５４０上に対して透視変換が行われ、三次元上の位置Ｄ（ｘL，ｙL，ｚL）が得られる（ステップＳ９１３）。そして、この三次元上の位置から、表示面の二次元の表示画像Ｊ（ｘL，ｙL）が得られる（ステップＳ９１４）。なお、ステップＳ９１３およびＳ９１４は、特許請求の範囲に記載の表示面投影手順の一例である。
【００５０】
このように、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第１の実施例では、ホロプター円情報により特定されるホロプター円５２０に対して非立体画像をホロプター画像として投影する。そして、実測もしくは推定された観察距離における表示面にホロプター画像を投影することにより、右目５１１および左目５１２に対する立体画像を生成することができる。
【００５１】
図８は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第２の実施例を示す図である。この三次元変換部１３０の第２の実施例は、ホロプター面画像投影部３２１と、輻輳点設定部３２２と、表示面右目投影部３２６と、表示面左目投影部３２７とを備える。
【００５２】
ホロプター面画像投影部３２１は、ホロプター面画像投影部３１１と同様に、信号処理部１２０から信号線１２９を介して供給された非立体画像を、ホロプター円を含む円筒面に投影するものである。この第２の実施例では、輻輳点設定部３２２により設定された輻輳点に基づく半径「ｒ」を用いてホロプター円を特定する。なお、ホロプター面画像投影部３２１は、特許請求の範囲に記載の円筒面投影部の一例である。
【００５３】
輻輳点設定部３２２は、輻輳点を設定してこの輻輳点に基づく半径「ｒ」を供給するものである。この輻輳点設定部３２２は、両眼間距離「２ａ」、観察距離「ｄ」、表示面サイズ「２Ｍ」および入力画像サイズ「２Ｌ」によって輻輳点を設定する。
【００５４】
表示面右目投影部３２６および表示面左目投影部３２７は、第１の実施例と同様に、ホロプター画像を右目用または左目用の表示面に投影するものである。なお、表示面右目投影部３２６および表示面左目投影部３２７は、特許請求の範囲に記載の表示面投影部の一例である。
【００５５】
図９は、ホロプター円の大きさと輻輳点の位置との関係を示す図である。ホロプター円は、両眼間距離および半径によって一意に特定される。したがって、半径を固定しない場合には、同図のように、両眼を通るホロプター円は何通りも想定することができる。一般に、輻輳点が近いほど輻輳角は広くなり、半径は小さくなる。
【００５６】
ここで、入力画像サイズを固定した上でこれをホロプター円に投影すると、同図のように、表示面におけるサイズ（幅）がホロプター円毎に異なることがわかる。すなわち、ホロプター円５２１のように輻輳点が近いほど表示面のサイズ（幅）は広くなり、ホロプター円５２２のように輻輳点が遠いほど表示面のサイズ（幅）は小さくなる。そこで、入力画像を表示面一杯に表示することを目的として、表示面上の投影サイズから逆算してホロプター円の輻輳点を設定するのがこの第２の実施例である。
【００５７】
図１０は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第２の実施例のホロプター面への投影の一態様を示す図である。ここでは、まず、入力画像サイズ（幅）を「２Ｌ」として、表示面上に投影されるサイズ（幅）「２ｍ」がどのような式で表されるかを考える。
【００５８】
ホロプター円の内部において、長さｐ、ｑ、ｒの各辺からなる直角三角形を想定すると、ｐおよびｑは次式により表される。
ｐ＝ｒ・ｓｉｎφ
ｑ＝ｒ・ｃｏｓφ
ここで、角度φは、長さｑおよびｒの両辺のなす角である。この角度φは次式により表される。
φ＝（Ｌ／（２πｒ））・２π＝Ｌ／ｒ
【００５９】
また、表示面上に投影されるサイズ（幅）「２ｍ」のうち、上述の直角三角形を通過する部分をｘとし、その右部分をｙとする。直角三角形における相似関係から、
ｐ：ｘ＝ｑ：（ｄ−ｃ）
したがって、ｘは次式により与えられる。
ｘ＝ｐ・（ｄ−ｃ）／ｑ
【００６０】
また、頂点Ｔの直角三角形における相似関係から、
ｔ：ａ＝（ｔ＋ｃ）：ｓ
ｔ：ａ＝（ｔ＋ｃ＋ｑ）：ｐ
したがって、ｓは次式により得られる。
ｓ＝（（ｐ−ａ）／（ａ・（ｃ＋ｑ）））・（（ａ・（ｃ＋ｑ）／（ｐ−ａ））＋ｃ）・ａ
＝（ａ・ｑ−ｃ・ｐ）／（ｃ＋ｑ）
【００６１】
また、長さｓおよび半径ｒの各辺によって形成される三角形における相似関係から、
ｓ：ｙ＝ｑ：（ｑ−（ｄ−ｃ））
したがって、ｙは次式により与えられる。
ｙ＝（（ｑ−ｄ＋ｃ）／ｑ）・ｓ
＝（（ｑ−ｄ＋ｃ）・（ａ・ｑ−ｃ・ｐ））／（ｑ・（ｃ＋ｑ））
【００６２】
このようにして得られたｘとｙを加算したものが表示面上に投影されるサイズ（幅）の半分「ｍ」となる。
ｍ＝ｘ＋ｙ
＝ｐ・（ｄ−ｃ）／ｑ
＋（（ｑ−ｄ＋ｃ）・（ａ・ｑ−ｃ・ｐ））／（ｑ・（ｃ＋ｑ））
【００６３】
図１１は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第２の実施例のホロプター面への投影の具体例を示す図である。第２の実施例では、上述のように、表示面５４０上の投影幅が表示面５４０一杯に表示されるように輻輳点を設定する。したがって、同図に示すように、表示面５４０自体の幅「２Ｍ」と、上式により得られた表示面上の投影幅「２ｍ」とを一致させることになる。
【００６４】
輻輳点設定部３２２には、表示面５４０のサイズ（幅）「２Ｍ」、入力画像サイズ（幅）「２Ｌ」、両眼間距離「２ａ」、観察距離「ｄ」が与えられるため、上式により得られた表示面上の投影サイズ（幅）「２ｍ」が「２Ｍ」と一致するようにして、ホロプター円の半径ｒを求めることができる。
【００６５】
このように、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第２の実施例では、表示面５４０のサイズを予め想定することにより、表示面５４０上の投影画像が表示面５４０一杯に表示されるような輻輳点を設定し、ホロプター円を一意に特定することができる。
【００６６】
図１２は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第３の実施例を示す図である。この三次元変換部１３０の第３の実施例は、表示面における画像の歪度が大きくならないように輻輳点を定めるものである。両眼の各眼の真正面からずれるほど、画像の中央と周辺との間の歪度が大きくなるため、この歪度が許容範囲内に収まるように輻輳点が設定される。この三次元変換部１３０の第３の実施例は、ホロプター面画像投影部３３１と、輻輳点設定部３３２と、表示面右目投影部３３６と、表示面左目投影部３３７とを備える。
【００６７】
ホロプター面画像投影部３３１は、ホロプター面画像投影部３１１と同様に、信号処理部１２０から信号線１２９を介して供給された非立体画像を、ホロプター円を含む円筒面に投影するものである。この第３の実施例では、輻輳点設定部３３２により設定された輻輳点に基づく円周角「τ」を用いてホロプター円を特定する。なお、ホロプター面画像投影部３３１は、特許請求の範囲に記載の円筒面投影部の一例である。
【００６８】
輻輳点設定部３３２は、輻輳点を設定してこの輻輳点に基づく円周角「τ」を供給するものである。この輻輳点設定部３３２は、両眼間距離「２ａ」、観察距離「ｄ」、最大歪度「Ｑｍａｘ」および微小角度「δ」によって輻輳点を設定する。設定の詳細については次図により説明する。
【００６９】
表示面右目投影部３３６および表示面左目投影部３３７は、第１の実施例と同様に、ホロプター画像を右目用または左目用の表示面に投影するものである。なお、ここでは、輻輳点設定部３３２から供給される円周角「τ」を用いて表示面への投影を行っているが、第１の実施例における半径「ｒ」と本実施例における円周角「τ」は輻輳点を設定するという意味では等価である。したがって、両者を適宜入れ換えて使用してもよい。なお、表示面右目投影部３３６および表示面左目投影部３３７は、特許請求の範囲に記載の表示面投影部の一例である。
【００７０】
図１３は、ホロプター円と画像の歪度の関係例を示す図である。ここでは、左目５１２に関して歪度を求めるが、右目５１１についても同様である。
【００７１】
左目５１２から真正面を見たホロプター円上の位置５３５と、その位置から角度θ回転した位置５３６において、それぞれ微小角度「δ」ずれた場合の、表示面５４０上の距離を比較する。位置５３５において微小角度「δ」ずれた場合、ホロプター円の中心点ｏの見込角は「２δ」となるから、ホロプター円上の位置５３５では「２δｒ」のずれが生じる。この点、位置５３６において微小角度「δ」ずれた場合も、ホロプター円の中心点ｏの見込角は「２δ」となるから、ホロプター円上の位置５３６では同様に「２δｒ」のずれが生じる。
【００７２】
ホロプター円上の位置５３５に対応する表示面５４０上の位置５４５では、観察距離「ｄ」を一辺とし、角度「δ／２」を有する直角三角形を想定すると、ずれ幅Ｑ１は次式のようになる。
Ｑ１＝２ｄ・ｔａｎ（δ／２）
【００７３】
一方、ホロプター円上の位置５３６に対応する表示面５４０上の位置５４６では、観察距離「ｄ」を一辺とし、角度「θ」を有する直角三角形を想定すると、ずれ幅Ｑ２は次式のようになる。
Ｑ２＝２ｄ・（ｔａｎθ−ｔａｎ（θ−δ／２））
【００７４】
したがって、歪度Ｑは、次式により得られる。
Ｑ＝Ｑ２／Ｑ１
＝（２ｄ・（ｔａｎθ−ｔａｎ（θ−δ／２）））／（２ｄ・ｔａｎ（δ／２））
＝（ｔａｎθ−ｔａｎ（θ−δ／２））／ｔａｎ（δ／２）
【００７５】
図１４は、角度θと画像の歪度Ｑの関係例を示す図である。ここでは、図１３において微小角度δを「０．０１」として、角度θを「−７０°」から「＋７０°」まで変化させた場合の歪度Ｑを示している。
【００７６】
この例からもわかるように、眼の真正面からずれるほど、画像の中央と周辺との間の歪度Ｑが大きくなっている。そこで、この第３の実施例では、歪度の閾値として最大歪度「Ｑｍａｘ」を与え、歪度がこれより小さくなるように角度θを設定する。
【００７７】
図１５は、ホロプター円と円周角の関係例を示す図である。円周角が「τ」であるとすると、右目５１１と左目５１２とからホロプター円５２０の中心点ｏを見込んだ角は「２τ」である。この角は、中心点ｏから両眼の中心への垂線によって２等分され、それぞれ「τ」となる。この図では、左目５１２を基準とした「τ」について示している。
【００７８】
右目５１１および左目５１２の中心線とホロプター円５２０との交点５３７と、左目５１２と、ホロプター円５２０の中心点ｏとからなる三角形に注目すると、交点５３７および左目５１２における角度は何れも「τ／２」となる。左目５１２から真正面を見たホロプター円上の位置５３５と左目５１２とを結ぶ直線が、右目５１１および左目５１２の中心線と並行であることから、交点５３７と入力画像の端点５３８とによって左目５１２において形成される角度は「θ−τ／２」となる。ただし、角度θは、位置５３５と入力画像の端点５３８とによって左目５１２において形成される角度である。したがって、交点５３７と入力画像の端点５３８とからホロプター円５２０の中心点ｏを見込んだ角度は「２・（θ−τ／２）」となる。この場合の円弧が入力画像のサイズ（幅）の「Ｌ」と一致することから次式が成り立つ。
２・（θ−τ／２）・ｒ＝Ｌ
【００７９】
また、右目５１１および左目５１２の中心点と、ホロプター円５２０の中心点ｏと、左目５１２とからなる直角三角形に注目すると、半径ｒは次式により表される。すなわち、円周角「τ」と両眼間距離「２ａ」とから半径「ｒ」を求めることができることがわかる。
ｒ＝ａ／ｓｉｎ（τ）
したがって、上の２式から半径ｒを消去して、次式が得られる。
２・（θ−τ／２）・（ａ／ｓｉｎ（τ））＝Ｌ
上式より、角度「θ」、両眼間距離の半分「ａ」、および、入力画像のサイズ「Ｌ」が既知であれば、円周角「τ」が得られることがわかる。
【００８０】
このように、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第３の実施例では、微小角度「δ」および最大歪度「Ｑｍａｘ」を与えることにより、画面中央と周辺の歪が最大歪度以下となるように輻輳点を設定し、ホロプター円を特定することができる。
【００８１】
図１６は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第４の実施例を示す図である。この三次元変換部１３０の第４の実施例は、表示面における画像の歪が大きくならないように輻輳点を定めるとともに、入力画像が表示面一杯に表示されるように入力画像のサイズ（幅）をスケーリングするものである。この三次元変換部１３０の第４の実施例は、ホロプター面画像投影部３４１と、輻輳点設定部３４２と、スケーリング部３４３と、表示面右目投影部３４６と、表示面左目投影部３４７とを備える。
【００８２】
輻輳点設定部３４２は、輻輳点を設定してこの輻輳点に基づく半径「ｒ」および角度「θ」を供給するものである。この輻輳点設定部３４２は、両眼間距離「２ａ」、観察距離「ｄ」、最大歪度「Ｑｍａｘ」、微小角度「δ」および表示面サイズ「２Ｍ」によって輻輳点を設定する。
【００８３】
スケーリング部３４３は、信号処理部１２０から信号線１２９を介して供給された非立体画像を、輻輳点設定部３４２によって設定された輻輳点に応じて拡大または縮小（スケーリング）するものである。
【００８４】
ホロプター面画像投影部３４１は、スケーリング部３４３によってスケーリングされた非立体画像を、ホロプター円を含む円筒面に投影するものである。なお、ホロプター面画像投影部３４１は、特許請求の範囲に記載の円筒面投影部の一例である。
【００８５】
表示面右目投影部３４６および表示面左目投影部３４７は、第１の実施例と同様に、ホロプター画像を右目用または左目用の表示面に投影するものである。なお、表示面右目投影部３４６および表示面左目投影部３４７は、特許請求の範囲に記載の表示面投影部の一例である。
【００８６】
図１７は、ホロプター円と表示面の関係例を示す図である。この第４の実施例では、第３の実施例と同様に、微小角度「δ」に対して歪度が最大歪度「Ｑｍａｘ」よりも小さくなるように角度「θ」が決定される。そして、この角度「θ」に基づいて、ホロプター円が決定されるとともに、入力画像のサイズが決定される。
【００８７】
入力画像の端点５３８はホロプター円５２０上にあるため、右目５１１と左目５１２とから入力画像の端点５３８を見込んだ角度は「τ」である。また、左目５１２および入力画像の端点５３８を結ぶ直線と表示面５４０との交点５４８、左目５１２および左目真正面の点５３５を結ぶ直線と表示面５４０との交点５４５および左目５１２の位置からなる直角三角形に着目すると、左目５１２から交点５４８においてなす角は「π／２−θ」となる。また、頂点Ｔを含む直角三角形に着目すると、頂点Ｔから交点５４９においてなす角は「ｔａｎ-1（ｘ／ａ）」である。ここで、ｘは、
ｘ：ａ＝（ｘ＋ｄ）：Ｍ
を満たすことから、
ｘ＝ａ・ｄ／（Ｍ−ａ）
により与えられる。
【００８８】
したがって、交点５４９における内側の角度は「π−ｔａｎ-1（ｘ／ａ）」となる。これにより、角度「τ」は次式により与えられる。すなわち、次式が成立するようにτを設定することにより、ホロプター円が決定される。
τ＝θ−（π／２）＋ｔａｎ-1（ｘ／ａ）
【００８９】
また、第３の実施例において算出したように、交点５３７と入力画像の端点５３８とからホロプター円５２０の中心点ｏを見込んだ角度は「２・（θ−τ／２）」となる。この場合の円弧が入力画像のサイズ（幅）の「Ｌ」と一致することから次式が成り立つ。
Ｌ＝２・（θ−τ／２）・ｒ
【００９０】
第３の実施例では入力画像のサイズを固定としたが、この第４の実施例では入力画像のサイズは可変であり、上式を満たすようにスケーリング部３４３によって入力画像のスケーリングが行われる。
【００９１】
このように、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第４の実施例では、画面中央と周辺の歪が最大歪度以下となるように輻輳点を設定してホロプター円を特定するとともに、入力画像をスケーリングして入力画像を表示面一杯に表示することができる。
【００９２】
図１８は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第５の実施例を示す図である。この三次元変換部１３０の第５の実施例は、非立体画像をホロプター円に投射する手順を経ずに、各眼に対応するあおり面に非立体画像をそれぞれ投射した後に表示面に投影することにより、立体画像を生成するものである。ただし、後に示すように、この第５の実施例により表示される画像は、第１乃至４の実施例により説明したホロプター円を介して表示された画像と等価である。そこで、ここでは、立体画像を生成する際にホロプター円を想定し、このホロプター円の半径をパラメータとして与えるものとする。この三次元変換部１３０の第５の実施例は、あおり面右目設定部３５４と、あおり面左目設定部３５５と、表示面右目投影部３５６と、表示面左目投影部３５７とを備える。
【００９３】
あおり面右目設定部３５４は、両眼から等距離にある輻輳点を右目から見た視点を想定し、この視点に対して垂直に交わるあおり面を設定して、信号処理部１２０から信号線１２９を介して供給された非立体画像を右目用のあおり画像として投影するものである。あおり面左目設定部３５５は、両眼から等距離にある輻輳点を左目から見た視点を想定し、この視点に対して垂直に交わるあおり面を設定して、信号処理部１２０から信号線１２９を介して供給された非立体画像を左目用のあおり画像として投影するものである。あおり面右目設定部３５４およびあおり面左目設定部３５５は、両眼間距離「２ａ」、ホロプター円の半径「ｒ」、想定される観察距離「ｄ」、あおり面距離「ｋ」に基づいて、右目用および左目用のあおり面への投影を行う。なお、あおり面は、特許請求の範囲に記載の照射面の一例である。また、あおり面右目設定部３５４およびあおり面左目設定部３５５は、特許請求の範囲に記載の照射面投影部の一例である。
【００９４】
表示面右目投影部３５６は、右目用のあおり画像を右目用の表示面に投影するものである。表示面左目投影部３５７は、左目用のあおり画像を左目用の表示面に投影するものである。表示面右目投影部３５６および表示面左目投影部３５７は、両眼間距離「２ａ」、ホロプター円の半径「ｒ」、想定される観察距離「ｄ」に基づいて、右目用および左目用の表示面への投影を行う。右目用の表示面に投影された画像を右目画像と呼称し、左目用の表示面に投影された画像を左目画像と呼称する。これら右目画像および左目画像は、信号線１３９を介して後処理部１６０に供給される。なお、表示面右目投影部３５６および表示面左目投影部３５７は、特許請求の範囲に記載の表示面投影部の一例である。
【００９５】
図１９は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第５の実施例のあおり面への投影の一態様を示す図である。
【００９６】
右目５１１および左目５１２の中心線とホロプター円５２０との交点は、両眼から等距離にある輻輳点５２７である。右目用あおり面５５０は、右目５１１から輻輳点５２７を見た視点に対して点５５１において垂直に交わる面である。左目用あおり面５６０は、左目５１２から輻輳点５２７を見た視点に対して点５６１において垂直に交わる面である。右目５１１の位置および左目５１２の位置を結ぶ線分と点５５１および５６１を結ぶ線分との間の距離をあおり面距離「ｋ」とする。
【００９７】
ここでは、右目用あおり面５５０および左目用あおり面５６０上の画像を表示面５７０に投影することを考える。右目５１１および左目５１２と表示面５７０との間の距離を観察距離「ｄ」とする。右目用あおり面５５０上の点５５１から距離「Ｓ」離れた点５５２に形成される像は、表示面５７０上では表示位置５７１に表示される。左目用あおり面５６０上の点５６１から距離「Ｓ」離れた点５６２に形成される像は、表示面５７０上では表示位置５７２に表示される。このとき、右目５１１および点５７１を結ぶ直線と、左目５１２および点５７２を結ぶ直線とは、ホロプター円５２０上の交点５２２で交わる。すなわち、この第５の実施例により表示される画像は、第１乃至４の実施例により説明したホロプター円を介して表示された画像と等価である。
【００９８】
図２０は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第５の実施例のあおり面への投影の具体例を示す図である。
【００９９】
図２０（ａ）は、信号処理部１２０から信号線１２９を介して供給される入力画像Ｉ（ｐ，ｑ）の座標系を示している。入力画像は非立体画像であるため、二次元の座標系を用いている。座標系の原点は入力画像の中央点に設定されている。また、入力画像サイズ（幅）は「２Ｌ」を想定している。
【０１００】
図２０（ｂ）は、あおり画像が投影されるあおり面の座標系を示している。あおり面は三次元になるため、ここでは（ｘ，ｙ，ｚ）の三次元の座標系を用いている。座標系の原点は右目５１１と左目５１２の中心に設定されている。図２０（ｂ）は、あおり面に対する垂直方向、すなわち、ｙ軸の垂直方向から見た図になっている。
【０１０１】
右目５１１および左目５１２からホロプター円５２０上の輻輳点を見込んだ角度を輻輳角「τ」とすると、右目用あおり面５５０および左目用あおり面５６０は、水平線からそれぞれ「τ／２」の角度を有している。
【０１０２】
両眼を結ぶ直線に対して左目用あおり面５６０上の点５６１から垂直に下ろした交点５８２に着目すると、左目５１２と交点５８２の距離は「ｋ・ｔａｎ（τ／２）」となる。したがって、原点からｚ軸に沿ってあおり面距離「ｋ」離れた位置の点５８９と、左目用あおり面５６０上の点５６１との距離は、「ａ−ｋ・ｔａｎ（τ／２）」となる。したがって、左目用あおり面５６０における左目用あおり画像Ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）と入力画像Ｉ（ｐ，ｑ）の関係は、次式により表される。
Ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ｉ（（ｘ＋ａ−ｋ・ｔａｎ（τ／２））／（ｃｏｓ（τ／２））
，ｙ）
ただし、この左目用あおり画像Ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）では、
ｚ＝ｋ−（（ｘ＋ａ−ｋ・ｔａｎ（τ／２））／ｓｉｎ（τ／２））
である。
【０１０３】
また、同様に、右目用あおり面５５０における右目用あおり画像Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）と入力画像Ｉ（ｐ，ｑ）の関係は、次式により表される。
Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ｉ（（ｘ−ａ＋ｋ・ｔａｎ（τ／２））／（ｃｏｓ（τ／２））
，ｙ）
ただし、この右目用あおり画像Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）では、
ｚ＝ｋ＋（（ｘ−ａ＋ｋ・ｔａｎ（τ／２））／ｓｉｎ（τ／２））
である。
【０１０４】
図２１は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第５の実施例の表示面への投影の具体例を示す図である。
【０１０５】
図２１（ａ）は、あおり面および表示面の座標系を示している。ここでは（ｘ，ｙ，ｚ）の三次元の座標系を用いている。
【０１０６】
図２１（ｂ）は、表示面に投影された表示画像Ｊ（ｓ，ｔ）の座標系を示している。表示画像は、右目５１１および左目５１２のそれぞれに関して得られる。それぞれは二次元画像であるため、二次元の座標系を用いている。座標系の原点は表示画像の中央点に設定されている。
【０１０７】
このとき、左目５１２から左目用あおり画像上のＬ（ｘ0，ｙ0，ｚ0）を通って投影される表示面５７０上のＤL（ｘL，ｙL，ｚL）は、次式により与えられる。
ＤL（ｘL，ｙL，ｚL）＝Ｊ（ｘL，ｙL）＝Ｌ（ｘ0，ｙ0，ｚ0）
【０１０８】
また、視聴者の観察位置との間の距離が観察距離ｄであることから、ｚR＝ｄであり、以下の式が成り立つ。
（ｘ0＋ａ）／（ｘL＋ａ）＝ｙ0／ｙL＝ｚ0／ｄ
ｚ0＞０
ただし、図２０により説明したように、
ｚ0＝ｋ−（（ｘ0＋ａ−ｋ・ｔａｎ（τ／２））／ｓｉｎ（τ／２））
である。
【０１０９】
なお、ここでは、左目５１２から投影されるＤL（ｘL，ｙL，ｚL）について説明したが、右目５１１から右目用あおり画像上のＲ（ｘ0，ｙ0，ｚ0）を通って投影される表示面５７０上のＤR（ｘR，ｙR，ｚR）についても同様に求めることができる。
【０１１０】
図２２は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第５の実施例による処理手順例を示す図である。
【０１１１】
まず、信号処理部１２０から信号線１２９を介して入力画像Ｉ（ｐ，ｑ）が入力されると（ステップＳ９２１）、入力画像Ｉ（ｐ，ｑ）はあおり画像としてそれぞれ投射される。ただし、第１の実施例と異なり、右目用および左目用に別個のあおり面が設けられ、以下のようにして表示画像が生成される（ループＬ９０２）。
【０１１２】
入力画像Ｉ（ｐ，ｑ）が右目用あおり面５５０において右目用あおり画像Ｒ（ｘ，ｙ，ｚ）として投射されると（ステップＳ９２２）、表示面５７０上に対して透視変換が行われ、三次元上のＤR（ｘR，ｙR，ｚR）が得られる（ステップＳ９２３）。そして、この三次元上の位置から、表示面の二次元の表示画像Ｊ（ｘR，ｙR）が得られる（ステップＳ９２４）。同様に、入力画像Ｉ（ｐ，ｑ）が左目用あおり面５５０において左目用あおり画像Ｌ（ｘ，ｙ，ｚ）として投射されると（ステップＳ９２２）、表示面５７０上に対して透視変換が行われ、三次元上のＤL（ｘL，ｙL，ｚL）が得られる（ステップＳ９２３）。そして、この三次元上の位置から、表示面の二次元の表示画像Ｊ（ｘL，ｙL）が得られる（ステップＳ９２４）。なお、ステップＳ９２２は、特許請求の範囲に記載の照射面投影手順の一例である。また、ステップＳ９２３およびＳ９２４は、特許請求の範囲に記載の表示面投影手順の一例である。
【０１１３】
このように、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第５の実施例では、右目用および左目用のあおり面に対して非立体画像をそれぞれ右目用および左目用のあおり画像として投影する。そして、実測もしくは推定された観察距離における表示面に右目用および左目用のあおり画像を投影することにより、右目５１１および左目５１２に対する立体画像を生成することができる。
【０１１４】
図２３は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例を示す図である。この第６の実施例は、奥行き情報に基づく深度マップ（depth map）に応じた立体画像を生成するものである。この三次元変換部１３０の第６の実施例は、入力画像深度マップ生成部３６１と、ホロプター面深度マップ生成部３６２と、深度マップ合成部３６３と、表示面右目投影部３６６と、表示面左目投影部３６７とを備える。
【０１１５】
入力画像深度マップ生成部３６１は、信号処理部１２０から信号線１２９を介して供給された非立体画像（入力画像）について深度マップを生成するものである。深度マップは画素毎に奥行きに関する情報を保持するものであり、例えば輝度、高周波成分、動き、彩度などに基づいて推定される。例えば、特開２００７−５０２４５４号公報には、入力画像において検出されたエッジに基づいて深度マップを生成するマルチビュー画像生成ユニットが記載されている。なお、入力画像深度マップ生成部３６１は、特許請求の範囲に記載の奥行き情報生成部の一例である。
【０１１６】
ホロプター面深度マップ生成部３６２は、ホロプター面について深度マップを生成するものである。ホロプター面は、第１の実施例と同様に、ホロプター円情報によりホロプター円の大きさが特定され、両眼間距離「２ａ」により両眼との相対的位置関係が特定される。
【０１１７】
深度マップ合成部３６３は、入力画像深度マップ生成部３６１によって生成された入力画像の深度マップと、ホロプター面深度マップ生成部３６２によって生成されたホロプター面の深度マップとを合成するものである。なお、深度マップ合成部３６３は、特許請求の範囲に記載の奥行き情報合成部の一例である。
【０１１８】
表示面右目投影部３６６は、信号処理部１２０から信号線１２９を介して供給された非立体画像について、深度マップ合成部３６３によって合成された合成深度マップを考慮して、右目用の立体画像を右目用の表示面に投影するものである。また、表示面左目投影部３６７は、信号処理部１２０から信号線１２９を介して供給された非立体画像について、深度マップ合成部３６３によって合成された合成深度マップを考慮して、左目用の立体画像を左目用の表示面に投影するものである。
【０１１９】
図２４は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例による処理の概要を示す図である。
【０１２０】
この第６の実施例では、入力画像深度マップ生成部３６１によって奥行き情報を推定して、これをホロプター面に対して合成する。これにより、これまでに説明したホロプター円の性質を用いた奥行き感に加えて、さらにシーンの三次元構造に対応した奥行き情報を付加することにより、さらに立体感を増強することができる。
【０１２１】
例えば、合成後の点６２１は、ホロプター円よりも前方に存在するため、これを表示面に投影すると、より近い位置に存在するものとして把握される。また、合成後の点６２２は、ホロプター円よりも後方に存在するため、これを表示面に投影すると、より遠い位置に存在するものとして把握される。
【０１２２】
図２５は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例によるホロプター面の深度マップの一例を示す図である。
【０１２３】
ここでは、ホロプター面の深度マップをｄｐHにより表す。ホロプター面はホロプター円を含む三次元形状であり、ｘ平面からの距離により特定される。すなわち、ホロプター面の深度マップはｘおよびｙの関数となり、次式により表される。
ｄｐH（ｘ，ｙ）＝ｚ（ｘ，ｙ）
このとき、座標（ｘi，ｙi）に対するｘ平面からのホロプター面の距離をｄiとすると、関数ｚ（ｘ，ｙ）は、次式により与えられる。
ｚ（ｘi，ｙi）＝ｄi  （ｉ＝１、２、...、ｎ）
【０１２４】
図２６は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例による奥行き情報の推定例を示す図である。
【０１２５】
ここでは、奥行き情報の深度マップをｄｐIにより表す。奥行き情報は各画素に対応する奥行きを示すものであり、三次元の情報として表される。すなわち、奥行き情報の深度マップはｘおよびｙの関数となり、次式により表される。
ｄｐI（ｘ，ｙ）＝ｚ（ｘ，ｙ）
このとき、座標（ｘi，ｙi）に対するｘ平面からの奥行き情報の値をｅiとすると、関数ｚ（ｘ，ｙ）は、次式により与えられる。
ｚ（ｘi，ｙi）＝ｅi  （ｉ＝１、２、...、ｎ）
【０１２６】
図２７は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例の深度マップ合成部３６３の一構成例を示す図である。深度マップ合成部３６３は、上述のように入力画像深度マップ生成部３６１によって生成された入力画像の深度マップと、ホロプター面深度マップ生成部３６２によって生成されたホロプター面の深度マップとを合成するものである。この深度マップ合成部３６３は、平均値算出部３６３１と、減算器３６３２と、加算器３６３３とを備えている。
【０１２７】
平均値算出部３６３１は、入力画像毎に深度マップの平均値を算出するものである。減算器３６３２は、入力画像の画素毎の深度マップに対して深度マップの入力画像毎の平均値をそれぞれ減算するものである。これにより、平均値を中心値とする深度マップの交流成分が得られる。加算器３６３３は、減算器３６３２から供給される入力画像の深度マップの交流成分をホロプター面の深度マップに加算するものである。これにより、ホロプタ面上の合成された深度マップが得られる。
【０１２８】
図２８は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例による立体画像の生成例を示す図である。この例では、入力された非立体画像を左目用画像６３０として、深度マップに対応する曲面６２０に投影し、曲面６２０上の各点に対応する右目用画像６４０に投影する。
【０１２９】
例えば、左目５１２から見た左目用画像６３０上の点６３１は、曲面６２０上では点６２１に投影される。そして、この点６２１を右目５１１によって見ると、右目用画像６４０上では点６４１に投影される。同様に、左目５１２から見た左目用画像６３０上の点６３２は、曲面６２０上では点６２２に投影される。そして、この点６２２を右目５１１によって見ると、右目用画像６４０上では点６４２に投影される。
【０１３０】
なお、この図では、説明の便宜上、左目用画像６３０と右目用画像６４０とをｚ方向に相互に位置をずらして示しているが、実際には両者は同一平面上に位置する。
【０１３１】
図２９は、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例による立体画像の他の生成例を示す図である。この例では、入力された非立体画像を右目と左目の中央５１３から見た画像（入力画像６５０）として、深度マップに対応する曲面６２０に投影し、曲面６２０上の各点に対応する左目用画像６３０および右目用画像６４０に投影する。
【０１３２】
例えば、中央５１３から見た入力画像６５０上の点６５１は、曲面６２０上では点６２１に投影される。そして、この点６２１を左目５１２によって見ると左目用画像６３０上では点６３１に投影され、右目５１１によって見ると右目用画像６４０上では点６４１に投影される。同様に、中央５１３から見た入力画像６５０上の点６５２は、曲面６２０上では点６２２に投影される。そして、この点６２２を左目５１２によって見ると左目用画像６３０上では点６３２に投影され、右目５１１によって見ると右目用画像６４０上では点６４２に投影される。
【０１３３】
なお、この図では、説明の便宜上、左目用画像６３０、右目用画像６４０および入力画像６５０をｚ方向に相互に位置をずらして示しているが、実際には全て同一平面上に位置する。
【０１３４】
このように、本発明の実施の形態における三次元変換部１３０の第６の実施例では、他の実施例により説明したホロプター面を利用した立体視に、奥行き情報に基づく深度マップを組み合わせることによって、より立体感のある立体画像を生成することができる。
【０１３５】
なお、本発明の実施の形態は本発明を具現化するための一例を示したものであり、上述のように特許請求の範囲における発明特定事項とそれぞれ対応関係を有する。ただし、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形を施すことができる。
【０１３６】
また、本発明の実施の形態において説明した処理手順は、これら一連の手順を有する方法として捉えてもよく、また、これら一連の手順をコンピュータに実行させるためのプログラム乃至そのプログラムを記憶する記録媒体として捉えてもよい。この記録媒体として、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＭＤ（MiniDisc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、メモリカード、ブルーレイディスク（Blu-ray Disc（登録商標））等を用いることができる。
【符号の説明】
【０１３７】
１１０  画像信号入力部
１２０  信号処理部
１３０  三次元変換部
１４０  パラメータ設定部
１５０  観察距離測定部
１６０  後処理部
１７０  フォーマット変換部
１８０  ソース選択部
１９０  表示部
３１１、３２１、３３１、３４１  ホロプター面画像投影部
３１６、３２６、３３６、３４６、３５６、３６６  表示面右目投影部
３１７、３２７、３３７、３４７、３５７、３６７  表示面左目投影部
３２２、３３２、３４２  輻輳点設定部
３４３  スケーリング部
３５４  あおり面右目設定部
３５５  あおり面左目設定部
３６１  入力画像深度マップ生成部
３６２  ホロプター面深度マップ生成部
３６３  深度マップ合成部
５２０  ホロプター円
５３０  ホロプター画像
５４０、５７０  表示面
６２０  合成後曲面
６３０  左目用画像
６４０  右目用画像
６５０  入力画像
【図１】
0005423845.tif 000002
【図２】
0005423845.tif 000003
【図３】
0005423845.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005423845.tif 000006
【図６】
0005423845.tif 000007
【図７】
0005423845.tif 000008
【図８】
0005423845.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005423845.tif 000011
【図１１】
0005423845.tif 000012
【図１２】
0005423845.tif 000013
【図１３】
0005423845.tif 000014
【図１４】
0005423845.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
0005423845.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0005423845.tif 000019
【図１９】
0005423845.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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