(57)【要約】【課題】  ロービジョン者が屋外で夜間等にも歩行ができるように、前方視界を撮像し表示することのできるウェアラブルディスプレイを提供する。【解決手段】  屋外におけるユーザーの前方視界を撮像し、その画像を、ユーザーが見やすいコントラストおよび明るさに変換して表示する機能をもたせる。とくに、超音波センサによるユーザーの前方地面の段差検出機能を有するとともに、赤外LED光を用いる光学系によるユーザー前方の物体との距離計測機能を有し、これら二つの機能を、適切な処理速度で実現できるようにするのが好ましい。【選択図】      図１
2014165616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋外におけるユーザーの前方視界を撮像し、その画像を、ユーザーが見やすいコントラストおよび明るさに変換して表示する機能をもつことを特徴とするウェアラブルディスプレイ。
【請求項２】
屋外におけるユーザーの歩行を可能とするために、超音波センサによるユーザーの前方地面の段差検出機能を有するとともに、赤外LED光を用いる光学系によるユーザー前方の物体との距離計測機能を有し、これら二つの機能をユーザーの歩行に伴って変動する画像および対象物との距離に追随できる処理速度で実現できることを特徴とする請求項１に記載のウェアラブルディスプレイ。
【請求項３】
ユーザーの前方視界を撮像するためのカメラがユーザーの目の高さに近い位置に前方に向けて配置されていて、そのカメラと上記画像を表示するためのディスプレイ本体とが頭部に装着でき、画像処理装置および電源が頭部以外にて携帯できることを特徴とする請求項２に記載のウェアラブルディスプレイ。
【請求項４】
ディスプレイ本体に、その画面を拡大するためのレンズが付設されていることを特徴とする請求項３に記載のウェアラブルディスプレイ。
【請求項５】
上記のレンズがホログラフィック光学素子であることを特徴とする請求項４に記載のウェアラブルディスプレイ。
【請求項６】
上記のカメラが、周囲が暗い夜間にも前方視界を撮像できるよう最低被写体照度が小さい高感度のもので、その画像を表示する上記の機能として、画像のコントラストが高いときに有効なコントラスト強調処理と、画像のコントラストが低いときに有効なコントラスト強調処理との双方を備えていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のウェアラブルディスプレイ。
【請求項７】
視線検出機能および文字認識機能を備えることにより、ユーザーの視界内でユーザーが見ようとしている対象の位置を検出することができ、その対象が文字である場合、文字の認識処理を行ってその文字をユーザーに音声で知らせることができる請求項１〜６のいずれかに記載のウェアラブルディスプレイ。
【請求項８】
ユーザーの前方視界を撮像するための光学系にホログラフィック光学素子が用いられていることを特徴とする請求項７に記載のウェアラブルディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前方視界を見やすく表示することにより、視力障害者が夜間等にも屋外で使用できるようにしたウェアラブルディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
日本国内に100万人以上いるといわれるロービジョン者（全盲ではないが、日常生活に支障のある視力障害者。）の中には、画像のコントラストや明るさの改善により視界が見えやすくなる人があることが知られている。
一方、兵庫県立福祉のまちづくり研究所の研究において、ロービジョン者の生活に関する調査を行った結果、通常、白杖を用いて歩行を行っているロービジョン者が杖の先に集中していると、頭の高さ程度の障害物に気づきにくい。衝突することがある。また、自転車、自動車等の移動物体の存在を知りたいといったニーズがあることがわかった。さらに、夜間（20lx程度）では昼間に見えていた人も見えにくくなり、夜間の歩行が困難になることがわかった。
【０００３】
従来、ロービジョン者向けの機器には、
・ルーペ
・拡大読書器
・遮光めがね
・マクスウェル光学系を応用した電子めがね
・屋内用ロービジョンめがね
がある。マクスウェル光学系を応用した電子めがねについては、下記の特許文献１に記載例がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７１６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロービジョン者向けの従来の機器は、上記特許文献１に記載のものを含め、主に屋内における読書用である。すなわち、比較的周囲の環境光が安定しており、ロービジョン者が見ようとする対象の距離等が一定である場合に使用できるもので、夜間等の歩行に用いることはできない。
【０００６】
本発明は、ロービジョン者が屋外で夜間等にも歩行ができるように、前方視界を撮像し表示することのできるウェアラブルディスプレイを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明によるウェアラブルディスプレイは、屋外におけるユーザーの前方視界を撮像し、その画像を、ユーザーが見やすいコントラストおよび明るさに変換して表示する機能をもつことを特徴とする。
このようなウェアラブルディスプレイであれば、周囲の環境光が安定していない屋外で使用する場合にも、コントラストと明るさを調整して、前方視界の画像をユーザーが見やすいように表示することができる。したがって、発明のウェアラブルディスプレイは、ロービジョン者が夜間等に外出する場合にも、その歩行を効果的に補助することができる。
【０００８】
発明のウェアラブルディスプレイは、とくに、屋外におけるユーザーの歩行を可能とするために、超音波センサによるユーザーの前方地面の段差検出機能を有するとともに、赤外LED光を用いる光学系によるユーザー前方の物体との距離計測機能を有し、これら二つの機能を、ユーザーの歩行に伴って変動する画像および対象物との距離に追随できる処理速度で実現できるようにするのが好ましい。
超音波センサにより段差の検出を行ってロービジョン者に警告するとともに、赤外LED光により前方障害物までの距離を計測してロービジョン者に知らせると、発明のウェアラブルディスプレイは、屋外等でのロービジョン者の歩行をさらに安全に補助することができる。しかも、それらの機能を、ユーザーの歩行に伴って変動する画像および対象物との距離に追随できる処理速度で実現できるとすると、歩行速度をとくに遅くする必要がない点で、さらに有利である。
【０００９】
ユーザーの前方視界を撮像するためのカメラがユーザーの目の高さに近い位置に前方に向けて配置されていて、そのカメラと上記画像を表示するためのディスプレイ本体とが頭部に装着でき、画像処理装置および電源が頭部以外にて携帯できるのも好ましい。
画像処理装置および電源を頭部以外で携帯できるようにすると、頭部に装着する部分を軽量化でき大きさをも縮小できる。それによって、使用の際のユーザーの負担を軽減することができ、ウェアラブルディスプレイの外観についても改善できる。
【００１０】
ディスプレイ本体に、その画面を擬似的に拡大するためのレンズが付設されているのもよい。
屋外等での歩行を可能にするためには、ある程度の広さの画角が必要である。発明者らの調査（後述）によれば、ロービジョン者の歩行には、水平視野角３１度以上、垂直視野角２１度以上の画角が要望される。上記のようにディスプレイ本体にレンズが付設されているなら、そのような望ましい画角を、使用しやすい軽量・小型のディスプレイにおいて実現することができる。
【００１１】
画面を拡大するための上記のレンズがホログラフィック光学素子であると、さらに好ましい。
ホログラフィック光学素子を使用する場合には、ガラス等で作製されたレンズを使用する場合よりも、さらにディスプレイを軽量化することができる。
【００１２】
発明のウェアラブルディスプレイにおいて、上記のカメラが、周囲が暗い夜間にも前方視界を撮像できるよう最低被写体照度が小さい高感度のもので、その画像を表示する上記の機能として、画像のコントラストが高いときに有効なコントラスト強調処理と、画像のコントラストが低いときに有効なコントラスト強調処理との双方を備えているなら、とくに有利である。
そのようなウェアラブルディスプレイによれば、夜間等において照明環境が異なる場合にも、視認する対象が高コントラストか低コントラストかに応じて画像処理を自動的に選択し、見やすいようにユーザーに提示することが可能である。
【００１３】
視線検出機能および文字認識機能を備えることにより、ユーザーの視界内でユーザーが見ようとしている対象の位置を検出することができ、その対象が文字である場合、文字の認識処理を行ってその文字をユーザーに音声で知らせることができるウェアラブルディスプレイも、きわめて有意義である。
視線検出機能によって、ユーザーの視界内でユーザーが注目している位置を検出し、その位置に文字があれば文字認識機能により文字を把握し、それを音声で知らせることができれば、文字等を判別しづらいロービジョン者の役に立つからである。
【００１４】
上の場合、ユーザーの前方視界を撮像するための光学系にホログラフィック光学素子が用いられると、とくに有利である。
そのようにすると、カメラの視界の中心とユーザーの視界の中心がずれることなく、前方視界を撮像できるからである。カメラがユーザーの視界を遮ったり、ハーフミラーの配置によってカメラの位置が制約されたりすることもない。
【発明の効果】
【００１５】
発明のウェアラブルディスプレイによれば、環境光が安定していない屋外での使用においても前方視界の画像をユーザーが見やすいように表示できる。そのため、ロービジョン者が夜間等に外出する場合にも、その歩行を効果的に補助することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】発明によるウェアラブルディスプレイの構成例を示す図である。
【図２】図１のウェアラブルディスプレイについての機能ブロック図である。
【図３】信号処理部や制御部等を頭部以外で携帯するように構成したウェアラブルディスプレイについて、装着例を示す図である。
【図４】ロービジョン者が見やすい画像とするためのγ値を調べた調査結果を示す図である。図4(a)・(b)はカラーでの、(c)・(d)は白黒での、(e)・(f)は白黒反転での実験結果である。
【図５】必要な画角とするために拡大用レンズを使用したウェアラブルディスプレイの試作例を示す図である。
【図６】拡大用レンズとしてホログラフィック光学素子を作製する場合の光学系を示す模式図である。
【図７】コントラストに関する画像処理の実験に使用した、歩道を示す写真である。
【図８】コントラストに関する画像処理の結果を示す写真である。図8(a)は原画像を、(b)は線形変換を利用したコントラスト強調処理を行った結果を、そして(c)は、ヒストグラム平坦化処理を行った結果を示している。
【図９】コントラストに関する画像処理の結果について、被験者の評価を示す図である。図9(a)は白線の背景が黒の場合を示し、(b)は、白線の背景がベージュの場合を示している。
【図１０】視線検出機能および文字認識機能を備えるウェアラブルディスプレイについての機能ブロック図である。
【図１１】ホログラフィック光学素子（HOE）を用いた視界用撮像光学系を含むウェアラブルディスプレイを示す模式図である。
【図１２】赤外光を利用した前方障害物の距離計測の概念図を示している。
【図１３】LEDの点灯・消灯駆動回路を示す図である。
【図１４】赤外光LEDの点灯・消灯時の撮像例を示している。図14(a)は右LED点灯時の画像である。  (b)は右LED消灯時の画像である。(c)は左LED点灯時の画像である。(d)は左LED消灯時の画像である。
【図１５】画像中の赤外光の照射位置の検出過程を示す図である。図15(a)はLED点灯時の画像である。(b)はLED消灯時の画像である。(c)はLED点灯時と消灯時との差分画像である。(d)差分画像に対して２値化処理を行った画像である。
【図１６】LEDと前方障害物との距離に対する、画像中の左右のLEDが照射された位置間の距離の関係を示すグラフである。
【図１７】超音波センサを用いた段差検出装置の実験機である。
【図１８】段差検出の概念を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のウェアラブルディスプレイについて、構成例を図１に示し、その機能ブロック図を図２に示す。
カメラ、レンズ等からなる撮像光学系によって、ロービジョン者の前方の視界の画像を撮り、この画像を画像処理部によって、ロービジョン者が見やすい明るく、コントラストの高い表示画像を生成する処理を行う。そして、生成した画像を表示ディスプレイ、画角拡大用レンズ等からなる表示光学系で表示する。また、表示ディスプレイの両端に赤外LED（赤外光光源）が取り付けられており、制御部によりこれらのLEDの点灯、消灯、および撮像光学系のカメラの撮像タイミングを制御し、画像を撮像する。画像中に検出されるLEDの照射位置を検出する画像処理によって、前方障害物までの距離を計測する。そして、障害物までの距離が危険と想定される距離以下になった場合には、振動子、スピーカで構成される警報器によって、ロービジョン者に警告する。
さらに、ユーザーの前方地面に向けた超音波センサの出力信号を信号処理部で解析することによって段差の検出処理を行い、段差がある可能性が高い場合にも振動子、スピーカからロービジョン者に警告する。
なお、この超音波検出器部分をとりはずし、ハンディタイプとすれば、より検出対象の指向性をもたせることができ、段差検出精度が向上する。
【００１８】
ロービジョン者の歩行に従って、ロービジョン者の視界も変動する。ロービジョン者が提供された映像を頼りに、障害物の情報を受け取りながら、歩行するために、上述の画像処理、段差や障害物の判別する信号処理、表示処理は1/30秒以内で行うものである。
【００１９】
屋外での歩行時に本装置を使用するために、カメラ等の撮像光学系、赤外LED、超音波センサが搭載された表示ディスプレイは頭部に装着でき、信号処理部、制御部、画像処理部、電源、振動子、スピーカは小型で携帯できる程度の形態が望ましい。そのようにしたウェアラブルディスプレイ（付属機器を含む）の装着例を図３に示す。
【００２０】
実際にロービジョン者の夜間の歩行を可能とする仕様として、ロービジョン者用ウェアラブルディスプレイの画角、コントラスト、明るさに影響するパラメータであるγ値を得るために、以下のような調査を行った。
【００２１】
[ロービジョン者が薄暮の時間帯（20lx程度）の歩道が認識できる画像に関する調査]
画像処理において、画像のコントラスト、明るさに影響するパラメータとしてγ値が知られている。γ値は入力画像に対する出力画像の輝度値を修正するパラメータであり、γ値を1.0より大きくすれば、明るさと共にコントラストも修正される。γ値をロービジョン者が見やすい画像を生成するための画像処理の指標として用いたとき、ロービジョン者が見やすい画像となるγ値を調べるために薄暮の時間帯の歩道の画像を撮影し、γ値を変更した画像（γ=1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0）を作成し、これを13名のロービジョン者に提示した。ロービジョン者には歩道が見えるようになった画像を回答してもらった。また、ロービジョン者によっては、カラーではなく、白黒の２値画像あるいは白黒の反転画像が見やすい場合があることから、以下の６通りの実験を行った。
イ）提示画像の検証実験
画像の対象：薄暮の時間帯の歩道(縁石のある歩道、白線のみの歩道)
・カラー１  縁石のある歩道の画像のγ値を変更した画像を提示して６段階（γ=1.0,
1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0）でロービジョン者が歩道を認識できた画像を調査（複数回答）。
・カラー２  白線のみの歩道の画像のγ値を変更して画像を提示して６段階（γ=1.0,
1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0）でロービジョン者が歩道を認識できた画像を調査（複数回答）。
・白黒１  カラー１のうち、γ=1.0, 2.0, 4.0をグレースケールに変換した画像、３段階について調査
・白黒２  カラー２のうち、γ=1.0, 2.0, 4.0をグレースケールに変換した画像、３段階について調査
・白黒反転１  白黒１の反転画像  ３段階について調査
・白黒反転２  白黒２の反転画像  ３段階について調査
【００２２】
これらの調査結果を図4に示す。図4(a)はカラー１の、(b)はカラー２の、(c)は白黒１の、(d)は白黒２の、(e)は白黒反転１の、そして(f)は白黒反転２の実験結果である。図4(a)(b)中のNO１〜NO6はγ=1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0,
4.0へと変更した画像に相当し、図4(c)(d)中のNO１〜NO3は、カラー画像をγ=1.0, 2.0, 4.0へと変更し、それをグレースケールに変換して白黒処理をした画像に相当する。図4(e)(f)中のNO１〜NO3は、カラー画像をγ=1.0, 2.0, 4.0へと変更し、それをグレースケールに変換して白黒処理をし、それを反転した画像に相当する。
これらの結果より、カラーについてはγ値が2.5以上であれば、ロービジョン者にとって見やすい画像であることがわかった。また、白黒画像、白黒反転画像についてはγ値が4.0以上必要であると考えられる。今回の被験者の感想としては、白黒よりもカラーのほうがよいという意見が多かった。
【００２３】
ロ）  画角検証実験
画角検証のために、横幅（水平方向）３段階（90mm、125mm、180mm）、縦幅（垂直方向）３段階（15mm、25mm、40mm）で９種の視界遮断ボックスを用いて、「歩くことができそうだ」と回答した最小の画角を調べた。結果を表１に示す。また、視界遮断ボックスの視野角を表２に示す。
【表１】
2014165616.tif 000003
【表２】
2014165616.tif 000004
この結果より、水平方向の幅125mm以上、垂直方向の幅40mm以上すなわち、上下視野角２１度以上、左右視野角３１度以上がロービジョン者が歩行するに必要な画角であることがわかった。
したがって、本発明の装置に用いるディスプレイとしては、このような画角となるディスプレイを使用するのが望ましい。しかし、画角の大きいディスプレイは画角の小さいディスプレイよりも重量があり、装置として大型になる可能性がある。このことを解決する方法としては、小型なディスプレイとこのディスプレイを拡大してユーザーに提示する拡大用レンズの使用が望ましい。図5は拡大用レンズを使用した場合の試作例である。
【００２４】
さらに、この拡大用レンズとして、図6に示す光学系で作製されるホログラフィック光学素子（Holographic optical element :HOE）を使用すれば、従来のガラス等で作製されるバルク光学素子よりも軽量化することができる。HOEは図6に示した参照光と同図の物体光の光を記録材料に干渉縞を記録させて作製することができる。このように作製されたHOEを使用する際には、参照光と同様の光をHOEに照射すれば、物体光があった同じ方向に光が回折し、物体光を再生することができる。参照光と物体光を選ぶことによってHOEを拡大レンズとして作製できる。なお、記録材料をフォトポリマーとして、透過性の高い材料を選ぶと軽く、前方の視界をシースルーでみることができるレンズが作製できる。
【００２５】
兵庫県立福祉のまちづくり研究所が行ったロービジョン者の調査の結果、見る対象の配色すなわち、低コントラストの配色か高コントラストの配色によって、見えやすさが異なることがわかった。いずれにしても、よりコントラストを強調する画像処理をすれば見やすい画像となる。しかし、実際の画像処理において、低コントラストの配色を強調する処理と高コントラストの配色を強調する処理は異なる。そこで、本発明においては、高コントラストの配色を強調する処理として、画像の階調値を線形変換することによって行うコントラスト強調処理と、低コントラストの配色を強調する処理としてヒストグラム平坦化処理を画像処理を組み込むことが望ましい。
【００２６】
[線形変換によるコントラスト強調処理]
コントラスト強調処理の計算式は以下の通りである。
Lout
＝（Lin − Lave） × G ＋ Loc      （eq.1）
（0 ≦
Lout ≦255 ）             （eq.2）
Lin：入力画面の各画素の輝度値          Lave：入力画面の１画面平均値
Loc：出力中央値(256/2＝128固定)       G：強調倍率
この処理により、一画面毎に平均の輝度を計算して  その輝度に応じたレベルで階調値の値を倍率だけ大きくするものである。
本発明のウェアラブルディスプレイの評価実験においては、強調倍率を200％とし、この画像処理を画像処理基板に反映させて、リアルタイムで画像表示を行って実験を行った。
【００２７】
[ヒストグラム平坦化]
夜間での歩行において、街灯の明かりや店の看板などの明かりで歩行者に対する照明が変化することが考えられる。その場合に、明るさが極端に低い値で分布している場合も含めて画像中の輝度分布を一様にする、ヒストグラムを均一化する変換を行い、ダイナミックレンジの広い映像に変換する。このヒストグラム平坦化は、以下の式で表される。pを変換前の濃度値とし、h(p)が濃度値pにおける出現頻度を表す。全画素数をN とすると、ヒストグラム平滑後の濃度値p’は、p’の範囲を[0, 255]とすると、
【数１】
2014165616.tif 000005
となる。
【００２８】
開発した本発明のウェアラブルディスプレイを用いて評価実験を行った。評価実験では、本発明のウェアラブルディスプレイ の画像処理の有用性を検討する実験を行った。被験者は４名のロービジョン者であり、照明環境を10lx、60lxの２種類、視認する対象は、背景が黒色、白線の歩道、背景がベージュ色、白線の歩道を模倣したもの２種類とした。実験に使用した歩道を図7に示す。
【００２９】
画像処理は線形変換を利用したコントラスト強調処理（以下コントラスト強調処理とする。）、ヒストグラム平坦化処理、この２つの中間的なコントラスト強調を行うトーンカーブ、撮像した画像をそのまま表示するプレーン、画像処理なしとした。画像処理の例を図8に示す。図8(a)は原画像（プレーン）であり、これに対して線形変換を利用したコントラスト強調処理を行った結果を図8(b)に、ヒストグラム平坦化処理を行った結果を図8(c)に示す。原画像の左下部に高コントラストな配色の矢印（左側）と低コントラストな配色の矢印（右側）が撮像されている。これをコントラスト強調処理を行った場合、高コントラストな矢印が鮮明になっていることが図8(b)からわかる。一方、図8(c)ではヒストグラム平坦化処理によって、低コントラストな配色の矢印は、原画像、コントラスト強調処理の場合よりも見やすくなっていることがわかる。
【００３０】
各条件を、着座している被験者に提示し、５：大変見やすい  ４：見やすい  ３：ふつう  ２：見づらい  １：大変見づらいの５段階で評価してもらった。その際、基準としてプレーンのときを３：ふつうとした。照度10lxのときの実験結果を図9に示す。
図中の縦棒は各被験者の評価を表している。白線の背景が黒のとき（図9(a)）、かけないときとプレーンの場合を比較すると、かけないときには見えなかった歩道が本発明のウェアラブルディスプレイを装着することにより、歩道が視認できていることがわかる。プレーン、コントラスト強調、ヒストグラム平坦化、トーンカーブの画像処理を行った場合、高コントラストな歩道が対象であるため、コントラスト強調の効果が顕著となっている。次にトーンカーブが有効となっている。一方、白線の背景がベージュで低コントラストである歩道が対象であるとき（図9(b)）、ヒストグラム平坦化場合がコントラスト強調処理よりも効果があることがわかった。
本発明のウェアラブルディスプレイとしては、視認する対象が高コントラストか低コントラストかに応じて、画像処理を自動的に選択してユーザーに提示することが望ましいことがこの結果から伺える。
【００３１】
ロービジョン者の多くは単純な図形なら見ることができても、文字等の複雑な形状は判別しづらい。そこで、視線検出装置を上記ディスプレイに搭載することにより、ユーザーの視界内でユーザーが注目している位置がわかり、その位置に文字があれば文字認識処理により、文字を音声で伝えることができれば、さらに有用なディスプレイとなる。
視線検出装置を本ディスプレイに組み込んだ場合の構成例を図11に示す。ディスプレイを見ているロービジョン者の眼を眼用撮像光学系により撮像する。そして、その画像から２値化処理により黒目の領域として抽出し、その領域の重心位置を算出することにより、黒目の中心位置を検出する。あらかじめ黒目の位置と見ている方向とを対応づけた対応マップを参照することにより、ロービジョン者の視線を検出できる。そこで、図10のように、本ディスプレイの視界用撮像光学系の画像との照合を行うことによって、視線の対象物の推定処理を行い、それが文字であれば、文字認識処理によって、その文字をロービジョン者にスピーカーにより伝達する。
【００３２】
拡大用のレンズのみならず、ホログラフィック光学素子（HOE）を視界用撮像光学系にもちいれば、カメラの視界の中心とユーザーの視界の中心がずれることなく、前方視界を撮像することができる。HOEを用いた視界用撮像光学系を図11に示す。ロービジョン者の視界からの光は透過型HOEによって回折され、この回折光をバンドパスフィルタのついたカメラにより検出すれば、ロービジョン者の眼の位置からの視界を撮像することができる。一般に眼の位置を視界の中心とする画像を撮像するとすれば、カメラを眼の位置に置くか、ハーフミラーを用いることとなる。カメラを眼の位置におくと、カメラがユーザーの視界を遮る。ハーフミラーを用いれば視界は透明ではあるが、ハーフミラーの配置によってカメラの位置が制約される。一方、HOEを用いる場合、視界も透明であり、ハーフミラーを用いる場合よりもカメラの位置の設計の自由度が高い。さらに、反射型のホログラフィック光学素子も併用すれば、カメラへ直進する光である、実世界にある物体からの光である、背景光のノイズを低減でき、視界からの光との混在をふせぐことができ、ユーザーはよりディスプレイが見やすくなる。なお、前述の段差検出機能との併用することにより、警報機のみならず、ディスプレイ上により強調した情報を追加することもできる。
【００３３】
赤外LEDを用いた前方障害物の検出処理
前方障害物の検知にも超音波センサの利用が考えられるが、前方障害物（人、壁、電信柱など）の対象物の材質、形状によって障害物までの距離計測結果が異なり、安定した結果が得られない。そこで、本装置では前方の障害物検知については赤外光を利用して距離計測を行う。赤外光を利用した距離計測の概念図を図12に示す。図中の赤外光LEDはL本発明のウェアラブルディスプレイのめがね部の両端に備えられていることを想定している。これらの左右のLEDの消灯時と点灯時の画像を撮像して、これらを用いて、次のような画像処理をすることによって障害物までの距離を計測する。まず、消灯時の画像を撮像する。そして、次に左LEDの点灯時の画像を撮像する。これらの画像の差分画像を算出すると、図中に示すような、赤外光LEDの点灯した部分のみが抽出できる。同様の処理を右LEDについても行い、左と右の場合の点灯した位置の差を求めると、障害物が近い場合は位置の差が大きくなり、遠い場合には位置の差が小さくなる。本発明のウェアラブルディスプレイでは、これにより障害物までの距離を計測し、近い場合には使用者に警報する。実験を行った構成では、赤外光（波長880nm）LEDの前方にアクリルレンズをおき、このレンズによりLEDからの光を平行にしている。これらの左右のLED間の距離はめがねフレームに搭載可能な11cmであり、前方110cmの距離で左右のLEDからの光がほぼ同じ位置を照射するようにした。また、左右のLEDの点灯消灯を駆動する回路（図13）を作製し、これらのLEDを右LED点灯、右LED消灯、左LED点灯、左LED消灯を40msで繰り返し、その際の画像をLED中央のカメラで撮像した。20lxの環境で前方障害物までの距離が20cmの条件で撮像した画像の一例を図14に示す。
画像中のLEDの照射した位置を検出するために、次のような画像処理を行った。解析例を図15に示す。まず、LEDの点灯時の画像（図15(a)）からLEDが消灯時の画像（図15(b)）の差分をとる（図15(c)）。そしてこの画像を固定しきい値により2値化を行う（図15(d)）。そして、この切り出した位置の重心位置を検出することにより、画像中の赤外光の照射位置を求めた。このような処理を左右のLEDの点灯・消灯時の画像を対象として行えば、左右のLEDが照射された領域の重心間の距離を求めることができ、すなわち、前方障害物の距離が検出することができる。照明20lxの環境で、前方障害物の距離の検出実験を行った結果を図16に示す。この実験では、板状の前方障害物と赤外光LEDとの距離を12cm、52cm、110cmと変えたときの、画像中の左右のLEDの照射された位置間の距離を求めた。この結果により前方障害物の距離が小さくなると画像中の赤外光LEDの照射された位置間の距離が大きくなり、障害物までの距離を検知できることがわかった。一般にこのようなステレオ計測手法ではLED間の距離が大きいほど検出精度がよい。この実験結果は頭部の幅以下に相当する距離である、LED間の距離が11cmであっても、12cm~110cm前方の障害物が検出できることを示している。
【００３４】
段差検出処理  
本発明のウェアラブルディスプレイに組み込むことを想定した段差検出用超音波センサの例を図17に示す。超音波センサの先端には円筒状のフードをとりつけ、超音波の干渉等によるノイズを取り除き、検出精度を高めている。本機により超音波を射出したときから反射波が返ってくるまでの時間をセンシングし、この信号を以下に述べる処理によって、段差を検出する。本機を用いた段差検出の概念図を図18に示す。まず、超音波センサの出力のｎ回の反射時間の平均ｔaveをとる。そして、そのｎ回の直後ｎ'回の反射時間の平均ｔ'aveを計算する。そして、ｔaveとｔ'aveの差が一定時間以上あれば段差があると判定する。この判定にもとづき、本機に搭載した警報機に警報出力を発する。本発明のウェアラブルディスプレイの警報機としては、スピーカおよび振動モータを搭載しているのが望ましい。屋外における本発明のウェアラブルディスプレイの使用時には段差検出の頻度は多いと考えられ、頻繁にスピーカを多用し、ロービジョン者が周囲の情報を収集する感覚器である耳を塞がないほうがよい。従って、段差検出結果は振動モータを振動させて警報を出力するほうが望ましい。従って、図17の例においても振動モータを用いている。
【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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【図１７】
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【図１８】
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