(57)【要約】【課題】透視変換後の画像を形成する場合に透視変換の影響による誤差を少なくする。【解決手段】画像計算部３は、仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数に基づいて、補正対象の画像をテクスチャとしたテクスチャ座標を、仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数に応じた第１の各ポリゴン頂点座標に割り当て、非平面スクリーンの形状及び寸法に基づいて、非平面スクリーンを三次元空間上のスクリーンポリゴンオブジェクトとして生成して第１の各ポリゴン頂点座標をスクリーンポリゴンオブジェクトの第２のポリゴン頂点座標に変換し、画像表示装置１０の位置、投影方向及び画角に基づいて第２の各ポリゴン頂点座標を仮想平面ポリゴンオブジェクトと同じ平面上の対応する第３のポリゴン頂点座標に変換し、第３のポリゴン頂点座標を透視変換する。【選択図】図２
2008299663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非平面スクリーンに広角レンズを通して画像を投影して表示する画像表示装置において、
前記非平面スクリーンが配置される三次元空間における前記画像表示装置の位置、投影方向及び画角と、前記非平面スクリーンの形状及び寸法と、前記三次元空間における仮想的な平面スクリーンを定義する仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数に基づいて、補正対象の画像をテクスチャとしたテクスチャ座標を、前記仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数に応じた第１の各ポリゴン頂点座標に割り当てる手段と、
前記記憶手段に記憶されている非平面スクリーンの形状及び寸法に基づいて、前記非平面スクリーンを三次元空間上のスクリーンポリゴンオブジェクトとして生成し、前記第１の各ポリゴン頂点座標を前記スクリーンポリゴンオブジェクトの第２の各ポリゴン頂点座標に変換する手段と、
前記記憶手段に記憶されている画像表示装置の位置、投影方向及び画角に基づいて、前記変換された第２の各ポリゴン頂点座標を前記仮想平面ポリゴンオブジェクトと同じ平面上の対応する第３の各ポリゴン頂点座標に変換する手段と、
前記変換された第３の各ポリゴン頂点座標を含む三次元空間を画像形成用の第４の各ポリゴン頂点座標を含む空間に透視変換する透視変換手段と、
前記透視変換された第４の各ポリゴン頂点座標及び前記テクスチャに基づいて、前記広角レンズを通して前記非平面スクリーンに投影する補正画像を生成する画像生成手段とを、
備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
非平面スクリーンに広角レンズを通して画像を投影して表示する画像表示方法において、
前記非平面スクリーンが配置される三次元空間における前記画像表示装置の位置、投影方向及び画角と、前記非平面スクリーンの形状及び寸法と、前記三次元空間における仮想的な平面スクリーンを定義する仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数を取得するステップと、
前記取得した前記仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数に基づいて、補正対象の画像をテクスチャとしたテクスチャ座標を、前記仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数に応じた第１の各ポリゴン頂点座標に割り当てるステップと、
前記取得した非平面スクリーンの形状及び寸法に基づいて、前記非平面スクリーンを三次元空間上のスクリーンポリゴンオブジェクトとして生成し、前記第１の各ポリゴン頂点座標を前記スクリーンポリゴンオブジェクトの第２の各ポリゴン頂点座標に変換するステップと、
前記取得した画像表示装置の位置、投影方向及び画角に基づいて、前記変換された第２の各ポリゴン頂点座標を前記仮想平面ポリゴンオブジェクトと同じ平面上の対応する第３の各ポリゴン頂点座標に変換するステップと、
前記変換された第３の各ポリゴン頂点座標を含む三次元空間を画像形成用の第４の各ポリゴン頂点座標を含む空間に透視変換する透視変換ステップと、
前記透視変換された第４の各ポリゴン頂点座標及び前記テクスチャに基づいて、前記広角レンズを通して前記非平面スクリーンに投影する補正画像を生成する画像生成ステップとを、
備えたことを特徴とする画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非平面スクリーンに画像を投影して表示する画像表示装置及び画像表示方法に関し、特に非平面スクリーンに投影される画像の歪み補正に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を広角レンズを通して非平面スクリーンに投影する場合、従来から、非平面スクリーンに投影される画像の歪みを補正する技術が開示されている（例えば下記の特許文献１及び特許文献２参照）。これらの特許文献１、２では、非平面スクリーンに投影される画像が歪みなく正常に表示されるように、あらかじめ非平面スクリーンに投影される画像の歪みと反対方向に歪ませた画像を生成して非平面スクリーンに投影することにより、非平面スクリーン上の画像の歪みを補正する。
【０００３】
また、三次元空間に配置した三次元オブジェクトを二次元画像として生成し、三次元オブジェクトを非平面スクリーン上において歪みなく表示するために、三次元オブジェクトの頂点座標を演算し、表示される二次元画像を補正する従来技術も知られている（例えば下記の特許文献３参照）。さらに、非平面スクリーン上に投影される画像が歪みなく表示されるように、非平面スクリーンを三次元オブジェクトとして形成し、形成した三次元オブジェクトの頂点座標を演算し、演算結果の座標をテクスチャ座標とし、元の人力画像をテクスチャして三次元オブジェクトに貼り込むことで補正画像を生成する従来技術も知られている（例えば特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平９−８１７８５号公報（要約書）
【特許文献２】特開平３−８２４９３号公報（特許請求の範囲の請求項２）
【特許文献３】特開２００２−２０３２５７号公報（要約書）
【特許文献４】特開２００４−０７２５５３号公報（要約書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び２記載の従来技術では、歪みを光学的に補正する場合は、非平面スクリーンの形状が変わった場合に対応できず、また、電気的に補正する場合は二次元空間上の計算であるため、三次元に歪んだ非平面スクリーンの形状に対しては使用者がそのスクリーンを想定しづらい。また、特許文献３記載の従来技術では、二次元スクリーン上に三次元オブジェクトを歪まずに描画することを目的とした構成であり、入力画像を補正するものではない。
【０００５】
さらに、特許文献４記載の従来技術では、三次元オブジェクトが奥行き方向（画像表示装置の投影方向）に対して垂直な仮想的な平面状スクリーンにない場合、透視変換後の画像生成において補正画像に透視変換の影響による誤差が生じることとなる。また、上述の特許文献４記載の従来技術では、観察者の位置、視線方向を演算に必要とするため、補正画像と観察者の位置、視線方向は１対１の関係となり、観察者の位置に応じて補正画像を再生成する必要がある。
【０００６】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、透視変換後の画像を形成する場合に透視変換の影響による誤差が少なく、また、高速に画像を生成することができ、かつ観察者の位置を制限しない画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、非平面スクリーンに広角レンズを通して画像を投影して表示する画像表示装置において、
前記非平面スクリーンが配置される三次元空間における前記画像表示装置の位置、投影方向及び画角と、前記非平面スクリーンの形状及び寸法と、前記三次元空間における仮想的な平面スクリーンを定義する仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数に基づいて、補正対象の画像をテクスチャとしたテクスチャ座標を、前記仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数に応じた第１の各ポリゴン頂点座標に割り当てる手段と、
前記記憶手段に記憶されている非平面スクリーンの形状及び寸法に基づいて、前記非平面スクリーンを三次元空間上のスクリーンポリゴンオブジェクトとして生成し、前記第１の各ポリゴン頂点座標を前記スクリーンポリゴンオブジェクトの第２の各ポリゴン頂点座標に変換する手段と、
前記記憶手段に記憶されている画像表示装置の位置、投影方向及び画角に基づいて、前記変換された第２の各ポリゴン頂点座標を前記仮想平面ポリゴンオブジェクトと同じ平面上の対応する第３の各ポリゴン頂点座標に変換する手段と、
前記変換された第３の各ポリゴン頂点座標を含む三次元空間を画像形成用の第４の各ポリゴン頂点座標を含む空間に透視変換する透視変換手段と、
前記透視変換された第４の各ポリゴン頂点座標及び前記テクスチャに基づいて、前記広角レンズを通して前記非平面スクリーンに投影する補正画像を生成する画像生成手段とを、
備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は上記目的を達成するために、非平面スクリーンに広角レンズを通して画像を投影して表示する画像表示方法において、
前記非平面スクリーンが配置される三次元空間における前記画像表示装置の位置、投影方向及び画角と、前記非平面スクリーンの形状及び寸法と、前記三次元空間における仮想的な平面スクリーンを定義する仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数を取得する記憶ステップと、
前記取得した前記仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数に基づいて、補正対象の画像をテクスチャとしたテクスチャ座標を、前記仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数に応じた第１の各ポリゴン頂点座標に割り当てるステップと、
前記取得した非平面スクリーンの形状及び寸法に基づいて、前記非平面スクリーンを三次元空間上のスクリーンポリゴンオブジェクトとして生成し、前記第１の各ポリゴン頂点座標を前記スクリーンポリゴンオブジェクトの第２の各ポリゴン頂点座標に変換するステップと、
前記取得した画像表示装置の位置、投影方向及び画角に基づいて、前記変換された第２の各ポリゴン頂点座標を前記仮想平面ポリゴンオブジェクトと同じ平面上の対応する第３の各ポリゴン頂点座標に変換するステップと、
前記変換された第３の各ポリゴン頂点座標を含む三次元空間を画像形成用の第４の各ポリゴン頂点座標を含む空間に透視変換する透視変換ステップと、
前記透視変換された第４の各ポリゴン頂点座標及び前記テクスチャに基づいて、前記広角レンズを通して前記非平面スクリーンに投影する補正画像を生成する画像生成ステップとを、
備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、補正対象の画像をテクスチャとしたテクスチャ座標を、仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数に応じた第１の各ポリゴン頂点座標に割り当て、非平面スクリーンの形状及び寸法に基づいて非平面スクリーンを三次元空間上のスクリーンポリゴンオブジェクトとして生成し、第１の各ポリゴン頂点座標をスクリーンポリゴンオブジェクトの第２の各ポリゴン頂点座標に変換し、画像表示装置の位置、投影方向及び画角に基づいて、第２の各ポリゴン頂点座標を仮想平面ポリゴンオブジェクトと同じ平面上の対応する第３の各ポリゴン頂点座標に変換するので、第３の各ポリゴン頂点座標を含む三次元空間を画像形成用の第４の各ポリゴン頂点座標を含む空間に透視変換する場合に透視変換の影響による誤差を少なくすることができる。
また、画像表示装置の位置、投影方向及び画角に基づいて、第２の各ポリゴン頂点座標を仮想平面ポリゴンオブジェクトと同じ平面上の対応する第３の各ポリゴン頂点座標に変換する場合には、直線と平面との交点を求めるので、高速に画像を生成することができ、さらに、観察者の位置は制限しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明に係る画像表示装置の第１の実施の形態を示すブロック図、図２は図１の画像計算部の処理を説明するためのフローチャート、図３、図４、図５は図１の画像計算部の処理を示す説明図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施の形態による画像表示装置１０は、画像入力部１と、記憶部２と、画像計算部３と画像出力部４を有する。画像入力部１は補正対象となる画像を入力する。記憶部２は、画像表示装置１０の位置、投影方向及び画角と、画像を投影する非平面スクリーン５の形状及び寸法と、三次元空間における仮想平面スクリーンを定義する平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数などのパラメータを記憶している。
【００１２】
画像計算部３は、画像入力部１から入力した画像を、記憶部２に記憶したパラメータを含む所定式により、非平面スクリーン５に対しての補正、および画像生成を行う。具体的には画像計算部３は、座標演算処理３ａにより、記憶部２に記憶されている仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数に基づいて、補正対象の画像をテクスチャとしたテクスチャ座標を、仮想平面ポリゴンオブジェクトのポリゴン分割数に応じた第１の各ポリゴン頂点座標に割り当て、次いで、記憶部２に記憶されている非平面スクリーンの形状及び寸法に基づいて、非平面スクリーンを三次元空間上のスクリーンポリゴンオブジェクトとして生成して第１の各ポリゴン頂点座標をスクリーンポリゴンオブジェクトの第２の各ポリゴン頂点座標に変換し、次いで、記憶部２に記憶されている画像表示装置１０の位置、投影方向及び画角に基づいて第２の各ポリゴン頂点座標を仮想平面ポリゴンオブジェクトと同じ平面上の対応する第３の各ポリゴン頂点座標に変換する。
【００１３】
画像計算部３はさらに、透視変換処理３ｂにより、第３の各ポリゴン頂点座標を含む三次元空間を画像形成用の第４の各ポリゴン頂点座標を含む空間に透視変換し、次いで、画像生成３ｃにより、透視変換された第４のポリゴン頂点座標及びテクスチャに基づいて、広角レンズを通して非平面スクリーン５に投影する補正画像を生成する。画像出力部４は画像計算部３により補正、生成された画像を不図示の広角レンズを通して非平面スクリーン５に投影する。
【００１４】
次に、図２〜図５を参照しながら画像計算部３が行う処理の一例を説明する。まず、図２に示すステップＳ０の処理において、画像計算部３は記憶部２から、
・三次元空間における非平面スクリーン５の形状及び寸法、
・例えば図３に示すように、ｚ＝２の仮想平面スクリーンを定義する仮想平面ポリゴンオブジェクトＯＢ１のポリゴン分割数、
・画像表示装置１０の位置、投影方向及び画角
を含むパラメータを取得する。続くステップＳ１の処理において、画像計算部３は、ステップＳ０において取得した仮想平面ポリゴンオブジェクトＯＢ１のポリゴン分割数に応じたポリゴン頂点座標（Ｌ，Ｍ，２）に対し、画像入力部１から入力した画像をテクスチャとしたテクスチャ座標を割り当てる。
【００１５】
続くステップＳ２の処理において、画像計算部３は、ステップＳ０において取得した非平面スクリーン５の形状及び寸法から、非平面スクリーン５を図３、図４に示すように三次元空間上のスクリーンポリゴンオブジェクトＯＢ２として生成し、ステップＳ１で変換したポリゴン頂点座標（Ｌ，Ｍ，２）をスクリーンポリゴンオブジェクトＯＢ２上のポリゴン頂点座標（ｘ1，ｙ1，ｚ1）に変換する。続くステップＳ３の処理において、画像計算部３は、ステップＳ０において取得した画像表示装置１０の位置、投影方向及び画角から、図５に示すようにステップＳ２において取得したスクリーンポリゴンオブジェクトＯＢ２上のポリゴン頂点座標（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を、ステップＳ０において取得した仮想平面ポリゴンオブジェクトＯＢ１と同一平面上の対応するポリゴン頂点座標（ｘ2，ｙ2，２）に変換する。
【００１６】
続くステップＳ４の処理において、画像計算部３は、ステップＳ３で変換したポリゴン頂点座標（ｘ2，ｙ2，２）を含む三次元空間を、画像生成用の空間に透視変換処理する。続くステップＳ４の処理において、画像計算部３は、ステップＳ４において取得した画像生成用の空間に基づいて画像を生成する。
【００１７】
図３、図４、図５に示した例では、非平面スクリーン５の平面形状を
ｘ2＋ｚ2＝４  （ｚ≧０）
の半円形状としている。また、仮想平面を定義するポリゴンオブジェクトＯＢ１のポリゴン頂点座標（Ｌ，Ｍ，２）を
（-2,3,2）,（-1,3,2）,（-1,2,2）,（-2,2,2），
（-1,3,2）,（0,3,2）,（0,2,2）,（-1,2,2），
（0,3,2）,（1,3,2）,（1,2,2）,（O,2,2），
（1,3,2）,（2,3,2）,（2,2,2）,（1,2,2），
（-2,2,2）,（-1,2,2）,（-1,1,2）,（-2,1,2），
（-1,2,2）,（0,2,2）,（0,1,2）,（-1,1,2），
（0,2,2）,（1,2,2）,（1,1,2）,（0,1,2），
（1,2,2）,（2,2,2）,（2,1,2）,（1,1,2），
（-2,1,2）,（-1,1,2）,（−1,0,2）,（-2,0,2），
（-1,1,2）,（0,1,2）,（0,0,2）,（-1,0,2），
（0,1.2）,（1,1,2）,（1,0,2）,（0,0,2），
（1,1,2）,（1,1,2）,（1,0,2）,（0,0,2），
としている。全てのポリゴン頂点座標（Ｌ，Ｍ，２）は、ｚ＝２の平面上であるため、４頂点で１つの四角形ポリゴンとする。また、画像表示装置１０の位置座標を（0.0,-6）、画像表示装置１０の投影方向をｚ軸の正方向（画像表示装置１０のあおり量は５０％）としている。
【００１８】
また、図４は、図２のステップＳ２において、図４（ａ）に示す仮想平面ポリゴンオブジェクトＯＢ１の頂点座標（Ｌ，Ｍ，２）を、図４（ｂ）に示すようにスクリーンポリゴンオブジェクトＯＢ２上の頂点座標（ｘ1，ｙ1，ｚ1）に変換する処理を示している。こ
こで、入力画像を図４（ｂ）のように、平面形状が半円のスクリーン５全体に投射することを目的とした場合、スクリーンポリゴンオブジェクトＯＢ２上の頂点座標（ｘ1，ｙ1，ｚ1）は、仮想平面を定義するポリゴンオブジェクトＯＢ１のポリゴン頂点座標を（Ｌ
，Ｍ，２）とすると、
ｘ12＋（ｚ1−２）2＝Ｒ2  （ｚ1≧０）
ただし、Ｒ＝Ｌ×２π／４とｘ2＋ｚ2＝４（ｚ≧０）の交点として求められる（Ｌ≧０の場合はｘ≧０）。
【００１９】
図５は図２のステップＳ３において、図５（ａ）に示すようにステップＳ２において取得したスクリーンポリゴンオブジェクトＯＢ２上のポリゴン頂点座標（ｘ1，ｙ1，ｚ1）
を、図５（ｂ）に示すように仮想平面ポリゴンオブジェクトＯＢ１と同一平面上の対応するポリゴン頂点座標（ｘ2，ｙ2，２）に変換する処理を示している。新たなポリゴン座標（ｘ2，ｙ2，２）は、スクリーンポリゴンオブジェクトＯＢ２上のポリゴン頂点座標（ｘ1，ｙ1，ｚ1）と画像表示装置１０の位置（0.0,-6）とを結ぶ直線と、仮想平面ポリゴンオブジェクトＯＢ１と同一の平面との交点となるため、これは直線と平面との交点であることから、容易に求めることができる。
【００２０】
以上のような処理を画像入力部１が入力する全ての画像についてリアルタイムに順次処理を行う。図３、図４、図５から分かるように、図２のステップＳ２、Ｓ３の座標変換を行い、最終的なポリゴン座標（ｘ2，ｙ2，２）を仮想平面ポリゴンオブジェクトＯＢ１と同じ平面上にすることで、その後の透視変換、画像生成の過程において奥行きや画角の影響を受けず、誤差のない画像生成を行うことができる。
【００２１】
以上の説明から明らかなように、本実施の形態による画像表示装置においては、画像計算部３が、画像入力部１から入力された入力画像をテクスチャとして三次元空間における仮想スクリーンとしての平面ポリゴンオブジェクトＯＢ１に貼り込み、仮想平面ポリゴンオブジェクトＯＢ１のポリゴン頂点座標（Ｌ，Ｍ，２）に、実際の投射目標となるスクリーン形状に応じた任意の補正変換を行って、スクリーンポリゴンオブジェクトＯＢ２上のポリゴン頂点座標（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を求め、ポリゴン頂点座標（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を仮想平面ポリゴンオブジェクトＯＢ１と同一平面上のポリゴンオブジェクト（ｘ2，ｙ2，２）にし、このポリゴンオブジェクト（ｘ2，ｙ2，２）を透視変換し、画像の生成を行う。
【００２２】
このような構成によれば、画像表示装置が非平面スクリーン５に画像を投影する場合に、入力された画像から、高速で誤差のない補正画像を生成して投影することができ、さらに、非平面スクリーン５を三次元空間上に定義していることから、出力画像の生成を行う前の段階で、装置の使用者が非平面スクリーン５への投射結果を事前に、かつ容易に確認することができる。また、仮想平面ポリゴンオブジェクトＯＢ１のポリゴン分割数を増やすことで、より正確な補正画像を得ることができ、逆にポリゴン分割数を減らすことで、より負荷の少ない高速に描画された補正画像を得ることができる。さらに、視点や注視点によらない画像処理であるため、観察者の位置を制限しない。
【００２３】
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明したが、本発明は、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく、他の色々な形態で実施することができる。このように、前述の実施の形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る画像表示装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１の画像計算部の処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】仮想平面ポリゴンオブジェクトとスクリーンポリゴンオブジェクトを示す説明図である。
【図４】仮想平面ポリゴンオブジェクトの頂点座標をスクリーンポリゴンオブジェクトの頂点座標に変換する処理を示す説明図である。
【図５】スクリーンポリゴンオブジェクトの頂点座標を仮想平面ポリゴンオブジェクトと同じ平面上の頂点座標に変換する処理を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  画像入力部
２  記憶部
３  画像計算部
４  画像出力部
５  非平面スクリーン
１０  画像表示装置
【図１】
2008299663.tif 000003
【図２】
2008299663.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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