(57)【要約】【課題】生体への影響の少ない３Ｄ表示方式において、複数の位置から立体画像を観察することを可能とする。【解決手段】立体表示装置１００を、表示装置の観察者に近い位置に配置される第１の表示手段であるホログラフィックスクリーン１０１と、ホログラフィックスクリーン１０１に映像を投射するプロジェクタ１０２と、観察者からみて奥側に配置される第２の表示手段である表示装置１０３と、表示する画像を処理する立体画像処理装置１０４と、によって構成する。【選択図】図１
2008131219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
奥行き方向の異なる位置に配置された第１の表示手段と第２の表示手段とを備え、各表示面に同一の物体を異なる輝度で表示することにより立体感を持たせる立体表示装置において、
前記第２の表示手段は、第１の表示手段の表示面に対して奥側に配置され、視点位置に応じた複数の表示方向に対して異なる画像を表示可能であるとともに、前記表示方向に応じて前記第１の表示手段に表示された画像の射影画像を表示することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２】
前記第２の表示手段に表示される射影画像は、前記第１の表示手段と第２の表示手段との距離と、前記第２の表示手段における表示方向に応じて、前記第１の表示手段に表示される画像から生成されることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項３】
前記第２の表示手段における複数の表示方向において、隣合う表示角度ごとに表示する画像に一様な視差を持たせることを特徴とする請求項１又は２に記載の立体画像表示装置。
【請求項４】
前記一様な視差は、前記第２の表示手段により視認される画像が、前記第２の表示手段よりも奥になるような視差であることを特徴とする請求項３に記載の立体画像表示装置。
【請求項５】
前記第２の表示手段は、表示方向に応じて異なる画像を表示するレンティキュラーレンズであることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
【請求項６】
前記第１の表示手段は、フロントプロジェクション方式による表示手段であることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
【請求項７】
前記第１の表示手段に表示する画像と、前記第２の表示手段に表示するための前記射影画像とを異なる輝度比で生成することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
【請求項８】
前記第２の表示手段に表示する射影画像は、前記第１の表示手段と前記第２の表示手段の距離と、前記第２の表示手段における表示方向に応じて、前記第１の表示手段に表示する画像より算出することを特徴とする請求項７に記載の立体画像表示装置。
【請求項９】
入力された多重化データを逆多重化し、視差マップと符号化された画像データとに分離する逆多重化手段と、
前記視差マップを解析し、第１の表示手段に表示する画像の輝度と、第２の表示手段に表示する画像の輝度とを視差の大きさに基づいて決定する視差マップ解析手段と、
送られてきた符号化された画像データを復号する復号手段と、
復号化された画像データと視差マップ解析手段により得られた画像の輝度情報とに基づいて出力する画像変換手段と
を有することを特徴とする立体画像処理装置。
【請求項１０】
さらに、前記第１の表示手段の表示面と前記第２の表示手段との距離、想定される観察者と前記第１の表示手段の表示面との距離に関する情報を、指示可能とするパラメータ入力手段を有することを特徴とする請求項９に記載の立体画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数視点から立体画像を視認可能な立体画像表示装置および立体画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な方式の立体視可能な表示装置が提案されている。異なる視点から対象物をとらえることにより得られる映像において、各映像間のずれを視差とよぶ。これを利用して奥行き方向の距離を知覚する方式として、２視点の画像を利用して立体視する２眼式や、それ以上の視点数の画像を利用して、複数の位置からより自然な立体視を可能とする多眼式、更に視点数を増やし、瞳に２つ以上の視点画像が入射するようにした超多眼式などが知られている。
【０００３】
２眼式の例としては、バリアを利用して映像を左右視点方向に分離するパララクスバリア方式や、時分割で左右の映像を表示し、シャッタを備えた眼鏡を利用して立体視を行う時分割方式などがあり、多眼式の例としてはレンティキュラレンズを利用したレンティキュラ方式などがある。
【０００４】
例えば、下記特許文献１に記載の「自動立体ディスプレイ装置」には、ディスプレイの画素の前にレンティキュラレンズを斜めに配置し、各画素においてレンティキュラレンズとの対応位置に応じて異なる視点の画像を表示することにより、複数の視点から立体画像を表示可能なレンティキュラ方式の立体表示装置が開示されている。
【０００５】
立体映像を見る場合、様々な要因により生体に影響があることが知られている。各視点画像間において、視差が大きいほど奥行き方向の距離が増大し、表示画面上に対して大きく飛び出す、あるいは奥に引っ込んで見えることとなるが、この時、視差が大きすぎると輻輳と調節の矛盾などに起因し、立体映像の観察者に疲労感を与えたり、気分が悪くなったりなどの生理的な影響を与える。輻輳とは、眼球運動の一種であり、観察する対象に視線を交差しようとする動きであり、調節とはピントを合わせる事で、眼の水晶体の厚みを変え屈折率を変える動きの事である。図１７に示すように、視点１２０５ａ・１２０５ｂで立体視した場合に、輻輳距離Ｂは立体映像１２０７に合うのに対し、調節距離Ａは表示画面１２１５に合うため矛盾が生じる。
【０００６】
このような原因に基づく疲労感などの生理的影響は、立体映像を見る場合に長時間視聴できないなど大きな問題となる。これらの症状は、２眼式や通常の多眼式の場合に起こりやすく、超多眼式のように瞳孔にわずかにズレた複数の視点画像が提示される場合には、それらを一致させようとピント調節機能が働き、ピントは空間上の立体像付近で合うこととなり、調節と輻輳が一致するため生体への影響は軽微となる。しかしながら、超多眼式では、多数の視点画像を用意する必要があることから、解像度の低下や、視点画像の伝送など様々な問題が存在する。
【０００７】
そこで、これらの生理的影響が少なく、かつ解像度の低下のない新たな立体方式が提案されている。
【０００８】
下記特許文献２に記載の「三次元表示方法及び装置」では、観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に対して、表示対象物体を観察者の視線方向から射影した二次元像を生成し、前記生成された二次元像の輝度を前記各表示面毎に各々独立に変化させて表示している。多くのエッジを持った２つの画像を透明な前後２面に重ね合わせて表示し、その前後２面の画像の輝度比を変化させることにより、２面の間の任意の奥行き位置に対象を知覚することが可能となり、視聴時の疲労も軽微であるとの記載がある。
【０００９】
【特許文献１】特開平９-２３６７７７号公報
【特許文献２】特開２０００-２１４４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように、生体への生理的影響が少なく、解像度の低下の少ない立体表示方法が提案されているが、観察者から見て２つの２次元画像が重なるように表示されることから、視点位置がずれると前方の画像と後方の画像がずれ、２重に見えてしまうという問題点があった。たとえ、ヘッドトラッキングなどにより観察者の視点位置を追従させたとしても、複数人により同時に立体画像を視聴することが出来ないという問題点があった。
【００１１】
また、立体画像の知覚位置は２面の間であるため、より立体的に表示するためには２面間の距離をとる必要があり装置の奥行き方向の長さが大きくなってしまうという問題点もあった。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであって、生理的影響の少ない立体表示方式において、多視点からの立体画像の知覚を可能とするとともに、装置の薄型化に貢献する立体画像表示装置、および前記立体画像表示装置に表示するための画像を生成する立体画像処理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】
【００１３】
本発明の一観点によれば、奥行き方向の異なる位置に配置された第１の表示手段と第２の表示手段とを備え、各表示面に同一の物体を異なる輝度で表示することにより立体感を持たせる立体表示装置において、前記第２の表示手段は、第１の表示手段の表示面に対して奥側に配置され、視点位置に応じた複数の表示方向に対して異なる画像を表示可能であるとともに、前記表示方向に応じて前記第１の表示手段に表示された画像の射影画像を表示することを特徴とする立体表示装置が提供される。これにより、視点位置に応じて異なる画像を提示することができる。この際、視点位置と画像表示とを対応付けして行うのが好ましい。
【００１４】
前記第２の表示手段に表示される射影画像は、前記第１の表示手段と第２の表示手段との距離と、前記第２の表示手段における表示方向に応じて、前記第１の表示手段に表示される画像から生成されることが好ましい。前記第２の表示手段における複数の表示方向において、隣合う表示方向ごとに表示する画像に一様な視差を持たせることが好ましい。
【００１５】
前記一様な視差は、前記第２の表示手段により視認される画像が、前記第２の表示手段よりも奥になるような視差であっても良い。また、前記第２の表示手段は、表示方向に応じて異なる画像を表示するレンティキュラーレンズであっても良い。前記第１の表示手段は、例えば、フロントプロジェクション方式による表示手段であることが好ましい。
【００１６】
前記第１の表示手段に表示する画像と、前記第２の表示手段に表示するための前記射影画像とを異なる輝度比で生成することが好ましい。前記第２の表示手段に表示する射影画像は、前記第１の表示手段と前記第２の表示手段の距離と、前記第２の表示手段における表示方向に応じて、前記第１の表示手段に表示する画像より算出するのが好ましい。
【００１７】
本発明の他の観点によれば、入力された多重化データを逆多重化し、視差マップと符号化された画像データとに分離する逆多重化手段と、前記視差マップを解析し、第１の表示手段に表示する画像の輝度と、第２の表示手段に表示する画像の輝度とを視差の大きさに基づいて決定する視差マップ解析手段と、送られてきた符号化された画像データを復号する復号手段と、復号化された画像データと視差マップ解析手段により得られた画像の輝度情報とに基づいて出力する画像変換手段と、を有することを特徴とする立体画像処理装置が提供される。
【００１８】
さらに、前記第１の表示手段の表示面と前記第２の表示手段との距離、想定される観察者と前記第１の表示手段の表示面との距離に関する情報を、指示可能とするパラメータ入力手段を有することが好ましい。前記画像変換手段は、復号された画像データの輝度を視差マップ解析手段からの情報を元に変更し、前記第１の表示手段に送る一方、パラメータ入力手段らの距離等の情報と輝度比情報に従って前記第２の表示手段に表示する為の画像を生成し、各表示手段に送る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の立体画像表示装置によれば、奥行き方向の異なる位置に配置された第１の表示手段と第２の表示手段を備え、各表示面に同一の物体を異なる輝度で表示することにより立体感を持たせる立体表示装置において、第２の表示手段は観察者に対して第１の表示手段より奥側に配置され、角度に応じて異なる画像を表示可能であるとともに、角度に応じて第１の表示手段に表示された画像の射影画像を表示することにより、輝度比によって立体感を表示する生体への影響が軽微な立体方式において、複数視点からの立体画像の視聴が可能となる。
【００２０】
また、従来の立体表示装置では複数視点に立体画像を表示する際に解像度の低下が問題となるが本発明によれば、第２の表示手段では解像度が低下するが第１の表示手段の解像度は低下しないため、解像度の低下により画像が粗く見えるのを抑制することが可能となる。視点位置がずれると前方の画像と後方の画像がずれ、２重に見えてしまうことがなくなる。
【００２１】
また、前記第２の表示手段に表示される射影画像は、前記第１と第２の表示手段の距離と、前記第２の表示手段における表示方向に応じて、前記第１の表示手段に表示される画像から生成することにより、複数の画像をあらかじめ用意する必要がないため画像データの送信に際しデータ量が増加するのを防ぐことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明を行う。
（第１の実施の形態）
【００２３】
本発明の第１の実施の形態による立体画像技術について、図面を参照しながら説明する。以下では、「３Ｄ」を３次元または立体を、「２Ｄ」を２次元を意味する用語として用い説明を行なう。
【００２４】
図１は、本実施の形態による立体表示装置の概略構成例を示す斜視図である。図１に示す立体表示装置１００は、観察者に近い位置に配置される第１の表示手段であるホログラフィックスクリーン１０１、およびこのホログラフィックスクリーン１０１に映像を投射するプロジェクタ１０２と、観察者からみて奥側に配置される第２の表示手段である表示装置１０３と、表示する画像を処理する立体画像処理装置１０４と、を有している。
【００２５】
ホログラフィックスクリーン１０１は、特殊なホログラフィック素子を使用したスクリーンであり、前方からの光のうち特定の方向からの光のみを反射し、表示させるとともに、他の方向の光は透過するもので、後方の背景はスクリーンを透過して見ることが可能である。既に実用化されている公知技術であり、特定の角度からの後方からの光のみ表示するとともに、他の方向からの光には影響を与えず透過するリアプロジェクション型の装置も存在する。ここでは、図１に示すようにフロントプロジェクション型の装置を例にして説明する。ホログラフィックスクリーン１０１には、プロジェクタ１０２によって画像が投影される。ホログラフィックスクリーン１０１が、第1の表示手段の表示面となる。
【００２６】
第２の表示手段である表示装置１０３は、図２に示すように液晶表示部２０１と、その前方に配置されたレンティキュラレンズ２０２によって構成される。図２は、表示装置１０３を真上から見た時の概略図であり、液晶表示部２０１における１から４の数値は画素グループを示している。図面の下方の１から４の数字は、視点位置を表している。液晶表示部２０１において、数字１が付された画素からの光は、レンティキュラレンズ２０２により、下方に示されている視点位置１の位置に集まる。同様に、２から４までの画素の光についても、それぞれ視点位置２から４までに集まる。従って、それぞれの視点位置からは対応した画素グループ以外は見えなくなる。
【００２７】
図３は、液晶表示部２０１を正面から見た図であり、１から４までの数値で示すように、画素を縦方向にグループに分けし、番号によってそれぞれ異なる画像を表示する。図２に示したように、レンティキュラレンズを通して画像を見ることにより、視点位置に応じて異なる画像が見えることになる。このように、表示装置１０３は各視点位置に対応した複数の表示方向に対して、異なる映像を表示することが可能である。
【００２８】
また、表示装置１０３上の画像は図２に示すように、複数視点の画像を表示するため、各視点ごとに見える画像は、本来、表示装置が持つ解像度よりも低下するが、前面のスクリーン１０１に表示された画像の解像度は低下しないため、複数視点から立体画像を視認できる上に、解像度の低下が少なく高精細な立体画像を表示できる。
【００２９】
ここで、本実施の形態による３Ｄ表示方式について図４を参照しながら説明する。
【００３０】
図４において、ホログラフィックスクリーン１０１上にプロジェクタ１０２（図１）によって表示される像を３０１で示し、表示装置１０３上に表示される像を３０２で示し、観察者の視点位置を３０３とし、視点位置３０３から見た観察者が視認する視認画像を３０４とする。表示画像３０２は、視点位置３０３から見たときの表示画像３０１の射影像となっており、視点位置３０３からは３０１、３０２の画像は完全に重なって見えるものとする。表示画像３０１と３０２との各々の輝度を、視点位置３０３から見て２つの画像が重なった時の相対的な輝度を一定に保ちつつ、表示画像３０１、３０２の輝度の割合を変化させることにより、実際に観察者が視点位置３０３から視認する視認画像３０４の位置が変化する。尚、各表示手段１０１、１０３に表示している画像はともに２Ｄ化像である。
【００３１】
例えば、表示画像３０１と３０２を重ねたときの２つを加算した輝度が１００とすると、表示画像３０１の輝度を１００、３０２の輝度を０とした時には視認画像３０４はホログラフィックスクリーン１０１上に視認され、逆に表示画像３０１の輝度を０、３０２の輝度を１００とすると、視認画像３０４は表示装置１０３上に視認される。表示画像３０１の輝度を５０、表示画像３０２の輝度を同様に５０とすると、視認画像３０４はホログラフィックスクリーン１０１と表示装置１０３の中間地点に視認される。そして、スクリーン１０１上の表示画像３０１を６０、表示装置１０３上の表示画像３０２を４０とすると、中間地点より輝度がより高い表示画面側、すなわち中間地点よりスクリーン１０１に近い位置に視認されることになる。
【００３２】
このように、視認される画像の奥行き方向の位置を変化させることができることから、観察者から見て手前にある物体の場合にはスクリーン１０１上の輝度が高く、奥側にある物体の場合には表示装置１０３上の輝度の方が高くなるように設定し、２つの物体を表す画像を同時に表示することにより、異なる奥行き位置に２つの物体を認識できる。
【００３３】
図５は、その一例を示す図である。図５は、立体表示装置１００（図１）を横方向から見た図であり、説明の簡単化のため構成を簡略化して示している。ホログラフィックスクリーン１０１上に画像４０１、画像４０３が表示されており、表示装置１０３上に表示されている画像４０２、４０４はそれぞれ画像４０１と４０３の射影像である。画像４０１と４０２、画像４０３と４０４を重畳して見た時の合計した輝度をそれぞれ１００とし、画像４０１の輝度を３０、４０２の輝度を７０、画像４０３の輝度を７０、４０４の輝度を３０とする。この時、画像４０１と４０２とを重畳してみたときに視認される画像は符号４０６で示され、画像４０３と４０４によって視認される画像は符号４０７で示される。図５中の点線４０５は、スクリーン１０１と表示装置１０３の奥行き位置の中間を示しており、視認画像４０７は視認画像４０６よりも観察者から見て手前側に見えることとなり、３Ｄ画像として認識できる。
【００３４】
このような輝度比を利用した３Ｄ表示方法では、２眼式などの３Ｄ表示方法に比べ、観察者の疲労が少ないことが知られているが、従来の方法では、この３Ｄ表示方法では視点位置が正面の１箇所に限定され、その位置とは異なる位置から見た場合にスクリーン１０１上の画像と表示装置１０３上の画像は完全に重ならず単純に２重像になって見えてしまい、スクリーン１０１と表示装置１０３との間の距離内で見える位置が変わることがなく、３Ｄとして認識することができない。
【００３５】
本実施の形態による表示装置１０３は、前述の通り、視点位置に応じて異なる画像を提示することができる。図２において、視点位置１と２の距離および視点位置３と４の距離は、左右の眼の間隔であるとする。立体画像処理装置１０４には、表示する奥行き位置に応じて輝度比が設定された、プロジェクタ１０２に表示する画像と表示装置１０３へ表示する表示角度に応じた複数の画像が入力される。この入力画像は、入力順序、あるいは画像のヘッダ情報などからプロジェクタ１０２と表示装置１０３とのいずれに表示すべき画像かを判別可能であり、立体画像処理装置１０４によって判別される。
【００３６】
立体画像処理装置１０４は、図２の視点位置１から見える画素グループ１と、視点位置２から見える画素グループ２と、の部分に、視点位置１と２との中間地点からのホログラフィックスクリーン１０１の画像の射影画像に対応する画像を選択し表示する。同様に、視点位置３から見える画素グループ３と、視点位置４から見える画素グループ４と、の部分に、視点位置３と４の中間地点からのホログラフィックスクリーン１０１の画像の射影画像に対応する画像を表示する。視点位置１と２の位置に左右の眼が来るように観察する場合、左眼では画素グループ１が、右眼では画素グループ２のみが見え、画素グループ３，４の画像は見えず、同様に視点位置３と４の位置に左右の眼が来るように観察する場合、画素グループ１，２の画像は見えなくなる。
【００３７】
図６は、視点位置１と２に左右の眼が来るように観察する場合を示しており、立体表示装置１００（図１）を正面よりやや左側から見た図である。観察方向は符号Ａで示す位置を基点とした方向であり、この方向は図２における視点位置１、２に対応する方向である。表示装置１０３上の表示画像５０２は、視点位置１，２から見た画像であり、視点位置１から見える画像は画素グループ１、視点位置２から見える画像は画素グループ２の画像であるが、ここでは共に同じ画像を表示している為、表示画像５０２として視認される。ホログラフィックスクリーン１０１上の表示画像５０１と、表示装置１０３上の表示画像５０２はちょうど重なって見え、表示画像５０１と表示画像５０２の輝度比を変えることで、画像の視認される奥行き位置が変化する。表示画像５０３は、図２の画素グループ３，４に対応して表示されている表示装置１０３上の画像であり、表示画像５０２と同時に表示されているものの、前述の通り、観察方向Ａからは見えないため、表示画像５０１と表示画像５０２の重なった３Ｄ画像だけが視認できる。視点位置３と視点位置４の位置から観察した場合には、表示画像５０１と表示画像５０３だけが見え、表示画像５０２は見えなくなる。このようにして、観察者の疲労が少ない３Ｄ表示方式を用いて、複数の視点方向から３Ｄ画像を認識することが可能となる。
【００３８】
尚、図１等においては、発明の理解を容易にするため、各部品の大小関係を誇張して記載しており、各部品の大きさは実際とは異なる。また、ここでのホログラフィックスクリーンは前方投影型を例にして説明したが、後方投影型を利用してもよい。
【００３９】
図７は、本実施の形態の第１変形例による立体画像表示装置の一構成例を示す図である。図７に示すように、ホログラフィックスクリーンの代わりに、ハーフミラー５５１と通常の液晶表示装置５５３などのディスプレイを使用する構成としてもよい。平置きした液晶表示装置５５３などのディスプレイの光をハーフミラー５５１によって点線５５５の方向に反射させるとともに、ハーフミラー５５１を透過して、角度に応じた複数の画像を表示可能な多視点ディスプレイ５５７の映像を見ることによって、同様の立体表示装置を構成することが可能となる。ここに示した以外にも、前方の表示装置を通して後方の表示装置が視認できる構成であれば、特に構成に関する限定はない。
【００４０】
また、ここでは、レンティキュラーレンズを使用した第２の表示手段である表示装置１０３は４視点としたが、この視点数４に限るわけではなく、より多視点であっても、少なくてもよい。
【００４１】
図８は、本実施の形態の第２変形例による立体画像表示装置の一構成例を示す図である。
【００４２】
図８に示すように、パララクスバリア方式を用いたディスプレイであってもよい。図８（ａ）は、立体視に関する原理を示す図であり、図８（ｂ）は、パララクスバリア方式で表示される画面の例を示す図である。図８（ａ）に示すように、図８（ｂ）に示すような左眼画像と右眼画像とが水平方向１画素おきに交互にならんだ形に配置された画像を、画像表示パネル６０１に表示し、同一視点の画素の間隔よりも狭い間隔のスリットを持つパララクスバリア６０２を画像表示パネル６０１の前面（視点側）に置くことにより、図８（ａ）における画像表示パネル６０１に表示された画像は、バリア６０２に遮られ、左眼６０３からは左眼画像部分だけを、右眼６０４からは右眼画像の部分だけを観察することになり、立体視が可能となる。
【００４３】
他にも、レンティキュラーレンズを斜めに配置して多視点と高解像度を実現したディスプレイなど、多視点ディスプレイであればどれを使用してもよい。
【００４４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態による立体画像表示装置について、図面を参照しながら説明する。
【００４５】
図９は、本実施の形態による立体表示装置と立体画像処理装置の一構成例を概略的に示す図である。図９に示す立体表示装置７００は、観察者に近い位置に配置される第１の表示手段であるホログラフィックスクリーン１０１と、プロジェクタ１０２と、観察者からみて奥側に配置される第２の表示手段であるレンティキュラ方式の表示装置１０３を含んで構成されている。立体表示装置７００に表示する画像を生成する立体画像処理装置７０１が立体表示装置７００の外部に接続されている。尚、上述の実施の形態と同一の機能を有する部材に関しては、同一の符号を付している。
【００４６】
立体画像処理装置７０１は、立体表示装置７００に表示するための画像を生成し、立体表示装置７００に送る。立体表示装置７００は、立体画像処理装置７０１からの映像を、プロジェクタ１０２及び表示装置１０３に送り、３Ｄ画像を表示する。
【００４７】
図１０は、本実施の形態による立体画像処理装置７０１の一構成例を示す機能ブロック図である。図１０に示すように、立体画像処理装置７０１は、逆多重化手段８０１、視差マップ解析手段８０２、復号手段８０３、画像変換手段８０４、パラメータ入力手段８０５、を有する。ここでは、符号化された表示画像データに、奥行き情報として視差マップが多重化されたデータが入力されるものとする。立体画像処理装置７０１に入力された多重化データは、逆多重化手段８０１によって視差マップと符号化された画像データとに分離される。視差マップ解析手段８０２は視差マップを解析し、プロジェクタ１０２によってスクリーン１０１に表示する画像の輝度と、表示装置１０３に表示する画像の輝度とを視差の大きさに基づいて決定し、その情報を画像変換手段８０４に送る。復号手段８０３は、送られてきた符号化された画像データを復号し、画像変換手段８０４に送る。パラメータ入力手段８０５はスクリーン１０１と表示装置１０３との距離や、想定される観察者とスクリーンとの距離等の情報が、観察者あるいは使用するユーザーによって指示できるように設けられている。画像変換手段８０４は、復号された画像データの輝度を視差マップ解析手段８０２からの情報を元に変更し、プロジェクタ１０２に送る一方、パラメータ入力手段８０５からの距離等の情報と輝度比情報に従って表示装置１０３に表示する為の画像を生成し、各表示手段に送る。
【００４８】
ここで、表示装置１０３は、レンティキュラレンズを用いた表示装置であり、単体で立体画像を表示することも可能である。図１１に示すように、ある物体を左眼９０５、右眼９０７の位置から撮影した画像を用意し、左眼で表示装置に表示された左眼画像９０２、右眼で右眼画像９０３を見ると、ここでは左眼用の画像９０２が左側に、右側用の画像９０３が右側にあるよう撮影されており、視差が存在することから、立体画像９０１を表示装置１１１の奥側に視認できる。
【００４９】
そこで、これを利用し、表示装置１０３において、第１の実施の形態では、隣り合う表示角度毎に、すなわち、画素グループ１と画素グループ２とにまったく同一の画像を表示したが、この画像を左右にずらして画面全体に一様に視差を持つようにしてそれぞれ画素グループ１、画素グループ２に表示するようにする。これにより、表示装置１０３に表示される画像自体が表示装置１０３よりも奥側にあるかのように視認される。
【００５０】
図１２（ａ）は、画素グループ１、２に同一の画像を表示する場合、図１２（ｂ）は視差を生じさせて表示する場合の画像である。それぞれにおいて、上側の９３１、９５１が画素グループ１、下側の９３３、９５３が画素グループ２に表示する図である。実施形態１で使用した画像図１２（ａ）では、表示画像９３７、９４１における向かって左側の対応点を比べると点線９３５で示されるように同じ位置にあり、視差は存在しない。図１２（ａ）と異なり、図１２（ｂ）では、表示画像全体に一様な視差が存在する。表示画像９５７と９６１を比較すると、表示画像９５７の左端が点線９６３の位置にあるのに対し、９６１における左端は点線９６５の位置にあり視差が存在している。点線９６３と９６５間の距離９６７は視差の大きさを示している。
【００５１】
図１２（ｂ）の画像を表示し、視点位置１、２から画像を観察した場合の例を図１３に示す。表示装置１０３には視点位置に応じた複数の表示角度への画像が提示されているが、ここでは視点位置１、２への画像だけを図示する。表示装置１０３上の画素グループ１に表示される画像１００２と画素グループ２に表示される画像１００３は、それぞれ右眼では画像１００２が、左眼では画像１００３だけが見えるため、図１１を参照しながら説明したように表示面よりも奥に視認されることとなるため、画像は符号１００４の位置に視認されることとなる。
【００５２】
ここで、図１３に示す画像１００２、１００３は、観察位置から見たときに画像１００４とホログラフィックスクリーン１０１上の画像１００１の射影となり、重なるような大きさに調整されているものとする。そして、画像１００１と画像１００２、１００３の輝度比を変更する。画像１００１の輝度を高くし、画像１００２、１００３の輝度を下げることで画像１００４の輝度を下げ、画像１００１の方が輝度が高い状態にすると画像１００６に示すようにホログラフィックスクリーン１０１に近い位置に画像が視認できる。また、画像１００１の輝度を低くし、画像１００２、１００３の輝度を上げて画像１００４の輝度を上げ、画像１００４の方が輝度が高い状態にすると表示装置１０３よりも奥側に画像１００５が視認できることとなる。      
【００５３】
このように、表示装置１０３側の画像に視差をつけ立体視の原理を利用することにより、スクリーン１０１と表示装置１０３の間の奥行き位置でしか３Ｄ画像を視認できなかったものが、表示装置１０３よりも奥にあるかのように認識させることが可能となる。これにより、スクリーン１０１と表示装置１０３との距離を狭めても、より広い位置で立体画像を認識できる為、立体表示装置１００を薄型化することが可能になる。また、スクリーン１０１と表示装置の１０３の距離を狭めない場合でも、従来よりも、より広い奥行き範囲で立体画像を表示することが可能となる。
【００５４】
従って、画像変換手段８０４（図１０）は、ユーザーから表示装置１０３とホログラフィックスクリーン１０１の距離、観察者とスクリーン１０１との距離、プロジェクタ１０２とスクリーン１０１との距離、プロジェクタ１０２とスクリーン１０１の間の距離に応じた画像の拡大率の変化、及び図１３における画像１００４を表示する奥行き位置に関する情報をパラメータ入力手段８０５（図１０）から得て、視差マップ解析手段８０２（図１０）からの輝度比情報と合わせて想定される観察者の位置に応じた複数の表示角度ごとに表示装置１０３に表示する画像を生成する。
【００５５】
図１４に示すように、画像変換手段８０４（図１０）は、画像データと、プロジェクタ１０２とスクリーンの距離Ｂ、およびプロジェクタ１０２がどのくらいの距離にどの大きさで表示するかという情報から、スクリーン１０１に表示したときの画像１００１の大きさを算出する。そして、観察者とスクリーン１０１の距離Ａ、スクリーン１０１と表示装置１０３の距離Ｃ、表示装置１０３によって映し出される画像の表示装置１０３に対しての奥行き位置Ｄに関する情報から、画像１００１の大きさをどのように変えればいいかを算出し、画像１００４の大きさを決定する。さらに、画像１００４の大きさと、画像１００４から観察者までの距離、表示装置１０３と観察者の距離から表示装置１０３上に表示する画像を生成する。
【００５６】
この時の算出の一例を説明する。表示画像１００１の大きさは、プロジェクタ側の拡大率とスクリーンまでの距離からあらかじめ分かっているものとすると、視点位置１００５から画像１００１までの距離Ａと、実際に視点位置から遠い位置に視認される画像１００４への距離Ａ＋Ｃ＋Ｄの距離から、画像１００４の大きさは画像１００１を（Ａ＋Ｃ＋Ｄ）／Ａの倍率で拡大したものとなる。これは、それぞれの画像は形が同じで大きさだけが異なる相似の関係にあることから明らかである。
【００５７】
また、図１５の点線１００６で示す三角形を考えると、同様に相似の関係を利用して、画像１００２，１００３は、画像１００４を（Ａ＋Ｃ）/（Ａ＋Ｃ＋Ｄ）の倍率で縮小したものとなる。図１６に示すように、表示装置１０３（図１）上に表示される画像１１０２と画像１１０３は、表示装置１０３によって視認できる画像１１０１が同じであっても、表示装置１０３の位置に応じて表示が変わる。それぞれの画像の算出においては、前記のようなある特定の画素についてその位置と先述の距離情報とで三平方の定理等を用いて算出する等、様々な方法がある。また、実際に目視により画像が重なるよう調整する手段を備え、それによって調整してもよい。この時、画像１００４は立体視の原理を利用した画像であるが、心理的な要因などにより、画像１００４の大きさや立体感が異なって感じられる事もあるが実際に調整する事も可能となる。また、あらかじめ距離情報に応じてどのような大きさ、あるいは表示装置１０３上での視差をつければよいかという情報を持ったテーブルを用意しておき、このテーブルを参照して算出を行ってもよい。
【００５８】
同様に、画素グループ１、２だけでなく３、４についても算出することにより、複数の表示角度へ輝度比の変化による立体表示方法によって３Ｄ画像を表示することが可能となるとともに、表示装置１０３上の画像に視差を持たせることで、立体表示装置の薄型化や、より広い奥行き範囲での３Ｄ画像の表示などが可能となる。
【００５９】
以上に説明した本発明の実施の形態による立体画像表示装置によれば、奥行き方向の異なる位置に配置された第１の表示手段と第２の表示手段を備え、各表示面に同一の物体を異なる輝度で表示することにより立体感を持たせる立体表示装置において、第２の表示手段は観察者に対して第１の表示手段より奥側に配置され、角度に応じて異なる画像を表示可能であるとともに、角度に応じて第１の表示手段に表示された画像の射影画像を表示することにより、輝度比によって立体感を表示する生体への影響が軽微な立体方式において、複数視点からの立体画像の視聴が可能となる。また、従来の立体表示装置では複数視点に立体画像を表示する際に解像度の低下が問題となっていたが、本実施の形態によれば、第２の表示手段では解像度が低下するが第１の表示手段の解像度は低下しないため、解像度の低下により画像が粗く見えるのを抑制することが可能となるという利点がある。
【００６０】
また、上記第２の表示手段に表示される射影画像は、上記第１と第２の表示手段の距離と、上記第２の表示手段における表示方向に応じて、上記第１の表示手段に表示される画像から生成することにより、複数の画像をあらかじめ用意する必要がないため画像データの送信に際しデータ量が増加するのを防ぐことが可能となる。
【００６１】
また、上記第２の表示手段における複数の表示角度において、隣合う表示角度ごとに表示する画像に一様な視差を持たせることにより、第２の表示手段に表示している画像を実際の表示位置にとらわれず、第２の表示装置よりも奥の位置や手前の位置にあるように表示することが可能となる。
【００６２】
また、第２の表示手段における一様な視差は、奥の方向、すなわち観察者から見て遠い方向になるよう一様な視差とすることにより、第２の表示手段に表示している画像を実際の表示位置よりも奥の位置にあるように表示できる為、第１と第２の表示手段の距離を狭めても立体感を損なうことがないため、立体表示装置を薄型化することが可能となる。
【００６３】
また、上記第２の表示手段は、レンティキュラーレンズによって角度に応じて異なる画像を表示することにより、第２の表示手段において液晶ディスプレイなどを利用し、複数の方向で異なる画像を提示することが可能となる。
【００６４】
また、上記第１の表示手段は、フロントプロジェクションとすることにより、より簡易に第１の表示手段を透過して第２の表示手段を観察可能とすることができる。
【００６５】
また、上記第１の表示手段に表示する画像と、上記第２の表示手段に表示するための上記射影画像を異なる輝度比で生成することにより、立体表示装置内だけでなく外部機器により立体表示装置に表示する為の立体画像を生成することが可能となる。
【００６６】
また、上記第２の表示手段に表示する射影画像は、上記第１と第２の表示手段の距離と、上記第２の表示手段における表示角度に応じて、上記第１の表示手段に表示する画像より算出することにより、同様に立体表示装置内だけでなく外部機器により立体表示装置に表示するための立体画像を生成することが可能となる。
【００６７】
尚、本実施の形態では、奥行き情報として視差マップを利用する例について説明したが、実際の奥行き距離を記したデプスマップを用いた形式の画像であってもよい。また、複数視点の画像だけで構成され、立体画像処理装置側で特徴点抽出などのアルゴリズムを使用して画像間の視差を算出し、それを元に変換するようにしてもよく、様々な方法がある。ここでは立体画像処理装置は、立体表示装置外部に設けられる単体の構成を例に説明したが、例えばパーソナルコンピュータに組み込むハードウェアや、コンピュータ上で動くソフトウェアとして実現することとしてもよい。
【００６８】
また、ここでは、第２の表示手段である表示装置１０３において、表示装置１０３よりも奥に画像が視認できるよう隣り合う表示角度ごとに一様な視差を設定した例について説明したが、画像が手前側に来るよう視差を設定してもよい。この場合、輝度比によって表現する奥行き距離が狭くなるため、より細かい単位で奥行き距離の位置を表現出来るようになるという利点がある。
【００６９】
なお、本発明は、上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、立体画像処理装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施の形態による立体画像表示装置の概略構成例を示す図である。
【図２】第２の表示手段の構成と原理とを説明するための図である。
【図３】第２の表示手段における画像の表示方法を示す図である。
【図４】輝度比を用いた立体表示方式を説明する図である。
【図５】輝度比を用いた立体表示方式により視認される画像の奥行き位置を説明する図である。
【図６】角度に応じて視認される画像について示す図である。
【図７】ハーフミラーを用いた構成例を示す図である。
【図８】パララックスバリア方式の構成を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態による立体画像表示装置と立体画像処理装置とを示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における立体画像処理装置を示すブロック図である。
【図１１】視差と視認される３Ｄ画像との関係について説明する図である。
【図１２】第２の表示手段に表示する画像について説明する為の図である。
【図１３】第２の実施の形態における表示画像と視認される画像の関係を示す図である。
【図１４】観察者と各表示手段、視認される画像の間の距離について説明する図である。
【図１５】表示画像の大きさの関係を示す図である。
【図１６】表示画像の位置と視差の関係を示す図である。
【図１７】立体視における輻輳と調節との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１００…立体表示装置、１０１…ホログラフィックスクリーン、１０２…プロジェクタ、１０３…第２の表示手段（表示装置）、１０４…立体画像処理装置。
【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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