(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示方法において、
表示対象物の３次元データを干渉縞計算用のデータに変換し、
前記変換された３次元データをサンプリングする規則として、少なくとも隣り合うサンプリング機会において、ランダムあるいは等間隔に、異なる３次元データをサンプリングする規則を設定し、
前記設定された規則に従って、前記変換した３次元データをサンプリングし、
前記サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、前記光源からの光により生成される波面を計算し、
前記計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として保持し、
前記サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、
前記生成された一連の複数のホログラム画像を順次表示する
ことを特徴とする計算機ホログラム表示方法。
【請求項２】
前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データより表示対象物の面の頂点座標を生成することにより行うことを特徴とする請求項１記載の計算機ホログラム方法。
【請求項３】
前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データをボクセルデータへの変換であることを特徴とする請求項１記載の計算機ホログラム方法。
【請求項４】
前記干渉縞計算用のデータへの変換は、物体ごとに行われ、前記サンプリングする規則は、前記物体の属性に応じてサンプリングの規則を変えることを特徴とする請求項１記載の計算機ホログラム表示方法。
【請求項５】
光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示装置において、
表示対象物の３次元データを入力する表示対象物入力手段と、
前記表示対象物の３次元データを干渉縞計算用のデータに変換し、
該変換された３次元データをサンプリングする規則として、少なくとも隣り合うサンプリング機会において、ランダムあるいは等間隔に、異なる３次元データをサンプリングする規則を設定し、該設定された規則に従って、前記変換した３次元データをサンプリングする物体管理手段と、
前記サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、前記光源からの光により生成される波面を計算し、前記計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として生成する画像生成手段と、
前記サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、前記生成された一連の複数のホログラム画像を順次表示する画像表示手段と
を備えたことを特徴とする計算機ホログラム表示装置。
【請求項６】
前記物体管理手段は、前記３次元データより表示対象物の頂点座標を生成することにより前記干渉縞計算用のデータへの変換を行うことを特徴とする請求項５記載の計算機ホログラム表示装置。
【請求項７】
前記物体管理手段は、前記３次元データをボクセルデータへ変換することにより前記干渉縞計算用のデータへの変換を行うことを特徴とする請求項５記載の計算機ホログラム表示装置。
【請求項８】
前記物体管理手段は、前記干渉縞計算用のデータへの変換を物体ごとに行ない、前記サンプリングする規則を前記物体の属性に応じて変えることを特徴とする請求項５記載の計算機ホログラム表示方法。
【請求項９】
前記計算機ホログラム表示装置は、
前記画像生成手段により生成されたホログラム画像を蓄積する画像記憶手段と、
前記画像記憶手段に蓄積されたホログラム画像を逐次伝送する手段とをさらに備え、
前記画像表示手段は、前記伝送されたホログラム画像を逐次表示する
ことを特徴とする請求項５記載の計算機ホログラム表示装置。
【請求項１０】
光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示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において、
前記計算機ホログラム表示プログラムは、
表示対象物の3次元データを干渉縞計算用のデータに変換し、
前記変換された3次元データをサンプリングする規則として、少なくとも隣り合うサンプリング機会において、ランダムあるいは等間隔に、異なる３次元データをサンプリングする規則を設定し、
前記設定された規則に従って、前記変換した３次元データをサンプリングし、前記サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、前記光源からの光により生成される波面を計算し、
前記計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として保持し、
前記サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、
前記生成された一連の複数のホログラム画像を順次表示する
ことをコンピュータに実行させる計算機ホログラム表示プログラムを記録した記録媒体。
【請求項１１】
前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データより表示対象物の面の頂点座標を生成することにより行うことを特徴とする請求項１０記載の計算機ホログラム表示プログラムを記録した記録媒体。
【請求項１２】
前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データをボクセルデータへの変換であることを特徴とする請求項１０記載の計算機ホログラム表示プログラムを記録した記憶媒体。
【請求項１３】
前記干渉縞計算用のデータへの変換は、物体ごとに行われ、前記サンプリングする規則は、前記物体の属性に応じてサンプリングの規則を変えることを特徴とする請求項１０記載の計算機ホログラム表示プログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計算機ホログラムを電子ティスプレイ等に表示する計算機ホログラム表示技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、計算機ホログラムでは、物体を点光源の集合として表現し、これらの点光源からの波面による千渉縞を計算により求めることでホログラムを生成するという手法があり、これを表示する手段としては、音響光学素子や液晶パネルがある。音響光学素子では、一次元の干渉縞（水平方向の視差のみ）しか表現出来ないという欠点があるが、液晶パネルは、２次元の千渉縞を表示することができ、しかも電気的に容易に書き換えが可能といった利点を有する。ところが、通常、液晶パネルは各画素の濃淡値を電気的に制御する必要があるため、回路構成等の制約から、画素ピッチを細かくする上で、製造上の限界がある。ホログラムを表示するためには、本来１０００本／ｍｍ以上の高精細さが必要であるが、製造的な困難が伴うため、現状では、かなり粗い画像としてのホログラムしか実現できていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、液晶等の電子ディスプレイ等を使用する場合、解像度やダイナミックレンジが制約されるということは、表示可能な空問周波数や表示階調に限界があると言うことである。つまり、一つの物体を表示するためには、ある程度の高周波成分の千渉縞まで表示する必要があるが、表示解像度が低いために、複数の物体を表示しようとしたとき、一つの物体でぎりぎり表示できる高周波成分（結模様）が、別の物体の高周波成分と重なり合うことで、高周波成分の縞模様が潰れてしまうという現象がおこる。つまり、物体を再生するための十分な情報が欠如し、像のＳ／Ｎ比が悪くなってしまうという問題が発生し、表示可能な物体の数、即ち、物体形状の詳細な表示能力に限界がでてしまう。
【０００４】
本発明は、上述の従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、液晶等の電子ティスプレイ等のように解像度やダイナミックレンジが制約される表示手段を用いた場合でも、より詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させることが可能な計算機ホログラム表示技術を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示方法において、表示対象物の３次元データを干渉縞計算用のデータに変換し、前記変換された３次元データを、サンプリングする規則を設定し、前記設定された規則に従って、前記変換した３次元データをサンプリングし、前記サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、前記光源からの光により生成される波面を計算し、前記計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として保持し、前記サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、生成される複数のホログラム画像を順次表示することを特徴とする計算機ホログラム表示方法である。
また、請求項２に記載の発明は請求項１に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データより表示対象物の面の頂点座標を生成することにより行うことを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は請求項１に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データをボクセルデータへの変換であることを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は請求項１に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記干渉縞計算用のデータへの変換は、物体ごとに行われ、前記サンプリングする規則は、前記物体の属性に応じてサンプリングの規則を変えることを特徴としている。
【０００６】
次に、請求項５に記載の発明は、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示方法において、表示対象物の３次元データの入力を行い、前記入力された表示対象物を分類・分割し、該分類・分割された表示対象物ごとに参照光との干渉縞をそれぞれ計算し、前記計算された複数の干渉縞を、それぞれデジタル画像に変換し、前記変換された複数のデジタル画像を、それぞれビット毎に分解してビット画像とし、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を合成することにより表示用動画像を生成し、前記生成した表示用動画像を表示することを特徴とする計算機ホログラム表示方法である。
また、請求項６に記載の発明は請求項５に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記干渉縞の計算は、前記複数の表示対象物を該表示対象物の属性により分類し、該分類にもとづき表示対象物ごとに行うことを特徴としている。
また、請求項７に記載の発明は請求項６に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記デジタル画像への変換は、前記表示対象物の属性に基づき表示に必要な情報量を設定し、該設定された情報量に応じたビット数の画像への変換とし、前記表示用動画像の生成は、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を動画像の複数の画面に分散して割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項８に記載の発明は請求項６に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記デジタル画像への変換は、前記表示対象物の属性に基づき表示に必要な情報量を設定し、該設定された情報量に応じたビット数の画像への変換とし、前記表示用動画像の生成は、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を動画像の複数の画面に輝度を保存するように割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項９に記載の発明は請求項６に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記デジタル動画像の生成は、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像から前記表示対象物の属性に応じて高位ビット画像を取り出し、該高位ビット画像を動画像の複数の画面に割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項１０に記載の発明は請求項５に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記デジタル画像への変換は、同一ビット数からなるように変換し、前記デジタル動画像の生成は、  前記デジタル画像より得られたビット画像を対応するビットにごとに加算し、前記デジタル画像のビットの位に応じた数のフィールドを用意するとともに、該ビットの位に応じた数のフィールド間において異なる画像処理を行うことにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項１１に記載の発明は請求項６に記載の計算機ホログラム表示方法において、前記デジタル動画像の生成は、前記デジタル画像より得られたビット画像から予め設定された高位ビット画像を取り出し、該高位ビット画像の各画素を動画像の複数の画像に割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
【０００７】
次に、請求項１２に記載の発明は、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示装置において、表示対象物の３次元データを入力する表示対象物入力手段と、前記表示対象物の３次元データを干渉縞計算用のデータに変換し、該変換された３次元データを、サンプリングする規則を設定し、該設定された規則に従って、前記変換した３次元データをサンプリングする物体管理手段と、前記サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、前記光源からの光により生成される波面を計算し、前記計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として生成する画像生成手段と、前記サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、生成される複数のホログラム画像を順次表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする計算機ホログラム表示装置である。
また、請求項１３に記載の発明は請求項１２に記載の計算機ホログラム表示装置において、前記物体管理手段は、前記３次元データより表示対象物の頂点座標を生成することにより前記干渉縞計算用のデータへの変換を行うことを特徴としている。
また、請求項１４に記載の発明は請求項１２に記載の計算機ホログラム表示装置において、前記物体管理手段は、前記３次元データをボクセルデータへ変換することにより前記干渉縞計算用のデータへの変換を行うことを特徴としている。
また、請求項１５に記載の発明は請求項１２に記載の計算機ホログラム表示装置において、前記物体管理手段は、前記干渉縞計算用のデータへの変換を物体ごとに行ない、前記サンプリングする規則を前記物体の属性に応じて変えることを特徴としている。
また、請求項１６に記載の発明は請求項１２に記載の計算機ホログラム表示装置において、前記計算機ホログラム表示装置は、前記画像生成手段により生成されたホログラム画像を蓄積する画像記憶手段と、前記画像記憶手段に蓄積されたホログラム画像を逐次伝送する手段とをさらに備え、前記画像表示手段は、前記伝送されたホログラム画像を逐次表示することを特徴としている。
【０００８】
次に、請求項１７に記載の発明は、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示装置において、表示対象物の３次元データの入力を行う表示対象物入力手段と、前記入力された表示対象物を分類・分割し、該分類・分割された表示対象物ごとに参照光との干渉縞をそれぞれ計算し、該計算された複数の干渉縞をそれぞれデジタル画像に変換し、該変換された複数のデジタル画像をそれぞれビット毎に分解して、該分解されたビットを合成することにより表示用動画像を生成する画像生成手段と、前記生成した表示用動画像を表示する画像表示手段とを備えたことを特徴とする計算機ホログラム表示装置である。
また、請求項１８に記載の発明は請求項１７に記載の計算機ホログラム表示装置において、前記計算機ホログラム表示装置は、前記入力された複数の表示対象物を該表示対象物の属性により分類する物体管理手段をさらに備え、前記画像生成手段は、前記管理されている表示対象物の属性に応じて、個々に情報量を設定する情報量決定手段と、前記表示対象物からの光の波面による干渉縞を計算する波面計算手段と、前記計算された干渉縞をデジタル画像に変換し、個々の画素のビット列を各位毎の画像配列に分解するビット分解手段と、前記表示対象物の情報量に応じて、表示周期並びに表示する順番を決定する表示間隔決定手段と、前記決定された表示周期並びに表示する順番に従って、前記分解されたビットの位毎の画素配列の画素による干渉縞を合成する波面合成手段と、から構成され、前記画像表示手段は、前記合成された干渉縞の表示タイミングを制御する表示画面同期手段と、前記制御された表示タイミングに基づいて前記合成された干渉縞を順次表示する表示手段と、から構成されることを特徴としている。
また、請求項１９に記載の発明は請求項１８に記載の計算機ホログラム表示装置において、計算機ホログラム表示装置は、前記合成された干渉縞について静止した表示対象物の干渉縞から先に伝送し、動く表示対象物の干渉縞を後に逐次伝送する伝送手段と、前記伝送された静止した表示対象物の干渉縞を保持するとともに、該保持された静止した表示対象物の干渉縞と前記逐次伝送された動く表示対象物とを合成する受信手段と、を備え、前記表示画面同期手段は、前記受信手段で合成された干渉縞の表示タイミングを制御するものであり、前記表示手段は、前記受信手段で合成された干渉縞を表示するものであることを特徴としている。
また、請求項２０に記載の発明は請求項１７に記載の計算機ホログラム表示装置において、前記画像生成手段は、表示物体の干渉縞を計算する干渉縞計算手段と、前記計算された干渉縞をデジタル画像に変換し、個々の画素のビット列を各位毎の画素配列として生成するデジタル画像生成手段と、前記表示対象物の高位ビットの画素配列を選択し、動画像としての画像列を生成する動画像生成手段と、から構成されることを特徴としている。
また、請求項２１に記載の発明は請求項１７に記載の計算機ホログラム表示装置において、前記画像生成手段は、ホログラムを濃淡画像として生成する濃淡画像生成手段と、前記濃淡画像をビットに分解しビット画像を生成するビット画像生成手段と、前記ビット画像を保持する画像保持手段と、前記ビット画像に画像処理をほどこす手段であって、繰り返し提示する当該ビット画像に対しては、繰り返すビット画像それぞれに異なる画像処理を施す画像処理手段と、から構成され、前記画像表示手段は、前記ビットの位に応じたビット画像の繰り返し提示する時間間隔を制御する画像表示制御手段と、前記画像処理をほどこしたビット画像を提示する画像表示手段と、から構成されることを特徴としている。
【０００９】
次に、請求項２２に記載の発明は、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示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において、前記計算機ホログラム表示プログラムは、表示対象物の３次元データを干渉縞計算用のデータに変換し、前記変換された３次元データを、サンプリングする規則を設定し、前記設定された規則に従って、前記変換した３次元データをサンプリングし、前記サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、前記光源からの光により生成される波面を計算し、前記計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として保持し、前記サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、生成される複数のホログラム画像を順次表示することをコンピュータに実行させる計算機ホログラム表示プログラムを記録した記録媒体である。
また、請求項２３に記載の発明は請求項２２に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データより表示対象物の面の頂点座標を生成することにより行うことを特徴としている。
また、請求項２４に記載の発明は請求項２２に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記干渉縞計算用のデータへの変換とは、前記３次元データをボクセルデータへの変換であることを特徴としている。
また、請求項２５に記載の発明は請求項２２に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記干渉縞計算用のデータへの変換は、物体ごとに行われ、前記サンプリングする規則は、前記物体の属性に応じてサンプリングの規則を変えることを特徴としている。
【００１０】
次に、請求項２６に記載の発明は、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示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において、前記計算機ホログラム表示プログラムは、表示対象物の３次元データの入力を行い、前記入力された表示対象物を分類・分割し、該分類・分割された表示対象物ごとに参照光との干渉縞をそれぞれ計算し、前記計算された複数の干渉縞を、それぞれデジタル画像に変換し、前記変換された複数のデジタル画像を、それぞれビット毎に分解してビット画像とし、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を合成することにより表示用動画像を生成し、前記生成した表示用動画像を表示することをコンピュータに実行させる計算機ホログラム表示プログラムを記録した記録媒体である。
また、請求項２７に記載の発明は請求項２６に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記干渉縞の計算は、前記複数の表示対象物を該表示対象物の属性により分類し、該分類にもとづき表示対象物ごとに行うことを特徴としている。
また、請求項２８に記載の発明は請求項２７に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記デジタル画像への変換は、前記表示対象物の属性に基づき表示に必要な情報量を設定し、該設定された情報量に応じたビット数の画像への変換とし、前記表示用動画像の生成は、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を動画像の複数の画面に分散して割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項２９に記載の発明は請求項２７に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記デジタル画像への変換は、前記表示対象物の属性に基づき表示に必要な情報量を設定し、該設定された情報量に応じたビット数の画像への変換とし、前記表示用動画像の生成は、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を動画像の複数の画面に輝度を保存するように割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項３０に記載の発明は請求項２７に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記デジタル動画像の生成は、前記分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像から前記表示対象物の属性に応じて高位ビット画像を取り出し、該高位ビット画像を動画像の複数の画面に割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項３１に記載の発明は請求項２６に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記デジタル画像への変換は、同一ビット数からなるように変換し、前記デジタル動画像の生成は、前記デジタル画像より得られたビット画像を対応するビットにごとに加算し、前記デジタル画像のビットの位に応じた数のフィールドを用意するとともに、該ビットの位に応じた数のフィールド間において異なる２値化処理を行うことにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
また、請求項３２に記載の発明は請求項２６に記載の計算機ホログラム表示表示プログラムを記録した記録媒体において、前記デジタル動画像の生成は、前記デジタル画像より得られたビット画像から予め設定された高位ビット画像を取り出し、該高位ビット画像の各画素を動画像の複数の画像に割り当てることにより表示用動画像を生成することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による計算機ホログラム表示方法および装置を図面を参照して説明する。
【００１２】
以下では第１から第６の実施形態に分けて、本発明の計算機ホログラム表示方法および装置表示物体の説明を行う。
そして、第１および第２の実施形態では、動画表示のような連続する複数フレームに、ホログラム表示させる物体をサンプリングにより分散させて表示し、ホログラム画像を連続フレームとして観察する計算機ホログラム表示方法および装置表示物体について説明する。つまり、フレーム分割提示とすることで、より詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させる計算機ホログラム表示方法および装置について説明する。
第３〜第６の実施形態では、複数の物体の干渉縞に関するデジタル画像を、表示用デジタル画像を構成する複数のフレーム／フィールドなどの動画像の複数の画面に分散させ、一画面では物体数を少なくしながら、一定数の画面全体としてはより多くの物体を表示させる計算機ホログラム表示および装置について説明する。なお、「フレーム」とは、動画を構成する１コマを意味し、「フィールド」とはフレームを構成するための１コマを意味する。
【００１３】
まず始めに、第１および第２の実施形態の概要について説明する。図１は、第１および第２の実施形態に共通する計算機ホログラム表示方法を示すフロー図である。
まず、表示対象となる物体の３次元データの入力を行い、この次元データを干渉縞計算用のデータに変換する（ステップ１１、１２）。
次に、ステップ１２で変換された３次元データに対し、サンプリングする規則を設定する（ステップ１３）。
そして、設定された規則に従って、変換した３次元データをサンプリングし、サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、光源からの光により生成される波面を計算し、計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として保持する（ステップ１４、１５）。
サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、生成される複数のホログラム画像を順次表示する（ステップ１６、１７）。
このように、動画表示のような連続する複数フレームに、ホログラム表示させる物体をサンプリングにより分散させて表示し、ホログラム画像を連続フレームとして観察することで、より詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させる。
【００１４】
図２は、図１の方法を実施するための装置の構成例を示すブロック図である。図２より、計算機ホログラム表示装置は、表示対象物入力手段１と、物体管理手段２と、画像生成手段３と、画像表示手段５とにより構成される。ここで、表示対象物入力手段１は、図１のステップ１１を実施し、物体管理手段２は、図１のステップ１１から１４および１６を実施する。そして、画像生成手段３は、図１のステップ１５を実施し、画像表示手段５は、図１のステップ１７を実施する。
また、図２において、画像記憶手段４が設けられているが、これは、画像生成手段３で計算されたホログラム画像を蓄積し、蓄積された画像を画像表示手段５で表示、もしくは伝送表示する際に利用される。さらに、画像記憶手段４は、表示する画像の生成途中で一時的に利用される場合もある。
なお、図２に示す各手段は、専用のハードウェアにより実現されるものであっても、プログラムとして提供され図示しないメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により実行されることで、その機能が実現されるものであってもよい。
【００１５】
以下、図１および図２で説明した計算機ホログラム表示方法および装置を第１および第２の実施形態でより詳細に説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
本実施形態では、表示物体の３次元データを複数の部分に分割し、それぞれの部分からサンプリングを行い、計算された干渉縞を複数フレームを用いて表示することで、より詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させる計算機ホログラム表示方法および装置について説明する。
以下、本実施形態について図を用いて詳細に説明する。
【００１７】
電子的表示装置には、解像度やダイナミックレンジの限界があることから、同時に複数の光源からの波面による干渉縞を表現しようとしても、限界がある。言い換えれば、ｎ個の光源しか表示できないということもできる。そこで、本実施例では、一例として、同時に点光源を１００個しか表示できない表示装置を用いるものとして説明を行う。以下では、本実施形態の計算機ホログラム表示方法を図３のフローを用いて説明を行う。
最初に表示物体の３次元データを入力する（ステップ１２１）。ここで入力される表示物体は、一例として図４に示すような２つの物体１０１，１０２を含むものとする。なお、個々の物体１０１、１０２は、３次元座標データの集まりで構成されているものとする。また、図４におて符号１０３は表示対象画面を示しているものとする。
ここで、表示対象物の３次元データが、ポリゴンデータのように頂点、エッジ、面によって記述された３次元データであった場合は、表面情報を表すために、ポリゴンを構成している面をさらに細かなメッシュに分割する。例えば、図４の物体１０２のポリゴンデータは、図５に示すように、個々の面をさらに１６分割して、個々の分割された面の頂点座標を新規３次元データとして用いるようにする。なお、図５において符号１０４ａは元の３次元頂点座標のデータであり、符号１０４ｂで示した点は分割により新規追加された点である。ここでの処理において、頂点座標の密度が必要とする密度に達していれば、細かなメッシュに分割する必要はない。
【００１８】
次に、表示物体を構成する３次元座標（頂点座標）のリストを生成する（ステップ１２２）。ここでは、図４の物体１０１、１０２毎に分割により得られた面の頂点座標のリストが生成されることになる。
次に、ステップ１２２で得られたリストに対し入力データのサンプリング規則を決定する（ステップ１２３）。例えば、表示装置の解像度の限界から、同時に表示できる物体のデータ数が１００個であるとして、入力データからランダムにサンプリングするという規則を決定する。なお、サンプリング規則については、別途詳細に説明する。
次に、ステップ１２２で生成したリストから、当該規定数（１００個）の頂点座標データを選択する（ステップ１２４）。なお、例では物体１０１および１０２の頂点座標のリストから合計で１００個の頂点座標が選択されることになる。一例として、物体１０１の頂点座標データからは、図６の頂点座標データ１０５ａが第ｎフレーム用に選択され、頂点座標データ１０５ｂが第（ｎ＋１）フレーム用に選択されるものとする。
そして、ステップ１２４で選択された頂点座標データをそれぞれ点光源と仮定し、表示対象画面上での参照光との干渉縞を計算により求める（ステップ１２５）。求められた干渉縞はホログラム画像として、一時記憶される。
つぎに、残された頂点データがある場合、ステップ１２４から１２５の処理を同様に行う（ステップ１２６）。
物体１０１の頂点座標データからは、図６に示すようにステップ１２４で頂点座標データ１０５ａが第ｎフレーム用に選択される。そして、ステップ１２５で表示対象画面１０３上での参照光との干渉縞を計算により求め、ホログラム画像として、一時記憶される。つぎに、頂点座標データが残っているので、ステップ１２４で残された頂点座標データ１０５ｂが選択され、同様の処理が行われる（ステップ１２４〜１２６）。
そして、最後に一時記憶されていたホログラム画像を順次表示するようにする（ステップ１２７）。
以上のようにして、計算機ホログラムの表示が行われる。
【００１９】
このように、ホログラム表示させる物体をサンプリングにより分散させて表示し、ホログラム画像を連続フレームとして観察する、つまり、フレーム分割提示による残像効果により、低解像度の表示装置への表示であってもより詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させることができる。具体的には、図１０に示すように、例えば２次元の四角形を表示対象物として説明すると、個々のフレームｎ，ｎ＋１，ｎ＋２，ｎ＋３に表示されている干渉縞によって再生される四角形は、各フレームでは、図１０の２３１，２３２に示すように粗い間隔でサンプリングされた点の集まりにより物体が表現されている。これらのフレームを連続して高速に繰り返して表示すると、人間の視覚では、残像効果により、一つの物体（より細かいサンプリングされた対象物）つまリ、図１０の２３３のような、より密な点の集まリによる四角形として知覚することができ、低解像度の表示装置への表示であってもより詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させることができるようになる。
【００２０】
ここで、図１と図３のフローの対応を説明すると、図３のステップ１２１〜１２７が図１のステップ１１〜１７にそれぞれ対応する。
以上の例ではステップ１２１から１２６までを最初に行い、ステップ１２７を繰り返し処理することで動画像としての表示を行っているが、ホログラム画像の一時保持を行わずに、リアルタイムにステップ１２１から１２７までを行うことも可能である。
ここで、ステップ１２７を行う前に、一時保持されているホログラム画像を順次、伝送し、伝送先で、逐次受信した画像を表示するようにする。これにより、受信画像の枚数が増加するにつれて、徐々に対象物が明確になるような、プログレッシブ伝送を行うことも可能となる。この場合、伝送されるホログラム画像は、表示対象物の数が少ないため、干渉縞の間隔が比較的粗い模様である。つまり、本来の干渉縞よりも、当該画像の空間周波数が低くなるため、圧縮効率をより高めることも可能である。
また、上記の例では、物体の頂点座標を点光源と仮定して、点光源の集合によりホログラム画像を生成しているが、光源の種類は本実施例で特定されない。例えば、３次元ポリゴンデータを構成する個々の面（パッチ）をそれぞれ、個々の面光源と仮定することも可能である。
また、表示対象物の個々の３次元データの代わりに、表示対象空間を図４の符号１０６に示すようなボリュームデータとして入力し、個々のボクセルをサンプリングする方法も考えられる。なお、「ボクセル」については第２の実施形態において詳細に説明する。
【００２１】
また、３次元データのサンプリング規則は、予め規定した法則として説明しているが、ステップ１２２で物体ごとに入力データの変換を行うことにより、その物体の属性に応じてサンプリング規則を変えることができる。具体的には、以下の通りである。
１）各物体の表示対象画面に対する距離に基づくサンプリング規則
表示対象画面より遠い物体は、サンプリング密度を低くし、画面近傍の物体はサンプリング密度を高くして、遠い点と近い点をサンプリングする。遠い物体は近い物体より干渉縞の空間周波数が低いため、サンプリング密度を上げても干渉縞の相殺が少ないからである。
２）各物体の属性に基づくサンプリング規則
動いている物体はサンプリング密度を低くし、静止している物体はサンプリング密度を高くする。動いている物体は静止している物体に比べ解像度が低くても問題ないからである。なお、動いている物体に関しては、より移動速度が速いほどサンプリング密度を低くするサンプリグ規則としてもよい。
以上のように物体の属性に応じたサンプリング規則により空間周波数の異なる波面を合成することになり、干渉縞の相殺を減らすことができる。よって、低解像度の表示装置への表示であっても同時に表示できる物体数を多くすることができる。なお、上記１）、２）のサンプリング規則の組み合わせも可能である。
【００２２】
物体の属性に応じてサンプリング規則を変える点について説明してるが、ステップ１２２の頂点座標リストの生成時の工夫により同様の効果を得ることもできる。具体的には以下の通りである。
１）各物体の表示対象画面に対する距離に基づく頂点座標リスト生成規則
表示対象画面より遠い物体は、頂点座標の密度を低くなうように、画面近傍の物体は頂点座標の密度を高くなるように、頂点座標リストを生成する。
２）各物体の属性に基づく頂点座標リスト生成規則
動いている物体は頂点座標の密度を低くし、静止している物体は頂点座標の密度を高くする。なお、動いている物体に関しては、より移動速度が速いほど頂点座標の密度を低くするようにしてもよい。
頂点座標リストを速度や距離に応じて生成した場合には、ステップ１２３で決定されるサンプリング規則は、各物体に対し同一の物を使用することになる。また、また、上記１）、２）のリスト生成規則の組み合わせも可能である。
【００２３】
次に、図３の方法を実施するための計算機ホログラム表示装置の構成例を図７に示す。図７より、本実施形態における計算機ホログラム表示装置は、データ入力手段１３０、データ変換手段１３１、データサンプリング手段１３３、サンプリング決定手段１３２、干渉縞計算手段１３４、干渉縞表示手段１３５とにより構成される。この装置の動作は以下のようになる。
データ入力手段１３０より入力された表示対象物の３次元データは、データ変換手段１３１により、密な３次元データ等、計算に合ったデータ構造に変換が行われる。サンプリング決定手段１３２では、入力データに応じて、サンプリングの規則を決定し、データサンプリング手段１３３において、入力データのサンプリングを行う。サンプリングされた３次元データは、干渉縞計算手段１３４にて、ホログラム画像としての干渉縞を計算する。計算されたホログラム画像は、干渉縞表示手段１３５に順次表示される。すなわち、データ入力手段１３０は、図３のステップ１２１を実施し、データ変換手段１３１はステップ１２２を実施する。また、サンプリング決定手段１３２はステップ１２３を実施し、データサンプリング手段１３３はステップ１２４、１２６を実施する。そして、干渉縞計算手段１３４はステップ１２５を実施し、干渉縞表示手段１３５はステップ１２７を実施することになる。
また、図７および図２に示す装置構成の対応について説明すると、図７のデータ入力手段１３０は図２の表示対象物入力手段１に対応し、データ変換手段１３１、サンプリング決定手段１３２、データサンプリング手段１３３は、物体管理手段２に対応する。また、干渉縞計算手段１３４は画像生成手段３に対応し、干渉島表示手段１３５は画像表示手段５に対応する。
【００２４】
以上のように、動画表示のような連続する複数フレームに、ホログラム表示させる物体をサンプリングにより分散させて表示し、ホログラム画像を連続フレームとして観察することで、つまり、フレーム分割提示することで、より詳細な形状、あるいはより多くの物体を表示させる。これにより、一つの画面で表示すべき物体の数が少なくなることで、物体毎の干渉縞をノイズに埋もれることなく、より多くの物体を表現することが可能となる。
また、物体の属性に応じたサンプリング規則を設定することにより空間周波数の異なる波面を合成することになり、干渉縞の相殺を減らすことができる。よって、低解像度の表示装置への表示であっても同時に表示できる物体数を多くすることができる。
また、図３のステップ１２２の変換をボクセルへの変換とした場合のサンプリング規則の設定において、例えばヒルベルト曲線による走査等を適用するなどして、表示対象物の表示解像度を階層的に記述できるようにすると、プログレッシブな画像表示が可能となる。
また、ホログラム画像を伝送表示する場合においては、一つの画面で表示すべき物体の数が少なくなることで、ホログラム自身の空間周波数を低く抑えることが可能となり、その結果圧縮率を高めることが可能となる。その結果伝送容量に制限がある場合に対応可能となる。さらに、前述のような階層的解像度での画像情報を逐次送信するようにすることで、伝送容量の変動に応じて、画像が全く見えなくなるのではなく、容量が少なければ解像度の悪い画像、容量が十分にあれば、精細な画像を表示できるようなプログレッシブ伝送ができるようになる。
【００２５】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、各物体ごとに頂点座標リストを生成し、このリストより頂点のサンプリングを行っていたが、本実施の形態では、表示対象物を含む表示空間を分割してボクセルを生成し、このボクセルをサンプリングする計算機ホログラム表示装置および方法について説明する。
以下、本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明する。
【００２６】
始めに、本実施形態例における方法を説明する。図８は、本発明の方法での一実施形態例を示すフロー図である。
【００２７】
まず、表示対象物としてのポリゴンデータやボリユームデータ（ＣＴ画像などのサンプリングデータ）を図９（ａ）に示すような、ボクセルデータ２２１に変換する（ステップ２０１）。ボクセルデータ２２１は例えば、図９（ｂ）のテーブル２２２に示すように、各ボクセルに番号（Ｎｏ）がふられていて、表示対象物体が存在するボクセルには、その座標値（ｘ，ｙ，ｚ）と輝度（Ａ）が登録されている。図９（ｂ）のテーブル２２２の場合、ボクセルＮｏ．３，４，５，６に物体が存在する事を示している。
【００２８】
このボクセルデータ２２１を、あるサンプリング規則（例えば、等間隔：３ボクセル間隔など）でサンプリングしていく（ステップ２０２，２０３）。サンプリングされた各ボクセルには、既サンブリングのフラグを立てる（例えば図９（ｂ））のテーブル２２２に示すように、ｃｏｕｎｔの締に１を登録する）と共に、当該ボクセルに、先に入力された表示対象物のデータが存在する場合（ステップ２０４）、まず、当該ボクセルの物体の輝度を求め、その輝度に応じた点光源を仮定する。その点光源によリホログラム面上に生成される波面を計算により求め（ステップ２０５）、メモリに保持しておく（ステップ２０７）。図９（ｂ）のテーブル２２２の場合、ボクセルＮｏ．４が処理対象となる。
【００２９】
更にサンプリングを続け、全ての当該ボクセルの点光源からの光による波面を計算し（ステップ２０６）、全ての波面を合成し、更に参照光の波面を合成した値をフレームメモリに書き込む（ステップ２０７）、フレームメモリに書き込まれたデータは、ホログラム（干渉縞）として表示される（ステップ２０８）。次に、残されたボクセルに対して、同様の処理（ステップ２０３から２０９）を繰リ返す（ステップ２０９）。図９（ｂ）のテーブル２２２で示すならば、２回目のサンプリングで、ボクセルＮｏ．２，Ｎｏ．５がサンプル対象となり、Ｎｏ．５に物体が存在するので、Ｎｏ．５のみが波面計算処理対象となる。ここで、ステップ２０９とステップ２０８は、逆の順番でもよい。つまり、複数のフレームメモリを用意し、複数フレームでの表示物体の波面を計算しておく。そして、表示の段階では、フレームメモリからの呼び出し処理のみを行うようにする。これにより、より高速に複数フレームの提示が可能となる。
【００３０】
ここで、図１と図８との対応について説明すると、図８のステップ２０１は図１のステップ１２に、ステップ２０２はステップ１３に、ステップ２０３はステップ１４に、ステップ２０４、２０６、２０９がステップ１６に、ステップ２０５がステップ１５に、ステップ２０７、２０８がステップ１７にそれぞれ対応する。なお、図８において、図１のステップ１１に対応するステップは省略されている。
【００３１】
以上の走査を繰り返すと、図１０に示すように、例えば２次元の四角形を表示対象物として説明すると、個々のフレームｎ，ｎ＋１，ｎ＋２，ｎ＋３に表示されている干渉縞によって再生される四角形は、各フレームでは、図１０の２３１，２３２に示すように粗い間隔でサンプリングされた点の集まりにより物体が表現されている。これらのフレームを連続して高速に繰り返して表示すると、人間の視覚では、残像効果により、一つの物体（より細かいサンプリングされた対象物）つまリ、図１０の２３３のような、より密な点の集まリによる四角形として知覚することができる。
【００３２】
次に、上述のような特徴部分を有する本発明のホログラム表示装置の一実施形態例の構成と動作を説明する。図１１は、本発明によるホログラム表示装置の一実施形態例を示すブロック図である。
【００３３】
図において、２４１はデータ変換手段、２４２は表示物体管理手段、２４３はサンプリング位置決定手段、２４４は波面計算手段、２４５は干渉縞合成手段、２４６は干渉縞記憶手段、２４７は波面表示手段である。
【００３４】
データ変換手段２４１に入カされた表示対象物は、ボクセルデータに変換され、表示物体管理手段２４２に保持される。サンプリング位置設定手段２４３では、サンプリングの規則が予め設定してあり、サンプリングするボクセルの位置を、波面計算手段２４４に指示している。そして、波面計算手段２４４では、サンプリングされたボクセルに表示対象物が登録されている場合、そのボクセルに輝度をもつ点光源を仮定し、ホログラム面上での波面を計算する。計算された波面データは波面合成手段２４５に保持されているメモリに登録される。全ての対象ボクセルについて、上記の処理を行い、逐次、メモリに波面データを加算していく。処理が終了すると、波面合成手段２４５では、メモリのデータを干渉縞記憶手段２４６のフレームメモリに登録する。上記の処理は、逐次行われ、随時、干渉縞記憶手段２４６に登録されていく。そして、登録された干渉縞は、それぞれ逐次、波面表示手段２４７に呼び出され、順次表示される。
【００３５】
ここで、図１１と図２の装置構成の対応を説明すると、図１１のデータ変換手段２４１、表示物体管理手段２４２、サンプリング位置決定手段２４３は図２の物体管理手段２に、波面計算手段２４４、干渉縞合成手段２４５は画像生成手段３に、干渉縞記憶手段２４６は画像記憶手段４に、波面表示手段２４７は画像表示手段５にぞれぞれ対応する。なお、図１１において、図２の表示対象物入力手段に対応する手段は省略されている。
【００３６】
以上、上述のような制御形態をとれば、表示手段の解像度が低い場合であっても、一フレームでの表示物体数が少ないため、従来手法より鮮明に物体を表示することが出来るようになる。
【００３７】
尚、本実施形態例では、物体を点光源として説明しているが、個々のボクセルの大きさによっては、面の傾きをパラメータに持つ面光源がボクセル内に存在することを仮定することも可能であり、光源の種類は本実施形態例に限定されない。
【００３８】
また、本実施形態例では、サンプリングの方法として等間隔サンプリングを例に説明しているが、サンプリングの方法は、特定されない。例えば、ヒルベルト曲線によリボリュームデータを粗い解像度表示から詳細な解像度表示へと出来るように階層的にサンプリングすることも考えられる。空間を階層的にサンプリングすることで、表示物体を粗い画像から詳細な画像へと、プログレッシブに表示することが可能となる。また、階層的なサンプリングの場合や、粗い解像度の場合、各ボクセルに物体が複数存在する場合も考えられるが、この場合、輝度の最大の物体を選択する方法や、当該ボクセルの物体の平均輝度を用いる方法など多数考えられ、特定されない。そして、この階層的なサンプリング結果によって生成した干渉縞を逐次伝送し、受信装置側で、逐次、干渉縞を更新表示するようにすることで、プログレッシブな画像伝送／表示も可能となる。
【００３９】
また、サンプリングの方法として、表示対象画面から近いボクセルと遠いボクセルとを組み合わせるようにしてもよい。遠いボクセルより得られる干渉縞の空間周波数は、近いボクセルから得られる干渉縞の空間周波数より低いため、一枚の画像に表示した時の干渉縞同士の相殺を減らすことができるからである。
さらに、サンプリングの方法として、表示対象画面に近いボクセルはサンプリング密度を低くし、遠いボクセルはサンプリグ密度を高くしてもよい。遠い物体は近い物体より干渉縞の空間周波数が低いため、サンプリング密度を上げても干渉縞の相殺が少ないからである。
【００４０】
また、最初に指定する空間は、入カデータ全体ではなく、表示対象範囲のみを一部切り取った空間、あるいは、表示対象物個々にボリュームデータを仮定し、物体毎に処理することも考えられる。つまり、表示対象物それぞれに対して、ボリュームデータをローカルに定義することで、静止物体、動物体に最適な表示解像度を設定することが可能である。
以上述べたように、本発明によれば、一フレームでの表示対象物を減らしながら複数フレームを観察することで詳細な形状や多くの物体を観察てきるため、少ない解像度でも、従来の手法より高精細な形状や多くの物体を表示することが可能となる。
【００４１】
さらに、空間分割により、表示対象物の複雑度に関係なく、均一の計算量で干渉縞を計算できる。
【００４２】
また、サンプリング規則の設定により一フレームでの表示に必要な解像度を可変にすることができ、ホログラム情報の伝送容量を低減したり、伝送容量の変勤に対応したプログレッシブな伝送を行ったりすることが可能となる。
【００４３】
以上のように本実施形態の計算機ホログラム表示方法では、光の波面を計算により求め、提示する計算機ホログラム表示方法において、表示対象物をボクセルデータとして用意し、前記ボクセルデータを、サンプリングする規則を設定し、前記設定された規則に従ってサンプリングし、前記サンプリングされたボクセルの内、前記表示対象物が存在するボクセルには光源があると仮定して、前記光源からの光により生成される波面を計算し、前記計算された波面をホログラム画像とし、前記サンプリングと波面生成の過程を繰り返すことて生成される複数のホログラム画像を順次提示する。
【００４４】
また、本実施形態の計算機ホログラム表示装置では、光の波面の干渉縞を計算により求め、提示する計算機ホログラム表示装置において、物体をボクセルデータに変換するデータ変換手段と、前記変換されたボクセルデータを管理する表示物体管理手段と、前記管理されたボクセルデータをサンプリングする規則を決定するサンプリング規則決定手段と、前記設定された規則に従って前記管理されたボクセルデータをザンプリングし、前記サンブリングされたボクセルの内、前記物体が存在するボクセルには光源があると仮定して、光源からの波面を計算する波面計算手段と、前記計算された複数の波面を合成して前記サンブリング毎の干渉縞を生成する干渉縞合成手段と、前記合成された干渉縞を記憶する干渉縞記憶手段と、前記記憶された干渉結を表示する波面表示手段と、を備える。
また、前記記憶された干渉縞を逐次伝送する手段を新たに備え、前記波面表示手段を、前記伝送された干渉縞を逐次表示する波面表示手段に代えた計算機ホログラム表示装置であってもよい。
【００４５】
以上により、動画表示のような連続する複数フレームに、ホログラム表示させる物体をサンプリングにより分散させて表示し、ホログラム画像を連続フレームとして観察することで、つまり、フレーム分割提示とすることで、より詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させる。これにより、一つの画面で表示すべき物体の数が少なくなることで、物体毎の干渉縞をノイズに埋もれることなく、より多くの物体を表現することが可能となる。
【００４６】
また、ボクセルのサンプリング規則の設定において、例えばヒルベルト曲線による走査等を適用するなどして、表示対象物の表示解像度を階層的に記述できるようにすることで、プログレッシブな画像表示が可能となる。
【００４７】
また、ホログラム画像を伝送表示する場合においては、一つの画面で表示すべき物体の数が少なくなることで、伝送容量に制限がある場合に対応可能となる。さらに、前述のような階層的解像度での画像情報を逐次送信することで、伝送容量の変勤に応じて、画像が全く見えなくなるのではなく、容量が少なければ解像度の悪い画像、容量が十分にあれば、精細な画像を表示できるようなブログレッシブ伝送ができるようになる。
【００４８】
（第３〜第６の実施形態）
以下の第３〜第６の実施形態では、前述したように複数の物体の干渉縞に関するデジタル画像を、複数のフレーム／フィールドなどの動画像の複数の画面に分散させ、一画面では物体数を少なくしながら、一定数の画面全体としてはより多くの物体を表示させる計算機ホログラム表示および装置について説明する。
ここでは、第３〜第６の実施形態を説明する前に、図１２を用いて、第３〜第６の実施形態に共通する計算機ホログラム表示方法を説明する。
まず、表示対象物の３次元データの入力を行う（ステップ２１）。
そして、入力された表示対象物を必要に応じて分類・分割し、該分類・分割された表示対象物ごとに参照光との干渉縞をそれぞれ計算する（ステップ２２）。
次に、計算された複数の干渉縞を、それぞれデジタル画像に変換し、変換された複数のデジタル画像を、それぞれビット毎に分解してビット画像とする（ステップ２３）。
そして、分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を合成することにより表示用動画像を生成し（ステップ２４）、生成した表示用動画像を表示タイミングを制御しながら表示する（ステップ２５）。
このように、複数の物体の干渉縞に関するデジタル画像を、ビット画像を利用して複数の画面に分散させることにより、一画面では物体数を少なくしながら、一定数の画面全体としてはより多くの物体を表示できるようになる。
【００４９】
図１３は、図１２の方法を実施するための装置の構成例を示すブロック図である。図１３より、計算機ホログラム表示装置は、表示対象物入力手段１と、物体画像生成手段７と、画像表示手段８とにより構成される。ここで、表示対象物入力手段１は、図１２のステップ２１を実施し、画像生成手段３は、図１２のステップ２２〜２４を実施し、画像表示手段５は、図１２のステップ２５を実施する。
また、図１３において、画像記憶手段４が設けられているが、これは、画像生成手段７で計算されたホログラム画像を蓄積し、蓄積された画像を画像表示手段８で表示、あるいは伝送表示する際に利用される。さらに、画像記憶手段４は、表示する画像の生成途中で一時的に利用される場合もある。また、物体管理手段６は、入力される表示対象物が複数の物体で構成される場合に、その物体の属性に応じたビット画像の合成処理をする際に必要となる手段である。
なお、図１３の各手段は、専用のハードウェアにより実現されるものであっても、プログラムとして提供され図示しないメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により実行されることで、その機能が実現されるものであってもよい。
以下、図１２および図１３で説明した計算機ホログラム表示方法および装置を第３〜第６の実施形態においてより詳細に説明する。
【００５０】
（第３の実施形態）
まず、始めに通常の計算機ホログラムを表示する方法について説明する。表示する方法としては、前述した音響光学素子を利用した方法、液晶パネルを利用した方法の他に、高精細表示装置である微小ミラー駆動(DMD)方式がある(Larry J. Hornbeck, "Digital Light Processing for High-Brightness, High-Resolution Applications", Electronic Imaging, EI'97, Projection Displays III,an invited paper,1997)。この方式は、個々の表示画素に相当する部分に駆動ミラーが取り付けられていて、ミラーの傾きにより、ミラーに照射された光を反射させる方向を変化させることで、個々の画素の輝度（白／黒）を制御する手法である。この手法では、各画素の濃淡をデジタルで表現し、各画素の個々のビット列を順次高速表示し、複数のフィールドを使って、当該ビット列を表現するデジタル表示方式の一つであって、いわゆるパルス幅変調方式と呼ばれる方式である。
【００５１】
図２２は上記パルス幅変調方式を説明する図である。例えば、図２２中の３５１に示すように、３ビットの情報量で画素値を表現するとき、２2の位のビット列、２1の位のビット列、２0の位のビット列を別々に順次提示する。例えば、２進数表記ならば、画素としては、白(1)と黒(0)のどちらかを表示できれば良い。つまり、２進数表記で値が１０１であるならば、分解されたビット列は、２2の位のビット列を表現するため、白-白-白-白（つまり、1-1-1-1）の順番で提示、２1の位のビット列として、黒-黒（つまり、0-0）の順番で提示、２0のビット列として、白（つまり、1）を提示する。この個々の画素を個々のフィールド(ｉ0,ｉ1, ..., ｉ6)に割り当て、各フィールドの画像を順次提示することで、符号３５２に示すように個々の画素の濃淡値が再現される。そして、各フィールドにおいて３５３に示すような画像を、逐次提示すると、７枚のフィールドで、１フレームの濃淡画像が再現され、３５４に示すような画像を知覚することができる。
【００５２】
つまり、パルス幅変調方式を利用した微小ミラー駆動方式は、従来のアナログ階調の表示ではなく、デジタル画像を直接表現できる手法の一つである。本実施の形態では、パルス変調方式を応用して、複数の物体を同時に表示する計算機ホログラム表示方法および装置について説明する。
【００５３】
以下、本実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１４は、本実施形態における計算機ホログラム表示方法を示すフロー図である。表示用動画像とフレーム、フィールドの関係について再度説明する。「フレーム」とは、動画像の一コマのことであり、「フィールド」とは個々のフレームを構成する複数の画像のことをいう。つまり、画像一フレームの各画素が、４ビットで表現されるとき、この４ビットを２0、 ２1、 ２2、 ２3と分解し、各ビットの位の階調を表現するため、個々の当該ビットを２0=１フィールド、２1=２フィールド、 ２2=４フィールド、 ２3=８フィールドで表現し、１フレームが１５（＝１＋２＋４＋８）フィールドで構成されることになる。
【００５４】
まず始めに、表示しようとする複数の物体に関するデータ入力を行い、個々の物体の属性を調べる（ステップ３６１）。例えば、物体の属性は以下の観点で行う。
１）物体そのもの属性      ・・・物体表面の色、階調、テクスチャなど
２）物体の移動に関する属性・・・物体の変形、移動、回転など
３）物体の位置            ・・・物体の表示対象画面からの距離など
【００５５】
次に、物体を表示するために必要となる情報量（ビット数：階調）を物体の属性に基づき決定する（ステップ３６２）。物体を表示するために必要となる情報量と物体の属性の関係はテーブル等で予め定義しておき、これを参照することにより情報量の決定を行う。物体を表示するための情報量と物体の属性との定性的な関係は、以下のようになる。
【００５６】
１）物体そのもの属性
物体表面の色、階調数が多く、形状が複雑なほど多くの情報量を必要とする
２）物体の移動に関する属性
物体の変形、移動、回転が速いほど、少ない情報量でよい
３）物体の位置
物体の表示対象画面からの距離が遠いほど少ない情報量とする
【００５７】
以下では、３つの物体からなる表示対象物を処理する例についての具体例を示しつつ説明を行う。この３つの物体をぞれぞれ物体Ａ，Ｂ，Ｃと呼び、それぞれの物体の属性がａ，ｂ，ｃであるものとする。そして、予め準備されているテーブルには、属性ａには８ビット、属性ｂには４ビット、属性ｃには３ビットの情報量を与えるよう定義されており、その定義に基づきぞれぞれの物体を表示するために必要となる情報量が決定されたものとする。
【００５８】
次に、各分類された属性毎に、個々の物体からの光と参照光との干渉縞を計算する。このとき、先に決められたビット数で表現できる階調幅で干渉縞をデジタル画像として生成する（ステップ３６３）。そして、このデジタル画像は、図１５の符号３００に示すように、個々の画素を（ｉ，ｊ）で表すことにする。
【００５９】
次に、それぞれのデジタル画像を、当該ビットに応じて、フィールド画像列に分解する（ステップ３６４）。上記の例では、属性ａのグループで生成された８ビットのデジタル画像からは２５５枚（＝１２８＋６４＋３２＋１６＋４＋２＋１）のフィールド画像が、属性ｂのグループで生成された４ビットのデジタル画像からは、３１枚（＝１６＋８＋４＋２＋１）のフィールド画像が、属性ｃのグループで生成された２ビットのデジタル画像からは７枚（４＋２＋１）のフィールド画像が生成されることになる。
なお、各フィールド画像を構成する各画素は、１ビットの情報を有することから、このフィールド画像は、デジタル画像を構成するビットから生成されたビット画像の特殊形態ということができる。このようなビット画像とフィールド画像との関係は他の実施形態においても同様である。
図１６（ａ）の符号３０１は、物体Ａのフィールド画像列を、図１６（ｂ）の符号３０２は物体Ｂのフィールド画像列を、図１６（ｃ）の符号３０３は物体Ｃのフィールド画像列をぞれぞれ表す。そして、例えば、物体Ａのｋ枚目のフィールド画像の画素(i,j)は、Ａkijと表すことにする。
図１７（ここでの例では、白（０）黒（１）で表わしている）の符号３１１は物体Ａの画素(i,j)の輝度値が１２９［＝（１１１１０００１）2］である例であり、それをフィールド画像列の画素(i,j)の部分のみを取り出した図である。同様に、符号３１２、３１３は物体Ｂ、Ｃの画素(i,j)の輝度値がそれぞれ、７、５の場合のフィールド画像列の画素(i,j)の部分のみを取り出した図である。
【００６０】
ここでは、表示装置の表示可能な濃淡値のレベルが２５６階調であるとする。画像としては８ビットの濃淡値が必要となることに相当し、２５５フィールドの画像が提示されると考えることができる。そこで、先の例のように物体の情報量を４ビット、３ビットといった値にした場合、そのままの情報に相当するフィールド画像のみを表示すると、表示物体の輝度が極端に低くなってしまうことになる。そのため、物体本来の輝度を表示するためには、ビット数に応じて輝度を予め補正し、２５６フィールド提示する間、当該フィールド画像を繰り返し表示するようにし、輝度の保存を行う。図１８の符号３２１は物体Ａを表示している例であり、符号３２２、この表示時間（２５５フィールド）内に物体Ｂを輝度を保存して表示するために１６回（＝２7／２4）繰り返し表示する例を、符号３２３は物体Ｃを輝度を保存して表示するために３２回（＝２8／２3）繰り返し表示する例を示している。
つまり、物体Ｂは４ビット、３１フィールドであり、物体Ａと比較して、フィールド画像の枚数が約１／１６になっている。そこで、情報量を下げる際に、物体Ｂの輝度を１／１６に変更してデジタル画像を生成し、符号３０２に示すようなフィールド画像列を生成する。そして、表示する際に、物体Ｂに相当するフィールド画像が物体Ａを一回表示する間に、１６回表示するようにする。これにより、物体Ｂの輝度は本来の輝度を保存して提示することになる。同様に、物体Ｃについては、輝度を１／３２に変換してデジタル画像を生成し、物体Ａに対応するフィールド画像列を一通り提示する間に、３２回繰り返し提示するようにする。
ここで、個々のビットに応じたフィールド画像の枚数は整数倍ではないため、端数が発生する。この端数は、切り捨てる、あるいは、次フレームに繰り越すなど方法はいくつか考えられ、本実施例では、特定しない。
【００６１】
次に、同時表示物体の干渉縞をフィールド毎に合成（加算演算）し、２値化することで表示用動画像のフィールド画像列Ｄを生成する（ステップ３６５、３６６）。ここで、合成前の個々のフィールド画像は、０か１の値を持つ２値画像であるが、ｎ枚のフィールド画像合成後、各フィールド画像は、ｎ値の画像になっている。そこで、これを２値画像に変換して、フィールドごとの合成を行う。例えば、図１８のフィールド画像列の画素(i,j)の部分の合成を例にすると、
１）図１９の符号３３１の合成後のフィールド画像列の画素Ｄijに示すように、合成後の値が２以上の値を持つフィールド画像の画素のみを１する
２）図１９の符号３３２のＤijに示すように、合成した画像の個々の画素の論理和(OR)をとる
３）図１９の符号３３３のＤijに示すように、合成画像の論理積(AND)を用いるなど、多数考えらる。なお、この２値化の方法は上記の例に限定されるものではない。
【００６２】
この変換後のフィールド画像列Ｄは、高速に順次表示する（ステップ３６７）。このように、表示用動画像のフィールド画像列Ｄを高速に順次表示することで、観察者は、階調幅のある物体を認識することができる。
ここで、図１４と図１２との対応について説明すると、図１４のステップ３６１〜３６３が図１２のステップ２２、２３に含まれる。そして、ステップ３６４〜３６６がステップ２４に対応し、ステップ３６７がステップ２５に対応する。なお、図１４において、図１２のステップ２１に対応するステップが省略されている。
【００６３】
次に、表示対象物の干渉縞を合成して表示する例を図１２を用いて説明する。なお、表示対象物は、３つの物体Ａ，Ｂ，Ｃにより構成されているものとする。個々の物体の提示周期は図２０の符号３４１に示した通りである。
まず、個々の物体の干渉縞を計算し（ステップ２２）、デジタル画像として求める（ステップ２３）。このとき、ビット数は、本発明では特定しないが、ここでは３つの物体共に、８ビットで表すものとして以下説明する。
図２０の符号３４１に示すとおり、ｔ１−ｔ２の間では、物体Ａ，Ｂを表示し、ｔ２−ｔ３の間は、物体Ａ、Ｃを表示する。このとき、まず、ｔ１−ｔ２の区間において、物体Ａの干渉縞によるデジタル画像を呼び出してくる。一方、物体Ｂの干渉縞のデジタル画像も順次呼びだす。そして、画像Ａの画素(i,j)の下位ビットと画像Ｂの画素(i,j)の高位ビットの値を入れ替えながら、すべての画素について同様の操作を行い、新たなデジタル画像、あるいはフィールド画像列（例えば図２０のＥ，Ｆ，Ｇ）を生成する（ステップ２４）。
【００６４】
具体的な例として、例えば、画像Ａの最上位ビット（２7の位）はそのままにして、２6位以下のビットにすべて画像Ｂの２7の位の値を代入していく。つまり、このビット入れ替え操作の意味は、デジタル画像表示で使われるパルス幅変調方式で表示することを考えると、２7の位は、フィールドの提示回数として１２８回であり、２6位以下の総和のフィールド数は１２７回（＝６４＋３２＋１６＋８＋４＋２＋１）となり、ほぼ同数のフィールド提示回数となる。つまり、物体ＡとＢを同時に表示したことと同様の画像が得られる。また、他の合成方法として、図２０の符号３４２ａのＥijに示すように、フィールド画像列を生成した後、物体Ａと物体Ｂフィールド画像列を半分づつ入れ替えることにより処理することも可能である。
同様にｔ２−ｔ３の区間では、符号３４２ｂのＦijに示すように、物体Ｃの上位ビットと物体Ａの下位ビットを入れ替え、ｔ３からの区間では、符号３４２ｃのＧijに示すように、物体Ｂの上位ビットに物体Ａの下位ビットを組み合わせた例を示している。
このようにして生成した動画像を順次表示することにより（ステップ２５）、輝度を保存しつつ複数の物体を表示することができるようになる。
なお、上位ビットのみを利用しても画質の劣化が少ないことについては、第６に実施形態で詳細に説明する。
ここで、上位ビットと下位ビットの区切りとして、上記の例では、ステップ２３で生成したデジタル画像の最上位ビット及びそれより下のビットという分け方をしているが、この区切り方は、時間によって変えることも可能であり、また、上位半分のビット同士を組み合わせるなど多数考えられ、ビットの組み合わせる方法は特定しない。
【００６５】
なお、本実施例では、干渉縞の提示の順番を物体毎に提示する例で説明しているが、ある一定間隔での個々のビットの位の提示間隔（当該フィールドの提示回数）が同一であれば本発明は実現でき、ビット各位それぞれのフィールド提示の順番は特定されない。
また、本実施例では、物体の数を３個で説明しているが、物体数は表示装置の解像度に依存する数値であり、本発明では、表示可能な物体数は特定されない。
また、本実施例では、フィールド数、各物体のビット数を特定して説明しているが、一つの物体を表示するための最小／最大フィールド数並びに、個々の物体を表示するために必要なビット数は限定しない。
また、本実施例では、各フィールドでの表示を、白-黒の２値表現を用いて説明しているが、表示方法は２値である必要性は無い。一般に使われているパルス幅変調方式でのフィールド切り替え速度よりもさらに高速にフィールド切り替えできる表示手段であれば、多値画像を利用することも可能である。このように多値画像を利用することで、更により多くの物体、あるいは、よりクリアな映像を実現できる。
【００６６】
次に、上述のような特徴部分を有する本発明の計算機ホログラム表示装置の構成を図２１に示す。図２１より計算機ホログラム表示装置は、表示対象管理手段３７１、デジタル画像処理手段３７２、フィールド画像処理手段３７３、画像蓄積管理手段３７４、画像表示手段３７５により構成される。この装置の動作は以下のようになる。
表示対象物は、表示対象物管理手段３７１に管理され、物体の有する属性に応じて、分類されて保持されている。デジタル画像処理手段３７２では、対象物管理手段３７１より、分類された物体をそれぞれ呼び出し、計算機ホログラムとしての干渉縞を計算し、それぞれの分類された属性に対応したビット数のデジタル画像に変換する。デジタル画像は、フィールド画像処理手段３７３にて、さらにビット数に応じたフィールド画像列に分解され、画像蓄積管理手段３７４にて保持される。また、フィールド画像処理手段３７３は、順次画像蓄積管理手段３７４よりフィールド画像を呼び出し、複数のフィールド画像を合成して新たなフィールド画像を生成し、画像蓄積管理手段３７４に蓄積していく。画像蓄積管理手段３７４に保持されている画像列は、画像表示手段３７５にて、順次表示される。
【００６７】
ここで、図２１と図１３との装置構成の対応を説明すると、図２１の表示対象物管理手段３７１は図１３の物体管理手段６に、デジタル画像処理手段３７２およびフィールド画像処理手段３７３は画像生成手段７に、画像蓄積手段３７４は画像記憶手段４に、画像表示手段３７５は画像表示手段８に対応する。
【００６８】
以上のように、本発明は、表示対象物の属性（輝度、動きなど）に応じて、表示物体の情報量を設定し、情報量に応じて提示間隔を制御し、複数のフレーム／フィールドなど動画像としての複数の画像シーケンスを使って、一画面（画像）では物体数を少なくしながら、一定時間内に提示される画像全体としてはより多くの物体を表示させることができる。これにより、解像度の制約を緩和することができる。
すなわち、物体表面にテクスチャなどによる濃淡変化を有する物体など、表示するための情報量が多い物体は、例えば８ビットで表現し、濃淡変化の無い物体など、表示のための情報量が少なくて済む物体は、より少ないビット数（例えば、４ビット）、また、動いている物体は、色やテクスチャなどがぼけていてもそれ程知覚されないことから、表示のためのビット数を減らして、表現することができるようになる。そして、ビット数に応じて表示間隔が異なるため、これらを合成することで、お互いの画像により埋もれてしまう情報を少なくすることができる。
【００６９】
つまり、従来は、物体一つ一つを例えば８ビット全部を使って表現し、８ビットを表現するために、デジタル画像においては、一つの画素の濃淡表現に、２５５枚（＝２7+２6+２5+２4+２3+２2+２1+２0）のフィールドを提示する必要があった。つまり、全ての表示物体に対して、均一枚の提示フィールド数が必要であった。そして、８ビット画像であれば、２５５枚のフィールドが順次提示されるのであるが、輝度が１２８以上であれば、１２８枚目以降のフィールドは常に白（つまり１）の状態になっている。つまり、１２８枚目以降のフィールド画像は全く変化しない画像が一定時間提示されている状態が続いている。
本発明では、このフィールド画像の変化しない部分に、他の画像を合成する方法である。通常の２次元画像提示であれば、この合成を行うとノイズとなって表示画像に現れるが、ホログラムの様な干渉縞の場合、情報が冗長であるため、画像（干渉縞）の一部がかけたとしても、再生像への画質劣化の影響が少ないという特徴がある。そのため、フィールド毎に画像を合成したとしても、画質劣化が、通常の２次元画像表示の場合より少なくすることができる。そして、従来一定間隔同一画像を提示する間に他の物体の情報を合成させることで、より多くの物体を表示することができるようになる。
すなわち、複数の物体による干渉縞の情報が合成されたフィールド画像が動画像シーケンスとして表示され、個々のフィールド画像の個々の画素の発光時間比により中間調が得られると共に、複数の物体を同時に観察することができるようになる。
【００７０】
また、本発明によれば、一フレームでの表示対象物を減らすことができるため、表示装置の表示可能な濃淡レベルが制約されていた場合でも、従来の手法より多くの物体を表示することが可能となる。
また、情報量を減らすことで、一フィールドあるいは一フレームでの表示に必要な情報量を低減でき、蓄積されるホログラム情報の容量を大幅に低減することも可能となる。
さらに、全て、デジタル処理を行っているため、波面の合成、圧縮、伸長による画質劣化を避けることができる。
なお、フィールド提示の周期は、従来の動画（30フレーム／秒）とすると、1/30秒以内に、当該フィールド枚数を提示するようにすれば、従来の動画像と同様の映像を観察することも可能である。
【００７１】
（第４の実施形態）
第３の実施形態では、フレーム画像列（ビット画像）を動画像の複数の画面に”輝度を保存する”ように割り当てることにより表示用動画像を生成しているが、本実施形態では、ビット画像を単に”複数の画面に分散して割り当てる”ことにより複数の物体の表示を可能とするものである。
以下、本発明の実施の形態について図を用いて詳細に説明する。
【００７２】
図２３は、本発明の方法での一実施形態例を示すフロー図である。この実施形態例においては、表示対象物は点光源の集合として記述されているとする。そして、従来の動画表示の一コマをフレームと呼び、個々のフレームを構成する複数の画像をフィールドと呼ぶことにする。つまり、画像一フレームの各画素が、４ビットで表現されるとき、この４ビットを２0，２1，２2，２3と分解し、個々の当該ビットを２0＝１フィールド、２1＝２フィールド、２2＝４フィールド、２3＝８フィールドで表現し、１フレームを１５フィールドで構成することになる。
【００７３】
まず、図２４に示すような、８つの物体（４２１から４２８）を表示するとき、属性によって対象物体を分類する（ステップ４０１）。例えば、８つのオブジェクトが、
（ｌ）濃淡変化のある静止物体（４２１）
（２）濃淡変化の無い静止物体（４２２，４２３，４２４，４２５）
（３）動いている物体（４２６，４２７，４２８）
という３つに分類されたとする。そして、各分類された物体を表現するための情報量を設定する（ステップ４０２）。例えば、（１）は、４ビット、（２）は１ビット、（３）は２ビットで表現する。なお、これら分類は第３の実施形態で説明した通りである。
【００７４】
次に、濃淡変化のある物体に関して、物体を構成する個々の点光源により、ホログラム面上に生成する波面Ａ＃４２１を計算する（ステップ４０３）。この物体（４２１）は、４ビットで表現されるから、波面Ａ＃４２１を画素毎に４ビット表現のデジタル画像に変換したときの当該フィールドの画像（本例の場合、２値画像になる）を求め、保持しておく（ステップ４０４）。
【００７５】
また、（２）の物体（４２２，４２３，４２４，４２５）についても同様に、ホログラムの波面Ａ＃４２２，Ａ＃４２３，Ａ＃４２４，Ａ＃４２５を計算する（ステップ４０３）。これらの物体は１ビットで表現可能てあるから、波面Ａ＃４２２，Ａ＃４２３，Ａ＃４２４，Ａ＃４２５をデジタル画像に変換し、当該画素のビット値をもとに各フィールドでの画像を生成し、保持しておく（ステップ４０４）。
【００７６】
同様にして、（３）の物体（４２６，４２７，４２８）についても、ビット毎の波面Ａ＃４２６，４２７，４２８を生成し、デジタル画像に変換し、各フィールド画像を求め、保持しておく（ステップ４０３，４０４）。
【００７７】
そして、個々の物体に関して、例えば図２５のようなタイムシーケンスで物体の表示を行う。４３１は、物体４２１（濃淡変化のある静止物体）の表示シーケンスであり、１５フィールドで一つの物体を表現することになる。４３２は、物体４２２〜４２５（濃淡変化のない静止物体）の表示シーケンスであり、個々の物体は、それぞれ、異なるフィールドにおいて表示していて、個々の物体はそれぞれ１フィールドで表示を行っている。４３３は、物体４２６，４２７，４２８（動物体）を表示するための表示シーケンスであり、それぞれの物体は２ビットで表示するため、３フィールドで一つの物体を表示することになる。
【００７８】
まず、フィールドｔ1で表示する画像を生成するために（ステップ４０５）、当該フィールドｔ1での表示対象物４２１を選択し（ステップ４０６）、１フィールド目の画像（２3の位の最初のビット値によリ構成される画像）を取り出し、ホログラム配列Ｈt1（ｘ，ｙ）に書き込む（ステップ４０７）。同様に、４２２，４２６についても１フィールド目の画像、即ち、４２２は２0の位の最初のビットにより構成される画像、４２６は２1の位の最初のビットにより構成される画像を取り出し、ホログラム配列Ｈt1（ｘ，ｙ）に書き込む。以上の操作（ステップ４０６，４０７）を繰り返すことによリ（ステップ４０８）、表示すべき物体のフィールドｔ1での画像が生成される。つまり、フィールドｔ1では、３つの物体のみを表示対象にしている。
【００７９】
次に、物体４２１の２フィールド目の画像（２3の位の２番目のビット値により構成される画像）を取り出し、ホログラム配列Ｈt2（ｘ，ｙ）に書き込む。また、物体４２３の１フィールド目並びに、物体４２６の２フィールド目についても、同様の処理によリホログラム配列Ｈt2（ｘ，ｙ）に書き込まれ、フィールドｔ2により新しい波面が生成される（ステップ４０５〜４０９）。このフィールドｔ2でも、３つの物体のみを表示対象にしている。
【００８０】
以下、同様にして、全フィールドｔについて処理した後、全てのフィールド画像に参照光の波面を合成した新たなフィールド画像を生成し（ステップ４１０）、タイムシーケンスにしたがって、３つの物体を表示対象とする個々のフィールド画像を順次提示する（ステップ４１１）と、４２１から４２８までの８つの物体が観察可能となる。
【００８１】
ここで、図２３と図１２の各ステップの対応について説明すると、図２３のステップ４０１〜４０３が図１２のステップ２２に対応し、ステップ４０４がステップ２３に対応する。そして、ステップ４０５から４１０がステップ２４に対応し、ステップ４１１がステップ２５に対応する。なお、図２３において、図１２のステップ２１に対応するステップは省略されている。
【００８２】
次に、上述のような特徴部分を有する本発明ホログラム表示装置の構成と動作を説明する。図２６は本発明の装置での一実施形態例を示すブロック図である。
【００８３】
図において、４４１は物体管理手段、４４２は波面計算手段、４４３は情報量決定手段、４４４はビット分解手段、４４５は表示間隔決定手段、４４６は波面合成手段、４４７は表示手段、４４８は表示画面同期手段である。以下、この構成の装置の動作例を説明する。
【００８４】
物体管理手段４４１では、表示対象物体に関しての属性情報を管理している。つまり、個々の物体の輝度、色、動きベクトルなどが属性情報として管理されている。波面計算手段４４２では、物体を構成する個々の点光源がホログラム面上に生成する波面を計算する。情報量決定手段４４３では、属性に応じて、必要な情報量を設定し、当該物体をそれぞれの値で量子化する。量子化された波面データは、ビット分解手段４４４において、ビットごとに分解された画素配列として管理される。表示間隔決定手段４４５では、フィールドそれぞれにおいて表示すべき物体を管理していて、各フィールドにて、表示すべき物体を逐次選択し、波面合成手段４４６において当該選択された物体の波面を全て合成（たとえば、加算）し、当該フィールドでの物体光による干渉縞を生成している。波面合成手段４４６では、さらに、参照光の波面を合成して表示手段４４７において表示する。表示画面同期手段４４８は、フィールドの提示間隔が一定になるように、波面合成手段４４６から波面の呼び出し、並びに表示手段４４７での表示の同期を制御している。
【００８５】
ここで、図２６と図１３の装置構成の対応を説明すると、図２６の物体管理手段４４１は、図１３の物体管理手段６に対応し、波面計算手段４４２、情報量決定手段４４３、ビット分解手段４４４、表示間隔決定手段４４５、波面合成手段４４６は、画像生成手段７に対応する。そして、表示手段４４７、表示画面同期手段４４８は画像表示手段８に対応する。なお、図２６において、図１３に示す表示対象物入力手段１および画像記憶手段４は省略されている。
【００８６】
なお、本実施形態例では、濃淡変化のある物体において、提示の順番をビット列の順番で説明しているが、ある一定間隔での個々のビットの位の提示間隔が同一であれば本発明は実現でき、ビット各位それぞれのフィールド提示の順番は特定されない。
【００８７】
また、本実施形態例では、オブジェクトの数を８個で説明しているが、オブジェクト数は表示装置の解像度に依存する数値であり、本発明では、表示可能な物体数は特定されない。
【００８８】
また、本実施形態例では、フィールド数、各物体のビット数を特定して説明しているが、一つの物体を表示するための最小／最大フィールド数並びに、個々の物体を表示するために必要な情報量は限定しない。
【００８９】
また、本実施形態例では、属性として、濃淡変化の有無並びに動きで分類を行っているが、この属性は、色や輝度など、物体を表示する上で関連のある属性であればよく、属性の種類／分類方法は限定されない。また、動きのある物体の情報量を、本実施形態例では固定して説明したが、動きベクトルの大きさにより、情報量を変化させることも考えられる。
【００９０】
また、本実施形態例では表示方法や装置に関してのみを説明しているが、本発明の、物体毎に生成された干渉縞を、伝送手段を用いて別々に伝送するようにすることもできる。このとき、静止物体を先に伝送し、受信部に保持しておき、動き部分を逐次伝送し、受信部分で合成して表示することで、ホログラム動画像の伝送において、伝送容量を削減することが可能となる。
【００９１】
また、本実施形態例では、各フィールドでの表示を、白−黒の２値表現を用いて説明しているが、表示方法は２値である必要性は無い。高速にフィールド提示できる表示手段であれば、多値画像を利用することも可能である。多値画像を利用することで、更に、より多くの物体、あるいは、よリクリアな映像を実現できる。
【００９２】
また、本実施形態例では、濃淡表現の無い物体の周期は一種類で説明しているが、この周期についても、各物体の周期幅を制御することで、当該物体全体の濃淡値を変化させることも可能である。つまリ、表示間隔周期を大きくとると、当該物体は全体的に暗くなり、表示周期を小さく取れば、当該物体を明るく表示することもできる。
【００９３】
以上述べたように、本発明によれば、一フレームでの表示対象物を減らすことができるため、少ない解像度ても、従来の手法より多くの物体を表示することが可能となる。
【００９４】
また、情報量を減らすことで、一フィールドあるいは一フレームでの表示に必要な情報量を低減でき、ホログラム情報の伝送容量を低減することが可能となる。
【００９５】
また、全て、デジタル処理を行っているため、波面の合成、圧縮、伸長による画質劣化を避けることができる。
【００９６】
以上のように、本実施例では、計算機により求めた光の干渉縞を表示する計算機ホログラム表示方法において、表示対象物を当該表示対象物の有する属性により分類し、前記分類された表示対象物からの光の干渉縞を求め、前記分類された表示対象物の属性に応じて表示に必要な情報量を個々に設定し、前記求めた干渉縞を前記設定された個々の情報量に応じてデジタル画像に変換し、前記変換されたデジタル画像の各画素のビット列を、各位毎に画素配列に分解し、前記分解された画素配列の各画素を動画像の複数の画像に分散して割り当てることにより、前記表示対象物の情報量に応じて表示させる周期を変化させたデジタル動画像を作成し、前記作成されたデジタル動画像を表示する。
【００９７】
また、計算機ホログラムを表示する装置において、表示対象物の属性についての情報を管理する物体管理手段と、前記管理されている表示対象物の属性に応じて、個々に情報量を設定する情報量決定手段と、前記表示対象物からの光の波面による干渉縞を計算する波面計算手段と、前記計算された干渉縞をデジタル画像に変換し、個々の画素のビット列を各位毎の画像配列に分解するビット分解手段と、前記表示対象物の情報量に応じて、表示周期並びに表示する順番を決定する表示間隔決定手段と、前記決定された表示周期並びに表示する順番に従って、前記分解されたビットの位毎の画素配列の画素による干渉縞を合成する波面合成手段と、前記合成された干渉縞の表示タイミングを制御する表示画面同期手段と、前記制御された表示タイミングに基づいて前記合成された干渉縞を順次表示する表示手段と、を備える。
【００９８】
また、前記合成された干渉縞について静止した表示対象物の干渉縞から先に伝送し、動く表示対象物の干渉縞を後に逐次伝送する伝送手段と、前記伝送された静止した表示対象物の干渉縞を保持するとともに、該保持された静止した表示対象物の干渉縞と前記逐次伝送された動く表示対象物とを合成する受信手段と、を備え、前記表示画面同期手段は、前記受信手段で合成された干渉縞の表示タイミングを制御するものであり、前記表示手段は、前記受信手段で合成された干渉縞を表示するものであってもよい。
【００９９】
このように、本発明では、表示対象物の属性（輝度、動きなど）に応じて、表示物体の情報量を設定し、情報量に応じて提示間隔を制御し、複数のフレーム／フィールドなどの動画像の複数の画面を使って、一画面では物体数を少なくしながら、一定数の画面全体としてはより多くの物体を表示させることで、つまり情報量分解による計算機ホログラム表示により、解像度の制約を緩和する。
【０１００】
すなわち、物体表面にテクスチャなどによる濃淡変化を有する物体など、表示するための情報量が多い物体は、より多いビット数（例えば８ビット）で表現し、濃淡変化の無い物体など、表示のための情報量が少なくて済む物体は、より少ないビット数（例えば、４ビット）で表現し、また、動いている物体は、色やテクスチャなどがぼけていてもそれ程知覚されないことから、表示のためのビット数を減らして、表現することで、解像度の制約を緩和することができるようになる。そして、ビット数に応じて表示周期を変化させることで、情報量が少ない物体はより多くの物体を表現できるようになる。
【０１０１】
つまり、従来は、物体一つ一つを例えば８ビット全部を使って表現し、８ビットを表現するために、デジタル画像においては、一つの画素の濃淡表現に、２7＋２6＋２5＋２4＋２3＋２2＋２1＋２0＝２５５枚のフィールドを提示する必要があった。つまり、全ての表示物体に対して、均一枚の提示フィールド数が必要であった。
【０１０２】
しかし、本発明では、物体の情報量（ビット数）が少なければ、提示フィールド枚数を少なくすることが可能となり、同一フィールド数で、従来の方法に比ベて、より多くの物体を表現することが可能となる。
【０１０３】
また、個々の物体をビット列で表現し、ビット毎に干渉縞を生成することで、干渉縞の濃淡は２値表現による記述が可能となるため、表示手段に中間調表示が不要なことから、表示手段の製造が容易になる。
【０１０４】
フィールド提示の周期を、例えば従来の動画（３０フレーム／秒）と同じにすると、ｌ／３０秒以内に、当該フィールド枚数を提示するようにすれば、従来の動画像と同様の映像を観察することが可能である。
【０１０５】
（第５の実施形態）
上述した従来のパルス幅変調方式による表示は、高位ビットほど、同一画像を提示する回数を多くする手法であり、各ビットに対応した画像は２値画像である。この手法でホログラムを表示するということは、バイナリーホログラムを繰り返し提示していることと同じといえる。ところで、バイナリーホログラムによる画像表示においては、画像の至る所に、局所的に明るくなっているノイズが目立った画像、つまり、スペックルノイズが多数発生することが問題となる。しかも、パルス幅変調方式を利用した場合、何回も同一の画像を提示することで、このスペツクルノイズが強調された画像として知覚されるため、ノイズの多い画像が再構成されてしまうという問題点がある。
【０１０６】
そこで、本実施形態は、デジタル画像より得られたフィールド画像例（ビット画像）を対応するビットにごとに加算し、デジタル画像のビットの位に応じた数のフィールドを用意するとともに、該ビットの位に応じた数のフィールド間において異なる２値化処理を行うことにより表示用デジタル画像を生成する。このようにして、スペックルノイズの現れる場所を変化させて、背景の濃淡ムラなどを低減し、クリアな画像が得られる計算機ホログラム表示方法および装置について説明する。
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【０１０７】
図２７のフロー図により、本発明の方法での一実施形態例を示す。
まず、表示対象のデータをＭ個のデータに分解する（ステップ５０１）、ここで、分解の方法は、仮に表示対象が、一枚の画像であれば、その画像を４分割する等、あるいは、三次元空間中の複数の物体であれば、物体毎に分解する等、分解の方法は多数考えられる。
【０１０８】
そして、分解されたデータ毎に計算機ホログラムを生成する。つまり、Ｎビット（例えば８ビット）の濃淡階調を持つ千渉縞を生成する。ここでは、仮にＭ個のデータがあり、Ｍ枚のホログラムを生成することにする（ステップ５０２）。
【０１０９】
次に、Ｍセットの干渉縞画像の各画素はＮビットで構成されているから、各干渉縞画像から、各画素毎に同位ビットの値を取り出すことで、Ｎ枚のビット画像を生成する（ステップ５０３）。つまり、Ｍ枚の干渉縞画像それぞれについて、Ｎ枚のビット画像が生成される。
【０１１０】
次に、同一ビット位の画像がＭ枚存在するから、同一ビット位の個々の画素を足し合わせる。これにより、Ｎ枚のビット画像はそれぞれ、０〜Ｍの階調を持つことになる（ステップ５０４）。
【０１１１】
次に、ビット画像を順次呼び出し（ステップ５０５）、画像処理を施す。ここでは、処理の一例として誤差拡散処理を用いる。つまリ、濃淡値（例えばＮ／２）を閾値として、２値化処理（濃淡値を０あるいはＭに変換）を施す。このとき、２値化処理による濃淡値の誤差を隣接画素に伝般させるようにする。例えば、図２に示すように、画素２１の二値化における誤差に重み（例えば、図２８の様な重み：３／１６，５／１６，１／１６，７／１６）を与えた値を、それぞれの隣接画素の値に加算するという処理を行う（ステップ５０６）。
【０１１２】
この時、２値化の閾値並びに誤差拡散の重みの値、或いは、伝搬させる方向を複数用意し、それぞれの画像において、先の２値化閾値、重み或いは伝搬方向が異なるように、誤差拡散処理並びに２値化処理を行った後、画像を表示する（ステップ５０７）。
【０１１３】
当該ビット位に応じた枚数分、同一画像を繰り返し呼び出し、ステップ５０５〜５０７の処理を繰り返し行う（ステップ５０８）。例えば、８ビットの濃淡値を有する画像の場合、最高位のビットに対応した画像は、２7＝１２８枚の同一の画像を呼び出すことになる。
【０１１４】
ここで、図２７と図１２の各ステップの対応について説明すると、図２７のステップ５０１、５０２が図１２のステップ２２、２３に含まれ、ステップ５０３〜５０６がステップ２４に対応する。そして、ステップ５０７、５０８がステップ２５に対応する。なお、図２３において、図１２のステップ２１に対応するステップは省略されている。
【０１１５】
ところで、本実施形態例では、Ｍ枚のホログラムは、全てＮビットとして説明しているが、必ずしもＮビットである必要性は無い。それぞれ、異なるビット数でもよく、その場合、ホログラムの中で、最大ビット数に対応したビット画像を生成するようにすればよい（ここで、対応ビットが無い当該ビット画像には、０（或いは黒）を与える。あるいは、他の画像のビット画像を用いることで、ビット数の違いを回避する事も可能である。）。
【０１１６】
尚、本実施形態例では、誤差拡散処理並びに２値化処理を画像表示の際にリアルタイムで行う例を示したが、予め、各ビット位に対応する同一画像を生成し、予め誤差拡散処理、２値化処理を行った画像を保持しておくことも考えられ、誤差拡散処理、２値化処理の手順は、本実施形態例に特定はされない。
【０１１７】
次に、上述のような特徴部分を有する本発明の計算機ホログラム表示装置の一実施形態例の構成および動作を図２９のブロック図を用いて説明する。
【０１１８】
図２９において、５３１は濃淡画像生成手段、５３２はビット画像生成手段、５３３は画像保持手段、５３４は画像処理手段、５３５は画像表示制御手段、５３６は画像表示手段である。
【０１１９】
濃淡画像としての計算機ホログラムが最初に濃淡画像生成手段５３１にて作成され、その濃淡画像はビット画像生成手段５３２に送られる。ビット画像生成手段５３２では、濃淡画像を予め決められた規則に従って複数のデータセット（濃淡画像）に分解する。あるいは、濃淡画像生成手段５３１で画像生成の段階で複数の濃淡画像を生成し、ビット画像生成手段５３２に送られる。分解された複数の濃淡画像は、ビット画像生成手段５３２によりビット画像に分解され、画像保持手段５３３に保持される。画像処理手段５３４は、分解されたビット画像に対して、誤差拡散処理並びに２値化処理を施し、その処理が施された画像を画像保持手段５３３が同様に保持する。あるいは、画像表示制御手段５３５の制御の下、各ビット位に応じた回数だけ当該画像を画像表示手段５３６に表示する際に、リアルタイムで誤差拡散処理、２値化処理を行う。
【０１２０】
ここで、図２９と図１３の装置構成の対応を説明すると、図２９の濃淡画像生成手段５３１、ビット画像生成手段５３２、画像処理手段５３４は、画像生成手段７に対応する。そして、画像保持手段５３３は画像記憶手段４に対応する。また、画像表示制御手段５３５、画像表示手段５３６は画像表示手段８に対応する。なお、図２６において、図１３に示す表示対象物入力手段１は省略されている。
【０１２１】
上述のような制御態様をとれば、図３０（ａ）の５４０に示すような原画像を表示する場合、計算機ホログラムとしての千渉縞濃淡画像は図３０（ｂ）の５４１に示すような干渉縞画像が生成される。この干渉縞画像５４１を各ビットに分解し、異なる誤差拡散処理による２値化を行った結果が図３０（ｃ）の５４２並びに図３０（ｄ）の５４３である。千渉縞の特徴は保持されている一方、局所的に濃淡値が異なることがわかる。このように、バイナリーホログラムとしての画像再生に於いて、原画像（元々のバイナリーホログラム）が同じであっても、異なる誤差拡散処理が施されるため、再生時のスペックルノイズの出現位置がフレーム毎に異なり、結果的に、従来のスペックルノイズが強調されることなく、一様にノイズが分散され、全体的に見やすい画像を生成する事が可能となる。図３０（ｅ）の５４４が、フレーム毎に異なる処理を行わない場合であり、スペックルノイズが強調され、原画像のＧという文字のコントラストが相対的に低下してしまっていることがわかる。図３０（ｆ）の５４５は、本発明の一例の結果であり、スペックルノイズが低減されていることが確認できる。
【０１２２】
尚、本発明は、計算機ホログラムやそのビット画像等のデータを保存し、それらを自由に読み出し可能なハードディスクやそれに準ずる装置と、濃淡画像生成、ビット画像生成、画像処理等の処理を行う際のデータの保持等に必要なバッファやそれに準ずる装置と、画像処理をほどこされたデジタルホログラム等を表示する液晶ディスブレイなどの表示装置と、キーボードやマウスなどの入力装置を備え、それらハードディスク、バッファ、表示装置及び入力装置などをあらかじめ定められた手順に基いて制御するコンピュータやそれに準ずる装置により、図１のフローで示した本発明の方法の実施形態例での処理の手順ないしアルゴリズムを適宜、実行することが可能であり、その手順ないしアルゴリズムをコンピュータ等に実行させるためのブログラムを該コンピュータが読み取り可能な記録媒体、例えばフロッピーディスクやメモリカード、ＭＯ、ＣＤ、ＤＶＤなどに記録して配布することが可能である。
【０１２３】
以上述べたように、本発明によれば、ホログラムによる立体映像をデジタル画像のまま表示することが実現でき、画像再生時のスペックルノイズを削減したクリアな画像を再生表示できるという効果が得られる。
【０１２４】
このように、本発明の方法は、ホログラムを濃淡値Ｎビットの濃淡画像として生成し、前記濃淡画像の各画素の濃淡値をビット列に分解し、個々のビットの位毎にビット画像を生成し、前記ビット画像に画像処理をほどこす際に、ビットの位に対応した提示時間の間、繰り返し提示する当該ビット画像に対しては、繰り返すビット画像それぞれに異なる画像処理をほどこし、前記画像処理をほどこしたビット画像を提示するようにする。
【０１２５】
また、本発明の装置は、ホログラムを濃淡画像として生成する濃淡画像生成手段と、前記濃淡画像をビットに分解しビット画像を生成するビット画像生成手段と、前記ビット画像を保持する画像保持手段と、前記ビットの位に応じたビット画像の繰り返し提示する時間間隔を制御する画像表示制御手段と、前記ビット画像に画像処理をほどこす手段であって、前記繰り返し提示する当該ビット画像に対しては、繰り返すビット画像それぞれに異なる画像処理を施す画像処理手段と、前記画像処理をほどこしたビット画像を提示する画像表示手段と、を設ける。
【０１２６】
また、記録媒体として、本発明は、ホログラムを濃淡値Ｎビットの濃淡画像として生成する手順と、前記濃淡画像の各画素の濃淡値をビット列に分解し、個々のビット位毎にビット画像を生成する手順と、前記ビット画像に画像処理をほどこす手順であって、ビットの位に対応した提示時間の間、繰り返し提示する当該ビット画像に対しては、繰り返すビット画像それぞれに異なる画像処理をほどこす手順と、前記画像処理をほどこしたビット画像を提示する手順とを、コンピュータに実行させるプログラムとして、該コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録するようにする。
【０１２７】
パルス幅変調方式では、高位ビットであるほど、画像の繰り返し回数が多い。例えば、８ビットの画像であれば、最高位ビットは１２８回同一画像を繰り返し提示するのに対して、最下位ビットは一回だけの提示となる。提示される画像はバイナリーホログラムであるから、ノイズの多い画像が更に強調されてしまう。つまり、背景画像に輝度（濃淡）のむら強調された画像が表示される。そこで、本発明では、上述のようにＮビツトのデジタル画像として生成されたホログラムから、Ｎ枚の各ビットの位のビット画像を生成し、ビット画像を繰り返し提示する際に、同一画像を提示するたびに異なる画像処理、例えば誤差拡散処理を施して画像を表示することで、提示される画像毎に、スペックルノイズの現れる場所を変化させる。これにより、提示回数が多いほど、スペックルノイズ同士が相殺され、背景の濃淡のむらが低減され、よりクリアな画像を再現することが可能となる。
【０１２８】
（第６の実施形態）
本実施形態では、複数のデジタル画像から前記表示対象物の属性に応じて高位ビット画像を取り出し、この高位ビット画像を動画像の複数の画面に割り当てることにより表示用デジタル画像を生成する。このように、１枚の画像データの中に複数の物体のホログラム画像を組み込むことで、複数の物体の表示を可能とする計算機ホログラム表示方法および装置について説明する。
【０１２９】
本実施の形態で説明する方法および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は、物体からの光と参照光との光の干渉縞を計算し、前記干渉縞をデジタル画像として、デジタル表示する計算機ホログラム表示方法において、複数の表示物体と参照光との干渉縞を、前記表示物体毎に生成し、前記干渉縞をデジタル画像に変換し、前記変換されたデシタル画像の各画素のビット列を、各位毎に画素配列に分解し、前記分解された画素配列の中で、予め設定した位までの高位ビットを取り出し、前記取り出された高位ビットの画素配列の各画素を動画像の複数の画像に分散して割り当てることにより、前記取り出された高位ビットの画素配列のデジタル動画像を作成し、前記作成されたデジタル動画像を表示する。
【０１３０】
このとき、前記高位ビットを取り出す際に、表示対象物の属性に応じて、取り出す高位ビットの位数を変化させてもよい。
【０１３１】
また、本実施の形態で説明する装置は、物体からの光と参照光との光の干渉縞を計算し、前記干渉縞をデジタル画像として、デジタル表示する計算機ホログラム表示装置において、表示物体の干渉縞を計算する干渉縞計算手段と、前記計算された干渉縞をテジタル画像に変換し、個々の画素のビット列を各位毎の画素配列として生成するデジタル画像生成手段と、前記表示対象物の高位ビットの画素配列を選択し、動画像としての画像列を生成する動画像生成手段と、前記生成された画像列を順次表示する表示手段と、を備える。
このとき、前記動画像生成手段は、高位ビットの画素配列を選択する際に、表示対象物の属性に応じて選択する高位ビットの位数を変化させるものであってもよい。
【０１３２】
上述の装置、方法のようにデジタル画像の上位ビットのみを利用しても良好な結果が得られることを、シミュレーション結果を示して説明する。
【０１３３】
計算機ホログラムで生成した干渉縞をデジタル面像として、ビット列の位毎の画像に分解し、各位の画素配列のみで画像を再生すると、再生像の生成に寄与するものは、高位ビットのみであることがシミユレーションによりわかる。
【０１３４】
例えば、図３１（ａ）の６１１の画像により生成されるホログラムは、図３１（ｂ）の６１２に示すような模様の干渉縞となる。この画像６１２を例えば８ビットのデジタル画像に変換し、各画素のビット列をビットの位毎の画素配列に分解した画像が、図３１（ｃ）の６１３である。つまリ、６１３１〜６１３８が、それぞれ、２0〜２7に対応するビットの位の画素配列である。これらの画素配列のみからそれぞれ再生像を求めると、図３１（ｄ）の６１４のような画像が生成される。つまり、６１４１から６１４８の画像は、それぞれ６１３１から６１３８の画素配列から再生された画像である。ここで、６１４の画像を各位に対応した重みをつけて画像を合成すると、デジタル画像表示における再生像を計算により求めることができる。つまり、６ｌ４の画像、すなわち６１４１〜６１４８の画像もそれぞれに、各ビットに対応した重み、２0〜２7の値を重みとして用い、それぞれの画像を足し合わせることで、図３１（ｅ）の６１６に示すような．画像が再生される。
【０１３５】
一方、図３１（ｄ）の６１５に示した画像は、それぞれ高位ビットの画像のみを用いて再生した画像であり、６１５１は２7の位のみ（つまり画像６１４８のみ）、６１５２は２7及び２6の位の画像の和（つまり、画像６１４８及び６１４７の和）、６１５３は、２7，２6及び２5の位の画像の和（つまり、６１４８，６１４７，６１４６の画像の和）、６１５４は２7，２6，２5，２4の位の画像の和（つまり、６１４８，６１４７，６１７６，６１４５の画像の和）により生成された画像である。この結果て分かるように、上位ビット（この場合、２7，２6，２5，２4位のビット）の画像のみを使っても、従来の再生像（６１６）と同様の画質の画像が再生されることが確認できる。つまり、下位ビットの画像を削除しても再生像への影響が少ないことがわかる。
【０１３６】
そこで、本発明は、この下位ビットの部分を他の物体の高位ビットの画像に置き換えることで、再生像の画質劣化を引き起こすことなく、情報量を大幅に削減することを可能とする。
【０１３７】
以下、図を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【０１３８】
図３２は、本発明の方法での一実施形態例を示すフロー図であり、図３３（ａ）〜（ｈ）は本実施形態例での画像の例を示した図である。この実施形態例においては、デジタル画像は８ビットとし、２つの物体（本実施形態例では２つの画像）を用いることにする。例えば、図３３（ａ）の６３０に示すような原画像を、“Ｆ”と“Ｇ”の２つの画像の組み合わせとして扱って説明を行う。
【０１３９】
まず、原画像に対する干渉縞を生成する（ステツプ６０１）。図３３（ｂ）の６３１が“Ｆ”のみの画像により生成された干渉縞であり、図３３（ｃ）の６３２は”Ｇ”のみの画像により生成された干渉縞であり、図３３（ｄ）の６３３は原画像６３０により生成された干渉縞である。
【０１４０】
ここで、ダイナミックレンジが十分にあり、解像度も十分に高い場合は、６３３の干渉縞で原画像を再生することが可能であるが、電子表示装置等、解像度並びに表示可能な輝度値に制約がある場合、６３３のような縞を表示しようとすると、細かな縞（高周波成分の部分）がつぶれてしまい、像が再生できない。一方、６３１、６３２に示すように、縞の間隔が広い場合、つまり、高周波成分の領域が少ないため、電子表示装置で表示して、再生像を得ることが可能となる。
【０１４１】
次に、計算により求められた干渉縞６３１及び６３２をデジタル画像に変換し、各ビット位の画素配列画像を求める（ステップ６０２）。図３３（ｅ）の６３４及び図３３（ｆ）の６３５がそれぞれ、６３１及び６３２の各ビットでの画素配列画像である。
【０１４２】
次に、この画素配列画像の中から、例えば、それぞれの上位ビット（例えば上位４ビット）のみを取り出し（ステップ６０３）、図３３（ｇ）の６３６に示すような画素配列画像の組から動画像としての画像列を生成する（ステツプ６０４）。
【０１４３】
そして、上記の画素配列画像の組を順次、重み付けを行いなから表示するようにする（ステップ６０５）。ここで、重み付けの方法としては、それぞれの重みに当該ビットの位に対応する輝度の相対値を対応させる方法や、同一画像の提示問隔時間を重み付けの値に比例した時間間隔にする方法などが考えられる。この結果、得られる再生像か図３３（ｈ）の６３７である。
【０１４４】
ここで、図３２と図１２の各ステップの対応について説明すると、図３２のステップ６０１が図１２のステップ２２に対応し、ステップ６０２がステップ２３に対応する。そして、ステップ６０３、６０４がステップ２４に対応し、ステップ６０５がステップ２５する。なお、図３２において、図１２のステップ２１に対応するステップは省略されている。
【０１４５】
また、本発明において、ステップ６０３において高位ビットを取り出す際に、物体の属性に応じて、取り出すべき高位ビットの位数を変えることも可能である。
【０１４６】
例えば、６３１の干渉縞に閂しては２7の位のみの画像、６３２の干渉縞に関しては２6から２0までの位の画像を用いる方法がある。この方法では、画素配列の重み付けに関しての特別な処理が不要になり、通常のデジタル表示における処理でよく、通常のデジタル画像表示装置での表示が可能となる。
【０１４７】
これとは別の例として、６３１の干渉縞に関しては２7の位のみの画像、６３２の干渉縞に関しては２7と２6までの位の画像を用いる方法なども考えられる。
【０１４８】
この場合は、個々の画素配列画像の重み付けを操作するため、先に述べたような輝度や提示問隔の制御などを行う必要があるが、高画質の再生像が得られるようになる。
【０１４９】
次に、上述のような特徴部分を有する本発明の計算機ホログラム表示装置の実施形態例の構成と動作を説明する。図３４は本発明での計算機ホログラム表示装置一実施形態例を示すブロック図である。
【０１５０】
図において、６４１は干渉縞計算手段、６４２はテジタル画像生成手段、６４３は動画像生成手段、６４４は表示手段、６４５は画像記憶手段である。以下、この構成の装置の動作例を説明する。
【０１５１】
干渉縞計算手段６４１では、表示対象物（本実施形態例では表示対象画像）による干渉縞を計算する。つまり、表示対象物と参照光（本実施形態例では、画像の背面から照射された平面波）との干渉縞を計算により求める。デジタル画像生成手段６４２では、干渉縞計算手段６４１により生成された干渉縞を、表示手段６４４の性能に応じてデジタル画像に変換し、各画素のビットの位に応じた画素配列画像を生成する。例えば、表示手段６４４の性能が、２５６階調濃淡表示であれば、８ビットのデジタル画像に変換し、８枚の画素配列画像を生成する。動画像生成手段６４３では、異なる表示対象物により生成されている画素配列画像の中から高位ビットの画素配列画像を選び出し、一連の画素配列画像列から動画像を生成する。そして、表示手段６４４において、先に生成された画素配列画像列を順次表示する。
【０１５２】
ここで、図３４と図１３の装置構成の対応を説明すると、図３４の干渉縞計算手段６４１、デジタル画像生成手段６４２、動画像生成手段６４３は、画像生成手段７に対応し、画像記憶手段６４５は画像記憶手段４に対応する。また、画像表示手段６４４は画像表示手段８に対応する。なお、図３４において、図１３に示す表示対象物入力手段１は省略されている。
【０１５３】
なお、本発明の装置の他の実施形態例としては、画素配列生成手段６４３において、物体毎に異なる数の画素配列画像を選択することが考えられる。
【０１５４】
本発明は、記録媒体を読み取るだめの読取装置と、記録媒体から読み取ったプログラムや画像データ等を格納しそれを自由に読み出し可能なメモリ装置と、各種の処理を行う際に必要なデータを保持するためのバッファやそれに準ずる装置と、その処理の過程で必要な情報を表示したりホログラム画像等を表示したりするためのディスプレイなどの出力装置と、必要な指示を与えるためのキーボードやマウスなどの入カ装置とを備え、それらのメモリ装置、バッファ、出力装置及び入力装置などを上記プログラムによって予め定められた手順に基いて制御する計算機やそれに準ずる装置により、図３ｌＡ〜Ｅ、〜図３４を用いて説明した本発明の実施形態例での処理の手順ないしアルゴリズムを適宜、実行することが可能であり、その手順ないしアルゴリズムを計算機等に実行させるためのプログラムを上記読取装置が読み取り可能な記録媒体、例えばフロッピーティスクやメモリカード、ＭＯ、ＣＤ、ｌ  ＤＶＤなどに記録して配布することが可能である。
【０１５５】
以上述べたように、本発明によれば、デジタル画像の不要なビット位の部分に他の画像情報を入れることで、効率的なデータ量低減が可能となる。
【０１５６】
以上説明した第１〜第６の実施形態で説明した計算機ホログラム表示方法および装置により、データ量の削減ができ多数の物体を同時に表示できる、あるいは、縞の重なりによる画質の劣化を避けることができる。
【０１５７】
なお、第１、第２の実施形態で説明したサンプリングにより複数の物体を表示させる技術と、第３〜第４の実施形態で説明した表示用画像データ作成の工夫により複数の物体を表示させる技術とを組み合わせることも可能である。
【０１５８】
また、第５の実施形態で説明したスペックルノイズの低減を図る技術は、表示用動画像において同一のデータからなるフィールドが複数連続する場合、他の実施形態で説明した技術への応用が可能である。
【０１５９】
また、図２や図１３に示した装置の各手段や各実施形態で示した装置の各手段はそれぞれ処理部として機能するものである。
【０１６０】
また、図１や図１２で示した方法や各実施形態で説明した方法を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより計算機ホログラムを行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フロッピーディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可般媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【０１６１】
次に、第１〜第６の実施形態で説明した計算機ホログラム表示方法および装置の利用分野について説明する。
計算機ホログラム表示方法および装置は、計算機ホログラフィを利用した立体映像表示技術であり、立体映像の伝送／表示／蓄積技術に関するものである。バーチャルリアリティの表示装置として利用可能である。具体的には、立体テレビ、博物館の展示、ＣＡＤシステム、バーチャル・リアリティコンピュータゲーム、手術シミュレーションやコンピュータ・トモグラフィ画像の立体表示等医療応用、視線上に立体映像を表示するヘッドアップディスプレイなどへの応用が行える。
【０１６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による計算機ホログラム表示方法、装置、および、計算機ホログラム表示プログラムを記録した記録媒体によれば、下記の効果を得ることができる。
本発明によれば、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラム表示において、表示対象物の３次元データを干渉縞計算用のデータに変換し、変換された３次元データを、サンプリングする規則を設定し、設定された規則に従って、前記変換した３次元データをサンプリングする。そして、サンプリングされた３次元データのそれぞれの位置に光源があると仮定して、光源からの光により生成される波面を計算し、計算された波面と参照光との干渉縞をホログラム画像として保持する。そして、サンプリングと波面生成の過程を繰り返し、生成される複数のホログラム画像を順次表示する。
このように、動画表示のような連続する複数フレームに、ホログラム表示させる物体をサンプリングにより分散させて表示し、ホログラム画像を連続フレームとして観察することで、より詳細な形状、或いはより多くの物体を表示させることができるようになる。
【０１６３】
また、本発明によれば、光の干渉縞を計算により求め、表示する計算機ホログラムにおいて、表示対象物の３次元データの入力を行い、前記入力された表示対象物を分類・分割し、該分類・分割された表示対象物ごとに参照光との干渉縞をそれぞれ計算する。そして、計算された複数の干渉縞を、それぞれデジタル画像に変換し、変換された複数のデジタル画像を、それぞれビット毎に分解してビット画像とし、分類・分割された表示対象物ごとに得られたビット画像を合成することにより表示用動画像を生成する。この生成した表示用動画像を表示する。
このように、複数の物体の干渉縞に関するデジタル画像を、複数のフレーム／フィールドなどの動画像の複数の画面に分散させることで、一画面では物体数を少なくしながら、一定数の画面全体としてはより多くの物体を表示させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  サンプリングに特徴を有するホログラム表示方法のフロー図である。
【図２】  図１の方法を実施するための装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】  第１の実施形態におけるホログラム表示方法を示すフロー図である。
【図４】  入力される３次元データの一例を示す図である。
【図５】  ３次元データの変換の一例を説明するために図である。
【図６】  サンプリングの一例を説明するための図である。
【図７】  第１の実施形態における装置の構成例を示すブロック図である。
【図８】  第２の実施形態におけるホログラム表示方法を示すフロー図である。
【図９】  上記実施形態例で使用するボクセルテータの例を示す図である。
【図１０】  発明の概念図である。
【図１１】  第２の実施形態における装置の構成例を示すブロック図である。
【図１２】  表示用動画像の生成に特徴を有するホログラム表示方法のフロー図である。
【図１３】  図１２の方法を実施するための装置の構成例を示すブロック図である。
【図１４】  第３の実施形態におけるホログラム表示方法を示すフロー図である。
【図１５】  座標系を説明するための図である。
【図１６】  物体ごとのフィールド画像列の一例を示した図である。
【図１７】  物体ごとフィールド画像列のある画像（i,j)の部分のみを取り出した図である。
【図１８】  物体ごとフィールド画像列のある画像（i,j)の表示時間を説明するための図である。
【図１９】  フィールド合成画像列のある画像(i,j)の一例を示した図である。
【図２０】  異なる物体により生成されたデジタル画像の特定ビットの合成を説明するための図である。
【図２１】  第３の実施形態における装置の構成例を示すブロック図である。
【図２２】  パルス幅変調方式による画像表示を説明した図である。
【図２３】  第４の実施形態におけるホログラム表示方法を示すフロー図である。
【図２４】  本実施形態例で表示しようとする物体を示す図である。
【図２５】  本実施形態例でのフィールド表示シーケンスの一例を示す図である。
【図２６】  第４の実施形態における装置の構成例を示すブロック図である。
【図２７】  第５の実施形態におけるホログラム表示方法を示すフロー図である。
【図２８】  本発明の方法での誤差拡散処理の重みづけの一例を示す図である。
【図２９】  第５の実施形態における装置の構成例を示すブロック図である。
【図３０】  本発明での処理結果画像の例を説明する図である。
【図３１】  本発明の作用を説明するための計算機ホログラムのデジタル表示特性を示した図である。
【図３２】  第６の実施形態におけるホログラム表示方法を示すフロー図である。
【図３３】  本発明での方法の一実施形態例の画像の例を示した図である。
【図３４】  第６の実施形態における装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  表示対象物入力手段
２  物体管理手段
３  画像生成手段
４  画像記憶手段
５  画像表示手段
【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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【図１９】
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【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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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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