人の視覚特性に基づく大型ディスプレイによる複数人物への選択的情報提示
新 川 祥 史†佐 藤 洋 一†杉 村 大 輔†小 池 英 樹††本稿では，大型ディスプレイによる複数人物への情報提示制御法について提案する．大型ディスプ
レイでは個々の対象それぞれへの適切な情報提示を行うことは難しい．このような問題に対し本研究では人間の視覚特性の一つであるコントラスト感度関数を利用することによって各対象に選択的に情報を提示する手法を提案する．具体的には，このコントラスト感度関数を用い，ある対象から知覚しやすく，その対象以外から知覚しづらくなるような空間周波数の画像を重畳表示する．実験を通じて本手法の有効性を確認した．

Selective Information Large-Display to Multiple People
based on Properties of Human Vision System
Yoshifumi Shinkawa,† Daisuke Sugimura,† Yoichi Sato†and Hideki Koike ††In this paper, we propose a large-display system for selectively presenting information tomultiple people. In a existing large-display system, it is hard to show an individual information to each person. In order to deal with the problem, we introduce a contrast sensitivity
function (CSF), which is well known as a human vision system, for a selective information
presentation. Specifically, based on the CSF, we acquire a particular spatial frequency bandof an image that can be perceived only for the target at a certain distance. By using different
specific spatial frequency bands of images, we can superimpose multiple images for a selectivepresentation. Through our experiments, we observed that our system can generate individual
information selectively to multiple targets.

1. は じ め に

このような問題に対し，本稿では人間の視覚特性に基づいた情報提示制御法を提案する．具体的には，空近年，大型ディスプレイやプロジェクタの低価格化に間周波数によって知覚できる輝度の変化量が異なるとより，広告メディアや案内板などのデジタルサイネーいう人間の視覚特性を利用する．これを用い，対象人ジが普及してきている．大型ディスプレイはセンシン

物の距離に合わせて画像の空間周波数成分にフィルタグ技術の発達によるインタラクティブ性や表示できるをかけることで，対象が最も知覚しやすく，それ以外情報の多さから効率的な利用が期待されている．の距離から知覚しづらい画像を生成することができる．

大型ディスプレイが用いられるシーンは公共の場がこれにより選択的情報提示が可能となる．また，距離多く，不特定多数の対象に情報を提示することが求めによって知覚できる空間周波数が異なるため，二種類られる．また，近年は不特定多数への情報提示のみでの画像を重畳させて同領域内で距離に応じて提示するなく，これと同時に個々へ情報提示を行うニーズも高ことが可能となる．

まっており，これに対する技術はまだ有効なものが提案されていない．

2. 先 行 研 究
大型ディスプレイ，インタラクティブディスプレイ

† 東京大学 生産技術研究所
Institute of Industrial Science, The University of Tokyo†† 電気通信大学 情報システム学研究科
Graduate School of Information Systems, The University of Electro-Communicationsを利用したディジタルサイネージに関してこれまでに数多くの研究がされてきている．

Vogel ら1) は大型ディスプレイで複数対象への情報と個人への情報の両方を表示するシステムを提案して

情報処理学会 インタラクション 2010

距離が変化することと画像の空間周波数が変化することは等価であるため，コントラスト感度も変化する．
これは即ち同じ画像でも画像上の空間的な輝度変化の知覚しやすさが異なることを意味する．彼らの研究によると人間の知覚のピークはおよそ 6〜8[cpd](cycleper degree) である．
3.2 画像の空間周波数制御による選択的情報提示
大型ディスプレイにおいて人間の視覚特性である

図 1 想定システム
Fig. 1 Envision System

CSF を用い，同ディスプレイ内での複数情報の提示いる．対象の距離や方向をセンシングし，対象の状態対象を選択する．計測した対象の距離で知覚しやすいによって表示するコンテンツを変えている．

空間周波数を選択することで，他の対象に知覚しづら

しかしながら，彼らの研究では距離による表示の切いようにすることができる．具体的にはこの空間周波り替えとセンシングでの画面操作がメインであり，複数の選択基準として CSF を用いることにより画像の数対象について効果的に情報を提示する方法について空間周波数フィルタリングを行う．それぞれの画像には深く議論されていない．

ついて対象の距離での CSF を用いて最適なフィルタ

Peltonen ら2) の研究では公共の場に大型のマルチタッチディスプレイを設置し，ユーザーの行動について分析している．対象が複数であるため，コンテンツリングを行うことで，複数対象それぞれに知覚しやすい情報を提示できる．

3.3 空間周波数に基づく画像の重畳表示の共有や取り合いが発生することがあり，個人に情報空間周波数の異なる画像は CSF より知覚可能な距を提示する場合は対象を限定した表示方法を考える必

離が異なるため重畳して表示することが可能である．

要がある．

Oliva ら4) の研究では CSF を応用して二枚の空間周

これらの先行研究を踏まえ，本研究では大型ディス

波数の異なる画像を重ね，距離に応じて見える画像がプレイにおいて複数対象への適切な情報を同時に提示異なる画像（ハイブリッドイメージ）を示している．

するシステムを提案する．

異なる二枚の画像にローパスフィルタ，ハイパスフィ

3. 人間の知覚特性に基づく情報提示制御

ルタをそれぞれかけ，画像の色，特徴を合わせることで一枚の画像が距離に応じて徐序に変化して見える．

本研究では一つのディスプレイ内で対象を限定した

このように，CSF を用いることで 2 つの距離にい選択的情報提示を行うシステム（図 1）を想定する．

る対象それぞれに異なる情報を見せることが可能とな

本稿ではその要素技術である視覚特性に基づいた選る．本研究では距離情報をもとに対象に選択的に情報択的提示手法を提案する．ここで用いる視覚特性は提示を行うために CSF を用いる．ディスプレイから空間周波数によって知覚できる輝度の変化量が異なる

対象人物までの距離が変わると CSF により知覚しやというコントラスト感度関数（Contrast Sensitivity

すい空間周波数が変わるため，知覚しやすい画像に変Function，以下 CSF と表記）である（図 2）．計測

更する．

した対象の距離情報を用いて対象の距離での CSF を導出し，対象の距離で最も知覚しやすく，他の距離か

4. 選択的情報提示のための重畳表示の最適化

らは知覚しづらい空間周波数成分のみを抜き出した画

4.1 知覚最適化のための空間周波数フィルタリング

像を表示する．これにより複数の対象に選択的に情報距離に応じて CSF が変わると知覚しやすい空間周を提示することが可能となる．また，空間周波数の異波数が変わる．対象の距離情報から得られた CSF をなる画像は CSF より知覚可能な距離が異なるため重もとに対象に提示する画像をそれぞれフィルタリング

畳して表示することが可能である．そこでディスプレし，知覚しやすい空間周波数成分を抽出する．本手法

イ領域の効率的利用のために空間周波数帯域の分離をではフィルタリング手法としてガウスフィルタを利用用いて画像を重畳表示する．

する．ガウスフィルタの持つパラメータ（平均，分散）

3.1 コントラスト感度関数 (CSF)
3)

Berten ら

は人間の視覚特性の一つである CSF にを調整することで対象への知覚と対象以外の知覚の分離を最適化することができる．

ついてモデル化している（図 2）．人間は空間周波数

CSF を用いたフィルタリングを行う場合，中心空間により知覚できる輝度の変化量が異なる．画像までの周波数，分散 (通過させる空間周波数の帯域) といっ人の視覚特性に基づく大型ディスプレイによる複数人物への選択的情報提示たパラメータは一意に決まらない．また，対象が複数になると対象への知覚の最適化と対象以外の知覚防止のトレードオフが発生するため，最適なパラメータを決定する必要がある．対象が知覚できる画像の成分を考えることにより最適なパラメータを決定する．

4.2 空間周波数フィルタのパラメータ最適化
ある距離で人間が知覚できる画像の成分は空間周波数に依存する．対象の距離からその対象の CSF が導図 2 コントラスト感度関数
図 3 空間周波数フィルタのFig. 2 Contrast Sensitivity
パラメータ最適化
Function(CSF)
Fig. 3 Parameters Optimization

出できるため，対象から知覚できる画像のエネルギーを求めることができる．対象の距離で知覚できる画の距離を 3[m]，画像サイズは縦 4[cm] ×横 4[cm] と像のエネルギー E は画像の周波数特性 F (ω) に対し，した．

対象の距離での CSF (ω) を考慮し，ガウスフィルタ

5.1 パラメータ最適化モデルを用いたフィルタリ

G(ω; µ, σ) でフィルタリングしたものの積分で表わさングれる．ここで ω は空間周波数，µ，σ はそれぞれガウス式 (1) のモデルを用いた画像のフィルタリングによフィルタの中心空間周波数，分散である．対象 1 へ提り，それぞれの対象の距離で知覚可能かどうかを確か示する画像について考えた場合に，CSF1 (ω) を持つ対める実験を行った．ここでのエネルギー比は λ=2 とし

象 1 が知覚できる画像のエネルギーを E11 ，CSF2 (ω)

た．画像及びテキストのフィルタリング結果を図 4 にを持つ対象 2 が知覚できる画像のエネルギーを E12 と示す．(a)(c) が対象 1 へ提示すべき情報，(b)(d) が対する．この E11 を＋成分，E12 を−成分としてエネル

象 2 へ提示すべき情報であり，(a)(b) は画像，(c)(d)ギーを加算してスコア化する．この時の目的関数を最はテキストである．

大化するパラメータ (µˆ1 , µˆ2 , σˆ1 , σˆ2 ) が最適な表示を画像は最適化の結果，µ1 =7[cpd]，σ1 =9，µ2 =94[cpd]，行えるパラメータである．

σ2 =31 となった．テキストは最適化の結果，µ1 =8[cpd]，(µˆ1 , µˆ2 , σˆ1 , σˆ2 ) =σ1 =11，µ2 =114[cpd]，σ2 =38 となった．この結果か

argmax{(E11 (ω; µ1 , σ1 ) − λ1 E12 (ω; µ1 , σ1 ))(µ1 , µ2 , σ1 , σ2 )+(E22 (ω; µ2 , σ2 ) − λ2 E21 (ω; µ2 , σ2 ))}(1)

ここで Exy (ω; µx , σx )(x, y ∈ 1, 2) は次式であらわされる．
Z
Exy (ω; µx , σx ) =G(ω; µx , σx )CSFy (ω)Fx (ω)dω (2)(1) 式における λx は画像のエネルギー比を調整するパラメータであり，次節で詳しく説明する．

4.3 エネルギーバランスの調整
元画像の周波数特性により Exy のエネルギーにばらつきがでるため，二つの画像間でエネルギーの差がら分かるようにに各情報において知覚しやすい対象を選択できている．

5.2 画像及びテキストの選択的情報提示
次に 5.1 節の実験をもとに同領域内での重畳表示の効果を確かめる実験を行った．画像のフィルタリング
結果を図 5 に示す．各画像は (a) 画像＋画像，(b) テキスト＋テキスト，(c)(d) 画像＋テキストの重畳であり，(a)(b) は 5.1 節で生成した画像を利用している．
エネルギー比はそれぞれ (c)λ=6，(d)λ=2 とした．

(c) は最適化の結果，µ1 =5[cpd]，σ1 =5，µ2 =113[cpd]，σ2 =30 となった．(d) は最適化の結果，µ1 =8[cpd]，でてしまう．また，対象ごとに知覚できる画像エネル

σ1 =11，µ2 =100[cpd]，σ2 =33 となった．この結果かギーの総和に差が出てしまうため，このままでは全対らわかるように同領域に表示した画像でも設定され象に最適な表示とは言えない．

た距離によって知覚できる画像が異なることが見てとこの問題を解決するためにパラメータ λx を用いてExx と Exy (x, y ∈ 1, 2) 間のエネルギー比を調整する．
知覚させる画像のエネルギーを多く残したい場合は λxを小さくし，対象と対象以外の知覚の分離度を高くしたい場合は λx を大きくする．

5. 実

験

これまでに述べた最適化モデルを用いて対象に提示する画像を生成した．対象 1 の距離を 0.3[m]，対象 2れる．

6. 考

察

提示画像の最適な空間周波数フィルタリングにより，それぞれの距離の対象で知覚しやすい画像を生成した．
また，生成したの画像の同領域内での重畳表示を実現した．以下に本研究の問題点と課題について議論する．

6.1 距離の分解能による選択的提示の限界
本研究で提案したモデルは CSF が連続した値を持っ情報処理学会 インタラクション 2010

図 4 画像及びテキストの最適化フィルタリング
Fig. 4 Optimization Filtering Image and Text

図 5 画像及びテキストの選択的提示Fig. 5 Image and Text Selective Reprensentationているため距離による分解能の限界が存在する．対象示する方法をモデル化した．今後の課題として，評価同士の距離が近い場合は CSF の特性に差が出ないた実験を行い，さらに最適な選択的表示のためのモデル

め知覚できる画像エネルギーも近いものになる．それ拡張を行う予定である．

により対象に異なる画像を見せることはできない．

また，複数への選択的情報提示のために，距離情報6.2 フィルタリングによる画像情報の欠落以外に人の遮蔽や対象から得られる他の情報（速度等）

本システムは同領域に複数の画像を表示するが，画を用いた表示を行うことが考えられる．さらに，本研像をフィルタリングするため画像の情報は落ちること

究では色情報について議論していないが，色情報も含になる．テキストの場合，読めるかどうかという部分めた選択的表示の最適化についても考慮していく．に評価基準を置けば，テキスト情報の欠落はないため情報提示において効果的である．フィルタリング後の画像は知覚しやすいエネルギーは残しているが元の画像とは異なるため，情報提示において提示したい情報が欠落することがある．

6.3 ディスプレイ内での提示画像の表示領域表示領域を変更すると空間周波数が変わるため，表示領域も CSF に基づいて変更する必要がある．表示する画像が３枚以上の場合は空間周波数の分解能の問
題，各画像のエネルギーが低くなる問題から同領域内での重畳表示は現実的ではない．今回提案した最適化
モデルも２グループ対象までの画像の重畳であるため，３グループ以上への表示の場合は表示領域を考慮した選択的表示も必要となる．

7. お わ り に本研究では人間の視覚特性の一つである CSF を用いて，複数人物に同ディスプレイ内で選択的に情報提参 考文献1) Daniel Vogel, Ravin Balakrishnan.: Interactive Public Ambient Displays: Transitioning
from Implicit to Explicit, Public to Personal,Interaction with Multiple User ACM CHI (Single displayprivacyware). pp.137–146 (2004).
2) Peltonen, Esko Kurvinen, Antti Salovaara,Giulio Jacucci, Tommi Ilmonen, John Evans,
Antti Oulasvirta, Petri Saarikko.: It’s Mine,Don’t Touch!: Interactions at a LargeMultiTouch Display in a City Centre, ACM
CHI(Multitouch and Surface Computing). pp.
1285–1294 (2008).
3) Peter.G.J Barten: Contrast sensitivity of thehuman eye and its effects on image quality, uitgeverij HV Press Knegsel(1999).
4) Aude Oliva, Antonio Torralba, Philippe. G.
Schyns.: Hybrid Images, ACM SIGGRAPH,
pp.527–532 (2006).