ShadowDemultiplexer:
補色多重化偏光投影による実影のみでアクセス可能な映像情報隠蔽
三木麻 理 子†

岩井 大 輔†

佐藤 宏 介†我々は，補色多重化偏光投影を利用した映像情報隠蔽手法を提案し，ユーザのつくる現実の影にのみ情報が浮かび上がるインタラクティブテーブルトップを構築する．このとき，影以外の領域（影を作る遮蔽物・テーブルに置かれた書類・影以外のテーブル表面等）には，単一白色光が投影表示される．これは，3 台のプロジェクタ（2 台はテーブルトップ上方に、残り 1 台は背面に設置）より補色画像を投影することで実現する．このとき，上方の 2 台のプロジェクタの前面には偏光フィルムを，それぞれの偏光方向が直交するように配置する．さらに，スクリーン上にも偏光フィルムを，上方プロジェクタの内の 1 台の偏光方向と一致するように接着する．一般的に，インタラクティブテーブルトップを日常空間に導入する場合，ユーザの意図しない行動によってアプリケーションが起動しないよう留意する必要がある．しかしながら，ユーザのテーブルトップ上でのアクションが意図したものかそうでないかを完璧に識別することは困難である．提案システムでは，認識処理を全く採用していないことから，このような問題が生じないという利点がある．本稿では，プロトタイプを用いて行った提案手法の実証実験について報告する．

ShadowDemultiplexer: Multiple Polarized Complementary Image Projectionfor Hiding Graphical Information Accessible Only by Real Shadow
Mariko Miki,† Daisuke Iwai† and Kosuke Sato†
We propose a concept of graphical information hiding by multiple polarized complementaryimage projection on interactive tabletops in which the information can be accessed only byreal shadow casted by a user. No graphical information is emerged, but only a uniform whitelight is displayed on the other places such as the occluder, books on the tabletop, and nonshadow area of the tabletop surface. This is achieved by applying multiple complementary
image projection from three projectors two of which are placed above the surface while oneof which is located behind it. In front of the upper projectors, the polarization ﬁlters areplaced so that the directions are normal each other. A polarization ﬁlm is also attached on
the surface so that the direction is same as one of the upper projector. In general, wheninteractive tabletop is installed into daily life, it is necessary to take into account that thetabletop should not react the user’s unintended action. However, it is diﬃcult to perfectly
recognize whether user’s actions on the tabletop surface are intended operations or not. The
proposed system solve the issue because the system does not apply any recognition processes.
We built a ﬁrst proof-of-concept system and conﬁrmed the feasibility of the concept.

1. は じ め に

より手軽なコンピュータの操作が可能になり，複数のユーザが協調作業を行う際にも非常に有用である．

テーブルにディスプレイと各種センサを組み込んでインタラクティブテーブルトップをタッチスクリーコンピュータとのインタラクションを行うことができンを用いて実装する手法は今日広く研究されている．

るシステムを，インタラクティブテーブルトップといしかしこのようなテーブルトップを日常生活に導入すう．これは，机自体が入出力のインタフェースを備える際には，ユーザが意図しないシステムの動作が頻繁ており，キーボードやマウスを使用しなくても情報のに起こりうる点が問題となる．タッチスクリーンを用操作，閲覧が実現できるシステムである．ユーザが入いたために，ユーザが意図してタッチ操作を行った時力機器を持たずに直接自分の手や指で操作できるため，のみならず，お皿等を置いた時や腕が誤って触れた際にも入力動作が行われたと認識され誤って情報が提示† 大阪大学
Osaka Universityされてしまうからである．
これらの問題点を解決するために本研究では，ユー情報処理学会 インタラクション 2011

図1

システム模式図

ザが意図的にテーブル上に影を作った時にのみ影に情報を提示することを目的として，補色同士が重畳されると他の箇所には白色光が投影されるという性質を用い，マルチプロジェクションによるインタラクティブテーブルトップを提案する．これにより図 1 のように，日常生活で使用する際にユーザの行動を制限せず，システムによるユーザの動作認識を行わずにユーザが影を作ることでテーブルに投影された情報を表示させるという本システムの性質から，誤認識のない情報閲覧

図2

システム構成（上：影を作らない時，下：ユーザが影を作った時）専用のシステムを実現する．

2. システム概要

2.2 システム構成
前節で述べた問題点を解決した上で 1 章で述べたコ

2.1 補色を用いたプロジェクションンセプトを実現するために，図 2 のようなシステムを補色同士を投影して影に情報を重畳するシステムに提案する．システムは，3 台のプロジェクタ (P1, P2,は，蓑毛らの提案システム [1] のようなものがある．

P3 とする) とスクリーン，偏光フィルタとハーフミ投影を行う際，前面プロジェクションを採用したシスラーから構成される．P1 および P2 は前面から，P3テムでは，ユーザがプロジェクタ光を遮蔽してしまいは背面からの投影に用いる．この時，P2 の前面およ投影像が一部欠けてしまうという問題がある．蓑毛らびスクリーン上の偏光フィルタの向きと P1 の前面には，逆にこのユーザによる投影光の遮蔽を利用し，2ある偏光フィルタの向きを直交させる．偏光フィルタ台のプロジェクタ（P1, P2 とする）による補色多重をこのように配置することで P1 からの投影光はスク化投影を用いてユーザの影に様々な彩りを与えるシスリーン上の偏光フィルタで遮断され，スクリーンに到テムを実現している．

達しない．前節にならい，P1, P3 から投影される画像

P1, P2 から投影される画像をそれぞれ基準画像，を基準画像，P2 から投影される画像を補色画像と呼補色画像と呼ぶ．双方のプロジェクタからの投影像は，

ぶ．図 2 上のように遮蔽物がプロジェクタとスクリー重畳され，対象面上では単一白色光が投影表示される．

ンの間に存在しない場合では，P2, P3 からの投影光がユーザが投影光を遮れば対象面上に影が生じるが，そスクリーンで足し合わされ単一白色が表示される．まの影領域では補色同士の重畳が解消されて，基準画像

た，偏光フィルタにより P1 からの投影光はスクリーもしくは補色画像が影の中に現れる．この手法を適用ンに到達しない．一方，図 2 下のようにユーザの手なすれば遮蔽物の陰に情報を提示することが可能である．

どの遮蔽物が存在するとき，遮蔽物上面では P1, P2

しかしながら，本研究のように日常生活で用いるテーからの投影光が足し合わされて白色光となり，P3 か

ブルトップシステムを想定してこの手法を応用する際らの投影光がスクリーンに表示される．このようにしには，投影光を遮る遮蔽物の上面にも情報が投影表示て影のみに情報を提示することができる．

されてしまうことから，ユーザに煩わしさを感じさせてしまう点が問題となる．

ShadowDemultiplexer: 補色多重化偏光投影による実影のみでアクセス可能な映像情報隠蔽

3. 画像補正手法
3.1 補色画像の生成
補色画像の生成にあたり，各プロジェクタの入出力特性を調べる必要がある．この手法としては以下のように行った．まず，P1 から RGB 値 (255, 0, 0) を，P2 から (0, 0, 0) を投影する．この時の R 値におけ

図3

サーフェス構成

るスクリーン上で重畳された輝度をカメラで測定しその値 (Cr ,Cg ,Cb ) を記録する．続けて P1 から (r1 , 0,0)(0≤r1 ≤254) を，254 から輝度を 1 ずつ減少させながら投影し，それぞれの r1 に対し P2 から，(Cr ,Cg ,Cb )と一致するまで (r2 , 0, 0)(0≤r2 ≤255) を輝度を変化させて投影して一致した時の r2 を記録する．P2 のプロジェクタ入力値 r2 は，二分木探索により動的に変化させている．二分木探索を用いて 2 台のプロジェクタ間の色対応を求めることにより，P1 からの投影光の輝度値全色において，対応する P2 からの投影光の輝度値を求めることができる．G, B 値に関しても同様に観測を行う．また，P1, P3 間においても同様に測定しルックアップテーブルを求める．
このようにして求めたルックアップテーブルから，基準画像の画素ごとに補色を計算し，補色画像を生成

図 4 システム外観する．この時，補色画像がルックアップテーブルにおいて階調を持つ範囲の画素値で生成されるよう，あらたわみ等による光学的なずれを防ぐため，図 3 のようかじめ基準画像の RGB 値のダイナミックレンジの圧にこれらを 2 枚のアクリル板で挟んだものをテーブル縮を行っている．

トップサーフェスとした．製作したシステムの外観を3.2 幾何学的キャリブレーション

図 4 に示す．前章の手法で生成した画像を 3 台のプロ

3 台のプロジェクタ P1, P2, P3 から補色関係にあるジェクタからそれぞれ投影した．それぞれの画像を図画像を重畳するように投影するためには，各プロジェ6 に示す．その結果，図 5 左のようにサーフェス上にクタのピクセル間の幾何学的な対応を求める必要があ

おいて通常は白色光が投影されるが，意図的に影が作る．本システムでは，格子状の 16 点について世界座られると同図中のように影部分に情報が提示されるこ

標と投影画像における座標との対応関係を求め，9 つとが確認できた．一方，同図右のように遮蔽物上面にに小分割したプロジェクタ入力画像をレンダリングすは白色が投影されたことが確認できた．これは影をつることで位置合わせを行っている．

くるユーザの手の上や，テーブルに置かれた本や文具

実際には各プロジェクタの投影面におけるピクセル等の上に情報が表示されないことを示している．

サイズの違いや，プロジェクタやミラーの設置からの以上の結果から，意図的に作った影にのみ情報を提時間の経過に伴うずれから，3 台のプロジェクタから示し，テーブルで作業中のユーザに煩わしさを感じさの投影像において全ての画素が厳密に重なり合うことせないシステムが実現できたことが確認できた．

はない．これによる投影像の位置ずれは投影コンテンツの高周波成分（エッジ）を除去することで改善されるため，投影コンテンツにあらかじめガウシアン低域通過フィルタを施すことで対処している．

4. 補色多重化投影実験

4.2 瞬間調光スクリーンを用いた実装案
本節では他の実装可能性の一つとして，瞬間調光スクリーンを用いた手法に触れる．瞬間調光スクリーンとは，電圧の制御で透明な状態と不透明な状態が瞬時に切り替わる特殊な液晶スクリーンである．一般的な4.1 提案システムによる投影実験

基本構造は，両外側からフロート板ガラス，中間膜，サーフェスを構成するスクリーンや偏光フィルタの液晶シートの層構造となっている．液晶シートを構成情報処理学会 インタラクション 2011

図5

投影実験（左：サーフェス上での画像重畳，中：意図的に作った影への情報提示，右：テーブル上に置いたオブジェクト上での画像重畳）

図6

各プロジェクタの入力画像（左：P1 入力画像，中：P2 入力画像，右：P3 入力画像）

蔽物による影の部分には P2 から基準画像が投影されるため，影のみに情報が提示される．よって結果的に影の部分のみに情報が提示され，その他の部分には白色光が投影されることになる．

5. お わ り に本研究では，補色多重化投影を用いてユーザの手の影部分にのみ情報を提示するインタラクティブテー
図7

瞬間調光スクリーンを用いたシステム構成

ブルトップシステムを試作した．本システムを応用することでタッチスクリーンを用いることなくテーブルする液晶分子は電圧のかかっていない状態では不規則トップシステムが実装でき，従来のシステムにはない，に並んでいるため光を拡散し，すりガラスのように不ユーザの意図した時にのみ情報を提示する動作が可能透明となる．液晶分子に電圧がかかると一定方向に整になると考えられる．しかし現時点では複数の投影像列し平行光を通すため透明となる．の投影面でのずれ，白色化処理に改善の余地があるた

このスクリーンを利用すると，図 7(a), (b) の状態

め，今後も様々な手法を試し性能の向上に努めたい．

を 120Hz で切り替えることにより前節で述べた手法

また動的なコンテンツの投影についても取り組み，よと同様に，本研究で目標とするシステムを実現するこりインタラクティブなシステムの構築を目指したい．とができる．図 7(a) は P1 から補色画像を，P2 から基準画像を投影し，瞬間調光スクリーンはすりガラス状（スクリーン状）である状態である．同図 (b) は P1から基準画像を投影し P2 からは何も投影せず，瞬間調光スクリーンは透明となっている状態である．このシステム構成では，ユーザの手などの遮蔽物上および影以外のスクリーン面では P1 から基準画像および補色画像が交互に高速で切り替わって投影されるため，両画像の平均的な明るさが知覚され白色に見える．遮参 考文献1) 蓑毛 雄吾, 筧 康明, 飯田 誠, 苗村 健: “補色を用いて自己の影を彩りある映像メディアにするマル
チプロジェクションシステム”, 日本バーチャルリ
アリティ学会論文誌, Vol.10, No.1, pp. 21 – 30(2005.3)．