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APPARATUS AND METHOD FOR DISPLAYING STEREOSCOPIC IMAGE commons

Patent code P140010686
File No. 00-AJ
Posted date Jul 2, 2014
Application number P2000-266656
Publication number P2002-077946A
Patent number P3425416
Date of filing Sep 4, 2000
Date of publication of application Mar 15, 2002
Date of registration May 2, 2003
Inventor
  • (In Japanese)掛谷 英紀
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人情報通信研究機構
Title APPARATUS AND METHOD FOR DISPLAYING STEREOSCOPIC IMAGE commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and a method for displaying a stereoscopic image capable of perceptively viewing a stereoscopic image at hand while avoiding an increase in size of the apparatus without mounting spectacles by a video appreciator.
SOLUTION: The apparatus for displaying the stereoscopic image comprises a video display unit 12, a condenser system 17, an image separator 9 for separating a first image and a second image, an imaging system 6 and a position detecting means for acquiring position information of video appreciator's eyeballs. In this case, along an optical path at which optical information generated from the display unit is arrived at the appreciator, the display unit, the condenser system, the image separator and the imaging system are sequentially disposed in this order, display contents of the display unit are changed by position information of the appreciator's both right and left eyeballs by using a constitution for focusing a real image of a pixel of the display unit between the imaging system and the appreciator.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

図2は、立体眼鏡装置30を用いた既に知られている立体ディスプレイの模式図である。この装置の場合、左眼用の画像と、右目用の画像を交互に表示し、しかもその表示画像は、表示画面11に密着した偏光フィルタ10によってお互いに直交する、偏光面を持っている。その画像の映像鑑賞者3は、偏光選択性を持った眼鏡をかけて観察することによって、左右の眼にはそれぞれ独立した画像を見ることができる。この特性を用いて、視差のある画像を提示することにより、立体映像を表示するものである。この表示装置で、遠方の景色を表示する場合は、映像鑑賞者の目の焦点位置は表示画面上にあるが、手元の景色を表示する場合にも、映像鑑賞者の目の焦点位置は表示画面上にあることになり、映像鑑賞者の視差と焦点との間に矛盾が生じることになる。図2の矢印40は、最も近くにある画像を表示する時の視差に対応する距離を示し、矢印41は、視差に対応する像の位置と眼の焦点の対応する位置の差をしめしており、この差が大きさが、映像鑑賞者3の視差と焦点との間に生じる矛盾である。
また、図3に示す結像系を用いた立体ディスプレイの場合は、上記の図2の構成に加えて、映像鑑賞者と表示画面の間にレンズ系6を設けて、レンズ系6と映像鑑賞者3との間に、表示画面の実像を実像面14に作るものである。この構成では、映像鑑賞者の視差と焦点との間に矛盾がまだ残っているが、図2の構成の立体ディスプレイに比べて、その矛盾は、緩和されている。この緩和は、図3に示す様に、実像の位置が、立体画像の提示領域の中にあるためである。
また、立体眼鏡装置の着用を必要としない立体ディスプレイには、立体から発生する光そのものを再現するものと、両眼に別々の画像を提示する仕組みを組み込むものとがある。前者にはホログラムや、ボリュームディスプレイなどがあるが、これらの方法は膨大な量の画像データを処理する機構、及びそれを表示する複雑なデバイスが必要となる等の問題を有する。そのため高解像度の画像表示、動画のリアルタイム表示等の応用は現時点では困難である。一方、後者には、レンチキュラレンズ、イメージスプリッタ、あるいは選択的発光を行うバックライト等を利用する方法がある。
両眼視差画像を提示する立体ディスプレイの場合、立体画像とインタラクティブに作業するには、任意視点について視覚情報の座標系と物理情報の座標系が一致する必要がある。これは、映像鑑賞者の眼の三次元位置を計測し、その視点にあわせた映像を提示することによって実現される。しかしながら、この方法では、映像鑑賞者の眼の焦点が映像表示装置の画面に合うため、映像表示装置より大きく手前に飛び出した地点に立体像を近くさせるのが難しいという問題がある。これは、眼から近い距離の物体の知覚においては、眼の焦点情報が視差同様重要な情報として考慮されるという生理学的特質によるものである。この生理学的特質のため、視差の大きすぎる画像を使って映像鑑賞者の手元に画像を表示しようとしても、極度の眼精疲労や酔い、さらには立体像としての知覚が不可能になる等の結果がもたらされる。また、映像鑑賞者が自らの体の一部を使って直接インタラクティブに作業するアプリケーションにおいては、立体像はこの近距離の範囲に提示する必要があると同時に、映像表示装置は映像鑑賞者の運動に対して物理的障害にならないように配置する必要もあるため、映像表示装置自体を近づけることによる解決も図ることができない。このように、従来の両眼視差を利用する立体ディスプレイでは、この様なアプリケーションへの応用が充分達成できなかった。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、立体眼鏡装置の着用を必要としない立体画像を表示する装置および方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
第1の画像と第2の画像とを表示する単数あるいは複数の画像面からなる映像表示装置と、集光系と、第1の画像と第2の画像とを分離する画像分離装置と、結像系と、映像鑑賞者の眼球の位置情報を取得できる位置検出手段と、を備え、該映像表示装置より発せられた光情報が映像鑑賞者に達する光路において、該映像表示装置、該集光系、該画像分離装置、該結像系、の順で配置され、該映像表示装置の画素の実像が、該結像系と該映像鑑賞者との間に結ばれる構成と、映像鑑賞者の左右両眼球の位置情報により該画像表示装置の表示内容を変える構成と、を備えることを特徴とする立体画像を表示する装置。

【請求項2】
 
第1の表示周期を持つ第1の画像を表示する画面と、第1の表示周期と等しい第2の表示周期をもつ第2の画像を表示する画面を含み、第1の画像と第2の画像とを予め決められた周期で表示する単数あるいは複数の画面を持った映像表示装置と、集光系と、第1の画像と第2画像とを分離する画像分離装置と、結像系と、映像鑑賞者の眼球の位置情報を取得できる位置検出手段と、を備え、該映像表示装置より発せられた光情報が映像鑑賞者に達する光路において、該映像表示装置、該集光系、該画像分離装置、該結像系、の順で配置され、該映像表示装置の画素の実像が、該結像系と該映像鑑賞者との間に結ばれる構成と、映像鑑賞者の左右両眼球の位置情報により該画像表示装置の表示内容を変える構成と、を備えることを特徴とする立体画像を表示する装置。

【請求項3】
 
請求項1あるいは2に記載の立体画像を表示する装置において、画像分離装置は、映像鑑賞者の眼球の位置の移動に連動して、光路を選択する構成を有することを特徴とする立体画像を表示する装置。

【請求項4】
 
第1の画像と第2の画像とを表示する単数あるいは複数の画像面からなる映像表示装置と、集光系と、第1の画像と第2の画像とを分離する画像分離装置と、結像系と、映像鑑賞者の眼球の位置情報を取得できる位置検出手段と、を備え、該映像表示装置より発せられた光情報が映像鑑賞者に達する光路において、該映像表示装置、該集光系、該画像分離装置、該結像系、の順で配置され、該映像表示装置の画素の実像が、該結像系と該映像鑑賞者との間に結ばれる構成と、映像鑑賞者の左右両眼球の位置情報により該画像表示装置の表示内容を変える構成と、を備えることを特徴とする立体画像を表示する装置において、
該映像観賞者の右眼に提示される該映像表示装置上の画像は、提示される三次元映像上の画素の集合Xに含まれるそれぞれの画素x∈Xについて、xと右眼の三次元位置erとを結ぶ線分x‐erを含む光路が該映像表示装置の表示面と交差する点に予め対応づけられた点に、画素xに対応する輝度値で描画され、該映像観賞者の左眼に提示される該映像表示装置上の画像は、提示される三次元映像上の点の集合Xに含まれるそれぞれの画素x∈Xについて、xと左眼の三次元位置elとを結ぶ線分x‐elを含む光路が該映像表示装置の表示面と交差する点に予め対応づけられた点に、画素xに対応する輝度値で描画されることを特徴とする立体画像を表示する方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2000266656thum.jpg
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