JP2005283704A

JP2005283704A - 映像表示システム及び映像生成方法

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Publication number: JP2005283704A
Application number: JP2004094153A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Minagawa; 剛皆川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP4547960B2

Abstract

【課題】
映像表示面の形状がユーザに凹面を向けた曲面の一部分であるような従来の映像表示システムにおいては、映像生成の基準とした理想視点位置とは異なる位置から映像を観賞する場合に、幾何学的な歪みが大きいという課題があった。
【解決手段】
ある平面との共通部分の一部分が円弧となるような映像表示面を備え、該平面上の、該円弧を含む円の円周上に理想視点位置を設定して、映像を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の視点位置で映像を観賞できる映像表示システム、及び、そのような映像表示システムのための映像生成方法に関する。

映像表示面の形状がユーザに凹面を向けた曲面の一部分であるような映像表示システムとして、特許文献１、特許文献２、あるいは特許文献３のようなシステムが知られている。これらは、ユーザの視野の広い範囲を映像で覆うことで、ユーザの没入感・臨場感を高めたものである。さらに、特許文献４のシステムにおいては、ユーザに提示する映像を生成する際に用いられる理想視点位置を、映像表示面が成す弧に対する幾何学的な中心位置よりも映像表示面寄りに設定することで、より多くのユーザに高臨場感映像を提供することを可能としている。また、これらのシステムに広く応用することが可能な技術として、複数の画像投映手段を用いて任意形状のスクリーン上に継ぎ目のない大画面映像を提供する装置が、特許文献５に開示されている。

特開２０００−１３２０８２号公報特開２００２−６２５０６号公報特開２００２−１４８７１１号公報特開２００２−３５０９９９号公報特開２００２−７２３５９号公報

すべてのユーザに共通の映像をすべてのユーザに共通の映像表示面上で提供する映像表示システムでは、原理的に、理想視点位置、すなわち幾何学的な歪みのない正しい映像を観賞できる位置は空間上の一点だけである。

従来のシステムでは、映像表示面が曲面であることもあり、理想視点位置と異なる位置から観賞した場合に、幾何学的な歪みが大きいという課題があった。

本発明の目的は、理想視点位置と異なる複数の視点位置において、その場所で映像を鑑賞した場合の幾何学的な歪み具合を改善したシステムを、提供することにある。

本発明では、前記課題を解決するために、映像表示面をある平面との共通部分の一部分が円弧となるような形状とし、該平面上の、該円弧を含む円の円周上に理想視点位置を設定して、映像を生成するようにした。

このような方法とすることで、少なくとも前記円周上の視点位置から前記円弧上に表示される映像を鑑賞した場合に、その幾何学的形状を理想視点位置で観賞する場合とまったく同じ、すなわち歪みのない理想的なものとすることができる。

本発明によれば、理想視点位置と異なる複数の視点位置において、その場所で映像を鑑賞した場合の幾何学的な歪み具合を改善した映像表示システムを、提供することができる。

以下、実施例を用いて本発明の実施の形態を説明する。

以下、図１〜図３を用いて第一の実施例について詳細に説明する。

図１は、本発明の第一の実施例におけるシステムの、概要を表す平面図である。

図１において、映像表示面１０は、中心２０・半径Ｒ１の円２１を台として鉛直方向に高さを持つ円筒の一部分を切り取った形状のものである。同じ円２１の周上に、観賞席３０、観賞席３１、観賞席３２、観賞席３３、観賞席３４を設置する。さらに、理想視点位置４２を円２１の周上で高さＨ１の位置に設定する。高さＨ１は、観賞席３２に標準的なユーザが座った場合の視点位置と想定される高さであり、所与の値とする。さらに、映像表示面１０には、画像投映手段７１２及び画像投映手段７２２及び画像投映手段７３２から、理想視点位置４２に基づいて生成した映像、すなわち理想視点位置４２で映像を観賞した時に幾何学的な歪みなく見える映像を投映する。映像表示面１０の形状に加え、映像表示面１０と理想視点位置４２の幾何学的な相互関係が分かっているため、そのような映像は容易に生成することができる。なお、画像投映手段を複数備えた構成としたのは、非平面形状のスクリーンの広い映像表示領域に対して、ピントの合った高精細な映像を表示できるようにするためである。

図２は、本発明の第一の実施例におけるシステムの、高さＨ１における水平断面図である。図２を用いて、本発明の原理について説明する。

図２において、頂点５１２と頂点５２２と頂点５３２とで決定される三角形は、仮想世界中の物体６２の断面である。理想視点位置４２で映像を観賞した時に幾何学的な歪みなく見える映像とするためには、映像表示面１０において、頂点５１２の像を表示位置５１に表示し、頂点５２２の像を表示位置５２に表示し、頂点５３２の像を表示位置５３に表示すればよい。

ところで、円には「同一の弧に対する円周角は互いに等しい」という性質があるため、理想視点位置４２において表示位置５２が表示位置５１の右方向の角度Ａ１の方向に見えるときは、視点位置４０においても表示位置５２は表示位置５１の右方向の角度Ａ１の方向に見える。同じ理由で、理想視点位置４２において表示位置５３が表示位置５２の右方向の角度Ａ２の方向に見えるときは、視点位置４０においても表示位置５３は表示位置５２の右方向の角度Ａ２の方向に見える。すなわち、視点位置４０では、理想視点位置４２で観賞している仮想世界とまったく同一の仮想世界を、理想視点位置４２と視点位置４０とで決まる円弧に対する円周角の分だけ回転させたものを観賞している、と考えることができる。つまり、理想視点位置４２から仮想世界中の物体６２の断面である頂点５１２と頂点５２２と頂点５３２で決定される三角形を見ているとき、視点位置４０からは仮想世界中の物体６０の断面である頂点５１０と頂点５２０と頂点５３０で決定される三角形が見えており、かつ、これら２つの三角形は合同である。

ただし、映像表示面１０に表示されているものを観賞している段階で、「見えている方向」以外の情報（例えば仮想物体までの距離などの情報）が消失してしまうため、映像の解釈は、前記の解釈とは別の解釈をすることもできる。また、前記の関係は、映像表示面と複数の視点位置とが同一円周上に乗っているような平面内でのみ成り立つ関係であり、それとは独立な方向、すなわち本実施例の場合であれば鉛直方向の関係までをも考慮した場合には、視点位置４０において観賞できる映像は「理想視点位置４２で見ている仮想世界と同一の仮想世界を回転したもの」とは一致しない。すなわち、本発明においても、理想視点位置が複数できるわけではなく、本発明は根本原理に矛盾するものではない。

図３は、本発明の第一の実施例におけるシステムの、システム構成図である。図３において、図１と同じ符号は図１と同じものを表す。

図３において、画像データ供給手段７００は、所与の時間間隔ごとに、スクリーンに表示すべき画像データを歪み補正手段７１１及び歪み補正手段７２１及び歪み補正手段７３１に対して供給する。

歪み補正手段７１１は、画像データ供給手段７００から供給された入力画像データ７１１１に対して、歪み補正パラメタ７１１０に基づく変換を施した補正済み画像データ７１１２を生成し、画像投映手段７１２に向けて出力する。画像投映手段７１２は、歪み補正手段７１１から供給された補正済み画像データ７１１２をスクリーン１０に向けて投映する。同様に、歪み補正手段７２１は、画像データ供給手段７００から供給された入力画像データ７２１１に対して、歪み補正パラメタ７２１０に基づく変換を施した補正済み画像データ７２１２を生成して画像投映手段７２２に向けて出力し、画像投映手段７２２は歪み補正手段７２１から供給された補正済み画像データ７２１２をスクリーン１０に向けて投映する。また、歪み補正手段７３１は、画像データ供給手段７００から供給された入力画像データ７３１１に対して、歪み補正パラメタ７３１０に基づく変換を施した補正済み画像データ７３１２を生成して画像投映手段７３２に向けて出力し、画像投映手段７３２は、歪み補正手段７３１から供給された補正済み画像データ７３１２をスクリーン１０に向けて投映する。画像投映手段７１２と画像投映手段７２２、画像投映手段７２２と画像投映手段７３２は、それぞれ、投映している領域が互いに重なりを持つように配置する。これはスクリーン１０が曲面であることによって隣り合う映像領域間に隙間ができないようにするための処置である。

ここで、歪み補正パラメタ７１１０及び歪み補正パラメタ７２１０及び歪み補正パラメタ７３１０は、理想視点位置４２で映像を鑑賞した時に全体として幾何学的な歪みなく輝度や色が自然につながった映像が鑑賞できるような補正パラメタである。歪み補正パラメタ７１１０及び歪み補正パラメタ７２１０及び歪み補正パラメタ７３１０は、重なって投映されることにより明るくなっている重複投映領域に対するエッジブレンドなどと呼ばれる明るさ調整のための要素も含め、画像投映手段７１２及び画像投映手段７２２及び画像投映手段７３２の光学特性と、スクリーン１０の光学特性と、理想視点位置４２及びスクリーン１０及び画像投映手段６２の幾何学的な配置と、入力画像データ７１１１及び入力画像データ７２１１及び入力画像データ７３１１の生成方法だけに依存して決定されるものであり、計測や計算によってあらかじめ求めておくことができる。

以上、本発明の第一の実施例によれば、映像表示面の形状を、ある平面との共通部分が円弧となるようなものとし、さらに、該平面上の、該円弧を含む円の円周上に理想視点位置を設定して映像を生成するようにしたことで、少なくとも前記円周上の視点位置から前記円弧上に表示される映像を鑑賞した場合に、その幾何学的形状を、理想視点位置で観賞する場合とまったく同じ、すなわち歪みのない理想的なものとすることができる。

なお、前記実施例では映像表示面の形状を円筒面の一部分としたが、本発明において映像表示面の形状に本質的に要求される条件は、ある平面での切断面が円弧となることである。したがって本発明における映像表示面の形状は、円筒面の一部分に限るものではなく、例えば球面の一部分としてもよい。

また、前記実施例ではユーザの視点位置が円２１の円周上に並ぶように促す手段として円２１の円周上に観賞席を設置したが、観賞席の代わりに円弧状の手摺りなどを用いてユーザの視点位置を誘導してもよいし、視線が通る透明な壁などを設置することによりユーザの視点位置を誘導してもよい。あるいは、視線の通らない不透明な壁を設置し、そこに覗き穴を開けることによりユーザの視点位置を誘導してもよい。

また、前記実施例では映像表示手段として歪み補正手段と画像投映手段とスクリーンで構成されるシステムを用いたが、本発明において映像表示手段に本質的に要求される条件は、特定の形状の映像表示面上に映像を表示することができることである。したがって、本発明における映像表示手段は、歪み補正手段と画像投映手段とスクリーンで構成されるシステムに限るものではなく、例えば、発光ダイオードを並べたようなものであってもよいし、液晶ディスプレイを並べたようなものであってもよい。

以下、図４を用いて本発明の第二の実施例について詳細に説明する。本実施例は、ユーザの視野の広い範囲に映像を提供する場合に好適な例である。

図４は、本発明の第二の実施例におけるシステムの概要を表す平面図である。図４において図１と同じ符号は図１と同じものを表す。

図４において、映像表示面１１は、中心２０・半径Ｒ１の円２１を台として鉛直方向に高さを持つ円筒の一部分を切り取った形状のものである。また、映像表示面１２及び映像表示面１３は、平面形状のものであり、映像表示面１１の端から滑らかに繋がるように設置する。本実施例においては、映像表示面１１と映像表示面１２と映像表示面１３とが一体となって、映像表示面１４を構成する。映像表示面１４には、理想視点位置４２に基づいて生成した映像、すなわち理想視点位置４２で映像を観賞した時に幾何学的な歪みなく見える映像を表示する。

以上、本発明の第二の実施例によれば、ユーザの視野の広い範囲に映像を提供するために、映像表示面の形状を、映像の中央部分では、ある平面との共通部分が円弧となるようなものとし、周辺部分では、中央部分の映像表示面から滑らかに繋がるような形状のものとして、さらに、前記平面上の、前記円弧を含む円の円周上に理想視点位置を設定して映像を生成するようにしたことで、映像の品質が高いことが望まれる、映像表示面全体の中央部分の映像における幾何学的な歪みを前記第一の実施例と同様に改善しつつ、ユーザの視野の広い範囲に映像を提供することができる。

以下、図５〜図８を用いて、本発明の第三の実施例について詳細に説明する。本実施例は、時分割ステレオ視システムの実施に好適な例である。

図５は、本実施例の映像表示システムの使用目的を説明するための図である。図５は図２と同じ水平断面を考えたものであり、図５において、図１と同じ符号は図１と同じものを表す。

図５で、視点位置４１０は鑑賞席３１のユーザの右目位置であり、視点位置４１１は鑑賞席３１のユーザの左目位置である。同様に、視点位置４３０は鑑賞席３３のユーザの右目位置であり、視点位置４３１は鑑賞席３３のユーザの左目位置である。視点位置４１０と視点位置４３０は同じ円２１の周上にあり、視点位置４１１と視点位置４３１は、各々のユーザが映像表示領域の中心位置１０１を向いているものとして、視点位置４１０と視点位置４３０と中心位置１０１とから算出する。すなわち、視点位置４１０と視点位置４１１との垂直二等分線が中心位置１０１を通るように、また、視点位置４３０と視点位置４３１との垂直二等分線が中心位置１０１を通るように求める。具体的には、右目と左目との間の距離をｒ１、中心位置１０１と視点位置４１０との距離をｒ２として、視点位置４１０を中心とする半径ｒ１の円と中心位置１０１を中心とする半径ｒ２の円の交点を求め、２つ求められる交点のうちから「右」「左」の関係に基づいて適した方を選択することで求めればよい。

本実施例は、多人数用の時分割ステレオ視システムにおいて、従来、各々のユーザにそれぞれ右目用と左目用の映像を提示していたために（２×Ｎ）分割が必要であったところを、右目用の映像として全員に共通の映像を提示し、左目用の映像は各々のユーザのそれぞれに個別の映像を表示することで、（Ｎ＋１）分割で済ませることを目的としたものである。具体的に図５の例であれば、従来は４分割が必要であったところを、視点位置４１０と視点位置４３０に対しては同一の映像を同時に提示することで３分割で済ませることを目的とする。

図６は、本実施例の映像表示システムのシステム構成図である。図６において図３と同じ符号は図３と同じものを表す。

図６において、画像データ供給手段７０１は、画像データ供給手段７００の機能に加え、新たに同期信号送信手段７０１０を備え、歪み補正手段に対して画像データの供給を開始するタイミングを、液晶シャッタ眼鏡７０２及び液晶シャッタ眼鏡７０３に送信する。液晶シャッタ眼鏡７０２は、鑑賞席３１のユーザ用の液晶シャッタ眼鏡であり、同期信号受信手段７０２０を備え、画像データ供給手段７０１から送信された同期信号に基づいて、右目用の液晶シャッタと左目用の液晶シャッタの状態を制御する。同様に、液晶シャッタ眼鏡７０３は、鑑賞席３３のユーザ用の液晶シャッタ眼鏡であり、同期信号受信手段７０３０を備え、画像データ供給手段７０１から送信された同期信号に基づいて、右目用の液晶シャッタと左目用の液晶シャッタの状態を制御する。ここで、液晶シャッタの状態としては「透過状態」と「遮断状態」の２状態があり、左右それぞれに対して独立に制御することができる。透過状態の場合にはユーザはスクリーン１０上の映像を鑑賞することができ、遮断状態の場合にはユーザはスクリーン１０上の映像が見えない。画像データ供給手段７０１が供給する画像データと送信する同期信号との関係については、図７及び図８を用いて詳細に説明する。

図７は、本実施例の画像データの供給方法の一例を示すフローチャートである。

画像データ供給処理が開始されると、まず、ステップ８００においてフレーム番号ｎを初期化（ｎ＝０）する。

次に、ステップ８０１において、視点位置４１０と視点位置４３０に共通の第ｎフレーム目の画像データをＴ秒間供給する。ここでＴは所与の時間間隔であり、例えば６０分の１という値である。このとき、画像データ供給手段７０１は液晶シャッタ眼鏡７０２と液晶シャッタ眼鏡７０３に同期信号を送信し、液晶シャッタ眼鏡７０２は同期信号を受信して右目用の液晶シャッタを透過状態に・左目用の液晶シャッタを遮断状態にし、液晶シャッタ眼鏡７０３も同期信号を受信して右目用の液晶シャッタを透過状態に・左目用の液晶シャッタを遮断状態にする。

次に、ステップ８０２において、視点位置４１１のための第ｎフレーム目の画像データをＴ秒間供給する。このとき、画像データ供給手段７０１は液晶シャッタ眼鏡７０２と液晶シャッタ眼鏡７０３に同期信号を送信し、液晶シャッタ眼鏡７０２は同期信号を受信して右目用の液晶シャッタを遮断状態に・左目用の液晶シャッタを透過状態にし、液晶シャッタ眼鏡７０３は同期信号を受信して右目用の液晶シャッタも左目用の液晶シャッタも遮断状態にする。

次に、ステップ８０３において、視点位置４３１のための第ｎフレーム目の画像データをＴ秒間供給する。このとき、画像データ供給手段７０１は液晶シャッタ眼鏡７０２と液晶シャッタ眼鏡７０３に同期信号を送信し、液晶シャッタ眼鏡７０３は同期信号を受信して右目用の液晶シャッタも左目用の液晶シャッタも遮断状態にし、液晶シャッタ眼鏡７０３は同期信号を受信して右目用の液晶シャッタを遮断状態に・左目用の液晶シャッタを透過状態にする。

次に、ステップ８０４においてフレーム番号ｎに１を加え、引き続きステップ８０５においてフレーム番号ｎの値に基づいて終了判定を行う。必要な画像データを供給し終えていない場合には、ステップ８０１に戻って以上の処理を繰り返す。必要な画像データをすべて供給し終えている場合には、画像データ供給処理を終了する。

図８は、図７で説明したものとは別の、画像データの供給方法の一例を示すフローチャートである。図８において図７と同じ符号は図７と同じ処理を表す。

画像データ供給処理が開始され、ステップ８００においてフレーム番号ｎの初期化処理が行われた後、ステップ８０１０において、視点位置４１０と視点位置４３０に共通の第ｎフレーム目の画像データを（Ｔ／２）秒間供給する。このとき、画像データ供給手段７０１は液晶シャッタ眼鏡７０２と液晶シャッタ眼鏡７０３に同期信号を送信し、液晶シャッタ眼鏡７０２は同期信号を受信して右目用の液晶シャッタを透過状態に・左目用の液晶シャッタを遮断状態にし、液晶シャッタ眼鏡７０３も同期信号を受信して右目用の液晶シャッタを透過状態に・左目用の液晶シャッタを遮断状態にする。

次に、ステップ８０２において視点位置４１１のための第ｎフレーム目の画像データの供給が行われた後、ステップ８０１１において再び、視点位置４１０と視点位置４３０に共通の第ｎフレーム目の画像データを（Ｔ／２）秒間供給する。このとき、画像データ供給手段７０１は液晶シャッタ眼鏡７０２と液晶シャッタ眼鏡７０３に同期信号を送信し、液晶シャッタ眼鏡７０２は同期信号を受信して右目用の液晶シャッタを透過状態に・左目用の液晶シャッタを遮断状態にし、液晶シャッタ眼鏡７０３も同期信号を受信して右目用の液晶シャッタを透過状態に・左目用の液晶シャッタを遮断状態にする。

ステップ８０３以降の処理については、図７で説明したものと同じである。

以上、図８の方法によれば、図７の方法に比べて、映像が見えていない時間の最大長をすべてのユーザに対して短くすることができる。

なお、ステップ８０１０及びステップ８０１１における時間間隔（Ｔ／２）秒については、ユーザが２人の場合の値であり、Ｎ人のユーザがいる場合には、この値を（Ｔ／Ｎ）秒とすればよい。そうすることにより、全員に共通の右目用の画像データと誰か１人のための左目用の画像データとを交互に供給し、かつ、右目用の画像データの総供給時間と左目用の画像データの総供給時間とを同じにすることができる。

以上、本発明の第三の実施例によれば、Ｎ人のユーザ用の時分割ステレオ視システムにおいて、従来、各々のユーザにそれぞれ右目用と左目用の映像を提示していたために（２×Ｎ）分割が必要であったところを、右目用の映像として全員に共通の映像を提示し、左目用の映像は各々のユーザのそれぞれに個別の映像を表示することで、（Ｎ＋１）分割で済ませることができる。これにより、ユーザが体感する映像の明るさの向上や、映像の１ユーザ当たりのフレームレートの向上など、映像品質の改善を行うことができる。また、画像データ供給手段が、供給する画像データとしてあらかじめ作成した画像データベースを使用している場合には、総データ量削減による記憶装置のコスト削減の効果も期待することができる。

映像表示システムの概要を表す平面図である。（実施例１）映像表示システムの高さＨ１における水平断面図である。（実施例１）映像表示システムのシステム構成図である。（実施例１）映像表示システムの概要を表す平面図である。（実施例２）映像表示システムの使用目的を説明するための図である。（実施例３）映像表示システムのシステム構成図である。（実施例３）画像データの供給方法の一例を示すフローチャートである。（実施例３）画像データの供給方法の一例を示すフローチャートである。（実施例３）

符号の説明

１０、１１、１２、１３映像表示面
１０１映像表示領域の中心位置
２１中心２０・半径Ｒ１の円
３０、３１、３２、３３、３４観賞席
４０視点位置
４２理想視点位置
４１０鑑賞席３１のユーザの右目位置
４１１鑑賞席３１のユーザの左目位置
４３０鑑賞席３３のユーザの右目位置
４３１鑑賞席３３のユーザの左目位置
５１、５２、５３各頂点の映像表示面上での表示位置
５１０、５２０、５３０仮想世界中の物体６０の高さＨ１における水平断面における頂点
７１２、７２２、７３２画像投映手段

Claims

ある平面との共通部分の一部分が円弧であるような映像表示面を備える映像表示システムであって、前記円弧を含む円の円周上にユーザの視点位置がくるようにユーザの視点を誘導する手段を備え、前記映像表示面上には、前記円弧を含む円の円周上のある１点から観賞した場合に歪みなく見えるような映像を表示するようにしたことを特徴とする、映像表示システム。
円筒面の一部分または球面の一部分を含む映像表示面を備える映像表示システムであって、さらに、前記円筒面上または前記球面上にユーザの視点位置がくるように設置した座席又は手摺りを備え、前記映像表示面上には、前記円筒面上または前記球面上のある１点から観賞した場合に歪みなく見えるような映像を表示するようにしたことを特徴とする、映像表示システム。
円筒面の一部分または球面の一部分を含む映像表示面を備える映像表示システムであって、さらに、前記円筒面の別の一部分または前記球面の別の一部分に、前記映像表示面を見ることのできる覗き穴または視線が通る壁を備え、前記映像表示面上には、前記円筒面上または前記球面上のある１点から観賞した場合に歪みなく見えるような映像を表示するようにしたことを特徴とする、映像表示システム。
画像投映手段を備える請求項１に記載の映像表示システムであって、さらに、歪み補正手段を備え、該歪み補正手段は、前記円弧を含む円の円周上に設定された所与の理想視点位置から映像を観賞した場合に歪みのない映像が観賞できるような所与の歪み補正パラメタに基づいて、入力画像データを変形して補正済画像データを生成し、前記画像投映手段は該補正済画像データを投映するようにしたことを特徴とする、映像表示システム。
ある平面との共通部分の一部分が円弧であるような映像表示面を備える映像表示システムで表示するための映像を生成する映像生成方法であって、前記円弧を含む円の円周上に理想視点位置を設定し、該理想視点位置から映像を観賞した場合に歪みのない映像となるように、映像を生成するようにしたことを特徴とする、映像生成方法。
前記生成する映像は、時分割ステレオ映像であって、
左目用または右目用のいずれか一方の映像を複数のユーザで共通に使用し、該複数のユーザで共通に使用する映像を生成することを特徴とする請求項５記載の映像生成方法。