JP2009524087A - 肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示装置及びその表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特殊な眼鏡やヘルメットをかけなくても立体画像を目の苦労無しに見ることができ、そして自由に移動して異なった方向から立体画像の各側面を見ることができて、広く適用できる肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示装置及びその表示方法を提供する。
【解決手段】PCホストと画像スクリーンとを備えた肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示装置において、上記PCホストにデュアルディスプレイカードが配置され、上記画像スクリーンの前に液晶シャッター光フィルタスクリーンが設置され、上記画像スクリーンと上記液晶シャッター光フィルタスクリーンとは別々に上記デュアルディスプレイカードに接続されている。
立体画像の三次元模型データをPCホストに内蔵されたデュアルディスプレイカードに入力し、光フィルタデータを設定して、それに応じた光フィルタ穴をオープンするように光フィルタスクリーンを制御して、その後区域投影法によって得た視差画像データを画像化処理して、光フィルタ画像とともに立体画像の記録単位を成す連続視差画像を得る。それからデュアルディスプレイカードによって光フィルタ画像と連続視差画像とを同期させ、それぞれに光フィルタスクリーンと画像スクリーンとに表示すると、立体画像が見えるようになる。
【選択図】 図4(b)

Description

この発明は、立体画像の自動表示技術に関するもので、特に肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示装置及びその表示方法に関する。

百年以上も前に撮影技術が現れた後、人の左目と右目を真似して、同じものに対してカメラ2台を用いて撮影し、左眼画像／右眼画像と称された通り、左目／右目の視覚差異を備えた写真を2枚得て、それから左目に左眼画像のみが見え、右目に右眼画像のみが見えるようにファインダーによって左目と右目とを分けて、最後に脳内処理によって立体画像が目の前に現れる技術が知られている。これは現代の立体画像形成の最も基本的な原理となっている。

立体画像形成の方法及び原理は様々ある。例えば、人の左目及び右目を真似して、ビデオカメラを2台用いて同じ物を同時にビデオ撮影し、これによって得た2部の映画を同調で同じスクリーンに映し、特殊な偏光眼鏡をかければ立体映画が見られる方法と、テレビまたはコンピューターのディスプレイにおいて、電子走査線の奇数ラインに左眼画像のみを表示させ、偶数ラインに右眼画像のみを表示させ、シャッターグラスを掛ければ、左目レンズを奇数ラインと同期させてオープンさせ、右目レンズを偶数ラインと同期させてオープンさせ、これによって立体画像が見られる方法と、左レンズと右レンズとがそれぞれマイクロディスプレイであり、左側には左眼画像、右側には右眼画像が表示されるヘルメット型眼鏡によって、立体感を生じさせる方法とが知られている。また、ここ十数年は、肉眼視対応の立体画像表示方法も提案された。つまり、特殊な道具（例えば上記眼鏡やヘルメット）を用いなくても立体画像が見られる方法である。この方法の基本原理は、特殊な画像の、すべての奇数ラインで右眼画像が構成され、すべての偶数ラインで左眼画像が構成され、所定の位置に設けられたラスターによって、すべての奇数ラインがちょうど右目に見え、すべての偶数ラインがちょうど左目に見え、つまり右眼画像が右目に、左眼画像が左目に見られ、立体画像が直接得られる。

『Okoshi, T. 1976. Three-dimensional imaging techniques. New York: Academic Press』という著書で、今までのすべての立体画像形成方法及び原理が詳しく説明されている。レーザーホログラフィ法を除いて、上記各方法はいずれも物に対する撮影または透視投影によって一対または複数対の左目、右目視差画像を得て、さらに眼鏡によってまたは眼鏡をかけなくても見られる立体画像を作る方法である。ここに、人体の左目と右目は左眼画像、右眼画像を別々に見るため、立体映画や立体画像を長く見ていれば、生理的苦労で目が悪くなるという致命な欠点がある。

この発明の目的は、上記従来技術の欠点を克服し、目が疲れることなく、特種眼鏡やヘルメットをかけなくてもスクリーンに出た立体画像を見ることができ、そして観衆が自由に移動し、異なった方向から立体画像の各側面を見ることができる、肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示装置を提供することにある。

また、この発明の目的は、肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明に係る肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示装置は、PCホストと画像スクリーンとを備えた装置であって、上記PCホストにデュアルディスプレイカードが内蔵され、画像スクリーンの前に光フィルタスクリーンが設けられて、上記画像スクリーンと光フィルタスクリーンとはそれぞれ上記デュアルデゥスプレイカードに接続されている。

この発明を効果的に実現させるために、CRT、LCD、PDP、ELD、FEDなど、上記画像スクリーンは各種のテレビディスプレイやコンピューターのモニターによって構成され、自己発光できるものであるか、または照明システムを備えたものである。

上記デュアルディスプレイカードは、2つの画像をそれぞれ2台のディスプレイまたはモニターに映すことができる、コンピュータグラフィックスカードである。

上記光フィルタスクリーンはモノクロ液晶パネルと光フィルタパネルとを備えたものであって、上記光フィルタパネルはモノクロパネルに取付けられてフィルタ穴を有する薄板である。上記フィルタ穴は平面ドットマトリクスに配列し、モノクロ液晶パネル上の画素にそれぞれ対応している。光フィルタパネルにおいてフィルタ穴以外の部分は、光非透過性の黒いパネルである。したがって、光はフィルタ穴のみから透過できるようになっており、ここで説明したように液晶シャッター光フィルタスクリーンが構成されている。

上記光フィルタパネル上の穴径は0.25〜0.5ｍｍである。径が0.1ｍｍより小さいと、イメージングの際、光が穴を通るときの回折によって画像がぼんやりとなり、一方、穴の径が大きすぎると、拡散によって画像が不明瞭になる恐れがある。実験の結果、穴の径として0.2〜0.5ｍｍが好ましい。小型の液晶パネルの光スポットが0.264ｍｍまたは0.297ｍｍであるので使えるが、大型の液晶パネル（40インチ以上）の光スポットは約1ｍｍか、それよりも大きいため、このような大きな光スポットで再現される立体画像の画質は悪いものになる。穴径0.25〜0.5ｍｍの光フィルタを用いれば大型スクリーンの場合であってもよい効果が得られる。

上記光フィルタパネルの肉厚は0.1〜1.0ｍｍとする。光フィルタパネルを厚くしてパネル上の穴を筒状とすることで、画像の背景散乱光を一層軽減でき、画像を一層明瞭にすることができる。

この発明による肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示方法は、下記ステップを有する。
（１） 三次元スキャン装置又は設計者の設計によって、モノの表面形状を示す全ての点の三次元座標やその色、グレースケールを含めた立体画像に係る三次元模型データを取得して、PCホスト内のデュアルディスプレイカードに入力する。
（２） 光フィルタのドットマトリクスの密度およびその位相からなる光フィルタデータをPCホスト内のデュアルディスプレイカードに入力し、上記光フィルタデータに応じたフィルタ穴をオープンするように光フィルタスクリーンを制御して光フィルタ画像Bを取得した後、PCホストを利用し区域投影法にり、上記立体画像を区間別で計算して記録することで、連続視差画像データを得た後、この連続視差画像データのPCホストによる画像化処理で、連続視差画像Wができる。上記光フィルタ画像Bと連続視差画像Wとで上記立体画像の記録単位Rができる。
（３） PCホストがデュアルディスプレイカードを経由して、記録単位中の光フィルタ画像及び連続視差画像をそれぞれ光フィルタスクリーンと画像スクリーンとに同期させて表示させ、画像スクリーン上の連続視差画像からの光が光フィルタスクリーン上のフィルタ穴を通過して出ると、光フィルタスクリーンの前に居る人の目に、空間に再現された立体画像が見られる。

この発明をより効果的に実現させるために、上記三次元スキャン装置として、三次元レーザースキャナー、X-CT、RMI、B超音波計などの医療用機器、及び工事用測定機器などが使え、また上記設計者による設計とは、３DS MAX、MAYAなどの画像処理用ソフトウェアを利用して立体画像を作成することを意味する。

上記区域投影法によれば、光フィルタスクリーン上のオープンしたフィルタ穴に応じて、PCホストによって、上記光フィルタスクリーン上のオープンしたフィルタ穴を中心とし、隣接のオープンしたフィルタ穴同士間の距離を幅として、画像スクリーンを四角形の各記録区間に分画する。そして、光フィルタスクリーン上のオープンしたフィルタ穴の前方において、光フィル穴を頂点とした四角の錐状空間を撮影区間とする。上記撮影区間内の立体画像の三次元模型データ点はいずれもフィルタ穴を抜けてそれ相応の記録区間に投影することができる。次に、PCホストは各三次元模型データ点がフィルタ穴を抜けて画像スクリーンに投影した点のパラメータをそれぞれ計算して、これら投影点の座標（Xb，Yb）及びその色Col、グレースケールLを記録する。これによって、上記立体画像が区間別で記録され、連続視差画像データW［Xb，Yb，L，Col］が得られる。

三次元模型データ点のX座標をXaとし、iと番号付けられたフィルタ穴のX座標をXiとし、三次元模型データ点から画像スクリーンまでの距離をZaとし、光フィルタスクリーンから画像スクリーンまでの距離をZ0とし、Xaの画像スクリーンにおけるX座標をXbとした場合、上記投影点の座標Xbは、Xb＝Xi−（Xa−Xi）×Z0／（Za-Z0）で表せる。一方、三次元模型データ点のY座標をYaとし、iと番号付けられたフィルタ穴のY座標をYiとし、三次元模型データ点から画像スクリーンまでの距離をZaとし、光フィルタスクリーンから画像スクリーンまでの距離をZ0とし、Yaの画像スクリーンにおけるY座標をYbとした場合、上記投影点の座標Ybは、Yb＝Yi−（Ya−Yi）×Z0／（Za−Z0）で表せる。

ドットマトリクスのX方向のドット同士間の間隔画素数をMとし、ドットマトリクスのY方向のドット同士間の間隔画素数をNとした場合、上記光フィルタのドットマトリクスの密度はG（M, N）で表される。光フィルタドットマトリクスの密度によって、光フィルタ画像が異なり、それによって算出される連続視差画像も違ってくる。また、ドットマトリクス全体がX方向に沿って平行移動された距離をIとし、ドットマトリクス全体がY方向に沿って平行移動された距離をJとした場合、光フィルタドットマトリクスの位相はPH（I, J）で表される。上記平行移動の距離は画素数で示される。例えば、ドットマトリクス全体がX方向に5画素分の距離を平行移動された場合、I=5となり、ドットマトリクス全体がY方向に5画素分の距離を平行移動された場合は、J=5となる。

１つの記録単位のみで立体画像を再現させた場合、１つの光フィルタドットマトリクスからなる１つの立体画像しか見えないように、立体画像の精度は光フィルタドットマトリクスの密度にかなり左右されている。例えば、密度G（5，0）の光フィルタスクリーンで、精度1024×768のLCDの場合、水平精度が205ライン（1024／5＝205）の立体画像しか見えない。この状態では満足できる精度とは言えない。

そこで、立体画像の精度向上を目指し、上記ステップ（２）及び（３）において複数記録表示法で立体画像を再現させるようにする。この複数記録表示法によれば、ｍ個の記録単位Rによって一つの画面HRが形成される。各記録単位Rの光フィルタドットマトリクスがそれぞれ異なり、そして位相の異なったｍ個の光フィルタドットマトリクスが重なった時、光フィルタのドットはちょうど光フィルタスクリーン上の全てのフィルタ穴を占めることになる。PCホストはデュアルディスプレイによって一つの画面HRに含まれたｍ個の記録単位Rを、順番に高速で表示する。つまり、ｍ個の記録単位Rの光フィルタ画像B及び連続視差画像Wが順番に同期されかつ高速で、それぞれ光フィルタスクリーンと画像スクリーンとに表示され、高精度な立体画像が光フィルタスクリーンの前に居る人に見られるようになる。

画面HRが多数ありながらそれぞれ異なった場合、PCホストはデュアルディスプレイによって各画面HRに含まれたｍ個の記録単位Rを、順番に高速で表示する。つまり、ｍ個の記録単位Rの光フィルタ画像B及び連続視差画像Wが順番に同期されかつ高速で、それぞれ光フィルタスクリーンと画像スクリーンとに表示される。このように、高精度で動態の立体画像が光フィルタスクリーンの前に居る人に見えるようになる。

人間の目の視残像原理によれば、上記各画面HRの表示時間が≦0.1秒でなければいけない。つまり、各記録単位Rの表示時間が0.1秒を過ぎると、立体画像の完全性と明瞭さが確保できない。

例えば、精度1024×768のLCDの場合、１つだけの記録単位［R光フィルタドットマトリクスの密度がG（5, 0）で、ドットマトリクスの位相がPH（0, 0）である］を使えば、精度205×768（1024／5＝205）の立体画像しか見えない。これに対して、一つの画面HRにｍ＝5個の記録単位Rが含まれ、光フィルタドットマトリクスの密度はいずれもG（5，0）であって、その位相はそれぞれPH（0，0）、PH（1，0）、PH（2，0）、PH（3，0）、PH（4，0）、PH（5，0）である場合、それぞれの記録単位Rの表示時間が≦0.02（0.1/5）秒である場合、5つの光フィルタ画像Bと5つの連続視差画像Wとが互いに補充し、すると光フィルタスクリーンの前の人には、205×768から1024×768へと、精度が5倍も向上した立体画像がみられる。

上記記録単位Rが多数ありながら光フィルタドットマトリクスの位相がそれぞれ異なった場合、肉眼の錯覚で邪魔な綾が見られることないように、各記録単位Rをランダムに配列した後の新規な順番によって各記録単位Rを表示するようにしなければならない。

上記光フィルタ画像は、光フィルタスクリーンに垂直ラインに従って光フィルタ穴をオープンさせて得られる垂直ラインのみからなるラスター画像であってもよい。人間の肉眼で立体視覚は主として水平方向の視覚差から生ずるため、画像データ処理作業を大いに軽減するためには、水平方向上の画像転換のみを行い、垂直方向での転換を省略することも可能である。

従来の技術に比べて、本発明にかかる技術は以下のような長所および作用効果を有している。
（１） 本発明による装置で生ずる立体画像は、視野が広く、特殊な眼鏡も要らなくて、複数の人に同時に見える高解像度の立体画像である。
（２） 本発明による装置で生ずる立体画像は、視角によってそれぞれ異なった側面像が見られる立体画像である。
（３） 本発明による装置で生ずる立体画像を見るときは、実物を見ているように、両眼の視線交差角及び焦点距離は自然に合わせられ、目の苦労感などがなくなる。
（４） 本発明による装置で表示される立体画像は、複数の人が参加して、人間と装置とが協力し合いながら操作できる表示場面にすることができ、出演者と観衆とに一体感を持たせる模擬環境を形成することができる。
（５） 本発明による装置は、広告や娯楽場、電子ゲーム機、立体テレビに適用できる外、科学研究、医学観察、エンジニアリング測定などにも、広く応用できる装置である。

次に実施例及び図面を参照しながらこの発明を更に詳しく説明する。ただし、この発明の実施形態はここに挙げる例に限らないものである。

図１の示すように、この肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示装置はPCホスト1と画像スクリーン2とを備える。デュアルディスプレイカードが上記PCホスト1に内蔵され、光フィルタスクリーン3が上記画像スクリーン2の前方に設置されて、上記画像スクリーン2とそれぞれにデュアルディスプレイカードに接続されている。上記画像スクリーンはCRT、LCD、PDP、ELD、FEDなど、各種のテレビディスプレイやコンピューターのモニターによって構成され、自己発光できるか、または照明システムを備えたものである。また、上記デュアルディスプレイカードは、2つの画像を同時にかつそれぞれに光フィルタスクリーンと画像スクリーンに表示できる、汎用なコンピュータグラフィックスカードである。

図2に示すように、光フィルタスクリーン3はモノクロ液晶パネル4と光フィルタパネル5とを備える。上記光フィルタパネル5はモノクロ液晶パネル4に取付けら、光フィルタ穴を有する薄板である。上記光フィルタ穴は平面のドットマトリクスとして配列してあり、上記モノクロ液晶パネル上の画素位置とそれぞれ対応している。例えば、モノクロ液晶スクリーン上の画素が1024×768であれば、光フィルタスクリーン上の穴もそれに対応した1024×768個となっている。光フィルタパネルにおいてフィルタ穴以外の部分は黒くて光非透過性のパネルであるので、光はフィルタ穴からしか通過できない。ここで、光がモノクロ液晶パネル上の画素から通過させたり、通過させなかったりと制御を行うことで、光フィルタパネル上の穴の光通過可能／不可をコントロールして、液晶シャッター光フィルタスクリーンを構成することができる。光フィルタパネルの穴径は0.25〜0.5ｍｍとし、光フィルタパネルの肉厚を0.1〜1.0ｍｍとする。

この発明による肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示方法は、下記ステップを備える。

（１）三次元スキャン装置又は設計者の設計によって、立体画像の三次元模型データを取得して、PCホスト内のデュアルディスプレイカードに入力する。ここで用いる三次元スキャン装置として、三次元レーザースキャナーや、医療用機器であるX-CT、RMI、B超音波計、工事用測定機器などが挙げられ、上記設計者による設計とは、３DS MAXやMAYAなどの画像処理用ソフトウェアを利用して立体画像を作成することであり、また上記立体画像の三次元模型データとは、モノの表面形状を示す全ての点の三次元座標やその色、グレースケールを含めたものである。

（２）光フィルタデータB［G（M，N），PH（I，J）］をPCホスト内のデュアルディスプレイカードに入力し、液晶シャッター光フィルタスクリーンに対する制御を通じて、上記光フィルタデータに応じたフィルタ穴をオープンさせて光フィルタ画像Bを取得した後、PCホストを利用し区域投影法によって、上記立体画像を区間別で計算し記録することで、連続視差画像データW［Xb，Yb，L，Col］を得て、この連続視差画像データW［Xb，Yb，L，Col］のPCホストによる画像化で、連続視差画像Ｗができる。上記光フィルタ画像Bと連続視差画像Wとで上記立体画像の記録単位Rが形成され、RW［｛Xb，Yb，L，Col｝ 、B｛G（M，N）、PH（I，J）｝］と記す。

光フィルタデータB［G（M，N），PH（I，J）］に、光ドットマトリクスの密度G（M，N）と光フィルタマトリクスの位相PH（I，J）とがある。ここで、ＭはドットマトリクスのＸ方向でのドット同士間の間隔画素数であり、NはドットマトリクスのY方向でのドット同士間の間隔画素数であって、IはドットマトリクスのX方向に沿って全体的に平行移動された画素数で、JはドットマトリクスのY方向に沿って全体的に平行移動された画素数である。

図3（a）はモノクロ液晶パネルが全数オープンしたときの光フィルタスクリーンの状態を示している。この場合、すべての穴は光通過可能となり、光通過可能なドット同士間の距離は、横も縦もdである。ｄ＝1ｍｍとすると、光フィルタドットマトリクスの密度はG（1，1）であり、その位相はPH（0，0）である。図3（ｂ）はモノクロ液晶パネルの点が３つおきにオープンしたときの光フィルタスクリーンの状態を示した。この場合、1／16の穴のみが光通過可能で、光通過可能なドット同士間の距離は、横も縦も4ｍｍであって、ドットマトリクスの密度はG（4，4）となり、その位相はPH（0，0）となる。図3（ｃ）もモノクロ液晶パネル上の点が3つおきにオープンしたときの光フィルタスクリーンの状態を示した。光通過可能なドット同士間の距離は図3（b）と同じく横も縦も4ｍｍであるが、これらのドットからなるドットマトリクスは一体に右へ1ｍｍ平行移動されているので、光フィルタドットマトリクスの密度はG（4，4）で、その位相はPH（1，0）となる。図3（ｄ）もモノクロ液晶パネル上の点が3つおきにオープンしたときの光フィルタスクリーンの状態を示している。光通過可能なドット同士間の距離はやはり横も縦も4ｍｍであるが、これらのドットからなるドットマトリクスは一体に右および下へ、それぞれ1ｍｍ平行移動されているので、光フィルタドットマトリクスの密度はG（4，4）で、その位相はPH（1，1）となる。

図4（a）に示したように、立体画像6を光フィルタスクリーン5の1つの光フィルタ穴を通じて画像スクリーン2に投影する。撮影法に似て、光フィルタスクリーン5の各フィルタ穴はカメラのレンズに相当する。通常の撮影では実物に対して画像を撮るが、区域投影法では背面から撮るのである。立体画像をすべてのフィルタ穴に対して制限せずに投影させるとき、投影画像が画像スクリーン2において重なり、正しくない画像になる。

図4（b）に示すように、区域投影法では、光フィルタスクリーン上のオープンしたフィルタ穴に応じて、PCホストは画像スクリーン2をa、b、c、d、e、f…のように記録区間に分画し、一方、光フィルタスクリーン5の前方空間をA、B、C、D、E、F…のように撮影区間に分画する。上記記録区間は光フィルタスクリーン上のオープンしたフィルタ穴を中心として、オープンした隣接の光フィルタ穴同士間の距離をその幅として画像スクリーンにおいて確定した四角形であり、上記撮影区間は光フィルタスクリーン上のオープンしたフィルタ穴の前方において該フィルタ穴を頂点とした四角の錐状空間である。この撮影区間内にある立体画像6の三次元模型データ点は何れもフィルタ穴を抜けてそれ相応の記録区間に投影することができる。それから、PCホストは点毎に三次元模型データ点がフィルタ穴を抜けて画像スクリーン2に投影した点のパラメータを計算し、投影点の座標（Xb，Yb）およびそれの色ColおよびグレースケールLを記録することで、上記立体画像を区間別で記録する。このように連続視差画像データW｛Xb，Yb，L，Col｝が得られる。

図5の（a）、（b）に示すように、投影点座標（Xb，Yb）の計算原理は次の通りである。空間に光スポットAがあるとすると、Aの画像スクリーンにおける投影点のXb値はXb=X3−（Xa−X3）×Z0／（Za-Z0）となる。ここで、
Xa：スポットAのX座標
X3：3と番号付けられた穴のX座標
Za：スポットAから画像スクリーンまでの距離
Z0：光フィルタスクリーンから画像スクリーンまでの距離
Xb：Xaの画像スクリーンにおけるX座標

このように、スポットAの画像スクリーンにおける投影点のYb値もYb=Y3−（Ya−Y3）×Z0／（Za-Z0）となる。ここで、
Ya：スポットAのY座標
Y3：3と番号付けられた穴のY座標
Za：スポットAから画像スクリーンまでの距離
Z0：光フィルタスクリーンから画像スクリーンまでの距離
Yb：Yaの画像スクリーンにおけるY座標

図6は区域投影法の算法フローチャートである。立体画像の表面は多数の代表点で表示することができるが、各点を図6の算法によって、記録区域における投影点の座標（Xb，Yb）および該点のグレースケールLと色Colを計算して、立体画像全体に関する一連の連続視差画像データW［Xb，Yb，L，Col］を得て、記録単位Rを
Ｒ［W｛Xb，Yb，L，Col｝ 、B｛G（M，N）、PH（I，J）｝］
と記す。

（３）図7に示すように、記録単位RをPCホストに入力して、デュアルディスプレイカードによって記録単位Rに含まれた連続視差画像データWを連続視差画像Wに転換して画像スクリーン2に表示し、記録単位に含まれた光フィルタデータBを光フィルタ画像Bに転換して光フィルタスクリーン3に表示する。このとき、画像スクリーン2の光源7が記録区a、b、c、d、e、fの画像を光フィルタスクリーン3のフィルタ穴を通じて光フィルタスクリーンの前方の空間に映えさせる。このようにして、光フィルタスクリーンの前に居る人に、空間に再現された立体画像6が見えるようになる。

記録単位Rに表示された立体画像の精度は主に光フィルタのドットマトリクスの密度によって決まる。G（M，N）のMおよびNが大きいほど、光フィルタのドットマトリクスの密度が小さくなり、再現された立体画像の精度が悪くなる。逆にMとNが小さくなると、画像精度が高くなる。

立体画像の精度向上のために、複数記録表示法で立体画像を表示する。図8で示されたように、PCホストのデュアルディスプレイカードにおいて、位相のそれぞれ異なった光フィルタドットマトリクスをm個設定することで記録単位Rをm個形成させる。例えば、m＝4として記録単位Rを4個形成させ、各光フィルタのドットマトリクスの密度を同じくして、即ち
G1（2，2） G2（2，2） G3（2，2） G4（2，2）
とするが、それぞれの位相を異なるようにして、つまり
PH1（2，2） PH2（1，2） PH3（1，1） PH4（2，1）
とすると、下記4つの位相の異なる光フィルタ画像Bが得られる。
B1｛G1（2，2）、PH1（2，2）｝
B2｛G2（2，2）、PH2（1，2）｝
B3｛G3（2，2）、PH3（1，1）｝
B4｛G4（2，2）、PH4（2，1）｝
それに応じて下記4つの連続視差画像Wが得られる。
W1｛X，Y，L，Col｝
W2｛X，Y，L，Col｝
W3｛X，Y，L，Col｝
W4｛X，Y，L，Col｝

図9の（a）、（b）、（c）、（d）に示すとおり、4つの光フィルタ画像Bと4つの連続視差画像Wとで4つの記録単位Rが形成され、該4つの記録単位Rからなる一つの画面記録HRに、下記内容が含まれている。
記録R1［W1｛X，Y，L，Col｝、B1｛G1（2，2）、PH1（2，2）｝］
記録R2［W2｛X，Y，L，Col｝、B2｛G2（2，2）、PH2（1，2）｝］
記録R3［W3｛X，Y，L，Col｝、B3｛G3（2，2）、PH3（1，1）｝］
記録R4［W4｛X，Y，L，Col｝、B4｛G4（2，2）、PH4（2，1）｝］

図9の（e）に示すように、PCホストはデュアルディスプレイカードによって画面HRに含まれた4つの記録単位Rを順番に高速表示する。つまり、4つの記録単位Rの光フィルタ画像Bと連続視差画像Wが順番に同期され、それぞれ光フィルタスクリーンと画像スクリーンに高速表示される。記録単位R毎の高速表示時間は≦0.025（0.1／4）秒であると、肉眼の視残像原理でこの4つの記録単位Rによって成立した立体画像同士は互いに補足し合うため、精度が4倍も向上した立体画像が光フィルタスクリーンの前に居る人に見えるようになる。

画面HRが複数ある場合、PCホストはデュアルディスプレイカードによって各画面HRに含まれたｍ個の記録単位Rを順番に高速表示する。つまりm個の記録単位Rの光フィルタ画像Bおよび連続視差画像Wが順番に同期され、それぞれ光フィルタスクリーンと画像スクリーンに高速表示される。高速表示の時間が≦0.1／m秒であれば、肉眼の視残像原理によって高精度で動態の立体画像が光フィルタスクリーンの前にいる人に見えるようになる。

設計上の便宜を考えれば、光フィルタ位相の異なった複数の記録単位Rの形成の際、いつもそれらの位相を方陣に配列させる。例えば、位相の異なった光フィルタドットマトリクスを16個使う場合、それらの位相および配列番号Pは下記ようにされる。
1 PH（0，0） 2 PH（0，1） 3 PH（0，2） 4 PH（0，3）
5 PH（1，0） 6 PH（1，1） 7 PH（1，2） 8 PH（1，3）
9 PH（2，0） 10 PH（2，1） 11 PH（2，2） 12 PH（2，3）
13 PH（3，0） 14 PH（3，1） 15 PH（3，2） 16 PH（3，3）

光フィルタ画像Bと連続視差画像Wとが順番に同期され、それぞれ光フィルタスクリーンと画像スクリーンに高速表示され、上記16個の記録単位Rが配列番号Pの1から16までに従って立体画像へ転換されるとき、肉眼の錯覚で、左上側から右下側へと進行する綾が光フィルタスクリーンに出てしまう。

この綾によって邪魔されるのを防止するために、図10に示すとおり、記録単位Rの配列番号Pをランダムに配列し直す。

ランダムに配列し直した16個の記録単位Rの中の光フィルタ画像Bと連続視差画像Wとを表示番号N順によって同期し、それぞれ光フィルタスクリーンと画像スクリーンに高速表示すると、目の錯覚による綾がなくなる。

図11の示すように、光フィルタ画像は垂直ラインに沿ってフィルタ穴をオープンするように光フィルタスクリーンをコントロールすることで得られた垂直ラインのみからなるラスター画像となる。人間の肉眼にとって立体的な視覚が基本的に水平方向での視差によって生ずることを考えれば、図5の投影計算でX方向での画像転換のみを行い、Y方向での転換を計算または記録せず、計算作業を大幅に軽減させることも可能である。

例えばm＝5として5つの記録単位を形成させ、前のラスターに比べて後ろのラスターのラインは1フィルタ穴分の距離を全体で右へ水平移動されるとする。
1番目のラスタードットマトリクスの位相はPH1（0，0）で、計算によって連続視差画像W1、光フィルタ画像B1、記録単位R1が得られ、
2番目のラスタードットマトリクスの位相はPH2（1，0）で、計算によって連続視差画像W2、光フィルタ画像B2、記録単位R2が得られ、
3番目のラスタードットマトリクスの位相はPH3（2，0）で、計算によって連続視差画像W3、光フィルタ画像B3、記録単位R3が得られ、
4番目のラスタードットマトリクスの位相はPH4（3，0）で、計算によって連続視差画像W4、光フィルタ画像B4、記録単位R4が得られ、
5番目のラスタードットマトリクスの位相はPH5（4，0）で、計算によって連続視差画像W5、光フィルタ画像B5、記録単位R5が得られる。

このように1つの画面HRを成す5つの記録単位が得られ、PCホストはデュアルディスプレイカードによって5つの記録単位Rを配列番号順で高速表示する。つまり5つの記録単位Rの光フィルタ画像Bと連続視差画像Wが配列番号順によって同期し、それぞれ光フィルタスクリーンと画像スクリーンに表示される。記録単位R毎の高速表示時間が≦0.02（0.1／5）秒であれば、肉眼の視残像原理によって、5つの記録単位で成立した立体画像同士間は相互補足するので、光フィルタスクリーンの前にいる人には精度の5倍アップした立体画像を見ることができる。

上記のようにすれば、本発明を効果的に実現させることができる。

図1は本発明による肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示装置の構成図である。 図2は図１に示された液晶シャッター光フィルタスクリーンの構成図である。 図3（a）、（b）、（c）、（d）は液晶シャッター光フィルタスクリーンの動作原理図である。 図4（a）、（b）は区域投影法の原理説明図である。 図5は投影点の座標の計算原理説明図である。 図6は区域投影法の算法を説明するフローチャートである。 図7は立体画像を再現する原理図である。 図8は複数の記録単位を取得する算法フローチャートである。 図9（a）、（b）、（c）、（d）はそれぞれ４つの記録単位の光フィルタ画像及び連続視差画像であって、（e）は高速でかつ交替で表示するときの視覚上効果図である。 図10は複数の記録単位を立体画像に転換するとともに綾によって邪魔されることを防止する算法フローチャートである。 図11は光フィルタからラスターに変換した状態の説明図である。

Claims (10)

1. PCホストと画像スクリーンとを備えた肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示装置であって、前記PCホストにデュアルディスプレイカードが配置され、前記画像スクリーンの前に光フィルタスクリーンが設置され、前記画像スクリーンと前記光フィルタスクリーンとは別々に前記デュアルディスプレイカードに接続されたことを特徴とする肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示装置。
2. 前記画像スクリーンはCRT、LCD、PDP、ELD、FEDを含む、各種のテレビディスプレイまたはコンピューター用モニターであることを特徴とする、請求項１に記載の肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示装置。
3. 前記光フィルタスクリーンはモノクロ液晶パネルと光フィルタパネルとを備え、前記光フィルタパネルは前記モノクロ液晶パネルに取付けられて光フィルタ穴を有する薄板であり、前記光フィルタ穴は平面のドットマトリクスに配列し、上記モノクロ液晶パネル上の画素の位置にそれぞれ対応するとともに、前記光フィルタパネルにおいて前記光フィルタ穴以外の部分は光非透過性の黒いパネルであることを特徴とする請求項１に記載の肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示装置。
4. （１）三次元スキャン装置または設計者の設計によって、物の表面形状を現す全ての点の三次元座標及びその色、グレースケールを含んだ立体画像の三次元模型データを取得してPCホストのデュアルディスプレイカードに入力するステップと、
   （２）光フィルタドットマトリクスの密度及びその位相からなる光フィルタデータをPCホスト内のデュアルディスプレイカードに入力し、前記光フィルタデータに応じた光フィルタ穴をオープンするように光フィルタスクリーンを制御して光フィルタ画像Bを得て、それから区域投影法で前記PCホストによって前記立体画像を区間別に計算・記録して視差画像データを得た後、更にPCホストによって視差画像データを画像化処理して、前記光フィルタ画像Bとともに前記立体画像の記録単位Rを成す連続視差画像Wを得るステップと、
   （３）PCホストのデュアルディスプレイカードによって記録単位に含まれた光フィルタ画像及び連続視差画像をそれぞれ光フィルタスクリーン及び画像スクリーンに表示し、画像スクリーン上の連続視差画像からの光線が光フィルタスクリーン上の光フィルタ穴を透過して映写したとき、空間に再現された立体画像が光フィルタスクリーンの前にいる人に見ることができるようにするステップと、
   を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示装置を活用した肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示方法。
5. 前記三次元スキャン装置は、三次元レーザースキャナー、X-CT、RMI、B超音波計などの医療用機器、及び工事用測定機器であり、前記設計者による設計は３DS MAX、MAYAなどの画像処理用ソフトウェアを利用して立体画像を作成することであることを特徴とする請求項４に記載の肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示方法。
6. 前記区域投影法では、光フィルタスクリーン上のオープンした光フィルタ穴に応じて、PCホストが画像スクリーンを記録区間に分画し、またそれに応じて光フィルタスクリーンの前方を撮影区間に分け、
   前記記録区間は光フィルタスクリーン上のオープンした光フィルタ穴を中心として、隣接のオープンした光フィルタ穴同士の間隔距離を幅として確立された画像スクリーン上の四角形区域であり、前記撮影区間は光フィルタスクリーン上のオープンした光フィルタ穴の前方にあって、該光フィルタ穴を頂点とした四角の錐状空間であり、
   前記撮影区間内にある立体画像の全ての三次元模型データ点は光フィルタ穴を透過してそれ相応の記録区間に投影でき、PCホストは各三次元模型データ点が光フィルタ穴を透過した後の画像スクリーンにおける投影点のパラメータを計算し、投影点の座標（Xb，Yb）及びその色Col、グレースケールLを記録することで、前記立体画像を区間別に記録して、視差画像データW［X，Y，L，Co］を得ることを特徴とする請求項４に記載の肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示方法。
7. 三次元模型データ点のX座標をXaとし、iと番号付けられたフィルタ穴のX座標をXiとし、三次元模型データ点から画像スクリーンまでの距離をZaとし、光フィルタスクリーンから画像スクリーンまでの距離をZ0とし、Xaの画像スクリーンにおけるX座標をXbした場合、上記投影点の座標Xbは、Xb＝Xi−（Xa−Xi）×Z0／（Za-Z0）で表せ、
   三次元模型データ点のY座標をYaとし、iと番号付けられたフィルタ穴のY座標をYiとし、三次元模型データ点から画像スクリーンまでの距離をZaとし、光フィルタスクリーンから画像スクリーンまでの距離をZ0とし、Yaの画像スクリーンにおけるY座標をYbとした場合、前記投影点の座標Ybは、Yb＝Yi−（Ya−Yi）×Z0／（Za−Z0）で表せることを特徴とする、請求項６に記載の肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示方法。
8. 前記ステップ（２）及び（３）において複数記録表示法で立体画像を再現し、
   前記複数記録表示法によれば、ｍ個の記録単位Rによって一つの画面HRを成し、各記録単位Rの光フィルタドットマトリクスの位相がそれぞれ異なり、位相の異なったm個の光フィルタドットマトリクスが重なると、光フィルタドットはちょうど光フィルタスクリーン上の全てのフィルタ穴を占めてしまい、PCホストはデュアルディスプレイカードによって画面HRに含まれたm個の記録単位を配列番号順で高速に表示し、つまりm個の記録単位Rの光フィルタ画像Bと連続視差画像Wは配列番号順に同期させてそれぞれ光フィルタスクリーンと画像スクリーンに表示されることで、高精度な立体画像が光フィルタスクリーンの前にいる人に見ることができ、さらに異なった画面HRが複数あるとき、PCホストはデュアルディスプレイカードによって各画面HRに含まれるm個の記録単位を配列番号順で高速に表示し、つまりm個の記録単位Rの光フィルタ画像Bと連続視差画像Wは配列番号順に同期させそれぞれ光フィルタスクリーンと画像スクリーンに表示することで、高精度で動態の立体画像を光フィルタスクリーンの前にいる人が見ることができ、
   前記記録単位Rの高速表示時間は≦0.1／ｍ秒であることを特徴とする請求項４に記載の肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示方法。
9. 前記記録単位Rは複数あり、そして記録単位Rの光フィルタドットマトリクスの位相がそれぞれ異なる場合、各記録単位Rの配列番号をランダムに配列し直し、ランダム配列後の新規順番に従って各記録単位Rを表示することを特徴とする、請求項４〜８に記載の肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示方法。
10. 前記光フィルタ画像は、垂直ラインに沿って光フィルタ穴をオープンするように光フィルタスクリーン制御して得られた垂直ラインのみからなるラスター画像であることを特徴とする請求項９に記載の肉眼視対応の液晶シャッター光フィルタ立体画像表示方法。

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