JP2021118479A - 画像処理装置およびヘッドアップディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【課題】 立体画像を生成する際の処理負荷を軽減し得る画像処理装置および当該立体画像を表示し得るヘッドアップディスプレイを提供すること。【解決手段】 実施形態に係る画像処理装置は、対象画像を取得する取得部と、取得された対象画像に対応する複数の映像信号が、水平方向に並ぶ複数の画素のうち、所定個数おきの画素にそれぞれ書き込まれるように並び替えて、立体画像を生成する生成部と、生成された立体画像を表示装置に出力する出力部と、を備える。【選択図】 図5
Description
本発明の実施形態は、画像処理装置およびヘッドアップディスプレイに関する。
近年、観察者が裸眼で立体画像(3次元画像)を視認することができる表示装置が普及しつつある。このような表示装置に表示される立体画像は、例えば、視差数と同数の画像を合成することにより生成されている。あるいは、画像からデプスマップを取得することにより生成されている。
しかしながら、上記した方法では、複数の画像を合成する処理等、複雑な処理を実行する必要がある。このため、立体画像が生成される度に、当該立体画像を生成する装置に大きな処理負荷がかかるという問題がある。
そこで、本開示は、立体画像を生成する際の処理負荷を軽減し得る画像処理装置および当該立体画像を表示し得るヘッドアップディスプレイを提供することを目的の1つとする。
本実施形態によれば、
対象画像を取得する取得部と、前記取得された対象画像に対応する複数の映像信号が、水平方向に並ぶ複数の画素のうち、所定個数おきの画素にそれぞれ書き込まれるように並び替えて、立体画像を生成する生成部と、前記生成された立体画像を表示装置に出力する出力部と、を具備する、
画像処理装置が提供される。
対象画像を取得する取得部と、前記取得された対象画像に対応する複数の映像信号が、水平方向に並ぶ複数の画素のうち、所定個数おきの画素にそれぞれ書き込まれるように並び替えて、立体画像を生成する生成部と、前記生成された立体画像を表示装置に出力する出力部と、を具備する、
画像処理装置が提供される。
本実施形態によれば、
画像処理装置と、前記画像処理装置から出力される立体画像を表示出力する表示装置と、を具備する、
ヘッドアップディスプレイが提供される。
画像処理装置と、前記画像処理装置から出力される立体画像を表示出力する表示装置と、を具備する、
ヘッドアップディスプレイが提供される。
いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の趣旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実施の態様に比べて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一または類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を省略することがある。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の趣旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実施の態様に比べて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一または類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を省略することがある。
図1は、実施形態に係る画像処理装置を用いたヘッドアップディスプレイ(HUD)を概略的に示す模式図である。HUDは、画像を投影するための表示装置として、液晶表示装置10を備えている。また、HUDは、複数の凹面ミラー、例えば、2つの凹面ミラーM1,M2を有している。さらに、HUDは、液晶表示装置10と電気的に接続される画像処理装置20を備えている。なお、画像処理装置20は、液晶表示装置10と通信可能に接続されていてもよい。
画像処理装置20は立体画像を生成し、生成した立体画像を液晶表示装置10に出力する。液晶表示装置10は、マトリクス状に配列された多数の画素PXを備えている。液晶表示装置10は、画像処理装置20から出力された立体画像を取得すると、取得した立体画像に対応する映像信号Vを画素PXに書き込む。これによれば、取得した立体画像が投影画像として表示出力される。液晶表示装置10から出力された投影画像は、凹面ミラーM1,M2により反射・集光され、投影面として、例えば、自動車のフロントガラスFGの内面に投影される。投影された画像は、フロントガラスFGで観察者(ドライバー)側に反射され、フロントガラスFGの数メートル先に虚像VIを形成する。なお、本明細書中において立体画像とは、画像全体に奥行き感あるいは手前感を持たせた画像を意味するものとする。
なお、HUDの一部を構成するミラーは、凹面ミラーに限らず、ハーフミラー、フレネルミラー等の他の光学部材を選択可能である。また、直接、フロントガラスFGに投影する構成に限らず、観察者の前方に透明な反射板(投影面)を設置し、この反射板に画像を投影する構成としてもよい。
図1に示すHUDにおいては、液晶表示装置10の表示面に、例えば、パララックスバリアやレンチキュラーレンズが設けられている。
パララックスバリアは、透過する光線を制限するものであり、光制御部として機能する。パララックスバリアには、複数の細かいスリットが設けられる。スリットは、液晶表示装置10の表示面の縦方向から所定角度だけ傾けた方向に沿って設けられる。
レンチキュラーレンズは、透過する光線の出射方向を制御するものであり、パララックスバリア同様、光制御部として機能する。レンチキュラーレンズは、液晶表示装置10の表示面の縦方向に延びる半円筒型のレンズである。液晶表示装置10の表示面には、複数のレンチキュラーレンズが表示面の横方向に沿って並ぶように設置される。
このようなパララックスバリアやレンチキュラーレンズが設けられることで、観察者(ドライバー)に対して立体画像を認識させることができる。
パララックスバリアは、透過する光線を制限するものであり、光制御部として機能する。パララックスバリアには、複数の細かいスリットが設けられる。スリットは、液晶表示装置10の表示面の縦方向から所定角度だけ傾けた方向に沿って設けられる。
レンチキュラーレンズは、透過する光線の出射方向を制御するものであり、パララックスバリア同様、光制御部として機能する。レンチキュラーレンズは、液晶表示装置10の表示面の縦方向に延びる半円筒型のレンズである。液晶表示装置10の表示面には、複数のレンチキュラーレンズが表示面の横方向に沿って並ぶように設置される。
このようなパララックスバリアやレンチキュラーレンズが設けられることで、観察者(ドライバー)に対して立体画像を認識させることができる。
図2は、本実施形態に係る画像処理装置20の機能構成例を示すブロック図である。図2に示すように、画像処理装置20は、対象画像取得部21、立体画像生成部22、立体画像出力部23、等を備えている。
対象画像取得部21は、立体画像の元となる対象画像(2次元画像)を取得する。対象画像としては、カーナビゲーション画像(例えば、右折または左折する曲がり角を示唆する画像)や、スピードメーター、タコメーター、ウォーニングランプ等の各種メーター類に相当するメーター画像、等を一例として挙げることができる。取得された対象画像は、立体画像生成部22に出力される。
立体画像生成部22は、対象画像取得部21により取得された1枚の対象画像から立体画像を生成する。なお、立体画像生成部22によって実行される立体画像生成処理については後述するため、ここではその詳しい説明を省略する。
立体画像出力部23は、立体画像生成部22により生成された立体画像を液晶表示装置10に出力する。液晶表示装置10は、画像処理装置20の立体画像出力部23より出力された立体画像を投影画像として表示出力する。これにより、フロントガラスFGの数メートル先には虚像VIが形成され、観察者(ドライバー)は、視線を車両の走行方向から移動させなくても、カーナビゲーション画像やメーター画像を確認することが可能となる。
ここで、図3および図4を参照して、立体画像生成部22により実行される並び替え処理について模式的に説明する。
図3では、図3(a)に示すように、対象画像が、2個の画素PXに対して、映像信号V0,V1を書き込むことにより表示され得る画像である場合を想定している。このような場合において、2視差に対応する立体画像を観察者の眼から所定の距離だけ離れた位置に表示させたい旨の設定がなされている場合、立体画像生成部22は、図3(b)に示すように、映像信号V0,V1が2個飛びで画素PXに書き込まれるように、映像信号V0,V1を並び替えて、立体画像を生成する。
図3では、図3(a)に示すように、対象画像が、2個の画素PXに対して、映像信号V0,V1を書き込むことにより表示され得る画像である場合を想定している。このような場合において、2視差に対応する立体画像を観察者の眼から所定の距離だけ離れた位置に表示させたい旨の設定がなされている場合、立体画像生成部22は、図3(b)に示すように、映像信号V0,V1が2個飛びで画素PXに書き込まれるように、映像信号V0,V1を並び替えて、立体画像を生成する。
なお、映像信号V0,V1がいくつ飛びで画素PXに書き込まれるかは、観察者の眼からどれだけ離れた位置に立体画像を表示させたいかに応じて決定され、観察者の眼から立体画像までの距離は、観察者により任意に設定することが可能であるものとする。以下では、観察者の眼から立体画像までの距離が観察者によって設定されることで決定される値(つまり、映像信号Vがいくつ飛びで画素PXに書き込まれるか)を、設定値nと称して説明する。
また、何視差に対応する立体画像を表示させたいかも(つまり、視差数も)、観察者により任意に設定することが可能であるものとする。
また、何視差に対応する立体画像を表示させたいかも(つまり、視差数も)、観察者により任意に設定することが可能であるものとする。
図4では、図4(a)に示すように、対象画像が、5個の画素PXに対して、映像信号V0〜V4を書き込むことにより表示され得る画像である場合を想定している。このような場合において、5視差に対応する立体画像を観察者の眼から所定の距離(ここでは、上記した設定値nが1となる距離)だけ離れた位置に表示させたい旨の設定がなされている場合、立体画像生成部22は、図4(b)に示すように、映像信号V0〜V4が1個飛びで画素PXに書き込まれるように、映像信号V0〜V4を並び替えて、立体画像を生成する。
ここで、図5を参照して、立体画像生成部22により実行される並び替え処理についてより具体的に説明する。なお、図5では、図5(a)に示すように、対象画像が、30個の画素PX0〜PX29に対して、映像信号V0〜V29を書き込むことにより表示され得る画像である場合を想定している。また、図5では、5視差に対応する立体画像を観察者の眼から所定の距離だけ離れた位置に表示させたい場合であって、当該距離に応じて決定される設定値nが1である場合を想定している。
この場合、5視差に対応する立体画像であって、上記した設定値nが1であるので、映像信号V0〜V4,V5〜V9,V10〜V14,V15〜V19,V20〜V24,V25〜V29は、それぞれ1個飛びで画素PXに書き込まれるように並び替えられる。なお、映像信号V0〜V29のうちのいずれの映像信号Vも書き込むことができない画素PXが存在する場合、立体画像生成部22は、当該画素PXに対して黒色を表示するための映像信号VB(図5(b)に示す映像信号VB1〜VB4)を割り当てる。
これによれば、図5(b)に示すように、「映像信号V0、映像信号VB1、映像信号V1、映像信号VB2、映像信号V2、映像信号V5、映像信号V3、映像信号V6、映像信号V4、映像信号V7、・・・」の順に映像信号Vが並んでいる立体画像が生成される。
ここで、例えば映像信号V0に着目すると、映像信号V0は、対象画像を表示するにあたっては画素PX0に書き込まれるが、上記した並び替えの結果、立体画像を表示するにあたっては画素PX0から水平方向に2画素だけずれた(シフトした)画素PXaに書き込まれる。つまり、映像信号V0が書き込まれる画素PXのずらし量は2画素となる。同様に、映像信号V1に着目する。映像信号V1は、対象画像を表示するにあたっては画素PX1に書き込まれるが、上記した並び替えの結果、立体画像を表示するにあたっては画素PX0から水平方向に1画素だけずれた画素PX0に書き込まれる。つまり、映像信号V1が書き込まれる画素PXのずらし量は1画素となる。さらに、映像信号V2に着目すると、映像信号V2は、対象画像を表示する場合であっても、立体画像を表示する場合であっても画素PX2に書き込まれる。つまり、映像信号V2が書き込まれる画素PXのずらし量は0となる。
このように、映像信号Vが書き込まれる画素PXのずらし量(換言すると、映像信号Vのずらし量)は、対象画像を表示する場合に映像信号Vが書き込まれる画素の位置(つまり、座標)と、立体画像が何視差に対応する画像であるか(つまり、視差数)と、上記した設定値nとに基づいて決定される。
以上説明した並び替え処理が実行されることにより生成される立体画像の解像度は、対象画像に対応する映像信号Vをn個飛びの画素PXに割り当てる関係上、対象画像の解像度に比べて、「n×(視差数−1)」だけ大きくなる。例えば図5の場合、対象画像の解像度が30画素であるのに対し、立体画像の解像度は34画素であり、立体画像の解像度は対象画像の解像度に比べて4画素(=「1×(5−1)」)だけ大きくなっている。なお、この4画素は、黒色を表示するための映像信号VB(図5の場合、映像信号VB1〜VB4)が書き込まれる画素の数に相当する。
なお、図5に示す並び替え処理は、画素行単位で実行される。
なお、図5に示す並び替え処理は、画素行単位で実行される。
図6は、立体画像生成部22によって実行される立体画像生成処理の手順の一例を示すフローチャートである。
まず、立体画像生成部22は、対象画像取得部21から出力された対象画像を取得する(ステップS1)。続いて、立体画像生成部22は、取得された対象画像に対応する映像信号Vに対して上記した並び替え処理を実行し、立体画像を生成する(ステップS2)。しかる後、立体画像生成部22は、生成された立体画像を立体画像出力部23に出力し(ステップS3)、一連の立体画像生成処理を終了させる。
まず、立体画像生成部22は、対象画像取得部21から出力された対象画像を取得する(ステップS1)。続いて、立体画像生成部22は、取得された対象画像に対応する映像信号Vに対して上記した並び替え処理を実行し、立体画像を生成する(ステップS2)。しかる後、立体画像生成部22は、生成された立体画像を立体画像出力部23に出力し(ステップS3)、一連の立体画像生成処理を終了させる。
以上説明したように、本実施形態に係る立体画像生成処理においては、1枚の対象画像から立体画像を生成することが可能であり、視差数と同数の画像を合成したり、デプスマップを取得したりする必要がないため、立体画像を生成する際に装置にかかる処理負荷を大幅に軽減することが可能である。
また、本実施形態に係る立体画像生成処理においては、任意に設定・変更された視差数に対応した立体画像を生成することが可能であるため、液晶表示装置10の表示面に既に設置されているパララックスバリアやレンチキュラーレンズを変更する必要がないという利点を得ることができる。換言すれば、液晶表示装置10の表示面にパララックスバリアやレンチキュラーレンズが既に設置されている場合であっても、当該パララックスバリアやレンチキュラーレンズが対応可能である視差数に応じた立体画像を生成することが可能であるため、画像処理装置20の設置に伴い、新たなパララックスバリアやレンチキュラーレンズを設置する必要がないという利点を得ることが可能である。
なお、上記した実施形態においては、3次元表示される画像全体が同じ奥行き感をもって観察者により認識されるような立体画像が生成される場合について説明した。しかしながら、立体画像生成部22は、上記した並び替え処理を画素行単位で実行するため、画素行毎に異なる奥行き感をもって認識されるような立体画像を生成することも可能である。例えば、図7に示すように、画像の上半分を下半分よりも奥行き感をもって観察者に認識させるような立体画像を生成することも可能である。
この場合、立体画像生成部22は、液晶表示装置10の上半分の画素行に書き込まれる映像信号Vの並び替え処理に適用される設定値nを、下半分の画素行に書き込まれる映像信号Vの並び替え処理に適用される設定値nよりも大きくすることで、画像の上半分を下半分よりも奥行き感をもって観察者に認識させるような立体画像を生成する。
図8は、5視差に対応する立体画像を生成するために実行される並び替え処理であって、画像の上半分を下半分よりも奥行き感をもって観察者に認識させることが可能な立体画像を生成するための並び替え処理について説明するための図である。
この場合、立体画像生成部22は、液晶表示装置10の上半分の画素行に書き込まれる映像信号Vの並び替え処理に適用される設定値nを2にする。これによれば、図8(a)に示すように、映像信号V0〜V4,V5〜V9,V10〜V14,V15〜V19,V20〜V24,V25〜V29は、それぞれ2個飛びで画素PXに書き込まれるように並び替えられる。なお、映像信号V0〜V29のうちのいずれの映像信号Vも書き込むことができない画素PXには、黒色を表示するための映像信号VB(図8(a)に示す映像信号VB1〜VB8)が割り当てられる。
この場合、立体画像生成部22は、液晶表示装置10の上半分の画素行に書き込まれる映像信号Vの並び替え処理に適用される設定値nを2にする。これによれば、図8(a)に示すように、映像信号V0〜V4,V5〜V9,V10〜V14,V15〜V19,V20〜V24,V25〜V29は、それぞれ2個飛びで画素PXに書き込まれるように並び替えられる。なお、映像信号V0〜V29のうちのいずれの映像信号Vも書き込むことができない画素PXには、黒色を表示するための映像信号VB(図8(a)に示す映像信号VB1〜VB8)が割り当てられる。
また、立体画像生成部22は、液晶表示装置10の下半分の画素行に書き込まれる映像信号Vの並び替え処理に適用される設定値nを1にする。これによれば、図8(b)に示すように、映像信号V0〜V4,V5〜V9,V10〜V14,V15〜V19,V20〜V24,V25〜V29は、それぞれ1個飛びで画素PXに書き込まれるように並び替えられる。この場合においても、映像信号V0〜V29のうちのいずれの映像信号Vも書き込むことができない画素PXには、黒色を表示するための映像信号VB(図8(b)に示す映像信号VB3〜VB6)が割り当てられる。
なお、画素行毎に異なる奥行き感をもたせる場合、立体画像生成部22は、最も奥行き感をもたせる画素行を基準にして、立体画像の解像度を決定する。例えば、図7および図8の場合、立体画像の解像度は、液晶表示装置10の上半分の画素行に書き込まれる映像信号Vの数(換言すると、映像信号Vが書き込まれる画素PXの数)を基準にして決定される。このため、立体画像生成部22は、液晶表示装置10の下半分の画素行に書き込まれる映像信号Vの数を、液晶表示装置10の上半分の画素行に書き込まれる映像信号Vの数と同じにするために、当該下半分の画素行の両端部に、黒色を表示するための映像信号VB(図8(b)に示す映像信号VB1,VB2,VB7,VB8)をさらに割り当てる。これによれば、液晶表示装置10の下半分に表示される立体画像の解像度を、液晶表示装置10の上半分に表示される立体画像の解像度と同じにすることが可能である。
以上説明した並び替え処理を含む立体画像生成処理によれば、画素行毎に異なる奥行き感(または手前感)をもって認識されるような立体画像を生成することが可能である。
また、上記した実施形態においては、液晶表示装置10の表示面全面に、パララックスバリアやレンチキュラーレンズが配置されている場合について説明した。しかしながら、パララックスバリアやレンチキュラーレンズは、液晶表示装置10の表示面の一部にのみ配置されるとしてもよい。
この場合、立体画像生成部22は、パララックスバリアやレンチキュラーレンズが配置されている部分に位置する画素PXに書き込まれる映像信号Vのみを対象にして、上記した並び替え処理を実行すればよい。これによれば、観察者は、パララックスバリアやレンチキュラーレンズが配置されている部分に位置する画素PXに書き込まれる映像信号Vに対応する立体画像(3次元画像)を認識すると共に、パララックスバリアやレンチキュラーレンズが配置されていない部分に位置する画素PXに書き込まれる映像信号Vに対応する2次元画像を認識することが可能となる。
以上説明した実施形態によれば、画像処理装置20は、対象画像を取得する対象画像取得部21と、取得された対象画像に対応する複数の映像信号Vが、水平方向に並ぶ複数の画素PXのうち、n個飛びの画素PXにそれぞれ書き込まれるように並び替えて、立体画像を生成する立体画像生成部22と、生成された立体画像を液晶表示装置10に出力する立体画像出力部23と、を備えており、1枚の対象画像から立体画像を生成することが可能であるため、立体画像を生成する際の処理負荷を軽減することが可能である。
また、画像処理装置20と、画像処理装置20から出力される立体画像を表示出力する液晶表示装置10と、を備えたヘッドアップディスプレイHUDを提供することが可能である。
また、画像処理装置20と、画像処理装置20から出力される立体画像を表示出力する液晶表示装置10と、を備えたヘッドアップディスプレイHUDを提供することが可能である。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変形例に想到し得るものであり、それら変形例についても本発明の範囲に属するものと解される。例えば、上述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、若しくは設計変更を行ったもの、または、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
また、上述の各実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について、本明細書の記載から明らかなもの、または当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
10…液晶表示装置、20…画像処理装置、PX…画素、M1,M2…凹面ミラー、FG…フロントガラス、VI…虚像、21…対象画像取得部、22…立体画像生成部、23…立体画像出力部。
Claims (7)
- 対象画像を取得する取得部と、
前記取得された対象画像に対応する複数の映像信号が、水平方向に並ぶ複数の画素のうち、所定個数おきの画素にそれぞれ書き込まれるように並び替えて、立体画像を生成する生成部と、
前記生成された立体画像を表示装置に出力する出力部と、
を具備する、画像処理装置。 - 前記生成部は、
前記複数の映像信号が、前記所定個数おきの画素であって、視差数と同数の画素にそれぞれ書き込まれるように並び替えて、前記立体画像を生成する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記所定個数は、
前記立体画像が表示出力された際に形成される虚像の位置から、観察者により当該立体画像が認識される位置までの距離に基づいて決定される、
請求項1または請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記立体画像の解像度は、
前記所定個数がn個である場合、前記対象画像の解像度に比べて、n×(視差数−1)だけ大きい、
請求項3に記載の画像処理装置。 - 前記生成部は、
前記複数の映像信号のうちのいずれの映像信号も書き込むことができない画素に対して黒色を表示するための映像信号を割り当てる、
請求項4に記載の画像処理装置。 - 前記黒色を表示するための映像信号は、
前記水平方向に並ぶ複数の画素うちの両端部付近の画素に割り当てられる、
請求項5に記載の画像処理装置。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の画像処理装置と、
前記画像処理装置から出力される前記立体画像を表示出力する表示装置と、
を具備する、ヘッドアップディスプレイ。
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