JP2845958B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は画像表示装置に係わり、特に表示装置観察者
の観察状態に応じて表示画像を制御する画像表示装置に
関する。

［発明の概要］ この発明は、ディスプレイ観察者の目の空間位置や視
線の方向といった観察者の観察状態に応じて表示画像を
制御する画像表示装置において、観察者の位置情報と観
察者が移動したときの速度情報を総合し、それらを適応
的にエンファシスすることによって、観察者が疲労せず
に画像表示装置を観察し、かつより大きな迫力感を得ら
れるようにしたものである。

［従来の技術］ 従来、ディスプレイ観察者の観察状態のうち、頭部位
置に応じて表示画像を制御する頭部位置追従画像表示装
置は、頭の位置がディスプレイとの相対関係においてど
こにあるのかを測定し、その頭の位置から見えるであろ
う画像を表示していた。すなわち、撮影時の被写体とカ
メラの相対位置関係と観察時のディスプレイと観察者の
頭の位置の相対位置関係とを一致させ、撮影時の空間を
観察時に再現しているだけであった。このため、自然感
はあっても迫力感は余り得られなかった。しかも、例え
ば物体の側面を見ようとするときにはディスプレイの側
面に回り込むことになり、ディスプレイを観察者の方向
に向けるための機構も必要であった。（→石井他：“視
線移動に追従するステレオ像表示装置",TV学会画像工学
コンファレンス論文集,pp.189−192（1988.12））。

また、頭部の向いている方向に応じて表示画像を制御
する従来技術は、いまだに実用的な方式は提案されてい
ない。

［発明が解決しようとする課題］ CRTやスクリーンなど通常の画像表示装置は、観察者
の観察状態にまったく影響されない。自然視していると
きに目にはいる画像は観察状態によって変化しているの
で、通常の画像表示装置はこの点で臨場感、自然感に欠
けている。これを改善する従来の技術は、頭部の位置を
測定し、測定された頭部位置において見えるであろう画
像を表示するものである。これは、撮影時の被写体とカ
メラの相対位置関係を観察時のディスプレイと観察者の
目の位置の相対関係として再現しているにすぎず、自然
感はあっても迫力感は余り得られなかった。しかも、例
えば物体の側面を見ようとするときにはディスプレイの
側面に回り込むことになり、ディスプレイを観察者の方
向に向けるための機構も必要であった。

そこで本発明は、観察状態の静的変位だけでなく、そ
の単位時間当りの動的変化量も考慮し、観察者が表示画
像の変化を要求しているときに限って大きく画像が変化
するような特性のエンファシスをかけることによって、
自然感を残したまま迫力感を強調し、しかも疲労感の少
ない画像表示装置を提供することを特徴とするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 観察状態として観察者の頭部の空間位置を考えた場合
は、静的変位は空間位置に、動的変化量は頭部の移動速
度に対応する。観察者の頭部の空間位置が、ディスプレ
イ面に法線上、すなわちディスプレイの正面から離れた
位置にある場合、観察者はいままで見ていた画像では見
られない新しい視点からの画像を見たがっていると解釈
できる。また、頭部の移動速度が速い場合、観察者は早
く新しい視点からの画像を見たがっていると解釈でき
る。そこで、頭部位置がディスプレイの正面から離れる
ほど、もしくは頭部の移動速度が速いほど、実際の頭部
の移動量よりもよけいに移動したとして画像変化させ
る。ここで、画像をどれだけ変化させるかは、頭部位置
とその移動速度にかかるそれぞれのエンファシス特性が
規定する。このようにエンファシスしたき、観察者は頭
部の移動量が少なくて済むので疲労感を感じない。しか
も観察者が新しい視点からの画像を見たがっていると解
釈されたときだけエンファシスしているため、自然感を
残したまま迫力感を強調することができる。

また、観察状態として頭部の向いている方向を考えた
場合は、静的変位は頭部の方向の角度に、動的変化量は
頭部の方向の角度変化の角速度に対応する。観察者の頭
部の方向が、ディスプレイ面の中央から離れている場
合、観察者はいままで見ていた画像では見られない新し
い方向の画像を見たがっていると解釈できる。また、頭
部の方向が変化するときの角速度が速い場合、観察者は
早く新しい方向の画像を見たがっていると解釈できる。
そこで、頭部の方向がディスプレイ面の中央から離れた
とき、もしくは頭部の方向が変化するときの角速度が速
いときに、表示画像を変化させる。ここで、画像をどれ
だけ変化させるかは、頭部の方向とその角速度にかかる
それぞれのエンファシス特性が規定する。従来はディス
プレイの画角より広い画像は見ることができなかった
が、観察者が新しい方向の画像を見たがっていると解釈
されたときだけエンファシスする本発明の方式では、デ
ィスプレイの画角が広がったような効果が得られる。

したがって、本発明は、表示装置の観察者の静的変位
を検出する静的変位検出手段と、観察者の動的変化量を
検出する動的変化量検出手段と、２つの検出手段からの
検出結果を示す信号に各々エンファシスをかけるエンフ
ァシス手段と、エンファシス手段によってエンファシス
をかけられた後の信号に基づいて表示装置上の画像を変
化させる手段とを具える。

［作 用］ 本発明によれば、観察状態の静的変位だけでなく、そ
の単位時間当りの動的変化量も考慮し、観察者が表示画
像の変化を要求しているときに限って大きく画像が変化
するような特性のエンファシスをかけることによって、
自然感を残したまま迫力感を強調し、しかも疲労感の少
ない画像表示が得られる。

［実施例］ はじめに、本発明の概要図を示す第１図を見ながら、
本発明の概要を説明する。まず、ディスプレイ観察者の
頭部位置や視線の方向といった観察状態を観察状態測定
部１が測定する。この測定データを静的変位エンファシ
ス回路２が補正し、補正済観察状態Ａを出力する。一
方、観察状態測定部１の測定したデータは微分器３にも
入力され、その出力は観察状態の単位時間当りの変化量
をあらわす。この変化量を動的変化量エンファシス回路
４が補正して補正済変化量として出力する。補正済変化
量は、観察状態を微分した次元のままであるので、これ
を積分器５で積分する。この積分器５の出力を補正済観
察状態Ｂと呼ぶ。

次に、補正済観察状態決定部６が補正済観察状態Ａと
補正済観察状態Ｂから最終の補正済観察状態を求める。
この求め方は、補正済観察状態Ａ・Ｂを単純加算する方
法や、重み平均、乗算、最大値選択などを考えることが
できる。最後に、画像表示部７は、観察者がこの最終の
補正済観察状態下にあるとしたときに見えるであろう画
像を平面または立体画像として表示する。以上が処理の
流れであるが、ここで、補正済観察状態Ａと補正済観察
状態Ｂの意味について述べる。補正済観察状態Ａは、観
察者の観察状態が与えられたときに一意に定まり、その
定め方は、静的変位エンファシス回路の特性カーブによ
る。すなわち、観察者の観察状態の静的変位に起因する
画像の変化量を示す。一方、補正済観察状態Ｂは、観察
者の観察状態の単位時間当りの変化量が与えられたとき
に一意に定まり、その定め方は、動的変化量エンファシ
ス回路の特性カーブによる。すなわち、観察者の観察状
態の動的変化量に起因する画像の変化量を示す。最終の
補正済観察状態は、Ａ・B2つの補正済観察状態を単純加
算する方法や、重み平均、乗算、最大値選択等の方法で
求める。

次に、具体的な実施例を２つ示す。この２つは、それ
ぞれ単独でも組み合わせても利用できる。

第１の実施例（第２図）は、測定する観察状態として
頭部の位置を考えたときの例である。ここで位置は一般
には３次元空間上の位置であるが、理解を容易にするた
め観察者の水平位置だけを考えている。本発明の概要図
を示す第１図を参照すると、第１の実施例は観察状態測
定部として頭部位置測定装置11を、補正済観察状態決定
部として加算器16を用いた運動視差強調画像表示装置で
ある。

ここで運動視差とは、観察者の見る位置すなわち頭部
位置が移動するとき、網膜に映る像の速さが対象物への
距離に対応して異なることにより生じる網膜像間の時間
的ずれである。よって運動視差を強調するというのは、
ものの見え方の変化を大きくするという意味である。ま
た、加算器16の代わりに重み平均計算回路、乗算器、最
大値選択回路などを用いることもできる。

そこで、この装置のブロック図である第２図を参照し
ながら説明すると、頭部位置測定装置11が観察者の頭部
がどこにあるかを検出し、その位置を出力する。この頭
部位置測定装置11の出力である位置を位置エンファシス
回路12が補正し、補正済位置Ａを出力する。これと同時
に、頭部位置測定装置11の出力である位置は微分器13に
も入力され、ここで位置の単位時間当りの変化量、すな
わち速度を求める。この速度を速度エンファシス回路14
が補正し、補正済速度を出力する。さらにこれを積分器
15に通して補正済位置Ｂを得る。得られた補正済位置Ａ
と補正済位置Ｂを加算し、最終の補正済位置とする。画
像表示装置17は、この最終の補正済位置で示された位置
から見えるであろう画像を平面または立体画像としてデ
ィスプレイ上に出力する。この画像表示装置17は、あら
かじめ用意した複数の画像のうち最も適当な画像を選択
出力する方法でもよいし、CG描画する方法もある。

次に、この運動視差強調画像表示装置の各部の動作を
第２図と第６図を参照しながら説明する。なお、２つの
エンファシス回路として第３図（ａ）（ｂ）の特性のも
のを用いた場合についての例である。

第６図は、頭部がディスプレイの正面から右に移動し
て戻ってくるような動作を２往復し、最初はゆっくり２
度目は速く動いた場合の各部の波形である。まず、頭部
がこのような動きをしたとき、頭部位置測定装置は第６
図（ａ）のような波形を出力する。次に位置エンファシ
ス回路が第３図（ａ）のような特性で頭部位置に補正を
かけ、第６図（ｂ）のような補正済位置Ａを出力する。

一方、微分器を通った頭部位置、すなわち速度は、第
３図（ｂ）のような特性である速度エンファシス回路で
補正され、第６図（ｃ）のような補正済速度を出力す
る。これを積分器で積分すると第６図（ｄ）で示される
補正済位置Ｂになる。最後に加算器が補正済位置Ａと補
正済位置Ｂを加算し、第６図（ｅ）の実線で示される補
正済位置となる。第６図（ｅ）の破線は、第６図（ａ）
と同じく測定された頭部位置を示す。第６図（ｅ）で測
定された頭部位置を示す破線と補正済位置を示す実線を
比較すれば、ディスプレイの正面からの頭部位置の変位
が大きいときと、移動速度が速いときに補正済頭部位置
が大きい値を示し、頭部位置の変位を強調する。

ここで、２つのエンファシス回路について、その特性
図である第３図を見ながら説明する。第３図で示した特
性は、29インチNTSCディスプレイを２［ｍ］の距離から
立って観察したときのエンファシス特性の一例であり、
一般には、ディスプレイからの距離・ディスプレイの解
像度・絵柄・観察者の慣れ等で絶対数値は変りうる。

位置エンファシス回路の特性の一例を示す第３図
（ａ）を見ながら説明すると、位置エンファシス回路は
ディスプレイ面の法線上、すなわちディスプレイの正面
に近いところでは傾きが小さく、正面から離れるに従っ
て傾きが大きくなっている。これは次の理由による。頭
部の位置が姿勢として苦しいにもかかわらず正面から脇
の方に移動することは、被写体の側面を見たいという心
理の現われであり、姿勢の苦しさを画像の変化の大きさ
で緩和する目的で、このときに表示する画像は、実際の
観察者の位置よりもさらに脇の方から見た画像にする。
この傾きの大きさは、固定でもよいし、観察者の意志で
自由に変えることもできる。具体的には、第２図中の位
置エンファシス回路12に付属する半固定抵抗で調整す
る。

一方、速度エンファシス回路14の特性の一例を示す第
３図（ｂ）を見ながら説明すると、速度エンファシス回
路は速度の遅いときは０であり、早くなるに従い数値が
大きくなる。これは、以下の理由による。速度によって
も画像を変化させると、頭部位置と表示している画像の
対応がとれなくなる。すなわち、同じ頭の位置でもその
位置にいたるまでの移動の速度によって、表示されてい
る画像が異なってしまう。頭部がゆっくり動くというこ
とは、表示されている画像を見ながら移動していること
になるので、頭部位置と表示画像の対応をとり続ける必
要がある。

しかし、頭部が速く動くということは、表示されてい
る画像にはあまり関心がなく、早く別の画像が見たいと
いう心理の現われである。なぜならば動いているものに
対する人間の視力、すなわち動体視力が静止しているも
のに対する視力に比べて劣っているので、頭部位置が速
く移動するほど画像が見えにくくなる。

よって、見えにくくなるほどの速さで頭部が移動する
ときには画像に関心がないといえる。そこで、頭部の移
動速度が速いときには、頭部位置と表示画像の対応はと
らずに、心理の欲求にしたがって速く画像を変化させる
ことによって、目でみて知覚する頭の動きの速度が速く
なり、迫力感の強調になる。速度エンファシス回路14の
特性の傾きの大きさは、固定でもよいし、観察者の意志
で自由に変えることもできる。具体的には、第２図中の
速度エンファシス回路14に付属する半固定抵抗で調整す
る。

以上のような運動視差強調画像表示装置の効果を説明
すると、従来の方式では、大きな運動視差を得るために
は観察者が実際に大きく動く必要があった。ところが本
発明の実施例である運動視差強調画像表示装置では、小
さく動くだけで大きな運動視差が得られるので観察者の
疲労が少ないだけでなく、運動の速度情報まで取り入れ
ているため、見ている物体が本当に存在しているような
自然感を残したまま画像が迫ってくるような迫力感のあ
る画像を再生できた。この効果は特にディスプレイに近
づくように観察者が動いたときに顕著に現われる。

次に、第２の実施例を説明する。

第２の実施例は、測定する観察状態として頭部の向い
ている方向を変えたときの例である。ここで角度は理解
を容易にするため観察者の水平方向の角度だけを考えて
いる。本発明の概要図を示す第１図を参照すると、第２
の実施例は観察状態測定部として頭部方向測定装置21、
補正済観察状態決定部として加算器26を用いた視野拡大
画像表示装置である。ここで、加算器26の変わりに重み
平均計算回路、乗算器、最大値選択回路などを用いるこ
ともできる。

そこで、この装置のブロック図である第４図を参照し
ながら説明すると、頭部方向測定装置21が観察者の頭部
がどこを向いているか、すなわち顔の正面の向きを検出
し、その角度を出力する。この角度は、ディスプレイ面
の中央を向いたときを基準にして測定する。

次にこの角度を角度エンファシス回路22が補正し、補
正済角度Ａを出力する。一方、この角度は微分器23にも
入力され、ここで角度の単位時間当りの変化量、すなわ
ち角速度を求める。この角速度を角速度エンファシス回
路24が補正する。さらにこれを積分器25に通して補正済
み角度Ｂを得る。得られた補正済角度Ａと補正済角度Ｂ
を加算し、最終の補正済角度とする。

画像表示装置27は、この最終の補正済角度で示された
角度を向いたときに見えるであろう画像を平面または立
体画像としてディスプレイ上に出力する。この画像表示
装置27は、第１の実施例と同様に、あらかじめ用意した
複数の画像のうち最も適当な画像を選択出力する方法で
もよいし、CG描画する方法もある。

次に、この視野拡大画像表示装置の各部の動作を第４
図と第７図を参照しながら説明する。なお、２つのエン
ファシス回路として第５図（ａ）（ｂ）の特性のものを
用いた場合についての例である。第７図は、頭部の向い
ている方向をディスプレイの中央から右に移して後戻し
てくるような動作を２往復し、最初はゆっくり２度目は
速く動かした場合の各部の波形である。

まず、頭部がこのような動きをしたとき、頭部方向測
定装置21は第７図（ａ）のような波形を出力する。次
に、角度エンファシス回路22が第５図（ａ）のような特
性で頭部角度に補正をかけ、第７図（ｂ）のような補正
済角度Ａを出力する。

一方、微分器23を通った頭部角度、すなわち角速度
は、第５図（ｂ）のような特性である角速度エンファシ
ス回路24で補正され、第７図（ｃ）のような補正済角速
度を出力する。これを積分器25で積分すると第７図
（ｄ）で示される補正済角度Ｂになる。最後に加算器26
が補正済角度Ａと補正済角度Ｂを加算し、第７図（ｅ）
のような補正済角度を出力する。第７図（ｅ）を見る
と、ディスプレイの中央からの頭部の向いている方向の
変位が大きいときと移動角速度が速いときに補正済角度
が大きい値を示し、角度の変位を強調する。

ここで、２つのエンファシス回路について、その特性
図である第５図を見ながら説明する。第５図で示した特
性は、ハイビジョンディスプレイを視角が40［deg］に
なるような距離から観察したときのエンファシス特性の
一例であり、一般には、視角・ディスプレイの解像度・
絵柄・観察者の慣れ等で絶対数値は変りうる。

角度エンファシス回路の特性の一例を示す第５図
（ａ）を見ながら説明すると、エンファシス回路は角度
０であるディスプレイの中央で補正済角度出力が０、す
なわち第５図（ａ）の原点（0,0）を通る右上がりの特
性である。自然視では頭部の方向が変っても画像は不変
で、頭部の方向が変った分だけ目に入る像がかわるだけ
であるので、右上りの特性にすることで頭部の方向の変
化を強調したことになる。この傾きの大きさは、固定で
もよいし、観察者の意志で自由に変えることもできる。
具体的には、第４図中の角度エンファシス回路22に付属
する半固定抵抗で調整する。

一方、角速度エンファシス回路24の特性の一例を示す
第５図（ｂ）を見ながら説明すると、角速度エンファシ
ス回路24は速度の遅いときは０であり、速くなるに従い
数値が大きくなる。これは、以下の理由による。角速度
によっても画像を変化させると、頭部方向の角度と表示
している画像の対応がとれなくなる。すなわち、頭の方
向が同じでもその角度にいたるまでの移動の角速度によ
って、表示されている画像が異なってしまう。第１の実
施例でも説明したように、頭部がゆっくり動くというこ
とは、表示されている画像を見ながら移動していること
になるので、頭部の方向と表示画像の対応をとり続ける
必要がある。しかし、頭部が速く動くということは、表
示されている画像にはあまり関心がなく、早く別の画像
が見たいという心理の現われであるので、頭部の方向と
表示画像の対応はとらずに、心理の欲求にしたがって速
く画像を変化させることによって、不快感を感じずにデ
ィスプレイの画角が実際よりも広がって見える。角速度
エンファシス回路24の特性の傾きの大きさは、固定でも
よいし、観察者の意志で自由に変えることもできる。具
体的には、第４図中の角速度エンファシス回路24に付属
する半固定抵抗で調整する。

以上のような視野拡大画像表示装置の効果を説明する
と、頭部の向いている方向を少し変えると頭部の方向が
大きく変わったときに見える画像がディスプレイに表示
されるため、今まではディスプレイの画枠の中に画像が
あるように見えていたが、本発明の装置では非常に大き
い画像をディスプレイの画枠からのぞいているように見
える。しかもその画枠の位置が頭部の方向によって移動
するように見えるので、感覚的にディスプレイの画角が
広くなったような画像効果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、観察者が表示画
像の変化を要求しているときに限って大きく画像が変化
するような特性のエンファシスをかけることによって、
自然感を残したまま迫力感を強調し、しかも疲労感の少
ない画像表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概要図、 第２図は第１の実施例である運動視差強調画像表示装置
のブロック図、 第３図（ａ）は第１の実施例である運動視差強調画像表
示装置における位置エンファシス回路の特性の一例を示
す図、 第３図（ｂ）は同じく速度エンファシス回路の特性の一
例を示す図、 第４図は第２の実施例である視野拡大画像表示装置のブ
ロック図、 第５図（ａ）は、第２の実施例である視野拡大画像表示
装置における角度エンファシス回路の特性の一例を示す
図、 第５図（ｂ）は同じく角速度エンファシス回路の特性の
一例を示す図、 第６図は、第１の実施例である運動視差強調画像表示装
置の動作状態の一例を示す図、 第７図は第２の実施例である視野拡大画像表示装置の動
作状態の一例を示す図である。 １……観察状態測定部、 ２……静的変位エンファシス回路、 ４……動的変化量エンファシス回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−121389（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−121388（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−70284（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−301798（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G09G 5/00 - 5/40 H04N 13/00 - 15/00 G06T 17/40

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表示装置の観察者の静的変位を検出する静
   的変位検出手段と、 前記観察者の動的変化量を検出する動的変化量検出手段
   と、 前記２つの検出手段からの検出結果を示す信号に各々エ
   ンファシスをかけるエンファシス手段と、 該エンファシス手段によってエンファシスをかけられた
   後の信号に基づいて前記表示装置上の画像を変化させる
   手段とを具えたことを特徴とする画像表示装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の画像表示装置
   において、前記静的変位検出手段は前記観察者の頭部の
   ３次元位置を検出し、前記動的変化量検出手段は前記観
   察者の頭部の３次元位置の単位時間当りの動的変化量を
   検出し、前記エンファシス手段は前記観察者の頭部の３
   次元位置の動きで制御される前記表示装置の表示画像の
   変化量が自然な状態で見る画像の変化量より大きくなる
   ような特性をもつことを特徴とする画像表示装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載の画像表示装置
   において、前記静的変位検出手段は前記観察者の頭部に
   向いている方向の角度を検出し、前記動的変化量検出手
   段は前記観察者の頭部の向いている方向の角度の単位時
   間当りの動的変化量を検出し、前記エンファシス手段は
   前記観察者の頭部の方向の角度が変化するときに前記表
   示装置の表示画像も変化するような特性をもつことを特
   徴とする画像表示装置。