JP5844880B2 - ヘッドマウントディスプレイ、校正方法及び校正プログラム、並びに記録媒体 - Google Patents
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Description
記撮影手段の撮影画像に基づく情報を前記画像表示デバイス上で視認させるヘッドマウン
トディスプレイによって実行される校正方法は、前記撮影手段によって撮影された、前記
ヘッドマウントディスプレイを装着したユーザの鏡像の撮影画像に基づいて、前記画像表
示デバイスを介して観察される観察対象と前記情報との前記ユーザの視界における位置関係を調整するための校正を行う校正工程を備え、前記校正工程は、前記鏡像の撮影画像に含まれる前記撮影手段及び前記ユーザの眼球の位置関係に基づいて、前記撮影手段にて規定される座標系から前記画像表示デバイスにて規定される座標系へ座標変換するために用いられる座標変換パラメータを求めることで、前記校正を行い、前記校正工程は、前記鏡像の撮影画像から、前記ユーザの眼球の実像における中心位置を推定する第1推定工程と、前記第1推定工程によって推定された前記中心位置に基づいて、前記撮影手段にて規定される座標系の座標を、前記ユーザの眼球にて規定される座標系の座標へ変換するための第1パラメータを、前記座標変換パラメータの1つとして求める第1パラメータ算出工程と、前記第1推定工程によって推定された前記中心位置に基づいて、前記ユーザの眼球にて規定される座標系の座標を前記画像表示デバイスに投影するための第2パラメータを、前記座標変換パラメータの1つとして求める第2パラメータ算出工程と、を備える。
まず、本実施例に係るヘッドマウントディスプレイ(以下、適宜「HMD」と表記する。)の構成について説明する。
次に、本実施例に係る校正方法の概要について説明する。
次に、図6を参照して、本実施例で用いる座標系について説明する。図6に示すように、本実施例では、カメラ座標系、目座標系、画像表示デバイス座標系及びスクリーン座標系を用いる。なお、このような座標系は、制御部11が撮影画像に基づいて画像表示デバイス13に提示情報を表示させるに当たって、カメラ座標系からスクリーン座標系へ座標変換するために用いられる。
次に、本実施例に係る座標変換方法について説明する。ここで、座標変換の概要について簡単に説明する。まず、制御部11は、カメラ12の撮影画像を解析し、提示情報を提示する座標(以下、「提示座標」と呼ぶ。)を求める。次に、制御部11は、カメラ座標系での提示座標を目座標系へ変換し、変換後の座標を仮想スクリーン40に投影した投影座標を求める。次に、制御部11は、投影座標を画像表示デバイス座標系に変換し、変換後の座標をスクリーン座標系へ透視投影する。
次に、本実施例における座標変換パラメータの算出方法について説明する。本実施例では、HMD1の校正として、座標変換パラメータの算出を行う。前述したように、座標変換パラメータは、回転行列R1、R2、並進ベクトルt1、t2、仮想スクリーン40の平面の単位法線ベクトルne、及び、仮想スクリーン40の平面と目座標系の原点Oeとの距離hである。「R1」及び「t1」は、カメラ座標系から目座標系に変換するためのパラメータであり、以下では、これらをまとめて「第1パラメータ」と呼ぶ。「ne」及び「h」は、目座標系での座標を仮想スクリーン40の平面に投影するためのパラメータであり、以下では、これらをまとめて「第2パラメータ」と呼ぶ。「R2」及び「t2」は、目座標系から画像表示デバイス座標系に変換するためのパラメータであり、以下では、これらをまとめて「第3パラメータ」と呼ぶ。
以上説明した本実施例によれば、HMD1の校正を容易に行うことができる。具体的には、本実施例では、ユーザが鏡30に向き合うことで自動的に校正が行われるため、前述した先行技術文献に記載された技術と比較して、校正時におけるユーザの手間を少なくすることができる。また、このような校正は、ユーザの身近にある鏡30(手鏡など)を利用して実現できるので、本実施例によれば、校正用の特殊なもの(例えば校正用のマーカ)を携帯したり、使用環境に埋め込んだりする必要はない。
以下で、上記した実施例の変形例を提示する。下記の変形例は、任意に組み合わせて実施することができる。
上記したカメラ12として、ステレオカメラを用いても良い。カメラ12としてステレオカメラを用いた場合、位置及び方向についての推定精度を向上させることができる。また、ステレオカメラを用いると、マーカ12a、13aの大きさが未知であっても、撮影画像から3次元位置を推定することができる。そのため、マーカ12a、13aの大きさを制御部11に予め把握させておく必要はない。
上記では、撮影画像からカメラ12及び画像表示デバイス13の位置及び方向を推定するに当たって、マーカ12a、13aを用いる実施例を示したが、このようなマーカ12a、13aを用いなくても良い。他の例では、マーカ12a、13aを用いずに、カメラ12の形状の特徴及び画像表示デバイス13の形状の特徴を用いて、カメラ12及び画像表示デバイス13の位置及び方向を推定することができる。
上記では、ユーザの目20の位置として瞳孔中心位置を用いる実施例を示したが、瞳孔中心位置の代わりに、目20の光学中心位置を用いても良い。瞳孔中心位置と光学中心位置との関係を予め計測しておけば、撮影画像から目20の光学中心位置を推定することができる。このような光学中心位置を用いた場合には、瞳孔中心位置を用いた場合より、精度良く座標変換パラメータを求めることができる。
上記では、画像表示デバイス13の位置及び方向を推定して、当該位置及び当該方向に基づいて座標変換パラメータを求める実施例を示した。他の例では、画像表示デバイス13の位置及び方向を推定せずに、座標変換パラメータを求めることができる。カメラ12と画像表示デバイス13との位置関係が固定されている場合(例えばフレーム14で、これらが適切に固定されている場合)には、画像表示デバイス13の位置及び方向が一義的に決まるため、仮想スクリーン40の位置及び方向を推定しなくても良い。この場合には、図9に示したステップS204、S207、S210の処理を行わなくて良い。つまり、スクリーンマーカの検出、画像表示デバイス13の鏡像の位置及び方向の推定、仮想スクリーン40の中心位置及び方向の推定を行わなくて良い。
鏡像の撮影画像を得るために鏡30を用いることに限定はされない。鏡30の代わりに、所定以上の反射率を有するもの(例えばガラスなど)を用いて、鏡像の撮影画像を得ても良い。
上記では、鏡平面を推定するために、カメラ12の鏡像の光学中心位置及び光軸方向を推定する実施例を示したが、鏡にマーカを付加させ、それを撮影することで鏡平面を推定してもよい。この場合には、図9に示したステップS202、S205、S208の処理は行わなくてよい。
上記では、光学透過可能な画像表示デバイスとして、LCD13b、レンズ13c、ハーフミラー13dを用いる形態を示した。他の例では、透明有機ELや透明LCDを用いた透明ディスプレイや、例えば曇りガラスのような半透明の板上にLCDプロジェクターで投影するものでもよい。
11 制御部
12 カメラ
12a、13a マーカ
13 画像表示デバイス
13b LCD
13c レンズ
13d ハーフミラー
14 フレーム
Claims (10)
- 撮影手段及び光学透過可能な画像表示デバイスを有し、前記撮影手段の撮影画像に基づく情報を前記画像表示デバイス上で視認させるヘッドマウントディスプレイであって、
前記撮影手段によって撮影された、前記ヘッドマウントディスプレイを装着したユーザの鏡像の撮影画像に基づいて、前記画像表示デバイスを介して観察される観察対象と前記情報との前記ユーザの視界における位置関係を調整するための校正を行う校正手段を備え、
前記校正手段は、前記鏡像の撮影画像に含まれる前記撮影手段及び前記ユーザの眼球の位置関係に基づいて、前記撮影手段にて規定される座標系から前記画像表示デバイスにて規定される座標系へ座標変換するために用いられる座標変換パラメータを求めることで、前記校正を行い、
前記校正手段は、
前記鏡像の撮影画像から、前記ユーザの眼球の実像における中心位置を推定する第1推定手段と、
前記第1推定手段によって推定された前記中心位置に基づいて、前記撮影手段にて規定される座標系の座標を、前記ユーザの眼球にて規定される座標系の座標へ変換するための第1パラメータを、前記座標変換パラメータの1つとして求める第1パラメータ算出手段と、
前記第1推定手段によって推定された前記中心位置に基づいて、前記ユーザの眼球にて規定される座標系の座標を前記画像表示デバイスに投影するための第2パラメータを、前記座標変換パラメータの1つとして求める第2パラメータ算出手段と、
を備えることを特徴とするヘッドマウントディスプレイ。 - 前記校正手段は、
前記第1推定手段によって推定された前記中心位置に基づいて、前記ユーザの眼球にて規定される座標系の座標を、前記情報を前記画像表示デバイス上に表示させるために前記ヘッドマウントディスプレイにて規定される座標系の座標へ変換するための第3パラメータを、前記座標変換パラメータの1つとして求める第3パラメータ算出手段、
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載のヘッドマウントディスプレイ。 - 前記校正手段は、
前記鏡像の撮影画像から、前記撮影手段の鏡像における光学中心位置及び光軸方向を推定する第2推定手段と、
前記鏡像の撮影画像から、前記ユーザの眼球の鏡像における中心位置を推定する第3推定手段と、
前記第2推定手段によって推定された前記光学中心位置及び前記光軸方向に基づいて、前記鏡像を生成した鏡平面を推定する第4推定手段と、を更に備え、
前記第1推定手段は、前記第4推定手段によって推定された前記鏡平面、及び前記第3推定手段によって推定された前記中心位置に基づいて、前記ユーザの眼球の実像における中心位置を推定することを特徴とする請求項1または2に記載のヘッドマウントディスプレイ。 - 前記撮影手段には、マーカが付加されており、
前記校正手段は、前記鏡像の撮影画像に含まれる、前記撮影手段に付加された前記マーカに基づいて、前記校正を行うことを特徴とする請求項1または2に記載のヘッドマウントディスプレイ。 - 前記画像表示デバイスには、マーカが付加されており、
前記校正手段は、前記鏡像の撮影画像に含まれる、前記画像表示デバイスに付加された前記マーカに基づいて、前記校正を行うことを特徴とする請求項1または2に記載のヘッドマウントディスプレイ。 - 前記校正手段によって求められた前記座標変換パラメータを用いて前記座標変換を行うことで、前記情報を前記画像表示デバイス上に表示させる制御を行う表示制御手段を更に備えることを特徴とする請求項1または2に記載のヘッドマウントディスプレイ。
- 前記校正手段は、
前記鏡像の撮影画像から、前記画像表示デバイスの鏡像における位置及び方向を推定する第5推定手段と、
前記第4推定手段によって推定された前記鏡平面、及び前記第5推定手段によって推定された前記位置及び前記方向に基づいて、前記画像表示デバイスの実像における位置及び方向を推定する第6推定手段と、を更に備え、
前記第2パラメータ算出手段は、前記第1推定手段によって推定された前記中心位置、及び前記第6推定手段によって推定された前記位置及び前記方向に基づいて、前記第2パラメータを求め、
前記第3パラメータ算出手段は、前記第1推定手段によって推定された前記中心位置、及び前記第6推定手段によって推定された前記位置及び前記方向に基づいて、前記第3パラメータを求めることを特徴とする請求項3に記載のヘッドマウントディスプレイ。 - 前記ユーザの眼球の中心位置は、瞳孔中心位置又は光学中心位置が用いられることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のヘッドマウントディスプレイ。
- 撮影手段及び光学透過可能な画像表示デバイスを有し、前記撮影手段の撮影画像に基づく情報を前記画像表示デバイス上で視認させるヘッドマウントディスプレイによって実行される校正方法であって、
前記撮影手段によって撮影された、前記ヘッドマウントディスプレイを装着したユーザの鏡像の撮影画像に基づいて、前記画像表示デバイスを介して観察される観察対象と前記情報との前記ユーザの視界における位置関係を調整するための校正を行う校正工程を備え、
前記校正工程は、前記鏡像の撮影画像に含まれる前記撮影手段及び前記ユーザの眼球の位置関係に基づいて、前記撮影手段にて規定される座標系から前記画像表示デバイスにて規定される座標系へ座標変換するために用いられる座標変換パラメータを求めることで、前記校正を行い、
前記校正工程は、
前記鏡像の撮影画像から、前記ユーザの眼球の実像における中心位置を推定する第1推定工程と、
前記第1推定工程によって推定された前記中心位置に基づいて、前記撮影手段にて規定される座標系の座標を、前記ユーザの眼球にて規定される座標系の座標へ変換するための第1パラメータを、前記座標変換パラメータの1つとして求める第1パラメータ算出工程と、
前記第1推定工程によって推定された前記中心位置に基づいて、前記ユーザの眼球にて規定される座標系の座標を前記画像表示デバイスに投影するための第2パラメータを、前記座標変換パラメータの1つとして求める第2パラメータ算出工程と、
を備えることを特徴とする校正方法。 - 撮影手段及び光学透過可能な画像表示デバイスを有し、前記撮影手段の撮影画像に基づく情報を前記画像表示デバイス上で視認させると共に、コンピュータを備えるヘッドマウントディスプレイによって実行される校正プログラムであって、
前記撮影手段によって撮影された、前記ヘッドマウントディスプレイを装着したユーザの鏡像の撮影画像に基づいて、前記画像表示デバイスを介して観察される観察対象と前記情報との前記ユーザの視界における位置関係を調整するための校正を行う校正手段、として前記コンピュータを機能させ、
前記校正手段は、前記鏡像の撮影画像に含まれる前記撮影手段及び前記ユーザの眼球の位置関係に基づいて、前記撮影手段にて規定される座標系から前記画像表示デバイスにて規定される座標系へ座標変換するために用いられる座標変換パラメータを求めることで、前記校正を行い、
前記校正手段は、
前記鏡像の撮影画像から、前記ユーザの眼球の実像における中心位置を推定する第1推定手段と、
前記第1推定手段によって推定された前記中心位置に基づいて、前記撮影手段にて規定される座標系の座標を、前記ユーザの眼球にて規定される座標系の座標へ変換するための第1パラメータを、前記座標変換パラメータの1つとして求める第1パラメータ算出手段と、
前記第1推定手段によって推定された前記中心位置に基づいて、前記ユーザの眼球にて規定される座標系の座標を前記画像表示デバイスに投影するための第2パラメータを、前記座標変換パラメータの1つとして求める第2パラメータ算出手段と、
を備えることを特徴とする校正プログラム。
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