JP3956543B2

JP3956543B2 - 自動補正機構付き広視野角表示装置

Info

Publication number: JP3956543B2
Application number: JP20990599A
Authority: JP
Inventors: 智行畑中; 弘泰中西
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2019-07-23
Also published as: JP2001036839A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリーンに実写ビデオ画像もしくはインターラクティブなＣＧ画像を投影する仮想現実感体験装置に関するものであり、特に、体験者から観測される画像に生じる歪みを解消するための自動補正機構付き広視野角表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドーム型の仮想現実感体験装置を使用する場合、スクリーンの形状、投影機からの距離の不均一、投影機自体の歪みなどにより、スクリーンに投影された画像には歪みが生じる。この歪みは、画像出力時に計算機等による画像処理により解消可能であり、一般にテキスチャマップと呼ばれる演算と同様な手順で実現可能である（特願平１１−４４２２６号）。この際、テキスチャマップに使用する座標変換テーブルを算出する必要があり、これは主に幾何学的な形状から算出できる。現在、この手法で座標変換テーブルを計算し、その後、投影機自身の歪み等の計算に含まれ得ない要因による歪み等を手作業による修正で解消している。これには多くの時間を要し、しかも、体験者の視点位置に応じて真にインターラクティブに補正を行うことが困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述のような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、広視野角の表示装置において、スクリーンに投影された画像に現れる歪みを解消するための座標変換テーブルの作成を自動化し、高没入感を実現するうえで不可欠な歪みの補正作業を省力化することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、スクリーンに投影された画像に現れる歪みを解消するための座標変換テーブルは、投影機の入力画像の各点が最終的には体験者の視点位置に対してどの方向にあたるかを意味しているものであることに着目し、投影機から補正用画像（テストパターン）を投影し、体験者の位置に置いたＣＣＤカメラで観測し、両者のパターンマッチ、画像処理でこの座標変換テーブルを作成する。ここで、テストパターンとしては、最も簡単な例では、様々な場所に１つの光点のみを描いた絵が用いられる。
【０００５】
また、体験者の種々の移動に対してこの座標変換テーブルを予め用意しておき、体験者の位置から使用すべき座標変換テーブルへの対応表を作成しておくことで、動的に体験者にとって最適な歪み補正を実行することにより、真にインターラクティブな補正が可能になる（請求項１）。この対応表は、幾何学的な形状を加味することでサンプル点が多くなくとも作成可能である。
こうした補正ができれば、例えば、投影機の像を凸面鏡で反射するなどの簡易な手法で、歪みの無い広視野角画像を体験者に提供することができる（請求項２）。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の高没入感画像表示装置の構成を図１に示す。図１において、スクリーン１は水平方向、垂直方向ともに曲率を有する球面上のスクリーンである。プロジェクタ２は、凸面鏡３を介して画像をスクリーン１上へ投影する。また、体験者の位置には、補正用のＣＣＤカメラ４があり、その画像は、プロジェクタ２に画像を供給する歪み補正装置５に入力される。また、体験者の位置を撮像するためのＣＣＤカメラ６が体験者の上方にあり、この画像もまた歪み補正装置５に入力されている。図中、２１はプロジェクタ２を支える支持部材、４１，６１はＣＣＤカメラ４，６を支える支持部材、４２は体験者が座る椅子である。
【０００７】
歪み補正装置５では、自ら出力した補正用の画像パターン（例えば１点だけの光点）の投影された様子をＣＣＤカメラ４から得る。この画像は当然、スクリーン１上に１点の光点のみがある絵になっている。歪み補正装置５は、ここで投影出力中の光点の座標が、実際にどの位置に投影されているかを算出できる。この工程を光点の位置を移動させながら繰り返せば、歪み補正装置５の内部には、この光学系に固有の補正マップ（座標変換テーブル）を作成できる。
【０００８】
また、ＣＣＤカメラ６からの映像で、体験者がいない場合と体験者がいる場合の差分により体験者の位置を算出することができ、これにより動的に体験者の視点での最適な歪み補正が行える。すなわち、予め体験者の様々な位置に応じた補正マップを作成しておき、体験者の位置を検出して、その検出された位置に応じた補正マップを使用して歪み補正を行えば、体験者が位置を変えても画像に歪みが生じることは無くなる。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１によれば、体験者から観測される画像に生じる歪みを解消し、自然な画像投影が可能になり、また、歪み補正のための調節工数を省力化でき、かつまた、体験者の位置に関してインターラクティブに対応することが可能となり、動く体験者に対して、常に最適な状態の歪み補正を行うことが可能となる。
請求項２によれば、凸面鏡のような簡易な光学系で、広視野角画像を提供する表示装置を作成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示装置の一実施例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の表示装置の一実施例の平面図である。
【符号の説明】
１スクリーン
２プロジェクタ
３凸面鏡
４ＣＣＤカメラ
５歪み補正装置
６ＣＣＤカメラ

Claims

体験者に凹面を向けた広視野角のスクリーンに実写ビデオ画像もしくはインターラクティブなＣＧ画像を投影する高没入感画像表示装置であって、スクリーンに投影したテストパターンを体験者の視点から撮り込むカメラと、前記カメラにより取り込まれた画像に基づいて体験者から観測される画像に生じる歪みを解消するための歪み補正用のマップを作成する手段とを備える広視野角表示装置において、体験者の上方から体験者を撮像する手段と、撮像された体験者の画像により体験者とスクリーンの相互位置関係を算出する手段と、算出された体験者の位置に基づいて体験者の種々の移動に対して予め作成された複数の歪み補正用のマップのなかから最適な歪み補正用のマップを選択する手段を備えることを特徴とする自動補正機構付き広視野角表示装置。
請求項１において、凸面鏡を用いて投影機の像を拡大、伸長してスクリーンに投影することを特徴とする自動補正機構付き広視野角表示装置。