疑似３次元表示方法および疑似３次元表示装置
【課題】奥行き情報なしで、かつ輝度を各表示面に分配することなく、擬似的に３次元立体像を容易に表示可能な疑似３次元立体表示方法を提供する。
【解決手段】観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に、前記観察者から見て重なるように２次元像を表示して擬似的に３次元立体像を表示する疑似３次元立体表示方法であって、前記各表示面毎に異なる輝度特性を用いて、１つの２次元像を前記各表示面に表示する。前記各表示面の輝度特性として、γ値が異なるγ関数を用いる。あるいは、前記各表示面の輝度特性として、入力画像の輝度値を横軸、表示面に表示する輝度値を縦軸として、隣接する２つの表示面の輝度特性をグラフに表したときに、得られる２つの曲線が１箇所で交差するような輝度特性を用いる。
【解決手段】観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に、前記観察者から見て重なるように２次元像を表示して擬似的に３次元立体像を表示する疑似３次元立体表示方法であって、前記各表示面毎に異なる輝度特性を用いて、１つの２次元像を前記各表示面に表示する。前記各表示面の輝度特性として、γ値が異なるγ関数を用いる。あるいは、前記各表示面の輝度特性として、入力画像の輝度値を横軸、表示面に表示する輝度値を縦軸として、隣接する２つの表示面の輝度特性をグラフに表したときに、得られる２つの曲線が１箇所で交差するような輝度特性を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、疑似３次元表示方法および疑似３次元表示装置に係り、特に、奥行き情報のない２次元像を入力画像とし、入力画像の距離情報を用いることなくＤＦＤ方式の各表示面に表示する各２次元像を生成し、疑似３次元画像を表示する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制でき、かつ、簡便に、立体メガネを用いないで３次元表示が可能な、ＤＦＤ（Depth-Fused-3D）方式の３次元表示装置を提案している（下記、特許文献１，特許文献２参照）。
前述した提案済みの３次元表示装置は、複数の表示面に２次元像を表示し、この複数の表示面に表示される２次元像の輝度（あるいは、透過度）を各表示面毎に変化させて３次元立体像を表示する。
［本発明の基本となるＤＦＤ方式の３次元表示装置の一例］
以下、図１ないし図６を用いて、本発明の基本となるＤＦＤ方式の３次元表示装置について説明する。なお、図１ないし図６は、前述の特許文献１に、図１ないし図６として記載されている図である。
図１に示す３次元表示装置では、観察者１００の前面に複数の面、例えば、表示面（１０１，１０２）（表示面１０１が表示面１０２より観察者１００に近い）を設定し、これらの表示面（１０１，１０２）に複数の２次元像を表示するために、２次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系１０３を構築する。
図１に示す３次元表示装置では、図２に示すように、観察者１００に提示したい３次元物体１０４を、観察者１００の両眼の視線方向から、前述の表示面（１０１，１０２）へ射影した像（以下、「２Ｄ化像」と呼ぶ）（１０５，１０６）を生成する。
この２Ｄ化像の生成方法としては、例えば、視線方向から３次元物体１０４をカメラで撮影した２次元像を用いる方法、あるいは別の方向から撮影した複数枚の２次元像から合成する方法、あるいはコンピュータグラフィックによる合成技術やモデル化を用いる方法など種々の方法がある。
【０００３】
図１に示すように、前記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、各々表示面１０１と表示面１０２の双方に、観察者１００の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるように表示する。これは、例えば、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の中心位置や重心位置の配置と、各々の像の拡大・縮小を制御することで可能となる。
本発明の基本となる３次元表示装置の重要な要点は、前述の構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、３次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えることである。
その２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度の変え方の一例について説明する。なお、ここでは、白黒図面であるため、分かりやすいように、以下の図面では、輝度の高い方を濃く示してある。
例えば、３次元物体１０４が表示面１０１上にある場合には、図３に示すように、この上の２Ｄ化像１０５の輝度を３次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。
次に、例えば、３次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側に少し寄った位置にある場合には、図４に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度を少し下げ、２Ｄ化像１０６の輝度を少し上げる。
【０００４】
次に、例えば、３次元物体１０４が観察者１００よりさらに遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側にさらに寄った位置にある場合には、図５に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度をさらに下げ、２Ｄ化像１０６の輝度をさらに上げる。
遂に、例えば、３次元物体１０４が表示面１０２上にある場合には、図６に示すように、この上の２Ｄ化像１０６の輝度を３次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度はゼロとする。
このように表示することにより、観察者１００の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが２Ｄ化像（１０５，１０６）であっても、観察者１００にはあたかも表示面（１０１，１０２）の中間に３次元物体１０４が位置しているように感じられる。
例えば、表示面（１０１，１０２）にほぼ等輝度の２Ｄ化像（１０５，１０６）を表示した場合には、表示面（１０１，１０２）の奥行き位置の中間付近に３次元物体１０４があるように感じられる。この場合に、この３次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
前記した２次元表示装置としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、ＤＭＤ、プロジェクション方式ディスプレイ、オシロスコープのような線描画型ディスプレイなどを用い、光学素子としては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
【０００５】
なお、本発明の基本となる３次元表示装置において、表示面（１０１，１０２）に表示する２次元像は、例えば、図７に示す画像生成装置２１０により生成される。この画像生成装置２１０に入力する入力画像２００は、ＲＧＢ画像２１１とＺ画像（ＲＧＢ画像に対応する距離画像）２１２とを有する。
画像生成装置２１０は、入力されたＲＧＢ画像２１１とＺ画像（ＲＧＢ画像に対応する距離画像）２１２とから、３次元立体像を表示する奥行き位置に応じて表示面（１０１，１０２）に表示する２次元像の各画素の輝度を算出し、即ち、各画像に輝度を分配するための輝度変換処理（輝度分配処理）を行い、表示面（１０１，１０２）に表示する２次元像（図７の２次元像１と、２次元像２）を生成する。
このように、前述の特許文献１に記載のＤＦＤ方式の３次元表示方法では、３次元立体像を表示するための入力情報として、２次元像と、その２次元像の各画に対する奥行き情報（距離情報）が必要となる。さらに、前述の特許文献１に記載のＤＦＤ方式の３次元表示方法では、３次元立体像を表示するためには、２次元像とその２次元像に対する奥行き画像（距離情報）から、３次元立体像を表示する奥行き位置に応じて各表示面に表示する２次元像の各画素の輝度を算出し、各画像に輝度を分配するための輝度変換処理（輝度分配処理）が必要であった。
【０００６】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【特許文献１】特許第３０２２５５８号明細書
【特許文献２】特許第３４６０６７１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
実写画像、例えば、通常のカメラで撮像した実写画像では、テクスチャのみの情報となり、物体の存在する奥行き位置を示す奥行き情報は取得できない。
一方、前述の特許文献１に記載のＤＦＤ方式の３次元表示方法では、３次元立体像を表示するために、２次元像の各画素の奥行き情報を用いて各表示面に表示する２次元像の各画素の輝度を求めている。
そのため、通常のカメラで撮像した１枚の画像からは、各表示面に表示する２次元像の各画素の輝度を求めることができなかった。
また、前述の特許文献１に記載のＤＦＤ方式の３次元表示方法では、各表示面に表示する２次元像の各画素に対して、奥行き情報に応じて輝度分配を行うための輝度変換処理が必要であった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、奥行き情報なしで、かつ輝度を各表示面に分配することなく、擬似的に３次元立体像を容易に表示可能な疑似３次元立体表示方法および疑似３次元立体表示装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的及び新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に前記観察者から見て重なるように２次元像を表示して擬似的に３次元立体像を表示する疑似３次元表示方法であって、前記各表示面毎に異なる輝度特性あるいは透過度特性を用いて、１つの２次元像を前記各表示面に表示する。
（２）（１）において、前記各表示面の輝度特性あるいは透過度特性として、γ値が異なるγ関数を用いる。
（３）（２）において、隣接する２つの表示面の中で前記観察者から見て手前にある表示面の輝度特性のγ値が、前記観察者から見て奥にある表示面の輝度特性のγ値よりも大きな値である。
（４）（１）において、前記各表示面の輝度特性あるいは透過度特性として、入力画像の輝度値を横軸、表示面に表示する輝度値あるいは透過度を縦軸として、隣接する２つの表示面の輝度特性あるいは透過度特性をグラフに表したときに、得られる２つの曲線が１箇所で交差するような輝度特性あるいは透過度特性を用いる。
（５）（４）において、前記隣接する２つの表示面の輝度特性は、入力画像の輝度値が小さな値の場合には前記観察者から見て奥にある表示面の輝度値が前記観察者から見て手前にある表示面の輝度値よりも大きな値となり、入力画像の輝度値が大きな値の場合には前記観察者から見て手前にある表示面の輝度値が前記観察者から見て奥にある表示面の輝度値よりも大きな値となる。
（６）また、本発明は、前述の疑似３次元立体表示方法を実行する擬似３次元立体表示装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明の疑似３次元立体表示方法および疑似３次元立体表示装置によれば、奥行き情報なしで、かつ輝度を各表示面に分配することなく、擬似的に３次元立体像を容易に表示可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施例１］
図８は、本発明の実施例１の疑似３次元立体表示装置に使用される画像生成装置２２０の構成を示すブロック図である。なお、図８は、表示面が、１０１と１０２の２枚の場合の構成を図示している。
本実施例では、入力画像２００は、例えば、通常のカメラで撮像した実写画像のようなテクスチャのみの情報であり、物体の存在する奥行き位置を示す奥行き情報は有していない。
画像生成装置２２０は、１０１と１０２の各表示面の輝度特性（入力画像の画素値と、出力画像の画素値との対応関係）（２２１，２２２）を保有し、入力画像を入力として、各表示面に出力する２次元像（図８では、２次元像１と、２次元像２）を出力とする。なお、入力画像２００は、輝度値のみを持つ画像、あるいは、カラー画像のいずれでも良い。
画像生成装置２２０は、「入力画像の輝度値と表示面に表示する輝度値の対応関係」を記録した輝度特性（２２１，２２２）を、例えば、テーブルの形式で各表示面毎に保持している。
本実施例では、画像生成装置２２０は、各表示面に対して輝度分配を行うことはせずに、各表示面（１０１，１０２）の輝度特性（２２１，２２２）を参照することで、入力画像２００から、各表示面（１０１，１０２）に表示する２次元像を生成する。
ここで、入力画像２００が濃淡画像の場合、各表示面（１０１，１０２）には１つの輝度特性が割り当てられる。また、入力画像２００が、カラー画像の場合、各表示面（１０１，１０２）の輝度特性は、Ｒ，Ｇ，Ｂに代表される、３つの輝度特性から構成されることとしても良い。
本発明は、１枚の入力画像（２次元像）２００から、各表示面に表示する２次元像を生成する方法および装置であり、生成した２次元像を３次元立体表示するための装置構成として、前述の特許文献１に記載された装置構成を用いることができる。
【００１１】
［輝度特性１］
本実施例では、各表示面に割り当てる輝度特性を異なる輝度特性となし、１枚の入力画像から生成される各表示面に表示する２次元像を、異なる輝度分布を持つ画像としている。以下、各表示面（１０１，１０２）の輝度特性（２２１，２２２）の一例について説明する。
ＤＦＤ方式の３次元立体表示装置では、複数の表示面に表示される２次元像の輝度値の違いにより、観察者が奥行きを知覚するため、各表示面に表示する２次元像の輝度分布に違いがある場合、観察者は輝度の違いに応じた奥行きを知覚することとなる。
例えば、図９を用いて本実施例の具体的な動作の例を示す。
図９は、本発明の実施例の疑似３次元立体表示方法における輝度特性の一例を説明するための図である。
２枚の表示面（１０１，１０２）を持つＤＦＤ方式の３次元表示方法において、観察者１００から見て前側の表示面（図９（ａ）の表示面１０１）に、図９（ｂ）の１１１に示す輝度特性を割り当てて前面の表示面１０１に表示する２次元像１５を生成し、観察者１００から見て後側の表示面（図９（ａ）の表示面１０２）に、図９（ｂ）の１１２に示す輝度特性を割り当てて後面の表示面１０２に表示する２次元像１６を生成する。
なお、図９（ｂ）のグラフは、各表示面（１０１，１０２）の輝度特性を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は各表示面（１０１，１０２）に表示する画像の輝度値である。
同様に、図９（ｃ）のグラフは、２つの表示面（１０１，１０２）に表示する輝度値の和の輝度値（総合輝度）を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は２つの表示面（１０１，１０２）に表示される輝度値の和の輝度値（総合輝度）である。
【００１２】
図９（ａ）に示すように、１５と１６の２次元像をそれぞれ、１０１と１０２の表示面に表示した場合、観察者１００に知覚される奥行き情報を図９（ｄ）に示す。なお、図９（ｄ）のグラフは、３次元立体像を観察した場合に、観察者１００により知覚される３次元立体像の奥行き位置（見かけ奥行き位置）を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は見かけ奥行き位置である。
図９（ｄ）の縦軸（見かけ奥行き位置）が「１」は、観察者１００から見て手前の表示面１０１と同じ奥行き位置に３次元像が知覚されることを表し、縦軸が「０」は、観察者１００から見て奥側の表示面１０２と同じ奥行き位置に３次元像が知覚されることを表している。なお、見かけ奥行き位置が０．５とは、図９（ａ）の“奥行き位置中心”の奥行き位置を示す。
図９（ａ）に示すような輝度特性を各表示面（１０１，１０２）に割り当てた場合、図９（ｄ）に示すように、入力画像の全ての輝度値に対して、観察者１００から見た見掛けの奥行き位置が奥行き位置中心（図９（ｄ）の縦軸、見かけ奥行き位置０．５に該当）よりも観察者１００から見て手前に３次元立体像１４が知覚されることになる。つまり、観察者１００には、図９（ａ）の３次元立体像１４の位置に表示面があり、この表示面に入力画像を表示する場合と同等と知覚される。
図９（ｂ）の１１１、１１２のグラフの形状が異なることは、観察者１００から見て前面、後面の２つの表示面（１０１，１０２）に異なる輝度特性が割り当てられていることを示す。また、観察者１００から見ると、図９（ｃ）に示すように、２つの表示面（１０１，１０２）に表示される輝度値の和の輝度値（総合輝度）が観察される。なお、３次元立体像１４の総合輝度を高くすると、明るい立体感のある高画質な３次元立体像として知覚されるという効果がある。
また、図９（ｂ）の１１１のグラフを図９（ａ）の表示面１０２の輝度特性とし、かつ、図９（ｂ）の１１２のグラフを図９（ａ）の表示面１０１の輝度特性とした場合、観察者１００は、奥行き中心位置よりも観察者１００から見て奥に３次元立体像を知覚する。
【００１３】
［輝度特性２］
一般的に、表示装置の輝度特性はγ関数であらわされる。したがって、画像生成装置２２０が保有する各表示面（１０１，１０２）の輝度特性（２２１，２２２）として、γ関数を用いると、人が見て自然な輝度分布を持つ２次元像を生成可能になるという効果がある。
さらに、２枚の表示面（１０１，１０２）の前面に、図１０（ａ）の１１１、後面に図１０（ａ）の１１２に示すような輝度特性を割り当てた場合、つまり、前面に割り当てた輝度特性の輝度値が、常に、後面に割り当てた輝度特性の輝度値よりも大きな値を持つようなγ関数を、前面、後面の表示面（１０１，１０２）に割り当てた場合には、観察者１００には、輝度が高い領域は、輝度が低い領域と比較して、手前にある様に知覚される。
人間は、明るい部分が手前に、暗い部分が遠くに表示された３次元立体画像を自然と感じるため、２枚の表示面（１０１，１０２）の前面に図１０（ａ）の１１１、後面に図１０（ａ）の１１２に示すような輝度特性を割り当てた場合、生成される擬似３次元立体像は人の目から見て自然な画像になるという効果が得られる。
なお、図１０は、本発明の実施例の疑似３次元立体表示方法における輝度特性の他の例を説明するための図である。
図１０（ａ）のグラフは、各表示面（１０１，１０２）の輝度特性を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は各表示面（１０１，１０２）に表示する画像の輝度値である。
図１０（ｂ）のグラフは、２つの表示面（１０１，１０２）に表示する輝度値の和の輝度値（総合輝度）を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は２つの表示面（１０１，１０２）に表示される輝度値の和の輝度値（総合輝度）である。
図１０（ｃ）のグラフは、３次元立体像を観察した場合に、観察者１００により知覚される３次元立体像の奥行き位置（見かけ奥行き位置）を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は見かけ奥行き位置である。
【００１４】
［輝度特性３］
前述の輝度特性１、２により表示する擬似３次元立体像は、観察者１００から見て２枚の表示面（１０１，１０２）の中間位置よりも手前側のみ、もしくは奥側のみにしか知覚されない。
観察者１００から見て奥側の表示面１０２の方が、手前側の表示面１０１よりも高い輝度を持つ場合と、観察者１００から見て手前側の表示面１０１の方が、奥側の表示面１０２よりも高い輝度を持つ場合の双方の状況が発生する場合、２枚の表示面（１０１，１０２）の中間の位置の前後双方に擬似３次元立体像を可能となる。
２枚の表示面（１０１，１０２）の観察者１００から見て前面に図１１（ａ）の１１１、後面に図１１（ａ）の１１２に示すような輝度特性を割り当てた場合、つまり、前後２枚の表示面（１０１，１０２）の輝度特性が暗部から明部にかけてどこか１点で交差する様な輝度特性を、前後２枚の表示面（１０１，１０２）に割り当てた場合には、２枚の表示面（１０１，１０２）の中間の位置の前後双方に擬似３次元立体像を可能となる。
したがって、この場合、表示される擬似３次元立体像の奥行き方向の表示可能なレンジを広くすることができる。
また、前後の表示面（１０１，１０２）を重ねて表示するため、観察者１００に観察される総合輝度値は、図１１（ｂ）に示すようになり、観察者１００から見た３次元立体像の見かけ奥行き位置は図１１（ｃ）に示す特性となる。
図１１（ｃ）に示すように、観察者１００は、明部領域では奥行き中心位置よりも観察者１００から見て手前側、暗部領域では奥行き中心位置よりも観察者１００から見て奥側に３次元立体像を知覚するため、凹凸のある３次元立体像が表示可能となる。
【００１５】
なお、図１１は、本発明の実施例の疑似３次元立体表示方法における輝度特性の他の例を説明するための図である。
図１１（ａ）のグラフは、各表示面（１０１，１０２）の輝度特性を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は各表示面（１０１，１０２）に表示する画像の輝度値である。
図１１（ｂ）のグラフは、２つの表示面（１０１，１０２）に表示する輝度値の和の輝度値（総合輝度）を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は２つの表示面（１０１，１０２）に表示される輝度値の和の輝度値（総合輝度）である。
図１１（ｃ）のグラフは、３次元立体像を観察した場合に、観察者１００により知覚される３次元立体像の奥行き位置（見かけ奥行き位置）を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は見かけ奥行き位置である。
具体的な輝度特性の例として、後面の表示面１０２の輝度特性がγが１．０のγ関数で与えられ、かつ、前面の表示面１０１の輝度特性がγが１．０よりも小さな値のγ関数で与えられる場合、前後２枚の表示面（１０１，１０２）の輝度特性が暗部から明部にかけてどこか１点で交差するという特性が満たされる。
なお、前述の説明では、画像生成装置２２０が各表示面（１０１，１０２）の輝度特性を保持し、各表示面（１０１，１０２）に表示する２次元像を生成する構成としたが、輝度特性は表示デバイス毎に異なる。例えば、３次元立体像の正確な奥行き位置を表現するため前後に表示する２次元表示装置のγ特性を揃える事が必要になる場合もある。
また、ＣＲＴとプラズマディスプレイのように、表示デバイスの種類が異なる場合、γ特性は変化する。例えば、ＣＲＴのγ値は１．８、ディスプレイのγ値は２．２である。したがって、表示デバイスを変更すると、γ特性、つまり輝度特性を変更するのと同等の効果が得られる場合がある。
また、前述の説明では、各表示面（１０１，１０２）の輝度特性を画像生成装置２２０にて保持する構成を示したが、複数の表示面（１０１，１０２）のうち、画像生成装置２２０で１つ以上の表示面の輝度特性を保有して、その表示面に対する２次元像を生成し、画像生成装置２２０で輝度特性を保有しない表示面については入力画像と同じ２次元像を表示するものとしても良い。
【００１６】
［実施例２］
図１２は、本発明の実施例２の疑似３次元立体表示装置の構成を示すブロック図である。なお、図１２は、表示面が、１０１と１０２の２枚の場合の構成を図示している。また、図１２において、１４ａ，１４ｂは３次元立体像であり、１０８は、表示面１０１と表示面１０２との間の間隔（奥行き幅）である。
本実施例では、輝度特性変換装置３０１を利用することで、ハードウェア的に表示面（１０１，１０２）の輝度特性を変更するものである。なお、輝度特性は、前述の輝度特性１〜輝度特性３の手法を採用することができる。
図１２では、輝度特性変換装置３０１により表示面１０１の輝度特性を変更しているが、各表示面（１０１，１０２）に対して輝度特性変換装置を設ける構成としても良い。
なお、前述した説明では、表示面は、１０１と１０２の２枚の場合について説明したが、この表示面は、前述の特許文献１にも記載されているように、２枚以上であってもよいことは言うまでもない。
また、前述の説明では、各表示面を構成する２次元表示装置として、発光型の透過型ディスプレイを使用した場合について説明したが、前述の特許文献２に記載されているように、各表示面を構成する２次元表示装置として、吸収型の透過型ディスプレイを使用することも可能である。この場合、前述の各グラフで説明した各表示面毎の輝度特性は、各表示面毎の透過度特性となる。
【００１７】
但し、透過度の場合は、前後の表示面に表示する２次元像の透過度により、観察者に知覚される３次元立体像の奥行き位置は以下のようになる。
例えば、３次元物体１０４が表示面１０１上にある場合には、表示面１０１を構成する透過型表示装置の透過度を、２Ｄ化像１０５の輝度が３次元物体１０４の輝度に等しくなるように設定し、表示面１０２を構成する透過型表示装置の透過度を、例えば、その透過型表示装置の最大値とする。
次に、例えば、３次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかって、表示面１０１を構成する透過型表示装置より、表示面１０２を構成する透過型表示装置側に少し寄った位置にある場合には、表示面１０１を構成する透過型表示装置上の２Ｄ化像１０５の透過度を少し増加させ、表示面１０２を構成する透過型表示装置上の２Ｄ化像１０６の透過度を少し減少させる。
さらに、例えば、３次元物体１０４が観察者１００よりさらに遠ざかって、表示面１０１を構成する透過型表示装置より、表示面１０２を構成する透過型表示装置側にさらに寄った位置にある場合には、表示面１０１を構成する透過型表示装置上の２Ｄ化像１０５の透過度をさらに増加させ、表示面１０２を構成する透過型表示装置上の２Ｄ化像１０６の透過度をさらに減少させる。
遂に、例えば、３次元物体１０４が、表示面１０２を構成する透過型表示装置上にある場合には、表示面１０２を構成する透過型表示装置上の透過度を、２Ｄ化像１０６の輝度が３次元物体１０４の輝度に等しくなるように設定し、表示面１０１を構成する透過型表示装置上の２Ｄ化像１０５の透過度を、例えば、その透過型表示装置の最大値とする。
【００１８】
以上説明したように、本実施例では、奥行き情報なしで、かつ輝度を各表示面に分配するための輝度分配処理なしで、擬似的に３次元立体像を容易に表示可能となる。即ち、ＤＦＤ方式の３次元表示方法では、輝度値（あるいは透過度）の差により観察者１００が凹凸を感じるため、各表示面に対して異なる輝度特性（あるいは透過度特性）を割り当てることにより、観察者１００は、明るい領域や暗い領域といった輝度（あるいは透過度）の差により凹凸を感じる効果がある。
本実施例では、２次元像で撮影した物体の形状を反映する３次元立体像を表示するわけではない。しかし、本実施例では、画像に対する距離情報が不要であり、かつ、単純な輝度変換（あるいは透過度変換）という少ない計算量により擬似的な３次元立体像を表示することが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の基本となる３次元立体表示装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の基本となる３次元立体表示装置において、各表示面に表示する２Ｄ化像の生成方法を説明するための図である。
【図３】本発明の基本となる３次元立体表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図４】本発明の基本となる３次元立体表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図５】本発明の基本となる３次元立体表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図６】本発明の基本となる３次元立体表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図７】本発明の基本となる３次元立体表示装置において、表示面に表示する２次元像の生成方法を説明するための図である。
【図８】本発明の実施例１の疑似３次元立体表示装置に使用される画像生成装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施例の疑似３次元立体表示方法における輝度特性の一例を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例の疑似３次元立体表示方法における輝度特性の他の例を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施例の疑似３次元立体表示方法における輝度特性の他の例を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施例２の疑似３次元立体表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２０】
１，２，１５，１６ ２次元像
１４，１４ａ、１４ｂ ３次元立体像
１００ 観察者
１０１，１０２ 表示面
１０３ 光学系
１０４ ３次元物体
１０５，１０６ ２Ｄ化像
１０８ 奥行き幅
１１１，１１２，２２１，２２２ 輝度特性
２００ 入力画像
２１０，２２０ 画像生成装置
２１１ ＲＧＢ画像
２１２ Ｚ画像
３０１ 輝度特性変換装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、疑似３次元表示方法および疑似３次元表示装置に係り、特に、奥行き情報のない２次元像を入力画像とし、入力画像の距離情報を用いることなくＤＦＤ方式の各表示面に表示する各２次元像を生成し、疑似３次元画像を表示する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、立体視の生理的要因間での矛盾を抑制でき、かつ、簡便に、立体メガネを用いないで３次元表示が可能な、ＤＦＤ（Depth-Fused-3D）方式の３次元表示装置を提案している（下記、特許文献１，特許文献２参照）。
前述した提案済みの３次元表示装置は、複数の表示面に２次元像を表示し、この複数の表示面に表示される２次元像の輝度（あるいは、透過度）を各表示面毎に変化させて３次元立体像を表示する。
［本発明の基本となるＤＦＤ方式の３次元表示装置の一例］
以下、図１ないし図６を用いて、本発明の基本となるＤＦＤ方式の３次元表示装置について説明する。なお、図１ないし図６は、前述の特許文献１に、図１ないし図６として記載されている図である。
図１に示す３次元表示装置では、観察者１００の前面に複数の面、例えば、表示面（１０１，１０２）（表示面１０１が表示面１０２より観察者１００に近い）を設定し、これらの表示面（１０１，１０２）に複数の２次元像を表示するために、２次元表示装置と種々の光学素子を用いて光学系１０３を構築する。
図１に示す３次元表示装置では、図２に示すように、観察者１００に提示したい３次元物体１０４を、観察者１００の両眼の視線方向から、前述の表示面（１０１，１０２）へ射影した像（以下、「２Ｄ化像」と呼ぶ）（１０５，１０６）を生成する。
この２Ｄ化像の生成方法としては、例えば、視線方向から３次元物体１０４をカメラで撮影した２次元像を用いる方法、あるいは別の方向から撮影した複数枚の２次元像から合成する方法、あるいはコンピュータグラフィックによる合成技術やモデル化を用いる方法など種々の方法がある。
【０００３】
図１に示すように、前記２Ｄ化像（１０５，１０６）を、各々表示面１０１と表示面１０２の双方に、観察者１００の右眼と左眼とを結ぶ線上の一点から見て重なるように表示する。これは、例えば、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の中心位置や重心位置の配置と、各々の像の拡大・縮小を制御することで可能となる。
本発明の基本となる３次元表示装置の重要な要点は、前述の構成を有する装置上で、２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度を、観察者１００から見た総体的な輝度を一定に保ちつつ、３次元物体１０４の奥行き位置に対応して変えることである。
その２Ｄ化像（１０５，１０６）の各々の輝度の変え方の一例について説明する。なお、ここでは、白黒図面であるため、分かりやすいように、以下の図面では、輝度の高い方を濃く示してある。
例えば、３次元物体１０４が表示面１０１上にある場合には、図３に示すように、この上の２Ｄ化像１０５の輝度を３次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０２上の２Ｄ化像１０６の輝度はゼロとする。
次に、例えば、３次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側に少し寄った位置にある場合には、図４に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度を少し下げ、２Ｄ化像１０６の輝度を少し上げる。
【０００４】
次に、例えば、３次元物体１０４が観察者１００よりさらに遠ざかって表示面１０１より表示面１０２側にさらに寄った位置にある場合には、図５に示すように、２Ｄ化像１０５の輝度をさらに下げ、２Ｄ化像１０６の輝度をさらに上げる。
遂に、例えば、３次元物体１０４が表示面１０２上にある場合には、図６に示すように、この上の２Ｄ化像１０６の輝度を３次元物体１０４の輝度に等しくし、表示面１０１上の２Ｄ化像１０５の輝度はゼロとする。
このように表示することにより、観察者１００の生理的あるいは心理的要因あるいは錯覚により、表示しているのが２Ｄ化像（１０５，１０６）であっても、観察者１００にはあたかも表示面（１０１，１０２）の中間に３次元物体１０４が位置しているように感じられる。
例えば、表示面（１０１，１０２）にほぼ等輝度の２Ｄ化像（１０５，１０６）を表示した場合には、表示面（１０１，１０２）の奥行き位置の中間付近に３次元物体１０４があるように感じられる。この場合に、この３次元物体１０４は、観察者１００には立体感を伴って知覚される。
前記した２次元表示装置としては、例えば、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイ、ＦＥＤディスプレイ、ＤＭＤ、プロジェクション方式ディスプレイ、オシロスコープのような線描画型ディスプレイなどを用い、光学素子としては、例えば、レンズ、全反射鏡、部分反射鏡、曲鏡、プリズム、偏光素子、波長板などを用いる。
【０００５】
なお、本発明の基本となる３次元表示装置において、表示面（１０１，１０２）に表示する２次元像は、例えば、図７に示す画像生成装置２１０により生成される。この画像生成装置２１０に入力する入力画像２００は、ＲＧＢ画像２１１とＺ画像（ＲＧＢ画像に対応する距離画像）２１２とを有する。
画像生成装置２１０は、入力されたＲＧＢ画像２１１とＺ画像（ＲＧＢ画像に対応する距離画像）２１２とから、３次元立体像を表示する奥行き位置に応じて表示面（１０１，１０２）に表示する２次元像の各画素の輝度を算出し、即ち、各画像に輝度を分配するための輝度変換処理（輝度分配処理）を行い、表示面（１０１，１０２）に表示する２次元像（図７の２次元像１と、２次元像２）を生成する。
このように、前述の特許文献１に記載のＤＦＤ方式の３次元表示方法では、３次元立体像を表示するための入力情報として、２次元像と、その２次元像の各画に対する奥行き情報（距離情報）が必要となる。さらに、前述の特許文献１に記載のＤＦＤ方式の３次元表示方法では、３次元立体像を表示するためには、２次元像とその２次元像に対する奥行き画像（距離情報）から、３次元立体像を表示する奥行き位置に応じて各表示面に表示する２次元像の各画素の輝度を算出し、各画像に輝度を分配するための輝度変換処理（輝度分配処理）が必要であった。
【０００６】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【特許文献１】特許第３０２２５５８号明細書
【特許文献２】特許第３４６０６７１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
実写画像、例えば、通常のカメラで撮像した実写画像では、テクスチャのみの情報となり、物体の存在する奥行き位置を示す奥行き情報は取得できない。
一方、前述の特許文献１に記載のＤＦＤ方式の３次元表示方法では、３次元立体像を表示するために、２次元像の各画素の奥行き情報を用いて各表示面に表示する２次元像の各画素の輝度を求めている。
そのため、通常のカメラで撮像した１枚の画像からは、各表示面に表示する２次元像の各画素の輝度を求めることができなかった。
また、前述の特許文献１に記載のＤＦＤ方式の３次元表示方法では、各表示面に表示する２次元像の各画素に対して、奥行き情報に応じて輝度分配を行うための輝度変換処理が必要であった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、奥行き情報なしで、かつ輝度を各表示面に分配することなく、擬似的に３次元立体像を容易に表示可能な疑似３次元立体表示方法および疑似３次元立体表示装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的及び新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に前記観察者から見て重なるように２次元像を表示して擬似的に３次元立体像を表示する疑似３次元表示方法であって、前記各表示面毎に異なる輝度特性あるいは透過度特性を用いて、１つの２次元像を前記各表示面に表示する。
（２）（１）において、前記各表示面の輝度特性あるいは透過度特性として、γ値が異なるγ関数を用いる。
（３）（２）において、隣接する２つの表示面の中で前記観察者から見て手前にある表示面の輝度特性のγ値が、前記観察者から見て奥にある表示面の輝度特性のγ値よりも大きな値である。
（４）（１）において、前記各表示面の輝度特性あるいは透過度特性として、入力画像の輝度値を横軸、表示面に表示する輝度値あるいは透過度を縦軸として、隣接する２つの表示面の輝度特性あるいは透過度特性をグラフに表したときに、得られる２つの曲線が１箇所で交差するような輝度特性あるいは透過度特性を用いる。
（５）（４）において、前記隣接する２つの表示面の輝度特性は、入力画像の輝度値が小さな値の場合には前記観察者から見て奥にある表示面の輝度値が前記観察者から見て手前にある表示面の輝度値よりも大きな値となり、入力画像の輝度値が大きな値の場合には前記観察者から見て手前にある表示面の輝度値が前記観察者から見て奥にある表示面の輝度値よりも大きな値となる。
（６）また、本発明は、前述の疑似３次元立体表示方法を実行する擬似３次元立体表示装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明の疑似３次元立体表示方法および疑似３次元立体表示装置によれば、奥行き情報なしで、かつ輝度を各表示面に分配することなく、擬似的に３次元立体像を容易に表示可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施例１］
図８は、本発明の実施例１の疑似３次元立体表示装置に使用される画像生成装置２２０の構成を示すブロック図である。なお、図８は、表示面が、１０１と１０２の２枚の場合の構成を図示している。
本実施例では、入力画像２００は、例えば、通常のカメラで撮像した実写画像のようなテクスチャのみの情報であり、物体の存在する奥行き位置を示す奥行き情報は有していない。
画像生成装置２２０は、１０１と１０２の各表示面の輝度特性（入力画像の画素値と、出力画像の画素値との対応関係）（２２１，２２２）を保有し、入力画像を入力として、各表示面に出力する２次元像（図８では、２次元像１と、２次元像２）を出力とする。なお、入力画像２００は、輝度値のみを持つ画像、あるいは、カラー画像のいずれでも良い。
画像生成装置２２０は、「入力画像の輝度値と表示面に表示する輝度値の対応関係」を記録した輝度特性（２２１，２２２）を、例えば、テーブルの形式で各表示面毎に保持している。
本実施例では、画像生成装置２２０は、各表示面に対して輝度分配を行うことはせずに、各表示面（１０１，１０２）の輝度特性（２２１，２２２）を参照することで、入力画像２００から、各表示面（１０１，１０２）に表示する２次元像を生成する。
ここで、入力画像２００が濃淡画像の場合、各表示面（１０１，１０２）には１つの輝度特性が割り当てられる。また、入力画像２００が、カラー画像の場合、各表示面（１０１，１０２）の輝度特性は、Ｒ，Ｇ，Ｂに代表される、３つの輝度特性から構成されることとしても良い。
本発明は、１枚の入力画像（２次元像）２００から、各表示面に表示する２次元像を生成する方法および装置であり、生成した２次元像を３次元立体表示するための装置構成として、前述の特許文献１に記載された装置構成を用いることができる。
【００１１】
［輝度特性１］
本実施例では、各表示面に割り当てる輝度特性を異なる輝度特性となし、１枚の入力画像から生成される各表示面に表示する２次元像を、異なる輝度分布を持つ画像としている。以下、各表示面（１０１，１０２）の輝度特性（２２１，２２２）の一例について説明する。
ＤＦＤ方式の３次元立体表示装置では、複数の表示面に表示される２次元像の輝度値の違いにより、観察者が奥行きを知覚するため、各表示面に表示する２次元像の輝度分布に違いがある場合、観察者は輝度の違いに応じた奥行きを知覚することとなる。
例えば、図９を用いて本実施例の具体的な動作の例を示す。
図９は、本発明の実施例の疑似３次元立体表示方法における輝度特性の一例を説明するための図である。
２枚の表示面（１０１，１０２）を持つＤＦＤ方式の３次元表示方法において、観察者１００から見て前側の表示面（図９（ａ）の表示面１０１）に、図９（ｂ）の１１１に示す輝度特性を割り当てて前面の表示面１０１に表示する２次元像１５を生成し、観察者１００から見て後側の表示面（図９（ａ）の表示面１０２）に、図９（ｂ）の１１２に示す輝度特性を割り当てて後面の表示面１０２に表示する２次元像１６を生成する。
なお、図９（ｂ）のグラフは、各表示面（１０１，１０２）の輝度特性を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は各表示面（１０１，１０２）に表示する画像の輝度値である。
同様に、図９（ｃ）のグラフは、２つの表示面（１０１，１０２）に表示する輝度値の和の輝度値（総合輝度）を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は２つの表示面（１０１，１０２）に表示される輝度値の和の輝度値（総合輝度）である。
【００１２】
図９（ａ）に示すように、１５と１６の２次元像をそれぞれ、１０１と１０２の表示面に表示した場合、観察者１００に知覚される奥行き情報を図９（ｄ）に示す。なお、図９（ｄ）のグラフは、３次元立体像を観察した場合に、観察者１００により知覚される３次元立体像の奥行き位置（見かけ奥行き位置）を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は見かけ奥行き位置である。
図９（ｄ）の縦軸（見かけ奥行き位置）が「１」は、観察者１００から見て手前の表示面１０１と同じ奥行き位置に３次元像が知覚されることを表し、縦軸が「０」は、観察者１００から見て奥側の表示面１０２と同じ奥行き位置に３次元像が知覚されることを表している。なお、見かけ奥行き位置が０．５とは、図９（ａ）の“奥行き位置中心”の奥行き位置を示す。
図９（ａ）に示すような輝度特性を各表示面（１０１，１０２）に割り当てた場合、図９（ｄ）に示すように、入力画像の全ての輝度値に対して、観察者１００から見た見掛けの奥行き位置が奥行き位置中心（図９（ｄ）の縦軸、見かけ奥行き位置０．５に該当）よりも観察者１００から見て手前に３次元立体像１４が知覚されることになる。つまり、観察者１００には、図９（ａ）の３次元立体像１４の位置に表示面があり、この表示面に入力画像を表示する場合と同等と知覚される。
図９（ｂ）の１１１、１１２のグラフの形状が異なることは、観察者１００から見て前面、後面の２つの表示面（１０１，１０２）に異なる輝度特性が割り当てられていることを示す。また、観察者１００から見ると、図９（ｃ）に示すように、２つの表示面（１０１，１０２）に表示される輝度値の和の輝度値（総合輝度）が観察される。なお、３次元立体像１４の総合輝度を高くすると、明るい立体感のある高画質な３次元立体像として知覚されるという効果がある。
また、図９（ｂ）の１１１のグラフを図９（ａ）の表示面１０２の輝度特性とし、かつ、図９（ｂ）の１１２のグラフを図９（ａ）の表示面１０１の輝度特性とした場合、観察者１００は、奥行き中心位置よりも観察者１００から見て奥に３次元立体像を知覚する。
【００１３】
［輝度特性２］
一般的に、表示装置の輝度特性はγ関数であらわされる。したがって、画像生成装置２２０が保有する各表示面（１０１，１０２）の輝度特性（２２１，２２２）として、γ関数を用いると、人が見て自然な輝度分布を持つ２次元像を生成可能になるという効果がある。
さらに、２枚の表示面（１０１，１０２）の前面に、図１０（ａ）の１１１、後面に図１０（ａ）の１１２に示すような輝度特性を割り当てた場合、つまり、前面に割り当てた輝度特性の輝度値が、常に、後面に割り当てた輝度特性の輝度値よりも大きな値を持つようなγ関数を、前面、後面の表示面（１０１，１０２）に割り当てた場合には、観察者１００には、輝度が高い領域は、輝度が低い領域と比較して、手前にある様に知覚される。
人間は、明るい部分が手前に、暗い部分が遠くに表示された３次元立体画像を自然と感じるため、２枚の表示面（１０１，１０２）の前面に図１０（ａ）の１１１、後面に図１０（ａ）の１１２に示すような輝度特性を割り当てた場合、生成される擬似３次元立体像は人の目から見て自然な画像になるという効果が得られる。
なお、図１０は、本発明の実施例の疑似３次元立体表示方法における輝度特性の他の例を説明するための図である。
図１０（ａ）のグラフは、各表示面（１０１，１０２）の輝度特性を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は各表示面（１０１，１０２）に表示する画像の輝度値である。
図１０（ｂ）のグラフは、２つの表示面（１０１，１０２）に表示する輝度値の和の輝度値（総合輝度）を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は２つの表示面（１０１，１０２）に表示される輝度値の和の輝度値（総合輝度）である。
図１０（ｃ）のグラフは、３次元立体像を観察した場合に、観察者１００により知覚される３次元立体像の奥行き位置（見かけ奥行き位置）を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は見かけ奥行き位置である。
【００１４】
［輝度特性３］
前述の輝度特性１、２により表示する擬似３次元立体像は、観察者１００から見て２枚の表示面（１０１，１０２）の中間位置よりも手前側のみ、もしくは奥側のみにしか知覚されない。
観察者１００から見て奥側の表示面１０２の方が、手前側の表示面１０１よりも高い輝度を持つ場合と、観察者１００から見て手前側の表示面１０１の方が、奥側の表示面１０２よりも高い輝度を持つ場合の双方の状況が発生する場合、２枚の表示面（１０１，１０２）の中間の位置の前後双方に擬似３次元立体像を可能となる。
２枚の表示面（１０１，１０２）の観察者１００から見て前面に図１１（ａ）の１１１、後面に図１１（ａ）の１１２に示すような輝度特性を割り当てた場合、つまり、前後２枚の表示面（１０１，１０２）の輝度特性が暗部から明部にかけてどこか１点で交差する様な輝度特性を、前後２枚の表示面（１０１，１０２）に割り当てた場合には、２枚の表示面（１０１，１０２）の中間の位置の前後双方に擬似３次元立体像を可能となる。
したがって、この場合、表示される擬似３次元立体像の奥行き方向の表示可能なレンジを広くすることができる。
また、前後の表示面（１０１，１０２）を重ねて表示するため、観察者１００に観察される総合輝度値は、図１１（ｂ）に示すようになり、観察者１００から見た３次元立体像の見かけ奥行き位置は図１１（ｃ）に示す特性となる。
図１１（ｃ）に示すように、観察者１００は、明部領域では奥行き中心位置よりも観察者１００から見て手前側、暗部領域では奥行き中心位置よりも観察者１００から見て奥側に３次元立体像を知覚するため、凹凸のある３次元立体像が表示可能となる。
【００１５】
なお、図１１は、本発明の実施例の疑似３次元立体表示方法における輝度特性の他の例を説明するための図である。
図１１（ａ）のグラフは、各表示面（１０１，１０２）の輝度特性を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は各表示面（１０１，１０２）に表示する画像の輝度値である。
図１１（ｂ）のグラフは、２つの表示面（１０１，１０２）に表示する輝度値の和の輝度値（総合輝度）を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は２つの表示面（１０１，１０２）に表示される輝度値の和の輝度値（総合輝度）である。
図１１（ｃ）のグラフは、３次元立体像を観察した場合に、観察者１００により知覚される３次元立体像の奥行き位置（見かけ奥行き位置）を示すグラフであり、横軸は入力画像の輝度値、縦軸は見かけ奥行き位置である。
具体的な輝度特性の例として、後面の表示面１０２の輝度特性がγが１．０のγ関数で与えられ、かつ、前面の表示面１０１の輝度特性がγが１．０よりも小さな値のγ関数で与えられる場合、前後２枚の表示面（１０１，１０２）の輝度特性が暗部から明部にかけてどこか１点で交差するという特性が満たされる。
なお、前述の説明では、画像生成装置２２０が各表示面（１０１，１０２）の輝度特性を保持し、各表示面（１０１，１０２）に表示する２次元像を生成する構成としたが、輝度特性は表示デバイス毎に異なる。例えば、３次元立体像の正確な奥行き位置を表現するため前後に表示する２次元表示装置のγ特性を揃える事が必要になる場合もある。
また、ＣＲＴとプラズマディスプレイのように、表示デバイスの種類が異なる場合、γ特性は変化する。例えば、ＣＲＴのγ値は１．８、ディスプレイのγ値は２．２である。したがって、表示デバイスを変更すると、γ特性、つまり輝度特性を変更するのと同等の効果が得られる場合がある。
また、前述の説明では、各表示面（１０１，１０２）の輝度特性を画像生成装置２２０にて保持する構成を示したが、複数の表示面（１０１，１０２）のうち、画像生成装置２２０で１つ以上の表示面の輝度特性を保有して、その表示面に対する２次元像を生成し、画像生成装置２２０で輝度特性を保有しない表示面については入力画像と同じ２次元像を表示するものとしても良い。
【００１６】
［実施例２］
図１２は、本発明の実施例２の疑似３次元立体表示装置の構成を示すブロック図である。なお、図１２は、表示面が、１０１と１０２の２枚の場合の構成を図示している。また、図１２において、１４ａ，１４ｂは３次元立体像であり、１０８は、表示面１０１と表示面１０２との間の間隔（奥行き幅）である。
本実施例では、輝度特性変換装置３０１を利用することで、ハードウェア的に表示面（１０１，１０２）の輝度特性を変更するものである。なお、輝度特性は、前述の輝度特性１〜輝度特性３の手法を採用することができる。
図１２では、輝度特性変換装置３０１により表示面１０１の輝度特性を変更しているが、各表示面（１０１，１０２）に対して輝度特性変換装置を設ける構成としても良い。
なお、前述した説明では、表示面は、１０１と１０２の２枚の場合について説明したが、この表示面は、前述の特許文献１にも記載されているように、２枚以上であってもよいことは言うまでもない。
また、前述の説明では、各表示面を構成する２次元表示装置として、発光型の透過型ディスプレイを使用した場合について説明したが、前述の特許文献２に記載されているように、各表示面を構成する２次元表示装置として、吸収型の透過型ディスプレイを使用することも可能である。この場合、前述の各グラフで説明した各表示面毎の輝度特性は、各表示面毎の透過度特性となる。
【００１７】
但し、透過度の場合は、前後の表示面に表示する２次元像の透過度により、観察者に知覚される３次元立体像の奥行き位置は以下のようになる。
例えば、３次元物体１０４が表示面１０１上にある場合には、表示面１０１を構成する透過型表示装置の透過度を、２Ｄ化像１０５の輝度が３次元物体１０４の輝度に等しくなるように設定し、表示面１０２を構成する透過型表示装置の透過度を、例えば、その透過型表示装置の最大値とする。
次に、例えば、３次元物体１０４が観察者１００より少し遠ざかって、表示面１０１を構成する透過型表示装置より、表示面１０２を構成する透過型表示装置側に少し寄った位置にある場合には、表示面１０１を構成する透過型表示装置上の２Ｄ化像１０５の透過度を少し増加させ、表示面１０２を構成する透過型表示装置上の２Ｄ化像１０６の透過度を少し減少させる。
さらに、例えば、３次元物体１０４が観察者１００よりさらに遠ざかって、表示面１０１を構成する透過型表示装置より、表示面１０２を構成する透過型表示装置側にさらに寄った位置にある場合には、表示面１０１を構成する透過型表示装置上の２Ｄ化像１０５の透過度をさらに増加させ、表示面１０２を構成する透過型表示装置上の２Ｄ化像１０６の透過度をさらに減少させる。
遂に、例えば、３次元物体１０４が、表示面１０２を構成する透過型表示装置上にある場合には、表示面１０２を構成する透過型表示装置上の透過度を、２Ｄ化像１０６の輝度が３次元物体１０４の輝度に等しくなるように設定し、表示面１０１を構成する透過型表示装置上の２Ｄ化像１０５の透過度を、例えば、その透過型表示装置の最大値とする。
【００１８】
以上説明したように、本実施例では、奥行き情報なしで、かつ輝度を各表示面に分配するための輝度分配処理なしで、擬似的に３次元立体像を容易に表示可能となる。即ち、ＤＦＤ方式の３次元表示方法では、輝度値（あるいは透過度）の差により観察者１００が凹凸を感じるため、各表示面に対して異なる輝度特性（あるいは透過度特性）を割り当てることにより、観察者１００は、明るい領域や暗い領域といった輝度（あるいは透過度）の差により凹凸を感じる効果がある。
本実施例では、２次元像で撮影した物体の形状を反映する３次元立体像を表示するわけではない。しかし、本実施例では、画像に対する距離情報が不要であり、かつ、単純な輝度変換（あるいは透過度変換）という少ない計算量により擬似的な３次元立体像を表示することが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の基本となる３次元立体表示装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の基本となる３次元立体表示装置において、各表示面に表示する２Ｄ化像の生成方法を説明するための図である。
【図３】本発明の基本となる３次元立体表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図４】本発明の基本となる３次元立体表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図５】本発明の基本となる３次元立体表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図６】本発明の基本となる３次元立体表示装置の表示原理を説明するための図である。
【図７】本発明の基本となる３次元立体表示装置において、表示面に表示する２次元像の生成方法を説明するための図である。
【図８】本発明の実施例１の疑似３次元立体表示装置に使用される画像生成装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施例の疑似３次元立体表示方法における輝度特性の一例を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例の疑似３次元立体表示方法における輝度特性の他の例を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施例の疑似３次元立体表示方法における輝度特性の他の例を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施例２の疑似３次元立体表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２０】
１，２，１５，１６ ２次元像
１４，１４ａ、１４ｂ ３次元立体像
１００ 観察者
１０１，１０２ 表示面
１０３ 光学系
１０４ ３次元物体
１０５，１０６ ２Ｄ化像
１０８ 奥行き幅
１１１，１１２，２２１，２２２ 輝度特性
２００ 入力画像
２１０，２２０ 画像生成装置
２１１ ＲＧＢ画像
２１２ Ｚ画像
３０１ 輝度特性変換装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に前記観察者から見て重なるように２次元像を表示して擬似的に３次元立体像を表示する疑似３次元表示方法であって、
前記各表示面毎に異なる輝度特性あるいは透過度特性を用いて、１つの２次元像を前記各表示面に表示することを特徴とする擬似３次元表示方法。
【請求項２】
前記各表示面の輝度特性あるいは透過度特性として、γ値が異なるγ関数を用いることを特徴とする請求項１に記載の擬似３次元表示方法。
【請求項３】
隣接する２つの表示面の中で前記観察者から見て手前にある表示面の輝度特性のγ値が、前記観察者から見て奥にある表示面の輝度特性のγ値よりも大きな値であることを特徴とする請求項２に記載の擬似３次元表示方法。
【請求項４】
前記各表示面の輝度特性あるいは透過度特性として、入力画像の輝度値を横軸、表示面に表示する輝度値あるいは透過度を縦軸として、隣接する２つの表示面の輝度特性あるいは透過度特性をグラフに表したときに、得られる２つの曲線が１箇所で交差するような輝度特性あるいは透過度特性を用いることを特徴とする請求項１記載の擬似３次元表示方法。
【請求項５】
前記隣接する２つの表示面の輝度特性は、入力画像の輝度値が小さな値の場合には前記観察者から見て奥にある表示面の輝度値が前記観察者から見て手前にある表示面の輝度値よりも大きな値となり、入力画像の輝度値が大きな値の場合には前記観察者から見て手前にある表示面の輝度値が前記観察者から見て奥にある表示面の輝度値よりも大きな値となることを特徴とする請求項４に記載の擬似３次元表示方法。
【請求項６】
観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の表示面と、
前記複数の表示面に前記観察者から見て重なるように２次元像を表示する画像生成手段とを備える擬似３次元表示装置であって、
前記画像生成手段は、前記各表示面毎に異なる輝度特性あるいは透過度特性を用いて、１つの２次元像を前記各表示面に表示することを特徴とする擬似３次元表示装置。
【請求項７】
前記画像生成手段は、前記各表示面の輝度特性あるいは透過度特性のとして、γ値が異なるγ関数を用いることを特徴とする請求項６に記載の擬似３次元表示装置。
【請求項８】
隣接する２つの表示面の中で前記観察者から見て手前にある表示面の輝度特性のγ値が、前記観察者から見て奥にある表示面の輝度特性のγ値よりも大きな値であることを特徴とする請求項７に記載の擬似３次元表示装置。
【請求項９】
前記画像生成手段は、前記各表示面の輝度特性あるいは透過度特性として、入力画像の輝度値を横軸、表示面に表示する輝度値あるいは透過度を縦軸として、隣接する２つの表示面の輝度特性あるいは透過度特性をグラフに表したときに、得られる２つの曲線が１箇所で交差するような輝度特性あるいは透過度特性を用いることを特徴とする請求項６に記載の擬似３次元表示装置。
【請求項１０】
前記隣接する２つの表示面の輝度特性は、入力画像の輝度値が小さな値の場合には前記観察者から見て奥にある表示面の輝度値が観察者から見て手前にある表示面の輝度値よりも大きな値となり、入力画像の輝度値が大きな値の場合には観察者から見て手前にある表示面の輝度値が観察者から見て奥にある表示面の輝度値よりも大きな値となることを特徴とする請求項９に記載の擬似３次元表示装置。
【請求項１】
観察者から見て異なった奥行き位置にある複数の表示面に前記観察者から見て重なるように２次元像を表示して擬似的に３次元立体像を表示する疑似３次元表示方法であって、
前記各表示面毎に異なる輝度特性あるいは透過度特性を用いて、１つの２次元像を前記各表示面に表示することを特徴とする擬似３次元表示方法。
【請求項２】
前記各表示面の輝度特性あるいは透過度特性として、γ値が異なるγ関数を用いることを特徴とする請求項１に記載の擬似３次元表示方法。
【請求項３】
隣接する２つの表示面の中で前記観察者から見て手前にある表示面の輝度特性のγ値が、前記観察者から見て奥にある表示面の輝度特性のγ値よりも大きな値であることを特徴とする請求項２に記載の擬似３次元表示方法。
【請求項４】
前記各表示面の輝度特性あるいは透過度特性として、入力画像の輝度値を横軸、表示面に表示する輝度値あるいは透過度を縦軸として、隣接する２つの表示面の輝度特性あるいは透過度特性をグラフに表したときに、得られる２つの曲線が１箇所で交差するような輝度特性あるいは透過度特性を用いることを特徴とする請求項１記載の擬似３次元表示方法。
【請求項５】
前記隣接する２つの表示面の輝度特性は、入力画像の輝度値が小さな値の場合には前記観察者から見て奥にある表示面の輝度値が前記観察者から見て手前にある表示面の輝度値よりも大きな値となり、入力画像の輝度値が大きな値の場合には前記観察者から見て手前にある表示面の輝度値が前記観察者から見て奥にある表示面の輝度値よりも大きな値となることを特徴とする請求項４に記載の擬似３次元表示方法。
【請求項６】
観察者から見て異なった奥行き位置に配置される複数の表示面と、
前記複数の表示面に前記観察者から見て重なるように２次元像を表示する画像生成手段とを備える擬似３次元表示装置であって、
前記画像生成手段は、前記各表示面毎に異なる輝度特性あるいは透過度特性を用いて、１つの２次元像を前記各表示面に表示することを特徴とする擬似３次元表示装置。
【請求項７】
前記画像生成手段は、前記各表示面の輝度特性あるいは透過度特性のとして、γ値が異なるγ関数を用いることを特徴とする請求項６に記載の擬似３次元表示装置。
【請求項８】
隣接する２つの表示面の中で前記観察者から見て手前にある表示面の輝度特性のγ値が、前記観察者から見て奥にある表示面の輝度特性のγ値よりも大きな値であることを特徴とする請求項７に記載の擬似３次元表示装置。
【請求項９】
前記画像生成手段は、前記各表示面の輝度特性あるいは透過度特性として、入力画像の輝度値を横軸、表示面に表示する輝度値あるいは透過度を縦軸として、隣接する２つの表示面の輝度特性あるいは透過度特性をグラフに表したときに、得られる２つの曲線が１箇所で交差するような輝度特性あるいは透過度特性を用いることを特徴とする請求項６に記載の擬似３次元表示装置。
【請求項１０】
前記隣接する２つの表示面の輝度特性は、入力画像の輝度値が小さな値の場合には前記観察者から見て奥にある表示面の輝度値が観察者から見て手前にある表示面の輝度値よりも大きな値となり、入力画像の輝度値が大きな値の場合には観察者から見て手前にある表示面の輝度値が観察者から見て奥にある表示面の輝度値よりも大きな値となることを特徴とする請求項９に記載の擬似３次元表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００９−２３７３１０（Ｐ２００９−２３７３１０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８３８５９（Ｐ２００８−８３８５９）
【出願日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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