09立体画像表現pdf 映像メディア工学2017 ヒューマンコンピュータインタラクション研究室 09立体画像表現

立体画像表現

（ ₂₀₁₈ 年 ₁ 月 ₂₂ 日）

浅井紀久夫

本日のポイント

• 両眼視差による立体視の仕組み

• ^{立体視表示方式}

– ^立体表示 – ^{三次元表示}

• ^{三次元物体提示の色々}

教科書 奥行き知覚

両眼視差による奥行き感

• ^両眼視差

– ^{左右眼の見えのズレ} – ^{対象を注視したときの}

像は、注視点から離れ た位置でズレを生じる – ^{奥行き方向の距離と}

ズレの量とが対応して いるため、両眼視差を 奥行き感に変換してい

両眼視差による立体視

• ^{輻輳の角度は、立体化}

された仮想物体が見え

るように合わされる

• 調節は、画面上でピント

が合うように行われる

輻輳

輻輳と調節

立体視表示方式

• 立体表示（回り込んだ位置から映像が見えない）

– ^眼鏡式：HMD^{（頭部装着型）}

– フィルタ眼鏡式：アナグリフ式、偏光方式、時分割方式 – 眼鏡なし式：レンチキュラー式、バリア式

• 三次元表示（回り込んだ位置から映像が見える）

– 多眼式：レンチキュラー式、バリア式、インテグラル式 – 奥行き標本化式：バリフォーカル、表示面移動・回転式 – 空中像式：ホログラフィ

基本的に裸眼

立体表示技術（ ₂ 眼式）

• 立体鏡（ステレオスコープ）

• HMD ^{（頭部装着型）}

• ^{アナグリフ方式}

• ^{偏光フィルタ方式}

• プルフリッヒ効果の応用

• ^{時分割方式}

Wheatstone ^の立体鏡

• 世界初立体ディスプレイ

• 鏡の反射を利用して、両眼視差の含まれた

一対の線画を分割して提示

– 写真技術は、まだ無かった

立体像

Brewster ^の立体鏡

• プリズムを利用した立体鏡

• レンズのプリズムとしての働きにより、ステレオ

写真を並べて配置すると、左右の視線は ₁ 枚

の写真を観察するように交差する

HMD ^{（頭部装着型）}

• HMD: Head Mounted Display

– 左右眼に小型ディスプレイが配置され、両眼視差 の含まれた画像がそれぞれ提示される

HMD ^{の技術的課題}

• ^{小型・軽量化}

• ^{高解像度化}

• ^{視野角の拡大}

• ^{生理的・心理的影響}

– 輻輳と調整の不整合問題

アナグリフ方式

• ^{左右の画像が補色関係}

となるように合成し、両眼

視差を含む ₁ つの画像を

構成する

• この画像を左右眼に分割

して提示するため、異な

る波長域のフィルムを用

いる

映像投影による偏光方式

• 偏光フィルタの遮光効果を利用する

• ^偏光

– ^{特定の方向だけに振} 動する光

– ^{光はあらゆる方向に}

振動して進むが、微細 なスリットを配置する と、そのスリットに平行 な振動の光だけが透 過する

偏光方式の得失

• ^長所

– 色再現性、高解像度での表示 – ^{実時間で動画像表示}

– 同時に多人数が観察可能 – ^{システム構成が単純}

• ^短所

– ^{偏光眼鏡の着用}

– フィルタ透過率が低く、映像が暗い

直線偏光フィルタの原理

• ^{偏光フィルタ}

– ^{一定の方向だけに振動} する光を取り出す

– 直交する偏光フィルタを 配置すると、光が遮断 される

円偏光フィルタの原理

• ^円偏光

– 光の伝搬に伴って、振動方向が円を描くように回転する – 透過する光の角度が多いため、頭を傾けても立体視できる – 特定の波長が分割されず、両眼に提示されてしまうクロス

トークが発生する

映画館での立体視

• 偏光の乱れないシルバー・スクリーンに投影

する

時分割方式

• 左右の画像を、時間で分

割する

– 液晶シャッタ眼鏡を用いて、 左右眼に分割する

– 液晶シャッタは、フィールド

周期（_1/60秒）に同期して 開閉する

– 左眼用の画像が提示され た瞬間には、右のシャッタ

右目 左目

時分割方式のシステム構成

2D^映像入力

CPU

動き特徴検出 遅延時間制御

フィールド・メモリ

遅延方向制御

左眼用映像

• 高速かつ連続的なシャッタの開閉

– ^提示が1/60^{秒毎なら、片眼では}1/30^毎に開閉 – ヒトがちらつきを感じる周期より長い

– ^提示周期120Hz^{以上のシステムが必要}

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時分割方式の得失

• ^長所

– 1台のディスプレイで立体表示 – 高画質、フルカラー表示

– ^{同時に多人数視聴可}

– システム構成が容易、低価格

• ^短所

– 液晶シャッタ眼鏡の着用

プルフリッヒ効果の応用

• ヒトの眼は、薄暗くなると知覚に 遅れが生じる

– 片眼だけ暗くすると、左右の眼の 知覚に時間差が発生する

– 横方向に移動している物体や画像

には、時間差が両眼視差として感 じられる

• 片目にグレー（もしくは濃い紫） のフィルタ、もう片目は素通し（も しくは薄い黄）というメガネを使用

プルフリッヒ方式の得失

• ^長所

– 映像自体は通常のカメラで撮影するだけで良く、 色彩にも問題は発生しない

– メガネをかけないで見た場合は、普通の作品とし て鑑賞できる

• ^短所

– 横運動しないと、立体的に見えない（アクション的 な制限）

眼鏡無し立体視表示技術

• パララックス・バリア方式

• ^{レンチキュラ方式}

• ^{バックライト分割方式}

• インテグラル・フォトグラフィ方式

• DFD ^方式

• バリフォーカル・ミラー方式

• ^{表示面振動・回転方式}

• ^{ホログラフィ}

三次元表示技術

パララックス・バリア方式

• 垂直方向に入ったスリット

の後方に、両眼視差の含

まれた ₂ つの映像を交互

に配置し、その前面にバ

リアを設置する

• 特定の距離と角度から観

察すると、左右眼に分割

して見える

•

レンチキュラー方式

• レンチキュラとは「レンズ状の」という意味で、

通常は半円筒型のレンズを指す

• ^{レンチキュラの後方に}

左右の映像を交互に

配置する

• ^{特定の距離から観察}

すると、左右眼に分割

して見える

• ^{バリアはないので、映}

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バックライト分割方式

• バックライトを細いスリット光源にして、液晶

パネルの垂直ライン毎に左右眼用画像が

割り当てられるようにする

インテグラル・フォトグラフィ _(IP) 方式

• 微小凸レンズ二次元アレイと

高解像度二次元画像を組み

合わせて、三次元像を構築

• 多人数が同時に三次元像を、

裸眼で観察できる

DFD ^方式

• DFD (Depth-fused 3-D)

– 奥行き情報に基づいて明暗比率を変化させた_2D 画像を前後に重畳表示する

– 設計が容易（パネルを重ねるだけ）

– 飛び出す距離は、パネルの距離に依存する

後ろのパネルに描画する 画像の輝度を変える

バリフォーカル・ミラー方式

振動

• スピーカの前面に膜状の反射鏡を取り付け、

振動させる

– 振動は、ディスプレイ上に表示される映像に同期 – 振動は、ヒトが像を融合できる周波数以上

表示面振動式立体視ディスプレイ

• ^{表示面を振動させる}

東芝

表示面回転式立体視ディスプレイ

• ^{中心角に対して}1^度ずつ、360^{視点分の映像を表示} できる

• どこから見ても、裸眼立体視が可能

• 円筒形内部に動く立体物が実在しているような視覚 効果が得られる

ソニー 日立

Holographic Diffuser

• 360度どこからでも立体視できる

• “holographic diffuser” ^と名付け

られた特殊フィルムを貼った回 転鏡と高速プロジェクタ、_DVI の 特殊なデコーダから構成される

• 縦方向に乱反射するが、横方向 にはほとんど乱反射が起きない

• 本体に対してアングルが高くても 低くても、像を見ることができる

ホログラフィ（１）

• ホログラフィの記録には、光の干渉が用いられる

• 光源の光（レーザ光）をハーフミラーによって、物体を照明す る光と記録材料に対して照射する光とに分離する

• 記録材料面では物体光と参照光による干渉が起こり、干渉 縞と呼ばれる非常に細かい模様ができる

物体光：物体から記録材料に対して反射した光 参照光：記録材料に対して照射した光

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ホログラフィ（２）

• ホログラフィの再生には，光の回折が用いられる

• 記録時の参照光と同じ位置に光源を置き、ホログラムに対して 再生照明光を照射する

• このときホログラムを透過する光

以外にも、ホログラムの細かい 干渉縞によって回折が起こり、 別方向に広がる光が生じる

• 回折光が記録した物体光と同じ

形になっており、観察者には実 際に物体が存在しなくてもホロ グラムの奥に記録した物体があ

今後の予定

• 1 ^月 29 ^{日 演習}

• 2 ^月 5 ^{日 期末試験}

• 2 ^月 19 ^{日 課題発表}