JP3444935B2 - Image generator - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は仮想現実感装置等に用い
られる画像発生装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image generator used in a virtual reality device or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来仮想現実感に用いられる画像発生装
置としては図４に示すような装置がある。このような装
置は画像を表示する眼鏡型ディスプレイ１００を有して
おり、この眼鏡型ディスプレイに誘導電流発生コイル１
０１が取付けられている。又この装置が用いられる室内
の所定位置には磁界を発生させる磁界発生コイル１０２
が設けられており、この磁界発生コイル１０２との相対
的な関係で眼鏡型ディスプレイを装着した観察者の頭部
方向が頭部方向演算回路１０３によって検出される。頭
部方向演算回路１０３の出力は画像発生回路１０４に入
力される。画像発生回路１０４には頭部方向演算回路の
出力に基づいて画像を発生させるものであって、その出
力は眼鏡型ディスプレイ１００の一対の表示パネルによ
り表示される。2. Description of the Related Art Conventionally, as an image generating device used for virtual reality, there is a device as shown in FIG. Such a device has an eyeglass-type display 100 for displaying an image, and the induced current generating coil 1 is attached to the eyeglass-type display.
01 is attached. A magnetic field generating coil 102 for generating a magnetic field is provided at a predetermined position in the room where this device is used.
Is provided, and the head direction calculation circuit 103 detects the head direction of the observer wearing the spectacle-type display in relation to the magnetic field generation coil 102. The output of the head direction calculation circuit 103 is input to the image generation circuit 104. The image generation circuit 104 generates an image based on the output of the head direction calculation circuit, and the output is displayed by a pair of display panels of the glasses-type display 100.
【０００３】このような構成の従来の画像発生装置にお
いて、磁界発生コイル１０２に電流が流されると、その
電流の強さに応じて磁界が発生する。眼鏡型ディスプレ
イ１００に固定された誘導電流発生コイル１０１はこの
磁界中を移動することによって誘導電流が発生する。誘
導電流の強さは磁界の強さ，誘導電流発生コイルの移動
速度及び移動方向により決まるので、頭部方向演算回路
１０３においてこれらの情報を用いて眼鏡型ディスプレ
イ１００の移動方向、即ち観察者の頭部方向が演算され
る。In the conventional image generating apparatus having such a structure, when a current is passed through the magnetic field generating coil 102, a magnetic field is generated according to the strength of the current. The induced current generating coil 101 fixed to the spectacles type display 100 moves in this magnetic field to generate an induced current. Since the strength of the induced current is determined by the strength of the magnetic field, the moving speed and the moving direction of the induced current generating coil, the head direction calculation circuit 103 uses this information to move the eyeglass display 100, that is, the observer's direction. The head direction is calculated.
【０００４】画像発生回路１０４では頭部方向演算回路
１０３への出力に基づき観察者の頭部方向の画像が逐次
出力される。図５において１１０は観察者、１１１，１
１２は観察者が装着している眼鏡型ディスプレイ１００
に表示されている画像とする。観察者１１０が方向Ｄを
向いているとき、眼鏡型ディスプレイ１００には方向Ｄ
の画像１１１が表示されている。観察者が方向Ｅを向い
たとき頭部方向演算回路１０３の出力により観察者が方
向Ｅを向いたという信号が画像発生回路１０４に入力さ
れるので、画像発生回路１０４からは方向Ｅの画像１１
２が出力される。このように頭部方向演算回路１０３の
出力により観察者の頭部方向に応じた画像が出力され、
眼鏡型ディスプレイ１００に表示される。ここで表示さ
れている画像１１１，１１２は、眼鏡型ディスプレイに
表示する際には夫々左右両眼の視差が計算され立体表示
される。The image generation circuit 104 sequentially outputs images in the head direction of the observer based on the output to the head direction calculation circuit 103. In FIG. 5, 110 is an observer, 111, 1
12 is a spectacle-type display 100 worn by an observer
The image displayed in. When the observer 110 is facing the direction D, the eyeglass-type display 100 displays the direction D.
The image 111 of is displayed. When the observer faces the direction E, a signal indicating that the observer faces the direction E is input to the image generation circuit 104 by the output of the head direction calculation circuit 103. Therefore, the image generation circuit 104 outputs the image 11 in the direction E.
2 is output. In this way, an image according to the head direction of the observer is output by the output of the head direction calculation circuit 103,
It is displayed on the glasses-type display 100. The images 111 and 112 displayed here are stereoscopically displayed by calculating the parallax between the left and right eyes when displayed on a spectacles type display.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の画像発生装置では、観察者がある対象物を注視
したまま頭部を回転させた場合でも、頭部方向のみで画
像を発生させているため、注視している対象物が表示領
域を外れてしまうという欠点があった。又観察者が頭部
の移動速度よりも速く又は遅く視線を移動させた場合で
も、画像の移動量は一定であるので違和感や不快感を感
じるという欠点があった。However, in such a conventional image generating apparatus, an image is generated only in the head direction even when the observer rotates the head while gazing at an object. For this reason, there is a drawback that the target object is out of the display area. Further, even when the observer moves his or her line of sight faster or slower than the moving speed of the head, the amount of movement of the image is constant, so that the viewer feels uncomfortable or uncomfortable.
【０００６】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、自然で、違和感及び不快感を低
減させる画像発生装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide an image generating apparatus which is natural and reduces discomfort and discomfort.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、観察者の視線方向を検出する視線検出手段と、観察
者の頭部の方向を検出する頭部方向検出手段と、観察者
の移動量を入力する移動量入力手段と、頭部方向検出手
段の出力及び移動量入力手段の出力に基づいて発生すべ
き画像の移動量を算出し、頭部方向検出手段の出力と視
線検出手段の出力とが逆方向であった場合にのみ、発生
すべき画像の移動量を抑制する補正を行い、画像表示範
囲を決定する画像制御手段と、画像制御手段の出力に基
づき画像を発生させる画像発生手段と、を具備すること
を特徴とするものである。According to the invention of claim 1 of the present application, a line-of-sight detecting means for detecting the line-of-sight direction of an observer, a head direction detecting means for detecting the direction of the observer's head, and an observer. Of the image to be generated based on the output of the head direction detecting means and the output of the head direction detecting means, and the output of the head direction detecting means.
Occurs only when the output of the line detection means is in the opposite direction
Correct the amount of image movement that should be
It is characterized by comprising an image control means for deciding the surroundings and an image generation means for generating an image based on the output of the image control means.
【０００８】本願の請求項２の発明は、請求項１記載の
画像発生装置において、前記画像発生手段は、前記画像
制御手段の出力に基づいて左右の一対の画像を発生させ
ることを特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, in the image generating apparatus according to the first aspect, the image generating means is the image generator.
Generate a pair of left and right images based on the output of the control means
It is characterized in that that.
【０００９】[0009]
【作用】このような特徴を有する本発明によれば、観察
者の視線方向が視線検出手段によって検出され、又観察
者の頭部の方向が頭部方向検出手段によって検出され
る。そして観察者の視線方向と頭部方向及び移動量に基
づいて画像を発生させる範囲を画像制御回路によって決
定している。こうして必要な領域の画像を画像発生回路
より発生させ、表示器に表示するようにしている。According to the present invention having such features, the line-of-sight direction of the observer is detected by the line-of-sight detecting means, and the head direction of the observer is detected by the head-direction detecting means. The image control circuit determines the range in which an image is generated based on the direction of the line of sight of the observer, the direction of the head, and the amount of movement. Thus, the image of the necessary area is generated by the image generation circuit and displayed on the display.
【００１０】[0010]
【実施例】図１は本発明の一実施例による画像発生装置
の全体構成を示すブロック図である。本図において画像
発生回路１は後述するように画像制御回路からの信号に
基づいて特定の領域の画像を発生させる画像発生回路で
あって、その画像信号は眼鏡型画像表示装置２に入力さ
れる。眼鏡型画像表示装置２は観察者の両眼に夫々対応
した表示パネル３ａ，３ｂを有しており、左右の表示パ
ネルに異なった画像を表示するものである。この眼鏡型
画像表示装置２には、誘導電流発生コイル４及び観察者
の眼球位置を検出する眼球位置検出センサ５が取付けら
れる。眼球位置検出センサ５の出力は視線方向演算回路
６に入力される。視線方向演算回路６は眼球位置検出セ
ンサ５からの入力に基づいて観察者の視線方向を演算す
る回路であって、その出力は画像制御回路７に与えられ
る。ここで眼球位置検出センサ５及び視線方向演算回路
６は観察者の視線方向を検出する視線検出手段を構成し
ている。1 is a block diagram showing the overall construction of an image generating apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, an image generation circuit 1 is an image generation circuit that generates an image of a specific area based on a signal from an image control circuit, as will be described later, and the image signal is input to the eyeglass-type image display device 2. . The eyeglass-type image display device 2 has display panels 3a and 3b corresponding to both eyes of an observer, and displays different images on the left and right display panels. The eyeglass-type image display device 2 is provided with an induction current generating coil 4 and an eyeball position detection sensor 5 for detecting the eyeball position of an observer. The output of the eyeball position detection sensor 5 is input to the line-of-sight direction calculation circuit 6. The line-of-sight direction calculation circuit 6 is a circuit for calculating the line-of-sight direction of the observer based on the input from the eyeball position detection sensor 5, and its output is given to the image control circuit 7. Here, the eyeball position detection sensor 5 and the line-of-sight direction calculation circuit 6 constitute line-of-sight detection means for detecting the line-of-sight direction of the observer.
【００１１】又この画像発生装置が用いられる室内の所
定位置には、磁界を発生させる磁界発生コイル８が設け
られている。この磁界発生コイル８，眼鏡型画像表示装
置２に取付けられた誘導電流発生コイル４はこの磁界発
生コイル８との相対的な位置関係で誘導電流が生じる。
頭部方向演算回路９はこの信号に基づいて眼鏡型画像表
示装置２を装着している観察者の頭部方向を演算するも
のであって、その出力は画像制御回路７に入力される。
ここで誘導電流発生コイル４，磁界発生コイル８と頭部
方向演算回路９は観察者の頭部の方向を検出する頭部方
向検出手段を構成している。又画像制御回路７には移動
量入力回路１０が接続される。移動量入力回路１０は例
えばジョイスティック等の入力装置によって構成され、
観察者の前後左右への移動量を逐次出力するものであ
る。画像制御回路７は視線方向演算回路６からの視線方
向と頭部方向演算回路９からの頭部方向及び移動量入力
回路１０からの移動量に基づいて画像の発生領域を演算
するものであって、その出力は画像発生回路１に入力さ
れる。画像発生回路１はこの領域の画像を発生させ表示
パネルに表示するものである。A magnetic field generating coil 8 for generating a magnetic field is provided at a predetermined position in the room where the image generating apparatus is used. The magnetic field generating coil 8 and the induced current generating coil 4 attached to the eyeglass-type image display device 2 generate an induced current due to the relative positional relationship with the magnetic field generating coil 8.
The head direction calculation circuit 9 calculates the head direction of the observer wearing the eyeglass-type image display device 2 based on this signal, and the output thereof is input to the image control circuit 7.
Here, the induced current generating coil 4, the magnetic field generating coil 8 and the head direction calculation circuit 9 constitute a head direction detecting means for detecting the direction of the observer's head. A movement amount input circuit 10 is connected to the image control circuit 7. The movement amount input circuit 10 is composed of an input device such as a joystick,
The amount of movement of the observer to the front, rear, left and right is sequentially output. The image control circuit 7 calculates an image generation area based on the line-of-sight direction from the line-of-sight direction calculation circuit 6, the head direction from the head direction calculation circuit 9, and the movement amount from the movement amount input circuit 10. , Its output is input to the image generation circuit 1. The image generation circuit 1 generates an image in this area and displays it on the display panel.
【００１２】眼球位置検出センサ５は例えば強膜反射法
を用いて眼球位置を検出するものとする。強膜反射法は
赤外線に対する眼球の黒目と白目の反射率の違いに基づ
いて眼球位置を計測するものである。眼球位置検出セン
サ５には例えば図２（ａ）に示すように眼球位置に隣接
して赤外線発光素子１０，１１とその眼球からの反射光
を受光する一対の受光素子１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１
３ｂとが設けられており、一対の受光素子１２ａ〜１３
ｂにより反射光の強さを電流に変換し、その比に基づい
て２次元の視線方向を検出するものである。又図２
（ｂ）に示すように左右の眼球の近傍にその眼球の位置
を検出するＣＣＤセンサ１４を設け、ＣＣＤセンサ１４
からの出力に基づいて黒目の位置を認識し視線方向を出
力するようにしてもよい。この場合にも光源として赤外
線発光ダイオード等を用いることができる。The eyeball position detecting sensor 5 detects the eyeball position by using, for example, the scleral reflection method. The scleral reflection method measures the eyeball position based on the difference in reflectance between the black eye and the white eye of the eye with respect to infrared rays. In the eyeball position detection sensor 5, for example, as shown in FIG. 2A, the infrared light emitting elements 10 and 11 and a pair of light receiving elements 12a, 12b, 13a and 1 that receive reflected light from the eyeballs adjacent to the eyeball position.
3b are provided, and the pair of light receiving elements 12a to 13 are provided.
The intensity of reflected light is converted into a current by b, and the two-dimensional line-of-sight direction is detected based on the ratio. See also Figure 2
As shown in (b), a CCD sensor 14 for detecting the positions of the left and right eyeballs is provided in the vicinity of the left and right eyeballs.
It is also possible to recognize the position of the iris based on the output from and output the line-of-sight direction. Also in this case, an infrared light emitting diode or the like can be used as the light source.
【００１３】一方頭部方向の検出は磁気センサを用いて
いる。即ち磁界発生コイル８に電流を流すことによって
一定の磁界を発生する。誘導電流発生コイル４は磁界中
を移動することによって誘導電流が流れる。この誘導電
流の大きさを計測することによって頭部方向を計測する
ことができる。On the other hand, a magnetic sensor is used to detect the head direction. That is, a constant magnetic field is generated by passing a current through the magnetic field generating coil 8. The induced current flows through the induced current generating coil 4 by moving in the magnetic field. The head direction can be measured by measuring the magnitude of this induced current.
【００１４】次に本実施例の動作について図３を参照し
つつ説明する。図３において３０は観察者、３１は観察
者が方向Ａを向いているときの画像であり、３２は観察
者が方向Ｂを向いたときのその方向の画像とする。ここ
でまず観察者がＡの方向を向いて点Ｃを注視しており、
次に点Ｃを注視したまま頭部をＢ方向に移動した場合を
考える。頭部方向の移動は誘導電流発生コイル４からの
信号に基づいて頭部方向演算回路９より画像制御回路７
に入力される。頭部方向のみからの画像の場合には発生
すべき画像は３２であるが、観察者は点Ｃを注視してい
るためこの場合は画像３３が発生されるべきである。図
３においてθは頭部方向演算回路９の出力であり、αは
観察者が方向Ｂを向いたときの視線方向演算回路６の出
力、βは画像発生領域の回転量とする。ここでβは以下
のように演算される。
β＝θ−ｔα （｜ｔ｜＜１）Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 3, 30 is an observer, 31 is an image when the observer faces the direction A, and 32 is an image in that direction when the observer faces the direction B. First, the observer is looking at the point C facing the direction of A,
Next, consider a case where the head is moved in the B direction while gazing at the point C. The movement in the head direction is performed by the head direction calculation circuit 9 based on the signal from the induced current generating coil 4 in the image control circuit 7.
Entered in. The image to be generated is 32 in the case of the image only from the head direction, but since the observer is gazing at the point C, the image 33 should be generated in this case. In FIG. 3, θ is the output of the head direction calculation circuit 9, α is the output of the line-of-sight direction calculation circuit 6 when the observer faces the direction B, and β is the rotation amount of the image generation area. Here, β is calculated as follows. β = θ−tα (| t | <1)
【００１５】一方移動量入力回路１０からの入力値は観
察者の単なる前後又は左右方向への移動であるので、画
像表示領域としては平行移動となる。従って画像制御回
路７からは回転量βと移動量入力回路１０からの入力と
の合成値が出力される。画像発生回路１ではこの入力に
基づいて画像が選択され、眼鏡型画像表示装置２の表示
パネル３ａ，３ｂに表示される。On the other hand, since the input value from the movement amount input circuit 10 is merely the movement of the observer in the front-rear direction or the left-right direction, the image display area becomes a parallel movement. Therefore, the image control circuit 7 outputs a combined value of the rotation amount β and the input from the movement amount input circuit 10. The image generation circuit 1 selects an image based on this input and displays it on the display panels 3a and 3b of the eyeglass-type image display device 2.
【００１６】尚画像発生回路１においては両眼視差によ
る立体画像の出力を行ってもよく、この場合には画像を
右目用及び左目用に変換して出力すればよい。この変換
は右目と左目との距離及び目と表示パネル３ａ，３ｂと
の距離が一定であるため、画像３１〜３３を夫々平行移
動及び回転させることにより容易に求められる。The image generation circuit 1 may output a stereoscopic image based on binocular parallax. In this case, the image may be converted and output for the right eye and the left eye. This conversion is easily obtained by translating and rotating the images 31 to 33 because the distance between the right eye and the left eye and the distance between the eyes and the display panels 3a and 3b are constant.
【００１７】本実施例では頭部方向演算手段として磁気
コイルを用いたが、ＣＣＤにより頭部を撮像し画像認識
を用いて頭部方向を計測してよく、又頭部方向を計測で
きる他の方法を用いても容易に本発明を達成することが
できる。In the present embodiment, the magnetic coil is used as the head direction calculating means, but the head direction may be measured by CCD and the head direction may be measured by image recognition, or another head direction can be measured. The present invention can be easily achieved by using a method.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、観察者の頭部方向に加えて視線方向に基づいて表示
すべき画像の範囲を選択して画像発生回路より表示する
ようにしているため、違和感のない自然な画像表示を行
うことができ、実用上極めて有利な発明である。As described above in detail, according to the present invention, the range of the image to be displayed is selected based on the direction of the line of sight of the observer as well as the direction of the observer's head, and the range is displayed by the image generation circuit. Therefore, it is possible to display a natural image without a feeling of strangeness, which is an extremely advantageous invention in practical use.
【図１】本発明の一実施例による画像発生装置の全体構
成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an image generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】本実施例による画像位置検出接続の構成を示す
概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of an image position detection connection according to the present embodiment.
【図３】本実施例の頭部方向と表示画像との関係を示す
説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between a head direction and a display image according to the present embodiment.
【図４】従来の画像発生装置の一例を示すブロック図で
ある。FIG. 4 is a block diagram showing an example of a conventional image generating apparatus.
【図５】従来の画像発生装置における頭部方向と表示画
像との関係を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between a head direction and a display image in a conventional image generating apparatus.
１ 画像発生回路 ２ 眼鏡型画像表示装置 ３ａ，３ｂ 表示パネル ４ 誘導電流発生コイル ５ 眼球位置検出センサ ６ 視線方向演算回路 ７ 画像制御回路 ８ 磁界発生コイル ９ 頭部方向演算回路 １０ 移動量入力回路 1 Image generation circuit 2 Glasses type image display device 3a, 3b display panel 4 Induction current generating coil 5 Eye position detection sensor 6 Gaze direction calculation circuit 7 Image control circuit 8 Magnetic field generating coil 9 Head direction calculation circuit 10 Travel distance input circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 13/04 Ｈ０４Ｎ 13/04 (56)参考文献 特開 平４−357930（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−302381（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−49943（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−111028（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−277871（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−296176（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06T 17/40 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H04N 13/04 H04N 13/04 (56) References JP-A-4-357930 (JP, A) JP-A-4-302381 (JP , A) JP 4-49943 (JP, A) JP 3-111028 (JP, A) JP 4-277871 (JP, A) JP 3-296176 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G06T 17/40
Claims (3)
段と、 観察者の頭部の方向を検出する頭部方向検出手段と、 観察者の移動量を入力する移動量入力手段と、 前記頭部方向検出手段の出力及び前記移動量入力手段の
出力に基づいて発生すべき画像の移動量を算出し、前記
頭部方向検出手段の出力と前記視線検出手段の出力とが
逆方向であった場合にのみ、前記発生すべき画像の移動
量を抑制する補正を行い、画像表示範囲を決定する画像
制御手段と、 前記画像制御手段の出力に基づき画像を発生させる画像
発生手段と、を具備することを特徴とする画像発生装
置。1. A line-of-sight detection unit that detects the direction of the line of sight of the observer, a head direction detection unit that detects the direction of the observer's head, and a movement amount input unit that inputs the amount of movement of the observer, calculating a movement amount of an image to be generated based on the output of the output and the movement amount input means of the head direction detection means, said
The output of the head direction detecting means and the output of the gaze detecting means are
Only if it is in the opposite direction, the movement of the image to be generated
An image generation apparatus comprising: an image control unit that performs correction for suppressing an amount and determines an image display range; and an image generation unit that generates an image based on an output of the image control unit.
の出力に基づいて左右の一対の画像を発生させるもので
あることを特徴とする請求項１記載の画像発生装置。2. The image generating apparatus according to claim 1, wherein the image generating means generates a pair of left and right images based on the output of the image control means.
の出力に基づいて両眼視差を有する左右の夫々の立体視
画像を発生させるものであることを特徴とする請求項２
記載の画像発生装置。Wherein said image generating means, according to claim 2, characterized in that to generate the left and right of each of the stereoscopic image having a binocular parallax on the basis of the output of said image control means
The image generating device described.
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| JP22822193A JP3444935B2 (en) | 1993-08-20 | 1993-08-20 | Image generator |
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