JP6509101B2 - Image display apparatus, program and method for displaying an object on a spectacle-like optical see-through type binocular display - Google Patents
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Description
本発明は、眼鏡状の光学シースルー型の両眼のディスプレイを用いて、ユーザから見た現実空間に、文字や画像のオブジェクト(CG(Computer Graphics))を拡張現実感(AR(augmented reality))として重畳的に表示する技術に関する。特に、本発明によれば、ユーザから見たオブジェクトの視認性を向上させる技術に関する。 The present invention uses a glasses-like optical see-through type binocular display to display a character or image object (CG (Computer Graphics)) in a real space viewed from the user as augmented reality (AR (augmented reality)) It is related with the technology which displays as superimposed. In particular, the present invention relates to a technique for improving the visibility of an object viewed from the user.
ARの用途としては、例えば、ユーザが、自ら所持する端末のカメラを商品にかざした際に、その商品を特定し、その商品に紐付いた価格等の情報を、ディスプレイの適切な位置に表示させることができる。近年、携帯電話機やスマートフォンのような端末の処理性能の向上に伴って、ARを実行可能な環境が提供されてきている。 As an application of AR, for example, when the user holds the camera of the terminal possessed by the user over the product, the product is identified, and information such as the price linked to the product is displayed at an appropriate position on the display. be able to. In recent years, with the improvement of processing performance of terminals such as mobile phones and smart phones, an environment capable of executing AR has been provided.
例えば、ユーザの頭部に装着する小型ディスプレイを備えた眼鏡状装置として、HMD(ヘッド・マウント・ディスプレイ)がある。HMDに搭載されたカメラは、ユーザの視線の先に映る現実空間の映像を撮影し続けるために、ユーザが自ら意識的にカメラをかざす必要もない。そのために、ユーザの視線の先の現実空間上に、ARの画像を重畳的に表示することができる。HMDとARとを連携した用途として、作業支援システムがある。作業者は、例えば手先の作業をしながら、ディスプレイに映る作業指示のオブジェクトを眼の前で確認することができる。 For example, there is an HMD (head mounted display) as a spectacles-like device provided with a small display attached to the head of the user. The camera mounted on the HMD does not have to consciously hold the camera on its own in order to continue capturing images of the real space that appears in front of the user's gaze. Therefore, the AR image can be superimposed and displayed on the real space ahead of the user's line of sight. There is a work support system as an application in which the HMD and the AR are linked. The worker can check the object of the work instruction displayed on the display in front of the eyes while working the hand, for example.
HMDは、主に以下の2種類に分類できる。
ビデオシースルー型:カメラのプレビュー画像にオブジェクトを重畳する
光学式シースルー型:現実空間そのものにオブジェクトを重畳する
HMD can be mainly classified into the following two types.
Video see-through type: superimposing an object on the camera preview image Optical see-through type: superimposing an object on the real space itself
ビデオシースルー型HMDは、カメラのプレビュー画像が位置合わせの対象であるために、既存のスマートフォンアプリと同様の位置合わせ方式を用いることができる。但し、装着者の視野角や現実環境の視認性が、カメラの画角や解像度に制限される。そのために、例えば作業支援システムの場合、作業者に対する視界の制限が、その作業効率を低下させる恐れがある。 The video see-through HMD can use the same alignment method as an existing smartphone application because the preview image of the camera is the target of alignment. However, the viewing angle of the wearer and the visibility of the real environment are limited to the angle of view and resolution of the camera. For this reason, in the case of a work support system, for example, the limitation of the visibility to the worker may reduce the work efficiency.
一方、光学式シースルー型HMDは、装着者が仮想スクリーンを通して視認する現実空間そのものが位置合わせの対象となる。光学式シースルー型HMDは、ビデオシースルー型に対して表示視野角が狭いという欠点を有する。一方で、装着者の視界が開けているために、現実空間に対して必要な作業指示情報のみをAR表示できるという点で、作業支援システムに適する。 On the other hand, in the optical see-through HMD, the real space itself that the wearer visually recognizes through the virtual screen is an object of alignment. The optical see-through HMD has the disadvantage that the display viewing angle is narrow compared to the video see-through HMD. On the other hand, it is suitable for the work support system in that only the necessary work instruction information can be AR-displayed in the real space because the view of the wearer is open.
光学式シースルー型HMDによれば、オブジェクトの表示位置を、装着者の視野で現実空間と重なるように補正する必要がある。このような補正は、光学式シースルー型HMDに特有の操作であり、「HMDキャリブレーション」と称される(例えば特許文献1及び非特許文献1参照)。特許文献1に記載の技術によれば、単眼のHMDについて高精度にキャリブレーション・パラメータを推定するものである。
According to the optical see-through HMD, it is necessary to correct the display position of the object so as to overlap the physical space in the field of view of the wearer. Such a correction is an operation unique to the optical see-through HMD, and is referred to as "HMD calibration" (see, for example,
光学式シースルー型HMDの中には、両眼で見える仮想スクリーンに表示することによって、単眼の表示視野角の狭さを補う技術もある(例えば非特許文献2参照)。 Among the optical see-through HMDs, there is also a technology for compensating for the narrowness of the display viewing angle of a single eye by displaying on a virtual screen seen with both eyes (see, for example, Non-Patent Document 2).
図1は、光学式シースルー型HMDから見たユーザの視界を表す外観図である。 FIG. 1 is an external view showing the field of view of the user as viewed from an optical see-through HMD.
具体的に、EPSON社製のMOVERIO BT-200(例えば非特許文献3参照)によれば、ユーザが、その両眼を所定の奥行き位置にピントを合わせた場合、単眼の視野角、例えば左眼スクリーンに対する左眼の視野角は、23°となる。ここで、単眼の視野角は、ピント位置によらず一定である。一方で、両眼スクリーンに対応する両眼の視野角は、奥行き距離l=50cmとして目視確認を行った結果、単眼の視野角の約1.5倍であった。即ち、奥行き距離l=50cmの位置にピントを合わせ、右眼を閉じ且つ左眼のみを開けている状態から、両眼を開けた状態へ移行した場合、視野角が1.5倍拡大したように視認される。ユーザが注視点(ピント位置)を遠ざけるほど、両眼の視野角の拡大率は低下する。そして、一定の奥行き距離lで視野角が1.0倍となり、左眼スクリーン及び右眼スクリーンが完全に重なる。奥行き距離lは、HMDの焦点距離と称される。 Specifically, according to MOVERIO BT-200 manufactured by EPSON (see, for example, Non-Patent Document 3), when the user focuses on both eyes at a predetermined depth position, the viewing angle of a single eye, for example, the left eye The viewing angle of the left eye with respect to the screen is 23 °. Here, the viewing angle of a single eye is constant regardless of the in-focus position. On the other hand, as a result of visually confirming the viewing angle of the both eyes corresponding to the binocular screen as the depth distance l = 50 cm, it was about 1.5 times the viewing angle of the monocular. That is, it seems that the viewing angle is enlarged by 1.5 times when the camera moves from a state in which the right eye is closed and only the left eye is open to a state in which both eyes are open. It is visually recognized. As the user moves away from the fixation point (focus position), the magnification of the viewing angle of both eyes decreases. Then, at a constant depth distance l, the viewing angle becomes 1.0 times, and the left eye screen and the right eye screen completely overlap. The depth distance l is referred to as the HMD focal length.
両眼のスクリーンを用いて視野角が拡大する度合いは、装着者がピントを合わせる奥行き位置によって異なる。
ユーザが近くを見るほど、両眼スクリーンを用いた場合の視野角の拡大率は増加する。
ユーザが遠くを見るほど、両眼スクリーンを用いた場合の視野角の拡大率は低下する。
The degree to which the viewing angle is expanded using the screen of both eyes differs depending on the depth position at which the wearer focuses.
As the user looks closer, the magnification of the viewing angle when using a binocular screen increases.
The farther the user looks, the lower the magnification of the viewing angle when using a binocular screen.
図2は、光学式シースルー型HMDについて2つのスクリーンとユーザの視界との関係を表す外観図である。 FIG. 2 is an external view showing the relationship between two screens and the field of view of the user for the optical see-through HMD.
図2によれば、MOVERIO BT-200の場合、HMDにおける眼鏡部分の左右それぞれにハーフミラーが埋め込まれている。HMDの内部から横方向に照射された光は、ハーフミラーの反射面によってユーザの目に入力される。一方で、現実環境の光は、ハーフミラーの非反射面を通して、ユーザの目にそのまま入力される。結果として、ユーザには、現実環境の中に虚像としてのスクリーン(仮想スクリーン:Virtual Screen)が視認される。仮想スクリーンは、物理的なディスプレイとは異なり、ユーザが視認する奥行き位置によってスクリーンの大きさが異なって見えるという特徴がある。例えば、ユーザから見て、奥行き距離20mの位置では、320型相当の表示画面を視認することができる。光学シースルー型HMDは、この性質を利用して、超大型スクリーンでの映像鑑賞を狭い環境でも楽しめることを製品販売上の特長とする場合が多い。以後、「スクリーン」は「仮想スクリーン」を指すこととする。 According to FIG. 2, in the case of the MOVERIO BT-200, half mirrors are embedded in the left and right of the glasses in the HMD. Light emitted laterally from the inside of the HMD is input to the eyes of the user by the reflecting surface of the half mirror. On the other hand, light of the real environment is directly input to the user's eyes through the non-reflecting surface of the half mirror. As a result, the user sees a screen as a virtual image (Virtual Screen) in the real environment. Unlike a physical display, the virtual screen is characterized in that the size of the screen looks different depending on the depth position viewed by the user. For example, as viewed from the user, a display screen equivalent to the 320 type can be visually recognized at a position at a depth distance of 20 m. Optical see-through HMDs often take advantage of this property to make it possible to enjoy watching images on a super large screen even in a narrow environment as a feature on product sales. Hereinafter, "screen" will be referred to as "virtual screen".
図1及び図2によれば、ユーザの注視点の奥行き位置に、両眼スクリーンが表されている。注視点は、ユーザの両眼がピントを合わせた位置である。この両眼スクリーンは、以下のような3つの領域に区分される。
左眼領域(左眼スクリーンのみの領域)
重複領域(右眼スクリーンと左眼スクリーンとが重複した領域)
右眼領域(右眼スクリーンのみの領域)
According to FIGS. 1 and 2, the binocular screen is displayed at the depth position of the user's gaze point. The fixation point is a position at which the user's eyes are in focus. This binocular screen is divided into the following three areas.
Left eye area (area with left eye screen only)
Overlap area (the area where the right and left eye screens overlap)
Right eye area (area with right eye screen only)
例えば作業支援システムの用途によれば、手先の作業範囲として、奥行き位置が近距離(50cm程度)の場合も多い。これはHMDメーカによって想定される上述の使用方法とは異なり、左眼及び右眼のスクリーン位置が左右にずれてしまうことによって、作業者は図1及び図2のように、左眼領域、重複領域及び右眼領域を同時に視認することとなる。ここで、両眼スクリーンは、これら3つの領域を合わせたものであって、ユーザの両眼で視認されるスクリーンをいう。 For example, according to the application of the work support system, there are many cases where the depth position is a short distance (about 50 cm) as the work range of the hand. This is different from the above-mentioned usage method assumed by the HMD maker, and the left eye region and the overlap are left as shown in FIG. 1 and FIG. 2 because the screen positions of the left eye and the right eye shift to the left and right. The area and the right eye area will be viewed simultaneously. Here, the binocular screen is a combination of these three areas and is a screen that is viewed by the user's eyes.
両眼スクリーンを構成する左眼スクリーン及び右眼スクリーンのそれぞれについては、HMDのキャリブレーション・パラメータを事前に算出しておくことによって、ユーザの眼の位置に合った適切なオブジェクトの描画位置を計算することができる。尚、キャリブレーション・パラメータは、装着するHMDに対してユーザの眼の位置が固定であれば、ユーザのピント位置に関わらず定数値を取る。そのため、近距離視認時に両眼のスクリーン位置が左右にずれてしまっている場合でも、キャリブレーション・パラメータを事前に正確に算出できていれば、オブジェクトを適切な位置に重畳表示できる。 For each of the left-eye and right-eye screens that make up the binocular screen, the HMD calibration parameters are calculated in advance to calculate the drawing position of the appropriate object that matches the user's eye position. can do. The calibration parameter takes a constant value regardless of the focus position of the user if the position of the user's eye is fixed with respect to the HMD to be attached. Therefore, even when the screen position of both eyes is shifted to the left and right at the time of short distance visual recognition, if the calibration parameter can be accurately calculated in advance, the object can be superimposed and displayed at an appropriate position.
図3は、キャリブレーション・パラメータが推定誤差を含まない場合における、ユーザの視界に映るスクリーンを表す説明図である。図中の「これに触るな」「これを押せ」の吹き出しは、作業支援システムを想定した場合の作業指示オブジェクトの一例である。HMDの装着者は、実際の作業対象設備にこのCGが重なって見える。 FIG. 3 is an explanatory view showing a screen shown in the user's view in the case where the calibration parameter does not include an estimation error. The balloon "Don't touch this" and "Press this" in the figure is an example of a work instruction object in the case of assuming a work support system. The wearer of the HMD sees this CG overlapping the actual work target equipment.
図3によれば、HMDのキャリブレーション・パラメータが完全に誤差なく計算されており、両眼スクリーンの重複領域では、各スクリーンに描画したオブジェクトが完全に重なり合っている。ユーザの両眼からは、全く違和感なく視認できる。 According to FIG. 3, the calibration parameters of the HMD are calculated completely without error, and in the overlapping area of the binocular screens, the objects drawn on the respective screens are completely overlapped. From both eyes of the user, it can be viewed without any discomfort at all.
現実的には、HMDの装着位置が途中でずれてしまう場合がある。また、ユーザの頭部の形状や視力矯正用メガネの装着有無によって、キャリブレーション・パラメータはユーザ毎に異なる。しかしながら、キャリブレーションの作業は手間を要するため、第三者が計算したキャリブレーション・パラメータを使い回す場合も考えられる。結果として、キャリブレーション・パラメータが誤差を含む場合が多い。 In reality, the mounting position of the HMD may be shifted halfway. In addition, the calibration parameter differs depending on the user depending on the shape of the user's head and the presence or absence of eyesight correction glasses. However, since the calibration operation is time-consuming, it is conceivable to use a calibration parameter calculated by a third party. As a result, calibration parameters often include errors.
図4は、キャリブレーション・パラメータが誤差を含む場合における、ユーザの視界に映るスクリーンを表す説明図である。 FIG. 4 is an explanatory view showing a screen shown in the user's field of view in the case where the calibration parameter includes an error.
左右のキャリブレーション・パラメータ(Pl,Pr)に誤差が含まれている場合、図4のように、ユーザから見て、各々のスクリーンについてオブジェクト(CG)の描画位置が現実環境に対してズレている。ここで、両眼のHMDでは、描画位置のずれに加えて、両眼特有のオブジェクトの視認性に関わる問題が生じる。具体的には、図4に示すように、左眼スクリーンと右眼スクリーンの重複領域でオブジェクトが完全に重ならず、そのオブジェクトが二重に視認されることとなる。 If the left and right calibration parameters (P l, P r ) include an error, the drawing position of the object (CG) for each screen is relative to the real environment as seen from the user as shown in FIG. It is misaligned. Here, in the HMD of both eyes, in addition to the deviation of the drawing position, a problem related to the visibility of the object peculiar to both eyes arises. Specifically, as shown in FIG. 4, the objects do not overlap completely in the overlapping area of the left-eye screen and the right-eye screen, and the objects are double-viewed.
また、左右のキャリブレーション・パラメータに推定誤差が含まれていない場合であっても、左右のスクリーンに描画されたオブジェクトが重複領域で重なることによって、その重複領域のみの輝度が高まる。結果として、重複領域の両端の境界線の存在が目立ち、オブジェクト全体の視認性が低下してしまう。 In addition, even in the case where the left and right calibration parameters do not include an estimation error, the objects drawn on the left and right screens overlap in the overlapping area, thereby increasing the luminance of only the overlapping area. As a result, the existence of boundaries at both ends of the overlapping area is noticeable, and the visibility of the entire object is reduced.
そこで、本発明は、眼鏡形状の光学シースルー型の両眼のディスプレイにオブジェクトを表示する際に、ディスプレイを通してユーザが視認する、各スクリーンの重複領域におけるオブジェクトの視認性を向上させることができる画像表示装置、プログラム及び方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is an image display capable of improving the visibility of an object in an overlapping area of each screen, which is visually recognized by the user through the display when the object is displayed on a display of an optical see-through type of glasses. It aims at providing an apparatus, a program, and a method.
本発明によれば、ユーザの右眼及び左眼の各々について配置され、現実空間を透過して視認可能な光学式シースルー型のディスプレイを有し、ユーザが注視する実オブジェクトにおける注視点に合わせて、ディスプレイに表示すべき仮想オブジェクトを制御する画像表示装置であって、
カメラから、ユーザの注視点までの奥行き位置を取得する注視点位置取得手段と、
ユーザの右眼及び左眼の各々から、ディスプレイを通して奥行き位置に視認される右眼スクリーン及び左眼スクリーンが交わる重複領域を算出する重複領域算出手段と、
重複領域に表示すべき当該仮想オブジェクトに対して、右眼スクリーン又は左眼スクリーンのいずれか一方のみを選択する描画領域選択手段と、
選択された右眼スクリーン又は左眼スクリーンに当該仮想オブジェクトを描画するオブジェクト描画手段と
を有することを特徴とする。
According to the present invention, it has an optical see-through type display arranged for each of the right eye and the left eye of the user and visible through the real space, in accordance with the gaze point of the real object the user gazes An image display device for controlling a virtual object to be displayed on a display,
Attention point position acquisition means for acquiring the depth position from the camera to the user's attention point;
An overlapping area calculation unit that calculates an overlapping area where the right eye screen and the left eye screen that are viewed at the depth position through the display intersect with each other from the right eye and the left eye of the user;
Drawing area selecting means for selecting either the right eye screen or the left eye screen for the virtual object to be displayed in the overlapping area;
It is characterized by including object drawing means for drawing the virtual object on the selected right eye screen or left eye screen.
本発明の画像表示装置における他の実施形態によれば、
描画領域選択手段は、
右眼スクリーン及び左眼スクリーンから構成される両眼スクリーンを、右眼領域と重複領域と左眼領域とに区分し、
両眼スクリーンに対する当該仮想オブジェクトの両端座標と、重複領域の両端座標とを用いて、
右眼領域及び重複領域に跨って表示すべき仮想オブジェクトは、重複領域に描画するスクリーンとして右眼スクリーンを選択し、
左眼領域及び重複領域に跨って表示すべき仮想オブジェクトは、重複領域に描画するスクリーンとして左眼スクリーンを選択することも好ましい。
According to another embodiment of the image display device of the present invention,
The drawing area selection means is
Divide a binocular screen consisting of a right eye screen and a left eye screen into a right eye area, an overlapping area and a left eye area;
Using the end coordinates of the virtual object with respect to the binocular screen and the end coordinates of the overlapping area,
The virtual object to be displayed across the right eye area and the overlapping area selects the right eye screen as a screen to be drawn in the overlapping area,
It is also preferable that the virtual object to be displayed across the left eye area and the overlap area select the left eye screen as a screen to be drawn in the overlap area.
本発明の画像表示装置における他の実施形態によれば、
描画領域選択手段は、
重複領域に表示すべき当該仮想オブジェクトについて、
右眼のキャリブレーション・パラメータPrの精度が、左眼のキャリブレーション・パラメータPlの精度よりも高い場合、重複領域に描画するスクリーンとして右眼スクリーンを選択し、
逆に、右眼のキャリブレーション・パラメータPrの精度が、左眼のキャリブレーション・パラメータPlの精度の精度よりも低い場合、重複領域に描画するスクリーンとして左眼スクリーンを選択することも好ましい。
According to another embodiment of the image display device of the present invention,
The drawing area selection means is
Regarding the virtual object to be displayed in the overlapping area,
If the accuracy of the calibration parameter P r of the right eye is higher than the accuracy of the calibration parameter P l of the left eye, select the right eye screen as the screen to be drawn in the overlapping area,
Conversely, if the accuracy of the calibration parameter P r of the right eye is lower than that of the calibration parameter P l of the left eye, it is also preferable to select the left eye screen as the screen to be drawn in the overlapping area .
本発明の画像表示装置における他の実施形態によれば、
重複領域算出手段の逆投影−投影計算は、右眼から右眼スクリーン(又は左眼から左眼スクリーン)の任意点を介して、3次元空間の奥行き位置に逆投影した後、他方の左眼スクリーン(又は右眼スクリーン)に投影する逆投影−投影計算によって、右眼スクリーンの座標系(ur,vr)と、左眼スクリーンの座標系(ul,vl)との位置関係を示す、以下の変換行列Hl,rを算出することも好ましい。
The back projection calculation of the overlapping area calculation means is performed by the back projection on the depth position of the three-dimensional space through an arbitrary point of the right eye to the right eye screen (or the left eye to the left eye screen). The position relationship between the coordinate system (u r , v r ) of the right eye screen and the coordinate system (u l , v l ) of the left eye screen by back projection-projection calculation which projects on the screen (or right eye screen) It is also preferable to calculate the following transformation matrix H l, r as shown.
本発明の画像表示装置における他の実施形態によれば、
重複領域算出手段は、両眼のスクリーンが左右方向のみにずれている場合に、逆投影−投影計算によって、以下の変換行列Hl,rで定義される変位量dを算出することも好ましい。
It is also preferable that the overlapping area calculation means calculates a displacement amount d defined by the following transformation matrix H l, r by back projection-projection calculation when the screens of both eyes are shifted only in the left and right direction.
本発明の画像表示装置における他の実施形態によれば、
重複領域算出手段の逆投影−投影計算は、右眼スクリーンの座標系(ur,vr)と、左眼スクリーンの座標系(ul,vl)と、右眼のキャリブレーション・パラメータPrと、左眼のキャリブレーション・パラメータPlと、注視点位置取得手段で用いたカメラ座標系(Xc,Yc,Zc)とを用いて、以下の式によって定義し、
(ur,vr)=(0,0)及びZC=Zα(奥行き距離のスカラー値)を代入することで、ulを変位量dとして算出するか、
又は、
(ul,vl)=(0,0)及びZC=Zα(奥行き距離のスカラー値)を代入することで、urを変位量−dとして算出することも好ましい。
According to another embodiment of the image display device of the present invention,
Backprojection overlapping area calculating means - projection calculations, the right eye screen coordinate system (u r, v r) and left-eye screen coordinate system (u l, v l) and, in the right eye calibration parameters P Using r , the calibration parameter P l for the left eye, and the camera coordinate system (Xc, Yc, Zc) used by the gaze point position acquisition means, the following formula is defined:
Or
It is also preferable to calculate u r as the displacement amount −d by substituting (u l , v l ) = (0, 0) and Z c = Z α (scalar value of depth distance).
本発明の画像表示装置における他の実施形態によれば、
注視点位置取得手段は、可視光カメラを用いる場合、注視点を特定するマーカ画像を予め記憶しており、撮影画像からマーカ画像を検出することによって、以下のように、マーカを配置した世界座標系(Xw,Yw,Zw)からカメラ座標系(Xc,Yc,Zc)への変換行列(位置姿勢パラメータ)Wc,wを算出し、
注視点位置取得手段は、世界座標系における注視点の座標を、変換行列Wc,wを用いてカメラ座標系へ変換し、そのZcを奥行き距離のスカラー値Zαとして算出することも好ましい。
According to another embodiment of the image display device of the present invention,
When using a visible light camera, the gaze point position acquiring means stores in advance a marker image for specifying the gaze point, and detects the marker image from the photographed image, thereby setting the world coordinates in which the markers are arranged as follows: Calculate the transformation matrix (position and orientation parameters) Wc, w from the system (Xw, Yw, Zw) to the camera coordinate system (Xc, Yc, Zc),
本発明の画像表示装置における他の実施形態によれば、
注視点位置取得手段は、マーカ画像の領域における重心座標を、注視点とすることも好ましい。
According to another embodiment of the image display device of the present invention,
It is also preferable that the point-of-gaze position acquisition means sets the barycentric coordinates in the area of the marker image as the point of gaze.
本発明の画像表示装置における他の実施形態によれば、
オブジェクト描画手段は、
仮想オブジェクト毎に、重複領域の描画対象として選択されていない一方のスクリーンにのみ描画し、
左眼スクリーン及び右眼スクリーンの各々の重複領域を、ディスプレイの透過色で塗りつぶし、
仮想オブジェクトを、描画していない他方のスクリーンに描画する
ことも好ましい。
According to another embodiment of the image display device of the present invention,
Object drawing means
For each virtual object, draw only on one screen not selected as the drawing target of the overlapping area,
Fill each overlapping area of the left eye screen and right eye screen with the transparent color of the display,
It is also preferable to draw the virtual object on the other screen not drawn.
本発明によれば、ユーザの右眼及び左眼の各々の前方に配置され、現実空間を透過して視認可能な光学式シースルー型の両眼のディスプレイを有し、ユーザが注視する実オブジェクトにおける注視点に合わせて、ディスプレイに表示すべき仮想オブジェクトを制御する装置に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムであって、
カメラから、ユーザの注視点までの奥行き位置を取得する注視点位置取得手段と、
ユーザの右眼及び左眼の各々から、ディスプレイを通して奥行き位置に視認される右眼スクリーン及び左眼スクリーンが交わる重複領域を算出する重複領域算出手段と、
重複領域に表示すべき当該仮想オブジェクトに対して、右眼スクリーン又は左眼スクリーンのいずれか一方のみを選択する描画領域選択手段と、
選択された右眼スクリーン又は左眼スクリーンに当該仮想オブジェクトを描画するオブジェクト描画手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。
According to the present invention, in a real object to be gazed by the user, the display has an optical see-through type binocular display which is disposed in front of each of the user's right and left eyes and can be seen through the real space. A program that causes a computer mounted on a device to control a virtual object to be displayed on a display to match a fixation point,
Attention point position acquisition means for acquiring the depth position from the camera to the user's attention point;
An overlapping area calculation unit that calculates an overlapping area where the right eye screen and the left eye screen that are viewed at the depth position through the display intersect with each other from the right eye and the left eye of the user;
Drawing area selecting means for selecting either the right eye screen or the left eye screen for the virtual object to be displayed in the overlapping area;
The computer is caused to function as an object drawing unit that draws the virtual object on the selected right-eye screen or left-eye screen.
本発明によれば、ユーザの右眼及び左眼の各々の前方に配置され、現実空間を透過して視認可能な光学式シースルー型の両眼のディスプレイを有し、ユーザが注視する実オブジェクトにおける注視点に合わせて、ディスプレイに表示すべき仮想オブジェクトを制御する装置の画像表示方法であって、
装置は、
カメラから、ユーザの注視点までの奥行き位置を取得する第1のステップと、
ユーザの右眼及び左眼の各々から、ディスプレイを通して奥行き位置に視認される右眼スクリーン及び左眼スクリーンが交わる重複領域を算出する第2のステップと、
重複領域に表示すべき当該仮想オブジェクトに対して、右眼スクリーン又は左眼スクリーンのいずれか一方のみを選択する第3のステップと、
選択された右眼スクリーン又は左眼スクリーンに当該仮想オブジェクトを描画する第4のステップと
を実行することを特徴とする。
According to the present invention, in a real object to be gazed by the user, the display has an optical see-through type binocular display which is disposed in front of each of the user's right and left eyes and can be seen through the real space. An image display method of an apparatus for controlling a virtual object to be displayed on a display in accordance with a fixation point,
The device is
A first step of acquiring a depth position from a camera to a user's gaze point;
Calculating, from each of the right eye and the left eye of the user, an overlapping area where the right eye screen and the left eye screen viewed at the depth position through the display intersect;
A third step of selecting only one of the right eye screen and the left eye screen for the virtual object to be displayed in the overlapping area;
And a fourth step of drawing the virtual object on the selected right-eye screen or left-eye screen.
本発明の画像表示装置、プログラム及び方法によれば、眼鏡形状の光学シースルー型の両眼のディスプレイにオブジェクトを表示する際に、ディスプレイを通してユーザが視認する、各スクリーンの重複領域におけるオブジェクトの視認性を向上させることができる。即ち、本発明は、HMDによって想定されていない近距離視認時の性質を利用することで、光学シースルー型HMDの両眼視野角を拡大させることができる点に着目したものである。 According to the image display apparatus, program, and method of the present invention, when displaying an object on a spectacles-shaped optical see-through type binocular display, the visibility of the object in the overlapping area of each screen which the user visually recognizes through the display Can be improved. That is, the present invention focuses on the fact that the binocular viewing angle of the optical see-through HMD can be expanded by utilizing the property at the time of short distance visual recognition which is not assumed by the HMD.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図5は、本発明における画像表示装置の機能構成図である。 FIG. 5 is a functional block diagram of the image display apparatus in the present invention.
図5によれば、画像表示装置1の機能は、光学シースルー型HMDに内蔵されたものであってもよいし、光学シースルー型HMDに接続した外部の端末であってもよい。端末としては、例えばスマートフォンやタブレット又はパーソナルコンピュータのようなものがある。この場合、画像表示装置の機能は、端末にインストール可能なアプリケーションとして提供される。
According to FIG. 5, the function of the
図5によれば、HMD本体のディスプレイは、現実空間を透過して視認可能な光学式シースルー型のものであって、ユーザの左右各々の眼の前方に配置される。画像表示装置1は、注視点位置取得部11と、重複領域算出部12と、描画領域選択部13と、オブジェクト描画部14とを有する。これら機能構成部は、装置に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現される。また、これら機能構成部の処理の流れは、装置の画像表示方法としても理解できる。
According to FIG. 5, the display of the HMD main body is an optical see-through type that can be seen through the real space, and is disposed in front of each of the left and right eyes of the user. The
[注視点位置取得部11]
注視点位置取得部11は、HMDを装着したユーザから見た、注視点までの奥行き位置を取得する。注視点までの奥行き位置を取得することによって、ユーザの視線のピントの位置に、仮想オブジェクトを、その位置や大きさを制御して表示することができる。奥行き位置は、具体的には、HMD搭載のカメラから、現実空間に対するユーザの注視点までの距離である。そして、取得した注視点距離は、重複領域算出部12へ出力される。
[Point of gaze position acquisition unit 11]
The gaze point
注視点位置取得部11は、様々なデバイスを用いて、奥行き位置までの注視点距離を取得することがきる。デバイスとしては、例えば以下のようなものがある。
可視光カメラ
深度センサ(デプスカメラ)
超音波センサや磁気センサ(専用トランスミッタと、HMD本体及び注視対象物体に付したセンサとからなる)
The gaze point
Visible light camera depth sensor (depth camera)
Ultrasonic sensor or magnetic sensor (consisting of a dedicated transmitter and a sensor attached to the HMD body and the object to be watched)
<可視光カメラを用いる場合>
注視点位置取得部11は、注視点を特定するマーカ画像を予め記憶している。マーカ画像は、ユーザが注視すべき対象物体そのものの画像であってもよいし、対象物体に専用マーカ画像を貼り付けたものであってもよい。可視光カメラによる撮影画像から、画像認識によってそのマーカ画像が検出される。マーカ画像は、例えばQRコード(登録商標)であってもよい。このとき、マーカ画像の領域における重心座標を、注視点とすることも好ましい。
<When using a visible light camera>
The fixation point
図6は、世界座標系とカメラ座標系との関係を表す説明図である。 FIG. 6 is an explanatory view showing the relationship between the world coordinate system and the camera coordinate system.
注視点位置取得部11は、対象物体の位置姿勢を取得する(例えば非特許文献1参照)。これは、マーカ画像を配置した世界座標系(Xw,Yw,Zw)からカメラ座標系(Xc,Yc,Zc)への変換行列(位置姿勢パラメータ)Wc,wを、以下の式によって算出する(例えば非特許文献1参照)。
そして、注視点位置取得部11は、世界座標系における注視点の座標を、変換行列Wc,wを用いてカメラ座標系へ変換し、そのZcを奥行き距離のスカラー値Zαとして算出する。
The point of gaze
世界座標系と画像平面のピクセル座標系との点対応集合から、例えばRANSAC(RAndom SAmple Consensus)のようなロバスト推定アルゴリズムを用いて、変換行列Wc,wを算出するものであってもよい。点対応集合から、誤った点対応を除去することもできる。 The transformation matrix Wc, w may be calculated from a point correspondence set of the world coordinate system and the pixel coordinate system of the image plane using a robust estimation algorithm such as RANSAC (RANdom SAmple Consensus), for example. False point correspondences can also be removed from point correspondence sets.
図6のように、可視光カメラのカメラ座標系の光軸方向が、仮想スクリーンの法線ベクトルの正又は負の方向に近似できる場合、可視光カメラの座標系の原点と注視点との間の距離を、注視点距離とすることができる。 As shown in FIG. 6, when the optical axis direction of the camera coordinate system of the visible light camera can be approximated to the positive or negative direction of the normal vector of the virtual screen, between the origin of the coordinate system of the visible light camera and the gaze point The distance of can be taken as the gaze point distance.
尚、世界座標系における注視点の3次元位置X1wには、仮想オブジェクトを構成する頂点群の平均値又は中央値を用いてもよい。また、例えば、作業支援システムについて、作業指示対象の位置が別の実施形態によって取得できる場合は、これをX1wとしてもよい。 As the three-dimensional position X 1 w of the gaze point in the world coordinate system, an average value or a median value of vertex groups constituting the virtual object may be used. Also, for example, in the case of the work support system, when the position of the work instruction target can be acquired by another embodiment, this may be X 1 w.
<深度センサを用いる場合>
深度センサ(デプスカメラ)を用いる場合は、マーカ画像を貼り付けた特定の対象物体のみならず、視認領域全体のデプス値を取得することができる。深度センサは、赤外線照射センサから放射された赤外線の反射を捉えることによって、実物体の位置を注視点位置として取得することができる。
<When using a depth sensor>
When a depth sensor (depth camera) is used, not only the specific target object to which the marker image is attached but also the depth value of the entire visual recognition area can be acquired. The depth sensor can acquire the position of a real object as a gaze point position by capturing the reflection of infrared radiation emitted from the infrared radiation sensor.
[重複領域算出部12]
重複領域算出部12は、ユーザの右眼及び左眼の各々から、ディスプレイを通して「奥行き距離」に視認される右眼スクリーン及び左眼スクリーンが交わる重複領域を算出する。算出された重複領域の座標情報は、描画領域選択部13へ出力される。
[Overlap area calculation unit 12]
The overlap
重複領域算出部12は、右眼から右眼スクリーン(又は左眼から左眼スクリーン)の任意点を介して、3次元空間の奥行き位置に逆投影した後、他方の左眼スクリーン(又は右眼スクリーン)に投影する逆投影−投影計算によって、右眼スクリーンの座標系(ur,vr)と、左眼スクリーンの座標系(ul,vl)との位置関係を示す、以下の変換行列Hl,rを算出する。
重複領域算出部12は、両眼のスクリーンが左右方向のみにずれている場合に、逆投影−投影計算によって、以下の変換行列Hl,rで定義される変位量dを算出できる。
図7は、両方のスクリーン間の変位量を表す説明図である。 FIG. 7 is an explanatory view showing the amount of displacement between both screens.
図7によれば、右眼から右眼スクリーンの左上頂点を介して、3次元空間の奥行き位置に逆投影した後、他方の左眼スクリーンに投影する逆投影−投影計算によって、スクリーン間の変位量dが表されている。 According to FIG. 7, after the back projection to the depth position of the three-dimensional space through the upper left vertex of the right eye screen from the right eye, the displacement between the screens by the back projection-projection calculation projected to the other left eye screen The quantity d is represented.
また、重複領域算出部13の逆投影−投影計算は、以下の式によって定義したものであってもよい。
右眼スクリーンの座標系(ur,vr)
左眼スクリーンの座標系(ul,vl)
注視点位置取得手段で用いたカメラ座標系(Xc,Yc,Zc)
右眼のキャリブレーション・パラメータPr
左眼のキャリブレーション・パラメータPl
Coordinate system of the right eye screen (u r , v r )
Coordinate system of left eye screen (u l , v l )
Camera coordinate system (Xc, Yc, Zc) used by gaze point position acquisition means
Right eye calibration parameter P r
Left eye calibration parameter P l
以下のいずれかによって変位量dを算出する。
(1)(ur,vr)=(0,0)及びZC=Zα(奥行き距離のスカラー値)を代入することで、ulを変位量dとして算出する。
(2)(ul,vl)=(0,0)及びZC=Zα(奥行き距離のスカラー値)を代入することで、urを変位量−dとして算出する。
これによって、ZC=Zαによって定義された両眼スクリーン平面への逆投影位置が得られる。この逆投影位置の3次元座標を、他方の式に代入することによって、他方のスクリーンにおける対応点を算出する。
The displacement amount d is calculated by any of the following.
(1) By substituting (u r , v r ) = (0, 0) and Z c = Z α (scalar value of depth distance), u 1 is calculated as the displacement amount d.
(2) By substituting (u l , v l ) = (0, 0) and Z c = Z α (scalar value of depth distance), u r is calculated as a displacement amount −d.
Thus, back projection position of the binocular screen plane defined by the Z C = Z alpha is obtained. By substituting the three-dimensional coordinates of this back projection position into the other equation, the corresponding point on the other screen is calculated.
[描画領域選択部13]
描画領域選択部13は、重複領域に表示すべき当該仮想オブジェクトに対して、右眼スクリーン又は左眼スクリーンのいずれか一方のみを選択する。
[Drawing Area Selection Unit 13]
The drawing
図8は、左眼スクリーン、右眼スクリーン及び両眼スクリーンの位置関係及び各領域を表す説明図である。 FIG. 8 is an explanatory view showing the positional relationship between the left eye screen, the right eye screen, and the binocular screen and each region.
図8によれば、両眼スクリーンは、スクリーン間の変位量d[pixel]と、スクリーンの横幅w[pixel]とによって、左眼スクリーン及び右眼スクリーンを合わせて4つの領域A〜Dに区分されている。
A領域:左眼スクリーンのみで表示する領域
B領域:左眼スクリーンにおける右眼スクリーンとの重複領域
C領域:右眼スクリーンにおける左眼スクリーンとの重複領域
D領域:右眼スクリーンのみで表示する領域
According to FIG. 8, the binocular screen is divided into four regions A to D by combining the left eye screen and the right eye screen according to the displacement d between the screens and the width w of the screens w It is done.
A area: an area displayed only with the left eye screen B area: an overlap area with the right eye screen in the left eye screen C area: an overlap area with the left eye screen in the right eye screen D area: an area displayed with the right eye screen only
この重複領域の範囲は、ユーザの眼のピント位置によってリアルタイムに変化するものである。具体的には、装着者が遠くを視認するほど小さくなり、近くを視認するほど大きくなる。そのために、注視点位置取得部11によってユーザが注視する奥行き距離を特定し、その距離に応じた重複領域の範囲をリアルタイムに決定する。
The range of the overlapping area changes in real time according to the focus position of the user's eye. Specifically, the smaller the wearer sees in the distance, the smaller the viewer's eye looks in the vicinity. For this purpose, the gaze point
描画対象となる仮想オブジェクト(1つのオブジェクトを2つに区分してもよい)毎に、そのオブジェクトの描画位置が左右のスクリーン間の重複領域に跨る場合に、左スクリーンの領域(B領域)のみに表示するのか、右スクリーンの領域(C領域)のみに表示するのかを決定する。ここでは、両眼スクリーンの中で、重複領域の範囲における境界線の位置が重要となる。描画領域選択部13は、以下の2つのいずれか一方の処理によって、仮想オブジェクトを描画すべきスクリーンを選択する。
<仮想オブジェクトの視認性に基づくスクリーンの選択方法>
<キャリブレーション・パラメータの精度に基づくスクリーンの選択方法>
For each virtual object to be drawn (one object may be divided into two), if the drawing position of the object spans the overlapping area between the left and right screens, only the area on the left screen (area B) Decide whether to display in or the area (C area) of the right screen. Here, in the binocular screen, the position of the boundary in the range of the overlapping area is important. The drawing
<Screen Selection Method Based on Visibility of Virtual Object>
<Screen selection method based on calibration parameter accuracy>
<仮想オブジェクトの視認性に基づくスクリーンの選択方法>
右眼スクリーン及び左眼スクリーンから構成される両眼スクリーンは、右眼領域と重複領域と左眼領域とに区分される。
そして、オブジェクト毎に、描画領域を以下のいずれかに制限する。
左眼スクリーン(領域A、B)・右眼スクリーン(領域D)、又は、
左眼スクリーン(領域A) ・右眼スクリーン(領域C、D)
両眼スクリーンに対する当該仮想オブジェクトの両端座標と、重複領域の両端座標とを用いて、右眼領域及び重複領域に跨って表示すべき仮想オブジェクトは、重複領域に描画するスクリーンとして右眼スクリーンを選択する。
また、両眼スクリーンに対する当該仮想オブジェクトの両端座標と、重複領域の両端座標とを用いて、左眼領域及び重複領域に跨って表示すべき仮想オブジェクトは、重複領域に描画するスクリーンとして左眼スクリーンを選択する。
<Screen Selection Method Based on Visibility of Virtual Object>
A binocular screen composed of a right eye screen and a left eye screen is divided into a right eye area, an overlapping area and a left eye area.
Then, for each object, the drawing area is limited to one of the following.
Left eye screen (area A, B), right eye screen (area D), or
Left eye screen (region A) · Right eye screen (regions C, D)
The virtual object to be displayed across the right eye area and the overlapping area selects the right eye screen as a screen to be drawn in the overlapping area using both end coordinates of the virtual object with respect to the binocular screen and both end coordinates of the overlapping area Do.
In addition, a virtual object to be displayed across the left eye area and the overlapping area using the both end coordinates of the virtual object with respect to the binocular screen and the both end coordinates of the overlapping area is a left eye screen as a screen to be drawn in the overlapping area Choose
<キャリブレーション・パラメータの精度に基づくスクリーンの選択方法>
右眼のキャリブレーション・パラメータPrの精度が、左眼のキャリブレーション・パラメータPlの精度よりも高い場合、重複領域に描画するスクリーンとして右眼スクリーンを選択する。
左眼スクリーン(領域A) ・右眼スクリーン(領域C、D)
逆に、右眼のキャリブレーション・パラメータPrの精度が、左眼のキャリブレーション・パラメータPlの精度よりも低い場合、重複領域に描画するスクリーンとして左眼スクリーンを選択する。
左眼スクリーン(領域A、B)・右眼スクリーン(領域D)
又は、仮想オブジェクトの表示位置に関する特定の条件に当てはまる場合は、仮想オブジェクトの視認性に基づくスクリーンの選択方法を用い、それ以外の場合は、キャリブレーション・パラメータの精度に基づくスクリーンの選択方法を用いてもよい。
<Screen selection method based on calibration parameter accuracy>
If the accuracy of the calibration parameter P r of the right eye is higher than the accuracy of the calibration parameter P l of the left eye, the right eye screen is selected as the screen to be drawn in the overlapping area.
Left eye screen (region A) · Right eye screen (regions C, D)
Conversely, if the accuracy of the calibration parameter P r of the right eye is lower than that of the calibration parameter P l of the left eye, the left eye screen is selected as the screen to be drawn in the overlapping area.
Left eye screen (area A, B), right eye screen (area D)
Alternatively, if a specific condition regarding the display position of the virtual object is met, the screen selection method based on the visibility of the virtual object is used, otherwise, the screen selection method based on the accuracy of the calibration parameter is used May be
図9は、仮想オブジェクトに対する描画領域を表す第1の説明図である。 FIG. 9 is a first explanatory diagram showing a drawing area for a virtual object.
図9によれば、例えば仮想オブジェクトを構成する各ポリゴンの頂点座標について、式(3)を用いて投影位置を算出する。この計算は、仮想オブジェクトを実際にレンダリングする前に仮想オブジェクトのおおよその描画位置を把握するためのものである。尚、頂点群をダウンサンプリングしておくことによって、計算コストを低減したものであってもよい。 According to FIG. 9, for example, with regard to the vertex coordinates of each polygon constituting the virtual object, the projection position is calculated using the equation (3). This calculation is for grasping the approximate drawing position of the virtual object before actually rendering the virtual object. The calculation cost may be reduced by downsampling the vertex group.
<<仮想オブジェクトが両眼スクリーンで2つの領域(左眼領域及び重複領域、又は重複領域及び右眼領域)にのみ存在する場合の選択基準(図9〜11)>>
図9によれば、仮想オブジェクトを構成する点群を式(3)に基づいてスクリーンに投影した先の点群について、u座標の最小値と最大値とを、以下のように定義する。
左眼スクリーンにおける仮想オブジェクトのu座標の描画範囲:(ul min,ul max)
右眼スクリーンにおける仮想オブジェクトのu座標の描画範囲:(ur min,ur max)
ここで、仮想オブジェクトを、領域Aの左眼スクリーンと、領域Cの右眼スクリーンとで描画した場合、仮想オブジェクトの連続性が、重複領域境界で分断されてしまう。
<< Selection criteria when virtual objects exist only in two areas (left eye area and overlapping area, or overlapping area and right eye area) in the binocular screen (FIGS. 9 to 11) >>
According to FIG. 9, the minimum value and the maximum value of the u coordinate are defined as follows for the point group on which the point group constituting the virtual object is projected onto the screen based on the equation (3).
Drawing range of u coordinate of virtual object in left eye screen: (u l min , u l max )
Drawing range of u coordinate of virtual object on right eye screen: (u r min , u r max )
Here, when the virtual object is drawn by the left eye screen of the area A and the right eye screen of the area C, the continuity of the virtual object is divided at the overlapping area boundary.
図10は、仮想オブジェクトに対する描画領域を表す第2の説明図である。 FIG. 10 is a second explanatory view showing a drawing area for a virtual object.
図10によれば、図9に対して、仮想オブジェクトを、領域A及びBの左眼スクリーンのみに描画する。図9及び図10によれば、以下の条件を満たす。
ul min<d、d<ul max、ur max<w−d
この場合、仮想オブジェクトは、左眼スクリーン(領域A及びB)のみで表示するのが好ましい。これによって、左眼スクリーンのみにおける仮想オブジェクトの連続性が維持され、視認性を高めることができる。
According to FIG. 10, with respect to FIG. 9, the virtual object is drawn only on the left eye screen of the regions A and B. According to FIG. 9 and FIG. 10, the following conditions are satisfied.
u l min <d, d <u l max , u r max <w-d
In this case, the virtual object is preferably displayed only with the left eye screen (areas A and B). By this, the continuity of the virtual object only in the left eye screen can be maintained, and the visibility can be enhanced.
図11は、仮想オブジェクトに対する描画領域を表す第3の説明図である。 FIG. 11 is a third explanatory view showing a drawing area for a virtual object.
図11によれば、仮想オブジェクトの投影された点群について、u座標の最小値と最大値とが以下の条件を満たす。
d<ul min、ur min<w−d、w−d<ur max
この場合、右眼スクリーンにおける仮想オブジェクトの連続性を維持するために仮想オブジェクトは、右眼スクリーン(領域C及びD)のみで表示するのが好ましい。
According to FIG. 11, for the projected point group of the virtual object, the minimum value and the maximum value of the u coordinate satisfy the following conditions.
d <u l min, u r min <w-d, w-d <u r max
In this case, in order to maintain the continuity of the virtual object in the right eye screen, it is preferable to display the virtual object with only the right eye screen (areas C and D).
<<仮想オブジェクトが両眼スクリーンで3つの領域(左眼領域、重複領域及び右眼領域)にのみ存在する場合の選択基準(図12〜13)>>
図12は、仮想オブジェクトに対する描画領域を表す第4の説明図である。
<< Selection criteria when virtual objects exist only in three areas (left eye area, overlapping area and right eye area) in a binocular screen (FIGS. 12 to 13) >>
FIG. 12 is a fourth explanatory view showing a drawing area for a virtual object.
左眼スクリーンでしか表示できないd−ul minの長さの範囲よりも、右眼スクリーンでしか表示できないur max−(w−d)の長さの範囲の方が長い。
d−ul min < ur max−(w−d)
ul min<d、w<ul max、ur min<0、w−d<ur max
この場合、右眼スクリーンでしか表示できない範囲を優先するべく、仮想オブジェクトは、右眼スクリーンで領域C及びDを表示し、左眼スクリーンで領域Aを表示するのが好ましい。
Than the length range of the d-u l min can not be displayed only in the left eye screen, the right eye can not be displayed only on the screen u r max - the longer of (w-d) of the length of the range.
d-u l min <u r max- (w-d)
u l min <d, w <u l max , u r min <0, w-d <u r max
In this case, in order to give priority to the area that can be displayed only on the right eye screen, the virtual object preferably displays areas C and D on the right eye screen and area A on the left eye screen.
図13は、仮想オブジェクトに対する描画領域を表す第5の説明図である。 FIG. 13 is a fifth explanatory view showing a drawing area for a virtual object.
図13によれば、仮想オブジェクトの中でも、ユーザに表示として主張すべきテキスト部分を左眼スクリーンの領域A及びBで表示する方が、同テキスト部分の連続性を維持できる。この場合、テキストオブジェクトのみについてul min、ul max、ur min、ur maxを抽出し、以下の条件を満たす。
d−ul min > ur max−(w−d)
この場合、左眼スクリーンでしか表示できない範囲を優先するべく、仮想オブジェクトは、左眼スクリーンで領域A及びBを表示し、右眼スクリーンで領域Dを表示するのが好ましい。即ち、仮想オブジェクトの中でもテキストオブジェクトのサイズによって、描画すべきスクリーンを選択する。
According to FIG. 13, among the virtual objects, displaying the text portions to be asserted to the user as display in the areas A and B of the left eye screen can maintain the continuity of the text portions. In this case, u l min , u l max , u r min and u r max are extracted for text objects only, and the following conditions are satisfied.
d-u l min > u r max- (w-d)
In this case, it is preferable that the virtual object display areas A and B with the left eye screen and display area D with the right eye screen in order to prioritize the area that can be displayed only with the left eye screen. That is, among the virtual objects, the screen to be drawn is selected according to the size of the text object.
[オブジェクト描画部14]
オブジェクト描画部14は、選択された右眼スクリーン又は左眼スクリーンに当該仮想オブジェクトを描画する。
[Object drawing unit 14]
The
図14は、オブジェクト描画部の描画手順を表す説明図である。 FIG. 14 is an explanatory view showing a drawing procedure of the object drawing unit.
オブジェクト描画部14は、両眼スクリーンに対して以下の描画処理を実行する。尚、図14は、重複領域の描画対象として右眼スクリーンが選択された場合を表す。
(S11)仮想オブジェクト毎に、重複領域の描画対象として選択されていない一方のスクリーンにのみ描画する。例えば、図12及び14のオブジェクトや図15のCG2は、左眼スクリーンにのみ描画する。また、図13のオブジェクトや図15のCG1は、右眼スクリーンのみに描画する。
(S12)左眼スクリーン及び右眼スクリーンの各々の重複領域を、ディスプレイの透過色で塗りつぶす。
(S13)仮想オブジェクトを(S11)で描画していない他方のスクリーンに描画する。例えば、図12及び14のオブジェクトや図15のCG2は、右眼スクリーンにのみ描画する。また、図13のオブジェクトや図15のCG1は、左眼スクリーンのみに描画する。
The
(S11) For each virtual object, drawing is performed on only one screen which is not selected as the drawing target of the overlapping area. For example, the objects in FIGS. 12 and 14 and CG 2 in FIG. 15 draw only on the left eye screen. Also, the object in FIG. 13 and CG1 in FIG. 15 are drawn only on the right eye screen.
(S12) Fill the overlapping area of each of the left eye screen and the right eye screen with the transparent color of the display.
(S13) The virtual object is drawn on the other screen not drawn in (S11). For example, the objects in FIGS. 12 and 14 and CG 2 in FIG. 15 draw only on the right eye screen. Also, the object in FIG. 13 and CG1 in FIG. 15 are drawn only on the left eye screen.
以上、詳細に説明したように、本発明の画像表示装置、プログラム及び方法によれば、眼鏡状の両眼の光学シースルー型の両眼のディスプレイにオブジェクトを表示する際に、ユーザから見た、スクリーンの重複領域におけるオブジェクトの視認性を向上させることができる。 As described above in detail, according to the image display device, program, and method of the present invention, when displaying an object on the display of the optical see-through type binocular of eyeglass-like binocular, viewed from the user, The visibility of the object in the overlapping area of the screen can be improved.
図15は、本発明におけるユーザの視界に映るスクリーンを表す説明図である。 FIG. 15 is an explanatory view showing a screen appearing in the field of view of the user in the present invention.
図15によれば、仮想オブジェクト毎に、その視認性を維持するべく、左眼スクリーン又は右眼スクリーンのいずれかが選択される。そのために、光学式シースルー型HMDについて、視野角が拡大しても(手先の作業であっても)、両眼スクリーンの重複領域における仮想オブジェクトの視認性を損なわない。即ち、その重複領域で、仮想オブジェクトが二重に表示されず、輝度も統一される。本発明によれば、キャリブレーション・パラメータの推定誤差及び輝度差に起因する視認性の低下を防ぐことができる。 According to FIG. 15, for each virtual object, either the left eye screen or the right eye screen is selected to maintain its visibility. Therefore, with the optical see-through HMD, even if the viewing angle is enlarged (even when the operation is at the hand), the visibility of the virtual object in the overlapping area of the binocular screen is not impaired. That is, in the overlapping area, the virtual object is not displayed twice, and the luminance is also unified. According to the present invention, it is possible to prevent the deterioration of the visibility caused by the estimation error of the calibration parameter and the luminance difference.
前述した本発明の種々の実施形態について、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。 For the various embodiments of the present invention described above, various modifications, corrections and omissions of the scope of the technical idea and aspect of the present invention can be easily made by those skilled in the art. The above description is merely an example and is not intended to be limiting in any way. The present invention is limited only as defined in the following claims and the equivalents thereto.
1 画像表示装置、ヘッドマウントディスプレイ、端末
11 注視点位置取得部
12 重複領域算出部
13 描画領域選択部
14 オブジェクト描画部
1 Image Display Device, Head Mount Display,
12 overlapping
Claims (12)
カメラから、ユーザの注視点までの奥行き位置を取得する注視点位置取得手段と、
前記ユーザの右眼及び左眼の各々から、前記ディスプレイを通して前記奥行き位置に視認される右眼スクリーン及び左眼スクリーンが交わる重複領域を算出する重複領域算出手段と、
前記重複領域に表示すべき当該仮想オブジェクトに対して、右眼スクリーン又は左眼スクリーンのいずれか一方のみを選択する描画領域選択手段と、
選択された右眼スクリーン又は左眼スクリーンに当該仮想オブジェクトを描画するオブジェクト描画手段と
を有することを特徴とする画像表示装置。 An optical see-through type binocular display disposed in front of each of the user's right and left eyes and visible through the real space, in accordance with the gaze point of the real object that the user gazes, An image display device for controlling a virtual object to be displayed on the display, wherein
Attention point position acquisition means for acquiring the depth position from the camera to the user's attention point;
Overlap area calculation means for calculating an overlap area where the right eye screen and the left eye screen which are viewed at the depth position through the display intersect from each of the right eye and the left eye of the user;
Drawing area selecting means for selecting either the right eye screen or the left eye screen for the virtual object to be displayed in the overlapping area;
An image display apparatus comprising: object drawing means for drawing the virtual object on the selected right eye screen or left eye screen.
前記右眼スクリーン及び左眼スクリーンから構成される両眼スクリーンを、右眼領域と重複領域と左眼領域とに区分し、
前記両眼スクリーンに対する当該仮想オブジェクトの両端座標と、前記重複領域の両端座標とを用いて、
右眼領域及び重複領域に跨って表示すべき仮想オブジェクトは、重複領域に描画するスクリーンとして右眼スクリーンを選択し、
左眼領域及び重複領域に跨って表示すべき仮想オブジェクトは、重複領域に描画するスクリーンとして左眼スクリーンを選択する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The drawing area selecting unit
The binocular screen composed of the right eye screen and the left eye screen is divided into a right eye area, an overlapping area and a left eye area,
Using the end coordinates of the virtual object with respect to the binocular screen and the end coordinates of the overlapping area,
The virtual object to be displayed across the right eye area and the overlapping area selects the right eye screen as a screen to be drawn in the overlapping area,
2. The image display apparatus according to claim 1, wherein the virtual object to be displayed across the left eye area and the overlapping area selects the left eye screen as a screen to be drawn in the overlapping area.
前記重複領域に表示すべき当該仮想オブジェクトについて、
右眼のキャリブレーション・パラメータPrの精度が、左眼のキャリブレーション・パラメータPlの精度よりも高い場合、重複領域に描画するスクリーンとして右眼スクリーンを選択し、
逆に、右眼のキャリブレーション・パラメータPrの精度が、左眼のキャリブレーション・パラメータPlの精度よりも低い場合、重複領域に描画するスクリーンとして左眼スクリーンを選択する。
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The drawing area selecting unit
Regarding the virtual object to be displayed in the overlapping area,
If the accuracy of the calibration parameter P r of the right eye is higher than the accuracy of the calibration parameter P l of the left eye, select the right eye screen as the screen to be drawn in the overlapping area,
Conversely, if the accuracy of the calibration parameter P r of the right eye is lower than that of the calibration parameter P l of the left eye, the left eye screen is selected as the screen to be drawn in the overlapping area.
The image display apparatus according to claim 1,
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の画像表示装置。 The back projection-projection calculation of the overlapping area calculation means is performed after the back projection to the depth position of the three-dimensional space through an arbitrary point of the right eye to the right eye screen (or the left eye to the left eye screen). back projection projecting into the eye screen (or the right-eye screen) - by projection calculation, the right eye screen coordinate system (u r, v r), the left eye screen coordinate system (u l, v l) a positional relationship of To calculate the following transformation matrix H l, r
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の画像表示装置。 The overlapping area calculation means performs back projection on the depth position in three-dimensional space through an arbitrary point of the right eye screen to the right eye screen (or left eye to the left eye screen), and then the other left eye screen (or right In the case where the screens are shifted only in the left-right direction, a displacement amount d defined by the transformation matrix H l, r is calculated by back projection-projection calculation that projects onto the eye screen). The image display apparatus as described in 4 or 5.
(ur,vr)=(0,0)及びZC=Zα(奥行き距離のスカラー値)を代入することで、ulを変位量dとして算出するか、
又は、
(ul,vl)=(0,0)及びZC=Zα(奥行き距離のスカラー値)を代入することで、urを変位量−dとして算出する
ことを特徴とする請求項6に記載の画像表示装置。 The back projection-projection calculation of the overlapping area calculation means is performed using the coordinate system (u r , v r ) of the right eye screen, the coordinate system (u l , v l ) of the left eye screen, and the calibration parameters of the right eye It is defined by the following equation using P r , the calibration parameter P l of the left eye, and the camera coordinate system (Xc, Yc, Zc) used in the gaze point position acquisition means,
Or
By substituting (u l , v l ) = (0, 0) and Z c = Z α (scalar value of depth distance), u r can be calculated as a displacement amount −d. The image display device according to
前記注視点位置取得手段は、世界座標系における注視点の座標を、前記変換行列Wc,wを用いてカメラ座標系へ変換し、そのZcを奥行き距離のスカラー値Zαとして算出する
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の画像表示装置。 When using the visible light camera, the gaze point position acquiring unit stores in advance a marker image for specifying the gaze point, and detects the marker image from the photographed image, thereby arranging the marker as follows: Calculate transformation matrix (position and orientation parameters) Wc, w from the coordinate system (Xw, Yw, Zw) to the camera coordinate system (Xc, Yc, Zc),
ことを特徴とする請求項8に記載の画像表示装置。 The image display apparatus according to claim 8, wherein the point-of-gaze position acquisition means sets, as the point of gaze, barycentric coordinates in a region of the marker image.
仮想オブジェクト毎に、重複領域の描画対象として選択されていない一方のスクリーンにのみ描画し、
左眼スクリーン及び右眼スクリーンの各々の重複領域を、ディスプレイの透過色で塗りつぶし、
仮想オブジェクトを、描画していない他方のスクリーンに描画する
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の画像表示装置。 The object drawing means
For each virtual object, draw only on one screen not selected as the drawing target of the overlapping area,
Fill each overlapping area of the left eye screen and right eye screen with the transparent color of the display,
The image display apparatus according to any one of claims 1 to 9, wherein the virtual object is drawn on the other screen not drawn.
カメラから、ユーザの注視点までの奥行き位置を取得する注視点位置取得手段と、
前記ユーザの右眼及び左眼の各々から、前記ディスプレイを通して前記奥行き位置に視認される右眼スクリーン及び左眼スクリーンが交わる重複領域を算出する重複領域算出手段と、
前記重複領域に表示すべき当該仮想オブジェクトに対して、右眼スクリーン又は左眼スクリーンのいずれか一方のみを選択する描画領域選択手段と、
選択された右眼スクリーン又は左眼スクリーンに当該仮想オブジェクトを描画するオブジェクト描画手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。 An optical see-through type binocular display disposed in front of each of the user's right and left eyes and visible through the real space, in accordance with the gaze point of the real object that the user gazes, A program that causes a computer mounted on a device to control a virtual object to be displayed on the display to function.
Attention point position acquisition means for acquiring the depth position from the camera to the user's attention point;
Overlap area calculation means for calculating an overlap area where the right eye screen and the left eye screen which are viewed at the depth position through the display intersect from each of the right eye and the left eye of the user;
Drawing area selecting means for selecting either the right eye screen or the left eye screen for the virtual object to be displayed in the overlapping area;
A program causing a computer to function as object drawing means for drawing the virtual object on the selected right-eye screen or left-eye screen.
前記装置は、
カメラから、ユーザの注視点までの奥行き位置を取得する第1のステップと、
前記ユーザの右眼及び左眼の各々から、前記ディスプレイを通して前記奥行き位置に視認される右眼スクリーン及び左眼スクリーンが交わる重複領域を算出する第2のステップと、
前記重複領域に表示すべき当該仮想オブジェクトに対して、右眼スクリーン又は左眼スクリーンのいずれか一方のみを選択する第3のステップと、
選択された右眼スクリーン又は左眼スクリーンに当該仮想オブジェクトを描画する第4のステップと
を実行することを特徴とする装置の画像表示方法。 An optical see-through type binocular display disposed in front of each of the user's right and left eyes and visible through the real space, in accordance with the gaze point of the real object that the user gazes, An image display method of an apparatus for controlling a virtual object to be displayed on the display, wherein
The device
A first step of acquiring a depth position from a camera to a user's gaze point;
Calculating, from each of the right eye and the left eye of the user, an overlapping area where the right eye screen and the left eye screen viewed at the depth position through the display intersect;
A third step of selecting either the right eye screen or the left eye screen for the virtual object to be displayed in the overlapping area;
And a fourth step of drawing the virtual object on the selected right-eye screen or left-eye screen.
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