2015 Fiscal Year Research-status Report
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25390098
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
宮崎 大介 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (60264800)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ３次元ディスプレイ / 立体表示 / 画像処理 / 全周囲観察 / インテグラルイメージング / 裸眼立体視 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用いた高フレームレート映像プロジェクターからインテグラル画像を投影し、レンズアレイを通すことで三次元像を形成した。リレーレンズにより三次元像は回転ミラー付近で結像させ、さらに半球凹面鏡で空中に結像させた。半球凹面鏡は、前年度よりも形状精度のよいものを新たに導入した。インテグラル画像作成のために、観察角度を水平垂直方向に2.4°ピッチで変化させて多数の視差画像を取得した。ＤＭＤプロジェクタの各画素からの光が、光学系を通過して最終的に出射する角度を求め、その角度に対応した視差画像における対応画素の輝度値を注目画素に割り当てることにより、インテグラル画像を作成した。回転ミラーの駆動に同期して投影するインテグラル画像を切り替えることで、三次元空中像を全周囲から観察することができた。しかし、像の形成位置や歪みなどが設計における値とは大きく異なった。そこで、光学系における様々な位置での像の様子をカメラとスクリーンにより取得した。前年度の研究では光線追跡に基づく光学シミュレーションにより凹面鏡の収差を計算したが、実験結果では凹面鏡の前後において解析結果よりも収差が悪化していた。その原因は凹面鏡の実際の形状がシミュレーションとは異なっていたと考えられたため、球面形状の計測システムを作成し、凹面鏡の計測を行った。計測した凹面鏡の形状データを利用して光線追跡シミュレーションを行い、それに基づき光学系を設計した。それに基づき実験システムを改善したところ、以前に比べて像の形成位置や光線角度を設計値に近づけることができた。像の歪みに関しては依然として残っていた。ただし、今回の光学系の再構築において、レーザーを使って各光学素子の位置合わせ精度を高めたことで、観察角度を変えても歪みの状態は大きく変わらないことが確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
収差により像の歪みが発生することはあらかじめ予測されていたが、実験を行ったところ像の形成位置や光線方向などの大幅に異なることが判明し、その解析に予想以上の時間を要した。光学素子の位置合わせの方法を改善し、様々な位置で像の状態を計測したところ、凹面鏡の形状誤差の影響が大きいことが分かった。そこで、当初の予定にはなかった凹面鏡の形状計測を実施したため、想定以上の研究期間が必要となった。
さらに、現在利用している高フレームレートプロジェクタに不具合が生じており、時々使用不能になった。修理をしながら利用していたことが、遅れの大きな原因の一つとなった。もともとは以前の研究で用いていた装置であり、始めから不具合があったことは分かっていたため、本研究期間内に同等品を新規導入する予定であったが、その装置が研究期間中に販売中止となったため置き換えができなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で提案しているシステムにより、全周囲から観測可能な三次元像の形成に関する基本的な原理確認はできているが、実用性を損なうほどの大きな像の歪みが生じている。今後の方針として、この歪みを抑える手法を考案しその実証を行う。実際の光学系のデータをより正確に取得してシミュレーションの精度をさらに向上させる。その上で、シミュレーションにより像の歪みを再現して解析を行う。
実際の光学系における光線の状態を計測するシステムを構築する。像が形成されている位置近辺での光線の位置と角度を測定するために、スクリーンを光の進行方向に移動させながら複数の位置での光の照射位置をカメラで撮影する。その照射位置の変化を元に計算を行い、光線の位置と角度を計測する。
インテグラル画像の各画素からの光と、像での光線との対応関係を求め、所望の光線を再生するためにインテグラル画像を補正する技術を開発する。
さらに、新しい高フレームレートプロジェクタを導入する。このプロジェクタは前年度で利用したものよりもフレームレートが低いため、全周囲観察にすることはできないが、その恩恵として実時間での画像の更新が可能である。このプロジェクタを導入することで、動画表示を行ったり、インタラクティブに画像を更新することができる。以前のシステムでは画像を切り替えるために数分を要するため、動画表示などは不可能であった。
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| Causes of Carryover |
申請時の研究計画では、表示フレームレートの高い特殊な映像プロジェクタを導入する予定であったが、その機器の製造が中止となり、計画の変更を余儀なくされ、従来から所有していた同等の機器を利用していた。今年度になり、異なるメーカーから新たな高フレームレートプロジェクタが発売された。この新たな機器を導入すると動きのある三次元像の表示が可能となる。この機器の利用の検証のために事業期間を延長し、その実施のための資金を計画的に残した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記の理由で述べた高フレームレートプロジェクタの改造のために使用する。この機器は所属大学の研究費により今年度に購入した。このプロジェクタは、現時点では高いフレームレートで表示できるものの、画像の随時更新は不可能である。しかし、この機器の開発企業はさらに開発を進めており、次年度では画像データ制御の方式を改善する予定がある。これにより、高フレームレートの画像をコンピュータより随時更新できるようになる。次年度へ回した予算はこの機器の改造費のために利用する。これを用いて、本研究において開発している全周囲３次元ディスプレイにおいて、動画表示を実現できるように改良を行う。
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