技術 低減されたレイテンシでビデオ信号を処理するためのシステム及び方法

0001

本開示はビデオ拡大機に関する。また、本開示は、レイテンシを低減させるようにビデオ信号を処理する手段に関する。モニタ内において観察範囲のうちの選択される部分を強調しないようにシェーディングを適用するビデオ処理の手段も開示される。

0002

ビデオ拡大機は、盲又はロービジョンである個人（すなわち、「ＢＬＶユーザ」）にとって重要な道具である。その構成には、典型的には、アームに取り付けられているカメラと、関連するモニタとが含まれる。アームは、カメラが、観察されている対象物の上に真っ直ぐに配置されることを可能にする。対象物は、例えば、処方薬の瓶又は新聞若しくは本である。アームは、通常、カメラが対象物又は文書の特定の部分に対し焦点を合わせることを可能にするように調節可能である。ＢＬＶユーザは、次いで、対象物と任意の関連する文字とが観察及び読取に十分であるように拡大されることができるよう、所望の倍率レベルを選択することが可能である。色のコントラスト化と画像の回転とが、さらに観察を容易にするために提供されることが可能である。観察されている対象物に対する正確な移動を可能にするように、随意で、Ｘ−Ｙテーブルをカメラの下に配置することが可能である。ビデオプロセッサ及びルックアップテーブルは、カメラによって生成されるビデオ信号を処理するために使用される。このビデオ信号は、画像の縮尺、画像位置、色のコントラスト、及び他の画像特徴のうちの１つ以上に対して変更を加えるように処理されることが可能である。

0003

これらの理由の全てによって、ビデオ拡大機は、ＢＬＶコミュニティのメンバーにとって不可欠な道具となっている。それにもかかわらず、従来のビデオ拡大機は、依然としていくつかの欠点を有する。これらの欠点のうちの１つはレイテンシである。レイテンシとは、ビデオ信号が処理されていることから生じるわずかな遅延を指す。この遅延は、通常はミリ秒で計測され、画像がカメラによって取り込まれることと、それに続く画像のモニタ上への表示との間に生じる。フレームバッファの使用によって、一般にレイテンシは増大する。フレームバッファは、データの１つのフレーム全体のビットマップを格納するメモリストアである。フレームバッファによって、ビデオフレームの縮尺を変更することが可能になり、他の場合にはフレームに所望の属性を与えることが可能になる。フレームのバッファリングから生じるレイテンシは、大抵の用途において大概気付かれない。しかし、ビデオ拡大機に関しては、ＢＬＶユーザは対象物の操作とそれに続く画像のビデオモニタ上への出現との間のラグに気付くであろうから、レイテンシは極めて問題である。このラグによって、ＢＬＶユーザにより行われる手作業は非常に複雑なものとなる。

0004

また、ビデオ拡大機では、ユーザの視覚を画面上に集中させることを助ける手法が用いられる。この理由のため、従来のビデオ拡大機では、画面の複数の領域が暗くされることがある。この暗くされた領域によって、暗くされていない領域が強調されることになる。これにより、ＢＬＶユーザが対象物の１つの範囲に集中することが可能になる。文字の場合、これによって、ＢＬＶユーザが一度に一行の文字を読むことが可能になる。続く行がユーザに対して提示されるように、下にある文字がスクロールされることが可能である。この手法は有用であるものの、いくつかの問題点が存在する。文字の領域を暗くすることによって、文書内におけるそうした領域の位置がＢＬＶユーザに分からなくなることがしばしばある。また、これによって、ユーザが対象物の周囲や長い文章を通じて見ることが困難になる。

0005

様々なビデオ処理手法が、従来技術において知られている。それらの手法のうちの一部
では、レイテンシを低減することについて説明されている。例えば、イーアターナス（Ｅａｔｕｒｎｕｓ）の特許文献１では、超低レイテンシのビデオ通信システムが開示されている。このシステムは、画像フレーム又は画像フィールドを取得又は再構成するための画像取得回路又は画像再構成回路を備える伝送ユニットを用いる。ビデオデータの少なくとも一部を処理するために、ビデオ処理ユニットも備えられる。また、ビデオデータの少なくとも一部を送信又は受信するための通信ユニットも備えられる。

0006

同じように、カーツウェル（Ｋｕｒｚｗｅｉｌ）の特許文献２には、ポータブル読取装置用の光学文字認識における処理レイテンシを低減するためのシステムが開示されている。このポータブル読取装置は、画像を受信してその画像の処理する部分を選択するコンピュータプログラムを記憶するためのコンピュータ可読媒体を有するコンピューティング装置を備え得る。この装置は、次いで、画像の選択結果を第１の処理を用いて処理し、第１の処理が終了すると、第２の処理が開始される。第２の処理が行われている間、この画像の別の部分に対し、第１の処理が繰り返される。

0007

キム（Ｋｉｍ）の特許文献３には、ポイント制御を備える画像拡大機が開示されている。この方法により、拡大を使用する画像制御が可能になる。この方法は、画像の一部分を選択することと、次いで、この選択された部分を拡大することとを含む。次いで、フレームの拡大及び選択された部分に対し、アクションが実行される。この変更には、選択された部分の特徴を変更することが含まれる。

0008

それらの発明によって、それら自身の一意な個々の目的が実現されるが、どの発明にも問題点が存在する。例えば、先行技術のいずれもレイテンシに関連する問題を十分に除いていない。同じように、先行技術のいずれもロービジョンのユーザにより適切なやり方で文書の選択されている部分にシェーディングを適用することを可能としていない。

0009

国際公開第２０１３／０６８５８４号
米国特許出願公開第２００５／０２８８９３２号明細書
米国特許出願公開第２０１３／０３２９１１４号明細書

0010

したがって、フレームバッファの使用を除くとともに関連するレイテンシを大いに低減するパススルー信号プロセッサを備える卓上ビデオ拡大機カメラが必要とされる。本開示のビデオ拡大機は、この課題を満たし、既存のビデオ拡大機によって提示される他の欠点を補うように設計されている。

0011

また、対象物の一部を観察可能としつつシェーディングすることを可能とする拡大機カメラも必要とされる。これによって、対象物又は文字の選択部分を強調することを可能とする一方、同時にその対象物又は文字の残りが知覚されることを可能とする。本開示のビデオ拡大機は、この課題を満たし、既存のビデオ拡大機によって提示される他の欠点を補うように設計されている。

0012

本開示は、レイテンシが低いビデオ拡大機に関する。
本開示のビデオ拡大機は、いくつかの重要な利点を有する。例えば、フレームバッファを除去することによって、信号処理における任意の目立った遅延を回避することができる。

0013

別の利点は、ユーザがほぼリアルタイムで対象物を観察することを可能とするパススルービデオプロセッサを利用することによって実現され、これは、対象物がＢＬＶユーザによって操作されている時にとりわけ重要である。

0014

さらなる利点は、画面の選択されている部分がシェーディングされ、それによってシェーディングされていない部分が強調されるようにビデオ信号を処理することによって実現される。

0015

さらに別の利点は、対象物又は文字の所定の部分を強調することを可能とする一方、同時にユーザが文書の残りの部分を知覚することを可能とすることによって、実現される。
本発明の様々な実施形態は、これらの利点のうちのいずれも有していなくてもよく、一部又は全部を有していてもよい。本発明の他の技術的利点は、当業者にとって容易に明らかになるであろう。

0016

本開示の拡大機の斜視図。
本開示に関連して使用されるビデオプロセッサの概略図。
盲又はロービジョンのユーザによる使用のためのシェーディングを示す前立面図。
本開示の画素毎の信号処理を示す図。
本開示に関連する工程のうちの一部を示すフローチャート。
本開示の追加の一実施形態を示す図。

0017

ここで、本開示及びその利点のより完全な理解のため、添付の図面と共に以下の記載を参照する。
類似の参照符号は、図面のいくつかの図を通じて類似の部分を参照する。

0018

本開示は、拡大機カメラ用のビデオプロセッサに関する。特に、本開示は、フレームバッファの使用を除いたビデオプロセッサに関する。そのため、ビデオ信号に他の場合には存在するレイテンシが低減される。また、本開示のビデオプロセッサにより、表示のうちの選択される部分をシェーディングすることも可能となる。これによって、表示のシェーディングされていない部分が強調されるのと同時にユーザが表示全体を知覚することが可能になる。本発明の様々な構成要素と、それらが相互に関連する手法とについて、より詳細に後述する。

0019

図１には、本開示に従って構成されている卓上ビデオ拡大機１０を示す。示した特定の拡大機は、２０１５年１月２８日に出願された「ハンドルを有するビデオ拡大機カメラ（Ｖｉｄｅｏ Ｍａｇｎｉｆｉｅｒ Ｃａｍｅｒａ ｗｉｔｈ Ｈａｎｄｌｅ）」と題される同時係属中の出願（出願番号第１４／６０７，１９７号）においてより完全に記載されている。この共に所有される出願の内容を全ての目的のために本明細書に完全に組み込む。ビデオ拡大機１０は、カメラアーム２２上に取り付けられている高精細度カメラ２０を備える。カメラアーム２２は、フレキシブルである。また、アーム２２は、観察される対象物の上にユーザがカメラ２０を適切に配置することを可能とするように、垂直軸の周りを回動可能であるとともに、１つ以上の水平軸の周りを旋回可能である。一実施形態において、アーム２２は、装置ハウジング２６の後部上のトラフ２４内に受け入れられるように寸法を決定されている。観察される対象物は、カメラ２０の直下に配置されることができる。これに代えて、対象物を正確に配向させることを可能とするために、カメラ２０の下にＸ−Ｙテーブルを備えることができる。

0020

拡大機１０は、ベース３２によって支持されている。ベース３２は、これによって、ケーブル（ＶＧＡ又はＨＤＭＩ（登録商標）ケーブルなど）を介してカメラ２０に対して接続されているビデオモニタ３４を支持する。カメラ２０によって生成される信号は、ビデオプロセッサ３６によって処理され、オペレータによる観察用にモニタ３４上に表示される。図２には、プロセッサ３６（好適には、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＧＰＡ」））と、関連するルックアップテーブル３８（「ＬＵＴ」）とを示す。ＬＵＴ３８は、入力信号に基づいて出力値を割り当てる。本発明では、入力信号は、フレーム毎に（ｆｒａｍｅ−ｂｙ−ｆｒａｍｅ ｂａｓｉｓ）処理されるのではなく画素毎に（ｐｉｘｅｌ−ｂｙ−ｐｉｘｅｌ ｂａｓｉｓ）処理される。画素毎に信号を処理することによって、フレームバッファの必要が除かれる。メモリバッファにおける大量のデータの記憶ではなく、記録される画像の各個々の画素をプロセッサ３６及びＬＵＴ３８が処理することができる。この「パススルー」処理によって処理回数が増加するので、関連するレイテンシは大いに低減する。この画素毎の処理を図４に図表によって示す。この画素毎の処理を達成するために、カメラの解像度は、モニタの解像度に合わせられている。

0021

プロセッサ３６及びＬＵＴ３８は、表示される画像に対し複数の異なる特性のいずれも与えることができる。一例では、表示される画像の配色が変更される。例えば、画像は、青／緑、赤／黄、又は黒／白などのコントラスト色同士により表示されることができる。ユーザは、最も効果的な出力を見つけるために、様々な色の組み合わせを通じて循環させてもよい。

0022

これに代えて、ビデオ信号は、表示されるビデオの１以上の所望の領域を強調するように処理されることができる。本発明のこの特徴を、図３に示す。示すように、文字は、その文字の上部及び下部（４２ａ及び４２ｂ）をシェーディングすることによって表示上で強調される。これは、シェーディングされていない部分４２（ｃ）を強調する所望の効果を有する。シェーディングの程度は、特定のユーザの必要に応じて変更可能である。そうしたシェーディングが網膜色素変性症などの病気を患っているＢＬＶユーザに有用であることは分かっている。しかし、このシェーディングは、好適には、下にある言葉又は画像を完全にマスクする、すなわち完全に見えなくするほどには強くない。これによって、ユーザが文章内で位置が分からなくなることが防止される。同じように、これによって、ユーザが下にある画像の配向が分からなくなることが防止される。シェーディングの程度と、シェーディングの配向及び配置とは、ユーザによって選択されることができる。例えば、シェーディングは、画像の水平部分ではなく垂直部分を強調するように配向されることができる。

0023

特定の範囲への集中の助けとなることに加えて、シェーディングは、ユーザの眼に入る光の量を低減する。そのため、眼精疲労が低減され、いくつかのロービジョン障害に関連する痛みが弱くなる。このように、半透明のシェーディングによって、ユーザが利用できる観察可能な範囲を制限することなく、モニタからの光が低減される。

0024

図５は、ビデオ信号処理の本方法に関連する工程を示すフローチャートである。示されているように、この方法は、カメラと、関連するルックアップテーブルを有するマイクロプロセッサと、モニタとを使用して実行される。本方法の目的の１つは、得られる画像を盲又はロービジョンのユーザがより簡単に観察することを可能とするように、ビデオ信号を処理することである。

0025

第１の工程では、カメラが観察される対象物へ向けられる。この対象物は、ユーザが調べることを望む様々な対象物のいずれであってもよい。対象物がカメラの下に配置されてもよく、カメラが離れた対象物に向けられてもよい。次いで、カメラは、記録されている
画像に対応するビデオ信号を生成する。このビデオ信号は、一連の連続するビデオフレームを含む。この好適な実施形態では、画像の解像度は、用いられるモニタに合うように選択される。そのため、個々のビデオフレームの各々は、個々の画素すなわち絵素からなるアレイを含む。画素数は、下にある画像の解像度の関数である。例えば、各フレームは、幅１０２４画素、高さ７６８画素を含む。ビデオ信号は、次にビデオプロセッサへ送られる。

0026

この信号は、次いで、マイクロプロセッサによって、ルックアップテーブルからの予め設定されている命令に従って処理される。１つの可能な実施形態では、ルックアップテーブルは、アレイのシェーディングされる部分と、適用されるシェーディングの程度とを指定する。好適には、シェーディングの程度は、下にある画像がマスクされない程度である。下にある画像を完全にはマスクしないことにより、ユーザは表示されている対象物についての空間的認識を維持することができる。図３に示すように、アレイのシェーディングされている部分は、そのアレイのシェーディングされていない部分を強調するように機能し、それによってロービジョンのユーザによる観察を容易にする。シェーディングされている部分は、ユーザの嗜好に応じて垂直に配置されることも水平に配置されることもできる。

0027

処理されたビデオ信号は、次に、表示されるモニタへ送られる。マイクロプロセッサが画素毎にビデオを処理することから、画像ストア（フレームバッファなど）の使用が除かれる。そのため、これによってレイテンシが大いに低減する。

0028

本発明の代替の一実施形態では、システムは複数の異なるルックアップテーブル（３８（ａ），３８（ｂ），３８（ｃ））を利用する。これらのルックアップテーブルの各々は、下にある画像に与えられる１つの所定の視覚的特性についての命令を含む。例えば、テーブル３８（ａ）はアレイの一部をシェーディングするための命令を含んでよく、テーブル３８（ｂ）は画像及び背景に適用される様々な色のコントラストを決定するための命令を含んでよく、テーブル３８（ｃ）はフレーム内に対象物を配置するための命令を含んでよい。

0029

本開示では、所定の実施形態及び一般に関連する方法の観点により記載してきたが、その実施形態及び方法の改変及び変更は当業者にとって明らかである。したがって、例示的な実施形態の上記の記載は、本開示を定義又は制限しない。また、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、他の変形、置換、及び改変が可能である。