KR100274624B1 - 적층액정디스플레이를이용한3차원입체화상생성장치 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명은, 광학상에 대한 입체감을 재현하기 위한 3차원 입체 화상 생성 장치에 있어서, 깊이 정보에 따라 순차적으로 획득한 각각의 2차원 슬라이스 화상을 적층 액정 디스플레이 장치가 순차적으로 디스플레이하고, 적층 액정 디스플레이 장치와 관찰자 사이에 확대 렌즈부를 개재한 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 2차원의 평면 화상을 3차원적으로 재구성함에 따라 관찰자의 관측 위치가 고정되는 제한성을 효과적으로 완화시키고 동시에 입체감과 임장감이 우수한 3차원 화상을 발생할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 액정 디스플레이층을 공간적으로 이격되게 배치됨에 따라 실질적인 입체감이 상대적으로 우수한 장점이 있다.

Description

적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치{Apparatus for 3D image generator using accumulative liquid display}

본 발명은 3차원 입체 화상 생성 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가변초점에 기반하여 생성한 2차원 슬라이스 화상을 적층 액정 디스플레이 장치를 통해 3차원 화상으로 재구성함으로써 3차원 화상을 생성할 수 있도록 한 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치에 관한 것이다.

기원전 100년경 고대 그리이스 벽화에 원근법에 의한 입체감이 있는 그림으로부터 시작하여 서기 1600년경 이탈리아의 델라 포터(G. B. Della Porta)가 그림을 양안으로 보아서 상이 뜨는 것을 느끼게 하는 양안 시차(binocular parallax)에 의한 입체 표시 그림 엽서를 최초로 소개한 이래로, 영국의 찰스 휘스톤(Chales Wheatstone), 스코틀랜드의 데이비드 브루스터(David Brewster), 미국의 웬델 홈즈(Whendell Holmse) 등에 의해 입체감을 재현함과 동시에 이를 향상시키기 위한 초창기 연구가 본격적으로 시작되었으며, 이후, 1903년 아이브즈(F. E. Ives)는 패럴랙스 배리어(시차 장벽, parallax barrier)를 이용하여 무안경식의 스테레오그램(stereogram)을, 1918년 미국의 카놀트(C. W. Kanolt)는 시점이 고정되는 결점을 보안하여 연속적인 3차원 화상이 보이도록 하는 패럴랙스 파노라마그램(parallax panoramagram)을 각각 제안했다.

3차원 화상 매체의 개발은 화상 분야 뿐만 아니라 관련 산업적인 효과로는 가전 및 통신 산업은 물론 우주 항공, 예술 산업, 자동화 산업 분야에 이르기 까지 영항을 미치며 이로 인해 발생될 수 있는 기술적인 파급 효과는 HDTV(High Definition Television) 보다 훨씬 더 방대할 것으로 전망되고 있다.

전술한 바와 같은 초기의 기초적인 연구에 힙입어 오늘날은 편광 안경을 이용한 입체 영화 관람이 일반화되어 있을 뿐만 아니라 크게 안경 방식과 무안경 방식으로 대표되는 다양한 입체 화상 발생 기법이 공지되어 있으며, 일부는 실험실 단계를 넘어 실제로 제작되어 3차원 응용 화상, 3차원 광고물 제작, 문화재 보존 및 전시 3차원 TV 및 비디오, 컴퓨터 비젼, 가상 세계 체험, 모의 훈련 및 작업, 3차원 화상 회의, 3차원 그래픽스, 3차원 오락, 3차원 영화 등의 분야에 부분적으로 응용되고 있는 실정이다.

인간이 입체감 및 깊이감을 느끼는 요인으로써는 눈의 특성에서 오는 시각의 생리적인 요인이 있으며 더불어 망막 상으로부터 얻어지는 심리적/기억적인 요인 및 시각 외의 요인(청각, 후각, 촉각 등)이 있는 데, 이러한 요인을 이용하는 측면에 따라 3차원 표시 기술의 분류는 관찰자에게 어느 정도의 3차원 화상 정보를 제공할 수 있는가에 의한 표시 능력으로부터 깊이 화상 방식, 입체 화상 방식, 3차원 화상 방식 등으로 분류하고, 표시 화상이 움직임을 있는지 여부에 따라 정지 화상과 동화상으로 분류된다.

우선, '깊이 화상 방식'은 심리적인 요인 및 흡입 효과에 의해 2차원 화상이 표시면 보다 깊이 방향의 공간에 대해 입체감을 갖게 한 방식이다. 전자는 투시도법, 중첩, 음영과 명암, 움직임 등을 계산에 의해 표시하는 3차원 컴퓨터 그래픽스에 흔히 이용되고, 후자는 관찰자에게 시야각이 넓은 대화면을 제시함에 따라 관찰자 자신이 그 화상의 공간 내로 빨려들어 가는 것과 같은 착각을 발생시킴으로써 광시야 자극에 의한 입체감을 유도하는 소위 아이맥스 영화 등에 응용된다.

다음으로, '입체 화상 방식'은 좌우안에 대응하는 방향에서 관측한 물체, 즉, 시차가 있는 두 개의 화상을 좌우안이 혼동하지 않고 이를 각각 분리하여 관측함으로써 표시면 전후의 공간 정보를 나타내어 입체감을 느끼게 한 방식이다. 이 방식은 광의 파장과 편광면에 대해 특성이 다른 특수 안경을 이용하는 안경 방식과, 시차가 있는 화상이 동일면에 제시됐을 때 그 면위에 지향성이 강한 표시면을 입혀서 각각의 화상이 좌우로 분리되어 사람의 좌우안에 들어옴으로써 입체감을 느끼게하는 표시면 방식-즉, 무안경 방식-이 있다.

안경 방식에는 파장 선택성이 있는 색안경(색변조) 방식, 편광자이 차광 효과를 이용한 편광 안경 방식, 눈의 잔상 시간 내에 좌우의 화상을 교대로 제시하는 시분할 안경 방식이 있다. 이외에도 좌우안에 투과율이 각각 다른 필터를 장착하여 이 투과율의 차로부터 오는 시각계의 시간차에 따라서 좌우 방향의 움직임에 대한 입체감을 얻는 방식이 있다.

그리고, 관찰자 쪽이 아닌 표시면 쪽에서 입체감을 발생하게 하는 방식인 무안경 방식에는 패럴랙스 스테레오그램 방식(parallax stereo method), 렌티큘러 방식(lenticular method), 미소 방사 소자 방식(corner cube mirror), 홀로그래픽 방식(holographic method) 등을 이용한 지향성 스크린 방식이 있다.

깊이 화상과 입체 화상은 물체의 전후(깊이)의 정보만을 재현함에 따라 관찰자가 주시하는 다양한 방향에서 물체를 관측할 수 없거나 일부 관측이 되더라도 대상물에 초점을 맞출 수 없는 등의 요인에 의해 공간상을 재현하는 방식으로는 다소 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위한 '3차원 화상 방식'으로는 깊이 다안식, 표본화 방식, 홀로그래픽 표시 방식 등이 대표적인 데, 3차원 화상 방식은 공간상에 3차원 입체상을 재현함으로써 관측 방향의 제한 및 초점이 맞출 수 없는 등의 문제를 어느 정도 해결하고 있다.

다안식에는 패럴랙스 배리어 방식, 렌티큘러 방식, 인테그럴 방식이 있다. 그리고, 깊이 표본화 방식에는 가변초점 거울 방식(varifocal mirror)인 표시면 진동 방식, 회전 원통 방식, 표시면 적층 방식, 반투과 거울 합성 방식이 있다. 기계적인 가동부가 필요한 이 방식은 눈의 잔상 시간을 이용하는 표시 방식인데 잔상 시간 내에 깊이 정보가 많은 화상을 표시하기에는 주사 속도에 문제가 있다.

또한 표시면 적층 방식과 반투과 거울 합성 방식은 깊이 화상의 수를 늘리기가 어려운 문제가 있다.

한편, 홀로그래픽 방식은 3차원 화상 표시 중에서 가장 뛰어난 방식으로 알려져 있는데, 이에는 레이져광 재생 홀로그래피와 백색광 재생 홀로그래피가 있지만 대상물을 표시함에 있어서 대용량의 데이터가 필요하며 공간 해상도를 높이기 위해서는 많은 비용이 소요되는 등의 문제가 있다.

이하, 이와 같은 종래 기술에 따른 3차원 화상 표시 방법들 중에서 본 발명에 대해 이해를 증진시킬 수 있는 몇몇의 방법을 설명하기로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 3차원 화상 표시 방법의 한 예인 렌티큘러 렌즈 어레이(lenticular lenz array) 방법을 나타낸 예시도이다.

렌티큘러 렌즈 어레이 방법은 도 1에 도시한 바와 같이, 좌안(120)에 입력될 화상 정보(L)와 우안(121)에 입력될 화상 정보(R)가 가로 방향을 따라 교대로 배열된 표시면(100)과, 표시면(100)과 좌우안(120, 121) 사이에 개재되어 좌안(120)에 입력될 화상 정보(L)와 우안(121)에 입력될 화상 정보(R)에 대한 광학적인 변별 지향성을 제공하는 반원통형 렌티큘러 렌즈 어레이(110)로 구성된다.

렌티큘러 렌즈 어레이(110)가 제공하는 지향 특성에 따라 좌안(120)과 우안(121)에 화상이 분리되어 입체로 이이게 된다. 즉, 좌안(120)에 입력될 화상 정보(L)는 좌안(120)에만 관측되고, 우안(121)에 입력될 화상 정보(R)는 우안(121)에만 관측됨에 따라 시각 생리적인 요인 중에서 가장 입체감의 효과가 큰 양안 시차(binocular parallax)를 통해 깊이 정보(depth information)를 획득함으로써 입체감을 느끼게 된다.

가능하면 많은 다안 화상을 기록하기 위해서는 카메라의 렌즈 구경을 작게 해야 하는 데, 이렇게 하면 필름폭이 좁게 되어 화질이 저하된다. 카메라의 간격 때문에 화상이 불연속하게 되는 플립핑(flipping) 현상의 크기 F`는 수학식 1과 같다.

여기서, d`는 카메라 또는 투영기 렌즈의 피치, a`는 렌즈와 렌티큘러 어레이 간의 간격, b`는 렌티큘러 어레이와 필름 간의 간격이다.

한편, 렌티큘러 어레이의 최적 렌즈 피치는 0.1~0.5mm이고, 관찰 정보는 적어도 5방향 이상으로부터 기록하는 것이 바람직한 것으로 공지되고 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 3차원 화상 표시 방법의 다른 예인 슬리트를 이용한 방법을 나타낸 예시도이다.

슬리트를 이용한 방법은 흔히 패럴랙스 방법으로 명명되는 방식으로, 반원통형 렌즈를 배열한 렌티큘러 어레이를 사용하는 대신에 도 2에 도시한 바와 같이, 세로 격자 모양의 패럴랙스 배리어(parallax barrier; 210)-다른 표현으로는 슬리트(slit)라고도 함-를 이용하는 방법으로, 좌안(220)에 입력될 화상 정보(L)와 우안(221)에 입력될 화상 정보(R)가 가로 방향을 따라 교대로 배열된 표시면(200)을 이용한다는 측면에서 렌티큘러 방법과 유사하다.

이때, 패럴랙스 배리어(210)는 좌우안(220,221)에 해당하는 L, R 화상의 앞에 세로 격자 모양의 개구(aperture)를 통해 화상을 분리하여 관찰하도록 해준다.

개구의 위치, 슬리트의 폭, 배리어의 피치는 화상폭에 따라 변하고, 배리어 때문에 밝기가 저하되어 눈에 거슬리는 단점이 있다.

눈에 거슬리는 단점을 없애기 위해 배리어의 피치를 망막 분해능의 한계치로부터 대략

이하로 설정하도록 권고되고 있다. 예컨대, 개구와 눈과의 거리가 1m이면, 피치는 약 0.3mm가 되고, 슬리트의 폭은 피치의 약 0.1배인 3μm정도가 적당하다. 그러나, 이 방법은 제작이 까다롭고 회절 현상에 의해 발생하는 각종 문제로 인해 현재는 거의 사용하지 않는다.

한편, 종래 기술에 따른 3차원 화상 표시 방법의 또 다른 예로는 깊이 방향 표본화 방식이 있다.

깊이 방향 표본화 방식의 원리는 물체의 각 위치에서 2차원의 절단 화상의 수 10여 장이 얻어졌다고 하면, 결상계의 이동에 의해 깊이 방향의 정보를 분할·표시하면 눈의 잔상 효과에 의해 공간 상에 상을 띄어 오르게 할 수 있다. 이 방법은 깊이 정보를 가진 완전한 화상이 공간에 재생되기 때문에 눈의 위치를 상하좌우로 움직이면 그 위치에서 본 화상이 관찰될 수 있다. 여기에는 표시면 진동 회전 방식과 표시면 적층 반투과 거울 합성 방식이 있다.

도 3은 종래 기술에 따른 표시면 진동 회전 방식의 또 다른 예인 가변초점 거울을 이용한 방법을 나타낸 예시도이다.

가변초점 거울(varifocal mirror)을 이용한 방법-또는, 진동 광학계를 이용한 방법-은 1961년에 무어헤드(T. Muirhead)에 의해 제안된 이래로 거듭된 개선안이 제안된 바 있는 데, 이는 도 3에 도시한 바와 같이, 진동하는 스피커(260)의 면에 박막의 거울을 부착하여 이 거울을 통해 CRT(Cathode Ray Tube)와 같은 모니터(270)에 형성되는 사물의 절단면에 대한 관측성을 제공함으로써 내부의 상이 비추어 보이게 하는 팬톰 이미징(phantom imaging) 효과를 이용한다. 이에 따라, 관측자(250)는 모니터의 허상(280)을 관측함으로써 입체감을 느끼게 된다.

그러나, 이와 같이 관찰자 쪽이 아닌 표시면 쪽에서 입체감을 발생하게 하는 방식인 무안경 3차원 화상 표시 방법들의 경우, 깊이 화상과 입체 화상은 물체의 전후(깊이)의 정보만을 재현함에 따라 관찰자가 주시하는 다양한 방향에서 물체를 관측할 수 없거나 일부 관측이 되더라도 대상물에 초점을 맞출 수 없는 등의 요인에 의해 공간상을 재현하는 방식으로는 다소 문제가 있다.

다시 말해서, 종래 기술에 따른 3차원 화상 표시 방법은 좌우 양안에 각각 분리되어 입사됨에 따라 발생하는 입체 효과가 일정한 위치에서만 가능하고 기설정된 위치를 이탈하면 좌우 화상이 반전되거나 좌우 방향에 대한 부적절한 화상 분리로 인해 왜곡된 3차원 화상이 관측되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 가변초점에 기반하여 생성한 2차원 슬라이스 화상을 적층 액정 디스플레이 장치를 통해 3차원 화상으로 재구성함에 따라 관찰자의 관측 위치가 고정되는 제한성을 효과적으로 완화시킴으로써 입체감과 임장감이 우수한 3차원 화상을 생성할 수 있도록 한 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 적층 액정 디스플레이 장치와 관찰자 사이에 확대 렌즈부를 개재함으로써 더욱 더 우수한 3차원 입체 화상을 생성할 수 있도록 한 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 적녹청의 광원을 각각 교번되게 점등할 수 있는 백 라이트 조광부를 적층 액정 디스플레이 장치 및 액정 구동 제어부와 동기시켜 구동함에 따라 3차원 입체 색화상을 할 수 있도록 한 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 3차원 화상 표시 방법의 한 예인 렌티큘러 렌즈 어레이 방법을 나타낸 예시도,

도 2는 종래 기술에 따른 3차원 화상 표시 방법의 다른 예인 슬리트를 이용한 방법을 나타낸 예시도,

도 3은 종래 기술에 따른 표시면 진동 회전 방식의 또 다른 예인 가변초점 거울을 이용한 방법을 나타낸 예시도,

도 4는 본 발명에 따른 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 구성도,

도 5는 다수의 슬라이스 화상을 생성하는 예를 도시한 예시도,

도 6은 본 발명의 화상 획득 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 구성도

도 7은 본 발명에 따른 적응 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치를 통해 3차원 입체 화상을 관측한 예를 도시한 예시도,

도 8은 색화상을 디스플레이하기 위한 백 라이트 조광부를 나타낸 예시도,

도 9는 백 라이트 조광부의 적녹청 광원부의 색광원의 배치에 대한 일실시예를 나타낸 예시도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

300 : 적층 액정 디스플레이 장치 310 : 백 라이트 조광부

320 : 슬라이스 화상 입력부 330 : 액정 구동 제어부

340 : 확대 렌즈부 500 : 화상 획득 장치

501 : 렌즈 502 : 빔 스플리터

503a : 제 1 결상면 503b : 제 1 화상 촬상부

504a : 제 2 결상면 504b : 제 2 화상 촬상부

505a : 제 3 결상면 505b : 제 3 화상 촬상부

513 : 제 1 에지 검출부 514 : 제 2 에지 검출부

515 : 제 3 에지 검출부 520 : 깊이 정보 추출부

530 : 슬라이스 화상 생성부

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치는, 광학상에 대한 입체감을 재현하기 위한 3차원 입체 화상 생성 장치에 있어서, 깊이 정보에 따라 순차적으로 획득한 각각의 2차원 슬라이스 화상을 적층 액정 디스플레이 장치가 순차적으로 디스플레이하고, 적층 액정 디스플레이 장치와 관찰자 사이에 확대 렌즈부를 개재함으로써 입체감과 임장감이 우수한 3차원 화상을 생성하는 것이 특징이다.

이하, 본 발명에 따른 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 구성도이다.

본 발명에 따른 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치의 바람직한 실시예는 도 4에 도시한 바와 같이, 광학상에 대한 입체감을 재현하기 위한 3차원 입체 화상 생성 장치에 있어서,

동일 피사체에 대한 깊이 정보에 따라 순차적으로 획득한 각각의 2차원 슬라이스 화상을 통해 3차원 입체 화상을 생성하기 위해, 상기 깊이 정보 순으로 적층된 액정 디스플레이층을 통해 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상을 순차적으로 디스플레이하는 적층 액정 디스플레이 장치(300);

상기 적응 액정 디스플레이 장치(300)에 광원을 제공하는 백 라이트 조광부(310);

적층 액정 디스플레이 장치(300)의 해당 액정 디스플레층에 해당 2차원 슬라이스 화상 신호를 제공하는 슬라이스 화상 입력부(320);

상기 슬라이스 화상 입력부(320)에 동기를 맞추어 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상에 대응하는 상기 각각의 액정 디스플레이층이 순차적으로 구동되도록 액정 구동 전압을 제어하는 액정 구동 제어부(330)를 포함하여 구성한다.

또한, 본 발명에 따른 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치는 상기 적층 액정 디스플레이 장치(300)와 관찰자(400) 사이에 개재됨으로써 상기 적층 액정 디스플레이 장치(300)로부터 상기 관찰자(400)에게 관측되는 3차원 입체 화상을 광학적으로 확대하는 확대 렌즈부(340)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치의 바람직한 실시예의 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 5는 다수의 슬라이스 화상을 생성하는 예를 도시한 예시도이다.

도 5의 (a)와 같은 3차원의 양파(또는 공) 모양의 화상을 대상으로 하여, 통상의 카메라를 통해 촬상한 후, 디스플레이 장치로 재생하면 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 2차원 평면에 투영한 화상만이 관찰자의 양안에 관측되는 것이 일반적이다. 이와 같이 2차원 평면에 투영된 화상은 입체감과 임장감이 매우 떨어지기 때문에 3차원의 실공간에서 생활하는 인간의 입장에서 볼 때, 이것은 불만족스러운 일임에 따라 극복의 대상이 되어왔으며, 특히, 화상 처리 분야를 연구하는 공학자들에게는 항상 기술적인 도전의 대상이 되어 왔다.

본 발명에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위한 일방편으로, 깊이가 없는 2차원 화상을 깊이를 갖는 3차원 화상으로 재구성하기 위한 것이다.

본 발명을 실행하기 위해서는 먼저, 도 5의 (c)에 나타냈듯이, 3차원 화상으로 재구성하고 싶은 화상을 깊이 정보에 따라 슬라이스(slice)하는 것이 선행되어야만 한다.

궁극적으로, 본 발명에 따른 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치는 도 5의 (c)에 도시한 2차원의 슬라이스 화상들을 가변초점 방식에 기반하여 적층 액정 디스플레이 장치(300)를 통해 순차적으로 디스플레이함으로써 도 5의 (d)와 같이 보이는 3차원 입체 화상을 구성하기 위한 것이다.

이를 위해 본 발명에 따른 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치는 동일 피사체(600)에 대한 초점 상태가 서로 다른 다수의 결상면들(503a, 504a, 505a)과 상기 결상면들(503a, 504a, 505a)에 대응하는 화상 촬상부(503b, 504b, 505b)를 구비하여 촬상한 상기 결상면들(503a, 504a, 505a)과 동수의 2차원 화상들에서 각각의 동일 위치에 포함된 화소의 선명도를 비교하여 깊이 정보를 갖는 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상을 획득하는 화상 획득 장치(500)를 더 포함한다.

도 6의 (a)은 본 발명의 화상 획득 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 구성도이다.

본 발명의 화상 획득 장치(500)의 바람직한 실시예는 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 피사체(600)를 렌즈(501)를 통해 집광한 후, 빔 스플리터(beam spliter; 502)를 구성하는 반반사 거울(half mirror)의 광학적인 배치에 따라 다수의 방향에 위치한 결상면들(503a, 504a, 505a)에 광경로가 형성되도록 한다.

빔 스플리터(502)의 광입사축을 기준으로 시계 방향의 90。방향에 위치한 제 1 결상면(503a)의 후단에 초점이 조절된 광학상이 입사되도록 하고, 시계 방향의 270。방향에 위치한 제 2 결상면(504a)에는 제 2 결상면(504a)에 정초점이 조절된 광학상이 입사되도록 하며, 광입사축의 후단에 위치한 제 3 결상면(505a)에는 제 3 결상면(505a)의 전단에 초점이 조절된 광학상이 입사되도록 한다.

제 1 결상면(503a), 제 2 결상면(504a) 및 제 3 결상면(505a)에 각각 대응하는 제 1 화상 촬상부(503b), 제 2 화상 촬상부(504b) 및 제 3 화상 촬상부(505b)는 각각 대응하는 광학상을 촬상함으로써 제 1 획득 화상, 제 2 획득 화상 및 제 3 획득 화상을 촬상한다.

도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 제 1 에지 검출부(513), 제 2 에지 검출부(514), 제 3 에지 검출부(515)는 이렇게 획득한 제 1 획득 화상, 제 2 획득 화상 및 제 3 획득 화상을 각각 입력받아 에지 정보를 검출한 후, 이를 정량화하여 각각 제 1 에지 정보량(e1), 제 2 에지 정보량(e2), 제 3 에지 정보량(e3)을 산출한다.

즉, 제 1 획득 화상, 제 2 획득 화상 및 제 3 획득 화상을 대상으로 각각의 동일 위치에 포함된 화소의 선명도-에지 정보(edge information) 또는 콘트라스트 정보(contrast information)-를 산출하며, 에지 정보량은 에지의 공간적 크기와 계조적인 크기에 비례함은 자명하다.

이후, 깊이 정보 추출부(520)는 제 1 에지 정보량(e1), 제 2 에지 정보량(e2), 제 3 에지 정보량(e3)을 입력받아 수학식 2와 같은 조건식에 따라 깊이 정보를 비교 추출하여 슬라이스 화상 생성부(530)에 제공하면, 슬라이스 화상 생성부(530)는 동일한 상기 깊이 정보를 갖는 화소들로 구성된 각각 슬라이스 화상을 생성한다. 이때, 상기 동일 위치의 단위는 화소 단위일 수도 있고 블록 단위일 수도 있음은 주지의 사실이다. 이때, 슬라이스 화상을 구성하기 위해 선택되는 화소는 제 1 획득 화상, 제 2 획득 화상, 제 3 획득 화상 중 선명도가 가장 좋은 획득 화상의 화소이며, 상호 비교한 동일 위치의 화소로 슬라이스 화상을 구성함은 명백하다.

e1〈e2〈e3, slice1

e1〈e2=e3, slice2

e1〈e3〈e2, slice3

e1=e3〈e2, slice4

e3〈e1〈e2, slice5

e3〈e1=e2, slice6

e3〈e2〈e1, slice7

여기서, e1은 제 1 화상으로부터 추출한 에지 정보량이고, e2는 제 2 화상으로부터 추출한 에지 정보량이며, e3는 제 3 화상으로부터 추출한 에지 정보량이다.

수학식 2에 나타낸 조건식을 좀 더 상술하면 다음과 같다.

(1) 제 1 에지 정보량(e1) 보다 제 2 에지 정보량(e2)이 크고, 제 2 에지 정보량(e2) 보다 제 3 에지 정보량(e3)이 크면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 1 슬라이스 화상(slice1)으로 분류한다.

(2) 제 1 에지 정보량(e1) 보다 제 2 에지 정보량(e2)이 크고, 제 2 에지 정보량(e2)이 제 3 에지 정보량(e3)과 동일하면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 2 슬라이스 화상(slice2)으로 분류한다.

(3) 제 1 에지 정보량(e1) 보다 제 3 에지 정보량(e3)이 크고, 제 3 에지 정보량(e3) 보다 제2 에지 정보량(e2)이 크면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 3 슬라이스 화상(slice3)으로 분류한다.

(4) 제 1 에지 정보량(e1)과 제 3 에지 정보량(e3)이 동일하고, 제 3 에지 정보량(e3) 보다 제2 에지 정보량(e2)이 크면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 4 슬라이스 화상(slice4)으로 분류한다.

(5) 제 3 에지 정보량(e3) 보다 제 1 에지 정보량(e1)이 크고, 제 1 에지 정보량(e1) 보다 제2 에지 정보량(e2)이 크면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 5 슬라이스 화상(slice5)으로 분류한다

(6) 제 3 에지 정보량(e3) 보다 제 1 에지 정보량(e1)이 크고, 제 1 에지 정보량(e1)과 제2 에지 정보량(e2)이 동일하면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 6 슬라이스 화상(slice6)으로 분류한다

(7) 제 3 에지 정보량(e3) 보다 제 2 에지 정보량(e2)이 크고, 제 2 에지 정보량(e2) 보다 제 2 에지 정보량(e2)이 크면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 7 슬라이스 화상(slice7)으로 분류한다

7장의 슬라이스 화상 중에서 화면을 기준할 때, 가장 깊이가 깊은 화상은 제 7 슬라이스 화상(slice7)이고, 그 다음은 제 6 슬라이스 화상(slice6), 제 5 슬라이스 화상(slice5), 제 4 슬라이스 화상(slice4), 제 3 슬라이스 화상(slice3), 제 2 슬라이스 화상(slice2), 제 1 슬라이스 화상(slice1) 순이다.

따라서, 동일 위치에서 에지 정보량을 +1, 0, -1과 같이 상대적으로 표현할 경우, 제 1 획득 화상이 가장 선명하면 깊이 정보는 -1(상대적인 깊이가 깊음)이 되고, 제 2 획득 화상이 가장 선명하면 깊이 정보는 0(상대적인 깊이가 중간에 있음)이 되며 제 3 획득 화상이 가장 선명하면, 깊이 정보는 +1(상대적인 깊이가 얕음)이 된다.

여기서, 상대적인 깊이가 깊은 깊다-깊이 정보가 상대적으로 큼-는 것은 해당 위치가 관찰자(400)로부터 상대적으로 먼 위치에 있음을 의미하고, 역으로, 상대적인 깊이가 얕다-깊이 정보가 상대적으로 작음-는 것은 해당 위치가 관찰자(400)로부터 상대적으로 가까운 위치에 있음을 의미한다.

도 5의 (c)는 상기와 같은 과정을 거쳐 슬라이스한 화상의 예를 나타낸 것으로, 슬라이스의 깊이를 4단계로 하여 구성한 예이다.

이와 같은 과정을 통해 다수의 슬라이스 화상이 생성된 상태가 되면, 이를 외부로부터 수신하거나 또는 내부의 메모리로부터 판독한다.

이와 같은 상태에서, 동일 피사체에 대한 깊이 정보에 따라 순차적으로 획득한 각각의 2차원 슬라이스 화상을 통해 3차원 입체 화상을 생성하기 위해, 본 발명은 적층 액정 디스플레이 장치(300)는 상기 깊이 정보 순으로 적층된 액정 디스플레이층을 통해 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상을 순차적으로 디스플레이한다.

이때, 슬라이스 화상 입력부(320)는 적층 액정 디스플레이 장치(300)의 해당 액정 디스플레층에 해당 2차원 슬라이스 화상 신호를 제공하고, 백 라이트 조광부(310)는 상기 적응 액정 디스플레이 장치(300)에 광원을 제공하며, 액정 구동 제어부(330)는 상기 슬라이스 화상 입력부(320)에 동기를 맞추어 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상에 대응하는 상기 각각의 액정 디스플레이층이 순차적으로 구동되도록 액정 구동 전압을 제어한다.

또한, 상기 적층 액정 디스플레이 장치(300)와 관찰자(400) 사이에 개재된 확대 렌즈부(340)는 상기 적층 액정 디스플레이 장치(300)로부터 상기 관찰자(400)에게 관측되는 3차원 입체 화상을 광학적으로 확대함으로써 좀 더 우수한 3차원 입체 화상을 관찰자(400)에게 제공하도록 한다.

한편, 상기 적층 액정 디스플레이 장치(300)의 액정 디스플레이층은 관찰자(400)에게 가까운 쪽에 깊이 정보가 작은(또는 깊이가 얕은) 2차원 슬라이스 화상을 디스플레이하기 위한 액정 디스플레이층이 배치되도록 하고, 연이어 그 다음으로 깊이 정보가 작은 2차원 슬라이스 화상을 디스플레이하기 위한 액정 디스플레이층이 적층되도록 하는 순으로 전체적인 적층 구조를 형성한다.

본 발명에 대한 이해를 도모하기 위해, 액정의 물성을 간략하게 설명하면, 액정은 막대 모양 분자의 집단이며, 분자장축이 서로 평행하게 배열하는 것이 공통적이다. 이러한 독특한 배열 때문에 굴절율, 유전율, 자화율, 전도율, 점성율 등의 물성치가 분자장축에 평해한 방향과 직각 방향이 서로 다르다. 이것을 액정의 이방성이라고 한다. 또한 액정의 탄성율은 상당히 적기 때문에 외부의 힘에 의해 액정의 분자 배열은 손쉽게 변화하여 이방성의 물성치가 변화한다. 이러한 성질이 공학적 이용의 기초가 된다.

또한, 액정은 광학적으로 1축성 결정과 같은 굴절율 이방성을 갖는다. 즉, 1축성 결정은 입사광이 굴절하지 않는 특성에 의한 정상 광귤절율(ordinary light refraction), 입사광의 굴절에 의한 이상 광 굴절율(extraordinary light refraction)을 갖는 데, 이러한 현상을 복굴절(birefringence)라고 한다. 이와 같은 복굴절 현상을 전장 인가에 의해 제어한다는 의미에서 ECB(Electrically Controlled Birefringence)라고도 부른다.

도 7은 본 발명에 따른 적응 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치를 통해 3차원 입체 화상을 관측한 예를 도시한 예시도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 적층 액정 디스플레이 장치(300)를 통해 재구성된 3차원 입체 화상(300a)은 확대 렌즈부(340)에 의해 확대되어 확대된 3차원 입체 화상(340a)이 관찰자(400)에게 관측될 수 있도록 한다.

적녹청의 광원을 각각 교번되게 점등할 수 있는 백 라이트 조광부(310)를 적층 액정 디스플레이 장치(320) 및 액정 구동 제어부(330)와 동기시켜 구동함에 따라 3차원 입체 색화상을 할 수 있도록 한다.

도 8은 색화상을 디스플레이하기 위한 백 라이트 조광부(310)를 나타낸 예시도이고, 도 9는 백 라이트 조광부(310)의 적녹청 광원부(311)의 색광원의 배치에 대한 일실시예를 나타낸 예시도이다.

여기서, 상기 백 라이트 조광부(310)는, 도 9에 도시한 바와 같이 적색 광원, 녹색 광원, 청색 광원이 셀형식(cell type)으로 교번되게 배치된 적녹청 광원부(311)와, 상기 슬라이스 화상 입력부(320) 및 상기 액정 구동부(330)와 연동하여 상기 슬라이스 화상 입력부(320)의 슬라이스 화상 신호의 색성분을 디스플레이하기 위해 적녹청 광원부(311)의 상기 적색 광원, 상기 녹색 광원, 상기 청색 광원을 각각 순차적으로 구동 제어하는 색조광 제어부(312)로 구성된다.

이에 따라, 색조광 제어부(312)의 적색 광원이 구동될 때면, 액정 디스플레이 장치(300)의 해당 액정 디스플레이층에는 해당 슬라이스 화상의 적색 성분이 디스플레이되도록 하고, 유사하게, 색조광 제어부(312)의 녹색 광원이 구동될 때면, 액정 디스플레이 장치(300)의 해당 액정 디스플레이층에는 해당 슬라이스 화상의 녹색 성분이 디스플레이되도록 하며, 색조광 제어부(312)의 청색 광원이 구동될 때면, 액정 디스플레이 장치(300)의 해당 액정 디스플레이층에는 해당 슬라이스 화상의 청색 성분이 디스플레이되도록 함으로써 3차원 입체 색화상을 생성할 수 있다.

상기 적색 광원, 녹색 광원, 상기 청색 광원과 각각 대응하여 해당 슬라이스 화상의 적색 성분, 녹색 성분, 청색 성분이 순차적으로 구동·디스플레이됨에 따라 인간 시각의 잔상 효과에 의해 관찰자(400)에게는 3차원 입체 색화상이 관측된다.

한편, 본 발명의 화상 획득 장치(500)는 본 발명에 의한 디스플레이 장치(300)와 액정 렌즈부(310)와 구성 요소가 결합된 형태로 사용할 수도 있지만 독자적으로 3차원 입체 화상을 재구성하기 위해 슬라이스 화상을 획득하기 위한 용도로도 이용할 수 있음은 주지의 사실이다.

이상에서 설명한 바와 같은 적층 액정 디스플레이 장치(300)의 순차적인 디스플레이에 의해 깊이감(입체감) 및 임장감이 풍부한 3차원 입체 화상을 관측할 수가 있으며, 본 발명은 일종의 가변 초점 방식의 3차원 입체 화상 생성 장치임에 따라 관찰자의 관측 위치가 고정되는 제한성을 효과적으로 완화할 수 있다.

더욱이, 가변 초점 방식의 3차원 입체 화상 생성 장치 중에서도 본 발명은 실제로 액정 디스플레이층을 공간적으로 이격되게 배치됨에 따라 실질적인 입체감이 상대적으로 우수하다.

본원에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의내려진 용어들로써 이는 당분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본원의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 본원에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 설명했으므로 본 발명의 기술적인 난이도 측면을 고려할 때, 당분야에 통상적인 기술을 가진 사람이면 용이하게 본 발명에 대한 또 다른 실시예와 다른 변형을 가할 수 있으므로, 상술한 설명에서 사상을 인용한 실시예와 변형은 모두 본 발명의 청구 범위에 모두 귀속됨은 명백하다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 광학상에 대한 입체감을 재현하기 위한 3차원 입체 화상 생성 장치에 있어서, 깊이 정보에 따라 순차적으로 획득한 각각의 2차원 슬라이스 화상을 적층 액정 디스플레이 장치가 순차적으로 디스플레이하고, 적층 액정 디스플레이 장치와 관찰자 사이에 확대 렌즈부를 개재한 본 발명에 의한 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치에 따르면, 2차원의 평면 화상을 3차원적으로 재구성함에 따라 관찰자의 관측 위치가 고정되는 제한성을 효과적으로 완화시키고 동시에 입체감과 임장감이 우수한 3차원 화상을 발생할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명은 액정 디스플레이층을 공간적으로 이격되게 배치됨에 따라 실질적인 입체감이 상대적으로 우수한 장점이 있다.

Claims (9)

1. 광학상에 대한 입체감을 재현하기 위하여 동일 피사체에 대한 깊이 정보에 따라 순차적으로 획득한 각각의 2차원 슬라이스 화상을 통해 3차원 입체 화상을 생성하기 위해 상기 깊이 정보 순으로 적층된 액정 디스플레이층을 통해 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상을 순차적으로 디스플레이하는 적층 액정 디스플레이 장치; 상기 적층 액정 디스플레이 장치에 광원을 제공하는 백 라이트 조광부; 상기 적층 액정 디스플레이 장치의 해당 액정 디스플레이층에 해당 2차원 슬라이스 화상 신호를 제공하는 슬라이스 화상 입력부를 구비한 3차원 입체 화상 생성 장치에 있어서,

   상기 슬라이스 화상 입력부에 동기를 맞추어, 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상에 대응하는 상기 각각의 액정 디스플레이층이 순차적으로 구동되도록 액정 구동 전압을 제어하는 액정 구동 제어부;

   상기 적층 액정 디스플레이 장치와 관찰자 사이에 개재됨으로써 상기 적층 액정 디스플레이 장치로부터 상기 관찰자에게 관측되는 3차원 입체 화상을 광학적으로 확대하는 확대 렌즈부; 및

   동일 피사체에 대한 초점 상태가 서로 다른 다수의 결상면과 상기 결상면에 대응하는 화상 촬상 소자를 구비하여 촬상한 상기 결상면과 동수의 2차원 획득 화상들에서 상기 각각의 동일 위치에 포함된 화소의 선명도를 비교하여 서로 다른 깊이 정보를 갖는 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상을 획득하는 화상 획득 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 화상 획득 장치는,

   동일한 피사체를 렌즈를 통해 집광한 후, 반반사 거울(half mirror)의 광학적인 배치에 따라 다수의 방향에 위치한 다수의 결상면에 각각의 광경로가 형성되도록 하는 빔 스플리터(beam spliter);

   상기 다수의 결상면과 동수의 화상 촬상 소자를 구비하여 해당 결상면에 정초점이 조절된 광학상과 적어도 하나 이상의 서로 다른 결상면의 전단에 초점이 조절된 광학상과 적어도 하나 이상의 서로 다른 결상면의 후단에 초점이 조절된 광학상을 각각 촬상하여 상기 다수의 결상면과 동수의 획득 화상을 획득하는 화상 촬상부;

   상기 화상 촬상부를 구성하는 각각의 화상 촬상 소자의 출력을 입력받아 에지 정보를 검출한 후, 정량화하여 각각의 에지 정보량을 산출하는 에지 검출부;

   각각의 동일 위치에 대한 각각의 에지 정보량을 입력받아 상기 각각의 에지 정보량을 크기순의 정렬 형태에 따라 상기 각각의 동일 위치에 대한 깊이 정보를 비교·추출하는 깊이 정보 추출부; 및

   상기 다수의 결상면과 동수의 획득 화상을 입력을 입력받고 상기 깊이 정보 추출부로부터 상기 다수의 획득 화상에 대응하는 상기 각각의 깊이 정보를 입력받아 동일한 깊이 정보를 갖는 화소들로 구성된 상기 각각 2차원 슬라이스 화상을 생성하는 슬라이스 화상 생성부로 구성되는 것을 특징으로 하는 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 다수의 결상면은

   상기 빔 스플리터의 광입사축을 기준으로 시계 방향의 90。방향에 위치한 상기 제 1 결상면과,

   상기 빔 스플리터의 광입사축을 기준으로 시계 방향의 270。방향에 위치한 상기 제 2 결상면과,

   광입사축의 후단에 위치한 제 3 결상면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 화상 촬상부는,

   상기 제 1 결상면에 정초점으로 조절된 광학상을 제 1 획득 화상으로 촬상하는 제 1 화상 촬상부;

   상기 제 2 결상면에 정초점으로 조절된 광학상을 제 2 획득 화상으로 촬상하는 제 2 화상 촬상부; 및

   상기 제 3 결상면의 전단에 초점이 조절된 광학상을 제 3 획득 화상으로 촬상하는 제 3 화상 촬상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 에지 검출부는,

   상기 제 1 획득 화상을 입력받아 에지 정보를 검출한 후, 정량화하여 제 1 에지 정보량을 산출하는 제 1 에지 검출부;

   상기 제 2 획득 화상을 입력받아 에지 정보를 검출한 후, 정량화하여 제 2 에지 정보량을 산출하는 제 2 에지 검출부; 및

   상기 제 3 획득 화상을 입력받아 에지 정보를 검출한 후, 정량화하여 제 3 에지 정보량을 산출하는 제 3 에지 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 깊이 정보 추출부는,

   상기 각각의 동일 위치에 대한 상기 제 1 에지 정보량, 상기 제 2 에지 정보량, 상기 제 3 에지 정보량을 입력받아 소정의 조건에 따라 상기 각각의 동일 위치에 대한 깊이 정보를 비교·추출하는 것을 특징으로 하는 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 소정의 조건은,

   상기 제 1 에지 정보량 보다 상기 제 2 에지 정보량이 크고, 상기 제 2 에지 정보량 보다 상기 제 3 에지 정보량이 크면, 상기 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 1 슬라이스 화상으로 분류하고,

   상기 제 1 에지 정보량 보다 상기 제 2 에지 정보량이 크고, 상기 제 2 에지 정보량이 상기 제 3 에지 정보량과 동일하면, 상기 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 2 슬라이스 화상으로 분류하고,

   상기 제 1 에지 정보량 보다 상기 제 3 에지 정보량이 크고, 상기 제 3 에지 정보량 보다 상기 제 2 에지 정보량이 크면, 상기 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 3 슬라이스 화상으로 분류하고,

   상기 제 1 에지 정보량과 상기 제 3 에지 정보량이 동일하고, 상기 제 3 에지 정보량 보다 상기 제 2 에지 정보량이 크면, 상기 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 4 슬라이스 화상으로 분류하고,

   상기 제 3 에지 정보량 보다 상기 제 1 에지 정보량이 크고, 상기 제 1 에지 정보량 보다 상기 제 2 에지 정보량이 크면, 상기 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 5 슬라이스 화상으로 분류하고,

   상기 제 3 에지 정보량 보다 상기 제 1 에지 정보량이 크고, 상기 제 1 에지 정보량과 상기 제 2 에지 정보량이 동일하면, 상기 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 6 슬라이스 화상으로 분류하고,

   상기 제 3 에지 정보량 보다 상기 제 2 에지 정보량이 크고, 상기 제 2 에지 정보량 보다 상기 제 2 에지 정보량이 크면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 7 슬라이스 화상으로 분류하는 것을 특징으로 하는 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 슬라이스 화상 생성부는,

   상기 제 1 획득 화상, 상기 제 2 획득 화상, 상기 제 3 획득 화상을 입력받고 상기 깊이 정보 추출부로부터 상기 제 1 획득 화상, 상기 제 2 획득 화상, 상기 제 3 획득 화상에 대응하는 상기 각각의 깊이 정보를 입력받아, 동일한 깊이 정보를 갖는 화소들로 구성된 상기 각각 2차원 슬라이스 화상을 생성하는 것을 특징으로 하는 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치.
9. 제 2 항에 있어서, 상기 각각의 동일 위치의 단위는,

   화소 단위와 블록 단위 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 액정 디스플레이를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치.

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