KR100652204B1 - 입체 영상 표시 방법 및 그 장치 - Google Patents

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    • H04N2213/00—Details of stereoscopic systems
    • H04N2213/002—Eyestrain reduction by processing stereoscopic signals or controlling stereoscopic devices

Abstract

입체 물체를 서로 다른 각도로 촬상하는 다수의 렌즈들이 접촉되어 배열된 카메라부, 카메라부에서 촬상된 입체 물체에 대한 기초 영상 데이터를 생성하는 영상 생성부, 생성된 다수의 기초 영상을 영상 표시부의 픽셀에 상응하여 크기를 변경하는 영상 처리부, 크기가 변경된 다수의 기초 영상을 출력하는 영상 표시부, 영상 표시부로부터 출력된 다수의 기초 영상을 결상함으로써 입체 영상을 재생하는 렌티큘러 렌즈를 구비한 입체 영상 재생부를 포함하는 입체 영상 표시 장치가 제시된다. 본 발명에 따른 입체 영상 표시 방법 및 그 장치는 1차원적으로 연속 시점을 이용하여 입체 물체의 영상을 생성하므로, 관찰자 눈의 피로감을 감소시킬 수 있으며, 해상도가 높은 입체 영상을 표시할 수 있는 효과가 있다.
집적 영상, 다시점 스테레오스코피, 입체 물체, 영상 물체.

Description

입체 영상 표시 방법 및 그 장치{Method for displaying volumetric image and Apparatus thereof}
도 1은 양안 시차를 이용한 다시점 스테레오스코피 방식에 의한 입체 영상 표시 장치에 대한 구성도.
도 2는 양안 시차를 이용한 영상 처리된 입체 영상을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 간략한 블록 구성도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체 영상 표시 절차의 흐름도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치 중 영상 생성 및 처리 장치에 대한 구성도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 처리된 입체 영상을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치 중 영상 표시부 및 재생부에 대한 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
305 : 입체 물체
310 : 영상 생성부
320 : 영상 처리부
330 : 영상 표시부
340 : 입체 영상 재생부
350 : 입체 영상
520(1), 520(2),…, 520(n) : 다수의 카메라
530(1), 530(2),…, 530(n) : 기초 영상들
540 : 영상 처리된 기초 영상
본 발명은 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로, 특히 집적 영상(integral imaging) 방식을 사용하여 입체 영상(Volumetric image)을 표시하는 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다.
입체영상 표시에 대한 연구는 주로 홀로그래피나 스테레오스코피 방식에 기초하여 오랫동안 연구되어 왔다. 홀로그래피 방식은 이상적인 입체영상 표시방식이라고 여겨지나, 코히어런트 광원이 필요하고, 먼거리의 큰 물체를 기록하고 재생하는 것이 어렵다는 단점이 있다. 이와 달리 스테레오스코피 방식은 양안시차를 갖는 두 2차원 영상을 사람의 양쪽 눈에 각각 분리해서 보여줌으로써 입체감을 유발시키는 것이다. 이러한 방식은 2개의 평면 영상을 사용하므로 구현이 간단하고 높은 해상도와 큰 깊이감을 갖는 입체영상을 표시할 수 있는 장점이 있다. 그러나 스테레오스코피 방식은 영상을 보는 눈의 수렴각과 초점 사이에 불일치가 존재하여 시각 피로감이 커질 수 있으며, 시점이 하나로 고정되어 있거나 몇 개로 고정되어 있어서(다시점 스테레오스코피 방식의 경우) 불연속적인 단점이 있다.
최근 스테레오스코피 방식의 단점을 피하기 위해 집적 영상 방식에 대한 연구가 수행되어 왔다. 이는 본래 완전 사진술이라는 이름으로 1908년 리프만(Lippmann)에 의해 처음 제안된 것으로, 영상표시패널과 CCD와 같은 광소자를 이용하여 실시간 완전 사진술을 구현하는 것이다. 종래의 집적 영상 방식은 렌즈 어레이를 이용하여 입체 물체로부터 기초 영상을 CCD를 사용하여 기록한다. 기초 영상의 엘리멘트(element)들은 작은 정사각형의 형태를 갖는다. 이러한 기초영상은 LCD에 다시 표현되고 렌즈 어레이를 통하여 입체 영상으로 재생된다.
그러나, 집적 영상 방식은 3차원 영상을 표시할 때 수직시차뿐만 아니라 수평시차도 이용한다. 이렇게 두 시차를 동시에 구현하기 때문에 재생되는 3차원 영상의 해상도가 낮다는 단점이 있다. 3차원 영상의 해상도를 높이는 단순한 방법으로 렌즈 어레이의 개수를 늘리고 복수개의 디스플레이 장치를 사용하는 것을 들 수 있지만, 이렇게 많은 수의 디스플레이 장치를 사용하여 정보를 표현하는 것은 현실적으로 곤란하다.
또한, 다시점 스테레오스코피 방식은 양안 시차의 기본적인 원리를 사용하기 때문에 관찰자의 피로감을 발생시키는 근본적인 문제점이 있다. 또한, 다시점 스테레오스코피 방식에서 N개의 시점으로 구현되는 경우 디스플레이 장치는 1/N의 해상도를 가지는 3차원 영상을 출력하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 입체 물체의 영상을 생성할 때 양안 시차를 이용하여 영상을 생성하지 않으므로, 입체 영상 관찰자의 피로감을 발생시키지 않는 입체 영상 표시 방법 및 그 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 1차원적으로 연속 시점을 이용하여 입체 물체의 영상을 생성하므로, 해상도가 높은 입체 영상 표시 방법 및 그 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 입체 물체를 서로 다른 각도로 촬상하는 다수의 렌즈들이 접촉되어 배열된 카메라부, 카메라부에서 촬상된 입체 물체에 대한 기초 영상 데이터를 생성하는 영상 생성부, 생성된 다수의 기초 영상을 영상 표시부의 픽셀에 상응하여 크기를 변경하는 영상 처리부, 크기가 변경된 다수의 기초 영상을 출력하는 영상 표시부, 영상 표시부로부터 출력된 다수의 기초 영상을 결상함으로써 입체 영상을 재생하는 렌티큘러 렌즈를 구비한 입체 영상 재생부를 포함하는 입체 영상 표시 장치를 제시할 수 있다.
여기서, 카메라부의 렌즈들은 1차원적으로 배열되고, 렌티큘러 렌즈는 렌즈 들에 상응하여 1차원적으로 배열될 수 있다.
여기서, 영상 생성부에 구비된 다수의 렌즈들은 하나의 장치에 배열되고 각각 촬상된 기초 영상들은 컴퓨터 소프트웨어로 영상 처리할 수 있다.
여기서, 영상 처리부는 생성된 다수의 기초 영상의 크기를 동일한 비율로 변경할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 다수의 렌즈들이 접촉되어 배열된 카메라부가 입체 물체를 서로 다른 각도로 촬상하는 단계, 영상 생성부가 촬상된 입체 물체에 대한 기초 영상 데이터를 생성하는 단계, 영상 처리부가 생성된 다수의 기초 영상을 영상 표시부의 픽셀에 상응하여 크기를 변경하는 단계, 영상 표시부가 크기가 변경된 다수의 기초 영상을 출력하는 단계, 렌티큘러 렌즈를 구비한 입체 영상 재생부가 영상 표시부로부터 출력된 다수의 기초 영상을 결상함으로써 입체 영상을 재생하는 단계를 포함하는 입체 영상 표시 방법을 제시할 수 있다.
여기서, 카메라부의 렌즈들은 1차원적으로 배열되어 입체 물체를 서로 다른 각도로 촬상할 수 있으며, 렌티큘러 렌즈는 렌즈들에 상응하여 1차원적으로 배열되어 상기 다수의 기초 영상을 결상함으로써 입체 영상을 재생할 수 있다.
여기서, 영상 처리부는 생성된 다수의 기초 영상의 크기를 동일한 비율로 변경할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 입체 영상 표시 방법 및 그 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있 어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 양안 시차를 이용한 다시점 스테레오스코피 방식의 원리에 대해서 먼저 설명하기로 한다.
도 1은 양안 시차를 이용한 다시점 스테레오스코피 방식에 의한 입체 영상 표시 장치와 표시된 영상을 출력하는 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래 다시점 스테레오스코피 방식에 따라 N개의 시점을 가지는 입체 영상을 재생하기 위해 입체 물체를 촬상하는 다수의 카메라(120(1), 120(2),…, 120(n)), 각각의 카메라에서 촬상된 입체 물체의 기초 영상들(130(1), 130(2),…, 130(n)), 영상처리된 기초 영상(140)이 도시된다.
N개의 카메라(120(1), 120(2),…, 120(n))에 구비된 렌즈는 인간의 눈의 간격인 65mm 정도의 간격으로 분리된 상태로 배열된다. 인간의 눈이 가로방향으로 약 65mm 떨어져서 존재하는 양안 시차(binocular disparity)는 입체감의 가장 중요한 요인이며, 좌ㆍ우의 눈은 각각 서로 다른 2차원의 상을 보게 되고 이 두상이 망막을 통해 뇌로 전달되면, 뇌는 이를 정확히 서로 융합하여 3차원 영상의 원근감과 실재감을 재생한다.
도 2는 종래 기술의 실시예에 따른 다시점 스테레오스코피 방식에 의해 영상 처리된 입체 영상을 도시한 도면이다. 기초 영상들(130(1), 130(2),…, 130(n))은 영상 처리되어 디스플레이 장치에서 재생될 영상(140)을 형성한다. 이러한 영상 처 리는 N개의 얻어진 2차원 영상들의 동일 번째의 픽셀들끼리 그룹화하는 과정이며, 따라서 N개의 영상들을 동일 번째의 픽셀들끼리 그룹화하는 과정에서 출력하는 해상도는 원 영상의 1/N으로 떨어지게 된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치의 간략한 블록 구성도이다. 도 3을 참조하면, 입체 물체(305), 영상 생성 및 처리부(300), 영상 표시부(330), 입체 영상 재생부(340) 및 입체 영상(350)이 도시되어 있으며, 영상 생성 및 처리부(300)는 영상 생성부(310), 영상 처리부(320)를 포함한다.
영상 생성부(310)는 입체 물체를 서로 다른 각도로 촬상하는 다수의 렌즈들을 포함하는 카메라부(미도시)와 카메라부에서 촬상된 입체 물체에 대해서 기초 영상 데이터를 생성한다. 영상 생성부(310)는 1차원 집적 결상 방식을 이용하여 기초 영상들을 생성한다. 본 발명에 따른 카메라부에 포함된 다수의 렌즈들은 서로 접촉되어 배열된다. 여기서 렌즈들이 접촉되어 배열된다는 의미는 렌즈들이 서로 물리적으로 접촉하거나 또는 렌즈를 둘러싼 프레임들끼리 물리적으로 접촉함을 의미한다. 즉, 본 발명에 다른 카메라의 렌즈들은 기존의 다시점 스테레오스코피 방식처럼 카메라 간격이 눈의 간격인 65mm 정도 이격되지 않고, 서로 접촉되어 배열된다. 카메라부에 포함된 다수의 렌즈들은 1차원적으로 서로 접촉되어 배열되며, 여기서 1차원적 배열은 직선 배열, 곡선 배열 등 하나의 선을 따라 배열됨을 의미하며, 관찰자가 입체감을 느끼기 위해서 관찰자의 눈의 방향인 x축 방향으로 배열될 수 있다.
영상 처리부(320)는 생성된 다수의 기초 영상을 영상 표시부(330)의 픽셀에 상응하여 크기를 변경한다. 예를 들어, 카메라부에 포함된 렌즈의 개수가 L이고 영상 표시부(330)에서 기초 영상을 출력하는 픽셀이 M인 경우 L개의 2차원 기초 영상들을 M개의 픽셀에 맞추어 출력할 수 있도록 기초 영상의 크기를 변경한다. 이후 변경된 기초 영상들을 영상 표시부(330)에 출력하기 위해서 하나의 2차원 영상으로 합성한다. 여기서, 다수의 기초 영상을 하나의 2차원 영상으로 합성하기 위해서는 기초 영상의 크기를 축소하는 과정이 수행될 수 있다. 또한, 이러한 기초 영상 축소 비율은 영상 표시부(330)의 수직 및 수평 픽셀에 정확히 상응하여 정해질 수도 있고, 또는 기초 영상의 수직 대비 수평 비율을 고려하여 동일한 축적을 이용하여 정해질 수도 있다. 예를 들면, 기초 영상의 수직대 수평 비율이 A x B이고 영상 표시부(330)에서 각각의 기초 영상을 출력하는 수직대 수평 비율이 C x D인 경우를 고려한다. 먼저, 기초 영상 축소 비율이 영상 표시부(330)의 수직 및 수평 픽셀에 정확히 상응하여 정해지는 경우 기초 영상의 수직 축소 비율은 C/A이고, 수평 축소 비율은 D/B이다. 또한, 기초 영상의 수직 대비 수평 비율을 고려하고 영상 표시부(330)의 수평 픽셀에 맞추어 기초 영상을 축소하는 경우 기초 영상의 수직 및 수평 축소 비율은 모두 D/B가 된다.
이후 영상 표시부(330)는 크기가 변경되어 다수의 기초 영상을 출력한다. 영상 표시부(330)는 액정 표시 장치(LCD), 평면 CRT, 프로젝션 장치 등 다양한 출력 장치가 될 수 있다. 이후 입체 영상 재생부(340)는 영상 표시부로부터 출력된 다수의 기초 영상을 결상함으로써 입체 영상을 재생하며, 다수의 렌즈가 조합되어 있는 형태이다. 예를 들면, 입체 영상 재생부(340)는 렌티큘러 렌즈가 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1차원 집적 영상 방식을 이용한 입체 영상 표시 절차의 흐름도이다.
단계 S410에서, 다수의 렌즈들이 접촉되어 배열된 카메라부가 입체 물체를 서로 다른 각도로 촬상한다. 여기서 다수의 렌즈들은 서로 접촉되어 입체 물체를 촬상함으로써 연속 시점을 가지는 집적 영상의 기초 영상들을 제공한다.
단계 S420에서, 영상 생성부(310)가 촬상된 입체 물체에 대한 기초 영상 데이터를 생성한다. 촬상되어 생성된 기초 영상들은 1차원 집적 영상 방식에 의해 입체 영상을 표시하기 위한 요소(element) 영상이 된다.
단계 S430에서, 영상 처리부(320)가 생성된 다수의 기초 영상을 영상 표시부(330)의 픽셀에 상응하여 크기를 변경한다. 영상 처리부(320)는 미리 저장되어 있는 영상 표시부(330)의 픽셀 정보를 이용하여 미리 설정된 기초 영상 크기 변경 비율에 상응하여 다수의 기초 영상의 크기를 변경한다.
단계 S440에서, 영상 표시부(330)가 크기가 변경된 다수의 기초 영상을 출력한다. 단계 S450에서, 렌티큘러 렌즈를 구비한 입체 영상 재생부가 영상 표시부로부터 출력된 다수의 기초 영상을 결상함으로써 입체 영상을 재생한다.
이상에서 본 발명에 따른 입체 영상 표시 방법 및 그 장치를 일반적으로 도시한 블록 구성도 및 흐름도를 설명하였으며, 이하에서는 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 입체 영상 표시 방법 및 그 장치에서 수행되는 원리를 각각의 부분으로 나누어 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치 중 영상 생성 및 처리 장치에 대한 구성도이다. 도 5를 참조하면, 입체 물체(510), N개의 시점을 가지는 입체 영상을 재생하기 위해 입체 물체를 촬상하는 다수의 카메라(520(1), 520(2),…, 520(n)), 각각의 카메라에서 촬상된 입체 물체의 기초 영상들(530(1), 530(2),…, 530(n)), 영상 처리된 기초 영상(540)이 도시된다.
종래 기술과 달리 다수의 카메라(520(1), 520(2),…, 520(n))는 양안 시차를 이용하기 위해 각각의 렌즈가 눈의 간격(65mm)으로 분리되어 있지 않고, 서로 접촉되어 있다. 여기서 다수의 카메라(520(1), 520(2),…, 520(n))는 하드웨어적으로 별도의 장치가 서로 중첩적으로 구성되어 배열될 수도 있고, 또는 서로 구별되는 렌즈를 하나의 장치에 배열하고 각각의 카메라 기능은 소프트웨적으로 구현할 수 있다. 후자의 경우 별도의 카메라 장치로 구현되지 않고, 하나의 장치에 1차원적으로 배열된 렌즈들을 포함함으로써 공간적 활용도를 극대화시킬 수도 있다. 즉, 영상 생성부에 구비된 다수의 렌즈들이 하나의 장치에 배열되고 각각 촬상된 기초 영상들은 컴퓨터 소프트웨어로 영상 처리할 수 있다.
다수의 카메라(520(1), 520(2),…, 520(n))에 의해 촬상된 기초 영상들(530(1), 530(2),…, 530(n))은 서로 연속적인 시점을 가지므로, 이후 출력된 3차원 영상의 관찰자는 눈의 피로감을 느끼지 않게 된다.
또한, 촬상된 기초 영상들(530(1), 530(2),…, 530(n))들은 재조합되지 않고, 크기만을 변경하는 영상처리가 수행된다. 즉, 종래 기술에 따르면, 양안 시차를 고려하여 촬상된 기초 영상들은 동일 번째의 픽셀들끼리 그룹화는 영상처리를 하였으므로, 해상도가 떨어지는 결과를 초래하였으나, 본 발명에 따른 영상 처리 방법은 영상 표시부(330)의 픽셀에 상응하여 크기만을 변경하는 영상 처리를 수행하므로, 해상도가 떨어지는 문제점이 해소될 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 처리된 입체 영상을 도시한 도면으로서, 이러한 영상 처리 방법이 각각의 기초 영상들(530(1), 530(2),…, 530(n))에 적용된 실시예를 도시하고 있다. 도 6을 참조하면, 기초 영상들(530(1), 530(2),…, 530(n))은 동일 픽셀끼리 그룹화하여 재조합되지 않고, 영상 표시부(330)의 픽셀 수에 상응하여 크기만을 변경하는 영상 처리를 수행한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치 중 영상 표시부 및 재생부에 대한 구성도이다. 도 7을 참조하면, 영상 생성 및 처리부(300), 영상 표시부(330), 입체 영상 재생부(340) 및 입체 영상(350)이 도시된다.
하드웨어 또는 소프트웨어적으로 생성된 후 영상 처리된 기초 영상들은 액정 표시 장치(LCD), 평면 CRT, 프로젝션 장치 등과 같은 영상 표시부(330)에 출력되며, 이후 영상 생성시 렌즈의 배열의 상응하여 1차원적으로 배열되는 다수의 렌티큘러를 통과하여 입체 영상을 출력하게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 입체 영상 표시 방법 및 그 장치는 입체 물체의 영상을 생성할 때 양안 시차를 이용하여 영상을 생성하지 않으므로, 입체 영상 관찰자의 피로감을 발생시키지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 입체 영상 표시 방법 및 그 장치는 1차원적으로 연속 시점을 이용하여 입체 물체의 영상을 생성하므로, 해상도가 높은 입체 영상을 표시할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 입체 물체를 서로 다른 각도로 촬상하는 다수의 렌즈들이 접촉되어 배열된 카메라부;
    상기 카메라부에서 촬상된 입체 물체에 대한 기초 영상 데이터를 생성하는 영상 생성부;
    상기 생성된 다수의 기초 영상을 영상 표시부의 픽셀에 상응하여 크기를 변경하는 영상 처리부;
    상기 크기가 변경된 다수의 기초 영상을 출력하는 영상 표시부;
    상기 영상 표시부로부터 출력된 다수의 기초 영상을 결상함으로써 입체 영상을 재생하는 렌티큘러 렌즈를 구비한 입체 영상 재생부를 포함하는 입체 영상 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 카메라부의 렌즈들은 1차원적으로 배열된 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈는 상기 렌즈들에 상응하여 1차원적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 영상 생성부에 구비된 다수의 렌즈들은 하나의 장치에 배열되고 각각 촬상된 기초 영상들은 컴퓨터 소프트웨어로 영상 처리하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 상기 생성된 다수의 기초 영상의 크기를 동일한 비율로 변경하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  6. 다수의 렌즈들이 접촉되어 배열된 카메라부가 입체 물체를 서로 다른 각도로 촬상하는 단계;
    영상 생성부가 상기 촬상된 입체 물체에 대한 기초 영상 데이터를 생성하는 단계;
    영상 처리부가 상기 생성된 다수의 기초 영상을 영상 표시부의 픽셀에 상응 하여 크기를 변경하는 단계;
    상기 영상 표시부가 상기 크기가 변경된 다수의 기초 영상을 출력하는 단계;
    렌티큘러 렌즈를 구비한 입체 영상 재생부가 상기 영상 표시부로부터 출력된 다수의 기초 영상을 결상함으로써 입체 영상을 재생하는 단계를 포함하는 입체 영상 표시 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 카메라부의 렌즈들은 1차원적으로 배열되어 상기 입체 물체를 서로 다른 각도로 촬상하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈는 상기 렌즈들에 상응하여 1차원적으로 배열되어 상기 다수의 기초 영상을 결상함으로써 입체 영상을 재생하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 상기 생성된 다수의 기초 영상의 크기를 동일한 비율로 변경하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 방법.
KR1020050057581A 2005-06-30 2005-06-30 입체 영상 표시 방법 및 그 장치 KR100652204B1 (ko)

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