KR100766087B1

KR100766087B1 - 실시간 3차원 영상 입출력 장치

Info

Publication number: KR100766087B1
Application number: KR1020050009321A
Authority: KR
Inventors: 신상훈; 오남현; 최승길
Original assignee: (주)에이피앤텍
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2007-10-11
Also published as: KR20060088430A

Abstract

본 발명은 깜빡임이 없으며 고화질의 실시간 3차원 영상 입출력 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 실시간으로 좌우 영상을 획득하고, 획득된 영상을 3차원 영상 디스플레이 장치에 적합하도록 연산처리하여, 3차원 영상 디스플레이 장치에서 실시간으로 3차원 영상을 깜빡임없이 고화질로 볼 수 있도록 하는 실시간 3차원 영상 입출력 장치에 관한 것이다.

본 발명의 3차원 영상 입출력 장치는 두 대의 웹카메라로 좌우영상을 획득하고 상기 획득된 영상들을 LCD 모니터를 사용한 편광안경을 이용하는 안경식 3차원 표시 장치에 입력하여 3차원 영상을 실시간으로 볼 수 있도록 하는데 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는, 두 대의 웹카메라로 실시간으로 획득한 좌우영상에서 각 픽셀별로 조작 영상의 세기 및 위상 값을 소프트웨어로 얻어 이를 3차원 표시 장치에 입력시키고 편광안경을 통해 봄으로써 3차원 영상을 볼 수 있게 된다.

Description

실시간 3차원 영상 입출력 장치 {Real-time 3-dimensional image capture and display system}

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도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 입출력 장치에 구비되는 3차원 영상 표시 장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도 2는 편광안경을 이용하여 3차원 영상을 볼 수 있는 원리를 설명하는 설명도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 입출력 장치를 설명하기위한 설명도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 20: LCD 모니터 30: PC
40: 듀얼 그래픽 카드 50: 모니터상의 픽셀
60: 픽셀(50)에서의 편광방향 및 크기 70: 편광안경
80: 좌측 안경알의 편광방향 90: 우측 안경알의 편광방향
110: 모니터 1000: 웹카메라
1100: USB포트

3차원 영상 표시 장치는 크게 안경식, 무안경식으로 분류할 수 있으며, 무안경식은 렌티큘라 (lenticular), 시차장벽(parallax barrier), IP(Integral Photography) 등을 이용한 공간분할(spatial multiplexing) 형태와 고속 수평 주파수용 표시 장치(주로 CRT)와 공간 셔터로 이루어진 시간분할 형태이다. 무안경식은 안경을 쓰지않고 3차원 영상을 볼 수 있는 장점을 가지고 있으나 그에 상응하는 제약이 있다. 공간분할 방식은 시점수에 따른 공간해상도 저하가 일어나 2차원 영상에 비해 화질이 떨어지는 단점을 가지고 있고 시간분할 형태는 시스템의 크기를 LCD 만큼 줄이기 어려운 단점을 가진다. 현재 상용화되는 안경식은 CRT 모니터와 편광안경 또는 셔터안경을 이용하는 방식이다. 좌우영상을 시간적으로 번갈아 디스플레이하고 좌안(또는 우안)에 대응되는 영상이 디스플레이 될 때마다 우안(또는 좌안)을 가려주는 안경을 이용하여 좌우 영상의 잔상으로 3차원 영상을 볼 수 있도록 고안된 것으로 깜빡임(flickering)을 없애기 위하여 수평 주파수가 120 Hz 정도의 CRT 모니터가 이용되었다. 현재 2차원 표시 장치는 박막형으로 가고 있는 추세로 시간분할 형태의 무안경식은 시스템의 크기를 줄여야하는 단점으로 인해 상용화에 어려움이 있을 것으로 예상하며, 공간분할 형태의 무안경식은 해상도가 떨어져 화질을 개선해야하는 근본적인 어려움을 때문에 상용화가 어려울 것이다. 안경식으로 CRT 모니터가 아니라 현재 추세에 맞는 LCD 모니터를 이용하여 공간 해상도를 유지할 수 있는 모니터가 개발된다면 상용화가 가능하리라 예상한다. 하지만 현재 LCD 모니터의 수평주파수가 최대 75 Hz로 종전의 안경식 방식으로는 깜빡임을 없앨 수 없다.

따라서, 본 발명의 3차원 영상 표시 장치는 깜빡임이 없고 화질 또한 2차원 영상의 해상도를 제공하는 것으로 편광안경을 사용하고 LCD 모니터를 사용한 편광 안경식 3차원 표시 장치를 제공한다.

또한 일반적으로 3차원 영상 획득 장치는 두 대의 CCD 카메라, 동기되어 움직이는 캠코더 등을 사용하여 얻은 영상들을 프레임그래버를 통해서 디지털신호로 변환하여 연산처리하는데, 이 때문에 추가적인 비용이 요구된다.
그러나 본 발명에서는 두 대의 웹카메라와 USB 포트를 이용하므로 디지털화시키기 위한 프레임그래버 등 별도의 하드웨어가 필요 없어, 보다 저렴한 3차원 영상 획득장치를 제공한다,

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 편광안경식 3차원 표시 장치에 두 대의 웹카메라를 사용하여 좌우 영상을 실시간으로 획득하고 획득된 영상을 상기 편광안경식 3차원 표시 장치에 적합하도록 상기 영상을 연산처리하여 출력될 영상을 얻어 실시간으로 상기 편광안경식 3차원 표시장치에 입력시킬 수 있는 소프트웨어를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 깜빡임이 없으며 고화질의 실시간 3차원 영상 입출력 장치를 제공하는 것이다.

이하 본 발명의 일 실시예에 의한 실시간 3차원 영상 입출력 장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 입출력 장치에 구비되는 3차원 영상 표시 장치를 설명하기위한 개략도이다. 즉, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 입출력 장치에 포함되는 표시 장치로 영상표시패널 및 구동 그래픽 카드를 포함한 PC를 나타내는 도면이다.
도 1은 두 대의 LCD 모니터(10,20)로 구성된 3차원 영상 표시를 위한 모니터(110)와 일반적으로 상용화되는 듀얼 그래픽 카드(40)를 구비한 PC(30)로 구동하는 안경식 3차원 표시 장치에 관한 것이다.

3차원 영상 표시를 위한 모니터(110)는 LCD 두장(10, 20)을 겹쳐서 만든 것으로 뒤쪽 LCD(20)은 일반적인 LCD 모니터이며 앞쪽 LCD(10)는 편광판이 없는 단지 액정만으로된 패널이다. 이를 구동하기 위하여 PC(30)안에 일반적인 듀얼 그래픽 카드(dual graphic card)를 장착하였다. 한 프레임(frame)의 3차원 영상을 제작하기 위하여 최소 두개영상이 필요하며 이 최소 영상을 좌우 영상이라 한다.
즉, 두 대의 웹카메라(미도시)를 사용하여 좌우 영상을 실시간으로 획득하고, 획득된 영상을 PC(30)에 구비된 소프트웨어부(미도시)에서 상기 편광안경식 3차원 표시 장치(모니터(110))에 적합하도록 연산처리하며, 이렇게 연산 처리된 영상을 실시간으로 상기 편광안경식 3차원 표시장치에 입력시키게 되는데, 이를 위한 소프트웨어적 방법은 좌우 영상을 연산 처리하여 하나의 영상은 뒤쪽 LCD(20)에 뿌려주고 다른 하나의 영상은 앞쪽 LCD(10)에 뿌려준다. 상기 두개의 웹카메라는 각기 다른 두개의 USB 포트를 사용하여 영상을 출력한다.
도 2는 편광안경을 이용하여 3차원 영상을 볼 수 있는 원리를 설명하는 설명도이다.
본 발명은 3차원 영상을 보기 위해서 시자가 편광안경(70)을 껴야하며, 도 2에서와 같이, 좌측 안경알의 편광방향(80)과 우측 안경알의 편광방향(90)이 서로 수직하여야 한다. 3차원 영상 표시를 위한 모니터(110) 상의 한 픽셀(50)에서의 편광방향 및 크기(60)를 다음과 같이 얻을 수 있다.

한 프레임의 좌우영상의 한 픽셀(50)에서 좌영상의 밝기를 I₁ 우영상의 세기(밝기)를 I₂라 한다면 뒤쪽 LCD상의 픽셀(50)에서의 밝기(I)는 수학식 1과 같다.

앞쪽 LCD(10) 상의 픽셀(50)에서의 밝기 (I′)는 수학식 2의

값에 비례하여 결정된다. 일예로 픽셀(50)에서 RGB 각각의 세기값은 수학식 2로부터 얻은 RGB 값에 각각 2 x 256/3.14를 곱한 값이다.

수학식 1과 수학식 2를 이용하여 연산처리하여 앞쪽 LCD(10)와 뒤쪽 LCD(20) 각각에 입력될 영상을 얻을 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 영상 입출력 장치를 설명하기위한 설명도이다. 즉, 도 3은 실시간 3차원 영상 입출력 장치에 포함되는 두 대의 웹카메라와 구동 그래픽 카드를 포함한 PC로 구동하는 3차원 영상 표시장치를 나타내는 도면이다.
도 3의 안경식 3차원 입출력 장치는 두 대의 웹카메라(1000)로 3차원 좌우영상을 획득하고, 상기 획득된 영상을 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 연산처리하여 앞쪽 LCD(10)와 뒤쪽 LCD(20) 각각에 입력할 영상을 구하고, 이렇게 얻어진 영상을 LCD 모니터(10,20)로 구성된 3차원 영상 표시를 위한 모니터(110)에 입력시켜 3차원 영상을 실시간으로 볼 수 있게 한다. 상기 두 대의 웹카메라(1000)는 USB 포트를 이용하므로 디지털화시키기 위한 다른 하드웨어(프레임그래버 등)가 필요없으므로 저가로 3차원 영상 획득장치를 만들 수 있다,
본 발명은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.

본 발명에 의하면, 실시간으로 좌우영상을 획득하고 이를 조작하여 저가로 3차원 영상을 입출력할 수 있는 장점을 가진다.
또한 본 발명은 편광안경식 3차원 표시 장치에 두 대의 웹카메라를 사용하여 좌우 영상을 실시간으로 획득하고 획득된 영상을 상기 편광안경식 3차원 표시 장치에 적합하도록 상기 영상을 연산처리하여 출력될 영상을 얻어 실시간으로 상기 편광안경식 3차원 표시장치에 입력시킬 수 있으며, 저렴하면서도 깜빡임이 없으며 고화질의 실시간 3차원 영상 입출력 장치를 제공한다.

Claims

앞쪽 LCD(10)와 뒤쪽 LCD(20)가 겹쳐서 만들어지며, 편광안경을 이용하여 3차원 영상을 보도록 3차원 영상 표시하는 모니터;

좌우 영상을 실시간으로 획득하는 두개의 웹카메라;

상기 두개의 웹카메라로 부터 출력된 영상을 상기 모니터에 맞추어 연산처리하여 실시간으로 상기 모니터로 전송하는 소프트웨어부;를 포함하고,

상기 소프트웨어부는 상기 두 개의 웹카메라에서 실시간으로 입력된 좌우 영상을 연산 처리하여 하나의 영상은 뒤쪽 LCD(20)에 뿌려주고 다른 하나의 영상은 앞쪽 LCD(10)에 뿌려주고,

상기 소프트웨어부에서 좌우 영상을 연산 처리하여 얻어진 영상에서,

한 프레임의 좌우영상의 한 픽셀(50)에서 좌영상의 밝기를 I₁이라하고, 우영상의 밝기를 I₂라 할때,

뒤쪽 LCD상의 픽셀에서의 밝기는

에 의해 구하여 지며,

앞쪽 LCD상의 픽셀에서의 밝기는

값에 비례하여 결정되어 지는 것을 특징으로 하는 실시간 3차원 영상 입출력 장치.
제1항에 있어서,

상기 두개의 웹카메라는 각기 다른 두개의 USB 포트를 사용하여 영상을 출력하는 실시간 3차원 영상 입출력 장치.
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