KR100786861B1 - 입체 영상 디스플레이 장치 - Google Patents

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    • H04N13/305—Image reproducers for viewing without the aid of special glasses, i.e. using autostereoscopic displays using lenticular lenses, e.g. arrangements of cylindrical lenses

Abstract

디스플레이 패널 전면에 기울어진 렌티큘라 렌즈를 배치하는 입체 영상 디스플레이 장치에 있어서, R(적), G(녹), B(청) 서브 픽셀들로 이루어진 다수의 화소를 구비하여 영상을 구현하는 디스플레이 패널과; 디스플레이 패널 전면에 배치되며, 디스플레이 패널의 수직축에 대해 9∼18°사이의 임의 경사각으로 정렬하는 렌티큘라 렌즈들을 구비하여 디스플레이 패널의 이미지를 공간 분할하는 렌티큘라 렌즈판과; 렌티큘라 렌즈의 경사각에 따라 디스플레이 패널의 각 서브 픽셀에 제공되는 영상 신호를 제어하여 다시점 이미지를 구현하는 영상 제어부를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치를 제공한다. 이로서 렌티큘라 렌즈의 기울기를 임의로 적용하여도 영상 신호 처리를 통해 다시점 이미지를 용이하게 구현할 수 있다.
입체영상, 디스플레이장치, 3차원이미지, 렌티큘라렌즈, 공간분할, 오토스레테오스코피, 경사각, 기울기, 다시점, 공간영역

Description

입체 영상 디스플레이 장치{AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 개략도.
도 2는 도 1에 도시한 디스플레이 패널과 렌티큘라 렌즈판의 부분 확대도.
도 3은 7개 시점(view)에 따른 이미지를 설명하기 위한 개략도.
도 4는 디스플레이 패널과 렌티큘라 렌즈판의 조합에 의한 공간 영역을 설명하기 위한 개략도.
도 5는 영상 제어부의 기능을 설명하기 위한 디스플레이 패널과 렌티큘라 렌즈판의 부분 확대도.
본 발명은 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 렌티큘라 렌즈의 기울기를 임의로 적용하여도 이미지 처리를 통해 다시점(multi view) 이미지를 구현하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 입체 영상 디스플레이 장치는 시청자의 좌, 우안으로 각기 다른 이미지를 제공하여 시청자가 보는 영상에 거리감과 입체감을 느끼도록 하는 장치로서, 입체 안경과 같은 특수 장비 없이 3차원 이미지를 시청할 수 있는 직시형(direct-view type)으로 오토스테레오스코피 장치가 알려져 있다.
상기 오토스테레오스코피 장치는 디스플레이 장치 전면에 렌티큘라 렌즈판이나 베리어판을 부착하여 디스플레이 장치에서 구현된 좌, 우안 이미지를 시청자의 좌, 우안 방향으로 공간 분할하는 방식으로 입체 영상을 구현하며, 실제와 같은 3차원 이미지를 구현하기 위하여 시청자의 움직임에 따라 물체의 측면이 달라져 보이는 움직임 시차(motion parallex) 방식을 적용하고 있다.
상기 움직임 시차 방식이란, 여러대의 카메라로 촬영한 다시점의 이미지 신호를 디스플레이 장치에 제공하고, 디스플레이 장치는 하나의 렌티큘라 렌즈에 대응하여 2개의 좌, 우안 이미지를 배열하는 대신, 여러개의 다시점 이미지를 배열하며, 렌티큘라 렌즈가 이들 다시점 이미지를 공간 분할하여 시청자가 여러개의 공간 영역에서 입체 영상을 시청하도록 하는 것을 말한다.
한편, 렌티큘라 렌즈판을 구성하는 각각의 렌티큘라 렌즈들은 디스플레이 화소의 세로 배열을 따라 화면의 수직 방향으로 나란히 배치되는 것이 일반적이다. 그러나 이 경우 디스플레이 장치에서 구현되는 이미지와 렌티큘라 렌즈 사이의 간섭에 의해 모아레(moire) 패턴으로 불리우는 간섭 무늬가 발생하여 시청자에게 거슬림을 줄 수 있다.
따라서 미국특허 제 6,064,464호가 간섭 무늬를 제거하기 위해 디스플레이 화면의 수직축으로부터 렌티큘라 렌즈의 길이축을 소정 각도 기울인 렌티큘라 렌즈판을 개시하고 있다.
이와 같이 기울어져 장착되는 렌티큘라 렌즈판은, 디스플레이 장치에 구비되 는 서브 픽셀의 수평 피치, 수직 피치 및 화면의 가로 방향으로 이미지 픽셀이 반복되는 회수 등에 의해 그 기울기가 먼저 결정되고, 렌티큘라 렌즈의 배율과 초점거리 및 곡률 반경 등이 결정되어 최종 제품 제작이 이루어진다.
이로서 종래의 렌티큘라 렌즈판은 해당 디스플레이 장치에만 적합하며, 서브 픽셀의 크기와 다시점의 개수 및 서브 픽셀의 수평, 수직 피치 등이 다른 디스플레이에는 적용이 불가능한 단점이 있다. 그 결과, 종래의 입체 영상 디스플레이 장치는 해당 디스플레이 장치에 적합한 각각의 렌티큘라 렌즈판을 제작해야 하는 번거로움이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 렌티큘라 렌즈의 기울기를 임의로 적용하여도 원하는 다시점 이미지를 용이하게 구현하며, 서브 픽셀의 크기와 다시점의 개수 및 서브 픽셀의 수평, 수직 피치가 서로 다른 디스플레이 장치에도 하나의 렌티큘라 렌즈판을 적용할 수 있는 입체 영상 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
R(적), G(녹), B(청) 서브 픽셀들로 이루어진 다수의 화소를 구비하여 영상을 구현하는 디스플레이 패널과, 디스플레이 패널 전면에 배치되며 디스플레이 패널의 수직축에 대해 9∼18°사이의 임의 경사각으로 정렬하는 렌티큘라 렌즈들을 구비하여 디스플레이 패널의 이미지를 공간 분할하는 렌티큘라 렌즈판과, 렌티큘라 렌즈의 경사각에 따라 디스플레이 패널의 각 서브 픽셀에 제공되는 영상 신호를 제어하여 다시점 이미지를 구현하는 영상 제어부를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치를 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 디스플레이 장치의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시한 디스플레이 패널과 렌티큘라 렌즈판의 부분 확대도이다.
입체 영상 디스플레이 장치(2)는 다수의 화소를 구비하여 영상을 구현하는 디스플레이 패널(4)과, 디스플레이 패널(4) 전면에 배치되며 다수의 렌티큘라 렌즈(6)를 구비하여 디스플레이 패널(4)의 이미지를 시청자의 좌, 우안 방향으로 공간 분할하는 렌티큘라 렌즈판(8)과, 렌티큘라 렌즈(6)의 기울기에 따라 디스플레이 패널(4)에 제공되는 영상 신호를 제어하여 원하는 다시점 이미지를 구현하도록 하는 영상 제어부(10)를 포함한다.
상기 디스플레이 패널(4)에는 공지의 액정 디스플레이(LCD) 또는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등이 사용될 수 있으며, 화면의 수평축(도면의 X축)과 수직축(도면의 Y축) 방향을 따라 R(적), G(녹), B(청) 서브 픽셀들(12)로 이루어진 다수의 화소를 구비하여 이들 화소를 통해 소정의 칼라 영상을 구현한다.
그리고 상기 렌티큘라 렌즈판(8)은 디스플레이 패널(4)의 수직축에 대해 임의의 경사각을 두고 정렬하는 다수의 렌티큘라 렌즈들(6)로 이루어지며, 각각의 렌티큘라 렌즈(6)는 화면의 수평축 방향을 따라 정렬된 다수의 서브 픽셀(12) 중 2개 이상의 서브 픽셀(12)에 대응하도록 배치되고, 다시점 개수에 따라 렌티큘라 렌즈(6)의 피치가 서브 픽셀(12)의 수평 피치와 일정 관계를 갖도록 설정된다.
특히 렌티큘라 렌즈(6)의 길이 방향에 따른 렌티큘라 렌즈의 길이축(L)과 디스플레이 패널(4)의 수직축 사이의 경사각(α)은 디스플레이 패널(4)의 화소 크기, 서브 픽셀(12)의 수평 및 수직 피치, 다시점 개수에 상관없이 9∼18°사이의 임의 각도로 선택된다. 이는 하나의 렌티큘라 렌즈판(8)이 여러 구성의 디스플레이 패널(4)에 적용 가능함을 의미하며, 전술한 경사각 범위가 바람직한 이유는 추후 설명한다.
이와 같이 디스플레이 패널(4) 전면에 임의의 경사각으로 기울어진 렌티큘라 렌즈(6)를 배열함에 따라, 영상 제어부(10)는 제 1실시예로서 렌티큘라 렌즈(6)에 설정된 다수의 뷰 영역 중 어느 뷰 영역이 해당 서브 픽셀(12)에서 가장 넓은 영역을 차지하는지 판단하여 해당 서브 픽셀(12)의 뷰 영역을 결정한다. 여기서는 7개 다시점을 갖는 움직임 시차(motion parallex) 방식을 예로 하여 영상 제어부(10)의 제 1실시예를 설명한다.
도 3은 7개 시점(view)에 따른 이미지를 설명하기 위한 개략도로서, 특정 대상 주위에 7대의 카메라를 설치하여 이 대상을 촬영하는 경우, 각 카메라는 해당 위치에서 보여지는 대상을 촬영하게 되며, 도면 하단에 카메라의 위치에 따라 달라지는 7개의 이미지를 카메라 순서에 맞게 정렬하였다.
그리고 도 4는 디스플레이 패널과 렌티큘라 렌즈판의 조합에 의한 공간 영역을 설명하기 위한 개략도로서, 렌티큘라 렌즈판(8)은 디스플레이 패널(4)에서 화면 의 수평축 방향을 따라 배열하는 다수의 서브 픽셀(12) 중 7개 서브 픽셀(12)에 2개의 렌티큘라 렌즈(6)가 대응하도록 배치되고, 이들 7개의 서브 픽셀(12)에는 화면의 수평축 방향을 따라 1, 3, 5, 7, 2, 4, 6번 뷰의 영상 신호가 제공된다.
따라서 화면의 수평축을 따라 배열된 1, 3, 5, 7, 2, 4, 6번 뷰의 이미지는 렌티큘라 렌즈(6)에 의해 굴절되어 시청자가 위치하는 공간 영역에서 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7번 이미지로 확대된다.
즉, 도 4에 도시한 (A)영역에서 시청자는 좌안(L)과 우안(R)에 각각 (1,3)번 이미지를 제공받아 입체감을 느끼며, (A)영역에서 (B)영역으로 이동하는 동안, 시청자는 좌안(L)과 우안(R)에 각각 (1,3), (2,4), (3,5), (4,6), (5,7)번 이미지를 제공받는다. 이로서 시청자는 좌우로 움직임에 따라 각기 다른 영상을 시청하게 되어 마치 실물을 움직이면서 보는 것과 같은 느낌을 받게 된다.
도 5는 디스플레이 패널과 렌티큘라 렌즈판의 부분 확대도로서, 2개의 렌티큘라 렌즈(6)가 7개의 서브 픽셀(12)에 대응하도록 배치되어 렌티큘라 렌즈(6)의 한 피치가 3.5개 서브 픽셀(12)에 대응하며, 각각의 렌티큘라 렌즈(6)에는 화면의 수평축 방향을 따라 다시점 개수와 동일한 1∼7번 뷰 영역(a∼g)이 설정된다.
이 때, 렌티큘라 렌즈(6)의 길이축(L)이 디스플레이 패널(4)의 수직축에 대해 임의의 각도로 기울어져 있으므로, 렌티큘라 렌즈(6)에 설정된 각각의 뷰 영역(a∼g)은 적어도 하나 이상의 서브 픽셀(12)에 대응하며, 하나의 서브 픽셀(12)은 여러개의 뷰 영역과 중첩된다.
이로서 상기 영상 제어부(10)가 각 서브 픽셀(12)에 대응하는 여러개의 뷰 영역 중 가장 넓은 면적을 차지하는 뷰 영역을 연산하고, 이 뷰를 대표 뷰로 결정하여 상기 서브 픽셀(12)에 대표 뷰의 영상 신호를 제공한다. 즉, 3번 서브 픽셀을 예로 들면, 3번 뷰 영역(c)이 3번 서브 픽셀의 1/2 면적을 차지하고, 2번 뷰 영역(b)과 4번 뷰 영역(d)이 각각 3번 서브 픽셀의 1/4 면적을 차지하므로, 영상 제어부(10)는 3번 뷰를 대표 뷰로 결정하여 3번 서브 픽셀에 3번 뷰의 영상 신호를 제공한다.
그 결과, 2개의 렌티큘라 렌즈(6)에 대응하는 7개 서브 픽셀(12)에는 각각 영상 제어부(10)가 연산한 뷰의 영상 신호가 제공되어 이를 구현하며, 도 4에 도시한 바와 같이 2개의 렌티큘라 렌즈(6)가 7개의 다시점 이미지를 시청자의 좌, 우안 방향으로 공간 분할한다. 이러한 영상 제어부(10)의 기능에 의해 렌티큘라 렌즈(6)의 기울기가 임의로 가변되어도 다시점 이미지를 용이하게 구현할 수 있다.
또한 영상 제어부(10)는 제 2실시예로서 도 5에 도시한 바와 같이, 하나의 서브 픽셀(12)에 여러개의 뷰 영역(a∼g)이 대응할 때, 한 서브 픽셀(12)에서 각각의 뷰 영역이 차지하는 면적 비율을 연산하고, 연산된 면적 비율에 따라 각 뷰의 영상 신호를 합성하여 합성된 영상 신호를 해당 서브 픽셀(12)에 제공한다.
즉, 3번 서브 픽셀을 예로 들면, 2번 뷰 영역(b)이 3번 서브 픽셀의 1/4 면적을 차지하고, 3번 뷰 영역(c)이 3번 서브 픽셀의 1/2 면적을 차지하며, 4번 뷰 영역(d)이 3번 서브 픽셀의 1/4 면적을 차지하므로, 영상 제어부(10)는 3번 서브 픽셀에 제공되는 영상 신호를 다음과 같이 연산하여 합성된 영상 신호를 3번 서브 픽셀에 제공한다.
Figure 112002032478101-pat00001
여기서, S는 3번 서브 픽셀에 제공되는 영상 신호를 나타내고, S2는 2번 뷰의 영상 신호를, S3는 3번 뷰의 영상 신호를, 그리고 S4는 4번 뷰의 영상 신호를 나타낸다.
따라서 하나의 서브 픽셀(12)에 여러개의 뷰 영역이 대응할 때, 각 서브 픽셀에 제공되는 영상 신호는 다음 수식으로 정의될 수 있다.
Figure 112002032478101-pat00002
Figure 112002032478101-pat00003
,
여기서, S는 서브 픽셀에 제공되는 영상 신호를 나타내고, m은 해당 서브 픽셀에 대응하는 뷰 영역의 개수를 나타내며, Sm은 해당 뷰 영역의 영상 신호를 나타내고, An은 해당 서브 픽셀에서 해당 뷰 영역이 차지하는 면적비를 나타낸다.
상기한 영상 제어부(10)의 기능에 의해 각 서브 픽셀(12)에는 해당 서브 픽셀(12)에서 가장 큰 면적을 차지하는 뷰의 영상 신호와 더불어 보다 작은 면적을 차지하는 뷰의 영상 신호가 합성되어 제공된다. 따라서 렌티큘라 렌즈(6)가 이들 서브 픽셀(12)의 이미지를 시청자가 위치하는 공간 영역으로 확대 분할할 때, 자연스러운 3차원 이미지를 구현하게 된다.
한편, 디스플레이 패널(4)의 수직축에 대한 렌티큘라 렌즈(6)의 경사각(α) 은 9∼18°범위가 바람직하다. 이는 렌티큘라 렌즈(6)의 경사각(α)이 9°미만이면, 렌티큘라 렌즈(6)의 기울어짐에 의한 효과가 미약하므로, 디스플레이 패널(4)에서 구현되는 이미지와 렌티큘라 렌즈(6) 사이의 간섭에 의해 모아레 패턴이 발생하여 시청자에게 거슬림을 줄 수 있기 때문이다.
그리고 렌티큘라 렌즈(6)의 경사각(α)이 18°를 초과하면, 하나의 서브 픽셀(12)에 3개 이상의 뷰 영역이 대응하게 되고, 여러개의 뷰 영역이 하나의 서브 픽셀(12)에 대해 서로 비슷한 면적을 차지하게 된다. 이로서 영상 제어부(10)가 제 기능을 수행하기 어려워 디스플레이 패널(4)의 영상 구현이 어려워지며, 실제 입체 영상을 구현할 때 크로스토크(crosstalk)가 발생하는 등, 정확한 입체 영상을 구현하기 어려워진다.
이와 같이 본 실시예에 의한 입체 영상 디스플레이 장치(2)는 렌티큘라 렌즈(6)의 기울기를 임의로 가변하여도 영상 제어부(10)의 기능에 의해 다시점 이미지를 용이하게 구현하며, 디스플레이 패널(4)의 수직축에 대한 렌티큘라 렌즈(6)의 경사각(α)은 9∼18°범위가 바람직하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 렌티큘라 렌즈의 기울기를 9∼18°범위 내에서 임의로 선택하여도 영상 제어부의 기능에 의해 다시점 이미지를 용이하게 구현할 수 있다. 따라서 서브 픽셀의 특징과 다시점의 개수 등이 서로 다른 디스플레이 장치에도 하나의 렌티큘라 렌즈판을 적용할 수 있으므로, 해당 디스플레이 장치에 적합한 하 나의 렌티큘라 렌즈판을 제작해야 하는 번거로움을 해소할 수 있다.

Claims (5)

  1. R(적), G(녹), B(청) 서브 픽셀들로 이루어진 다수의 화소를 구비하여 영상을 구현하는 디스플레이 패널과;
    상기 디스플레이 패널 전면에 배치되며, 디스플레이 패널의 수직축에 대해 9∼18°사이의 임의 경사각으로 정렬하는 렌티큘라 렌즈들을 구비하여 디스플레이 패널의 이미지를 공간 분할하는 렌티큘라 렌즈판; 및
    상기 렌티큘라 렌즈의 경사각에 따라 상기 각 서브 픽셀에 S1(상기 디스플레이 패널의 수평 방향을 따라 상기 각 렌티큘라 렌즈에 다시점 개수에 대응하는 복수개의 뷰 영역을 설정할 때, 상기 각 서브 픽셀에 대응하는 복수개의 뷰 영역 중 가장 넓은 면적을 차지하는 뷰 영역의 영상 신호)와 하기 수식으로 표현되는 S2 가운데 어느 하나의 영상 신호를 제공하여 다시점 이미지를 구현하는 영상 제어부
    를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치.
    S2 = A1S1 + A2S2 + A3S3 + .... AnSm
    여기서, m은 해당 서브 픽셀에 대응하는 뷰 영역의 개수를, Sm은 해당 뷰 영역의 영상 신호를, An은 해당 서브 픽셀에서 해당 뷰 영역이 차지하는 면적비를 나타내며, 다음의 조건을 만족한다.
    A1 + A2 + A3 + ... An = 1
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 렌티큘라 렌즈가 디스플레이 패널의 수평축을 따라 위치하는 다수의 서브 픽셀 중 2개 이상의 서브 픽셀에 대응 배치되며, 1개 이상의 렌티큘라 렌즈에 대응하는 복수개의 서브 픽셀에 서로 다른 뷰의 영상 신호가 제공되는 입체 영상 디스플레이 장치.
  3. 적, 녹, 청, 서브 픽셀들로 이루어진 복수의 화소를 구비하여 영상을 구현하는 디스플레이 패널과;
    상기 디스플레이 패널의 전면에 배치되며, 상기 디스플레이 패널의 수직축에 대해 9~18° 사이의 임의 경사각으로 정렬하는 렌티큘라 렌즈들을 구비하여 상기 디스플레이 패널의 이미지를 공간 분할하는 렌티큘라 렌즈판; 및
    상기 렌티큘라 렌즈의 경사각에 따라 상기 각 서브 픽셀에 제공되는 영상 신호를 제어하여 다시점 이미지를 구현하는 영상 제어부
    를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치의 영상 신호 제어 방법으로서,
    상기 영상 제어부가,
    상기 렌티큘라 렌즈의 기울기 정보를 입력받는 단계와;
    상기 디스플레이 패널의 수평 방향을 따라 각각의 렌티큘라 렌즈에 다시점 개수에 대응하는 복수개의 뷰 영역들을 설정하는 단계와;
    상기 입력된 기울기 정보에 따라 각 서브 픽셀에 대응하는 복수개의 뷰 영역중 가장 넓은 면적을 차지하는 뷰 영역을 각 서브 픽셀별로 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 뷰 영역의 영상 신호를 해당 서브 픽셀에 제공하는 단계를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치의 영상 신호 제어 방법.
  4. 적, 녹, 청, 서브 픽셀들로 이루어진 복수의 화소를 구비하여 영상을 구현하는 디스플레이 패널과;
    상기 디스플레이 패널의 전면에 배치되며, 상기 디스플레이 패널의 수직축에 대해 9~18° 사이의 임의 경사각으로 정렬하는 렌티큘라 렌즈들을 구비하여 상기 디스플레이 패널의 이미지를 공간 분할하는 렌티큘라 렌즈판; 및
    상기 렌티큘라 렌즈의 경사각에 따라 상기 각 서브 픽셀에 제공되는 영상 신호를 제어하여 다시점 이미지를 구현하는 영상 제어부
    를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치의 영상 신호 제어 방법으로서,
    상기 영상 제어부가,
    상기 렌티큘라 렌즈의 기울기 정보를 입력받는 단계와;
    상기 디스플레이 패널의 수평 방향을 따라 각각의 렌티큘라 렌즈에 다시점 개수에 대응하는 복수개의 뷰 영역들을 설정하는 단계와;
    상기 입력된 기울기 정보에 따라 각 서브 픽셀별로 그 서브 픽셀에서 차지하는 복수개 뷰 영역의 면적 비율을 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 면적 비율에 따라 다음과 같이 영상 신호를 합성하여 합성된 영상 신호를 해당 서브 픽셀에 제공하는 단계를 포함하는 입체 영상 디스플레이 장치의 영상 신호 제어 방법.
    S = A1S1 + A2S2 + A3S3 + .... AnSm
    여기서, S는 서브 픽셀에 제공되는 영상 신호를, m은 해당 서브 픽셀에 대응하는 뷰 영역의 개수를, Sm은 해당 뷰 영역의 영상 신호를, An은 해당 서브 픽셀에서 해당 뷰 영역이 차지하는 면적비를 나타내며, 다음의 조건을 만족한다.
    A1 + A2 + A3 + ... An = 1
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