KR100837259B1 - A 3D image multiplexing scheme compensating for lens alignment errors and viewing location change in 3D monitor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 렌즈 방식의 3차원 LCD 모니터에서 렌즈의 비균일성과 정렬에러를 검출하고, 그 검출된 에러로 인하여 발생하는 영상의 왜곡현상을 최소화하며 사용자의 위치를 고려하여 최적의 3차원 영상을 합성하는 방법에 관한 것이다.The present invention detects lens nonuniformity and alignment error in a lens-type three-dimensional LCD monitor, minimizes distortion of the image caused by the detected error, and synthesizes an optimal three-dimensional image in consideration of the user's position. It is about how to.
이에, 본 발명은 N개의 원래의 뷰 영상들과 3차원으로 합성된 멀티뷰 영상 사이의 관계를 나타내는 대응표에 영상 왜곡을 보상하는 보상 대응표를 추가하는 것을 특징으로 하는 방법이다. 따라서 본 발명은 3차원 모니터에서 렌즈의 잘못된 정렬에러 혹은 비균일성을 검출하는 방법에 있어서, 의도적으로 만들어진 테스트 영상들을 이용하여 3차원 모니터에서 렌즈의 정렬에러나 불균일성을 예측하며, 관찰자의 눈으로부터 원래 관측되어야 할 서브픽셀의 영상 인덱스와 실제로 관측된 영상 픽셀의 영상 인덱스의 차이를 계산함으로써 렌즈의 정렬에러 혹은 불균일성을 검출하는 방법을 제시한다. 또한, 사용자의 위치에 따른 영상 왜곡을 보상하는 방법에 있어서 최적의 위치에 존재하는 관측자가 관측되어야 할 서브픽셀과 실제 사용자가 위치한 장소에서 관측된 서브픽셀의 인덱스 차이를 계산함으로써 사용자의 거리를 보상하는 방법을 제시한다.Accordingly, the present invention is a method characterized by adding a compensation correspondence table for compensating image distortion to a correspondence table representing a relationship between N original view images and a multi-view image synthesized in three dimensions. Therefore, the present invention is a method of detecting the misalignment or non-uniformity of the lens in the three-dimensional monitor, by using the test images intentionally made to predict the alignment error or non-uniformity of the lens in the three-dimensional monitor, The present invention proposes a method for detecting an alignment error or nonuniformity of a lens by calculating a difference between an image index of a subpixel to be originally observed and an image index of an actually observed image pixel. Also, in a method of compensating image distortion according to a user's position, the distance of the user is compensated by calculating an index difference between a subpixel to be observed by an observer at an optimal position and a subpixel observed at a place where the user is actually located. How to do it.
3차원, 정렬에러, 불균일성, 왜곡보상, 테스트 영상, 스테레오 영상 3D, alignment error, nonuniformity, distortion compensation, test image, stereo image
Description
본 발명은 렌즈 방식의 3차원 LCD 모니터 혹은 렌티큘러 디스플레이(lenticular display)에서 렌즈의 피치(pitch)의 불균일한(inhomogeneous) 특성과 렌즈의 정렬로 인하여 발생하는 영상의 왜곡현상을 줄이는 방법에 관한 것이다. 추가적으로 사용자의 위치에 따라 발생하는 영상의 왜곡을 보상해 준다.The present invention relates to a method of reducing distortion of an image caused by an inhomogeneous characteristic of a lens pitch and an alignment of a lens in a lens-type three-dimensional LCD monitor or a lenticular display. In addition, it compensates for the distortion of the image generated according to the position of the user.
도 1과 같이 렌티큘러 디스플레이는 렌즈를 이용하여 LCD 패널 위에 위치한 픽셀들의 빛을 굴절시킨다. 그 결과 관찰자의 눈의 위치에 따라 다른 픽셀(pixel)이 보이는 현상이 생기게 된다. 따라서 좌안과 우안으로 들어오는 영상은 서로 다르게 된다. 인간은 좌안과 우안에 들어오는 영상의 양안시차(disparity)를 통하여 물체를 3차원으로 인식하기 때문에 이러한 디스플레이 장치를 이용하여 인간이 3차원을 느끼도록 하는 것이 가능하다. As shown in FIG. 1, a lenticular display refracts light of pixels positioned on an LCD panel using a lens. As a result, different pixels appear depending on the position of the observer's eyes. Therefore, the images coming into the left and right eyes are different. Since a human recognizes an object in three dimensions through binocular disparity of an image coming into the left and right eyes, it is possible to make the human feel three-dimensional by using such a display device.
도 2는 도 1을 수평방향으로 자른 단면을 나타낸 도면이다. FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1 taken in the horizontal direction.
왼쪽 눈은 8번째 뷰잉존 (viewing zone)의 영역을 관찰하게 되며, 오른쪽 눈 은 5번째 뷰잉존의 영역을 관찰하기 때문에 관찰자의 두 눈은 서로 다른 픽셀 값을 보게 된다. 도 2와 같이 눈은 N개의 뷰잉존 중 한 곳에 위치하게 되므로 눈의 위치에 따라 N개의 다른 영상이 관찰될 수 있다. 이러한 시스템을N 뷰 렌티큘러 디스플레이 시스템 (N view lenticular display system)이라 한다.The left eye observes the area of the eighth viewing zone, and the right eye observes the area of the fifth viewing zone, so the observer's two eyes see different pixel values. As the eye is located in one of the N viewing zones as shown in FIG. 2, N different images may be observed according to the position of the eye. Such a system is called an N view lenticular display system.
렌티큘러 디스플레이 장치는 실린더 형태의 렌즈를 LCD 패널 위에 붙임으로써 만들 수가 있다(도 1 참조). 그런데, 관찰되는 3차원 영상의 가로방향과 세로방향의 해상도가 크게 달라지기 때문에 도 3과 같이 실린더 형태의 렌즈를 기울여서 LCD 패널 위에 붙이는 기울인 렌티큘러 디스플레이(slanted lenticular display)가 개발되었다. A lenticular display device can be made by attaching a cylindrical lens on an LCD panel (see Fig. 1). However, since the resolution in the horizontal and vertical directions of the observed 3D image varies greatly, a slanted lenticular display is developed, which is inclined to a cylindrical lens and attached to the LCD panel as shown in FIG. 3.
LCD 패널 위의 R, G, B의 각각의 서브픽셀들의 가로 방향의 크기는 매우 작은 크기(약 0.1mm이하)이다. 그런데 실린더 형태의 렌즈는 도 3과 같이 LCD 패널 위에 정확히 정렬되어 붙여야 하기 때문에 정밀한 정확도를 요구한다. 따라서 LCD 패널 위에 실린더 형태의 렌즈를 붙이는 것은 상당히 어려우며 정렬에러를 피하기 어렵다. 그러나 작은 정렬에러라도 발생한다면 영상의 왜곡을 야기하기 때문에 이러한 정렬 에러는 렌티큘러 디스플레이 장치의 영상 화질을 저하시키는 문제점이 발생된다.The horizontal size of each of the subpixels of R, G, and B on the LCD panel is a very small size (about 0.1 mm or less). However, the cylindrical lens requires precise accuracy because it must be exactly aligned on the LCD panel as shown in FIG. 3. Therefore, it is very difficult to attach a cylindrical lens on the LCD panel and it is difficult to avoid alignment errors. However, if a small alignment error occurs, the image distortion may cause distortion of the image, which causes a problem of degrading the image quality of the lenticular display device.
렌즈를 이용한 3차원 디스플레이에서 렌즈의 정렬 에러는 의도적인 에러가 아니기 때문에 정렬에러를 측정하여 알고 있더라도 LCD 패널에 붙인 렌즈를 다시 정확히 붙여 에러가 줄어들기를 보장하기는 어렵다. 즉, 하드웨어적인 접근 방법으로는 각각의 디스플레이 장치마다 개별적으로 정확하게 렌즈를 정렬시키기는 것은 쉽지 않다. 또한, 렌즈의 피치가 상당히 작기 때문에 전체적으로 피치가 균일한 렌즈는 가격이 비싸지며 제조하는 것이 쉽지 않다. 그러나 불균일한 렌즈를 사용할 경우에는 영상의 왜곡이 발생하게 된다. 이하에서는 렌즈의 정렬에러와 불균일한 문제를 외부적인 문제라 하겠다.Since the alignment error of the lens in the three-dimensional display using the lens is not an intentional error, even if the measurement error is known, it is difficult to accurately attach the lens attached to the LCD panel and reduce the error. In other words, it is not easy to align the lens individually and accurately for each display device using a hardware approach. In addition, because the pitch of the lens is quite small, the uniform pitch as a whole is expensive and difficult to manufacture. However, when a non-uniform lens is used, image distortion occurs. Hereinafter, the lens alignment error and non-uniform problem will be referred to as an external problem.
렌즈를 이용한 3차원 디스플레이는 제한된 영역에서만 3차원 영상을 보여준다. 만약 사용자가 이러한 영역을 벗어날 경우에는 관측된 영상에는 왜곡현상이 발생하게 된다. 이러한 관찰 가능한 영역은 디스플레이 장치에 붙여질 렌즈가 디자인 될 때 정해지는 값으로 한번 정해지면 바꿀 수 없는 고정된 값이 된다. 이하에서는 사용자의 위치에 따른 문제를 내부적인 문제라 하겠다.3D display using a lens shows a 3D image only in a limited area. If the user leaves this area, the observed image will be distorted. This observable area is a value that is determined when the lens to be attached to the display device is designed and becomes a fixed value that cannot be changed once it is determined. Hereinafter, the problem according to the position of the user will be referred to as an internal problem.
따라서 본 발명에서는 신호처리 기법에 기반한 소프트웨어적인 방법으로 위의 문제들로 인하여 발생한 영상의 왜곡을 보상하는 알고리즘을 제공하는데 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide an algorithm for compensating for distortion of an image caused by the above problems by a software method based on a signal processing technique.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명은 The present invention as a technical idea for achieving the above object
1) 상기의 문제를 해결하기 위하여 영상 왜곡을 보상하는 방법에 있어서,1) A method of compensating for image distortion in order to solve the above problem,
N개의 원래의 뷰 영상들 (original view images)과 3차원으로 합성된 멀티뷰 영상 (multi-view image)사이의 관계를 나타내는 대응표 (mapping table)에 상기의 문제들로 인하여 발생하는 영상 왜곡을 보상하는 보상 대응표 추가하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.Compensation for image distortion caused by the above problems in a mapping table representing the relationship between N original view images and multi-view images synthesized in three dimensions It provides a method characterized by adding a compensation correspondence table.
2) 3차원 모니터에서 렌즈의 잘못된 정렬에러와 불균일한 렌즈의 특성을 파악하는 방법에 있어서,2) In the method of identifying the misalignment of the lens and the characteristics of the nonuniform lens in the three-dimensional monitor,
의도적으로 만들어진 테스트 영상들을 이용하여 3차원 모니터에서 렌즈의 정렬에러와 불균일성을 예측하며, 관찰자의 눈으로부터 원래 관측되어야 할 서브픽셀의 영상 인덱스와 실제로 관측된 영상 픽셀의 영상 인덱스의 차이를 계산함으로써 렌즈의 정렬에러와 불균일성을 검출하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다. Intentionally created test images are used to predict lens misalignment and nonuniformity in a three-dimensional monitor, and calculate the difference between the image index of the subpixel to be originally observed from the observer's eye and the image index of the actually observed image pixel. It provides a method for detecting the alignment error and non-uniformity of.
3) 사용자의 위치에 따른 영상 왜곡을 보상하는 방법에 있어서3) In the method for compensating image distortion according to the user's position
최적의 위치에 존재하는 관측자가 관측되어야 할 서브픽셀과 실제 사용자가 위치한 장소에서 관측된 서브픽셀의 인덱스 차이를 계산함으로써 사용자의 거리를 보상하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다. The present invention provides a method for compensating a user's distance by calculating an index difference between a subpixel to be observed at an optimal position and a subpixel observed at a place where an actual user is located.
이와 같이 본 발명에 의한 렌즈 방식의 3차원 모니터에서 비균일한 렌즈의 정렬에러로 인한 영상 왜곡 및 사용자의 위치에 따른 영상 보상방법을 사용하면 다음과 같은 이점이 있다. As described above, using the image compensation method according to the position of the user and the image distortion due to non-uniform lens alignment error in the lens-type three-dimensional monitor according to the present invention has the following advantages.
첫째, 정확한 정렬 정렬에러와 비균일성을 파악함으로써, 미세한 에러로 물 리적으로 보정이 어려운 정렬 에러는 발명한 방법을 이용하여 영상의 왜곡 현상을 줄이는 것이 가능하다. First, it is possible to reduce the distortion of the image by using the method of the invention, by accurately correcting the alignment error and non-uniformity.
둘째, 제한된 공간에서만 최적의 3차원 영상을 제공해주는 렌티큘러 시스템의 한계를 벗어나 사용자의 위치를 고려한 시스템을 만드는 것이 가능하다.Second, it is possible to make a system that considers the user's location beyond the limitation of the lenticular system that provides the optimal 3D image only in limited space.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대한 바람직한 실시 예를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
T O를 본래의 대응표(original mapping table)라고 하면, 상기의 문제들을 해결하는 최종 대응표 (final mapping table) T F표는 수학식 1과 같다. If T O is called an original mapping table, the final mapping table T F table that solves the above problems is represented by
여기서, T E는 렌즈의 정렬에러와 비균일성으로 인하여 발생하는 문제를 보상하는 항이며 T I는 사용자의 위치를 고려하는 항이다. Here, T E is a term that compensates for problems caused by misalignment and non-uniformity of the lens, and T I is a term that considers the position of the user.
그리고 T F, T E, T I, T O는 M×N크기의 행렬이며 M과 N은 LCD 패널의 해상도이다. T E는 주어진 디스플레이 장치에 대해 상수 값이지만 T I는 관측자의 위치에 따라 변화하는 값이다. 여기서 테이블의 모든 값은 부동소수점의 정확도를 가진다. T F , T E , T I , and T O are M × N size matrices and M and N are the resolution of the LCD panel. T E is a constant value for a given display device, but T I is a value that changes with the observer's position. Here all the values in the table have the precision of floating point.
T I를 예측하는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. The method of predicting T I will be described in detail as follows.
본래 대응표의 뷰 색인과 관측자가 위치한 장소에서 실제로 관측되는 서브픽 셀의 뷰 색인 사이의 부적절성을 보상하기 위해 T I를 정의한다. T I is defined to compensate for the inadequacy between the view index of the original correspondence table and the view index of the sub-pixel that is actually observed at the location where the observer is located.
T I를 예측하기 위해 실제로 관측되는 위치와 최적의 관측거리에서 관측되는 위치 사이의 거리인 d를 계산한다. To predict T I , we calculate d, the distance between the actual observed location and the observed location at the optimal viewing distance.
예를 들어, 도 4에서 사용자 A5가 5번째 뷰잉 존에 위치한다고 가정하자. 이때 A5는 2번째 렌즈를 관측할 때, 7번 서브픽셀을 관측해야 한다. For example, assume that user A 5 is located in the fifth viewing zone in FIG. 4. At this time, A 5 should observe
그러나, 최적의 위치에 존재하지 않기 때문에 사용자 A5는 6번 서브픽셀을 관측하게 되고 거리 d만큼 에러가 발생하게 된다. d값은 수학식 2와 같이 유도가 가능하다.However, since it does not exist at the optimal position, user A 5 observes
여기서, f는 렌즈의 초점거리이며, LD는 눈과 렌즈 사이의 세로방향 거리이다. 또한, LH는 관측하는 렌즈의 중심에서 5번째 뷰잉 존까지의 가로거리이다. nr은 렌즈의 굴절률이다. Where f is the focal length of the lens and L D is the longitudinal distance between the eye and the lens. L H is also the lateral distance from the center of the observing lens to the fifth viewing zone. n r is the refractive index of the lens.
d값은 대응표에서 뷰 색인의 이동 혹은 변화로 이해할 수 있다. The d value can be understood as the shift or change of the view index in the corresponding table.
예를 들어 눈 A5로부터 관측된 지점은 2번째 렌즈에서 왼쪽으로 1픽셀 어긋났다. 이 문제를 해결하기 위해 보상 대응표의 생성시 이를 고려한다. 연속된 서브 픽셀의 뷰 색인 차는 9 뷰 시스템에서 2이기 때문에 1픽셀의 이동은 두 개의 뷰잉 존 이동에 해당하다. For example, the point observed from eye A 5 is shifted 1 pixel to the left in the second lens. To solve this problem, take this into account when generating the compensation counter. Since the view index difference of successive subpixels is 2 in a 9 view system, a shift of 1 pixel corresponds to two viewing zone shifts.
따라서 해당하는 서브픽셀의 T I 값은 도 4에서와 같이 2로 설정하면 된다. 일반적으로 T I에서 (m, n)위치의 각 서브픽셀에서의 d값은 d(m, m)로 표현되며 수학식 3으로 정의된다.Therefore, the T I value of the corresponding subpixel may be set to 2 as shown in FIG. 4. In general, the d value in each subpixel at the (m, n) position in T I is represented by d (m, m) and is defined by
여기서, (m, n)은 LCD 패널상에서 서브픽셀의 위치이며 PL은 서브픽셀의 가로방향의 길이다. T I의 모든 값은 하나의 행에서만 구하면 된다.Here, (m, n) is the position of the subpixel on the LCD panel and P L is the horizontal length of the subpixel. All values of T I need to be found in only one row.
T E를 예측하는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. The method of predicting T E will be described in detail as follows.
렌즈의 불균일성과 정렬에러로 인하여 발생하는LCD 픽셀과 렌즈 사이의 미스매치 (mismatch) 문제를 해결하기 위해서 T E를 제안한다. In order to solve the mismatch problem between the LCD pixel and the lens caused by the lens nonuniformity and alignment error, T E is proposed.
도 5는 T O, T E, T F사이의 관계를 나타낸다. 5 shows the relationship between T O , T E , and T F.
도면에서 5번째 뷰잉 존에 위치한 관찰자는 7번째 뷰 영상으로부터 샘플 된 서브픽셀을 본다. 따라서 해당 서브픽셀의 T E값은 -2로 보정되어야 한다. In the figure, the observer located in the fifth viewing zone sees a subpixel sampled from the seventh viewing image. Therefore, the T E value of the corresponding subpixel should be corrected to -2.
즉, LCD 픽셀과 렌즈 사이의 정확한 위치관계를 안다면 T E는 예측 가능하다.That is, T E is predictable if the exact positional relationship between the LCD pixel and the lens is known.
렌즈의 정렬에러와 불균일성을 예측하기 위해서 9개의 3차원 패턴 영상을 사용한다. i번째 뷰 영상은 흰색으로 설정하고 나머지는 검정색으로 설정한 뒤, 이를 본래의 대응표를 이용하여 멀티플렉싱(multiplexing)하여 i번째 3차원 패턴영상을 생성한다. 각각의 3차원 패턴영상은 5번째 뷰잉 존에서 관측한다. Nine three-dimensional pattern images are used to predict lens alignment and nonuniformity. The i-th view image is set to white and the rest to black, and then multiplexed using the original correspondence table to generate the i-th 3D pattern image. Each three-dimensional pattern image is observed in the fifth viewing zone.
여기서 내부적인 문제로 인한 영상왜곡을 피하기 위하여 디스플레이 장치로부터 충분히 먼 거리에서 영상을 얻어야 한다. In order to avoid image distortion due to internal problems, the image should be acquired at a sufficiently long distance from the display device.
만약 외부적인 문제가 없다면 5번째 패턴영상만 흰색이며 다른 영상은 검정색이 된다. 이 경우 T E의 모든 값은 0으로 설정한다. 그렇지 않을 경우 캡쳐된 패턴 영상으로부터 T E값을 계산한다. If there is no external problem, only the fifth pattern image is white and the other image is black. In this case, all values of T E are set to zero. Otherwise, T E value is calculated from the captured pattern image.
만약 i번째 캡쳐된 패턴영상에서 (n, m)위치가 흰색이라면 5번째 뷰잉 존에 위치한 관측자는 (n, m)위치에서 i번째 뷰 영상으로부터 샘플 된 서브픽셀을 관측하게 된다. 따라서, (n, m)에서의 T E값은 도 5과 같이 (5-i)가 되어야 한다.
부연하면, 렌즈의 정렬에러나 불균일성을 예측시 정렬에러나 불균일성이 있는 경우 각각의 뷰잉존에서 관찰되는 영상의 내부에 복수의 뷰 영상이 표시되게 된다.
이상에서는 9뷰 렌티큘러 시스템에 대하여 예를 들어 설명하였지만, 일반적인 N뷰 렌티큘러 시스템에서도 적용가능하다.If the (n, m) position is white in the i-th captured pattern image, an observer located in the fifth viewing zone observes a subpixel sampled from the i-th view image at the (n, m) position. Therefore, the T E value at (n, m) should be (5-i) as shown in FIG.
In other words, when there is an alignment error or non-uniformity in predicting lens alignment or non-uniformity, a plurality of view images are displayed inside the image observed in each viewing zone.
In the above description, the 9-view lenticular system has been described as an example, but it is also applicable to a general N-view lenticular system.
도 1은 종래 렌즈 방식의 렌티큘러 디스플레이 방식을 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a lenticular display method of a conventional lens method.
도 2는 종래 렌티큘러 디스플레이 방식의 작동원리를 나타낸 도면이다. 2 is a view showing the operation principle of the conventional lenticular display method.
도 3은 종래 기울어진 렌즈 방식의 렌티큘러 디스플레이 방식을 나타낸 도면이다. 3 is a view showing a lenticular display method of a conventional tilted lens method.
도 4는 관찰자의 위치에 따라 관측되는 지점의 변화 및 이에 따른 보상을 나타낸 도면이다. 4 is a view showing the change of the observed point according to the position of the observer and the compensation accordingly.
도 5는 렌즈의 비균일성과 정렬에러로 인한 변화 및 이에 따른 보상을 나타낸 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating changes due to nonuniformity and alignment error and compensation of the lens.
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2007
- 2007-07-18 KR KR1020070071834A patent/KR100837259B1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Proc. of SPIE, vol. 5664, pp. 506-516 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180049294A (en) * | 2016-10-31 | 2018-05-11 | 엘지디스플레이 주식회사 | View map data generaing method and apparatus using the same |
| KR102586226B1 (en) * | 2016-10-31 | 2023-10-11 | 엘지디스플레이 주식회사 | View map data generaing method and apparatus using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20070112081A (en) | 2007-11-22 |
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