KR100901866B1 - 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법 및 시스템이 개시된다. 플로팅 디스플레이 시스템에서 영상을 디스플레이 하는 방법에 있어서, 플로팅 영상 디스플레이 방식을 이용하여 제 1디스플레이 패널에 출력된 제 1 영상을 제 1 렌즈 어레이 및 제 2 렌즈 어레이를 통하여 공간상에 플로팅 하는 단계; 및 상기 제 1 렌즈 어레이 및 상기 제 2 렌즈 어레이 사이에 위치한 제 2 디스플레이 패널에 출력된 제 2 영상을 제 2 렌즈 어레이를 통하여 공간상에 디스플레이하는 단계를 포함하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법 및 시스템이 제시된다. 본 발명에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법 및 시스템은 기존의 플로팅 영상 디스플레이 시스템에 다시점 집적 영상 배경을 추가적으로 사용함으로써 보다 입체감을 가지면서 고해상도의 영상을 디스플레이 할 수 있다.
플로팅 영상, 3D, 집적 영상 배경

Description

배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법 및 시스템 {3D floating-image display System having a background and Method thereof}
본 발명은 플로팅 영상 디스플레이 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 입체감을 주기 위한 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근 3차원 영상과 영상 재생 기술에 관한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 이러한 3차원 영상 관련 미디어는 시각 정보의 수준을 한 차원 높여주는 새로운 개념의 실감 영상 미디어로서 차세대 디스플레이를 주도하게 될 것으로 예상되고 있다. 현재 이에 따른 국내외 학계와 산업계를 중심으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 3차원 영상은 2차원 영상 보다 실감 있고 자연스러우며 보다 인간이 느끼는 현실에 가까워 3차원 영상에 대한 수요가 증가하고 있다. 기존의 2D 디스플레이 시스템이 평면 이미지를 제공하는 반면에 물체가 가지고 있는 실제 이미지 정보를 관찰자에게 보여주는 관점에서 3D 디스플레이 기술은 궁극적인 영상 구현 기술이다.
3차원 영상 재생 기술은 관측자에게 평면 이미지가 아니라 입체감 있고 실감 있는 3차원 입체 영상을 느낄 수 있도록 입체 영상을 표시하는 기술이다. 현재 3차원 입체 영상을 재생하기 위한 방법에는 스테레오스코피(stereoscopy), 홀로그래피 (holography), 집적영상(integral imaging) 기법 등 여러 가지 기술이 연구 개발되고 있다.
스테레오스코피 방식은 인간 시각 시스템(human visual system)을 모방한 방식이다. 스테레오스코피 방식은 좌ㅇ우 양쪽 눈에 대응되는 영상을 구분하여 각각 입력시키는 방식이다. 즉, 스테레오스코피 방식은 영상을 좌안시 영상과 우안시 영상으로 분리한 후 편광 액정판으로 된 안경을 장착한 관측자의 좌안과 우안으로 각각 입사시켜 입체 영상을 느끼게 하는 방식이다. 스테레오스코피 방식은 좌ㅇ우 영상을 이용하여 스테레오 시차를 통해 입체감을 느끼게 하는 가장 단순한 구조의 방식이다.
그러나 스테레오스코피 방식은 일반적으로 수평시차로 제한된다. 또한, 스테레오스코피 방식은 양안에 들어오는 두 영상의 시차와 인간의 초점 기능 사이의 차이에 의해 어지러움 및 눈의 피로감을 느끼게 한다. 따라서 스테레오스코피 방식은 장시간의 입체 영상 재생 시스템으로써 사용이 크게 제한되고 있다.
홀로그래피 방식은 홀로그래피에 광원을 비추면 관측자는 홀로그래피의 전면으로부터 일정한 거리를 두고 떨어져 홀로그래피를 바라보면서 허상의 입체 영상을 관측하게 된다. 홀로그래피 방식은 레이저를 이용하여 제작한 홀로그래피를 관측시 특수 안경을 장착하지 않고도 실물과 똑같은 입체 영상을 느낄 수 있는 방식이다. 따라서 홀로그래피 방식은 입체감이 뛰어나며 인간이 피로감이 없이 3차원 영상을 느끼는 가장 이상적인 방식이라고 알려져 있다.
그러나 홀로그래피 방식은 암실에서 레이저를 이용하여 홀로그램을 합성해야 할 뿐만 아니라 사용하는 광원이 제한적이고 먼 거리의 객체를 표현하는데 문제점을 가지고 있다. 또한, 홀로그래피 방식은 기존 방식의 과도한 정보량으로 인하여 실시간적 전송 및 영상 재생이 어려워 실질적인 응용이 크게 제한되고 있다.
집적 영상 방식은 립만(Lippmann)에 의해 1908년에 처음 제안되었다. 그 후, 집적 영상 방식은 차세대 3차원 영상 재생 기술로 연구되어 왔으나, 그 동안 별 주목을 받지 못하였다. 그러나 집적 영상 방식은 최근 액정 표시 시스템(Liquid Crystal Digital; LCD)와 같은 평면 재생 시스템 및 이미지 센서(Charge Coupled Device CCD)와 같은 고해상 영상검출 시스템의 개발로 다시 큰 주목을 받고 있다.
일반적으로 집적 영상 기술은 크게 영상 획득 단계(픽업)와 영상 재생 단계로 나뉘어 진다. 영상 획득 단계(픽업)는 이미지 센서와 같은 2차원 감지기와 렌즈 어레이로 구성되며, 이때 3차원 객체는 렌즈 어레이 앞에 위치한다. 그러면 3차원 객체의 다양한 영상정보들이 렌즈 어레이를 통과한 후 2차원 감지기에 저장된다. 이때 저장된 영상은 요소 영상으로서 3차원 재생을 위해 이용된다. 이후 집적 영상 기술의 영상 재생 단계는 영상 획득 단계(픽업)의 역과정으로, 액정 표시 시스템과 같은 영상 재생 시스템과 렌즈 어레이로 구성된다. 여기서, 영상 획득 과정(픽업)에서 얻은 요소 영상은 영상 재생 시스템에 표시되고, 요소 영상의 영상 정보는 렌즈 어레이를 통과하여 공간상에 3차원 영상으로 재생되게 된다.
영상 획득 과정(픽업)에서, 3차원 객체로부터 명암과 방향 정보를 포함하는 영상 정보가 공간적으로 렌즈 어레이 상에 획득되고, 획득된 영상 정보는 2차원 이미지 센서를 사용하여 요소 영상 배열로서 광학적으로 저장된다. 저장된 요소 영상 배열은 영상 재생 시스템에 표시되고, 요소 영상의 영상 정보는 렌즈 어레이를 통과하여 공간상에 3차원 영상으로 재생되게 된다.
이러한 집적 영상 방식은 입체 영상을 관측할 때 안경이나 기타 도구가 필요하지 않고, 특정 시점이 아니라 일정한 시야각 내에서 연속적인 수직시차 및 수평시차를 제공한다. 또한, 총 천연색의 실시간 디스플레이가 가능하며 기존의 평면 디스플레이 시스템과 호환성이 뛰어나다는 점 등의 장점을 가지고 있다. 그러나 이러한 집적 영상 방식은 다시점의 요소영상을 사용하게 됨으로써 해상도가 저하되고, 따라서 완전한 상용화를 이루기 위해서는 시야각, 입체감, 해상도 면에서 많은 개선이 요구되고 있다.
한편, 무안경 3D 디스플레이 기술의 한 종류인 플로팅 영상 디스플레이 시스템은 박물관이나 전시장에서 종종 볼 수 있는 3D 디스플레이 방법이다. 플로팅 영상 디스플레이의 주요한 특징은 구조가 단순해서 구현이 쉽고, 고해상도의 영상을 실제 공간에 쉽게 디스플레이 할 수 있다는 점이다. 즉, LCD와 같은 평면 디스플레이 시스템의 영상이 볼록렌즈(Convex lens) 혹은 오목 거울(Concave mirror)을 이용하는 플로팅 렌즈를 통과하게 되면 그 상이 공간에 형성되고, 관찰자는 눈앞에 위치하며 공중에 떠 있는 영상을 볼 수 있게 된다.
그러나 플로팅 영상 디스플레이 방식은, 디스플레이 되는 영상이 한 개의 실 제 평면(Real plane)에 제한되어 실제와 같은 입체감을 표현하지 못하는 단점이 있다. 또한 렌즈를 사용하므로 외곽 영역에서는 영상이 왜곡되고, 색수차가 발생하는 등의 문제가 있어 사용할 수 있는 영역이 제한되어있다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 볼록 렌즈가 아닌 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 영상을 플로팅 하는 방법이 제안되었다. 즉, 크기가 큰 단일 렌즈를 사용하여 영상을 플로팅 하는 기술 대신 렌즈를 마이크로 렌즈 어레이로 나누어 각각의 요소 렌즈의 쌍에 의해 요소 영상이 디스플레이되고 이것들이 모두 모여 전체의 영상을 형성하게 된다. 하지만 이 두 플로팅 방법은 배경 영상은 띄우지 못하는 단점이 있다.
따라서, 학계에서는 두 개 이상의 실제 평면을 사용하는 방식이 연구되었던 적이 있으나, 각 평면 영상들 간의 중첩 영역(occlusion region)과 관련된 문제가 발생하였다. 중첩 영역이란 시야각에 따라서 영상이 가려지는 영역을 의미한다. 따라서 플로팅 영상 디스플레이의 실질적인 응용을 위해서는 보다 실제에 가까운 입체감을 표현하는 기술이 필요하다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해서 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법 및 시스템을 제시한다.
또한, 본 발명은 플로팅 영상 디스플레이 방식에서 입체감을 표현하기 위해 두 개 이상의 실제 평면을 사용할 경우 생기는 중첩 영역(occlusion region) 문제를 해결하고 보다 실감나는 입체 영상을 표현하기 위하여 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법 및 시스템을 제시한다.
또한, 본 발명은 집적 영상 디스플레이 방식으로만 영상을 구현하는 경우 다시점의 요소영상을 사용하게 됨으로써 해상도가 저하되는 문제점을 해결하기 위하여, 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법 및 시스템을 제시한다.
또한, 본 발명은 기존의 플로팅 영상 디스플레이 시스템에 다시점 집적 영상 배경을 추가적으로 사용함으로써 보다 실재감을 가지는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법 및 시스템을 제시한다.
본 발명이 제시하는 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법이 제공된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 플로팅 디스플레이 시스템에서 영상을 디스플레이 하는 방법에 있어서, 플로팅 영상 디스플레이 방식을 이용하여 제 1디스플레이 패널에 출력된 제 1 영상을 제 1 렌즈 어레이 및 제 2 렌즈 어레이를 통하여 공간상에 플로팅 하는 단계; 및 상기 제 1 렌즈 어레이 및 상기 제 2 렌즈 어레이 사이에 위치한 제 2 디스플레이 패널에 출력된 제 2 영상을 제 2 렌즈 어레이를 통하여 공간상에 디스플레이하는 단계를 포함하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법이 제공된다.
또한, 상기 제 1 영상은 일반 영상이고, 상기 제 2 영상은 요소 영상인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법이 제공된다.
또한, 상기 제 1 영상은 주요 영상이고, 상기 제 2 영상은 배경 요소 영상인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법이 제공된다.
또한, 상기 배경 요소 영상은, 렌즈 어레이를 통하여 배경 영상의 요소 영상을 획득하는 단계; 및 상기 배경 영상의 요소 영상에서 상기 주요 영상을 제거하는 단계를 포함하는 방법으로 제작된 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법이 제공된다.
또한, 상기 제 1 영상은 배경 영상이고, 상기 제 2 영상은 주요 요소 영상인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법이 제공된다.
또한, 상기 제 1 영상은 제 1 렌즈 어레이를 통해 요소 영상으로 변환되고, 변환된 요소영상은 제 2 렌즈 어레이를 통하여 공간상에 플로팅되는 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법이 제공된다.
또한, 상기 제 1 디스플레이 패널, 상기 제 1 렌즈 어레이, 상기 제 2 디스플레이 패널 및 상기 제 2 렌즈 어레이는 동일 직선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법이 제공된다.
또한, 상기 제 2 디스플레이 패널은, 상기 제 1디스플레이 패널에서 투영된 주요 영상이 공간상에 플로팅될 수 있도록 하는 투과형 디스플레이 패널인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법이 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템이 제공된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제 1 영상이 출력되는 제 1 디스플레이 패널; 상기 제 1 디스플레이 패널에 출력된 제 1 영상을 공간상에 플로팅 해주는 제 1 렌즈 어레이 및 제 2 렌즈 어레이; 제 2 영상이 출력되는 제 2 디스플레이 패널을 포함하되, 상기 제 2 렌즈 어레이는 상기 제 2 디스플레이 패널에 출력된 제 2 영상을 공간상에 디스플레이 하는 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템이 제공된다.
또한, 상기 제 1 영상은 일반 영상이고, 상기 제 2 영상은 요소 영상인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템이 제공된다.
또한, 상기 제 1 영상은 주요 영상이고, 상기 제 2 영상은 배경 요소 영상인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템이 제공된다.
또한, 상기 배경 요소 영상은, 렌즈 어레이를 통하여 배경 영상의 요소 영상 을 획득하는 단계; 및 상기 배경 영상의 요소 영상에서 상기 주요 영상을 제거하는 단계를 포함하는 방법으로 제작된 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템이 제공된다.
또한, 상기 제 1 영상은 배경 영상이고, 상기 제 2 영상은 주요 요소 영상인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템이 제공된다.
또한, 상기 제 1 영상은 제 1 렌즈 어레이를 통해 요소 영상으로 변환되고, 변환된 요소영상은 제 2 렌즈 어레이를 통하여 공간상에 플로팅되는 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템이 제공된다.
또한, 상기 제 1 디스플레이 패널, 상기 제 1 렌즈 어레이, 상기 제 2 디스플레이 패널 및 상기 제 2 렌즈 어레이는 동일 직선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템이 제공된다.
또한, 상기 제 2 디스플레이 패널은, 상기 제 1디스플레이 패널에서 투영된 주요 영상이 공간상에 플로팅될 수 있도록 하는 투과형 디스플레이 패널인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템이 제공된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법 및 시스템은 중첩 영역(occlusion region) 문제를 해결하고, 기존의 플로팅 영상 디스플레이 시스템에 다시점 집적 영상 배경을 추가적으로 사용함으로써 보다 입체감을 가지면서 고해상도의 영상을 디스플레이 할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 집적 영상 디스플레이 방식을 나타내는 도면이다.
집적 영상은 도 1에서와 같이 픽업 단계(100) 및 재생 단계(110)를 포함한다.
픽업 단계(100)는, 3차원 객체(102)로부터 복수개의 기본 렌즈(104)를 포함하는 렌즈 어레이(106)를 이용하여 각 기본 렌즈(104)의 위치에 대해 다른 시차를 가지는 요소 영상을 획득하는 단계이다. 여기서, 다른 시차를 가지는 요소 영상은 3차원 객체(102)의 서로 다른 시점으로부터 획득된 영상을 의미한다.
픽업 단계(100)에서는 3차원 객체(102)로부터 서로 다른 시차를 가지는 요소 영상을 추출할 수 있도록 기본 렌즈(104)가 1차원 또는 2차원으로 배열된 렌즈 어레이(106)를 사용한다. 3차원 객체를 여러 방향에서 바라본 서로 다른 영상들은 렌즈 어레이(106)를 통하여 요소 영상 형태로 저장된다.
요소 영상의 획득을 위해, 렌즈 어레이(106)는 3차원 객체(102)와 카메라 사이에 위치할 수 있다. 3차원 객체(102)의 요소 영상은 렌즈 어레이(106)를 통해 카메라, 예를 들면 CCD 카메라(108)로 획득된다. 3차원 객체(100)에 대한 영상들이 CCD 카메라(108)에 저장된다. 요소 영상은 렌즈 어레이(106)로부터 3차원 객체의 위치, 밝기, 렌즈 어레이(106)의 사양과 같은 다양한 픽업 조건에 따라 다르게 획득될 수 있다.
재생 과정(110)에서는 이들 요소 영상들이 복수개의 기본 렌즈(114)를 포함하는 렌즈 어레이(116)를 통하여 3차원 영상(120)으로 집적될 수 있다.
도 2는 플로팅 영상 디스플레이 방식을 나타내는 도면이다.
도 2을 살펴보면, 플로팅 영상 디스플레이 시스템은 영상 표시를 위한 디스플레이 패널(200)과 볼록 렌즈(202)를 포함한다. 이때, 볼록 렌즈(202)는 초점 거리를 줄이기 위해서 2개 이상을 조합할 수도 있다. 디스플레이 패널(200)에 표시되는 영상은 디스플레이 패널(200)의 해상도와 동일하게 표시가 가능하다. 따라서 고해상도의 영상을 디스플레이 패널(200)에 표시하면, 볼록 렌즈(202)를 통하여 공간상에 고해상도의 영상(204)이 디스플레이 된다. 여기서 디스플레이 패널(200)과 볼록 렌즈(202) 사이의 거리를 h(220) 라고 하고, 볼록 렌즈(202)의 초점거리를 f1 이라고 하면 볼록 렌즈(202)로부터 영상(204)이 표시되는 위치 H(222)는 렌즈 공식(1)에 의해서 다음과 같다.
Figure 112007052857468-pat00001
(1)
주요 영상(204)은 렌즈 공식(1)에 의해 계산된 H(222) 위치에 표시되게 된다. 이러한 기술이 플로팅 영상 디스플레이 기술이다.
도 3은 렌즈 어레이를 사용한 플로팅 영상 디스플레이 방식을 나타내는 도면이다. 도 2에서 살펴본 플로팅 영상 디스플레이 방식은 볼록 렌즈(202)를 사용하므로 외곽 영역에서는 영상이 왜곡되고, 색수차가 발생하는 문제가 있어 사용할 수 없는 영역이 될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 볼록 렌즈(202)를 대신하여 렌즈 어레이(300, 302)를 포함하는 플로팅 영상 디스플레이 방식을 이용할 수 있다.
도 3을 참고하면, 플로팅 영상 디스플레이 시스템은 영상 표시를 위한 디스플레이 패널(200)과 제 1 렌즈 어레이(300) 및 제 2 렌즈 어레이(302)를 포함한다.
도 2에서 볼록 렌즈(202)를 사용하여 디스플레이 패널(200)에 출력된 영상을 플로팅 하던 것과 달리, 볼록 렌즈(202) 대신에 제 1 렌즈 어레이(300) 및 제 2 렌즈 어레이(302)를 사용한다.
즉, 디스플레이 패널(200)에 출력된 영상은 제 1 렌즈 어레이(300)에 포함된 기본 렌즈(104)에 의해 요소 영상으로 획득되고, 획득된 요소영상은 제 2 렌즈 어레이(302)를 통하여 집적되어 하나의 영상(204)으로 공간상에 디스플레이될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템 구성도이다.
도 4을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템은 제 1 영상을 출력하는 제 1 디스플레이 패널(400), 제 1 렌즈 어레이(300), 제 2 영상을 출력하는 제 2 디스플레이 패널(410)및 제 2 렌즈 어레이(302)를 포함하며, 열거한 각각의 구성 요소는 동일 직선상에 위치할 수 있다.
여기서, 동일 직선은 제 1 디스플레이 패널(400)에 출력된 제 1 영상이 제 1 렌즈 어레이(300) 및 제 2 렌즈 어레이(302)를 경유하여 공간상에 투영되는 경로에 형성된 직선을 의미한다.
제 1 디스플레이 패널(400)에서 출력되는 제 1 영상은 두 개의 렌즈 어레이(300, 302)를 경유하여 공간상에 투영될 수 있다.
여기서 두 개의 렌즈 어레이(300, 302)사이에 존재하는 제 2 디스플레이 패널(410)은 투과형 디스플레이 패널로 구성될 수 있다. 제 2 디스플레이 패널(410)을 투과형으로 하는 이유는, 제 1 디스플레이 패널(400)에 출력된 제 1 영상을 투영시키기 위함이다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템은 제 1 렌즈 어레이(300), 제 2 영상을 출력하는 제 2 디스플레이 패널(410)및 제 2 렌즈 어레이(302)를 포함하되, 제 2 디스플레이 패널(310)은 투과형으로 구성될 수 있다.
제 1 디스플레이 패널(400)에 출력되는 제 1 영상은 일반 영상으로 구성될 수 있고, 제 2 디스플레이 패널(410)에 출력되는 제 2 영상은 요소 영상으로 구성될 수 있다. 여기서 일반 영상이란, 요소 영상에 대비되는 개념으로써 일반적인 2D 영상에 아무런 처리도 하지 않은 것을 의미한다.
본 발명에서는 제 1 영상으로 주요 영상을 사용하고, 제 2 영상으로 배경 영상을 요소 영상으로 처리한 배경 요소 영상을 사용하였으나, 제 1 영상이 배경 영상이 되고, 제 2 영상이 주요 영상을 요소 영상으로 처리한 주요 요소 영상일 수도 있음은 자명하다.
제 1 디스플레이 패널(400)에 주요 영상을 출력하면, 제 1 디스플레이 패 널(400)에 표현된 입체 영상이 공간에 투영된다. 또한, 제 2 디스플레이 패널 (410)에 출력된 배경 요소 영상은 제 2 디스플레이 패널(410)과 제 2 렌즈 어레이(302)에 의하여 집적 영상 배경으로 공간상에 디스플레이될 수 있다.
본 발명에서는 플로팅 영상 디스플레이 방식과 집적 영상 디스플레이 방식을 적용하는 부분으로 나누어 볼 수 있다.
플로팅 영상 디스플레이 시스템부는 제 1 디스플레이 패널(400)과 두 개의 렌즈 어레이(300, 302)를 포함한다. 제 1 디스플레이 패널(400)에는 표현하고자 하는 주요 영상이 3D영상으로 디스플레이 될 수 있다. 제 1 디스플레이 패널(400)에 나타난 3D 영상은 영상은 제 1 렌즈 어레이(300)를 통해 요소 영상으로 변환되고, 변환된 요소 영상은 제 2 렌즈 어레이(302)를 통하여 공간상에 플로팅된다. 이하 도 5에서 구체적으로 설명하도록 한다.
집적 영상 디스플레이 시스템부는 제 2 디스플레이 패널(410)와 제 2 렌즈 어레이(302)를 포함한다. 제 2 디스플레이 패널(410)에는 표현하고자 하는 배경 영상이 배경 요소 영상으로 출력될 수 있다. 제 2 디스플레이 패널(410)에 나타난 배경 요소 영상은 제 2 렌즈 어레이(302)를 통하여 집적 영상 배경으로 표시된다. 이하 도 6에서 구체적으로 설명하도록 한다.
본 발명에서 플로팅되는 3D 입체 영상(430)은 기존의 플로팅 영상 디스플레이 시스템들과 다른 특징을 가진다. 즉, 본 발명의 플로팅 영상은 두 개의 큰 영역의 3D 영상으로 나누어질 수 있다. 하나는 플로팅 영상 디스플레이 기술로 표시되는 주요 영상(422)이다. 다른 하나는 이 주요 영상의 뒤에 위치하고, 집적 영상 디 스플레이 기술로 표시되는 집적 영상 배경이다.
주요 영상(422)의 경우에는 관측자의 관심을 끄는 영상이기 때문에 고해상도의 영상이 필요하다. 따라서 플로팅 영상 디스플레이 방식을 적용하여, 고해상도의 영상을 표현할 수 있다.
집적 영상 배경은 입체감을 제공하기 위한 것으로, 다시점 영상으로 디스플레이되어 해상도가 상대적으로 낮아지지만, 주요 영상(322)과의 거리감을 제공하므로써, 입체 영상을 표현할 수 있다.
기존의 플로팅 영상 디스플레이 시스템에서는 입체감을 주기 위해 두 개 이상의 실제 평면(real plane)을 사용하였었으나, 두 영상간의 중첩 영역(occlusion region)이 발생하여 널리 사용되기 어려웠다. 본 발명은 집적 영상 디스플레이 기술로 표시되는 집적 영상 배경을 사용함으로써 다시점 영상을 제공하여 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 집적 영상 디스플레이 방식의 단점인 저해상도를 극복하기 위해서 주요 영상은 플로팅 영상 디스플레이 기술로 표시되는 주요 영상(322)을 사용함으로써, 고해상도의 주요 영상(322)을 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템 의 플로팅 영상 디스플레이 방식의 구성도이다.
도 5를 살펴보면, 본 발명에서 사용되는 플로팅 영상 디스플레이 방식의 간단한 원리를 나타낸다. 플로팅 영상 디스플레이 시스템부는 제 1 디스플레이 패 널(400)과 제 1 렌즈 어레이(300) 및 제 2 렌즈 어레이(302)를 포함한다.
제 1 디스플레이 패널(400)에는 제 1 영상이 출력될 수 있다. 실험에서는 제 1 영상으로 비행선을 주요 영상으로 사용하였다. 고해상도의 주요 영상을 제 1 디스플레이 패널(400)에 표시하면, 렌즈 어레이(300, 302)를 통하여 공간상에 주요 영상(422)이 플로팅된다.
실제 영상이 맺히는 위치는 렌즈 공식에 의해 산출될 수 있다. 제 1 디스플레이 패널(400)과 렌즈 어레이(300, 302) 사이의 거리를 h(340)라고 하고, 볼록렌즈의 초점거리를 f1 이라고 한다. 이때 주요 영상(322)이 표시되는 위치 H(342)는 렌즈 공식 (1)과 같다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템 의 집적 영상 디스플레이 방식의 설명도이다.
도 6를 살펴보면, 본 발명에서 사용되는 집적 영상 디스플레이 방식의 간단한 원리를 나타낸다. 집적 영상 디스플레이 시스템부는 제 2 디스플레이 패널(410)과 제 2 렌즈 어레이(302)를 포함한다.
제 2 디스플레이 패널(410)에는 제 2 영상이 출력될 수 있다. 실험에서는 제 2 영상으로 지구를 배경 영상으로 사용하였으며, 제 2 디스플레이 패널(410)에 출력되는 영상은 배경 요소 영상(410)일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 배경 요소 영상(410)은 배경 영상의 요소 영상에서 주요 영상이 중첩되는 영역을 제거한 영상을 의미한다.
배경 요소 영상(410)을 사용하는 이유는, 제 1 디스플레이 패널(400), 제 1 렌즈 어레이(300), 제 2 영상을 출력하는 제 2 디스플레이 패널(410)및 제 2 렌즈 어레이(302)가 동일 직선상에 위치 하게 되어, 제 1 디스플레이 패널(400)에 출력되는 주요 영상과 제 2 디스플레이 패널(410)에서 출력되는 배경 영상의 요소 영상을 디스플레이할 경우, 두 영상이 중첩되어 영상이 왜곡될 수 있기 때문이다. 따라서 제 1 디스플레이 패널(400)에 출력되는 주요 영상이 디스플레이되는 영상을 고려하여 배경 영상의 요소 영상에서 주요 영상이 중첩되는 영역을 제거할 수 있다.
제 2 디스플레이 패널(410)에 배경 요소 영상이 출력될 수 있고, 출력된 배경 요소 영상은 제 2 렌즈 어레이(302)를 통과하여, 집적 영상 배경(600)으로 디스플레이된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법의 실험에 사용되는 주요 영상 도면 및 배경 영상 도면이다.
도 7을 살펴보면, 실험에서는 주요 영상(700)으로 비행선을 사용하고, 배경 영상(702)으로는 지구 영상을 사용하였다. 주요 영상(700)은 변형 없이 바로 제 1 디스플레이 패널(400)에 출력될 수 있다. 제 1 디스플레이 패널(400)에 출력된 주요 영상은 두개의 렌즈 어레이(300, 302)를 통하여 공간상에 주요 영상(422)으로 플로팅된다.
배경 영상(702)은 배경 요소 영상으로 변형되어 제 2 디스플레이 패널(410) 에 출력될 수 있다. 제 2 디스플레이 패널(410)에 출력된 배경 요소 영상은 제 2 렌즈 어레이(302)를 통과하여, 집적 영상 배경(600)으로 디스플레이된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법의 실험에 사용되는 배경 요소 영상 도면이다.
도 8을 살펴보면, 본 발명에 사용되는 배경 요소 영상의 제작 예를 알 수 있다. 배경 영상(702)을 렌즈 어레이를 통과시켜 요소 영상으로 획득한 후, 배경 영상(702)의 요소 영상(800)에서 주요 영상(700)이 중첩되는 영역을 제거하여, 배경 요소 영상(802)을 얻을 수 있다.
주요 영상이 중첩되는 영역을 제거하는 이유는, 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 구조상 제 1 디스플레이 패널(400)과 제 2 디스플레이 패널(410)이 동일 직선상에 위치하여, 제 1 디스플레이 패널(400)에서 출력되어 플로팅되는 주요 영상(422)과 제 2 디스플레이 패널(410)에서 출력된 배경 요소 영상이 집적되어 공간상에 디스플레이되는 집적 영상 배경(600)이 중첩되어 영상이 왜곡되는 현상이 발생할 수 있기 때문이다.
따라서, 본 발명에서는 주요 영상(700)이 중첩되는 영역을 배경 영상(702)의 요소 영상(800)에서 제거한 배경 요소 영상(802)을 사용하여 선명한 영상을 얻을 수 있다. 또한, 주요 영상(700)과 배경 영상(702)이 중첩되어, 우주선이 있는 부분 뒤로 지구가 비쳐보이게 되는 영상 왜곡 현상을 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이의 다양한 각도에서 관측한 3D 영상 도면이다.
여기서는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템에서 재생된 결과를 다양한 각도에서 관측한 영상을 나타내었다. 도 9은 위에서 바라본 입체 영상(900), 왼쪽에서 바라본 입체 영상(902), 오른쪽에서 바라본 입체 영상(904), 중앙에서 바라본 입체 영상(906), 아래에서 바라본 입체 영상(908)으로 구성되어 있다.
구체적으로 중앙에서 바라본 입체 영상(906)을 기준으로 위에서 바라본 입체 영상(900)과 아래에서 바라본 입체 영상(908)의 우주선의 머리 부분을 살펴보면, 위에서 바라본 입체 영상(900)의 머리 부분의 더 넓게 나타난다.
중앙에서 바라본 입체 영상(906)을 기준으로 왼쪽에서 바라본 입체 영상(902)과 오른쪽에서 바라본 입체 영상(904)의 지구 배경의 왼쪽 부분을 살펴보면, 왼쪽에서 바라본 입체 영상(902)이 더 넓은 면적을 차지함을 알 수 있다.
이와 같이 도 9에서 살펴보면 다양한 각도에서 관측한 3D 입체 영상(430)의 배경 영상(600)이 플로팅 된 주요 영상(422)의 뒤에 위치하여 거리감을 주며, 보다 입체감이 있음을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변 경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 집적 영상 디스플레이 방식을 나타내는 도면.
도 2는 플로팅 영상 디스플레이 방식을 나타내는 도면.
도 3은 렌즈 어레이를 사용한 플로팅 영상 디스플레이 방식을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템 구성도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템 의 플로팅 영상 디스플레이 방식의 구성도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템 의 집적 영상 디스플레이 방식의 설명도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법의 실험에 사용되는 주요 영상 도면 및 배경 영상 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법의 실험에 사용되는 배경 요소 영상 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이의 다양한 각도에서 관측한 3D 영상 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
300: 제 1 렌즈 어레이 302: 제 2 렌즈 어레이
400: 제 1 디스플레이 패널 410: 제 2 디스플레이 패널
422: 플로팅된 주요 영상 600: 집적 영상 배경
800: 배경 영상의 요소 영상 802: 배경 요소 영상

Claims (16)

  1. 플로팅 디스플레이 시스템에서 영상을 디스플레이 하는 방법에 있어서,
    플로팅 영상 디스플레이 방식을 이용하여 제 1디스플레이 패널에 출력된 제 1 영상을 제 1 렌즈 어레이 및 제 2 렌즈 어레이를 통하여 공간상에 플로팅 하는 단계; 및
    상기 제 1 렌즈 어레이 및 상기 제 2 렌즈 어레이 사이에 위치한 제 2 디스플레이 패널에 출력된 제 2 영상을 제 2 렌즈 어레이를 통하여 공간상에 디스플레이하는 단계를 포함하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 영상은 일반 영상이고, 상기 제 2 영상은 요소 영상인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 영상은 주요 영상이고, 상기 제 2 영상은 배경 요소 영상인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 배경 요소 영상은,
    렌즈 어레이를 통하여 배경 영상의 요소 영상을 획득하는 단계; 및
    상기 배경 영상의 요소 영상에서 상기 주요 영상이 중첩되는 영역을 제거하는 단계를 포함하는 방법으로 제작된 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 영상은 배경 영상이고, 상기 제 2 영상은 주요 요소 영상인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 영상은 제 1 렌즈 어레이를 통해 요소 영상으로 변환되고, 변환된 요소영상은 제 2 렌즈 어레이를 통하여 공간상에 플로팅되는 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 디스플레이 패널, 상기 제 1 렌즈 어레이, 상기 제 2 디스플레이 패널 및 상기 제 2 렌즈 어레이는 동일 직선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 디스플레이 패널은,
    상기 제 1디스플레이 패널에서 투영된 주요 영상이 공간상에 플로팅될 수 있도록 하는 투과형 디스플레이 패널인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 방법.
  9. 제 1 영상이 출력되는 제 1 디스플레이 패널;
    상기 제 1 디스플레이 패널에 출력된 제 1 영상을 공간상에 플로팅 해주는 제 1 렌즈 어레이 및 제 2 렌즈 어레이;
    제 2 영상이 출력되는 제 2 디스플레이 패널을 포함하되,
    상기 제 2 렌즈 어레이는 상기 제 2 디스플레이 패널에 출력된 제 2 영상을 공간상에 디스플레이 하는 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 영상은 일반 영상이고, 상기 제 2 영상은 요소 영상인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 영상은 주요 영상이고, 상기 제 2 영상은 배경 요소 영상인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 배경 요소 영상은,
    렌즈 어레이를 통하여 배경 영상의 요소 영상을 획득하는 단계; 및
    상기 배경 영상의 요소 영상에서 상기 주요 영상이 중첩되는 영역을 제거하는 단계를 포함하는 방법으로 제작된 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 영상은 배경 영상이고, 상기 제 2 영상은 주요 요소 영상인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 영상은 제 1 렌즈 어레이를 통해 요소 영상으로 변환되고, 변환된 요소영상은 제 2 렌즈 어레이를 통하여 공간상에 플로팅되는 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 디스플레이 패널, 상기 제 1 렌즈 어레이, 상기 제 2 디스플레이 패널 및 상기 제 2 렌즈 어레이는 동일 직선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 디스플레이 패널은,
    상기 제 1디스플레이 패널에서 투영된 주요 영상이 공간상에 플로팅될 수 있 도록 하는 투과형 디스플레이 패널인 것을 특징으로 하는 배경을 가지는 3차원 플로팅 디스플레이 시스템.
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