KR101818854B1 - 테이블탑 3d 디스플레이 시스템에서 사용자 추적 기반의 시역 확대 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은테이블탑 3D 디스플레이 시스템에서 사용자 추적 기반의 시역 확대 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집적영상 기반의 테이블탑 3D 디스플레이에서 시역을 확대하기 위하여 기준 위치로부터 관찰자의 위치를 확인한 후 이에 따라 요소영상을 이동시켜 관찰자에게 넓은 영역에서 테이블탑 형태의 3D 디스플레이에 직립하여 서 있는 3차원 영상을 제공할 수 있는 테이블탑 3D 디스플레이 시스템에서 사용자 추적 기반의 시역 확대 방법에 관한 것이다.

Description

테이블탑 3D 디스플레이 시스템에서 사용자 추적 기반의 시역 확대 방법{View range enlarging method at table top 3D display system by user tracking base}

본 발명은 테이블탑 3D 디스플레이 시스템에서 사용자 추적 기반의 시역 확대 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집적영상 기반의 테이블탑 3D 디스플레이에서 시역을 확대하기 위하여 기준 위치로부터 관찰자의 위치를 확인한 후 이에 따라 요소영상을 수평 방향으로 이동시켜 관찰자에게 수평 방향의 넓은 영역에서 테이블탑 형태의 3D 디스플레이에 직립하여 서 있는 3차원 영상을 제공할 수 있는 테이블탑 3D 디스플레이 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 또한 요소 영상을 수직 방향으로 이동시켜 수직 방향의 넓은 영역에서 테이블탑 형태의 3D 디스플레이에 직립하여 서 있는 3차원 영상을 제공할 수 있는 테이블탑 3D 디스플레이 시스템에서 사용자 추적 기반의 시역 확대 방법에 관한 것이다.

일반적으로 렌즈 어레이를 이용한 집적영상 기반의 3D 디스플레이 기술은 양안시차를 이용한 방법이 아닌 실제로 공간상에 포인트를 구성하여 3차원 영상을 만드는 기술로 어지러움과 피로도 등 휴먼팩터 문제가 없는 자연스러운 3차원 영상의 표현이 가능한 기술이다. 하지만 일반적인 집적영상 기반의 3D 디스플레이는 시역이 넓지 않아 정면의 제한된 영역에서만 시청이 가능했다.

한편 기존의 3D 디스플레이들은 한쪽 방향에서만 볼 수 있고, 동시에 다른 위치에 존재하는 사용자들이 볼 수 없어, 이를 해결하는 방법으로 테이블탑 형태의 3D 디스플레이 기술에 대한 연구들이 진행되고 있다. 하지만 무안경 방식의 3D 디스플레이 기술은 시역의 제한으로 인하여 테이블탑 형태의 디스플레이로는 부적합 하였다.

최근 이러한 문제들을 해결할 수 있는 방법으로 본출원인은 렌즈 어레이를 이용한 집적영상 기반의 테이블탑 3D 디스플레이 방법이 출원하였다 (국내특허 출원: 10-2015-0059427). 이 방법에서는 테이블 위에 놓인 디스플레이 패널 위에 렌즈 어레이와 프리즘 어레이를 적층하고 이에 맞게 영상을 획득, 생성 하고 디스플레이 하여 디스플레이 패널 위에 직립하여 서 있는 영상을 구현 하였다.

이 방법에서는 물체에 대한 사투영 시점(Oblique projection view)의 밝기 및 깊이 정보를 획득하고, 이를 요소영상 어레이(EIA: Elemental image array)로 변환하고, 이 영상을 디스플레이 하게 된다. 이때 각 요소영상이 주시역(Main viewing zone)을 통해 복원되는 것이 아니라, 부시역(Sub viewing zone)을 통해 복원되도록 구성하여 시역을 조절할 뿐만 아니라 직립한 영상의 구현이 가능해지게 된다. 즉, 각 요소영상이 해당하는 요소렌즈를 통해 복원되는 것이 아니라 인접한 요소렌즈를 통해 복원되도록 구성한다.

하지만 집적영상 기술에서 시야각은 식 (1)과 같이 요소렌즈의 크기 및 초점거리에 의해 결정된다. 따라서 시야각을 늘이기 위해서는 큰 구경의 요소렌즈를 사용 하거나 초점거리가 짧은 요소렌즈를 사용하여야 하는데, 큰 구경의 요소렌즈를 사용하게 되면 3차원 영상의 화질이 저하되고, 짧은 초점거리의 요소렌즈를 사용하면 표현 가능한 깊이 영역이 줄어들게 되고 관찰자가 극히 좁은 영역에서만 영상을 관찰할 수 있게 된다.

최근 집적영상 기술 테이블탑형 3D 디스플에 기술이 제안되었다. 도면 1은 테이블탑형 3D 디스플레이 기술 개념도로 아래쪽에 디스플레이 패널이 있고 그 위에 직립하여 서 있는 영상을 표현할 수 있다. 상기 발명에서는 설명의 편의를 위해 그림 1과 같이 각각의 방향을 x(수평), y(수직), z(깊이/높이)축 방향으로 정의 하였다.

도면 2는 최근 제안된 집적영상 기술 기반의 테이블탑형 3D 디스플레이 기술의 y축 방향 구조도를 나타낸다(국내 특허출원 : 10-2015-0059427). 도면 2를 보면 세 점 AMB를 잇는 선에 대하여 렌즈 어레이를 이용하여 픽업을 하고 같은 렌즈 어레이를 이용해 디스플레이를 하게 되면 Viewer1의 위치에서는 원래와 같은 모습의 AMB를 잇는 선이 복원되는 것을 볼 수 있다.이와 같이 직시형의 구성에서는 3차원 정보에 대한 픽업 및 디스플레이에는 문제가 없이 사용이 가능하다.

하지만 세 점 A'M'B'를 잇는 세 점에 대해서는 세 점이 같은 광축 상에 있기 때문에 영상을 획득 및 디스플레이 하는 것이 불가능 하다. 즉, B' 뒤에 A'M'이 가려져 있기 때문에 영상의 획득이 불가능 하다. 또한 디스플레이 되는 광축 또한 겹쳐 표현이 불가능 하다.

따라서 본 발명은 요소영상을 생성하고, 관찰자의 디스플레이에 대한 위치를 확인하여 그에 맞도록 생성된 요소영상을 수직 또는 수평 방향으로 이동시켜, 관찰자에게 넓은 영역에서 테이블탑 형태의 3D 디스플레이에 직립하여 서 있는 3차원 영상을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 테이블탑 3D 디스플레이 시스템에서 사용자 추적 기반의 시역 확대 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집적영상 기반의 테이블탑 3D 디스플레이에서 시역을 확대하기 위하여 기준 위치로부터 관찰자의 위치를 확인한 후 이에 따라 요소영상을 수평 방향으로 이동시켜 관찰자에게 수평 방향의 넓은 영역에서 테이블탑 형태의 3D 디스플레이에 직립하여 서 있는 3차원 영상을 제공하는 것을 특징으로 한다. 또한 요소 영상을 수직 방향으로 이동시켜 수직 방향의 넓은 영역에서 테이블탑 형태의 3D 디스플레이에 직립하여 서 있는 3차원 영상을 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 테이블탑 3D 디스플레이 시스템에서 사용자 추적 기반의 시역 확대 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집적영상 기반의 테이블탑 3D 디스플레이에서 시역을 확대하기 위하여 기준 위치로부터 관찰자의 위치를 확인한 후 이에 따라 요소영상을 수평 방향으로 이동시켜 관찰자에게 수평 방향의 넓은 영역에서 테이블탑 형태의 3D 디스플레이에 직립하여 서 있는 3차원 영상을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한 요소 영상을 수직 방향으로 이동시켜 수직 방향의 넓은 영역에서 테이블탑 형태의 3D 디스플레이에 직립하여 서 있는 3차원 영상을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한 이를 통하여 작은 구경의 긴 초점거리를 갖는 요소렌즈를 사용할 수 있게 되어 높은 해상도의 3차원 영상 및 고 깊이감의 3차원 영상의 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 테이블탑형 3D 디스플레이 도면
도 2는 종래의 집적영상 기술 기반의 테이블탑형 3D 디스플레이 구조도 (y축 방향)
도 3은 본발명의 집적영상 기반의 테이블탑 3D 디스플레이에서의 각 시역 (y축 방향)
도 4는 본발명의 집적영상 기술 기반의 테이블탑형 3D 디스플레이 구조도 및 시역 (x축 방향)

본발명은 테이블탑 3D 디스플레이 시스템에서 사용자 추적 기반의 시역 확대 방법에 관한 것으로, 요소영상 면(Elemental image plane)상의 점의 경우 각각 렌즈어레이의 해당 요소 렌즈를 통과하며 집적 되어 일정거리 이격된 위치에 결상 되고 상기 결상 위치에서 일정거리 이격된 위치의 Viewer에서 관찰할 수 있게 되되, 좁은 시야각을 보상하기 위하여, 기준 위치로부터 관찰자의 위치를 확인한 후 이에 따라 요소영상을 일정 방향으로 이동시켜 넓은 영역에서 테이블탑 형태의 3D 디스플레이에 직립하여 서 있는 3차원 영상을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 일정 방향으로 이동시키는 것은 요소영상의 수평 이동을 통한 시역 이동으로서, 테이블탑형 3D 디스플레이의 수평 시역 확대가 되어 넓은 영역에서 테이블탑 형태의 3D 디스플레이에 직립하여 서 있는 3차원 영상을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 일정 방향으로 이동시키는 것은 요소영상의 수직 이동을 통한 시역 이동으로서, 테이블탑형 3D 디스플레이의 수직 시역 확대가 되어 넓은 영역에서 테이블탑 형태의 3D 디스플레이에 직립하여 서 있는 3차원 영상을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 요소영상 면에 있는 전체 요소영상을 x축 방향으로 일정거리(S _r )만큼 수평이동시키게 되면 세 점 x _{1 a} , x _{1 b} , x _{1 c} 는 각각 x _{1 a} +S _r , x _{1 b} +S _r , x _{1 c} +S _r 이 되고, 상기 이동된 세 점이 각각의 해당 요소렌즈를 통과하게 되면 집적되어 수평이동하기 전 위치 A(x ₁,z ₁)와 달라진 위치인A'(x' ₁,z ₁)의 위치에 결상되고, 수평이동하기 전 뷰(Viewer 1)와 달라진 뷰인 Viewer2의 위치에서 관찰할 수 있게 되는 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.도 1은 테이블탑형 3D 디스플레이 도면, 도 2는 종래의 집적영상 기술 기반의 테이블탑형 3D 디스플레이 구조도 (y축 방향),도 3은 본발명의 집적영상 기반의 테이블탑 3D 디스플레이에서의 각 시역 (y축 방향), 도 4는 본발명의 집적영상 기술 기반의 테이블탑형 3D 디스플레이 구조도 및 시역 (x축 방향)이다.

종래기술들은 세 점 A'M'B'를 잇는 세 점에 대해서는 세 점이 같은 광축 상에 있기 때문에 영상을 획득 및 디스플레이 하는 것이 불가능 하다. 즉, B' 뒤에 A'M'이 가려져 있기 때문에 영상의 획득이 불가능 하다. 또한 디스플레이 되는 광축 또한 겹쳐 표현이 불가능 하다.

이러한 문제를 해결할 수 있는 방법으로 집적영상 기술에서 부시역을 사용한 테이블탑형 3D 디스플레이 기술이 제안 되었다. (국내특허 출원: 10-2015-0059427) 제안된 방법에서는 영상을 획득할 때에는 세 점 AMB를 잇는 선을 픽업하고, 이를 디스플레이 한다. 이때 각 요소영상을 해당 요소렌즈를 통해 복원하는 것이 아니라 인접한 요소렌즈를 통해 복원하면, 즉, 부시역을 통해 영상을 보게 되면 선 A'M'B'이 복원된다. 따라서 Viewer2의 위치에서 영상을 보면 디스플레이 패널에 직립하여 서 있는 영상의 표현이 가능해지게 된다.

도면 3은 집적영상 기술을 이용한 테이블탑형 3D 디스플레이의 y축 방향 각 시역에서의 시야각을 나타낸다. 여기서 주시역의 경우 시야각은 다음과 같다.

(1)

앞에서 언급한 것처럼 주시역은 가장 넓은 시야각을 갖는 영역으로 주로 직시형 디스플레이에서 사용된다. 하지만 테이블탑형 3D 디스플레이를 위해서는 부시역을 사용하여야 한다. 도면 3에 의해 1차 부시역, 2차 부시역의 시야각은 다음과 같다.

(2)

(3)

이와 같이 부시역의 차수가 높아질수록 시야각은 줄어드는 것을 볼 수 있다. 따라서 테이블탑형 3D 디스플레이를 위한 수직 방향의 적절한 시역 차수의 선정이 필요하다.

기본적으로 집적영상 기술에서 시야각은 식 (1)과 같이 요소렌즈의 크기 및 초점거리에 의해 결정된다. 따라서 시야각을 늘이기 위해서는 큰 구경의 요소렌즈를 사용 하거나 초점거리가 짧은 요소렌즈를 사용하여야 하는데, 큰 구경의 요소렌즈를 사용하게 되면 3차원 영상의 화질이 저하되고, 짧은 초점거리의 요소렌즈를 사용하면 표현 가능한 깊이 영역이 줄어들게 된다. 따라서 본 발명에서는 높은 해상도 및 깊이 영역을 위하여 작은 구경의 초점거리가 긴 요소렌즈를 사용하고 사용자의 위치를 추적하여 그에 해당하는 요소영상의 이동을 통한 테이블탑 3D 디스플레이의 시역을 확대하는 방법을 제안한다.

도면 4는 테이블탑 3D 디스플레이의 x축 방향 구조도 및 시역을 나타낸다. 도면 4의 요소영상 면(Elemental image plane)상의 점 x _{1 a} , x _{1 b} , x _{1 c} 의 경우 각각 해당 요소 렌즈를 통과하며 집적 되어 A(x ₁,z ₁)의 위치에 결상 되고 Viewer1의 위치에서 관찰할 수 있게 된다. 그리고 x축 방향으로도 도면 4 및 식 (1)과 같은 시야각을 갖게 되어 일정 영역을 벗어나게 되면 제대로 된 영상을 볼 수 없게 된다. 즉, Viewer2 및 Viewer3의 위치에서는 제대로 된 영상을 볼 수 없게 된다.

도면 4의 요소영상 면에 있는 전체 요소영상을 x축 방향으로 S _r 만큼 이동시키게 되면 세 점 x _{1 a} , x _{1 b} , x _{1 c} 는 각각 x _{1 a} +S _r , x _{1 b} +S _r , x _{1 c} +S _r 이 된다. 이 이동된 세 점이 각각의 해당 요소렌즈를 통과하게 되면 집적되어 A'(x' ₁,z ₁)의 위치에 결상되고 Viewer2의 위치에서 관찰할 수 있게 된다. 반대로 전체 요소영상이 x축 방향으로 S _l 만큼 이동하게 되면, 세 점의 위치는 각각 x _{1 a} -S _l , x _{1 b} -S _l , x _{1 c} -S _l 이 된다. 이 이동된 세 점이 각각의 해당 요소렌즈를 통과하게 되면 집적되어 A'(x'' ₁,z ₁)의 위치에 결상되고 Viewer3의 위치에서 관찰할 수 있게 된다. 따라서 사용자의 움직임을 감지하고 이에 따라 요소영상은 이동하여 주는 것만으로 사용자 추적을 통한 시역 확대가 가능해지게 된다.

그리고 이는 수평축뿐만 아니라 수직축에도 같은 방법으로 적용이 가능하여 수직 방향에 대한 사용자의 이동을 추적하여 수직 방향에 대한 시역 확대 또한 가능해 지게 된다.

Claims (4)

1. 요소영상 면(Elemental image plane)상의 점의 경우 각각 렌즈어레이의 해당 요소 렌즈를 통과하며 집적 되어 일정거리 이격된 위치에 결상 되고 상기 결상 위치에서 일정거리 이격된 위치의 Viewer에서 관찰할 수 있게 되되, 좁은 시야각을 보상하기 위하여, 기준 위치로부터 관찰자의 위치를 확인한 후 이에 따라 요소영상을 일정 방향으로 이동시켜 넓은 영역에서 테이블탑 형태의 3D 디스플레이에 직립하여 서 있는 3차원 영상을 제공하는 테이블탑 3D 디스플레이 시스템에서 사용자 추적 기반의 시역 확대 방법에 있어서,
   상기 일정 방향으로 이동시키는 것은 요소영상의 수평 이동을 통한 시역 이동으로서, 테이블탑형 3D 디스플레이의 수평 시역 확대가 되어 넓은 영역에서 테이블탑 형태의 3D 디스플레이에 직립하여 서 있는 3차원 영상을 제공하는 것이며,
   상기 요소영상 면에 있는 전체 요소영상을 x축 방향으로 일정거리(S_r )만큼 수평이동시키게 되면 세 점 x _{1 a} , x _{1 b} , x _{1 c} 는 각각 x _{1 a} +S_r , x _{1 b} +S_r , x _{1 c} +S_r 이 되고, 이동된 세 점이 각각의 해당 요소렌즈를 통과하게 되면 집적되어 수평이동하기 전 위치 A(x ₁,z ₁)와 달라진 위치인A'(x' ₁,z ₁)의 위치에 결상되고, 수평이동하기 전 뷰(Viewer 1)와 달라진 뷰인 Viewer2의 위치에서 관찰할 수 있게 되는 것이며, 반대로 전체 요소영상이 x축 방향으로 S_l 만큼 이동하게 되면, 세 점의 위치는 각각 x _{1 a} -S_l , x _{1 b} -S_l , x _{1 c} -S_l 이 되고, 이동된 세 점이 각각의 해당 요소렌즈를 통과하게 되면 집적되어 A'(x'' ₁,z ₁)의 위치에 결상되고 Viewer3의 위치에서 관찰할 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 테이블탑 3D 디스플레이 시스템에서 사용자 추적 기반의 시역 확대 방법
   
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