KR102467882B1 - 개인 몰입형 표시장치와 이의 구동방법 - Google Patents

개인 몰입형 표시장치와 이의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표시 패널, 구동부, 광학렌즈 및 타이밍 제어부를 포함하는 증강/가상현실기기를 제공한다. 표시 패널은 영상을 표시한다. 구동부는 표시 패널을 구동한다. 광학렌즈는 표시 패널에 표시된 영상을 투과시킨다. 타이밍 제어부는 외부로부터 입력된 평평한 영상 데이터신호를 왜곡된 영상 데이터신호로 변경하기 위한 보상용 영상 처리를 수행한 후 구동부에 공급한다.

Description

개인 몰입형 표시장치와 이의 구동방법{PERSONAL IMMERSION DISPLAY DEVICE AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 가상현실과 증강현실을 구현할 수 있는 개인 몰입형 표시장치와 이의 구동방법에 관한 것이다.
정보화 기술이 발달함에 따라 사용자와 정보 간의 연결 매체인 표시장치의 시장이 커지고 있다. 이에 따라, 액정 표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 전계발광 표시소자(Light Emitting Display, LED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 표시소자를 기반으로한 표시장치의 사용이 증가하고 있다.
표시장치는 다양한 형태의 표시소자를 기반으로 표시 패널을 구현한다. 표시장치에는 복수의 서브 픽셀을 포함하는 표시 패널, 표시 패널을 구동하는 구동부 및 표시 패널에 전원을 공급하는 전원 공급부 등이 포함된다. 구동부에는 표시 패널에 스캔신호(또는 게이트신호)를 공급하는 스캔구동부 및 표시 패널에 데이터신호를 공급하는 데이터 구동부 등이 포함된다. 표시장치는 텔레비젼, 영상 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈시어터, 스마트폰은 물론이고, 증강/가상현실기기(Augmented/Virtual Reality Device) 등으로도 구현될 수 있다.
앞서 설명된 표시장치들 중 증강/가상현실기기와 같은 개인 몰입형 표시장치는 다른 표시장치들과 달리 렌즈를 통해 영상을 표시한다. 따라서, 증강/가상현실기기와 같이 렌즈를 통해 영상을 표시하는 표시장치는 일반적으로 사용되고 있는 영상 구현용 데이터신호를 그대로 사용할 수 없어 렌즈의 왜곡(lens distortion)을 고려한 보상용 영상 처리가 필요하다. 그런데 종래에 제안된 방식은 해상도가 증가할수록 연산량이 많아져 영상을 생성하는 시간 또한 증가하는 문제가 있어 이의 개선이 요구된다.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 렌즈 왜곡 보상에 따른 부하를 감소시키기 위해 워크로드(workload)를 증가시키는 워프 렌더링 작업을 시스템측이 아닌 표시 모듈 측으로 분산(낮추어)하여 모션투포톤(Motion to Photon)을 감소시키고 매끄럽고 안정적인 영상을 구현하는 것이다. 또한, 본 발명은 빠른 연산과 더불어 메모리의 재사용성을 높여 실시간으로 보상용 영상 처리를 수행하는 것이다.
상술한 과제 해결 수단으로 본 발명은 표시 패널, 구동부, 광학렌즈 및 타이밍 제어부를 포함하는 개인 몰입형 표시장치를 제공한다. 표시 패널은 영상을 표시한다. 구동부는 표시 패널을 구동한다. 광학렌즈는 표시 패널에 표시된 영상을 투과시킨다. 타이밍 제어부는 외부로부터 입력된 평평한 영상 데이터신호를 왜곡된 영상 데이터신호로 변경하기 위한 보상용 영상 처리를 수행한 후 구동부에 공급한다.
상기 타이밍 제어부는 렌즈의 왜곡(lens distortion)을 고려하여 보상용 영상 처리를 수행하는 왜곡 보상부를 더 포함하고, 왜곡 보상부는 룩업 테이블을 기반으로 한 연산을 통해 평평한 영상 데이터신호를 왜곡된 영상 데이터신호로 변경할 수 있다.
왜곡 보상부는 룩업 테이블이 저장된 제1메모리와 연동하여 외부로부터 순차적으로 입력되는 평평한 영상 데이터신호에 대한 위치별 렌즈 왜곡 정보를 독출하는 왜곡 정보 전송부를 포함할 수 있다.
왜곡 보상부는 평평한 영상 데이터신호의 현재 위치 정보와 왜곡 정보 전송부로부터 전달된 렌즈 왜곡 정보를 기반으로 보정 좌표 생성을 위한 계산을 하고 왜곡 정보가 필요한 위치에 왜곡 정보를 부여하는 왜곡 정보 부여부를 포함할 수 있다.
왜곡 정보 부여부는 왜곡 정보를 부여함에 따라 마련된 왜곡된 영상 데이터신호를 제2메모리에 저장할 수 있다.
타이밍 제어부는 n(n은 1 이상 정수)개의 라인 단위로 또는 n개의 블록 단위로 상기 표시 패널에 표시할 영상 데이터신호를 스캔하면서 상기 평평한 영상 데이터신호를 상기 왜곡된 영상 데이터신호로 변경할 수 있다.
제2메모리는 라인 메모리일 수 있다.
다른 측면에서 본 발명은 영상을 표시하는 표시 패널, 표시 패널을 구동하는 구동부, 표시 패널에 표시된 영상을 투과시키는 광학렌즈, 및 구동부를 제어하는 타이밍 제어부를 포함하는 개인 몰입형 표시장치의 구동방법을 제공한다. 개인 몰입형 표시장치의 구동방법은 외부로부터 평평한 영상 데이터신호를 입력받는 단계, 및 평평한 영상 데이터신호를 룩업 테이블을 기반으로 한 연산을 통해 왜곡된 영상 데이터신호로 변경하는 단계를 포함하고, 왜곡된 영상 데이터신호로 변경하는 단계는 타이밍 제어부에서 이루어진다.
왜곡된 영상 데이터신호로 변경하는 단계는 룩업 테이블을 참조하여 외부로부터 순차적으로 입력되는 평평한 영상 데이터신호에 대한 위치별 렌즈 왜곡 정보를 독출하는 단계와, 평평한 영상 데이터신호의 현재 위치 정보와 렌즈 왜곡 정보를 기반으로 보정 좌표 생성을 위한 계산을 하고 왜곡 정보가 필요한 위치에 왜곡 정보를 부여하여 평평한 영상 데이터신호를 왜곡된 영상 데이터신호로 변경하는 단계를 포함할 수 있다.
왜곡된 영상 데이터신호로 변경하는 단계는 n(n은 1 이상 정수)개의 라인 단위로 또는 n개의 블록 단위로 표시 패널에 표시할 영상 데이터신호를 스캔하면서 평평한 영상 데이터신호를 왜곡된 영상 데이터신호로 변경할 수 있다.
본 발명은 렌즈 왜곡 보상에 따른 부하를 감소시킬 수 있는 증강/가상현실기기 및 이의 구동방법을 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 워크로드(workload)를 증가시키는 워프 렌더링 작업을 시스템측이 아닌 표시 모듈 측으로 분산(낮추어)하여 모션투포톤(Motion to Photon)을 감소시키고 매끄럽고 안정적인 영상을 구현할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 빠른 연산과 더불어 메모리의 재사용성을 높여 실시간으로 보상용 영상 처리를 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 유기전계발광표시장치의 개략적인 블록도.
도 2는 서브 픽셀의 개략적인 회로 구성도.
도 3은 표시 패널의 평면 예시도.
도 4는 도 3의 I1-I2 영역의 단면 예시도.
도 5는 증강/가상현실기기의 예시도.
도 6은 도 5의 일부를 나타낸 예시도.
도 7은 렌즈에 따른 영상의 왜곡 양상을 나타낸 도면.
도 8은 실험예에 따른 영상 구현 과정을 설명하기 위한 도면.
도 9는 실험예에 따른 증강/가상현실기기의 일부 그리고 이들에서 볼 수 있는 신호의 형태를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 영상 구현 과정을 설명하기 위한 도면.
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 증강/가상현실기기의 일부 그리고 이들에서 나타나는 신호의 형태를 나타낸 도면.
도 12는 실험예와 제1실시예 간의 차이점을 보여주는 도면.
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따라 타이밍 제어부와 메모리부를 나타낸 도면.
도 14는 타이밍 제어부에 포함된 구성과 메모리부 간의 연동 방식을 설명하기 위한 도면.
도 15는 도 14의 왜곡 정보 전송부의 모션 펙터와 관련된 부분을 설명하기 위한 도면.
도 16 내지 도 18은 스캔 방식별 메모리 재사용성을 설명하기 위한 도면들.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
이하에서 설명되는 본 발명은 액정 표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 전계발광 표시소자(Light Emitting Display, LED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 표시소자를 기반으로 구현된다. 그러나 이하에서는 전계발광 표시소자의 한 예인 유기전계발광표시장치를 일례로 설명한다.
이하에서 설명되는 표시장치는 텔레비젼, 영상 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈시어터, 스마트폰은 물론이고, 증강/가상현실기기(Augmented/Virtual Reality Device)와 같은 개인 몰입형 표시장치 등으로도 구현될 수 있다. 그러나 이하에서 설명되는 표시장치는 특히 증강/가상현실기기를 구현할 때 유용하다.
도 1은 유기전계발광표시장치의 개략적인 블록도이고, 도 2는 서브 픽셀의 개략적인 회로 구성도이고, 도 3은 표시 패널의 평면 예시도이고, 도 4는 도 3의 I1-I2 영역의 단면 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유기전계발광표시장치는 타이밍 제어부(151), 메모리부(152), 데이터 구동부(155), 스캔 구동부(157), 표시 패널(110) 및 전원 공급부(153)를 포함한다.
타이밍 제어부(151)는 영상 처리부(159)로부터 데이터신호(DATA)와 더불어 데이터 인에이블 신호, 수직 동기신호, 수평 동기신호 및 클럭신호 등을 포함하는 구동신호 등을 공급받는다. 타이밍 제어부(151)는 구동신호에 기초하여 스캔 구동부(157)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호(GDC)와 데이터 구동부(155)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호(DDC)를 출력한다. 타이밍 제어부(151)는 IC(Integrated Circuit) 형태로 형성될 수 있다.
데이터 구동부(155)는 타이밍 제어부(151)로부터 공급된 데이터 타이밍 제어신호(DDC)에 응답하여 타이밍 제어부(151)로부터 공급되는 데이터신호(DATA)를 샘플링하고 래치하여 감마 기준전압으로 디지털 데이터신호를 아날로그 데이터신호(또는 데이터전압)로 변환하여 출력한다. 데이터 구동부(155)는 데이터라인들(DL1 ~ DLn)을 통해 데이터신호(DATA)를 출력한다. 데이터 구동부(155)는 IC 형태로 형성될 수 있다.
스캔 구동부(157)는 타이밍 제어부(151)로부터 공급된 게이트 타이밍 제어신호(GDC)에 응답하여 스캔신호를 출력한다. 스캔 구동부(157)는 스캔라인들(GL1 ~ GLm)을 통해 스캔신호를 출력한다. 스캔 구동부(157)는 IC 형태로 형성되거나 표시 패널(110)에 게이트인패널(Gate In Panel) 방식(박막 공정으로 트랜지스터를 형성하는 방식)으로 형성된다.
전원 공급부(153)는 고전위전압과 저전위전압 등을 출력한다. 전원 공급부(153)로부터 출력된 고전위전압과 저전위전압 등은 표시 패널(110)에 공급된다. 고전위전압은 제1전원라인(EVDD)을 통해 표시 패널(110)에 공급되고 저전위전압은 제2전원라인(EVSS)을 통해 표시 패널(110)에 공급된다. 전원 공급부(153)는 IC 형태로 형성될 수 있다.
표시 패널(110)은 데이터 구동부(155)로부터 공급된 데이터신호, 스캔 구동부(157)로부터 공급된 스캔신호 그리고 전원 공급부(153)로부터 공급된 전원을 기반으로 영상을 표시한다. 표시 패널(110)은 영상을 표시할 수 있도록 동작하며 빛을 발광하는 서브 픽셀들(SP)을 포함한다.
서브 픽셀들(SP)은 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀을 포함하거나 백색 서브 픽셀, 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀을 포함한다. 서브 픽셀들(SP)은 발광 특성에 따라 하나 이상 다른 발광 면적을 가질 수 있다. 또한, 서브 픽셀들(SP)은 삼각형, 사각형, 직사각형, 다각형, 원형, 타원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 서브 픽셀은 데이터라인(DL1), 스캔라인(GL1)의 교차영역에 위치하며, 구동 트랜지스터(DR)의 게이트-소스간 전압을 셋팅하기 위한 프로그래밍부(SC)와 유기 발광다이오드(OLED)를 포함한다. 서브 픽셀은 프로그래밍부(SC)에 포함된 트랜지스터들과 커패시터의 구성에 따라 2T(Transistor)1C(Capacitor), 3T1C, 4T2C, 5T2C, 6T2C, 7T2C 등으로 다양하게 구성될 수 있다.
유기발광 다이오드(OLED)는 애노드(ANO), 캐소드(CAT), 및 애노드(ANO)와 캐소드(CAT) 사이에 개재된 유기 발광층을 포함한다. 애노드(ANO)는 구동 트랜지스터(DR)와 접속된다.
프로그래밍부(SC)는 적어도 하나 이상의 스위칭 트랜지스터와, 적어도 하나 이상의 커패시터를 포함하는 트랜지스터부(트랜지스터 어레이)로 구현될 수 있다. 트랜지스터부는 CMOS 반도체, PMOS 반도체 또는 NMOS 반도체를 기반으로 구현된다. 트랜지스터부에 포함된 트랜지스터들은 p 타입 또는 n 타입 등으로 구현될 수 있다. 또한, 서브 픽셀의 트랜지스터부에 포함된 트랜지스터들의 반도체층은, 아몰포스 실리콘 또는, 폴리 실리콘 또는, 산화물을 포함할 수 있다.
스위칭 트랜지스터는 스캔라인(GL1)으로부터의 스캔신호에 응답하여 턴 온 됨으로써, 데이터라인(DL1)으로부터의 데이터전압을 커패시터의 일측 전극에 인가한다. 구동 트랜지스터(DR)는 커패시터에 충전된 전압의 크기에 따라 전류량을 제어하여 유기 발광다이오드(OLED)의 발광량을 조절한다. 유기 발광다이오드(OLED)의 발광량은 구동 트랜지스터(DR)로부터 공급되는 전류량에 비례한다. 또한, 서브 픽셀은 제1전원라인(EVDD)과 제2전원라인(EVSS)에 연결되며, 이들로부터 고전위전압과 저전위전압을 공급받는다.
도 3에 도시된 바와 같이, 표시 패널(110)은 하부기판(110a), 상부기판(110b), 표시영역(AA), 패드부(PAD) 등을 포함한다. 표시영역(AA)은 빛을 발광하는 서브 픽셀들(SP)로 이루어진다. 표시영역(AA)의 서브 픽셀들(SP)은 수분이나 산소 등에 취약하므로 밀봉되지만, 패드부(PAD)는 외부 기판과의 전기적인 연결을 도모하기 위한 패드들로 이루어지므로 외부로 노출된다.
표시영역(AA)은 하부기판(110a)의 거의 모든 면을 차지하도록 배치될 수 있고, 패드부(PAD)는 하부기판(110a)의 일측 외곽에 배치될 수 있다. 표시 패널(110)은 사각형 형상으로 구현된 것을 일례로 하였으나, 이는 오각형, 육각형, 다각형, 원형, 타원형 등 다양한 형상으로 구현될 수 있다.
도 3 및 도 4 (a)에 도시된 바와 같이, 표시영역(AA)은 하부기판(110a)과 상부기판(110b) 사이에 존재하는 밀봉부재(170)에 의해 밀봉될 수 있다. 도 3 및 도 4 (b)에 도시된 바와 같이, 표시영역(AA)은 하부기판(110a)과 상부기판(110b) 만으로 밀봉될 수 있다.
표시 패널(110)은 평평하게 펴진 형태, 유연하게 구부리거나 펼 수 있는 형태, 곡면을 갖는 형태 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 또한, 표시 패널(110)은 하부기판(110a) 방향으로 빛을 출사하는 하부발광(Bottom Emission), 상부기판(110b) 방향으로 빛을 출사하는 상부발광(Top Emission), 또는 양쪽 기판(110a, 110b) 방향으로 빛을 출사하는 양면발광(Dual Emission) 등의 형태로도 구현될 수 있다. 그러므로 표시 패널(110)의 밀봉 구조는 구현하고자 하는 형태에 맞추어 선택될 수 있는바 도 3 및 도 4의 설명에 한정되지 않는다.
도 5는 증강/가상현실기기의 예시도이고, 도 6은 도 5의 일부를 나타낸 예시도이며, 도 7은 렌즈에 따른 영상의 왜곡 양상을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 증강/가상현실기기(100)는 표시 패널(110), 연성회로기판(140), 인쇄회로기판(150), 제1거울(160a), 제2거울(160b), 광가이드(170), 광학렌즈(180), 체결부(195) 및 하우징(190)을 포함한다.
하우징(190)은 증강/가상현실기기(100)를 구성하는 장치 예컨대 표시 패널(110), 연성회로기판(140), 인쇄회로기판(150) 등을 수납하는 역할을 한다. 하우징(190)은 제1하우징(190a)과 제2하우징(190b)을 포함할 수 있다. 제1하우징(190a)과 제2하우징(190b)은 체결부(195)에 의해 물리적으로 결합될 수 있다.
표시 패널(110)과 인쇄회로기판(150)은 연성회로기판(140)에 의해 전기적으로 연결된다. 표시 패널(110)에는 게이트인패널 형태로 스캔 구동부 등이 배치될 수 있다. 인쇄회로기판(150)에는 IC 형태의 데이터 구동부 등이 배치될 수 있다. 인쇄회로기판(150)에는 IC 형태의 타이밍 제어부와 전원 공급부 등이 배치될 수 있다.
광학렌즈(180)는 표시 패널(110)의 표시영역의 전면에 배치된다. 광학렌즈(180)는 표시 패널(110)의 화각을 넓히고 초점거리를 짧게 형성할 수 있는 렌즈로 선택될 수 있다. 예컨대, 광학렌즈(180)는 빛이 출사되는 면이 볼록한 볼록렌즈가 선택될 수 있다. 광학렌즈(180)는 제1하우징(190a)과 제2하우징(190b) 사이에 배치될 수 있다.
제1거울(160a)은 광학렌즈(180)의 전면에 배치된다. 제1거울(160a)은 광학렌즈(180)로부터 출사되어 수직 방향으로 입사된 영상(빛)을 수평 방향으로 반사시키는 역할을 한다. 제1거울(160a)은 광 경로를 수직 방향에서 수평 방향으로 변경하는 역할을 한다. 이를 위해, 제1거울(160a)은 제1기울기를 갖는다.
광가이드(170)는 제1거울(160a)과 제2거울(160b) 사이에 배치된다. 광가이드(170)의 일측은 제1거울(160a)에 접하고 타측은 제2거울(160b)에 접한다. 광가이드(170)는 제1거울(160a)로부터 반사된 영상(빛)을 제2거울(160b)로 안내하는 역할을 한다.
제2거울(160b)은 광가이드(170)의 타측에 배치된다. 제2거울(160b)은 광가이드(170)를 통과한 후 수평 방향으로 입사된 영상(빛)을 수직 방향으로 반사시키는 역할을 한다. 제2거울(160b)은 광 경로를 수평 방향에서 수직 방향으로 변경하는 역할을 한다. 이를 위해, 제2거울(160b)은 제1기울기와 대칭하는 제2기울기를 가질 수 있다. 제2거울(160b)은 표시 패널(110)에 표시된 영상은 물론 외부로부터 볼 수 있는 환경이나 물체 등을 함께 나타낼 수 있는 반투과형 거울(Half Mirror)로 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
앞서 간략히 설명한 바와 같이, 증강/가상현실기기(100)는 표시 패널(110)에 표시된 영상이 광학렌즈(180) 등을 통해 표시된다. 따라서, 일반적으로 사용되고 있는 영상 구현용 데이터신호를 그대로 사용할 수 없어 렌즈의 왜곡(lens distortion)을 고려한 보상용 영상 처리가 필요하다. 이와 관련된 설명을 덧붙이면 다음과 같다.
베럴 디스토션(Barrel Distortion)은 영상 등이 볼목 렌즈를 통과했을 때 나타나는 왜곡을 의미한다. 도면을 통해 알 수 있듯이, 베럴 디스토션으로 인하여, 영상은 중앙영역이 바깥쪽으로 휘어져 보이는 형태로 표현된다. 이러한 현상은 어안 렌즈와 같이 초점 길이(focal length)가 작은 렌즈에서 두드러지게 나타난다. 핀쿠션 디스토션(Pincushion Distortion)은 영상 등이 오록 렌즈를 통과했을 때 나타나는 왜곡을 의미한다. 도면을 통해 알 수 있듯이, 핀쿠션 디스토션으로 인하여, 영상은 중앙영역이 안쪽으로 휘어져 보이는 형태로 표현된다.
렌즈의 종류에 따른 영상의 왜곡과 관련된 설명을 통해 알 수 있듯이, 증강/가상현실기기(100)는 광학렌즈(180)를 투과한 영상을 시청하는바, 렌즈의 종류에 따른 왜곡을 보상하기 위한 보상용 영상 처리를 수행해야 한다. 예컨대, 일반적인 영상이 오목 렌즈나 볼록 렌즈를 투과할 경우 위와 같은 왜곡이 발생한다. 그러므로 사용자 등이 왜곡이 없는 정상적인 영상을 시청하기 위해서는 최종적으로 투과되는 렌즈의 종류를 고려한 영상 보상이 필요하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 실험예를 간략히 설명하고 실험예에서 나타나는 문제를 해소할 수 있는 실시예에 대해 설명한다.
<실험예>
도 8은 실험예에 따른 영상 구현 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 실험예에 따른 증강/가상현실기기의 일부 그리고 이들에서 볼 수 있는 신호의 형태를 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 실험예는 각도 센싱 단계(S110), 왜곡 형성 단계(S120), 영상 출력 단계(S130), 렌즈 통과 단계(S140) 및 사용자의 눈으로 전달하는 단계(S150)를 포함한다.
각도 센싱 단계(S110)와 왜곡 형성 단계(S120)는 그래픽 프로세싱부(Graphic Processing Unit; GPU) 또는 컴퓨터(PC) 등 시스템측(System)에 포함된 영상 처리부(159)에서 이루어진다. 영상 출력 단계(S130)는 표시 모듈측(PNL)에 포함된 타이밍 제어부(151)서 이루어진다. 렌즈 통과 단계(S140)와 사용자의 눈으로 전달하는 단계(S150)는 사용자측(USR)에서 이루어진다.
증강/가상현실기기를 통해 표현되는 영상은 이처럼 렌즈를 통해서 사용자의 눈에 도달하게 된다. 실험예는 렌즈에서 생기는 왜곡을 보상하기 위해 그래픽 프로세싱부(GPU)나 컴퓨터(PC)에서 이를 보상할 수 있는 왜곡(예: Barrel distortion)을 미리 만들어 준다.
실험예는 평평한 영상 데이터신호(FDATA)에 왜곡을 부여하데 많은 시간을 소모한다. 따라서, 실험예는 모션투포톤(Motion to Photon)(사용자에게 어지럼증을 유발하는 움직임이 화면에 완전히 반영되는 데 필요한 시간)이 길어지게 되어 어지럼증을 유발하는 것으로 나타났다. 또한, 실험예는 왜곡을 부여하데 많은 시간을 소모하는바, 해상도가 증가할수록 처리해야 하는 픽셀 수 증가에 따른 연산량의 증가를 소화하기 어렵다. 따라서, 실험예는 영상을 생성하는 시간 또한 증가시키는 것으로 나타났다.
위와 같은 문제가 실험예에서 나타나는 원인을 연구한 결과, 영상에 왜곡을 부여하는 보상용 영상 처리 과정은 많은 시간을 소모하는데 이 과정이 영상 처리부의 연산량 증가(기존 연산량 + 영상 왜곡을 위한 연산량의 추가)에 큰 역할(또 다른 부하 증가 양산)을 하게 되었기 때문인 것으로 나타났다.
<제1실시예>
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 영상 구현 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 증강/가상현실기기의 일부 그리고 이들에서 나타나는 신호의 형태를 나타낸 도면이며, 도 12는 실험예와 제1실시예 간의 차이점을 보여주는 도면이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 증강/가상현실기기는 각도 센싱 단계(S210), 왜곡 형성 단계(S220), 영상 출력 단계(S230), 렌즈 통과 단계(S240) 및 사용자의 눈으로 전달하는 단계(S250)를 포함한다.
각도 센싱 단계(S210)는 그래픽 프로세싱부(Graphic Processing Unit; GPU) 또는 컴퓨터(PC) 등 시스템측(System)에 포함된 영상 처리부(159)에서 이루어진다. 왜곡 형성 단계(S220)와 영상 출력 단계(S230)는 표시 모듈측(PNL)에 포함된 타이밍 제어부(151)에서 이루어진다. 렌즈 통과 단계(S240)와 사용자의 눈으로 전달하는 단계(S250)는 사용자측(USR)에서 이루어진다.
각도 센싱 단계(S210)는 증강/가상현실기기를 착용하고 있는 사용자의 시야각 방향을 감지하고 각도 정보를 얻는 단계이다. 각도 센싱을 통해 사용자의 시야각 방향을 감지하면 사용자 중심으로 보상용 영상 처리 및 영상 표현(Rendering)이 가능해 진다. 증강/가상현실기기는 사용자가 보는 방향을 기반으로 다양한 영상 효과를 표현할 수 있기 때문에 각도 센싱을 수행할 수 있지만 이는 생략될 수도 있다.
영상 처리부(159)는 그래픽 프로세싱부(Graphic Processing Unit; GPU) 또는 컴퓨터(PC) 등의 영상 소스로서, 각도 정보와 함께 외부로부터 공급된 평평한 영상 데이터신호(일반 영상 데이터신호)(FDATA)를 그대로 출력한다.
왜곡 형성 단계(S220)는 평평한 영상 데이터신호(FDATA)를 왜곡된 영상 데이터신호(DDATA)로 변경하기 위한 보상용 영상 처리를 수행하는 단계이다. 타이밍 제어부(151)는 적어도 하나의 메모리부(152)를 리드/라이트하는 단계(S260)를 거치며 평평한 영상 데이터신호(FDATA)를 왜곡된 영상 데이터신호(DDATA)로 변경하기 위한 영상 보상을 수행한다. 타이밍 제어부(151)는 렌즈에서 생기는 왜곡을 보상할 수 있는 왜곡(예: Barrel distortion)을 미리 만들어 준다.
영상 출력 단계(S230)는 타이밍 제어부(151)로부터 생성된 왜곡된 영상 데이터신호(DDATA)를 출력하는 단계이다. 타이밍 제어부(151)는 표시 패널의 해상도 등에 맞게 왜곡된 영상 데이터신호(DDATA)를 가공하여 출력할 수 있다. 타이밍 제어부(151)로부터 출력된 왜곡된 영상 데이터신호(DDATA)는 데이터 구동부를 거쳐 표시 패널에 인가된다.
렌즈 통과 단계(S240)는 표시 패널에 표시된 왜곡된 영상 데이터신호(DDATA) 기반의 영상이 렌즈를 통과하는 단계이다. 렌즈를 통과한 영상은 거울 등에 반사되어 사용자측(USR)의 눈이 위치하는 부분에 구현된다.
사용자의 눈으로 전달하는 단계(S250)는 표시 패널을 통해 표시된 영상이 사용자의 눈으로 최종 전달되는 단계이다. 사용자측(USR)에서는 거울 등에 비친 영상을 시청하게 된다.
도 12 (a)와 (b)를 비교해 보면, 실험예(a)는 보상용 영상 처리를 수행하기 위한 워프 렌더링(Warp rendering) 작업이 시스템측(System)의 영상 처리부(159)에서 이루어진다. 즉, 실험예(a)는 시스템측(System)에서 렌즈의 왜곡을 보상한다. 반면, 실시예(b)는 보상용 영상 처리를 수행하기 위한 워프 렌더링(Warp rendering) 작업이 표시 모듈측(PNL)의 타이밍 제어부(151)에서 이루어진다. 즉, 실시예(b)는 시스템측(System)의 후단에 위치한 표시 모듈측(PNL)에서 렌즈의 왜곡을 보상한다.
실험예(a)를 통해 알 수 있듯이, 영상을 왜곡하는 워프 렌더링 작업은 해상도가 커질수록 연산량이 많아져 영상을 생성하는 시간의 증가(영상 처리 지연)로 이어지는 등 다양한 문제를 야기하게 된다.
실시예(b)는 영상 처리부(159)의 연산량 증가(부하 증가)에 따른 영상 처리 지연을 해소하기 위해 타이밍 제어부(151)를 이용하여 평평한 영상 데이터신호(FDATA)를 왜곡된 영상 데이터신호(DDATA)로 변경한다. 즉, 실시예는 영상 처리부(159)의 워크로드(workload)를 증가시키는 워프 렌더링 작업을 타이밍 제어부(151)로 분산(낮추어)하여 모션투포톤(Motion to Photon)을 감소시켜 매끄럽고 안정적인 영상을 구현할할 수 있는 효과가 있다.
이를 위해, 타이밍 제어부(151)는 적어도 하나의 메모리부와 연동하며 왜곡 보상(베럴 디스토션)을 수행할 수 있는데 이를 더욱 구체적으로 설명하면 다음의 제2실시예와 같다.
이하에서 설명되는 본 발명의 제2실시예는 제1실시예를 기반으로 하되, 이를 달성하기 위해 장치의 일부를 더욱 구체적으로 설명하는 부분에 해당하므로, 제1실시예에서 설명된 부분은 생략하는 대신 제2실시예에 해당하는 부분을 구체적으로 설명한다.
<제2실시예>
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따라 타이밍 제어부와 메모리부를 나타낸 도면이고, 도 14는 타이밍 제어부에 포함된 구성과 메모리부 간의 연동 방식을 설명하기 위한 도면이며, 도 15는 도 14의 왜곡 정보 전송부의 모션 펙터와 관련된 부분을 설명하기 위한 도면이고, 도 16 내지 도 18은 스캔 방식별 메모리 재사용성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 타이밍 제어부(151)는 내부 또는 외부에 위치하는 메모리부(152)를 포함한다. 메모리부(152)는 제1메모리(152a)와 제2메모리(152b)를 포함한다. 타이밍 제어부(151)는 메모리부(152)와 연동한다.
타이밍 제어부(151)는 렌즈의 왜곡(lens distortion)을 고려한 보상용 영상 처리를 수행하는 왜곡 보상부(154)를 포함한다. 왜곡 보상부(154)는 왜곡 정보 전송부(154a)와 왜곡 정보 부여부(154b)를 포함한다. 왜곡 정보 전송부(154a)는 제1메모리(152a)와 연동하고 왜곡 정보 부여부(154b)는 제2메모리(152b)와 연동한다.
제1메모리(152a)는 모션 펙터(Motion factor) 그리고 렌즈의 왜곡 정보를 저장하고 있는 메모리이다. 렌즈의 왜곡 정보는 렌즈의 종류에 맞게 룩업 테이블 형태로 저장된 데이터들을 포함할 수 있다. 룩업 테이블을 구성하는 데이터들은 하나 또는 렌즈의 종류에 따라 마련될 수 있음은 물론이고, 렌즈의 위치에 따라 다른 게인값을 부여하도록 마련될 수도 있다.
왜곡 정보 전송부(154a)는 외부로부터 순차적으로 입력되는 평평한 영상 데이터신호(FDATA)에 대한 위치별 렌즈 왜곡 정보를 독출 및 전송하는 역할을 한다. 왜곡 정보 전송부(154a)는 외부로부터 평평한 영상 데이터신호(FDATA)가 입력될 때마다 제1메모리(152a)와 연동하여(룩업 테이블을 불러들이는 리드) 위치별 렌즈 왜곡 정보를 독출하고 후단의 왜곡 정보 부여부(154b)에 전송한다.
왜곡 정보 전송부(154a)는 제1메모리(152a)와 연동하며 영상의 중심으로부터 위치하게 될 지점의 비율을 설정한다. 예컨대, 왜곡 정보 전송부(154a)는 도 15 및 하기의 수식을 기반으로 모션 펙터를 구할 수 있다. 하기 수식에서 Rc , Cc 는 중심의 좌표를 의미하고, Ro , Co 는 현재위치의 좌표를 의미하고, Rn , Cn 는 최종 위치의 좌표를 의미한다.
Rn = (Rc - Ro) * motion_factor + Rc
Cn = (Cc - Co) * motion_factor + Cc
모션 펙터는 렌즈의 특성 즉, 설계에 따라 달라질 수 있다. 그리고 모션 펙터로 인해 제1메모리(152a)의 필요 용량도 결정될 수 있다.
왜곡 정보 부여부(154b)는 평평한 영상 데이터신호(FDATA)에 왜곡 정보를 부여하여 왜곡된 영상 데이터신호(DDATA)를 생성하는 역할을 한다. 왜곡 정보 부여부(154b)는 평평한 영상 데이터신호(FDATA)의 현재 위치 정보와 왜곡 정보 전송부(154a)로부터 전달된 렌즈 왜곡 정보를 기반으로 최종적으로 도달하게 될 좌표 정보를 계산(보정 좌표 생성을 위한 계산)하고 왜곡 정보가 필요한 위치에 왜곡 정보를 부여한다. 왜곡 정보 부여부(154b)로부터 생성된 왜곡된 영상 데이터신호(DDATA)는 제2메모리(152b)에 저장(왜곡된 영상 데이터신호를 쓰는 라이트)된다.
제2메모리(152b)는 왜곡된 영상 데이터신호(DDATA)를 저장하는 메모리이다. 예컨대, 제2메모리(152b)는 영상의 최종 해상도만큼의 크기가 아닌 "메모리의 크기 : 표시 패널의 해상도 * (수직 최대 이동거리 * n) * (24bit + 위치 정보)"와 같은 크기를 가질 수 있다. n은 1 이상 정수로 정의될 수 있다.
제2실시예를 따르면, 타이밍 제어부(151)는 도 16 내지 도 18과 같은 스캔 방식으로 제2메모리(152b)의 재사용하면서 평평한 영상 데이터신호(FDATA)를 왜곡된 영상 데이터신호(DDATA)로 생성하기 위한 보상용 영상 처리를 수행할 수 있다. 보상용 영상 처리 시, 타이밍 제어부(151)의 제2메모리(152b)의 재사용성이 증가하면 증가할수록 프레임 지연(frame delay)은 발생하지 않는다. 스캔 방식에 따라 다를 수 있지만, 지연 시간은 수직 최대 이동거리 * n 지연(delay) 정도로 예상된다.
도 14에 도시된 바와 같이, 타이밍 제어부(151)는 n개의 라인 단위로 표시 패널(110)에 표시할 영상 데이터신호를 스캔(Scan)하면서 제2메모리(152b)를 재사용할 수 있다. 도 14와 같은 방식으로 영상 데이터신호를 스캔할 경우, 제2메모리(152b)는 라인 메모리로 선택된다.
도 15에 도시된 바와 같이, 타이밍 제어부(151)는 n개의 블록 단위로 표시 패널(110)에 표시할 영상 데이터신호를 스캔(Scan)하면서 제2메모리(152b)를 재사용할 수 있다. 도 15와 같은 방식으로 영상 데이터신호를 스캔할 경우, 제2메모리(152b)는 라인 메모리로 선택된다.
도 16에 도시된 바와 같이, 타이밍 제어부(151)는 n개의 프레임 단위로 표시 패널(110)에 표시할 영상 데이터신호를 스캔(Scan)하면서 제2메모리(152b)를 재사용할 수 있다. 도 16과 같은 방식으로 영상 데이터신호를 스캔할 경우, 제2메모리(152b)는 프레임 메모리로 선택된다.
도 14 내지 도 16에서, 제2메모리(152b)의 재사용성이 높은 방식은 n개의 라인 단위 그리고 n개의 블록 단위 스캔 방식이다. n개의 프레임 단위 스캔 방식은 앞서 언급한 두 방식 대비 제2메모리(152b)의 재사용성이 낮다.
설명을 덧붙이면, n개의 라인 단위 그리고 n개의 블록 단위 스캔 방식은 라인 메모리를 기반으로 연산을 하므로 영상 데이터신호가 입력될 때마다 실시간으로 보상용 영상 처리를 수행할 수 있는 효과가 있다. 반면, n개의 프레임 단위 스캔 방식은 영상 데이터신호의 누적으로 많은 양의 영상을 처리해야 하는바 실시간으로 보상용 영상 처리를 수행하기엔 다소 어려움이 있을 수 있다.
이 때문에, n개의 라인 단위 그리고 n개의 블록 단위 스캔 방식은 적은 양의 영상을 빠르게 처리할 수 있지만, n개의 프레임 단위 스캔 방식은 앞서 설명된 2 개의 방식 대비 메모리 재사용성이 낮음은 물론 빠른 영상 처리를 기대하기 어렵다. 그러므로 실시간 영상 처리를 하고자 한다면 n개의 라인 단위 스캔 방식 그리고 n개의 블록 단위 스캔 방식을 선택하는 것이 바람직하다.
이상 본 발명은 렌즈 왜곡 보상에 따른 부하를 감소시킬 수 있는 증강/가상현실기기 및 이의 구동방법을 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 워크로드(workload)를 증가시키는 워프 렌더링 작업을 시스템측이 아닌 표시 모듈 측으로 분산(낮추어)하여 모션투포톤(Motion to Photon)을 감소시키고 매끄럽고 안정적인 영상을 구현할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 빠른 연산과 더불어 메모리의 재사용성을 높여 실시간으로 보상용 영상 처리를 수행할 수 있는 효과가 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
151: 타이밍 제어부 152: 메모리부
152a: 제1메모리 152b: 제2메모리
155: 데이터 구동부 157: 스캔 구동부
110: 표시 패널 154a: 왜곡 정보 전송부
154b: 왜곡 정보 부여부

Claims (10)

  1. 영상을 표시하는 표시 패널;
    상기 표시 패널을 구동하는 구동부;
    상기 표시 패널에 표시된 영상을 투과시키는 광학렌즈; 및
    외부로부터 입력된 평평한 영상 데이터신호를 왜곡된 영상 데이터신호로 변경하기 위한 보상용 영상 처리를 수행한 후 상기 구동부에 공급하는 타이밍 제어부를 포함하고,
    상기 타이밍 제어부는 렌즈의 왜곡(lens distortion)을 고려하여 상기 보상용 영상 처리를 수행하는 왜곡 보상부를 더 포함하고,
    상기 왜곡 보상부는 룩업 테이블을 기반으로 한 연산을 통해 상기 평평한 영상 데이터신호를 상기 왜곡된 영상 데이터신호로 변경하기 위해 상기 룩업 테이블이 저장된 제1메모리와 연동하여 외부로부터 순차적으로 입력되는 상기 평평한 영상 데이터신호에 대한 위치별 렌즈 왜곡 정보를 독출하는 왜곡 정보 전송부와,
    상기 평평한 영상 데이터신호의 현재 위치 정보와 상기 왜곡 정보 전송부로부터 전달된 상기 렌즈 왜곡 정보를 기반으로 보정 좌표 생성을 위한 계산을 하고 왜곡 정보가 필요한 위치에 왜곡 정보를 부여하는 왜곡 정보 부여부를 포함하고,
    상기 왜곡 정보 부여부는 상기 왜곡 정보를 부여함에 따라 마련된 상기 왜곡된 영상 데이터신호를 제2메모리에 저장하고,
    상기 타이밍 제어부는 상기 제2메모리를 재사용하면서 보상용 영상 처리를 수행하고,
    상기 왜곡 정보 전송부는 상기 평평한 영상 데이터신호에 대한 상기 위치별 렌즈 왜곡 정보를 독출하기 위해 상기 제1메모리와 연동하며 영상의 중심으로부터 위치하게 될 지점의 비율을 설정하기 위한 모션 펙터를 구하되,
    상기 모션 펙터는 다음의 수식을 기반으로 구해지며,
    Rn = (Rc - Ro) * motion_factor + Rc
    Cn = (Cc - Co) * motion_factor + Cc
    상기 Rc , Cc 는 중심의 좌표를 의미하고, 상기 Ro , Co 는 현재위치의 좌표를 의미하고, 상기 Rn , Cn 는 최종 위치의 좌표를 의미하는 개인 몰입형 표시장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 타이밍 제어부는
    n(n은 1 이상 정수)개의 라인 단위로 또는 n개의 블록 단위로 상기 표시 패널에 표시할 영상 데이터신호를 스캔하면서 상기 평평한 영상 데이터신호를 상기 왜곡된 영상 데이터신호로 변경하는 개인 몰입형 표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2메모리는
    라인 메모리인 개인 몰입형 표시장치.
  8. 청구항 제1항에 의해 제작된 개인 몰입형 표시장치의 구동방법에 있어서,
    상기 외부로부터 상기 평평한 영상 데이터신호를 입력받는 단계; 및
    상기 평평한 영상 데이터신호를 상기 룩업 테이블을 기반으로 한 연산을 통해 상기 왜곡된 영상 데이터신호로 변경하는 단계를 포함하고,
    상기 왜곡된 영상 데이터신호로 변경하는 단계는 상기 타이밍 제어부에서 이루어지고,
    상기 왜곡된 영상 데이터신호로 변경하는 단계는
    상기 룩업 테이블을 참조하여 상기 외부로부터 순차적으로 입력되는 상기 평평한 영상 데이터신호에 대한 위치별 렌즈 왜곡 정보를 독출하는 단계와,
    상기 평평한 영상 데이터신호의 현재 위치 정보와 상기 렌즈 왜곡 정보를 기반으로 상기 보정 좌표 생성을 위한 계산을 하고 상기 왜곡 정보가 필요한 위치에 상기 왜곡 정보를 부여하여 상기 평평한 영상 데이터신호를 상기 왜곡된 영상 데이터신호로 변경하는 단계를 포함하는 개인 몰입형 표시장치의 구동방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 왜곡된 영상 데이터신호로 변경하는 단계는
    n(n은 1 이상 정수)개의 라인 단위로 또는 n개의 블록 단위로 상기 표시 패널에 표시할 영상 데이터신호를 스캔하면서 상기 평평한 영상 데이터신호를 상기 왜곡된 영상 데이터신호로 변경하는 개인 몰입형 표시장치의 구동방법.
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