KR19990053445A

KR19990053445A - 3D stereoscopic image generating device using liquid crystal lens

Info

Publication number: KR19990053445A
Application number: KR1019970073070A
Authority: KR
Inventors: 조건호; 정종삼; 이철우
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1999-07-15

Abstract

개시된 본 발명은 광학상에 대한 입체감을 재현하기 위한 3차원 입체 화상 생성 장치에 있어서, 2차원 디스플레이 장치가 깊이 정보에 따라 순차적으로 획득한 각각의 2차원 슬라이스 화상을 순차적으로 디스플레이하면서, 상기 2차원 디스플레이 장치와 관찰자 사이에 개재되며, 액정의 복굴절성을 제어하는 구동 전압에 따라 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상의 깊이 정보에 대응하는 각각의 초점 거리에 제공하는 가변초점 렌즈 기능(varifocal lens function)을 수행하는 액정 렌즈부를 구비한 액정 렌즈를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치에 관한 것이다.Disclosed is a three-dimensional stereoscopic image generating apparatus for reproducing a three-dimensional effect on an optical image, wherein the two-dimensional display apparatus sequentially displays each two-dimensional slice image acquired sequentially according to depth information, A variable focal lens function interposed between the display device and the observer and provided to a respective focal length corresponding to depth information of each two-dimensional slice image according to a driving voltage controlling birefringence of the liquid crystal. A three-dimensional stereoscopic image generating apparatus using a liquid crystal lens having a liquid crystal lens unit to be performed.

본 발명에 따르면, 2차원의 평면 화상을 가변초점에 입각하여 3차원적으로 재구성함에 따라 관찰자의 관측 위치가 고정되는 제한성을 다소 완화시키고 동시에 입체감과 임장감이 우수한 3차원 화상을 발생할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, the two-dimensional planar image is reconstructed three-dimensionally based on the variable focus, and thus, the limitation that the observer's observation position is fixed is somewhat alleviated, and at the same time, the three-dimensional image having the excellent stereoscopic feeling and the sense of presence is generated. have.

Description

3D stereoscopic image generating device using liquid crystal lens

본 발명은 3차원 입체 화상 생성 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2차원 디스플레이 장치에 액정 렌즈를 부착하여 2차원의 평면 화상을 가변초점에 입각하여 3차원 화상으로 재구성함으로써 3차원 화상을 발생할 수 있도록 한 액정 렌즈를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional stereoscopic image generating apparatus, and more particularly, a three-dimensional image can be generated by attaching a liquid crystal lens to the two-dimensional display apparatus and reconstructing the two-dimensional planar image into a three-dimensional image based on a variable focus. It relates to a three-dimensional stereoscopic image generating device using a liquid crystal lens.

기원전 100년경 고대 그리이스 벽화에 원근법에 의한 입체감이 있는 그림으로부터 시작하여 서기 1600년경 이탈리아의 델라 포터(G. B. Della Porta)가 그림을 양안으로 보아서 상이 뜨는 것을 느끼게 하는 양안 시차(binocular parallax)에 의한 입체 표시 그림 엽서를 최초로 소개한 이래로, 영국의 찰스 휘스톤(Chales Wheatstone), 스코틀랜드의 데이비드 브루스터(David Brewster), 미국의 웬델 홈즈(Whendell Holmse) 등에 의해 입체감을 재현함과 동시에 이를 향상시키기 위한 초창기 연구가 본격적으로 시작되었으며, 이후, 1903년 아이브즈(F. E. Ives)는 패럴랙스 배리어(시차 장벽, parallax barrier)를 이용하여 무안경식의 스테레오그램(stereogram)을, 1918년 미국의 카놀트(C. W. Kanolt)는 시점이 고정되는 결점을 보안하여 연속적인 3차원 화상이 보이도록 하는 패럴랙스 파노라마그램(parallax panoramagram)을 각각 제안했다.Three-dimensional display by binocular parallax, starting with paintings with perspective in perspective on ancient Greek mural paintings from about 100 BC, around 1,600 AD, allowing Della Porta of Italy to see the picture with both eyes. Since the introduction of the first postcard, early researchers have been able to reproduce and enhance three-dimensional effects by Charles Wheatstone, England, David Brewster, Scotland, and Whendell Holmse, USA. It began in earnest, and in 1903 the FE Ives used a parallax barrier to create a stereoscopic stereogram, and in 1918 CW Kanolt A parallax panoramic diagram (para) that secures a defect in which a viewpoint is fixed so that a continuous three-dimensional image can be seen. llax panoramagram) respectively.

3차원 화상 매체의 개발은 화상 분야 뿐만 아니라 관련 산업적인 효과로는 가전 및 통신 산업은 물론 우주 항공, 예술 산업, 자동화 산업 분야에 이르기 까지 영항을 미치며 이로 인해 발생될 수 있는 기술적인 파급 효과는 HDTV(High Definition Television) 보다 훨씬 더 방대할 것으로 전망되고 있다.The development of three-dimensional image media affects not only the image field but also related industrial effects to the home appliances and telecommunications industry, as well as the aerospace, arts and automation industries, and the technical ripple effect that can be generated is HDTV. It is expected to be much larger than High Definition Television.

전술한 바와 같은 초기의 기초적인 연구에 힙입어 오늘날은 편광 안경을 이용한 입체 영화 관람이 일반화되어 있을 뿐만 아니라 크게 안경 방식과 무안경 방식으로 대표되는 다양한 입체 화상 발생 기법이 공지되어 있으며, 일부는 실험실 단계를 넘어 실제로 제작되어 3차원 응용 화상, 3차원 광고물 제작, 문화재 보존 및 전시 3차원 TV 및 비디오, 컴퓨터 비젼, 가상 세계 체험, 모의 훈련 및 작업, 3차원 화상 회의, 3차원 그래픽스, 3차원 오락, 3차원 영화 등의 분야에 부분적으로 응용되고 있는 실정이다.In the early days of basic research as described above, stereoscopic movie viewing using polarized glasses is not only popularized today, but various stereoscopic image generation techniques are known, which are represented by glasses and auto glasses, and some of them are laboratory. Beyond stages, it's actually 3D applied images, 3D advertising production, cultural property preservation and exhibition 3D TV and video, computer vision, virtual world experience, simulation training and work, 3D video conferencing, 3D graphics, 3D This is partly applied to the fields of entertainment and 3D movies.

인간이 입체감 및 깊이감을 느끼는 요인으로써는 눈의 특성에서 오는 시각의 생리적인 요인이 있으며 더불어 망막 상으로부터 얻어지는 심리적/기억적인 요인 및 시각 외의 요인(청각, 후각, 촉각 등)이 있는 데, 이러한 요인을 이용하는 측면에 따라 3차원 표시 기술의 분류는 관찰자에게 어느 정도의 3차원 화상 정보를 제공할 수 있는가에 의한 표시 능력으로부터 깊이 화상 방식, 입체 화상 방식, 3차원 화상 방식 등으로 분류하고, 표시 화상이 움직임을 있는지 여부에 따라 정지 화상과 동화상으로 분류된다.The factors that make humans feel three-dimensional and deep are the physiological factors of vision coming from the characteristics of the eyes, as well as psychological and memory factors from the retina and non-visual factors (hearing, smell, touch, etc.). The three-dimensional display technology is classified into a depth image system, a stereoscopic image system, a three-dimensional image system, and the like based on the display capability of how much three-dimensional image information can be provided to an observer. It is classified into a still picture and a moving picture according to whether there is a motion.

우선, '깊이 화상 방식'은 심리적인 요인 및 흡입 효과에 의해 2차원 화상이 표시면 보다 깊이 방향의 공간에 대해 입체감을 갖게 한 방식이다. 전자는 투시도법, 중첩, 음영과 명암, 움직임 등을 계산에 의해 표시하는 3차원 컴퓨터 그래픽스에 흔히 이용되고, 후자는 관찰자에게 시야각이 넓은 대화면을 제시함에 따라 관찰자 자신이 그 화상의 공간 내로 빨려들어 가는 것과 같은 착각을 발생시킴으로써 광시야 자극에 의한 입체감을 유도하는 소위 아이맥스 영화 등에 응용된다.First, the "depth image method" is a method in which a two-dimensional image has a three-dimensional effect in the space in the depth direction than the display surface due to psychological factors and suction effects. The former is commonly used in three-dimensional computer graphics, which displays perspective, superimposition, shading and contrast, and motion by calculation, and the latter is sucked into the space of the image by presenting the viewer with a large viewing angle. It is applied to a so-called IMAX film or the like which induces a three-dimensional effect by a wide-field stimulus by generating an illusion such as thin.

다음으로, '입체 화상 방식'은 좌우안에 대응하는 방향에서 관측한 물체, 즉, 시차가 있는 두 개의 화상을 좌우안이 혼동하지 않고 이를 각각 분리하여 관측함으로써 표시면 전후의 공간 정보를 나타내어 입체감을 느끼게 한 방식이다. 이 방식은 광의 파장과 편광면에 대해 특성이 다른 특수 안경을 이용하는 안경 방식과, 시차가 있는 화상이 동일면에 제시되었을 때 그 면위에 지향성이 강한 표시면을 입혀서 각각의 화상이 좌우로 분리되어 사람의 좌우안에 들어옴으로써 입체감을 느끼게하는 표시면 방식-즉, 무안경 방식-이 있다.Next, the 'stereoscopic image method' shows spatial information before and after the display surface by displaying the object observed from the direction corresponding to the left and right eyes, that is, two images with parallax, separately from each other without confusing the left and right eyes to feel a three-dimensional feeling. One way. This type of glasses uses special glasses with different characteristics with respect to the wavelength of light and polarization plane, and when the image with parallax is presented on the same surface, each image is separated from side to side by putting a directional display surface on the surface. There is a display surface method, that is, a glasses-free method, which makes the user feel the three-dimensional effect by entering the right and left of the.

안경 방식에는 파장 선택성이 있는 색안경(색변조) 방식, 편광자이 차광 효과를 이용한 편광 안경 방식, 눈의 잔상 시간 내에 좌우의 화상을 교대로 제시하는 시분할 안경 방식이 있다. 이외에도 좌우안에 투과율이 각각 다른 필터를 장착하여 이 투과율의 차로부터 오는 시각계의 시간차에 따라서 좌우 방향의 움직임에 대한 입체감을 얻는 방식이 있다.The spectacle glasses include a wavelength-selective sunglasses (color modulation) scheme, a polarizer polarized glasses scheme using a light shielding effect, and a time-division glasses scheme alternately presenting left and right images within an afterimage time of an eye. In addition, there is a method in which a filter having different transmittances is mounted in the left and right sides to obtain a stereoscopic effect on the movement in the left and right directions according to the time difference of the visual system coming from the difference in the transmittances.

그리고, 관찰자 쪽이 아닌 표시면 쪽에서 입체감을 발생하게 하는 방식인 무안경 방식에는 패럴랙스 스테레오그램 방식(parallax stereo method), 렌티큘러 방식(lenticular method), 미소 방사 소자 방식(corner cube mirror), 홀로그래픽 방식(holographic method) 등을 이용한 지향성 스크린 방식이 있다.In addition, there is a parallax stereogram method, a lenticular method, a corne cube mirror, and a holographic type in the autostereoscopic method, which generates a three-dimensional effect on the display surface rather than the observer side. There is a directional screen method using a holographic method or the like.

깊이 화상과 입체 화상은 물체의 전후(깊이)의 정보만을 재현함에 따라 관찰자가 주시하는 다양한 방향에서 물체를 관측할 수 없거나 일부 관측이 되더라도 대상물에 초점을 맞출 수 없는 등의 요인에 의해 공간상을 재현하는 방식으로는 다소 문제가 있다.Depth and stereoscopic images reproduce only the information before and after (depth) of the object, so that the object cannot be viewed from various directions that the observer observes, or the object cannot be focused even if some observation is made. There is a problem with the way it is reproduced.

이와 같은 문제를 해결하기 위한 '3차원 화상 방식'으로는 깊이 다안식, 표본화 방식, 홀로그래픽 표시 방식 등이 대표적인 데, 3차원 화상 방식은 공간상에 3차원 입체상을 재현함으로써 관측 방향의 제한 및 초점이 맞출 수 없는 등의 문제를 어느 정도 해결하고 있다.To solve this problem, the three-dimensional image method is representative of depth multi-view, sampling method, and holographic display method, and the three-dimensional image method limits the viewing direction by reproducing a three-dimensional stereoscopic image in space. And some problems such as being unable to focus.

다안식에는 패럴랙스 배리어 방식, 렌티큘러 방식, 인테그럴 방식이 있다. 그리고, 깊이 표본화 방식에는 가변초점 거울 방식(varifocal mirror)인 표시면 진동 방식, 회전 원통 방식, 표시면 적층 방식, 반투과 거울 합성 방식이 있다. 기계적인 가동부가 필요한 이 방식은 눈의 잔상 시간을 이용하는 표시 방식인데 잔상 시간 내에 깊이 정보가 많은 화상을 표시하기에는 주사 속도에 문제가 있다.There are parallax barriers, lenticulars, and integrals. The depth sampling method includes a display surface vibration method, a variable cylindrical mirror method, a rotating cylinder method, a display surface stacking method, and a semi-transmissive mirror synthesis method. This method, which requires a mechanical moving part, is a display method using the afterimage time of the eye, and there is a problem in the scanning speed to display an image having a lot of depth information within the afterimage time.

또한 표시면 적층 방식과 반투과 거울 합성 방식은 깊이 화상의 수를 늘리기가 어려운 문제가 있다.In addition, display surface lamination and transflective mirror synthesis have a problem in that it is difficult to increase the number of depth images.

한편, 홀로그래픽 방식은 3차원 화상 표시 중에서 가장 뛰어난 방식으로 알려져 있는데, 이에는 레이져광 재생 홀로그래피와 백색광 재생 홀로그래피가 있지만 대상물을 표시함에 있어서 대용량의 데이터가 필요하며 공간 해상도를 높이기 위해서는 많은 비용이 소요되는 등의 문제가 있다.On the other hand, the holographic method is known as the most excellent method of three-dimensional image display, which includes laser light reproducing holography and white light reproducing holography, but a large amount of data is required for displaying an object and a large cost is required to increase spatial resolution. There is a problem such as being.

이하, 이와 같은 종래 기술에 따른 3차원 화상 표시 방법들 중에서 본 발명에 대해 이해를 증진시킬 수 있는 몇몇의 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, some of the methods for improving understanding of the present invention among the three-dimensional image display methods according to the related art will be described.

도 1은 종래 기술에 따른 3차원 화상 표시 방법의 한 예인 렌티큘러 렌즈 어레이(lenticular lenz array) 방법을 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary diagram illustrating a lenticular lens array method, which is an example of a 3D image display method according to the related art.

렌티큘러 렌즈 어레이 방법은 도 1에 도시한 바와 같이, 좌안(120)에 입력될 화상 정보(L)와 우안(121)에 입력될 화상 정보(R)가 가로 방향을 따라 교대로 배열된 표시면(100)과, 표시면(100)과 좌우안(120, 121) 사이에 개재되어 좌안(120)에 입력될 화상 정보(L)와 우안(121)에 입력될 화상 정보(R)에 대한 광학적인 변별 지향성을 제공하는 반원통형 렌티큘러 렌즈 어레이(110)로 구성된다.In the lenticular lens array method, as illustrated in FIG. 1, a display surface in which image information L to be input to the left eye 120 and image information R to be input to the right eye 121 are alternately arranged along the horizontal direction ( 100 and the optical information about the image information L to be input to the left eye 120 and the image information R to be input to the right eye 121 interposed between the display surface 100 and the left and right eyes 120 and 121. It consists of a semi-cylindrical lenticular lens array 110 that provides differential directivity.

렌티큘러 렌즈 어레이(110)가 제공하는 지향 특성에 따라 좌안(120)과 우안(121)에 화상이 분리되어 입체로 이이게 된다. 즉, 좌안(120)에 입력될 화상 정보(L)는 좌안(120)에만 관측되고, 우안(121)에 입력될 화상 정보(R)는 우안(121)에만 관측됨에 따라 시각 생리적인 요인 중에서 가장 입체감의 효과가 큰 양안 시차(binocular parallax)를 통해 깊이 정보(depth information)를 획득함으로써 입체감을 느끼게 된다.Images are separated into the left eye 120 and the right eye 121 according to the directivity characteristics provided by the lenticular lens array 110 to be connected in three dimensions. That is, the image information L to be input to the left eye 120 is observed only to the left eye 120, and the image information R to be input to the right eye 121 is only observed to the right eye 121, and thus, among the visual physiological factors. By obtaining depth information through a binocular parallax having a large effect of stereoscopic feeling, a stereoscopic feeling is sensed.

가능하면 많은 다안 화상을 기록하기 위해서는 카메라의 렌즈 구경을 작게 해야 하는 데, 이렇게 하면 필름폭이 좁게 되어 화질이 저하된다. 카메라의 간격 때문에 화상이 불연속하게 되는 플립핑(flipping) 현상의 크기 F 는 수학식 1과 같다.If possible, the lens aperture of the camera should be made small in order to record many multi-eye images. This reduces the film width and degrades the image quality. The amount of flipping that causes images to be discontinuous due to camera spacing F Is the same as Equation 1.

여기서, d 는 카메라 또는 투영기 렌즈의 피치, a 는 렌즈와 렌티큘러 어레이 간의 간격, b 는 렌티큘러 어레이와 필름 간의 간격이다.here, d Is the pitch of the camera or projector lens, a Is the distance between the lens and the lenticular array, b Is the spacing between the lenticular array and the film.

한편, 렌티큘러 어레이의 최적 렌즈 피치는 0.1~0.5mm이고, 관찰 정보는 적어도 5방향 이상으로부터 기록하는 것이 바람직한 것으로 공지되고 있다.On the other hand, it is known that the optimum lens pitch of the lenticular array is 0.1 to 0.5 mm, and the observation information is preferably recorded from at least five directions or more.

도 2는 종래 기술에 따른 3차원 화상 표시 방법의 다른 예인 슬리트를 이용한 방법을 나타낸 예시도이다.2 is an exemplary view showing a method using a slit, which is another example of a three-dimensional image display method according to the prior art.

슬리트를 이용한 방법은 흔히 패럴랙스 방법으로 명명되는 방식으로, 반원통형 렌즈를 배열한 렌티큘러 어레이를 사용하는 대신에 도 2에 도시한 바와 같이, 세로 격자 모양의 패럴랙스 배리어(parallax barrier; 210)-다른 표현으로는 슬리트(slit)라고도 함-를 이용하는 방법으로, 좌안(220)에 입력될 화상 정보(L)와 우안(221)에 입력될 화상 정보(R)가 가로 방향을 따라 교대로 배열된 표시면(200)을 이용한다는 측면에서 렌티큘러 방법과 유사하다.The method using the slits is commonly referred to as a parallax method, and instead of using a lenticular array of semi-cylindrical lenses, as shown in FIG. 2, a parallax barrier 210 having a vertical lattice shape is illustrated. In another method, the image information L to be input to the left eye 220 and the image information R to be input to the right eye 221 are alternately along the horizontal direction. It is similar to the lenticular method in that it uses the arranged display surface 200.

이때, 패럴랙스 배리어(210)는 좌우안(220,221)에 해당하는 L, R 화상의 앞에 세로 격자 모양의 개구(aperture)를 통해 화상을 분리하여 관찰하도록 해준다.In this case, the parallax barrier 210 separates and observes the image through an aperture of a vertical grid in front of the L and R images corresponding to the left and right eyes 220 and 221.

개구의 위치, 슬리트의 폭, 배리어의 피치는 화상폭에 따라 변하고, 배리어 때문에 밝기가 저하되어 눈에 거슬리는 단점이 있다.The position of the aperture, the width of the slit, and the pitch of the barrier vary depending on the image width, and the barrier is disadvantageous because the brightness is lowered.

눈에 거슬리는 단점을 없애기 위해 배리어의 피치를 망막 분해능의 한계치로부터 대략 이하로 설정하도록 권고되고 있다. 예컨대, 개구와 눈과의 거리가 1m이면, 피치는 약 0.3mm가 되고, 슬리트의 폭은 피치의 약 0.1배인 3μm정도가 적당하다. 그러나, 이 방법은 제작이 까다롭고 회절 현상에 의해 발생하는 각종 문제로 인해 현재는 거의 사용하지 않는다.In order to eliminate the unobtrusive drawbacks, the pitch of the barrier should be approximated from the limit of the retinal resolution. It is recommended to set the following. For example, if the distance between the aperture and the eye is 1 m, the pitch is about 0.3 mm, and the width of the slits is about 3 m, which is about 0.1 times the pitch. However, this method is difficult to manufacture and is currently rarely used due to various problems caused by diffraction.

한편, 종래 기술에 따른 3차원 화상 표시 방법의 또 다른 예로는 깊이 방향 표본화 방식이 있다.Meanwhile, another example of the three-dimensional image display method according to the related art is a depth direction sampling method.

깊이 방향 표본화 방식의 원리는 물체의 각 위치에서 2차원의 절단 화상의 수 10여 장이 얻어졌다고 하면, 결상계의 이동에 의해 깊이 방향의 정보를 분할·표시하면 눈의 잔상 효과에 의해 공간 상에 상을 띄어 오르게 할 수 있다. 이 방법은 깊이 정보를 가진 완전한 화상이 공간에 재생되기 때문에 눈의 위치를 상하좌우로 움직이면 그 위치에서 본 화상이 관찰될 수 있다. 여기에는 표시면 진동 회전 방식과 표시면 적층 반투과 거울 합성 방식이 있다.The principle of the depth sampling method is that if a number of two-dimensional cut images are obtained at each position of an object, the information in the depth direction is divided and displayed by moving the imaging system. You can raise a prize. In this method, since a complete image with depth information is reproduced in space, moving the eye position up, down, left and right, the image viewed from that position can be observed. There are a display surface vibration rotation method and a display surface laminated semi-transmissive mirror synthesis method.

도 3은 종래 기술에 따른 표시면 진동 회전 방식의 또 다른 예인 가변초점 거울을 이용한 방법을 나타낸 예시도이다.3 is an exemplary view showing a method using a variable focus mirror which is another example of a display surface vibration rotating method according to the prior art.

가변초점 거울(varifocal mirror)을 이용한 방법-또는, 진동 광학계를 이용한 방법-은 1961년에 무어헤드(T. Muirhead)에 의해 제안된 이래로 거듭된 개선안이 제안된 바 있는 데, 이는 도 3에 도시한 바와 같이, 진동하는 스피커(260)의 면에 박막의 거울을 부착하여 이 거울을 통해 CRT(Cathode Ray Tube)와 같은 모니터(270)에 형성되는 사물의 절단면에 대한 관측성을 제공함으로써 내부의 상이 비추어 보이게 하는 팬톰 이미징(phantom imaging) 효과를 이용한다. 이에 따라, 관측자(250)는 모니터의 허상(280)을 관측함으로써 입체감을 느끼게 된다.The method using a varifocal mirror—or a method using vibration optics—has been proposed since 1961 by T. Muirhead, which is shown in FIG. 3. As shown, a thin film mirror is attached to the surface of the vibrating speaker 260 to provide observation of the cutting plane of the object formed on the monitor 270 such as a cathode ray tube (CRT) through the mirror. It uses the phantom imaging effect to make it look like. Accordingly, the observer 250 feels three-dimensional by observing the virtual image 280 of the monitor.

그러나, 이와 같이 관찰자 쪽이 아닌 표시면 쪽에서 입체감을 발생하게 하는 방식인 무안경 3차원 화상 표시 방법들의 경우, 깊이 화상과 입체 화상은 물체의 전후(깊이)의 정보만을 재현함에 따라 관찰자가 주시하는 다양한 방향에서 물체를 관측할 수 없거나 일부 관측이 되더라도 대상물에 초점을 맞출 수 없는 등의 요인에 의해 공간상을 재현하는 방식으로는 다소 문제가 있다.However, in the case of autostereoscopic 3D image display methods, which generate a three-dimensional effect on the display surface rather than on the observer's side, the depth image and the stereoscopic image are reproduced by the observer as they reproduce only the information before and after (depth) of the object. There is a problem in the way of reproducing the spatial image due to factors such as the inability to observe an object from various directions or even to make some observations.

다시 말해서, 종래 기술에 따른 3차원 화상 표시 방법은 좌우 양안에 각각 분리되어 입사됨에 따라 발생하는 입체 효과가 일정한 위치에서만 가능하고 기설정된 위치를 이탈하면 좌우 화상이 반전되거나 좌우 방향에 대한 부적절한 화상 분리로 인해 왜곡된 3차원 화상이 관측되는 문제점이 있다.In other words, the three-dimensional image display method according to the prior art is a stereoscopic effect generated by being separated into the left and right eyes, respectively, is possible only in a certain position, and if the deviation from the predetermined position, the left and right images are reversed or inappropriate image separation for the left and right directions There is a problem that the distorted three-dimensional image is observed.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 2차원 디스플레이 장치에 액정 렌즈를 부착하여 2차원의 평면 화상을 재구성함에 따라 관찰자의 관측 위치가 고정되는 제한성을 다소 완화시킴으로써 입체감과 임장감이 우수한 3차원 화상을 발생할 수 있도록 한 액정 렌즈를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and by attaching a liquid crystal lens to a two-dimensional display device to reconstruct a two-dimensional plane image, the three-dimensional feeling and the sense of presence are alleviated by somewhat relieving the restriction that the observer's viewing position is fixed. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional stereoscopic image generating apparatus using a liquid crystal lens capable of generating this excellent three-dimensional image.

도 1은 종래 기술에 따른 3차원 화상 표시 방법의 한 예인 렌티큘러 렌즈 어레이 방법을 나타낸 예시도,1 is an exemplary view showing a lenticular lens array method as an example of a three-dimensional image display method according to the prior art,

도 2는 종래 기술에 따른 3차원 화상 표시 방법의 다른 예인 슬리트를 이용한 방법을 나타낸 예시도,2 is an exemplary view showing a method using a slit, which is another example of a three-dimensional image display method according to the prior art;

도 3은 종래 기술에 따른 표시면 진동 회전 방식의 또 다른 예인 가변초점 거울을 이용한 방법을 나타낸 예시도,3 is an exemplary view showing a method using a variable focus mirror which is another example of a display surface vibration rotating method according to the prior art;

도 4는 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 구성도,4 is a block diagram showing a preferred embodiment of a three-dimensional stereoscopic image generating apparatus using a liquid crystal lens according to the present invention,

도 5는 다수의 슬라이스 화상을 생성하는 예를 도시한 예시도,5 is an exemplary diagram showing an example of generating a plurality of slice images;

도 6은 본 발명의 화상 획득 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 구성도6 is a block diagram showing a preferred embodiment of the image acquisition device of the present invention.

도 7은 상기 평판 렌즈의 렌즈 구성면과 상기 투명 플레이트의 일측면에 형성한 두 전극 사이에 전압에 따른 액정의 분자장축의 변화를 도시한 예시도,7 is an exemplary diagram illustrating a change in molecular long axis of a liquid crystal according to voltage between a lens constituent surface of the flat plate lens and two electrodes formed on one side of the transparent plate;

도 8은 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치를 통해 3차원 입체 화상을 관측한 예를 도시한 예시도이다.8 is an exemplary view illustrating an example of observing a 3D stereoscopic image through a 3D stereoscopic image generating apparatus using a liquid crystal lens according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

300 : 2차원 디스플레이 장치 310 : 액정 렌즈부300: two-dimensional display device 310: liquid crystal lens unit

311 : 평판 렌즈 312 : 액정층부311: flat lens 312: liquid crystal layer

313 : 투명 플레이트 314 : 액정 구동 제어부313: transparent plate 314: liquid crystal drive control unit

500 : 화상 획득 장치 501 : 렌즈500: image acquisition device 501: lens

502 : 빔 스플리터 503a : 제 1 결상면502: beam splitter 503a: first imaging surface

503b : 제 1 화상 촬상부 504a : 제 2 결상면503b: first image pickup unit 504a: second imaging surface

504b : 제 2 화상 촬상부 505a : 제 3 결상면504b: second image pickup unit 505a: third imaging surface

505b : 제 3 화상 촬상부 513 : 제 1 에지 검출부505b: Third image pickup unit 513: First edge detector

514 : 제 2 에지 검출부 515 : 제 3 에지 검출부514: second edge detector 515: third edge detector

520 : 깊이 정보 추출부 530 : 슬라이스 화상 생성부520: Depth information extraction unit 530: Slice image generation unit

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치는, 광학상에 대한 입체감을 재현하기 위한 3차원 입체 화상 생성 장치에 있어서, 2차원 디스플레이 장치가 깊이 정보에 따라 순차적으로 획득한 각각의 2차원 슬라이스 화상을 순차적으로 디스플레이하면서, 상기 2차원 디스플레이 장치와 관찰자 사이에 개재되며, 액정의 복굴절성을 제어하는 구동 전압에 따라 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상의 깊이 정보에 대응하는 각각의 초점 거리에 제공하는 가변초점 렌즈 기능(varifocal lens function)을 수행하는 액정 렌즈부를 구비함으로써 입체감과 임장감이 우수한 3차원 화상을 생성하는 것이 특징이다.In order to achieve the above object, the three-dimensional stereoscopic image generating apparatus using the liquid crystal lens according to the present invention is a three-dimensional stereoscopic image generating apparatus for reproducing a three-dimensional effect on an optical image, wherein the two-dimensional display apparatus is based on depth information. While sequentially displaying each two-dimensional slice image obtained sequentially, interposed between the two-dimensional display apparatus and the observer, the depth information of each two-dimensional slice image in accordance with the driving voltage for controlling the birefringence of the liquid crystal A liquid crystal lens unit which performs a variable focal lens function provided to each corresponding focal length is characterized by generating a three-dimensional image excellent in a three-dimensional sense and a sense of presence.

이하, 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a three-dimensional stereoscopic image generating apparatus using a liquid crystal lens according to the present invention will be described with reference to FIG. 4.

도 4는 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 구성도이다.4 is a block diagram showing a preferred embodiment of a three-dimensional stereoscopic image generating apparatus using a liquid crystal lens according to the present invention.

본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치의 바람직한 실시예는 도 4에 도시한 바와 같이, 광학상에 대한 입체감을 재현하기 위한 3차원 입체 화상 생성 장치에 있어서,According to a preferred embodiment of the three-dimensional stereoscopic image generating apparatus using the liquid crystal lens according to the present invention, in the three-dimensional stereoscopic image generating apparatus for reproducing a three-dimensional effect on an optical image, as shown in FIG.

깊이 정보에 따라 순차적으로 획득한 각각의 2차원 슬라이스 화상을 순차적으로 디스플레이하는 2차원 디스플레이 장치(300); 및A two-dimensional display apparatus 300 for sequentially displaying each two-dimensional slice image acquired sequentially according to the depth information; And

상기 2차원 디스플레이 장치(300)와 관찰자(400) 사이에 개재되며 액정에 가하는 구동 전압에 의해 복굴절성을 제어함으로써 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상의 깊이 정보에 대응하는 각각의 초점 거리를 제공하기 위한 가변초점 렌즈 기능(varifocal lens function)을 수행하는 액정 렌즈부(310)를 포함하여 구성한다.The birefringence is interposed between the two-dimensional display apparatus 300 and the observer 400 and controlled by the driving voltage applied to the liquid crystal to provide respective focal lengths corresponding to the depth information of each two-dimensional slice image. It includes a liquid crystal lens unit 310 performing a variable focus lens function (varifocal lens function).

여기서, 상기 액정 렌즈부(310)는, 상기 2차원 디스플레이 장치(300) 측에 접한 일측(311a)에 평면이 형성되고 타측(311b)에 렌즈 구성면이 형성된 평판 렌즈(311); 상기 평판 렌즈의 렌즈 구성면(311b)과 소정 이격거리를 두고 형성된 투명 플레이트(transparent plate; 313); 상기 평판 렌즈(311)와 상기 투명 플레이트(313) 사이에 액정을 성장시켜 층을 형성한 액정층부(312); 및 상기 평판 렌즈의 렌즈 구성면(311b)과 상기 투명 플레이트(313)의 일측면에 형성한 두 전극(311c, 313a) 사이의 전압을 제어함으로써 입력되는 상기 각각의 슬라이스 화상에 대응하여 초점 거리가 가변되도록 하는 액정 구동 제어부(314)로 구성된다.The liquid crystal lens unit 310 may include a flat plate lens 311 having a flat surface formed on one side 311 a in contact with the two-dimensional display apparatus 300 and a lens construction surface formed on the other side 311 b; A transparent plate 313 formed at a predetermined distance from the lens configuration surface 311b of the flat plate lens; A liquid crystal layer part 312 in which a liquid crystal is grown between the flat plate lens 311 and the transparent plate 313 to form a layer; And a focal length is variable in response to the respective slice images input by controlling a voltage between the lens configuration surface 311b of the flat lens and the two electrodes 311c and 313a formed on one side of the transparent plate 313. It consists of a liquid crystal drive control unit 314 to be.

여기서, 상기 평판 렌즈(310)는 플란넬 렌즈(flannel lens)인 것이 바람직하다.Here, the flat lens 310 is preferably a flannel lens.

또한, 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치는 동일 피사체에 대한 초점 상태가 서로 다른 다수의 결상면과 상기 결상면에 대응하는 화상 촬상부를 구비하여 촬상한 상기 결상면과 동수의 2차원 화상들에서 각각의 동일 위치에 포함된 화소의 선명도를 비교하여 깊이 정보를 갖는 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상을 획득하는 화상 획득 장치(500)를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the three-dimensional stereoscopic image generating apparatus using the liquid crystal lens according to the present invention includes a plurality of imaging surfaces having different focus states for the same subject and an image pickup unit corresponding to the imaging surfaces, and the same number of imaging images as the imaging surfaces. It is preferable to further include an image acquisition device 500 for acquiring the respective two-dimensional slice images having depth information by comparing the sharpness of the pixels included in each same position in the two-dimensional images.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치의 바람직한 실시예의 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.The operation of the preferred embodiment of the three-dimensional stereoscopic image generating apparatus using the liquid crystal lens according to the present invention configured as described above will be described with reference to the accompanying drawings.

도 5는 다수의 슬라이스 화상을 생성하는 예를 도시한 예시도이다.5 is an exemplary diagram illustrating an example of generating a plurality of slice images.

도 5의 (a)와 같은 3차원의 양파(또는 공) 모양의 화상을 대상으로 하여, 통상의 카메라를 통해 촬상한 후, 디스플레이 장치로 재생하면 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 2차원 평면에 투영한 화상만이 관찰자의 양안에 관측되는 것이 일반적이다. 이와 같이 2차원 평면에 투영된 화상은 입체감과 임장감이 매우 떨어지기 때문에 3차원의 실공간에서 생활하는 인간의 입장에서 볼 때, 이것은 불만족스러운 일임에 따라 극복의 대상이 되어왔으며, 특히, 화상 처리 분야를 연구하는 공학자들에게는 항상 기술적인 도전의 대상이 되어 왔다.If a three-dimensional onion (or ball) image as shown in FIG. 5 (a) is taken as an object, the image is captured by a normal camera, and then reproduced by a display device, as shown in FIG. It is common for only the image projected on the dimensional plane to be observed in both eyes of the observer. Since the image projected on the two-dimensional plane is very inferior to the three-dimensional feeling and the sense of presence, this is unsatisfactory in view of the human being living in the three-dimensional real space, and thus has been the object of overcoming. Engineers studying the field have always been a technical challenge.

본 발명에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위한 일방편으로, 깊이가 없는 2차원 화상을 깊이를 갖는 3차원 화상으로 재구성하기 위한 것이다.In the present invention, one way to solve such a problem is to reconstruct a two-dimensional image having no depth into a three-dimensional image having a depth.

본 발명을 실행하기 위해서는 먼저, 도 5의 (c)에 나타냈듯이, 3차원 화상으로 재구성하고 싶은 화상을 깊이 정보에 따라 슬라이스(slice)하는 것이 선행되어야만 한다.In order to carry out the present invention, first, as shown in Fig. 5C, slicing an image to be reconstructed into a three-dimensional image in accordance with depth information must be preceded.

궁극적으로, 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치는 도 5의 (c)에 도시한 2차원의 슬라이스 화상들을 가변초점 방식에 기반하여 순차적으로 디스플레이함으로써 도 5의 (d)와 같이 보이는 3차원 입체 화상을 구성하기 위한 것이다.Ultimately, the three-dimensional stereoscopic image generating apparatus using the liquid crystal lens according to the present invention sequentially displays the two-dimensional slice images shown in FIG. It is for constructing a three-dimensional stereoscopic image that looks like.

이를 위해 본 발명에 따른 액정 렌즈를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치는 동일 피사체(600)에 대한 초점 상태가 서로 다른 다수의 결상면들(503a, 504a, 505a)과 상기 결상면들(503a, 504a, 505a)에 대응하는 화상 촬상부(503b, 504b, 505b)를 구비하여 촬상한 상기 결상면들(503a, 504a, 505a)과 동수의 2차원 화상들에서 각각의 동일 위치에 포함된 화소의 선명도를 비교하여 깊이 정보를 갖는 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상을 획득하는 화상 획득 장치(500)를 더 포함한다.To this end, in the 3D stereoscopic image generating apparatus using the liquid crystal lens according to the present invention, a plurality of image planes 503a, 504a, and 505a having different focus states for the same subject 600 and the image planes 503a and 504a. Sharpness of the pixels included in the same position in the same number of two-dimensional images with the imaging surfaces 503a, 504b, and 505b corresponding to the image pickup units 503b, 504b, and 505b corresponding to 505a. The apparatus further includes an image acquisition device 500 for comparing each of the two-dimensional slice images having depth information.

도 6의 (a)는 본 발명의 화상 획득 장치의 바람직한 실시예를 나타낸 구성도이다.Fig. 6A is a block diagram showing a preferred embodiment of the image acquisition device of the present invention.

본 발명의 화상 획득 장치(500)의 바람직한 실시예는 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 피사체(600)를 렌즈(501)를 통해 집광한 후, 빔 스플리터(beam spliter; 502)를 구성하는 반반사 거울(half mirror)의 광학적인 배치에 따라 다수의 방향에 위치한 결상면들(503a, 504a, 505a)에 광경로가 형성되도록 한다.According to a preferred embodiment of the image acquisition device 500 of the present invention, as shown in FIG. 6A, after condensing the subject 600 through the lens 501, a beam splitter 502 may be used. The optical path is formed on the imaging surfaces 503a, 504a, and 505a located in a plurality of directions according to the optical arrangement of the constituent half-reflection mirrors.

빔 스플리터(502)의 광입사축을 기준으로 시계 방향의 90。방향에 위치한 제 1 결상면(503a)의 후단에 초점이 조절된 광학상이 입사되도록 하고, 시계 방향의 270。방향에 위치한 제 2 결상면(504a)에는 제 2 결상면(504a)에 정초점이 조절된 광학상이 입사되도록 하며, 광입사축의 후단에 위치한 제 3 결상면(505a)에는 제 3 결상면(505a)의 전단에 초점이 조절된 광학상이 입사되도록 한다.A focus-adjusted optical image is incident on the rear end of the first imaging surface 503a located in the clockwise 90 ° direction with respect to the light incident axis of the beam splitter 502, and the second imaging located in the 270 ° direction clockwise. An optical image having a fixed focal point is incident on the second image plane 504a, and a focus is adjusted on the front end of the third image plane 505a on the third image plane 505a located at the rear end of the light incident axis. Allow the incident optical image to be incident.

제 1 결상면(503a), 제 2 결상면(504a) 및 제 3 결상면(505a)에 각각 대응하는 제 1 화상 촬상부(503b), 제 2 화상 촬상부(504b) 및 제 3 화상 촬상부(505b)는 각각 대응하는 광학상을 촬상함으로써 제 1 획득 화상, 제 2 획득 화상 및 제 3 획득 화상을 촬상한다.First image capturing section 503b, second image capturing section 504b, and third image capturing section corresponding to first imaging surface 503a, second imaging surface 504a, and third imaging surface 505a, respectively. 505b respectively picks up the first acquired image, the second acquired image, and the third acquired image by imaging the corresponding optical image.

도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 제 1 에지 검출부(513), 제 2 에지 검출부(514), 제 3 에지 검출부(515)는 이렇게 획득한 제 1 획득 화상, 제 2 획득 화상 및 제 3 획득 화상을 각각 입력받아 에지 정보를 검출한 후, 이를 정량화하여 각각 제 1 에지 정보량(e1), 제 2 에지 정보량(e2), 제 3 에지 정보량(e3)을 산출한다.As shown in FIG. 6B, the first edge detector 513, the second edge detector 514, and the third edge detector 515 acquire the first acquired image, the second acquired image, and the second acquired image. After receiving the three acquired images, the edge information is detected, and the first edge information amount e1, the second edge information amount e2, and the third edge information amount e3 are calculated.

즉, 제 1 획득 화상, 제 2 획득 화상 및 제 3 획득 화상을 대상으로 각각의 동일 위치에 포함된 화소의 선명도-에지 정보(edge information) 또는 콘트라스트 정보(contrast information)-를 산출하며, 에지 정보량은 에지의 공간적 크기와 계조적인 크기에 비례함은 자명하다.That is, the sharpness-edge information or contrast information of the pixels included in the same positions are calculated for the first acquired image, the second acquired image, and the third acquired image, and the edge information amount is calculated. It is obvious that is proportional to the spatial size and the gray level of the edge.

이후, 깊이 정보 추출부(520)는 제 1 에지 정보량(e1), 제 2 에지 정보량(e2), 제 3 에지 정보량(e3)을 입력받아 수학식 2와 같은 조건식에 따라 깊이 정보를 비교 추출하여 슬라이스 화상 생성부(530)에 제공하면, 슬라이스 화상 생성부(530)는 동일한 상기 깊이 정보를 갖는 화소들로 구성된 각각 슬라이스 화상을 생성한다. 이때, 상기 동일 위치의 단위는 화소 단위일 수도 있고 블록 단위일 수도 있음은 주지의 사실이다. 이때, 슬라이스 화상을 구성하기 위해 선택되는 화소는 제 1 획득 화상, 제 2 획득 화상, 제 3 획득 화상 중 선명도가 가장 좋은 획득 화상의 화소이며, 상호 비교한 동일 위치의 화소로 슬라이스 화상을 구성함은 명백하다.Thereafter, the depth information extracting unit 520 receives the first edge information amount e1, the second edge information amount e2, and the third edge information amount e3 and compares and extracts the depth information according to a conditional expression as shown in Equation 2 below. When provided to the slice image generation unit 530, the slice image generation unit 530 generates each slice image composed of pixels having the same depth information. In this case, it is well known that the unit of the same position may be a pixel unit or a block unit. In this case, the pixels selected for composing the slice image are pixels of the acquired image having the best clarity among the first acquired image, the second acquired image, and the third acquired image, and constitute the slice image with pixels of the same position compared with each other. Is obvious.

e1<e2<e3, slice1e1 <e2 <e3, slice1

e1<e2=e3, slice2e1 <e2 = e3, slice2

e1<e3<e2, slice3e1 <e3 <e2, slice3

e1=e3<e2, slice4e1 = e3 <e2, slice4

e3<e1<e2, slice5e3 <e1 <e2, slice5

e3<e1=e2, slice6e3 <e1 = e2, slice6

e3<e2<e1, slice7e3 <e2 <e1, slice7

여기서, e1은 제 1 화상으로부터 추출한 에지 정보량이고, e2는 제 2 화상으로부터 추출한 에지 정보량이며, e3는 제 3 화상으로부터 추출한 에지 정보량이다.Here, e1 is the amount of edge information extracted from the first image, e2 is the amount of edge information extracted from the second image, and e3 is the amount of edge information extracted from the third image.

수학식 2에 나타낸 조건식을 좀 더 상술하면 다음과 같다.The conditional expression shown in Equation 2 is described in more detail as follows.

(1) 제 1 에지 정보량(e1) 보다 제 2 에지 정보량(e2)이 크고, 제 2 에지 정보량(e2) 보다 제 3 에지 정보량(e3)이 크면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 1 슬라이스 화상(slice1)으로 분류한다.(1) When the second edge information amount e2 is larger than the first edge information amount e1 and the third edge information amount e3 is larger than the second edge information amount e2, the pixels included in the same positions are first selected. The image is classified into a slice image slice1.

(2) 제 1 에지 정보량(e1) 보다 제 2 에지 정보량(e2)이 크고, 제 2 에지 정보량(e2)이 제 3 에지 정보량(e3)과 동일하면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 2 슬라이스 화상(slice2)으로 분류한다.(2) When the second edge information amount e2 is larger than the first edge information amount e1 and the second edge information amount e2 is the same as the third edge information amount e3, the pixels included in the same positions are removed. The image is classified into two slice images slice2.

(3) 제 1 에지 정보량(e1) 보다 제 3 에지 정보량(e3)이 크고, 제 3 에지 정보량(e3) 보다 제2 에지 정보량(e2)이 크면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 3 슬라이스 화상(slice3)으로 분류한다.(3) When the third edge information amount e3 is larger than the first edge information amount e1 and the second edge information amount e2 is larger than the third edge information amount e3, the pixels included in the same positions are arranged in a third manner. The image is classified into a slice image slice3.

(4) 제 1 에지 정보량(e1)과 제 3 에지 정보량(e3)이 동일하고, 제 3 에지 정보량(e3) 보다 제2 에지 정보량(e2)이 크면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 4 슬라이스 화상(slice4)으로 분류한다.(4) When the first edge information amount e1 and the third edge information amount e3 are the same and the second edge information amount e2 is larger than the third edge information amount e3, the pixels included in the same positions are removed. It is classified into four slice images (slice4).

(5) 제 3 에지 정보량(e3) 보다 제 1 에지 정보량(e1)이 크고, 제 1 에지 정보량(e1) 보다 제2 에지 정보량(e2)이 크면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 5 슬라이스 화상(slice5)으로 분류한다(5) When the first edge information amount e1 is larger than the third edge information amount e3, and the second edge information amount e2 is larger than the first edge information amount e1, the pixels included in the respective positions are fifth. We classify into slice image (slice5)

(6) 제 3 에지 정보량(e3) 보다 제 1 에지 정보량(e1)이 크고, 제 1 에지 정보량(e1)과 제2 에지 정보량(e2)이 동일하면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 6 슬라이스 화상(slice6)으로 분류한다(6) When the first edge information amount e1 is larger than the third edge information amount e3, and the first edge information amount e1 and the second edge information amount e2 are the same, the pixels included in the same positions are removed. We classify into six slice images (slice6)

(7) 제 3 에지 정보량(e3) 보다 제 2 에지 정보량(e2)이 크고, 제 2 에지 정보량(e2) 보다 제 2 에지 정보량(e2)이 크면, 각각의 동일 위치에 포함된 화소를 제 7 슬라이스 화상(slice7)으로 분류한다(7) When the second edge information amount e2 is larger than the third edge information amount e3, and the second edge information amount e2 is larger than the second edge information amount e2, the pixels included in the same positions are selected as the seventh. We classify into slice image (slice7)

7장의 슬라이스 화상 중에서 화면을 기준할 때, 가장 깊이가 깊은 화상은 제 7 슬라이스 화상(slice7)이고, 그 다음은 제 6 슬라이스 화상(slice6), 제 5 슬라이스 화상(slice5), 제 4 슬라이스 화상(slice4), 제 3 슬라이스 화상(slice3), 제 2 슬라이스 화상(slice2), 제 1 슬라이스 화상(slice1) 순이다.Of the seven slice images, the deepest image is the seventh slice image slice7, followed by the sixth slice image slice6, the fifth slice image slice5, and the fourth slice image ( slice4), third slice image slice3, second slice image slice2, and first slice image slice1.

따라서, 동일 위치에서 에지 정보량을 +1, 0, -1과 같이 상대적으로 표현할 경우, 제 1 획득 화상이 가장 선명하면 깊이 정보는 -1(상대적인 깊이가 깊음)이 되고, 제 2 획득 화상이 가장 선명하면 깊이 정보는 0(상대적인 깊이가 중간에 있음)이 되며 제 3 획득 화상이 가장 선명하면, 깊이 정보는 +1(상대적인 깊이가 얕음)이 된다.Therefore, when the amount of edge information is relatively expressed at the same position as +1, 0, -1, if the first acquired image is the sharpest, the depth information is -1 (the relative depth is deep), and the second acquired image is the most. If clear, the depth information is 0 (the relative depth is in the middle) and if the third acquired image is the sharpest, the depth information is +1 (the relative depth is shallow).

여기서, 상대적인 깊이가 깊은 깊다는 것은 해당 위치가 관찰자(400)로부터 상대적으로 먼 위치에 있음을 의미하고, 역으로, 상대적인 깊이가 얕다는 것은 해당 위치가 관찰자(400)로부터 상대적으로 가까운 위치에 있음을 의미한다.Here, the deep depth of the relative depth means that the position is relatively far from the observer 400, and conversely, the shallow depth means that the position is relatively close to the observer 400. Means.

도 5의 (c)는 상기와 같은 과정을 거쳐 슬라이스한 화상의 예를 나타낸 것으로, 슬라이스의 깊이를 4단계로 하여 구성한 예이다.FIG. 5C shows an example of an image sliced through the above process, and is an example configured by setting the depth of the slice in four steps.

이와 같은 과정을 통해 다수의 슬라이스 화상이 생성된 상태가 되면, 이를 외부로부터 수신하거나 또는 내부의 메모리로부터 판독한다.When a plurality of slice images are generated through this process, they are received from the outside or read from the internal memory.

이에 따라, 2차원 디스플레이 장치(300)는 깊이 정보에 따라 순차적으로 획득한 각각의 2차원 슬라이스 화상을 순차적으로 디스플레이한다.Accordingly, the 2D display apparatus 300 sequentially displays each 2D slice image acquired sequentially according to the depth information.

이때, 2차원 디스플레이 장치(300)는 입력되는 슬라이스 화상을 디스플레이하는 디스플레이부(301)와, 상기 슬라이스 화상을 순차적으로 제공하기 위한 디스플레이 구동부(302)로 구성된다.In this case, the 2D display device 300 includes a display unit 301 for displaying an input slice image and a display driver 302 for sequentially providing the slice image.

이후, 상기 2차원 디스플레이 장치(300)와 관찰자(400) 사이에 개재된 액정 렌즈부(310)는 액정층부(312)에 가하는 구동 전압에 의해 복굴절성을 제어함으로써 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상의 깊이 정보에 대응하는 각각의 초점 거리를 제공하기 위한 가변초점 렌즈 기능(varifocal lens function)을 수행한다.Subsequently, the liquid crystal lens unit 310 interposed between the two-dimensional display apparatus 300 and the observer 400 controls birefringence by driving voltage applied to the liquid crystal layer 312 so that each of the two-dimensional slice images A variable focal lens function is provided to provide respective focal lengths corresponding to depth information.

액정 렌즈부(310)의 작용을 좀 더 상술하면, 우선, 액정 렌즈부(310)의 평판 렌즈(311)로는 복굴절성의 이점을 이용하는 대표적인 렌즈인 플란넬 렌즈(flannel lens)를 이용하는 것이 바람직한 데, 흔히, 플란넬 렌즈의 대표적인 용례로는 OHP(Over Head Projector)의 투영용 투명 필름을 올려놓는 부위에 장착된 렌즈를 그 용례로 들 수 있다.The operation of the liquid crystal lens unit 310 will be described in more detail. First, as the flat lens 311 of the liquid crystal lens unit 310, it is preferable to use a flannel lens, which is a representative lens that takes advantage of birefringence. As a typical example of a flannel lens, there is an example of a lens mounted on a portion where a transparent film for projection of an OHP (Over Head Projector) is placed.

이때, 액정 구동 제어부(314)는 디스플레이 구동부(302)와 동기를 맞추어 동작함에 따라 2차원 디스플레이 장치(310)가 디스플레이하는 슬라이스 화상에 대응하여 초점 거리가 일대일로 맞추어지도록 작용한다.In this case, the liquid crystal driving controller 314 operates in synchronization with the display driver 302 so that the focal length is set to be one-to-one corresponding to the slice image displayed by the 2D display apparatus 310.

다시 말해서, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 평판 렌즈의 렌즈 구성면(311b)과 상기 투명 플레이트(313)의 일측면에 형성한 두 전극(311c, 313a) 사이의 전압을 제어함으로써 입력되는 상기 각각의 슬라이스 화상에 대응하여 초점 거리가 가변되도록 한다.In other words, as shown in FIG. 7, the respective inputs are controlled by controlling voltages between the lens constitution surface 311b of the flat lens and the two electrodes 311c and 313a formed on one side of the transparent plate 313. The focal length is varied so as to correspond to the slice image.

도 7은 상기 평판 렌즈의 렌즈 구성면과 상기 투명 플레이트의 일측면에 형성한 두 전극 사이에 전압에 따른 액정의 분자장축의 변화를 도시한 예시도이다.7 is an exemplary diagram illustrating a change in molecular long axis of a liquid crystal according to voltage between a lens constituent surface of the flat lens and two electrodes formed on one side of the transparent plate.

본 발명에 대한 이해를 도모하기 위해, 액정의 물성을 간략하게 설명하면, 액정은 막대 모양 분자의 집단이며, 분자장축이 서로 평행하게 배열하는 것이 공통적이다. 이러한 독특한 배열 때문에 굴절율, 유전율, 자화율, 전도율, 점성율 등의 물성치가 분자장축에 평해한 방향과 직각 방향이 서로 다르다. 이것을 액정의 이방성이라고 한다. 또한 액정의 탄성율은 상당히 적기 때문에 외부의 힘에 의해 액정의 분자 배열은 손쉽게 변화하여 이방성의 물성치가 변화한다. 이러한 성질이 공학적 이용의 기초가 된다.In order to understand the present invention, briefly explaining the physical properties of the liquid crystal, the liquid crystal is a group of rod-shaped molecules, it is common that the molecular long axis is arranged in parallel with each other. Due to this unique arrangement, physical properties such as refractive index, dielectric constant, magnetization, conductivity, and viscosity are different from each other in the direction perpendicular to the molecular long axis. This is called anisotropy of liquid crystal. In addition, since the elastic modulus of the liquid crystal is very small, the molecular arrangement of the liquid crystal is easily changed by external force, and thus the anisotropic physical property value is changed. This property is the basis for engineering use.

또한, 액정은 광학적으로 1축성 결정과 같은 굴절율 이방성을 갖는다. 즉, 1축성 결정은 입사광이 굴절하지 않는 특성에 의한 정상 광귤절율(ordinary light refraction), 입사광의 굴절에 의한 이상 광 굴절율(extraordinary light refraction)을 갖는 데, 이러한 현상을 복굴절(birefringence)라고 한다. 이와 같은 복굴절 현상을 전장인가에 의해 제어한다는 의미에서 ECB(Electrically Controlled Birefringence)라고도 부른다.In addition, the liquid crystal has optically the same refractive anisotropy as uniaxial crystals. That is, uniaxial crystals have normal light refraction due to the property that the incident light is not refracted and extraordinary light refraction due to the refraction of the incident light. This phenomenon is called birefringence. This birefringence phenomenon is also called ECB (Electrically Controlled Birefringence) in the sense of controlling by electric field application.

도 7의 (a) 및 도 7의 (c)는 상기 평판 렌즈의 렌즈 구성면(311b)과 상기 투명 플레이트(313)의 일측면에 형성한 두 전극(311c, 313a) 사이에 전압을 가하지 않은 상태(0V)와 전압을 가한 상태(nV)를 도시한 것으로, 이때의 분자장축의 변화를 대응하여 도시한 것이다. 전압(nV)를 가하는 정도에 따라 액정의 물리적인 특성상 복굴절성의 가변에 의해 초점 거리를 적절하게 조절할 수가 있는 것이며, 전압(nV)의 가변은 디스플레이 구동부(302)와 동기되어 가변된다.7A and 7C show a state in which no voltage is applied between the lens configuration surface 311b of the flat lens and the two electrodes 311c and 313a formed on one side of the transparent plate 313. (0V) and the state (nV) to which the voltage is applied are shown, and the change in the molecular long axis at this time is shown correspondingly. According to the degree of applying the voltage nV, the focal length can be appropriately adjusted by the birefringence variable due to the physical characteristics of the liquid crystal, and the change of the voltage nV is synchronized with the display driver 302.

한편, 본 발명의 화상 획득 장치(500)는 본 발명에 의한 디스플레이 장치(300)와 액정 렌즈부(310)와 구성 요소가 결합된 형태로 사용할 수도 있지만 독자적으로 3차원 입체 화상을 재구성하기 위해 슬라이스 화상을 획득하기 위한 용도로도 이용할 수 있음은 주지의 사실이다.On the other hand, the image acquisition apparatus 500 of the present invention may be used in the form of a combination of the display device 300, the liquid crystal lens unit 310 and the components according to the present invention, but sliced to reconstruct a three-dimensional stereoscopic image independently It is well-known that it can also be used for the purpose of acquiring an image.

이상에서 설명한 바와 같은 2차원 디스플레이 장치(300)의 순차적인 디스플레이와 여기에 동기된 액정 렌즈부(310)의 가변 초점 조절에 의해 깊이감(입체감) 및 임장감이 풍부한 3차원 입체 화상을 관측할 수가 있으며, 일종의 가변 초점 방식의 3차원 입체 화상 생성 장치임에 따라 관찰자의 관측 위치가 고정되는 제한성을 효과적으로 완화할 수 있다.By the sequential display of the two-dimensional display device 300 described above and the variable focus adjustment of the liquid crystal lens unit 310 synchronized with the two-dimensional display device 300, a three-dimensional stereoscopic image rich in depth (stereoness) and presence can be observed. In addition, since the three-dimensional stereoscopic image generating apparatus is a kind of variable focus method, the limitation of fixing the observer's observation position can be effectively alleviated.

본원에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의내려진 용어들로써 이는 당분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본원의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Terminologies used herein are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or customs of those skilled in the art, and the definitions should be made based on the contents throughout the present application. will be.

또한, 본원에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 설명했으므로 본 발명의 기술적인 난이도 측면을 고려할 때, 당분야에 통상적인 기술을 가진 사람이면 용이하게 본 발명에 대한 또 다른 실시예와 다른 변형을 가할 수 있으므로, 상술한 설명에서 사상을 인용한 실시예와 변형은 모두 본 발명의 청구 범위에 모두 귀속됨은 명백하다.In addition, since the present invention has been described through the preferred embodiment of the present invention, in view of the technical difficulty aspects of the present invention, those having ordinary skill in the art can easily be different from another embodiment of the present invention. Since modifications may be made, it is obvious that both the embodiments and modifications cited in the above description belong to the claims of the present invention.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 광학상에 대한 입체감을 재현하기 위한 3차원 입체 화상 생성 장치에 있어서, 2차원 디스플레이 장치가 깊이 정보에 따라 순차적으로 획득한 각각의 2차원 슬라이스 화상을 순차적으로 디스플레이하면서, 상기 2차원 디스플레이 장치와 관찰자 사이에 개재되며, 액정의 복굴절성을 제어하는 구동 전압에 따라 상기 각각의 2차원 슬라이스 화상의 깊이 정보에 대응하는 각각의 초점 거리에 제공하는 가변초점 렌즈 기능(varifocal lens function)을 수행하는 액정 렌즈부를 구비한 본 발명에 의한 액정 렌즈를 이용한 3차원 입체 화상 생성 장치에 따르면, 2차원의 평면 화상을 3차원적으로 재구성함에 따라 관찰자의 관측 위치가 고정되는 제한성을 다소 완화시키고 동시에 입체감과 임장감이 우수한 3차원 화상을 발생할 수 있는 이점이 있다.As described in detail above, in the three-dimensional stereoscopic image generating apparatus for reproducing a three-dimensional effect on an optical image, while the two-dimensional display apparatus sequentially displays each two-dimensional slice image acquired sequentially according to depth information And a variable focus lens function interposed between the two-dimensional display apparatus and the observer and providing the respective focal lengths corresponding to the depth information of each two-dimensional slice image according to a driving voltage controlling birefringence of the liquid crystal. According to the three-dimensional stereoscopic image generating apparatus using the liquid crystal lens according to the present invention having a liquid crystal lens unit for performing a lens function, the observation position of the observer is fixed by three-dimensional reconstruction of the two-dimensional plane image. You can create a three-dimensional image with some relief and at the same time an excellent three-dimensional appearance It has the advantage.

Claims

In the three-dimensional stereoscopic image generating apparatus for reproducing a three-dimensional effect on an optical image:

A two-dimensional display device for sequentially displaying each two-dimensional slice image acquired sequentially according to the depth information; And

A variable focus lens function interposed between the two-dimensional display apparatus and the observer and controlling birefringence by a driving voltage applied to the liquid crystal to provide respective focal lengths corresponding to depth information of each two-dimensional slice image. 3D stereoscopic image generating device using a liquid crystal lens, characterized in that it comprises a liquid crystal lens unit performing a lens function.

The liquid crystal lens unit of claim 1, wherein

A flat plate lens having a flat surface formed on one side thereof in contact with the 2D display device and a lens construction surface formed on the other side thereof;

A transparent plate formed at a predetermined distance from a lens configuration surface of the flat plate lens;

A liquid crystal layer part in which a liquid crystal is grown between the flat plate lens and the transparent plate to form a layer; And

Liquid crystal drive control unit for changing the focal length corresponding to each of the two-dimensional slice image input by controlling the voltage between the lens configuration surface of the flat lens and the two electrodes formed on one side of the transparent plate for driving the liquid crystal 3D stereoscopic image generating device using a liquid crystal lens, characterized in that consisting of.

The method of claim 2, wherein the flat lens,

A three-dimensional stereoscopic image generating device using a liquid crystal lens, characterized in that the flannel lens.

The method of claim 1,

Sharpness of the pixels included in the same positions in the same number of two-dimensional acquired images captured by the imaging surface having a plurality of imaging surfaces having different focus states for the same subject and an image capturing unit corresponding to the imaging surfaces And an image acquisition device for acquiring each of the two-dimensional slice images having different depth information by comparing the two-dimensional slice images with the liquid crystal lens.

The apparatus of claim 4, wherein the image acquisition device comprises:

After condensing the same subject through the lens, the respective optical paths are formed on the first imaging surface, the second imaging surface, and the third imaging surface located in a plurality of directions according to the optical arrangement of the half mirror. A beam splitter;

A first image capturing unit configured to capture, as a first acquired image, an optical image whose focus is adjusted at a rear end of the first imaging surface positioned 90 ° in a clockwise direction with respect to the light incident axis of the beam splitter;

A second image capturing unit for capturing, as a second acquired image, an optical image having a fixed focal point adjusted to the second imaging plane positioned 270 ° in a clockwise direction with respect to the light incident axis of the beam splitter;

A third image pickup section for picking up the optical image whose focus is adjusted to the front end of the third imaging plane located at the rear end of the light incident axis as the third acquired image;

A first edge detector which receives the first acquired image, detects edge information, and quantizes the first edge information to calculate a first edge information amount;

A second edge detector which receives the second acquired image, detects edge information, and quantizes the second edge information to calculate a second edge information amount;

A third edge detector which receives the third acquired image, detects edge information, and quantizes the third edge information to calculate a third edge information amount;

A depth information extracting unit which receives the first edge information amount, the second edge information amount, and the third edge information amount for each same position, and compares and extracts depth information for each same position according to a predetermined condition; ; And

The respective depths corresponding to the first acquired image, the second acquired image, and the third acquired image from the depth information extracting unit by receiving the first acquired image, the second acquired image, and the third acquired image; And a slice image generation unit for receiving the information and generating the two-dimensional slice images, each of which has pixels having the same depth information.

The method of claim 5, wherein the unit of each of the same position,

3D stereoscopic image generating device using a liquid crystal lens, characterized in that any one of a pixel unit and a block unit.

The method according to claim 5, wherein the predetermined condition is

If the second edge information amount is larger than the first edge information amount and the third edge information amount is larger than the second edge information amount, the pixels included in the same positions are classified as a first slice image.

If the second edge information amount is larger than the first edge information amount and the second edge information amount is the same as the third edge information amount, the pixels included in the same positions are classified as a second slice image,

When the third edge information amount is larger than the first edge information amount and the second edge information amount is larger than the third edge information amount, the pixels included in the same positions are classified as a third slice image,

If the first edge information amount and the third edge information amount are the same and the second edge information amount is larger than the third edge information amount, the pixels included in the same positions are classified into a fourth slice image,

When the first edge information amount is larger than the third edge information amount and the second edge information amount is larger than the first edge information amount, the pixels included in the same positions are classified into a fifth slice image,

If the first edge information amount is larger than the third edge information amount, and the first edge information amount and the second edge information amount are the same, the pixels included in the same positions are classified into a sixth slice image,

And when the second edge information amount is larger than the third edge information amount and the second edge information amount is larger than the second edge information amount, the pixels included in the same positions are classified into seventh slice images. 3D stereoscopic image generating device using a.

An image acquisition device for acquiring a two-dimensional slice image having different depth information,

A beam splitter for condensing the same subject through a lens and then forming respective optical paths on a plurality of imaging surfaces located in a plurality of directions according to an optical arrangement of a half mirror;

An optical image having the same number of imaging surfaces and the same number of image pickup devices, the optical image of which the focal point is adjusted to the imaging surface, and the optical image of which the focus is adjusted to the front end of at least one or more different imaging surfaces, An image pick-up unit which picks up an optical image whose focus is adjusted at a rear end thereof and obtains an equal number of acquired images with the plurality of imaging surfaces;

An edge detector which receives the output of each image pickup device constituting the image pickup unit, detects edge information, and quantizes the edge information to calculate respective edge information amounts;

A depth information extracting unit which receives respective edge information amounts for each same position and compares and extracts depth information for each same position according to the sorting order of size of each edge information amount; And

Each of the two-dimensional pixels including the plurality of imaging surfaces and the same number of acquired images, the plurality of pixels each having the same depth information by receiving the respective depth information corresponding to the plurality of acquired images from the depth information extracting unit; And a slice image generation unit for generating a slice image.

The method of claim 8, wherein the plurality of imaging surface is

The first imaging plane positioned in a 90 ° direction clockwise with respect to the light incident axis of the beam splitter;

The second imaging plane positioned 270 ° clockwise with respect to the light incident axis of the beam splitter;

And a third imaging plane located at the rear end of the light incident axis.

The method of claim 9, wherein the image pickup unit,

A first image capturing unit configured to capture an optical image adjusted to a focal point on the first imaging surface as a first acquired image;

A second image pickup unit which picks up an optical image adjusted to a focal point on the second imaging surface as a second acquired image; And

And a third image capturing unit for capturing the optical image whose focus is adjusted to the front end of the third imaging surface as a third acquired image.

The method of claim 10, wherein the edge detector,

A second edge detector which receives the second acquired image, detects edge information, and quantizes the second edge information to calculate a second edge information amount; And

And a third edge detector which receives the third acquired image, detects edge information, and then quantizes the third edge information to calculate a third amount of edge information.

The method of claim 11, wherein the depth information extracting unit,

Receiving the first edge information amount, the second edge information amount, and the third edge information amount for each same position, and comparing and extracting depth information for each same position according to a predetermined condition; Image acquisition apparatus comprising a.

The method of claim 12, wherein the predetermined condition is

And when the second edge information amount is larger than the third edge information amount and the second edge information amount is larger than the second edge information amount, the pixels included in the same positions are classified into a seventh slice image. An image acquisition device, characterized in that.

The method of claim 12, wherein the slice image generation unit,

The respective depths corresponding to the first acquired image, the second acquired image, and the third acquired image from the depth information extracting unit by receiving the first acquired image, the second acquired image, and the third acquired image; And receiving the information and generating each of the two-dimensional slice images composed of pixels having the same depth information.

The method of claim 8, wherein each unit of the same position,

And at least one of a pixel unit and a block unit.