KR20000076414A - Method and apparatus for volumetric displaying - Google Patents
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Abstract
2차원 영상의 시리즈에 기초한 3차원 영상이 생성되고 디스플레이된다. 프레임의 중심(39)으로부터 다른 방사상 거리에 놓인 영상 디스플레이(22)의 시리즈를 포함하는 프레임(20)은 60 Hz 이상으로 회전한다. 각 디스플레이가 관찰자를 지나 회전하는 동안, 3차원 영상의 다른 단면적 슬라이스가 디스플레이된다. 그리고, 프레임의 완전한 회전은 관찰자에게 3차원 영상의 완전한 모습이 제공된다. 시스템의 고속 회전 속도는 슬라이스를 합치시키고 디스플레이의 방사상 변위는 영상에 심도를 제공한다. 이 조합으로써 시각 보조기가 필요 없이 실3차원 영상이 제시된다. 부가적으로, 여러 명이 동일하거나 다른 3차원 영상을 볼 수 있다.Three-dimensional images based on a series of two-dimensional images are generated and displayed. Frame 20 comprising a series of image displays 22 lying at different radial distances from the center 39 of the frame rotates above 60 Hz. While each display rotates past the viewer, different cross-sectional slices of the three-dimensional image are displayed. And, the complete rotation of the frame gives the viewer a complete view of the 3D image. The high rotational speeds of the system match the slices and the radial displacement of the display provides depth to the image. This combination presents a real three-dimensional image without the need for a visual aid. In addition, several people may view the same or different three-dimensional images.
Description
지난 100년 동안, 사진 기술로부터 텔레비전 디스플레이에 이르까지 전자적으로 발생된 영상의 디스플레이 및 프리젠테이션의 발전은 초기의 기술은 2차원(2-D) 영상을 디스플레이하는 것에 주안점을 두었다. 중요한 단계이긴 하지만, 이 시스템은 실3차원 영상을 복제할 수 있기에는 역부족이었다.In the last 100 years, advances in the display and presentation of electronically generated images, from photographic technology to television displays, have focused on the early technology displaying two-dimensional (2-D) images. Although an important step, this system was not enough to replicate real 3D images.
3차원 전자적 발생 영상을 발생시키기 위한 초기 시도는 2차원 및 2와 2분의 1 차원, 또는 기껏해야 셔터화되고 편광화된 렌즈 시스템과 같은 입체 영상 기술에 주로 한정되었다. 셔터 시스템에서, 관찰자가 영상을 보기 위해서는 특수한 셔터화된 안경을 껴야 한다. 투명과 불투명 위치를 번갈아 일으키는 액정 셔터가 각 렌즈 내에 장착되어 있다. 디스플레이는 한 쪽 눈 그리고 나서 다른 쪽 눈에 대해 올바른 투시도로 주어지는 다른 쪽 영상 시퀀스를 보여준다. 제어 시스템은 단지 적합한 눈만이 그 해당 영상을 보도록 셔터 위치를 조정한다. 이러한 스위칭은 대략 120헤르츠(Hz)에서 일어나며 관찰자에게 편광차원 영상을 볼 수 있는 감각을 제공한다. Stereo Monitors Put Images In Perspective, Laser Focus World, 41, 1989년 10월호 및 S. Wixson의 Three-Dimensional Presentations, Information Display, 24-26, 1989년 7/8월호를 보자.Initial attempts to generate three-dimensional electronically generated images have been primarily limited to stereoscopic imaging techniques such as two-dimensional and two-and-half dimensions, or at most shuttered and polarized lens systems. In a shutter system, the observer must wear special shuttered glasses to view the image. Liquid crystal shutters, which alternate between transparent and opaque positions, are mounted in each lens. The display shows the other image sequence given the correct perspective for one eye and then the other. The control system adjusts the shutter position so that only suitable eyes see the image. This switching takes place at approximately 120 hertz (Hz) and provides the viewer with the sense of viewing a polarization-dimensional image. See Stereo Monitors Put Images In Perspective, Laser Focus World, 41, October 1989, and S. Wixson's Three-Dimensional Presentations, Information Display, 24-26, July / August 1989.
편광 시스템에서 관찰자는 반대 방향(수평/수직 방향 또는 시계/반시계 방향)에 있어 편광된 특수 안경을 쓰고 본다. 디스플레이 장치도 다른 방향 사이에서 스위칭하는 편광 필터에 맞추어져 있다. 원형 편광 시스템에서, 편광 필터는 두 개의 원형 편광 상태(시계 및 반시계 방향) 사이를 번갈아 일으킨다. 스크린의 편광이 렌즈 중의 하나의 편광과 일치하면, 스크린 상의 영상을 볼 수 있다. 편광이 어긋나면, 영상은 가려진다. 선형 편광 시스템은 수직 및 수평 편광 상태를 가진 필터 및 안경과 동일한 방식으로 작동된다. 그러나, 원형 편광 시스템에서는 관찰자가 머리를 기울인 상태에서도 3차원 효과를 볼 수 있는 반면에 선형 편광 시스템에서 영상을 보기 위해서는 머리를 수직 근처 위치에 두고 있어야만 한다. 원형 시스템의 단점은 렌즈 및 스크린에 대한 비용이 선형 시스템의 비용보다 대개 20% 정도 더 든다는 점이다. Stereo Monitors Put Images In Perspective, Laser Focus World, 41, 1989년 10월호 및 S. Wixson의 Three-Dimensional Presentations, Information Display, 24-26, 1989년 7/8월호를 보자.In polarized systems, observers wear special glasses that are polarized in opposite directions (horizontal / vertical or clockwise / counterclockwise). Display devices are also fitted with polarizing filters that switch between different directions. In a circular polarization system, the polarization filter alternates between two circular polarization states (clockwise and counterclockwise). If the polarization of the screen matches the polarization of one of the lenses, then the image on the screen can be seen. If the polarization is shifted, the image is hidden. Linear polarization systems operate in the same way as filters and glasses with vertical and horizontal polarization states. However, in the circular polarization system, the observer can see the three-dimensional effect even when the head is tilted, while the head must be positioned near the vertical to view the image in the linear polarization system. The disadvantage of circular systems is that the cost for lenses and screens is usually about 20% more than the cost of linear systems. See Stereo Monitors Put Images In Perspective, Laser Focus World, 41, October 1989, and S. Wixson's Three-Dimensional Presentations, Information Display, 24-26, July / August 1989.
렌즈 시스템은 여러 가지 형태로 구현될 수 잇다. 예를 들면, 공통적인 방식은 동일한 카메라 시리즈를 서로 인접하게 장착하고 그들을 원하는 물체에 대해 초점을 맞추는 것이다, 이는 약간씩 다른 각도에서 물체 영상의 시리즈를 생성한다. 이 영상들은 다중화되어 카메라와 일대일 대응되게 영상 투영기 시리즈로 인가된다. 영상 투영기는 3차원 효과를 생성하는 영상의 입체 영상을 생성하는 렌즈 디스플레이 스크린에 해당 영상을 동시에 투영한다. N. Nithiynadam, K. Balasubramonian, K.P. Rajappan의 A Real-Time 3-D TV By Autostereoscopic Methods of Imaging, Journal of Optics, vol. 11, No. 1, 6-8, 1982년 1-3월호 및 R. Borner, 3D TV Projection, Electronics and Power, 1987년 6월호 379-382쪽을 보자.The lens system can be implemented in various forms. For example, a common approach is to mount the same series of cameras next to each other and focus them on the desired object, which produces a series of object images at slightly different angles. These images are multiplexed and applied to the image projector series in a one-to-one correspondence with the camera. The image projector simultaneously projects the image onto a lens display screen that produces a stereoscopic image of the image that produces a three-dimensional effect. N. Nithiynadam, K. Balasubramonian, K.P. Rajappan's A Real-Time 3-D TV By Autostereoscopic Methods of Imaging, Journal of Optics, vol. 11, No. 1, 6-8, March 1982, and R. Borner, 3D TV Projection, Electronics and Power, June 1987, pages 379-382.
위의 시스템들이 표준 2차원 영상 보다 더 좋기는 하지만, 아직도 실제의 3차원 영상을 제공하지는 못한다. 그외에도, 이 시스템들에서는 일반적으로 안경 또는 고글과 같은 시각 보조기를 관찰자가 사용해야 한다. 그러므로, 이후의 연구는 이러한 제약을 가지지 않는 실3차원 시각 시스템을 개발하기 위한 시도에서 이루어져 왔다.Although the above systems are better than standard two-dimensional images, they still do not provide real three-dimensional images. In addition, these systems typically require observers to use vision aids such as glasses or goggles. Therefore, subsequent studies have been made in an attempt to develop a real three-dimensional visual system without these limitations.
B. Daviss, Boob Cube, Discover, 30, 1995년 12월호 및 P. Soltan, M. Lasher, W. Dahlke, N. Acnatilado, M. Mcdonald, Laser Projection 3-D Volumetric Displays, Naval Command, Control and Ocean Surveillance Center, 1996년 2월호는 특수 안경없이 3차원 형태에서 디스플레이되게 하는 회전 나선형 시스템을 개시한다. 회전 나선형 시스템에서 이중 나선은 유리 실린더 내에서 회전한다. 나선은 쓰여질 때 깜빡임 없는 영상을 제공하기에 충분한 대략 20 Hz율로 회전한다. 적, 녹, 청 레이저의 시리즈로부터 광선이 나선과 교차하는 나선 생성 가시 광점 위로 수신된 레이저광의 펄스를 반사하기 위해 유리 실린더의 맨 위에 거울이 놓인다. 이러한 교차는 복셀(voxels)로 공지되어 있다. 회전 나선이 실린더형 엔벌로프를 쓸면서 3차원 영상을 생성한다. 시스템이 실3차원 영상을 생성하기 하지만 이 시스템은 대부분의 3차원 디스플레이 응용에 대해 바람직한 것보다 해상도가 낮다. 그 외에도, 이 시스템은 시각적 가공물에 대해 민감하고 상당히 복잡하고 비용도 많이 든다.B. Daviss, Boob Cube, Discover, 30, December 1995, and P. Soltan, M. Lasher, W. Dahlke, N. Acnatilado, M. Mcdonald, Laser Projection 3-D Volumetric Displays, Naval Command, Control and Ocean Surveillance Center, February 1996, discloses a rotating spiral system that allows display in three-dimensional form without special glasses. In a rotating helical system, the double helix rotates in a glass cylinder. The spiral rotates at a rate of approximately 20 Hz sufficient to provide a flicker free image when written. A mirror is placed on top of a glass cylinder to reflect a pulse of laser light received over a spiral-generating visible light spot where the light crosses a spiral from a series of red, green and blue lasers. This intersection is known as voxels. The rotating helix sweeps through the cylindrical envelope to produce a three-dimensional image. Although the system produces real three-dimensional images, the system is of lower resolution than desired for most three-dimensional display applications. In addition, the system is sensitive to visual artifacts and is quite complex and expensive.
R.L. Hotz, A 3-D System That Works without Glasses, Los Angles Times, A1, A3a, 1996년 8월 30일자는 희토 산화물 형광 성분으로 코팅된 다층 유리를 포함하는 스탠포드 대학에서 개발된 시각 입방체를 기술하고 있다. 컴퓨터 시리즈 제어 레이저가 이 입방체를 통해 각 광선을 투영하여 두 광선이 교차하는 발광점을 발생시킨다. 레이저는 이 입방체를 빠르게 스캐닝하여 실3차원 영상을 생성한다. 이 시각 입방체는 대략 3 cm3이하의 매우 작은 디스플레이에 한정되어 왔다. 그 외에도, 보다 큰 디스플레이의 개발은 충분히 큰 부피의 적절한 재료를 개발하고 충분히 높은 비율로 레이저로 스캔할 수 없어서 진전되지 못한다.RL Hotz, A 3-D System That Works without Glasses, Los Angles Times, A1, A3a, August 30, 1996, describes a visual cube developed at Stanford University that includes multilayer glass coated with rare earth oxide fluorescent components. have. A computer-series controlled laser projects each ray through this cube to produce an emitting point where the two rays intersect. The laser quickly scans the cube to produce a real three-dimensional image. This visual cube has been limited to very small displays of about 3 cm 3 or less. In addition, the development of larger displays is not advanced because they develop adequate materials in sufficiently large volumes and cannot scan with lasers at sufficiently high rates.
J.C. Ruses, The Image Processing Handbook, CRC Press, 1992년 406-408쪽에 음극관(CRT) 디스플레이가 3차원 영상 슬라이스의 시리즈를 투영하는 다초점 거울 시스템이 개시되어 있다. 이 영상 슬라이스는 관찰자에게 직접 보이지는 않지만 움직이는 거울에 반사된다. 각각의 다른 슬라이스가 투영되므로 거울을 심도 감각을 주기 위해 화자 음성 코일은 거울을 약간 이동시킨다. 이 기술은 이 시스템이 충분히 빠르게 완전한 영상 슬라이스를 제공할 수 없으므로 통상 간단한 외부선 도면에 한정된다. 슬라이스가 x, y, z 축에 수직이 아니라면, 영상을 메우기 위해 요구되는 삼각 계산법은 시스템 성능을 더 감소시킨다.J.C. Ruses, The Image Processing Handbook, CRC Press, 1992, pp. 406-408, discloses a multifocal mirror system in which a cathode ray tube (CRT) display projects a series of three-dimensional image slices. This image slice is not directly visible to the viewer but is reflected by a moving mirror. As each different slice is projected, the speaker voice coil moves the mirror slightly to give a sense of depth to the mirror. This technique is typically limited to simple outline drawings since the system cannot provide a complete image slice quickly enough. If the slice is not perpendicular to the x, y, and z axes, the trigonometric calculations required to fill the image further reduce system performance.
위에 설명한 기술들이 실3차원 영상을 제공하지만 이 시스템들은 매우 복잡하고 비용이 많이 들면 일반적으로 반대 환경에 대해서는 잘 적응되지 않는다. 그외에도, 3 시스템 모두 고스트 영상, 반점, 원하지 않은 결점과 같은 디스플레이 가공물이 생성될 확률이 매우 높다.Although the techniques described above provide real 3D images, these systems are very complex and expensive and generally do not adapt well to the opposite environment. In addition, all three systems are very likely to produce display artifacts such as ghost images, spots, and unwanted defects.
본 발명은 편광 안경 또는 셔터와 같은 특수 시각 보조기 없이도 관찰자에게 3차원 영상(three-dimensional image)을 제공해 줄 수 있는 2차원 영상의 투사(projection)에 관한 것이다.The present invention relates to a projection of a two-dimensional image that can provide a three-dimensional image to an observer without a special visual aid such as polarized glasses or a shutter.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 입체 디스플레이 시스템(three-dimensional volumetric display system)의 블록도.1 is a block diagram of a three-dimensional volumetric display system in accordance with the present invention.
도 2는 수직 방향에서 시스템의 회전을 도시하는 3차원 입체 디스플레이 시스템의 부분 단면도.2 is a partial cross-sectional view of a three-dimensional stereoscopic display system showing the rotation of the system in the vertical direction.
도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 주어진 수직적인 방향으로 동작하는 3차원 입체 디스플레이 시스템의 단면도.3 is a cross-sectional view of a three-dimensional stereoscopic display system operating in a given vertical direction along line 3-3 of FIG.
도 4는 3차원 입체 디스플레이 시스템에 의한 순차적인 영상 디스플레이를 도시하는 타이밍도.4 is a timing diagram illustrating sequential video display by a three-dimensional stereoscopic display system.
도 5는 도 2와 동일한 방향에서 본 평형추를 사용하는 3차원 입체 디스플레이의 회전 프레임 대안 설계의 단면도.5 is a cross-sectional view of an alternative rotation frame design of a three-dimensional stereoscopic display using counterweights viewed from the same direction as in FIG.
도 6은 도 2와 동일한 방향에서 본 곡면 디스플레이 스크린을 사용하는 3차원 입체 디스플레이의 회전 프레임 제2 대안 설계의 단면도.6 is a cross-sectional view of a second alternative design of a rotating frame of a three-dimensional stereoscopic display using a curved display screen viewed from the same direction as FIG.
도 7은 도 2와 동일한 방향에서 본 영상 디스플레이 원만을 사용하는 3차원 입체 디스플레이의 회전 프레임 제3 대안 설계의 단면도.7 is a cross-sectional view of a third alternative design of a rotating frame of a three-dimensional stereoscopic display using only an image display circle viewed from the same direction as in FIG.
도 8은 수평 방향으로 동작되는 3차원 입체 디스플레이 시스템의 부분 단면도.8 is a partial cross-sectional view of a three-dimensional stereoscopic display system operated in a horizontal direction.
도 9는 여러 명이 볼 수 있는 도 8의 선 9-9를 따라 주어진 수평 형상에서 동작되는 3차원 입체 디스플레이 시스템의 단면도.9 is a cross-sectional view of a three-dimensional stereoscopic display system operated in a given horizontal shape along line 9-9 of FIG.
본 발명은 2차원 영상으로부터 복잡한 고해상도 3차원 영상(three dimensional image)을 생성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for generating complex high resolution three dimensional images from two dimensional images.
영상원(image source)은 2차원 영상의 시퀀스를 발생시켜 이를 회전 프레임(rotational frame) 구조 주위에 장착된 디스플레이 영상원(display image source)의 시리즈에 전송한다. 디스플레이 영상원은 영상을 투영하고 이 영상은 변화하는 반지름을 가지고 프레임 주위에 위치한 복수의 디스플레이 스크린에 집중된다. 관찰자(viewer)는 방사상의 변위(radial displacement)에 의해 주어진 심도(depth) 및 시스템의 회전 속도에 의해 시각적으로 합치되어진(fused) 2차원 영상의 시퀀스를 본다. 양안 단시(fusion) 및 심도는 함께 실3차원 영상(true three-dimensional image)을 제공한다. 이 시스템으로써, 관찰자는 특수한 시각 보조기 없이도 실3차원 영상을 볼 수 있다.An image source generates a sequence of two-dimensional images and transmits them to a series of display image sources mounted around a rotational frame structure. The display image source projects an image, which is concentrated on a plurality of display screens located around the frame with varying radii. The viewer sees a sequence of two-dimensional images visually fused by the depth given by the radial displacement and the rotational speed of the system. The binocular fusion and depth together provide a true three-dimensional image. With this system, an observer can see a real three-dimensional image without a special visual aid.
디스플레이 스크린이 편편하다고 초기에 가정되지만 대안적 형태에 있어서는 디스플레이 스크린은 곡면일 수도 있다. 나아가, 디스플레이 스크린 자체가 영상 디스플레이 원이 될 수 있으며 매개 광학기(intermediate optics) 및 차후의 디스플레이 스크린을 가질 필요가 없어진다.Although initially assumed that the display screen is flat, in an alternative form the display screen may be curved. Furthermore, the display screen itself can be a visual display source and eliminates the need for intermediate optics and subsequent display screens.
프레임이 수평 축 주위를 수직 방식으로 회전하는 것으로 초기에 가정되지만 이는 수직 축 주위를 수평적으로 회전할 수도 있다. 이 방향잡이는 여러 명이 시스템을 사용할 수 있게 할 것이다. 관찰자가 여러명인 경우, 관찰자들은 시스템 주위의 다른 위치에 배치될 것이고 동일하거나 다른 영상을 볼 수 있다.Although initially assumed that the frame rotates in a vertical manner around the horizontal axis, this may rotate horizontally around the vertical axis. This direction will allow several people to use the system. If there are multiple observers, they will be placed in different locations around the system and can see the same or different images.
본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징, 형태, 유리함은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 이 기술분야의 숙련가에게 명백해질 것이다.These and other features, forms, and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 2차원 영상의 시리즈(series of two-dimensional images)에 기초한 3차원 영상의 제공(the presentation of three-dimensional images)에 대한 시스템 및 방법을 제공한다. 프레임(frame) 중심으로부터 다른 반지름 거리에 놓인 영상 디스플레이 시리즈(series of imange displays)를 포함하는 프레임은 프레임 중심을 통해 연장된 축 주위를 디스플레이 깜빡임을 방지하기에 충분한 주파수, 예를 들면 60 Hz 이상으로 회전한다. 각 디스플레이가 관찰자를 지나 회전하면서, 3차원 영상의 다른 단면 심도 슬라이스(sectional depth slice)가 디스플레이된다. 그리고, 프레임이 완전히 회전하면 관찰자에게 원하는 물체 또는 장면의 3차원 영상이 제공된다. 시스템의 고속 회전 속도는 시각적으로 슬라이스를 합치시키고 디스플레이의 방사상 분리(radial separation)는 이미지에 대한 심도(depth)를 제공한다. 이 조합은 시각 보조기없이 보일 수 있는 실3차원 입체 이미지를 제공한다. 부가적으로, 입체적 제공(volumetric presentation)에서 동일한 또는 다른 3차원 영상을 여러 명이 볼 수 있다.The present invention provides a system and method for the presentation of three-dimensional images based on a series of two-dimensional images. Frames containing a series of imange displays placed at different radial distances from the center of the frame should be at a frequency sufficient to prevent display flicker around an axis extending through the center of the frame, for example 60 Hz or more. Rotate As each display rotates past the viewer, another sectional depth slice of the three-dimensional image is displayed. When the frame is completely rotated, the viewer is provided with a 3D image of a desired object or scene. The high speed of rotation of the system visually fits the slices and the radial separation of the display provides depth for the image. This combination provides real 3D stereoscopic images that can be seen without a visual aid. In addition, several people can view the same or different three-dimensional images in a stereoscopic presentation.
도 1에 도시된 바와 같이, 3차원 시스템(19)은 영상 디스플레이(22)를 포함하는 회전가능 프레임(20)을 포함한다. 각 영상 디스플레이(22)는 디스플레이 영상원(display image source)(24), 매개 광학기(intermediate optics) 시리즈(26), 디스플레이 스크린(display screen)(28)을 포함한다. 디스플레이 영상원(24)은 양호하게는 영상을 영상원(30)으로부터 수신하고 이를 매개 광학기(26)에 투영하는 편편한 패널(panel) 디스플레이 장치이고, 매개 광학기(26)는 양호하게는 반투명 후 투영(rear projection) 디스플레이 스크린인 디스플레이 스크린(28)에 영상을 집중시킨다.As shown in FIG. 1, the three-dimensional system 19 includes a rotatable frame 20 that includes an image display 22. Each image display 22 includes a display image source 24, an intermediate optics series 26, and a display screen 28. The display image source 24 is preferably a flat panel display device that receives an image from the image source 30 and projects it onto the intermediate optics 26, wherein the intermediate optics 26 are preferably translucent. Focus the image on display screen 28, which is a rear projection display screen.
방식에 따라, 영상원(30)은 영상을 외부 영상원(38)으로부터 수신할 수도 있고 영상 발생 소프트웨어 패키지를 사용하여 내부적으로 발생시킬 수도 있다. 각 영상 디스플레이(22)에 대해, 디스플레이 스크린(28)은 프레임(20)의 중심으로부터 다른 방사상 거리에 놓인다. 이 배치는 디스플레이될 3차원 영상의 다른 심도층(depth layer)을 제공한다. 영상 디스플레이(22)의 수는 시스템의 심도 해상도를 결정하고, 그 수가 클수록 심도 해상도는 높아진다.Depending on the scheme, the image source 30 may receive the image from the external image source 38 or may generate it internally using an image generating software package. For each image display 22, the display screen 28 lies at a different radial distance from the center of the frame 20. This arrangement provides another depth layer of the three-dimensional image to be displayed. The number of video displays 22 determines the depth resolution of the system, and the larger the number, the higher the depth resolution.
도 2에 도시된 바와 같이, 장착 구조(mounting structure)(32)는 프레임(20)을 지지하고 프레임(20)이 그 축을 주위를 회전하도록 한다. 장착 구조(32) 위의 회전 모터(34)는 프레임(20)을 회전시킨다. 적절하게 상업적으로 가용한 수치 제어기 또는 서보(servo) 제어기인 시스템 제어기(36)는 프레임(20)의 속도를 유지하고 디스플레이(22)에 의한 영상의 투영을 조정하기 위해 모터(34) 및 영상원(30)을 제어한다. 외부 영상원(38)은 영상원(30)에 외부에서 시스템으로 수신된 영상을 제공한다.As shown in FIG. 2, mounting structure 32 supports frame 20 and causes frame 20 to rotate about its axis. The rotary motor 34 on the mounting structure 32 rotates the frame 20. A system controller 36, which is a suitably commercially available numerical or servo controller, maintains the speed of the frame 20 and adjusts the motor 34 and image source to adjust the projection of the image by the display 22. Control 30. The external image source 38 provides the image source 30 with the image received from the outside to the system.
도 2에 더 도시된 바와 같이, 양호한 형상에서는, 프레임(20)은 장착 구조(32)에 수평인 회전축을 가지고 수직 방식으로 장착된다. 모터(34)는 회전 전기 연결기(도시되지 않음)를 포함하는 중앙 허브(central hub)(40)에 대해 프레임(20)을 회전시킨다. 허브(40)는 장착 구조(32)에 장착된 한 부분과 프레임(20)에 장착된 제2 부분인 두 부분을 포함한다. 회전 전기 연결기 시리즈는 두 부분 사이에 위치하여 두 부분 사이에서 전기 신호를 통과시킨다. 그리고, 영상원(30)으로부터 수신한 전기 신호는 회전 연결기를 통해 통과하여 그 해당 디스플레이 영상원(24)으로 제공된다.As further shown in FIG. 2, in a preferred shape, the frame 20 is mounted in a vertical manner with a rotation axis horizontal to the mounting structure 32. Motor 34 rotates frame 20 relative to a central hub 40 that includes a rotating electrical connector (not shown). Hub 40 includes two portions, one portion mounted to mounting structure 32 and a second portion mounted to frame 20. The rotary electrical connector series is positioned between the two parts to pass electrical signals between the two parts. The electrical signal received from the image source 30 passes through the rotary connector and is provided to the corresponding display image source 24.
프레임(20) 및 장착 구조(32)는 양호하게는 하나 이상의 보기 위치(viewing location)을 가진 하우징(housing)(42) 안에 위치한다. 하우징(42)은 양호하게는 진공 또는 진공 가까이로 유지되어 회전 중에 프레임(20)이 겪는 공기 저항을 최소화한다. 하우징(42)은 진공 손실을 방지하기 위해 봉인될 수 있거나 진공 수준을 유지하기 위해 사용되는 진공 펌프(도시되지 않음)의 시리즈에 연결될 수 있다. 캐비넷(cabinet)(46)은 하우징(42)을 둘러싸고, 하우징 보기 위치(44)에 해당하는 방향에 보기 위치(48) 시리즈를 제공한다.The frame 20 and mounting structure 32 are preferably located in a housing 42 having one or more viewing locations. The housing 42 is preferably kept near or near vacuum to minimize the air resistance experienced by the frame 20 during rotation. The housing 42 may be sealed to prevent vacuum loss or may be connected to a series of vacuum pumps (not shown) used to maintain vacuum levels. A cabinet 46 surrounds the housing 42 and provides a series of viewing positions 48 in a direction corresponding to the housing viewing position 44.
전기 연결기(50 및 52) 시리즈는 하우징(42)을 통해 통과한다. 연결기(connector)(50)는 영상원(30)과 중앙 허브(40)의 제1 반쪽 사이에 연결된다. 그리고, 영상원(30)으로부터 전송된 신호는 하우징(42)을 통해 통과되어 중앙 허브(40)에 의해 수신되고 나서, 이는 해당 디스플레이 영상원(24)으로 신호를 제공한다. 연결기(52)는 시스템 제어기(36)에 연결되고, 하우징(42)을 통해 통과하며, 모터(34)로 연결된다.The series of electrical connectors 50 and 52 passes through the housing 42. A connector 50 is connected between the image source 30 and the first half of the central hub 40. The signal transmitted from the image source 30 is then passed through the housing 42 and received by the central hub 40, which then provides the signal to the corresponding display image source 24. The connector 52 is connected to the system controller 36, passes through the housing 42, and is connected to the motor 34.
도 3에 도시된 바와 같이, 각 영상 디스플레이는 프레임(20)의 중심에 근접하게 방사상으로 장착된 디스플레이 영상원(24)을 포함한다. 디스플레이 영상원에 대해 원심 효과를 최소하도록 프레임(20)의 중심에 가능한 가까이 디스플레이 영상원(24)을 놓는 것이 양호하다. 디스플레이 영상원(24)은 이것에 한정되지는 않지만 액정 디스플레이(liquid crystal display: LCD), 필드 에미션 디스플레이(field emission display: FED), 전자발광(electroluminescent) 디스플레이(ELD), 플라즈마(plasma) 디스플레이 패널(PDP)인 다양한 편편한 패널 디스플레이로 될 수 있다. 이 디스플레이들이 저해상도 응용에 대해서도 유효한 1280 x 1024 픽셀(pixel)(수평적으로 및 수직적으로) 이상을 가진 고해상도인 것은 더 양호하다. 디스플레이 영상원(24)은 중앙 허브(40)의 제2부분에 전기 리드선(54)으로 연결된다. 디스플레이 영상원(24)로부터 방사상 밖으로 이동하면 매개 광학기(26)가 놓여 있다. 방사상 밖으로 더 이동하면 디스플레이 스크린(28)이 놓여 있다. 디스플레이 영상원(24)과 같이, 매개 광학기(26)도 프레임(20) 내에 장착되어 있다. 그들은 디스플레이 영상원(24)에 의해 투영된 영상을 수신하고 이어 이 영상을 디스플레이 스크린(28)에 집중시킨다.As shown in FIG. 3, each image display includes a display image source 24 mounted radially close to the center of the frame 20. It is preferable to place the display image source 24 as close to the center of the frame 20 as possible to minimize the centrifugal effect on the display image source. The display image source 24 is not limited to this, but a liquid crystal display (LCD), a field emission display (FED), an electroluminescent display (ELD), a plasma display The panel PDP can be a variety of flat panel displays. It is better that these displays are high resolution with more than 1280 x 1024 pixels (horizontally and vertically), which is also valid for low resolution applications. The display image source 24 is connected to the second portion of the central hub 40 by an electrical lead 54. Moving radially out of the display image source 24 lies the intermediate optics 26. Moving further radially lies the display screen 28. Like the display image source 24, the intermediate optics 26 are also mounted in the frame 20. They receive the image projected by the display image source 24 and then concentrate this image on the display screen 28.
각 디스플레이 스크린(28)은 프레임(20)의 중심으로부터 다른 방사상 거리에 위치한다. 이 변하는 방사상 거리는 주어진 영상의 다른 심도층을 제공하여, 실3차원 영상을 제공한다. 디스플레이 스크린(28)은 이것에 한정되지는 않지만 유연하고 단단한 확산 스크린, 및 렌즈 시스템 또는 홀로그래픽(holographic) 소자의 조합을 포함하는 하이브리드 시스템을 포함하는 상업적으로 가용한 다양한 후 투영 디스플레이 장치일 수 있다. 투명 시트(sheet)(56) 시리즈는 회전 도중 시스템을 균형잡고 흔들거림을 방지하기 위해 디스플레이 스크린(28)과 평행하게 장착된다. 시트(56)는 디스플레이 스크린(28)으로/로부터 제공된 영상이 관찰자에게 통과되도록 한다. 필요하면, 평형추(counterbalance weights) 시리즈(도시되지 않음)가 회전 시스템을 더 균형 잡기 위해 사용될 수 있다.Each display screen 28 is located at a different radial distance from the center of the frame 20. This varying radial distance provides different depth layers of a given image, providing a true three-dimensional image. Display screen 28 may be any of a variety of commercially available rear projection display devices including, but not limited to, flexible and rigid diffusion screens, and hybrid systems including a combination of lens systems or holographic elements. . The transparent sheet 56 series is mounted parallel to the display screen 28 to balance the system and prevent shaking during rotation. Sheet 56 allows an image provided to / from display screen 28 to be passed to the viewer. If desired, a series of counterbalance weights (not shown) can be used to further balance the rotating system.
동작에 있어, 모터(34)는 60Hz 이상의 속도로 프레임(20)을 회전시킨다. 프레임(20)이 회전하는 동안, 영상원(30)은 디스플레이시킬 3차원 영상을 내부적으로 발생시키거나 외부 영상원(38)으로부터 수신한다. 두 경우에 모두, 영상원(30)은 3차원 영상을 2차원 부분으로 얇게 자른다. 부분의 수는 시스템에서 사용되는 영상 디스플레이(22)의 수와 일대일 대웅관계에 있다. 입력은 계층화된 데이터베이스를 초기에 포함할 수도 있어서, "얇게 자르기(slicing)"가 필요없을 수도 있다.In operation, the motor 34 rotates the frame 20 at a speed of 60 Hz or more. While frame 20 is rotating, image source 30 internally generates or receives from external image source 38 a three-dimensional image to display. In both cases, the image source 30 cuts the three-dimensional image thinly into two-dimensional portions. The number of parts is in a one-to-one relationship with the number of video displays 22 used in the system. The input may initially include a layered database, so that “slicing” may not be necessary.
영상이 외부 영상원(38)으로부터 수신된다면, 영상은 3차원 영상을 생성하기 위해 영상원(30)에 의해 합치되어야 하는 동일한 영상에 대한 여러 모습의 시리즈 또는 3차원 데이터 점들을 포함한다. 예를 들면, 3차원 입체 디스플레이 시스템이 항공기 통행량 제어를 목적으로 사용된다면, 영상원(30)은 고정된 위치-항로-를 기준으로 한 각 항공기의 고도 및 위도 경도 위치에 대한 정보를 최소한 수신할 것이다. 영상원(30)은 이 데이터를 수집하여 항공기의 위치를 보여주는 공항 지역의 3차원 모델을 생성한다. 모델은 그리고 시스템에 의해 사용되는 영상 디스플레이(22)의 수에 일대일 대응인 개수의 2차원 영상의 시리즈로 얇게 잘라진다.If the image is received from an external image source 38, the image includes various shapes of series or three-dimensional data points for the same image that must be matched by the image source 30 to produce a three-dimensional image. For example, if a three-dimensional stereoscopic display system is used for aircraft traffic control purposes, then the image source 30 will at least receive information about the altitude and latitude longitude position of each aircraft relative to a fixed position-route. will be. Image source 30 collects this data to generate a three-dimensional model of the airport area showing the location of the aircraft. The model is then thinly cut into a series of numbers of two-dimensional images that correspond one-to-one to the number of image displays 22 used by the system.
영상원(30)은 해당 영상 슬라이스를 각 디스플레이 영상원(24)에 제공한다. 특히, 영상원(30)은 신호를 하우징(42)을 통과하여 허브(40)로 전기 연결기를 통해 통과시킨다. 허브(40) 내에서 전기 신호는 개개의 디스플레이 영상원(24)으로 전기 리드선(54)에 의해 통과된다. 영상은 매개 광학기(26)로 전송되어 거기에서 영상은 해당 디스플레이 스크린으로 집중된다.The image source 30 provides the corresponding image slice to each display image source 24. In particular, the image source 30 passes the signal through the housing 42 and through the electrical connector to the hub 40. Within the hub 40 electrical signals are passed by electrical leads 54 to individual display image sources 24. The image is transmitted to intermediate optics 26 where it is concentrated on the corresponding display screen.
디스플레이 스크린이 보기 위치(44/48)에 도달하기 바로 전에, 영상은 디스플레이 스크린(28)에 투영된다. 최소한, 영상은 디스플레이 스크린이 보기 위치(44/48)를 통해 가시적인 전시간 동안 내내 유지된다. 다음 영상 디스플레이(22)가 보기 위치(44/48)에 접근할 때 이또한 그 해당 영상 슬라이스를 디스플레이하기 위해 비슷한 방식으로 활성화된다. 이러한 순서화는 제어기(36)의 책임인데, 이는 어느 영상 디스플레이(22)가 수신하는지를 제어할 뿐만 아니라 프레임(20)의 회전 속도도 제어한다.Just before the display screen reaches the viewing position 44/48, the image is projected onto the display screen 28. At a minimum, the image is maintained throughout the entire time the display screen is visible through the viewing position 44/48. When the next image display 22 approaches the viewing position 44/48, it is also activated in a similar manner to display the corresponding image slice. This ordering is the responsibility of the controller 36, which not only controls which image display 22 receives but also controls the rotational speed of the frame 20.
개개의 영상 디스플레이에 대한 이 순서화가 도4에 도시된 타이밍도에 명시되어 있다. 개개의 디스플레이 영상원(24)에 대한 영상 디스플레이 시간(W)은 최소한도 디스플레이의 수(N) 및 프레임이 완전한 회전을 하는데 요구되는 시간의 함수이다. 그리고, W ≤T/N이다. 프레임(20)이 회전하는 동안, 관찰자는 영상의 각 슬라이스를 순서적인 방식으로 본다. 프레임의 완전한 회전 각각에 대해 3차원 영상 슬라이스의 완전한 시리즈가 제시된다. 프레임(20)의 고속 회전 속도는 슬라이스를 시각적으로 합치시키고 디스플레이 스크린(28)의 방사상 변위는 영상에 심도를 제공한다. 이 조합은 위치(44/48)에 위치한 관찰자에게 실3차원 이미지 제시를 제공한다. 도 4가 동적인 디스플레이를 명시하는 반면, 정적인 영상이 디스플레이되어야 한다면, 디스플레이(22)는 프레임(20) 회전 내내 활성화되어 있을 수 있다.This ordering for the individual image displays is specified in the timing diagram shown in FIG. The image display time (W) for each display image source 24 is a function of the minimum number of displays (N) and the time required for the frame to be fully rotated. And W ≦ T / N. While frame 20 rotates, the viewer views each slice of the image in an orderly manner. A complete series of three-dimensional image slices is presented for each complete rotation of the frame. The high speed of rotation of frame 20 visually matches the slices and the radial displacement of display screen 28 provides depth to the image. This combination provides a real three-dimensional image presentation to an observer located at position 44/48. While FIG. 4 specifies a dynamic display, if a static image is to be displayed, display 22 may be active throughout frame 20 rotation.
도 5에 도시된 바와 같은 3차원 입체 디스플레이 시스템의 대안적 형태에서는 시트(56)가 사용되지 않는다. 균형을 잡는 목적으로 평형추(도시되지 않음)의 시리즈가 회전 중의 흔들거림을 방지하기 위해 프레임(20)에 장착된다. 이 대안적 방식은 투영되고 집중된 영상이 투명 시트(56)를 통과하면서 감쇠되지 않는다는 유리한 점을 가진다.In an alternative form of three-dimensional stereoscopic display system as shown in FIG. 5, the sheet 56 is not used. For balancing purposes a series of counterweights (not shown) is mounted to the frame 20 to prevent shaking during rotation. This alternative approach has the advantage that the projected and concentrated image is not attenuated as it passes through the transparent sheet 56.
도 6에 도시된 바와 같은 3차원 입체 디스플레이 시스템의 제2 대안적 형태에서는 디스플레이 스크린(28) 및 투명 부분(56)이 다면화된 다각형 구조와 대조적으로 단일 실린더로 형성된다. 이 대안적 형태는 시스템이 쉽게 균형을 잡을 수 있고 또한 시스템을 제조하는데 필요한 개개 부분의 수를 감소시키는 유리한 점을 가진다.In a second alternative form of three-dimensional stereoscopic display system as shown in FIG. 6, display screen 28 and transparent portion 56 are formed of a single cylinder as opposed to a polyhedral polygonal structure. This alternative form has the advantage that the system can be easily balanced and also reduces the number of individual parts required to manufacture the system.
도 7에 도시된 바와 같은 3차원 입체 디스플레이 시스템의 제3 대안 형태에서는 디스플레이 영상 스크린(24)은 디스플레이 스크린(28)이 정상적으로 위치된 점에서 프레임(20)에 장착된다. 이 시스템은 매개 광학기와 디스플레이 스크린이 필요없다는 부가적인 유리한 점을 가진다. 그러나, 이 형태에서는 디스플레이 영상원(24)의 선택이 중요하다. 디스플레이 영상원(24)이 방사상 더 밖으로 이동하므로, 개개의 디스플레이 영상원(24)이 겪는 원심력은 더 크다. 그러므로, 예를 들면 LCD인 디스플레이는 회전 하에서 디스플레이의 액체 유동을 겪을 수도 있다. 부가적으로, 회전 도중에 흔들거림을 제거하기 위해서 균형 잡기가 요구될 수 있다.In a third alternative form of the three-dimensional stereoscopic display system as shown in FIG. 7, the display image screen 24 is mounted to the frame 20 at the point where the display screen 28 is normally positioned. This system has the additional advantage of eliminating the need for intermediate optics and display screens. However, in this form, the selection of the display image source 24 is important. As the display image source 24 moves further radially out, the centrifugal force experienced by the individual display image source 24 is greater. Therefore, a display, for example an LCD, may experience liquid flow of the display under rotation. In addition, balancing may be required to eliminate shaking during rotation.
도 8 및 9에 도시된 바와 같은 3차원 입체 디스플레이 시스템의 제4 대안 형태에서는 프레임(20)은 회전축이 수직인 수평 형태로 회전한다. 이 형태에서, 여러 명이 시스템 주위에서 동일하거나 다른 3차원 영상을 보도록 배치될 수 있다. 그리고, 각자가 모두 3차원인 완전히 다른 영상을 보도록 시스템 주위에 여러 명이 배치될 수 있다.In a fourth alternative form of a three-dimensional stereoscopic display system as shown in FIGS. 8 and 9, the frame 20 rotates in a horizontal form where the axis of rotation is vertical. In this form, several people can be arranged to view the same or different three-dimensional images around the system. And several people can be placed around the system to view completely different images, each of which is all three-dimensional.
본 발명의 시스템이 초기에 단일 3차원 물체를 디스플레이에 있어서의 사용에 대해 기술되었지만 본 발명은 다양한 다른 디스플레이 시나리오에 적용가능하다. 예를 들면, 이 시스템은 항해술에 있어 적절한 디스플레이 및 선박 통행량 제어, 항공기 통행량 제어, 컴퓨터 보조 설계 및 제조, 의학적 영상화, 시뮬레이션 및/또는 훈련을 위한 것과 같은 명령 및 제어 응용을 위해 사용될 수 있다.Although the system of the present invention was initially described for the use of a single three-dimensional object in a display, the present invention is applicable to a variety of different display scenarios. For example, the system can be used for command and control applications such as for display and vessel traffic control, aircraft traffic control, computer assisted design and manufacturing, medical imaging, simulation and / or training appropriate for navigation.
본 발명이 특정한 예로 기술되고 예시되었지만, 본 개시는 예시로서만 제시된 것이고, 본 기술의 숙련자는, 부분의 결합 및 배열에서의 많은 변화가 청구된 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 존재할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described and illustrated by way of specific example, the present disclosure has been presented by way of example only, and one skilled in the art will recognize that many changes in the combination and arrangement of parts may exist without departing from the spirit and scope of the claimed invention. You will know.
선박/항공기 통행량 제어, 컴퓨터 보조 설계 및 제조, 의학적 영상화.Ship / aircraft traffic control, computer aided design and manufacturing, medical imaging.
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- 1999-01-19 EP EP99904121A patent/EP0970590A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20030050862A (en) * | 2001-12-19 | 2003-06-25 | 한국과학기술연구원 | Volumetric image processing method and system thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1999038335A1 (en) | 1999-07-29 |
EP0970590A1 (en) | 2000-01-12 |
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