KR20010026891A

KR20010026891A - 3차원 영상 디스플레이 시스템

Info

Publication number: KR20010026891A
Application number: KR1019990038396A
Authority: KR
Inventors: 두드니코프세르게이
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2001-04-06
Also published as: KR100351805B1; EP1083757A3; EP1083757A2

Abstract

실시간(real-time)으로 3차원 영상을 디스플레이하는 3차원 영상 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 실시간으로 디스플레이되는 다수개의 2차원 투영상들(aspectograms)과, 2차원 투영상들의 배율 및 초점 거리를 조절하여 출사하는 프로젝터와, 프로젝터로부터 출사된 2차원 투영상들을 합성하여 3차원 영상으로 재현시키는 마이크로렌즈 어레이로 구성된다. 여기서, 3차원 영상의 해상도는 프로젝터의 초점면과 마이크로렌즈 어레이의 초점면과의 거리에 따라 결정되며, 프로젝터는 2차원 투영상들의 배율과 초점 거리를 동시에 조절하여 출사한다. 이와 같이, 구성된 본 발명은 3차원 영상의 해상도와 크기가 서로 상반되는 종래의 기술과는 달리, 3차원 영상의 해상도와 크기를 동시에 조절할 수 있으므로 높은 해상도와 깊이를 갖는 3차원 영상을 디스플레이할 수 있다.

Description

3차원 영상 디스플레이 시스템{3D INTEGRAL IMAGE DISPLAY SYSTEM}

본 발명은 실시간(real-time)으로 3차원 영상을 디스플레이하는 3차원 영상 디스플레이 시스템에 관한 것이다.

최근 3차원 영상처리기술이 교육, 훈련, 의료, 영화, 컴퓨터 게임에 이르기까지 여러 분야에 활용되고 있다.

2차원 영상에 비해서 3차원 영상의 장점은 현장감(presence feeling), 현실감(real feeling), 자연감(natural feeling)을 느낄 수 있다는 점이다.

현재, 이와 같은 3차원 영상 디스플레이 시스템의 구현에 많은 연구가 이루어지고 있다.

3차원 영상 디스플레이 시스템의 구성에는 입력기술, 처리기술, 전송기술, 표시기술, 소프트웨어(software)기술 등 다양한 기술이 요구되며, 특히 디스플레이 기술, 디지털 영상 처리 기술, 컴퓨터 그래픽 기술, 인간의 시각 시스템에 관한 연구가 필수적이다.

3차원 영상 디스플레이 시스템의 가장 기본적인 방법은 안경을 이용한 방법이다.

대표적인 예로, 광의 서로 다른 파장을 이용하여 색안경을 통해 보는 색분리 방식, 광의 진동방향이 다른 성질을 이용하는 편광 안경 방식, 그리고 좌우 영상을 시분할 방식으로 분리하여 보는 액정 셔터 방식 등이 있다.

이처럼, 안경을 이용하는 방식은 화질에 있어 선명함을 보여주지만 두 가지의 큰 단점이 있다.

첫째는 안경 착용의 불편함이고, 둘째는 고정된 시점에서 원근감 밖에는 느낄 수 없다는 점이다.

이러한 단점으로 인하여 현재 무안경식 3차원 영상 디스플레이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

무안경식 3차원 영상 디스플레이는 안경을 사용하지 않고 좌우 영상을 분리하는 방법으로서, 패러랙스 베리어(Parallax barrier), 렌티큘러(Lenticular) 판, 파리 눈(Fly eye) 렌즈판 등을 사용하여 특정의 관찰 위치로 좌우안에 해당하는 영상을 분리하는 방식이다.

이들 방식에 대해 좀 더 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 패러랙스 방식은 도 1에 도시된 바와 같이, 관찰자의 좌우안에 대응하는 좌상(L) 및 우상(R)의 영상 앞에 세로 격자 모양의 개구를 갖는 패러랙스 베리어를 배치하고, 패러랙스 베리어의 개구를 통해 영상을 분리하여 관찰하는 방식이다.

그러나, 패러랙스 베리어의 개구를 통해 영상을 보기 때문에 3차원 영상의 밝기가 저하되고, 해상도 및 3차원 깊이가 낮은 문제가 있었다.

그리고, 렌티큘러 방식은 패러랙스 방식과 거의 비슷한데, 다른 점은 도 2에 도시된 바와 같이 세로 격자 모양의 패러랙스 베리어 대신에 반원통형 렌즈를 배열한 렌티큘러판을 사용한 점이다.

이 방식은 렌즈판의 초점면에 관찰자의 좌우안에 대응하는 좌상 및 우상의 영상을 배치하고, 이 렌즈판을 통하여 영상을 관찰하는 방식이다.

렌즈판을 통해 보이는 영상은 렌즈판의 지향 특성에 따라서 좌안과 우안에 영상이 분리되어 입체로 보이게 된다.

그러나, 이 방법은 가능하면 많은 다안 영상을 기록하기 위해서 카메라 렌즈의 구경을 작게 해야 하는데, 이렇게 하면 필름의 폭이 좁아져 화질 및 해상도가 저하되는 문제가 있었다.

또한, 렌티큘러 방식은 좌우 방향에 대해서만 입체감이 얻어지고, 상하 방향의 정보는 없어 3차원 깊이감이 떨어지는 단점이 있다.

이 단점을 극복한 것이 인테그럴 포토그래피(Integral Photography) 방식인데, 이 방식은 한 장의 인화지(photosensitive film)에 완전한 3차원 영상을 기록하여 그 실상을 재현할 수 있는 방식이다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 인화지 앞에 파리 눈 모양의 마이크로렌즈 어레이(microlens array)를 배치시키고, 각 렌즈들을 통해 들어오는 피사체의 수많은 투영상(aspectogram)을 인화지상에 기록한다.

그리고, 인화지의 뒤쪽에서 빛을 비추면 인화지에 기록된 각 투영상들은 피사체를 촬영할 때와 동일한 경로로 진행하여 원래의 피사체 위치에 3차원 실상을 재현한다.

그러나, 이 방식은 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈 수, 각 마이크로렌즈의 크기 및 마이크로렌즈 어레이를 통해 디스플레이되는 3차원 영상의 크기가 서로 미스매칭(mismatching)되어 3차원 영상의 해상도를 저하시키는 문제가 있다.

즉, 해상도를 높이기 위해 마이크로렌즈의 크기를 줄이면 3차원 영상의 크기가 너무 작고, 마이크로렌즈의 크기를 크게 하여 3차원 영상의 크기를 늘리면 해상도가 떨어지는 문제가 발생한다.

만일 3차원 영상의 크기와 해상도를 높이기 위해 마이크로렌즈의 수 및 크기를 늘리면, 마이크로렌즈 어레이의 제작비용이 매우 높아지는 문제가 있다.

이 문제를 해결하기 위해 고해상도를 갖는 매체를 이용하는 방법이 시도되었지만, 이것 역시 원하는 3차원 영상의 깊이와 해상도를 제공하지 못하였다.

본 발명의 목적은 실시간의 2차원 영상을 높은 해상도와 깊이를 갖는 3차원 영상으로 디스플레이할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 디스플레이되는 3차원 영상의 해상도와 크기를 동시에 제어할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈 수를 최적화하여 제작비용을 최소화할 수 있는 3차원 영상 디스플레이 시스템을 제공하는데 있다.

도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 3차원 영상 디스플레이 방식들을 설명하기 위한 도면

도 4는 본 발명 제 1 실시예에 따른 3차원 영상 디스플레이 시스템을 보여주는 개략도

도 5는 본 발명 제 2 실시예에 따른 3차원 영상 디스플레이 시스템을 보여주는 개략도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 디스플레이 패널 2 : 프로젝터

3 : 마이크로렌즈 어레이 4 : 3차원 영상

5 : 확산 스크린

본 발명에 따른 3차원 영상 디스플레이 시스템은 실시간으로 디스플레이되는 다수개의 2차원 투영상들(aspectograms)과, 2차원 투영상들의 배율 및 초점 거리를 조절하여 출사하는 프로젝터와, 프로젝터로부터 출사된 2차원 투영상들을 합성하여 3차원 영상으로 재현시키는 마이크로렌즈 어레이로 구성된다.

여기서, 3차원 영상의 해상도는 프로젝터의 초점면과 마이크로렌즈 어레이의 초점면과의 거리에 따라 결정되며, 프로젝터는 2차원 투영상들의 배율과 초점 거리를 동시에 조절하여 출사한다.

이와 같이, 구성된 본 발명은 3차원 영상의 해상도와 크기가 서로 상반되는 종래의 기술과는 달리, 3차원 영상의 해상도와 크기를 동시에 조절할 수 있으므로 높은 해상도와 깊이를 갖는 3차원 영상을 디스플레이할 수 있다.

또한, 최적의 렌즈 수를 갖는 마이크로렌즈 어레이를 사용하므로 전체적인 제작비용이 절감된다.

그리고, 본 발명은 프로젝터와 마이크로 렌즈 사이에 2차원 투영상들을 확대시키는 확산 스크린이 더 배치될 수도 있다.

여기서, 확산 스크린은 상기 2차원 투영상들의 초점면내에 위치한다.

본 발명에서 확산 스크린을 사용하는 이유는 3차원 영상의 시야각을 증가시키고, 좀 더 편안한 시야감을 주기 때문이다.

또한, 본 발명은 프로젝터만으로 2차원 투영상의 초점 거리를 조절하지 않고 마이크로렌즈 어레이를 이동시켜 초점 거리를 조절할 수도 있다.

이를 위해, 본 발명은 마이크로렌즈 어레이를 이동시키는 구동부를 더 구성할 수 있다.

여기서, 구동부는 정전기력을 이용한 콤 드라이브(comb drive), 온도 변화에 따라 변위가 발생하는 형상기억합금, 압전 물질의 변위를 이용한 압전 액츄에이터 등을 이용할 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 제 1 실시예에 따른 3차원 영상 디스플레이 시스템을 보여주는 개략도로서, 도 4에 도시된 바와 같이 LCD나 PDP 등과 같이 실시간 2차원 영상을 제공하는 디스플레이 패널(1), 2차원 영상을 일정 거리에 출사하는 프로젝터(projector)(2), 2차원 영상을 3차원 영상으로 합성하는 마이크로렌즈 어레이(microlens array)(3)로 구성된다.

여기서, 디스플레이 패널(1)에서 실시간으로 제공되는 2차원 영상은 이미 실상을 분리하여 저장된 2차원 투영상(aspectogram)들이다.

그리고, 프로젝터(2)는 최적의 3차원 영상이 디스플레이될 수 있도록 디스플레이 패널로부터 제공된 2차원 투영상들의 배율을 조절하고, 2차원 투영상들의 초점면과 마이크로렌즈 어레이의 초점면과의 거리를 조절해 준다.

또한, 마이크로렌즈 어레이(3)는 반구 형태의 미세 렌즈들이 다수개 배열된 것으로, 렌즈들의 수는 3차원 영상(4)의 해상도와 배율에 따라 최적으로 결정된다.

이와 같이, 구성된 본 발명의 동작은 다음과 같다.

먼저, 디스플레이 패널(1)로부터 여러 개의 2차원 투영상들이 제공되면 프로젝터(2)는 마이크로렌즈 어레이(3)의 초점면 근처로 2차원 투영상들을 출사한다.

그리고, 2차원 투영상들은 마이크로렌즈 어레이(3)의 렌즈들을 통과하면서 합성되어 3차원 영상을(4) 디스플레이한다.

이어, 프로젝터(2)는 배율 및 초점 거리를 조절하여 디스플레이된 3차원 영상(4)의 해상도, 깊이 그리고 크기를 최적으로 조절한다.

여기서, 프로젝터(2)는 배율에 상응하도록 2차원 투영상들의 초점 거리를 조절하므로 2차원 투영상들의 초점면과 마이크로렌즈 어레이의 초점면은 일치하지 않는다.

즉, 2차원 투영상들의 초점면과 마이크로렌즈 어레이의 초점면과의 거리에 의해 3차원 영상의 해상도가 최적으로 결정된다.

그러므로, 프로젝터(2)는 가장 최적의 해상도, 편안한 시야감 및 3차원 깊이감을 주는 3차원 영상이 디스플레이 될 수 있도록 배율에 상응하여 상기 두 면의 거리를 조절한다.

여기서, 상기 두 면의 거리 조절은 배율의 조절과 동시에 이루어진다.

이와 같이, 본 발명은 3차원 영상의 해상도와 크기가 서로 상반되는 종래의 문제를 해결할 수 있다.

즉, 종래에는 해상도를 높이면 3차원 영상의 크기가 줄고, 3차원 영상의 크기를 늘리면 해상도가 저하되는 문제가 있었지만, 본 발명에서는 3차원 영상의 해상도와 크기를 동시에 조절할 수 있는 장점이 있다.

또한, 이러한 장점으로 인하여 마이크로렌즈의 수 및 크기를 최적화할 수 있으므로 마이크로렌즈 어레이의 제작비용을 낮출 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 효과를 좀 더 배가시키기 위하여 확산 스크린을 사용할 수도 있다.

도 5는 본 발명 제 2 실시예에 따른 3차원 영상 디스플레이 시스템을 보여주는 개략도로서, 도 5에 도시된 바와 같이 프로젝터(2)와 마이크로렌즈 어레이(3) 사이에 2차원 투영상들을 확대시키는 확산 스크린(5)을 배치한다.

여기서, 확산 스크린(5)은 2차원 투영상들의 초점면내에 위치하도록 한다.

이와 같이, 프로젝터(2)와 마이크로렌즈 어레이(3) 사이에 확산 스크린(5)을 배치시키면, 디스플레이되는 3차원 영상은 본 발명 제 1 실시예에 비해 시야각이 증가되고 좀 더 편안한 시야감을 줄 수 있다.

지금까지 설명된 본 발명은 프로젝터를 이용하여 배율에 상응하는 초점 거리를 조절하였지만, 마이크로렌즈 어레이를 직접 이동시켜 조절할 수도 있다.

즉, 외부의 제어신호에 따라 구동되는 구동부를 마이크로렌즈 어레이에 연결시켜 프로젝터의 배율에 따라 2차원 투영상들의 초점면과 마이크로렌즈 어레이의 초점면과의 거리를 조절하여도 최적의 3차원 영상을 디스플레이시킬 수 있다.

여기서, 구동부는 정전기력을 이용한 콤 드라이브(comb drive), 온도 변화에 따라 변위가 발생하는 형상기억합금, 압전 물질의 변위를 이용한 압전 액츄에이터 등으로 사용할 수 있다.

이와 같이, 구동되는 본 발명은 실시간 텔레비젼, 3차원 영상 게임, CAD/CAE, 시뮬레이션 시스템(simulation system), 의학, 특별한 용도의 입체 영상 시스템 등에 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 3차원 영상 디스플레이 시스템에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 실시간의 2차원 영상을 높은 해상도와 깊이를 갖는 3차원 영상으로 디스플레이할 수 있다.

둘째, 본 발명은 디스플레이되는 3차원 영상의 해상도와 크기를 동시에 제어할 수 있다.

셋째, 본 발명은 마이크로렌즈 어레이의 마이크로렌즈 수를 최적화하여 제작비용을 최소화할 수 있다.

넷째, 본 발명은 확산 스크린을 추가 배치함으로써, 시야각을 증가시키고 편안한 시야감을 준다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims

실시간으로 디스플레이되는 다수개의 2차원 투영상들(aspectograms);

상기 2차원 투영상들의 배율 및 초점 거리를 조절하여 출사하는 프로젝터; 그리고,

상기 프로젝터로부터 출사된 2차원 투영상들을 합성하여 3차원 영상으로 재현시키는 마이크로렌즈 어레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 디스플레이 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 프로젝터와 마이크로렌즈 어레이 사이에 위치되고, 상기 2차원 투영상들을 확대시키는 확산 스크린을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 디스플레이 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 확산 스크린은 상기 2차원 투영상들의 초점면내에 위치하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 디스플레이 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 프로젝터와 마이크로렌즈 어레이와의 거리를 조절하기 위하여 외부의 제어신호에 따라 상기 마이크로렌즈 어레이를 이동시키는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 디스플레이 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 구동부는 정전기력을 이용한 콤 드라이브(comb drive), 온도 변화에 따라 변위가 발생하는 형상기억합금, 압전 물질의 변위를 이용한 압전 액츄에이터 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 디스플레이 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 3차원 영상의 해상도는 상기 프로젝터의 초점면과 상기 마이크로렌즈 어레이의 초점면과의 거리에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 디스플레이 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 프로젝터는 상기 2차원 투영상들의 배율과 초점 거리를 동시에 조절하여 출사하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 디스플레이 시스템.