KR20020095364A - 3차원 영상 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

실시간(real-time)으로 3차원 영상을 디스플레이하는 3차원 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로, 실시간으로 투영상을 디스플레이하는 투영상 캐리어와, 투영상 캐리어의 일 측면에 형성되는 오팔층과, 투영상 캐리어로부터 오팔층을 투과한 투영상들을 합성하여 3차원 영상으로 재현시키는 마이크로렌즈 어레이로 구성함으로써, 모아레 효과 및 픽셀라이제이션 효과를 줄여 3차원 영상의 화질을 개선시킨다.

Description

3차원 영상 디스플레이 장치{apparatus for displaying three-dimensional image}
본 발명은 실시간(real-time)으로 3차원 영상을 디스플레이하는 3차원 영상 디스플레이 장치에 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.
3차원 영상 디스플레이 장치의 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.
이러한 3차원 영상 디스플레이 장치의 디스플레이 방식 중에서 가장 잘 알려진 방식이 인테그럴 포토그래피(Integral Photography) 방식인데, 이 방식은 파리 눈 모양의 마이크로렌즈 어레이(microlens array)에 의해 형성되는 3차원 영상들을 기록 및 전송하고 재현하는 방식이다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이 파리 눈 모양의 마이크로렌즈(2)들을 갖는 마이크로렌즈 어레이(microlens array)(1)를 배치하고, 마이크로렌즈 어레이(1)로부터 일정 간격을 두고 개별 픽셀(4)들을 갖는 투영상 캐리어(aspectogram carrier)(3)를 배치한다.
그리고, 투영상 캐리어(3)로부터 마이크로렌즈 어레이(3)의 초점면 근처로 2차원 투영상들을 출사하면, 2차원 투영상들은 마이크로렌즈 어레이(1)의 마이크로렌즈(2)들을 통과하면서 합성되어 3차원 영상(5)을 디스플레이한다.
그러나, 이와 같이 디스플레이되는 인테그럴 포토그래피 방식은 두 가지 문제가 있었다.
첫째는 모아레 효과(moire effect)에 의한 3차원 영상의 화질 저하 문제이고, 둘째는 픽셀라이제이션 효과(pixelization effect)에 의한 3차원 영상의 화질 저하 문제이다.
모아레 효과는 주기적인 무늬가 서로 간섭 현상을 일으키면서 물결 무늬를 만드는 현상이고, 픽셀라이제이션 효과는 영상이 부드럽게 재현되지 않고 계단처럼 굴곡이 있거나 각이 진 선으로 나타나는 현상을 말한다.
도 2는 종래 기술에 따른 3차원 영상 디스플레이 장치의 모아레 현상을 보여주는 도면이고, 도 3은 종래 기술에 따른 3차원 영상 디스플레이 장치의 픽셀라이제이션 현상을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 투영상 캐리어(11,21)는 소정 간격을 갖는 개별 픽셀(12,22)로 이루어지며, 개별 픽셀(12,22)의 피치(pitch) 크기는 t로서 규칙적인 구조(regular structure)로 이루어진다.
이러한 개별 픽셀(12,22)들의 규칙적인 구조는 마이크로렌즈 어레이(13,23)의 규칙적인 구조와 서로 상호 작용을 일으키면서 모아레 현상과 픽셀라이제이션 현상을 발생시킨다.
모아레 현상은 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 마이크로렌즈(14)들을 투과한 광선(15)들의 그리드 라인(grid line)들이 중첩되면서 모아레 패턴을 형성하는 현상이다.
여기서, 모아레 패턴은 각기 다른 피치들로부터 한 세트(set)의 그리드 패턴들이 나타남으로써 형성된다.
예를 들면, 피치 크기가 t1인 그리드는 마이크로렌즈 어레이(13)로부터 d1거리만큼 떨어진 P1면에 피치 크기가 T1인 모아레 패턴이 형성된다.
또한, 피치 크기가 t2인 그리드는 마이크로렌즈 어레이(13)로부터 d2거리만큼 떨어진 P2면에 피치 크기가 T2인 모아레 패턴이 형성된다.
마이크로렌즈 어레이(13)와 투영상 캐리어(11) 사이의 거리 s'와, 마이크로렌즈 어레이(13)와 n-모아레 면 Pn사이의 거리 dn과의 비는 다음 방정식으로 정의된다.
여기서, tn은 그리드 피치 크기이고, tMLA는 마이크로렌즈 어레이 피치 크기이다.
한편, 픽셀라이제이션 현상은 도 3에 도시된 바와 같이 투영상 캐리어(21)를 구성하는 각 픽셀(22)로부터 광선(25)들이 마이크로렌즈 어레이(23)를 구성하는 마이크로렌즈(24)들을 투과하여 접합 면 P에 각 픽셀의 확대 영상(26) 세트를 형성함으로써 나타난다.
마이크로렌즈 어레이(23)와 투영상 캐리어(21) 사이의 거리 S'와, 마이크로렌즈 어레이(23)와 접합 면 P 사이의 거리 S와의 비는 다음 방정식으로 정의된다.
여기서, f'는 개별 마이크로렌즈(24)들의 초점 거리이다.
또한, 이러한 픽셀라이제이션 효과는 인접하는 마이크로렌즈(24)들로부터 투과된 광선(점선으로 도시함)들에 의해 형성되는 모아레 효과까지도 수반한다.
이와 같이, 종래의 3차원 영상 디스플레이 장치는 모아레 효과와 픽셀라이제이션 효과로 인하여 재현되는 3차원 영상의 화질이 저하되는 문제가 나타났다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 모아레 효과와 픽셀라이제이션 효과를 줄여 재현되는 3차원 영상의 화질을 개선시키는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 3차원 영상의 디스플레이 과정을 보여주는 도면
도 2는 종래 기술에 따른 3차원 영상 디스플레이 장치의 모아레 현상을 보여주는 도면
도 3은 종래 기술에 따른 3차원 영상 디스플레이 장치의 픽셀라이제이션 현상을 보여주는 도면
도 4a 내지 도 4c는 도 2의 공간 좌표 t에 따른 주요 면(plane)들의 에너지 분포를 보여주는 도면
도 5는 본 발명에 따른 3차원 영상 디스플레이 장치를 보여주는 도면
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 공간 좌표 t에 따른 주요 면(plane)들의 에너지 분포를 보여주는 도면
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
41 : 투영상 캐리어42 : 개별 픽셀
43 : 마이크로렌즈 어레이44 : 마이크로렌즈
45 : 오팔층
본 발명에 따른 3차원 영상 디스플레이 장치의 특징은 투영상 캐리어(aspectogram carrier)의 일 측면에 오팔층(opal layer)을 형성하는데 있다.
여기서, 오팔층은 마이크로렌즈 어레이와 마주보는 투영상 캐리어의 표면 위에 형성된다.
본 발명에 따른 3차원 영상 디스플레이 장치는 실시간으로 투영상을 디스플레이하는 투영상 캐리어와, 투영상 캐리어의 일 측면에 형성되는 오팔층과, 투영상 캐리어로부터 오팔층을 투과한 투영상들의 배율 및 초점 거리를 조절하여 출사하는 프로젝터와, 프로젝터로부터 출사된 투영상들을 합성하여 3차원 영상으로 재현시키는 마이크로렌즈 어레이로 구성된다.
여기서, 오팔층은 투영상 캐리어와 프로젝터 사이에 위치한다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 투영상 캐리어에 오팔층을 형성함으로써, 모아레 효과 및 픽셀라이제이션 효과를 줄여 3차원 영상의 화질을 개선시킨다.
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.
본 발명은 모아레 효과 및 픽셀라이제이션 효과를 줄이기 위하여 도 5와 같이 3차원 영상 디스플레이 장치를 제작한다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 개별 픽셀(42)들로 이루어진 투영상 캐리어(41)와, 투영상 캐리어(41)로부터 일정 간격 떨어진 곳에 개별 마이크로렌즈(44)들로 이루어진 마이크로렌즈 어레이(43)가 형성되고, 추가로 마이크로렌즈 어레이(43)와 마주보는 투영상 캐리어(41)의 표면 위에 오팔층(45)이 형성된다.
여기서, 투영상 캐리어(41)와 마이크로렌즈 어레이(43) 사이에는 투영상을 일정 거리에 출사하는 프로젝터(projector)(도시되지 않음)가 형성될 수 있다.
프로젝터는 최적의 3차원 영상이 디스플레이될 수 있도록 투영상 캐리어로부터 제공된 투영상들의 배율을 조절하고,투영상들의 초점면과 마이크로렌즈 어레이의 초점면과의 거리를 조절해 준다.
한편, 투영상 캐리어(41) 표면 위에 형성된 오팔층(45)은 모아레 패턴의 콘트라스트(contrast)를 줄이는데 크게 기여한다.
오팔층이 모아레 패턴의 콘트라스트에 미치는 영향에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4a 내지 도 4c는 도 2의 공간 좌표 t에 따른 주요 면(plane)들의 에너지 분포를 보여주는 도면이다.
도 4a의 E1(t)는 이상적인 투영상 캐리어의 면 위에 나타나는 에너지 분포를 보여주고 있는데, 이 때의 콘트라스트 함수는 1이다.
도 4b의 T(t)는 투영상 캐리어와 동일한 콘트라스트 함수 1을 갖는 이상적인 마이크로렌즈 어레이의 전달 함수이다.
도 4c의 E2(t)는 투영상 캐리어와 마이크로렌즈 어레이와의 상호 작용의 결과로서 나타나는 모아레 패턴의 에너지 분포를 보여주고 있는데, 모아레 패턴의 콘트라스트 함수도 역시 1로 나타난다.
모아레 패턴의 콘트라스트 함수는 1일 때, 모아레 패턴의 가시도(visibility)는 최고조에 달하게 된다.
또한, 픽셀라이제이션 효과도 모아레 패턴의 콘트라스트 함수가 1일 때, 최고조에 달한다.
그러나, 본 발명에서는 투영상 캐리어 표면 위에 오팔층을 형성하여 모아레 패턴의 콘트라스트 함수를 1 이하로 줄이는 것이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 공간 좌표 t에 따른 주요 면(plane)들의 에너지 분포를 보여주는 도면이다.
여기서, 도 6a의 E1(t)는 투영상 캐리어의 오팔층 표면 위에 나타나는 에너지 분포를 보여주고, 도 6b의 T(t)는 마이크로렌즈 어레이의 전달 함수를 보여주며, 도 6c의 E2(t)는 투영상 캐리어와 마이크로렌즈 어레이와의 상호 작용의 결과로서 나타나는 모아레 패턴의 에너지 분포를 보여준다.
본 발명에서는 마이크로렌즈 어레이의 전달 함수인 도 6b의 T(t)는 종래와 마찬가지로 콘트라스트 함수가 1로 나타나고 있지만, 오팔층이 형성된 투영상 캐리어의 콘트라스트 함수인 도 6a의 E1(t)는 1 이하로서 완만한 형태로 나타난다.
콘트라스트 함수 1 이하인 투영상 캐리어로 인하여 모아레 패턴의 콘트라스트 함수인 도 6c의 E2(t), 또한 1 이하로 완만하게 나타난다.
이처럼, 모아레 패턴의 콘트라스트 함수가 1 이하로 줄어들면, 픽셀라이제이션 효과의 콘트라스트 함수도 1 이하로 줄어듦으로써, 재생되는 3차원 영상의 화질이 크게 개선된다.
지금까지 설명된 본 발명은 일 실시예에 불과한 것으로, 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 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 모아레 효과의 가시도 뿐만 아니라 픽셀라이제이션 효과의 가시도까지 줄임으로써 재현되는 3차원 영상의 화질을 크게 개선시킬 수 있다.
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 (4)

  1. 마이크로렌즈 어레이(microlens array)와 투영상 캐리어(aspectogram carrier)를 갖는 3차원 영상 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 투영상 캐리어의 일 측면에는 오팔층(opal layer)이 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 오팔층은 상기 마이크로렌즈 어레이와 마주보는 투영상 캐리어의 표면 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 디스플레이 장치.
  3. 실시간으로 투영상을 디스플레이하는 투영상 캐리어;
    상기 투영상 캐리어의 일 측면에 형성되는 오팔층;
    상기 투영상 캐리어로부터 상기 오팔층을 투과한 투영상들의 배율 및 초점 거리를 조절하여 출사하는 프로젝터; 그리고,
    상기 프로젝터로부터 출사된 투영상들을 합성하여 3차원 영상으로 재현시키는 마이크로렌즈 어레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 디스플레이 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 오팔층은 상기 투영상 캐리어와 프로젝터 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 3차원 영상 디스플레이 장치.
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