KR20040071124A - 스테레오 및 멀티 애스펙트 이미지들의 비주얼화를 위한시스템 및 방법 - Google Patents

스테레오 및 멀티 애스펙트 이미지들의 비주얼화를 위한시스템 및 방법 Download PDF

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KR20040071124A KR10-2004-7005527A KR20047005527A KR20040071124A KR 20040071124 A KR20040071124 A KR 20040071124A KR 20047005527 A KR20047005527 A KR 20047005527A KR 20040071124 A KR20040071124 A KR 20040071124A
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푸티린안드레이엔.
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뉴어오케이 엘엘씨
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Abstract

본 발명의 방법 및 시스템은 시차 배리어들 또는 해상도의 손실없이 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이한다. 스테레오쌍(8)이 처리되어 먼 디스플레이와 그의 앞에 위치된 하나 또는 그 이상의 투과성 디스플레이들(4,6)로 보내진다. 각 디스플레이는 뷰어의 양안들(34,36)로 가게되는 이미지 정보의 적어도 일부를 포함하는 계산된 이미지들을 갖는다. 각 디스플레이는 다른 디스플레이들에 대하여 마스크로서 작용한다. 계산된 이미지들을 생성하기 위한 스테레오쌍들의 처리는 예정된 이미지 데이터를 합하는 단계와, 예정된 이미지 데이터를 원하는 스테레오쌍(8)과 비교하는 단계, 및 에러를 최소화하는 단계를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 이러한 처리는 인공 신경 네트워크(50)에 의해 수행된다. 확산기와 같은 공간 마스크(5)가 무아레 패턴들을 억제하기 위하여 디스플레이들(4,6) 사이에 위치될 수 있다.

Description

스테레오 및 멀티 애스펙트 이미지들의 비주얼화를 위한 시스템 및 방법{System and method for visualization of stereo and multi aspect images}
이미지들의 스테레오스코픽 디스플레이는 현대에서 점점 더 중요해지고 있다. 예를 들면 파일롯들로부터 내과 의사들까지, 전문가들의 교육에서 지금은 스테레오그래픽 이미지들의 비주얼화에 자주 의지한다. 또한 이미지의 멀티 애스펙트들이 보여질 수 있어, 예를 들면 사람이나 기계적인 부품들의 검사의 시뮬레이션들 동안, 뷰어는 데이터를 변화시키거나 이미지들을 바꾸지 않고서도 이러한 부품들의 연속적인 스테레오스코픽 뷰(view)를 가질 수 있다는 것이 중요하다.
종래의 스테레오스코픽 디스플레이 시스템들은 오랫동안 사용되어왔다. 이들 모두는 우측 및 좌측 눈들에 대한 이미지들의 분리에 의지한다. 예를 들어, 뷰어의 좌측 및 우측 눈으로 상이한 뷰들을 연속적으로 디스플레이하는 장치는 지도 제작 및 다른 응용들에 성공적으로 사용되었다. 스테레오 이미지 교체를 사용하는 이러한 예에서, 상이한 뷰가 뷰어의 좌측 및 우측 눈에 연속적으로 제공된다. 이는 또한 좌측 및 우측 눈에서 상이한 이미지를 보기 위해 뷰어가 편광 안경 또는 액정 셔터 안경과 같은 특별한 안경을 쓰는 음극선관들 또는 액정 디스플레이들을 이용하여 이루어진다.
뷰어가 렌티큘러 렌즈 스크린으로부터 최적의 거리에 있을 때 뷰어가 좌측 및 우측 이미지를 개별적으로 보는 것을 가능하게 하기 위해 렌티큘러(lenticular) 렌즈들이 또한 사용되었다. 예를 들면, Araki에게 "Apparatus for Displaying Image Allowing Observer to Recognize Stereoscopic Image"에 대한 미국 특허 번호 5,838,494가 출원되었다. 본 장치는 복수의 줄무늬 이미지들을 디스플레이하는 렌티큘러 스크린을 사용하며, 각 줄무늬는 사용자가 렌티큘러 스크린을 통해 볼 때의 좌측 및 우측 눈의 시차에 대응한다. 본 장치는 스테레오 이미지 쌍의 제한된 수의 뷰들을 제공하며, 따라서 디스플레이될 수 있는 뷰들의 수가 제한된다.
Imai에게 "Stereoscopic Display Apparatus Which Prevents Inverse Stereoscopic Visoin"에 대한 미국 특허 번호 5,930,037로 특허되었다. 본 발명은 스테레오스코픽 이미지를 보기 위한 렌티큘러 렌즈들의 사용에 관한 것이나, 또한 우측 눈이 좌측 눈으로 가야하는 이미지를 볼 때 및 그 반대 경우의 역 스테레오스코픽 뷰잉(inverse stereoscopic viewing)이라고 알려진 현상을 방지한다. 이것이 발생으로부터의 어떤 현상을 방지하지만, 본 발명은 특정 사용자에게 제공될 수 있는 스테레오스코픽 이미지 쌍들의 수에서는 제한된다.
Street에게 "Auto Stereoscopic Image Display Adjustable for Observer Location and Distance."에 대한 미국 특허 번호 5,712,732로 특허되었다. 본 발명은 렌티큘러 렌즈가 사용될 때 렌즈가 올바르게 동작하기 위하여 뷰어가 렌즈로부터 특정 거리에 있어야 한다는 사실을 설명하기 위하여 생성되었다. 본 발명은 시스템이 스크린에 관련된 거리 및 위치(좌측-우측)에 대한 뷰어의 머리의 위치를 결정하도록 하는 거리 측정 장치를 포함한다. 이러한 방법에서 적절한 스테레오그래픽 이미지 쌍이 임의의 특정한 위치에 있는 사용자에게 제공될 수 있다. 또한 본 발명은 뷰어의 좌측 및 우측 눈에 대한 시차 뷰들을 분리시키기 위하여 렌티큘러 스크린에 의지한다. 머리 위치 장치는 이미지의 스테레오그래픽 쌍들을 뷰잉하는 것에 연관된 다양한 다른 기하학들을 구술한다. 그러나, 본 발명은 이러한 뷰잉하는 동안의 뷰어의 머리의 위치에 대한 적응에 관한 것이며, 생성될 수 있는 이미지들의 애스펙트들의 수에서 제한된다.
다양한 애스펙트들 또는 "멀티 애스펙트" 디스플레이를 제공하여 사용자가 원할 때 특정 개체의 많은 애스펙트들을 볼 수 있는 시스템이 바람직하다. 이러한 뷰잉이 유연한 방법으로 실행되어 뷰어가 스테레오 이미지를 볼 때 뷰어의 머리의 위치에 대하여 강요되지 않게 되는 것이 또한 유익하다.
본 출원은 본 명세서에 전체가 참조로 포함되는 1999년 12월 8일에 출원된 미국 출원 일련 번호 09/456,826의 분할 출원이다.
본 발명은 일반적으로 이미지들의 스테레오스코픽(stereoscopic) 디스플레이 및 관련된 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 멀티 애스펙트(multi aspect) 디스플레이들 상의 스테레오 이미징의 병렬 정보 처리에 기초한 3-D 비주얼화를 위한 시스템 및 방법이다.
도 1은 디스플레이 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 계산적인 제어 아키텍처를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 광빔 운동을 도시하는 도면.
도 4는 디스플레이 제어 프로그램의 동작을 위한 데이터 흐름을 도시하는 도면.
도 5는 이미지 데이터를 결정하는데 사용된 신경 네트워크 다이어그램을 도시하는 도면.
따라서 본 발명의 목적은 스테레오 이미지를 생성하기 위한 멀티 애스펙트 이미지 뷰잉을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이미지의 애스펙트들의 제한없는 수를 뷰어에게 제공할 수 있도록 하여 뷰어에게 제공된 모든 스테레오 이미지를 가지면서 동시에 임의의 정보를 손실하지 않도록 하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 개체들의 3차원(3-D) 비주얼화를 단순화시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 뷰어에게로의 3-D 정보의 지각을 개선시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 스테레오그래픽 이미지들의 뷰잉으로부터 에러의 소스들을 제거하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 스테레오 영상을 리뷰할 때 뷰어의 뷰로부터 임의의 마스크 또는 장애를 제거하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 3차원 장면의 비주얼화를 노력하는 뷰어들의 뷰로부터 시차 배리어를 제거하는 것이다.
종래 시차 배리어 타입의 렌티큘러 렌즈들에서는, 특정 개체의 매우 적은 애스펙트들이 제공된다. 또한, 한 스크린 또는 평면은 다른 스크린(또는 마스크)이 단지 렌티큘러 렌즈 또는 뷰잉되는 이미지의 우측 애스펙트로부터 좌측 애스펙트를 분리시키는 실행 슬릿을 포함할 때 다양한 애스펙트들에 대한 모든 정보를 포함한다. 또한, 뷰어가 시차 배리어 타입의 뷰잉 시스템을 사용할 때마다, 뷰어는 실질적으로 시차 배리어 또는 렌티큘러 렌즈를 본다. 이는 또한 스테레오그래픽 이미지들을 보기 위한 시도에서 뷰어에 의해 보여질 수 있는 이미지 애스펙트들의 수를 제한한다.
본 발명은 스테레오 및 멀티 애스펙트 이미지들의 병렬 정보 처리에 기초하여 3차원 비주얼화를 위한 시스템 및 방법이다. 이미지들은 단일 3-D 뷰잉 구역 또는 다중 3-D 뷰잉 구역들에 대해 처리될 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 사실상 뷰어의 위치들이 변화함에 따라 연속적으로 처리되도록 처리가 채택될 수 있다. 따라서 뷰어에 의한 3-D 이미지들의 지각이 임의의 의미있는 방법으로 뷰어를 강요하지 않고도 개선된다.
본 발명에서, 적어도 두개의 투과성 전자 디스플레이 스크린들이 다른것 뒤에 위치된다. 이러한 각각의 스크린은 집합적으로 이미지를 형성하는 것이 가능한 다중 픽셀들 또는 셀들로 구성된다. 투과성 전자 디스플레이 스크린들이 이후로 LCD들(액정 디스플레이들)로 참조될 것이지만, 본 발명은 LCD들로 제한되는 것으로 의미되지 않으며, 플라즈마 디스플레이들, OLED(유기 발광 다이오드) 또는 OLEP(유기 발광 폴리머) 스크린들과 같은 다른 투과성 전자 디스플레이 수단을 사용할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 스크린들은 투과성성이다, 즉, 그들은 각각 광을 투과한다. 조명 수단은 생성된 LCD 이미지들을 조명하기 위한 스크린들이 뒤에 위치된다.
우측 및 좌측 스테레오그래픽 이미지 쌍 또는 애스펙트(이하로 스테레오쌍으로 불림)를 디스플레이하기 위한 스크린들의 쌍을 이용하는 종래 기술의 시스템들과 달리, 본 발명의 각 스크린은 스테레오쌍 이미지들의 하나가 아닌, 보여질 스테레오 이미지를 생성하기 위한 현재의 설게에서 상호작용하는 스테레오쌍 이미지들의 부산물인 계산된 이미지를 디스플레이한다. 정보는 메모리 유닛에 저장된 스테레오쌍들의 데이터베이스로부터 파생된다. 메모리 유닛은 원하는 스테레오쌍을 프로세싱 블럭으로 제공하고, 다음 LCD 패널들에 의해 디스플레이될 계산된 이미지들을 처리한다. 또한, 프로세싱 블럭은 LCD 패널들을 조명하는 광 유닛을 제어할 수 있다.
3-D 이미지 정보가 LCD 패널들 사이에서 분포되므로, 종래 기술의 시스템들에서 발견되는 바와 같이 해상도의 손실이 없으며, 두 애스펙트들은 렌티큘러 뷰잉 시스템들과 같은 단일 스크린 또는 패널 상에 디스플레이되어야 한다.
본 발명의 다른 실시예에서,계산된 이미지들이 뷰어 위치의 감지에 기초하여 뷰어에게 제공된다. 이러한 뷰어 위치 신호는 위치의 IR 감지 또는 RF 또는 초음파 트래킹 수단과 같은 분야에서 알려진 수단에 의해 프로세싱 블럭으로 입력되며, 차례로 다음의 처리, 프리젠테이션, 및 LCD 패널들의 제어기에 의한 디스플레이를 위해 메모리 유닛으로부터 상이한 스테레오쌍을 검색한다.
본 발명의 기본적인 실시예에서, 각 패널의 계산된 이미지가 다른 패널(들)을 위한 마스크로서 움직인다. 따라서, 뷰어는 개체 그 자체와 다른 이미지들은 보지 않는다. 이는 마스크가 깨끗하게 보여질 수 있는 종래의 시차 배리어 타입 이미징 시스템들과 대조된다. 부가적으로, 이러한 이미지의 준비 처리는 렌티큘러 스크린들 또는 렌즈들에 의해 생성된 것과 같은 시각적 자연의 노이즈 및 왜곡이 없는결과를 갖는다.
본 발명이 다른 실시예에서, 개별적인 마스크 패널은 LCD 패널들 사이에 포함될 수 있으며 따라서 이미지 품질을 증가시키고 무아레 패턴들을 억제한다.
위에서 언급된 바와 같이, 본 발명은 두개의 액정 패널들을 사용하여 3차원 뷰잉 경험을 생성하는 이미지의 다중 애스펙트들의 구현을 위한 시스템 및 방법이다.
도 1을 참조하면, 계산 장치(1)는 조명 서브시스템(2)과, 공간 마스크(5)에 의해 분리된 두 개의 개별적인 액정 디스플레이들(4 및 6) 상의 이미지들의 디스플레이에 대한 제어를 제공한다. 계산 장치(1)에 의해 제어되는 조명 소스(2)는 계산장치(1)에 의해 이들로 제공된 이미지들을 디스플레이하는 투과성 액정 디스플레이들(4 및 6)을 조명한다.
도 2는 계산 장치(1)에 대해 상세히 도시한다. 본 실시에에 설명되는 것은 뷰어 위치 신호(10)를 포함하지만, 본 발명은 이하의 예에서 논의되는 바와 같이 한 세트 뷰잉 구역 또는 다중 세트 뷰잉 구역들을 정의하는 것에 의한 이러한 특성 없이 또한 실행될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해된다. 본 발명은 메모리 유닛(12)으로 제공되는 스테레오쌍들 또는 애스펙트들(8)의 데이터베이스를 포함한다. 메모리 유닛(12)은 몇몇 기능들을 갖는다. 처음에 메모리 유닛(12)은 스테레오쌍 데이터베이스(8)로부터 특정 스테레오쌍을 추출하고 저장할 것이다. 이러한 스테레오쌍은 처음의 뷰잉 위치에 대응할 것이다. 위에서 언급된 바와 같이, 뷰어 위치 센서(10)는 프로세싱 블럭(14)으로 뷰어 위치 신호를 제공할 수 있다.
모든 뷰잉 세션동안, 뷰어 위치 신호(10)는 지속적으로 모니터링되고 프로세싱 블럭(14)으로 제공된다. (이하에) 언급된 바와 같은 뷰어 위치 및 후속하는 에러 처리에 따라, 뷰어 위치(10)에 대한 프로세싱 블럭(14)으로부터의 정보가 데이터베이스(8)로부터의 스테레오쌍 애스펙트들의 후속하는 추출에 대하여 메모리 유닛(12)으로 제공된다. 따라서 본 발명은 뷰어가 다양한 위치들로부터 3-D 개체를 보고자 원한다면 뷰어 위치 신호(10)에 기초하여 스테레오쌍들의 업데이트된 시리즈를 프로세싱 블럭으로 항상 제공할 수 있다. 뷰어가 개체의 단일 3-D 뷰를 보고자 원한다면, 뷰잉 위치에 상관없이 뷰어 위치 신호(10)가 원하는 처리에 사용된 광학적 기하학을 결정하는데 사용될 수 있다.
메모리 유닛(12)은 계산된 이미지들을 생성하기 위하여 원하는 스테레오쌍을 프로세싱 블럭(14)으로 제공한다. 계산된 이미지들은 프로세싱 블럭(14)으로부터 LCD 패널 및 광 유닛 제어(16)로 직접 보내질 수 있거나 제어 유닛(16)에 의해 액세스되는 메모리 유닛(12)에 저장될 수 있다. 유닛(16)은 이후 계산된 이미지들을 적절한 LCD 패널들(4, 6)로 제공할 뿐만 아니라 투과성 LCD 패널들(4, 6)을 조명하는 광을 제어한다. 프로세싱 블럭(14)은 또한 적절한 조명을 제공하도록 명령들을 LCD 및 광 제어 유닛(16)으로 제공할 수 있다.
메모리 유닛(12)은 개별적인 셀들 또는 액정 디스플레이의 소자들의 축적된 신호들을 가지고 있다는 것에 주의하여야 한다. 따라서 메모리 유닛(12) 및 프로세싱 블럭(14)은 세트 뷰잉 구역(들) 또는 뷰어 위치 신호(10)에 기초하여 프로세싱 블럭(14)에 의해 식별되는 뷰어의 우측 및 좌측 눈들을 향하여 LCD 패널들의 관련된 스크린 소자들을 통해 통과하는 광을 축적하고 분석하는 능력을 가진다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 광빔 운동의 다이어그램이 도시된다. 이 도면에서 3개의 패널을 가진 LCD 시스템이 도시된다. 이 예에서 디스플레이는 가까운 패널(18), 마스크 패널(20) 및 먼 이미지 패널(22) 상에 제공된 이미지를 포함한다. 이러한 패널들의 상대적인 위치가 알려져 있고, 이미지들의 후속하는 디스플레이를 위해 프로세싱 블럭으로 입력된다. 이미지 정보를 저장하는 것이 가능한 LCD 패널로서 도시되었으나, 마스크 패널(20)은 또한 확산기(diffuser)와 같은 보다 단순한 공간 마스크 장치일 수 있다.
뷰어에게 각 스테레오쌍을 보여주기에 필요한 정보의 다른 위치들이 적절한계산된 이미지들을 각 패널로 보내는 것에 의해 패널들(18, 20, 및 22)의 각 소자들에 디스플레이된다. 이러한 도면에서 좌측 눈(36)은 그 패널로 보내진 계산된 이미지의 패널(18) 상의 부분(28)을 본다. 패널들이 사실상 투과성일 수 있으므로, 좌측 눈(36)이 또한 마스크 LCD 패널(20) 상에 디스플레이된 계산된 이미지의 부분(26)을 본다. 부가적으로, 각 LCD 패널의 투과율 때문에 또한, 좌측 눈(36)이 먼 LCD 패널(22) 상에 디스플레이되는 계산된 이미지의 부분(24)을 본다. 이러한 방법으로, 계산된 이미지들의 원하는 부분들이 뷰어의 좌측 눈에 의해 보여지는 것이다.
유사하게, 우측 눈(34)은 가까운 패널(18) 상의 계산된 이미지의 동일한 부분(28)을 볼 뿐만 아니라, 마스크 패널(20) 상에 디스플레이된 계산된 이미지의 부분(30)과, 먼 패널(22) 상의 계산된 이미지의 부분(32)도 본다. 계산된 이미지들의 이러한 부분들은 뷰어의 우측 눈에 의해 보여지는 것이다.
뷰어의 우측 및 좌측 눈에 의해 보여지는 계산된 이미지들의 이러한 부분들은 뷰어에 의해 보여진 두개의 뷰들을 구성하고, 따라서 스테레오 이미지를 생성한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 이미지들의 조종에 대한 데이터 흐름이 도시된다. 앞서 언급된 바와 같이 메모리 유닛(12), 프로세싱 블럭(14), 및 LCD 제어 및 조명 제어(16)가 먼 스크린(22)과 마스크(20)의 투과율 및 가까운 스크린(18)으로부터의 조명 발산을 조절한다.
개체의 다중 개별 2차원(2-D) 이미지들(예를 들면, 여러개의 계산된 이미지들)과 관련된 정보는, 각각이 LCD 스크린들 상의 많은 다른 영역들에 묘사되며, 또한 선택적으로 뷰어의 우측 및 좌측 눈들의 위치들에 관한 정보가 프로세서 블럭(14)에 의해 조정된다.
가까운 스크린(18)의 부분(28)의 투과에 대응하는 신호들, 좌측 및 우측 눈에 각각 대응하는 마스크(20)의 투과(26, 30) 및 좌측 및 우측 눈(24, 32)의 이미지의 이러한 위치들의 조명에 각각 대응하는 먼 스크린(22)이 세트 프로그램 다음의 프로세싱 블럭으로 입력된다.
이후 각 뷰어의 우측 및 좌측 눈으로 향하는 모든 스크린들의 셀들로부터의 광 신호들이 식별된다. 이러한 예에서 셀들로부터의 신호들(28, 26, 및 24)은 모두 뷰어(36)의 좌측 눈으로 향하고 블럭으로부터의 신호들(28, 30, 및 32)은 뷰어(34)의 우측 눈으로 향한다.
이러한 좌측 및 우측 눈 신호들의 각각은 우측 눈(42) 및 좌측 눈(40)에 대한 값을 생성하기 위해 합해진다(38). 이후 이러한 신호들은 각 애스펙트의 이미지의 연관된 부분들 및 개체 애스펙트들(44 및 46)의 이미지의 연관된 영역들로의 비교 동작(48)에서 비교된다.
신호는 뷰어의 눈들의 위치의 기능을 하므로 중요하며, 검출된 신호는 어느 정도 변화할 수 있다는 것을 명심한다. 비교로부터의 임의의 에러들이 각 가까운 마스크 및 먼 스크린의 각각의 셀에 대하여 식별된다. 각 에러는 이후 세트 임계 신호와 비교되고, 에러 신호가 세트 임계 신호를 초과하면 프로세싱 블럭 제어는 먼 스크린(22) 셀들의 적어도 일부의 조명에 대응하는 신호들을 변화시키고 마스크와 LCD 디스플레이들의 가까운 셀들의 적어도 일부의 투과도도 변화시킨다.
개체의 계산된 이미지들과 관련된 정보가 변화하면, 정보가 변경될 때까지 뷰어 위치의 운동의 결과에 따라 프로세싱 블럭은 마스크 및 가까운 스크린 셀들의 투과율 뿐만 아니라 운동을 감지하고 이를 먼 스크린 셀들의 조명에 대응하는 메모리 유닛 신호들로 입력한다. 뷰어 위치가 새로운 뷰를 요청하는데 충분히 멀리 변화할 때, 그 뷰 또는 이미지는 데이터베이스로부터 추출되고 처리된다.
예들
간단한 실시예에서, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같은 두개의 투과성 LCD 스크린들로 이루어진다. 멀고 가장 가까운(이후로는 가까운 것으로 부른다) 스크린들(4 및 6)은 공간 마스크(5)가 위치되는 갭에 의해 분리된다. 이러한 마스크는 단일 위상(예를 들면, 렌티큘러 또는 랜덤 스크린), 진폭 또는 복합 투명도일 것이다. 스크린들은 컴퓨터(1)에 의해 제어된다. 이러한 시스템에 의해 생성된 뷰잉 이미지는 자동스테레오그래픽 3-D 이미지를 형성하기 위하여 뷰어의 눈들의 변환에 의존한다. 해결되어야 하는 유일한 문제는 뷰어 눈들의 스테레오 이미지들을 구성하는 멀고 가까운 스크린들 상의 이미지들의 계산(즉, 계산된 이미지들)이다.
이러한 문제를 해결하기 위한 한가지 수단은 L과 R이 스테레오 이미지들의 좌측 및 우측 쌍이고 뷰어의 눈 위치들에 대한 뷰잉 구역이 일정하다고 가정하는 것이다. 진폭 형태의 공간 마스크는 단일하다고 가정될 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 두개의 광빔들은 눈들(34 및 36)의 동공들을 통해 들어오기 위해 가까운 스크린(18) 상의 임의의 셀 z(28)을 따라 올 것이다. 이러한빔들은 점들 a(z)(26) 과 c(z)(30), b(z)(24) 과 d(z)(32)에서 각각 마스크(20)와 먼 스크린(22)을 가로지를 것이다. 좌측 눈(36)의 이미지는 다음과 같이 합해지고,
(1)
여기서 N은 가까운 스크린(18) 상의 픽셀의 강도이고, M은 마스크(20) 상의 픽셀의 강도이며, D는 먼 스크린(22) 상의 픽셀의 강도이다.
우측 눈(34)에 대하여, 각각, 합은 다음과 같다:
(2)
광이 가까운 스크린(18)의 픽셀들 z(n) 모두를 통하여 향하게 될 때, 이미지들 SL 및 SR이 뷰어의 망막들 상에 형성된다. 계산의 목적은
SL→L, SR→R
을 얻기 위하여 가깝고 먼 스크린들(18 및 22) 상의 계산된 이미지들의 최적화이다.
임의의 L 및 R 이미지들에 대한 정확한 해결책을 얻는 것이 불가능한 것을 해결할 수 있다. 이것이 본 발명이 최소의 2차 부등 함수(타겟과 계산된 이미지들 사이의)를 생성하기 위해 N 및 D에 대한 가능한 분포들에 가까운 해결책을 발견하기 위해 찾는 이유이다:
여기서 ρ(x)는 상수 M에 대하여 픽셀 강도가 0≤N≤255, 0≤D≤255으로 제한된 부등 함수이다.
인공 신경 네트워크(NN)가 다음의 특정 특징들 때문에 상기 문제 해결을 위해 이용되었다:
병렬 처리; 및
DSP 집적 체계 애플리케이선의 가능성.
도 5의 신경 네트워크 구조가 본 문제로 적용되었다. 50은 3층 NN이다. 입력층(52)은 숨겨진 층(54)의 뉴런들로 유닛 자극을 확산시키는 하나의 뉴런으로 구성된다. 숨겨진 층(54)의 뉴런들은 가까운 스크린과 먼 스크린 및 마스크에 대응하는 3개의 그룹들을 형성한다. 출력층(56)의 뉴런들은 이미지들 SL 및 SR에 대응하는 두개의 그룹들을 형성한다. 뉴런들의 수는 LCD 스크린들의 픽셀들의 수에 대응한다. 마스크의 시냅틱 웨이트들(synaptic weights) Wij는 상수이다. 숨겨진 층의 뉴런들 사이의 시냅틱 내부연결은 시스템의 광학적 구조에 대응한다:
(4)
비선형 함수들이 값[0-255]에서 S자형 함수가 된다:
(5)
NN의 함수는 다음에 의해 설명될 수 있다:
(6)
(7)
임의의 뉴런에서의 출력 신호는 먼 스크린과 가까운 스크린 및 마스크로부터의 적어도 하나의 신호의 합이다. 뷰어의 좌측 및 우측 눈에 대응하는 NN의 출력((6),(7)에 따라)은
(8)
이며, 위의 식들 (1) 및 (2)에서와 동일하다.
오차 함수는:
(9)
이며, 이는 모든 에러들의 합이다. (8)로부터, NN이 학습하는 동안 E→0일 때, 숨겨진 층의 출력이 스크린들 상에 조명될 원하는 계산된 이미지들에 대응할 것이라는 점이 증명된다.
NN 학습
초기 단계에서, 웨이트들 Wij는 랜덤 값들을 갖는다. 후 전파 방법(BackProp)이 NN을 학습시키는데 사용되었다:
(10)
여기서 α-는 학습의 속도이다. 경험들은 (10) 학습에 따라 10-15 반복들에서 받아들일 수 있는 정확성이 얻어졌다는 것을 보여주며, 일부 이미지들에 대하여 극단적으로 낮은 오차들이 100 반복들에서 이루어질 수 있다는 것을 보여준다. 계산들은 에러들의 레벨과 광학적 구조의 파라메터들 사이에 L 과 R 이미지들의 모양과 같은 강한 의존성을 보여주며, 가깝고 먼 스크린들과 마스크 사이의 거리, 및 뷰어 눈의 위치를 보여준다.
광학적 파라메터들의 작은 변화들에 대한 보다 안정적인 해결책들을 얻기 위하여 두개의 대안의 방법들이 사용될 수 있다.
제 1 방법은 조정을 부가하는 것에 의한 에러 함수(9)의 변화를 포함한다:
(11)
여기서 β-는 조정 파라메터이다.
제 2 방법은 NN의 훈련 동안 작은 양에 의해 뷰어 눈의 위치를 랜덤하게 변화시키는 것을 포함한다. 두 방법들 모두 스테레오 뷰잉 영역의 확대를 위해 사용될 수 있다.
"BackProp"와 다른 훈련 방법들이 또한 사용될 수 있으며, 예를 들면Fletcher-Reeves의 변형인 복합 기울기 방법이 있다:
(12)
이는 훈련 과정을 5-10배 빠르게 할 것이다.
본 발명을 사용하기 위한 전형적인 시스템은 1024 x 768의 해상도를 갖는 두 개의 15" AM LCD들과 스테레오 이미지 처리를 위해 인텔 펜티엄 III-500 MHz에 기초한 컴퓨터 시스템으로 구성된다. 컴퓨터는 미리정의된 영역들에서 분리된 좌-우측 이미지들을 얻기 위하여 가깝고 먼 스크린들 상에 조명되어야 하는 계산된 이미지들을 얻기 위해 신경 네트워크를 모방한다. 신경 네트워크는 스테레오 이미지의 에러들을 최소화하기 위해 디스플레이와 뷰어의 눈의 위치의 광학적 구조를 모방한다.
이러한 기술은 정보 전송에 대한 모든 스크린들의 셀들의 모든 사용 때문에 병렬 배리어 시스템들과 비교하여 이미지 품질을 향상시킨다. 본 시스템은 또한 각 뷰어의 우측 및 좌측 눈들의 위치들 뿐만 아니라 뷰어들의 수도 식별할 수 있으며, 모든 뷰어들의 식별된 눈 위치들에 따라 기술들을 실현시키기 위해 위에서 언급된 과정들을 수행한다. 이러한 시스템은 몇몇의 뷰어들에 대하여 스테레오스코픽 효과의 인식을 갖는 시각적 정보를 수신하는 것을 동시에 가능하게 한다.
가깝고 먼 스크린들의 셀들의 투과율에 대응하는 신호들은 세트 프로그램을따른 프로세싱 블럭에 의해 메모리 유닛으로 입력된다. 다음 단계는 적어도 한 뷰어의 우측 및 좌측 눈들을 향한 모든 스크린들의 셀들로부터 향하게될 수 있는 광 신호들을 식별하는 것이다. 이후 관련된 개체의 세트 2-D 스테레오쌍 이미지의 대응 영역들로 각 눈으로 향한 식별된 광 신호들을 비교한다.
각 스크린의 각 셀에 대하여, 관련된 눈으로 향할 수 있는 식별된 광 신호와 동일한 눈으로 보아야 하는 관련된 개체 애스펙트의 스테레오 화상의 식별된 관련 영역 사이의 에러 신호가 식별된다. 각각의 수신된 에러 신호가 세트 임계 신호와 비교된다. 에러 신호가 세트 임계 신호를 초과하면, 프로세싱 블럭 제어의 언급된 프로그램은 스크린 셀들에 대응하는 신호들을 변화시킨다. 에러 신호가 세트 임계 신호보다 낮아지거나 세트 시간 주기가 끝나면 위의 프로세스가 반복된다.
두(또는 그 이상의) 뷰어들에 대한 두(또는 그 이상의) 다른 방향들에서 재구성된 두(또는 그 이상의) 다른 개체들의 경우에 대하여 계산들을 또한 풀 수 있다. 특히 모든 계산들이 동시에 수행될 수 있다는 것이 언급되어야 하며; DSP 프로세서들은 이러한 목적을 위해 설계될 수 있다.
본 발명은 다중 뷰잉 디스플레이 모방을 위해 사용될 수 있다. 애스펙트들의 수가 이미지의 정보 용량에 의존하여, 본 경험들이 20 뷰잉 구역 이미지들 이상을 허용한다는 것이 보여졌다.
본 발명의 시스템이 동시에 이미지를 관찰하는 많은 뷰어들로 또한 사용될 수 있다는 것에 주의되어야 한다. 시스템은 개별적인 뷰어들의 위치들(또는 세트들 특정 뷰잉 구역들)을 간단히 인식하고 많은 뷰어들에 대한 적절한 단계들의 이미지들을 인식한다.
세트 이미지 뷰잉 구역(또는 구역들)을 사용하는 시스템을 선택하여 뷰어가 이동하는 것을 허용하기 위해, 뷰어 위치 신호가 시스템으로 입력된다. SL 및 SR을 결정하기 위해 사용된 알고리즘들은 광학적 기하학에 대한 변수들을 사용하고, 뷰어 위치 신호는 이러한 변수들을 결정하는데 사용된다. 또한, 뷰어 위치 신호는 광학적 기하학 계산에 기초하여 어떤 스테레오쌍이 디스플레이될지를 결정하는데 사용된다. 뷰어 얹어진 RF 센서들, 삼각측량된 IR 및 초음파 시스템들, 및 이미지 데이터의 비디오 분석을 이용하는 카메라 기반 기계 비전과 같은 가상 현실(VR) 응용들을 위해 사용된 공지된 머리/눈 트래킹 시스템들을 포함하는 다양하게 알려진 기술들이 뷰어 위치 신호를 생성하는데 사용될 수 있다.
스테레오 이미지의 뷰잉을 위한 시스템 및 방법이 이제 도시되었다. 당업자에게 본 발명의 다른 실시예들이 도시된 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 가능하다는 것이 명확할 것이다.

Claims (18)

  1. 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하는 방법에 있어서,
    스테레오쌍 이미지들을 저장하는 단계와;
    앞뒤로 서로 이격되어 있는 적어도 두 개의 투과성 전자 디스플레이들의 앞에 적어도 하나의 뷰잉 구역을 결정하는 단계와;
    상기 적어도 두개의 투과성 전자 디스플레이들의 각각에 대하여 적어도 일부 우측 눈의 이미지 정보와 적어도 일부 좌측 눈의 이미지 정보를 포함하는 계산된 이미지를 결정하기 위하여 스테레오쌍 이미지를 처리하는 단계와;
    각각의 상기 계산된 이미지를 각각의 투과성 전자 디스플레이 상에 디스플레이하는 단계로서, 각 디스플레이된 계산된 이미지는 다른 디스플레이된 계산된 이미지들에 대하여 마스크로서 작용하는, 상기 디스플레이하는 단계와;
    상기 적어도 하나의 뷰잉 구역에서 자동스테레오그래픽 이미지를 디스플레이하기 위하여 상기 투과성 전자 디스플레이들을 백라이팅하는 단계를 포함하는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 각각의 상기 계산된 이미지에 대한 처리는, 반복적으로,
    가장 가까운 투과성 전자 디스플레이의 각각의 이산 픽셀을 통해 각각의 상기 투과성 디스플레이들 상의 가 이미지들(interim images)에 의해 뷰어의 눈들의 각각으로 향하는 상기 광을 추정하는 단계와;
    에러를 결정하기 위하여 각 픽셀에 대해 상기 추정된 광을 상기 스테레오쌍으로부터의 동등한 광과 비교하는 단계와;
    계산된 이미지들의 세트를 생성하기 위하여 각 픽셀에 대한 상기 에러가 세트 한계 아래일 때까지 상기 에러를 감소시키도록 상기 가 이미지들을 조절하는 단계를 포함하는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리는 인공 신경 네트워크에 의해 수행되는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 뷰잉 구역은 감지된 뷰어 위치 신호에 응답하는 계산에 의해 결정되는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 계산된 이미지는 복수의 뷰잉 구역들로의 디스플레이를 위해 결정되는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    복수의 뷰잉 구역들로의 디스플레이를 위해 복수의 스테레오쌍들을 처리하는단계를 더 포함하는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    무아레 패턴들을 억제하기 위하여 인접한 투과성 전자 디스플레이들 사이에 마스크를 위치시키는 단계를 더 포함하는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마스크로서 확산기를 선택하는 단계를 더 포함하는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    액정 디스플레이들(LCD들), 가스 플라즈마 디스플레이들, 및 유기 발광 폴리머(OLEP) 디스플레이들을 포함하는 그룹으로부터 상기 디스플레이들을 선택하는 단계를 더 포함하는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하는 방법.
  10. 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하기 위한 시스템에 있어서,
    스테레오쌍 이미지들을 저장하기 위한 수단과;
    앞뒤로 서로 이격되어 있는 적어도 두 개의 투과성 전자 디스플레이들과;
    상기 적어도 두개의 투과성 전자 디스플레이들 앞의 적어도 하나의 뷰잉 구역과;
    상기 적어도 두개의 투과성 전자 디스플레이들의 각각에 대하여 적어도 일부 우측 눈 이미지 정보와 적어도 일부 좌측 눈 이미지 정보를 포함하는 계산된 이미지를 결정하기 위하여 스테레오쌍 이미지를 처리하기 위한 수단과;
    각각의 투과성 전자 디스플레이 상의 각각의 상기 계산된 이미지를 디스플레이하기 위한 수단으로서, 각각의 디스플레이된 계산된 이미지는 다른 디스플레이된 계산된 이미지들을 위한 마스크로서 작용하는, 상기 디스플레이하기 위한 수단과;
    상기 적어도 하나의 뷰잉 구역에 자동스테레오그래픽 이미지를 디스플레이하기 위해 상기 투과성 전자 디스플레이들을 백라이팅하기 위한 수단을 포함하는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하기 위한 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 각각의 상기 계산된 이미지를 처리하기 위한 상기 수단은, 반복적 수단들로서,
    가장 가까운 투과성 전자 디스플레이의 각각의 이산 픽셀을 통해 각각의 상기 투과성 디스플레이들 상의 가 이미지들(interim images)에 의해 뷰어의 눈들의 각각으로 향하는 상기 광을 추정하는 수단과;
    에러를 결정하기 위하여 각 픽셀에 대해 상기 추정된 광을 상기 스테레오쌍으로부터의 상기 동등한 광과 비교하는 수단과;
    계산된 이미지들의 세트를 생성하기 위하여 각 픽셀에 대한 상기 에러가 세트 한계 아래일 때까지 상기 에러를 감소시키도록 상기 가 이미지들을 조절하기 위한 수단을 포함하는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하기 위한 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 처리하기 위한 수단은 인공 신경 네트워크인, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하기 위한 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 뷰잉 구역을 결정하기 위한 뷰어 위치 감지 수단을 더 포함하는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하기 위한 시스템.
  14. 제 10 항에 있어서,
    복수의 뷰잉 구역들로의 디스플레이를 위해 결정될 각각의 상기 계산된 이미지에 대한 처리 수단을 더 포함하는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하기 위한 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서,
    복수의 뷰잉 구역들로의 디스플레이를 위해 복수의 스테레오쌍들을 처리하기 위한 수단을 더 포함하는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하기 위한 시스템.
  16. 제 10 항에 있어서,
    무아레 패턴들을 억제하기 위해 인접한 투과성 전자 디스플레이들 사이에 위치된 마스크를 더 포함하는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하기 위한 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 마스크는 확산기인, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하기 위한 시스템.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 디스플레이들은 액정 디스플레이들(LCD들), 가스 플라즈마 디스플레이들, 및 유기 발광 폴리머(OLEP) 디스플레이들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 자동스테레오그래픽 이미지들을 디스플레이하기 위한 시스템.
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