KR20060113031A - 렌즈 방식의 3차원 모니터에서 잘못된 정렬에러 검출방법및 영상왜곡 보상방법 - Google Patents

렌즈 방식의 3차원 모니터에서 잘못된 정렬에러 검출방법및 영상왜곡 보상방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 렌즈 방식의 3차원 LCD 모니터에서 렌즈의 정렬에러를 검출하고, 그 검출된 정렬에러로 인하여 발생하는 영상의 왜곡현상을 줄이는 방법에 관한 것이다. 기존에는 렌즈의 정렬에러로 인하여 관찰되는 3차원 영상에서 큰 왜곡현상이 발생하게 된다.
이에, 본 발명은 의도적으로 만들어진 테스트 영상을 이용하여 렌즈의 정렬 에러를 예측하며, 예측된 정렬에러를 기반으로 관찰되는 영상과 LCD 패널 위의 픽셀 값들 사이의 관계를 유도하고 이를 이용하여 왜곡함수를 정의한 뒤, 왜곡함수를 줄어들도록 LCD 패널 위의 픽셀 값을 재구성하는 방법을 구현한다.
따라서 본 발명은 3차원 모니터에서 렌즈의 잘못된 정렬에러를 검출하는 방법에 있어서, 의도적으로 만들어진 테스트 영상을 이용하여 3차원 모니터에서 렌즈의 정렬에러를 예측하되 상기 렌즈의 정렬에러가 있는 경우 관찰자의 눈으로부터 관찰되는 픽셀의 영상 인덱스가 가로방향에 따라 증가 혹은 감소되는 변화량을 계산함으로써 렌즈의 정렬에러를 검출하는 것을 특징으로 하는 정렬에러 검출방법 및 영상 왜곡을 줄이기 위한 LCD 패널 위의 픽셀 값의 재구성 방법을 제시한다.
3차원, LCD 모니터, 정렬에러, 왜곡보상, 테스트 영상, 스테레오 영상

Description

렌즈 방식의 3차원 모니터에서 잘못된 정렬에러 검출방법 및 영상왜곡 보상방법{Lenticular misalignment detection and corresponding image distortion compensation in 3D lenticular displays}
도 1은 종래 렌즈 방식의 렌티큘러 디스플레이 방식을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 렌티큘러 디스플레이 방식의 작동원리를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래 기울어진 렌즈 방식의 렌티큘러 디스플레이 방식을 나타낸 도면이다.
도 4는 렌즈가 정확하게 정렬된 경우를 나타낸 도면이다.
도 5는 렌즈가 정확하게 정렬되지 않아서 회전에러가 있는 경우를 나타낸 도면이다.
도 6은 렌즈가 수평방향으로 정렬에러가 존재할 경우를 나타낸 도면이다.
도 7은 관찰자의 눈이 LCD 패널의 관찰하게 되는 지점을 나타낸 도면이다.
도 8은 관찰자의 눈과 LCD 패널의 서브 픽셀들간의 관계를 나타낸 도면이다.
본 발명은 렌즈 방식의 3차원 LCD 모니터에서 렌즈의 정렬에러를 검출하고, 그 검출된 정렬에러로 인하여 발생하는 영상의 왜곡현상을 줄이는 방법에 관한 것이다.
도 1과 같이 렌즈 방식의 3차원 모니터인 렌티큘러 디스플레이(lenticular display)는 렌즈를 이용하여 LCD 패널위에 위치한 픽셀들의 빛을 굴절시킨다. 그 결과 관찰자의 눈의 위치에 따라 다른 픽셀(pixel)이 보이는 현상이 생기게 된다. 따라서 좌안과 우안으로 들어오는 영상은 서로 다르게 된다. 인간은 좌안과 우안에 들어오는 영상의 양안시차(disparity)를 통하여 물체를 3차원으로 인식하기 때문에 이러한 디스플레이 장치를 이용하여 인간이 3차원을 느끼도록 하는 것이 가능하다.
도 2는 도 1을 수평방향으로 자른 단면을 나타낸 도면이다. 왼쪽 눈은 8번째 뷰잉존의 영역을 관찰하게 되며, 오른쪽 눈은 5번째 뷰잉존의 영역을 관찰하기 때문에 서로 다른 픽셀 값을 보게 된다. 도 2와 같이 눈은 1 ~ N개의 뷰잉존 중 한 곳에 위치하게 되므로 눈의 위치에 따라 N개의 다른 영상이 관찰될 수 있다. 이러한 시스템을 뷰 렌티큘러 디스플레이 시스템(N view lenticular display system)이라 한다.
렌티큘러 디스플레이 장치는 실린더 형태의 렌즈를 LCD 패널위에 붙임으로써 만들 수가 있다(도 1 참조). 그런데, 관찰되는 3차원 영상의 가로방향과 세로방향의 해상도가 크게 달라지기 때문에 도 3과 같이 실린더 형태의 렌즈를 기울여서 LCD 패널 위에 붙이는 기울인 렌티큘러 디스플레이(slanted lenticular display)가 개발되었다.
LCD 패널 위의 R, G, B의 각각의 서브픽셀들의 가로 방향의 크기는 매우 작은 크기(약 0.1mm이하)이다. 그런데 실린더 형태의 렌즈는 도 3과 같이 LCD 패널 위에 정확히 정렬되어 붙여야 하기 때문에 정밀한 정확도를 요구한다. 따라서 LCD 패널 위에 실린더 형태의 렌즈를 붙이는 것은 상당히 어려우며 정렬에러를 피하기 어렵다. 그러나 작은 정렬에러라도 발생한다면 영상의 왜곡을 야기시키기 때문에 이러한 정렬 에러는 렌티큘러 디스플레이 장치의 영상 화질을 저하시키는 문제점이 발생된다.
위에서 언급한 정렬에러로 생기는 문제를 해결하기 위해서 본 발명은 정확한 정렬에러를 예측하는 과정이 필요하다. 따라서 본 발명에서는 정확한 정렬에러를 예측하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 이러한 정렬 에러는 의도적인 에러가 아니기 때문에 정렬에러를 알고 있더라도 LCD 패널에 붙인 렌즈를 다시 정확히 붙이더라도 에러가 줄어들기를 보장하기는 어렵다. 즉, 하드웨어적인 접근 방법으로는 각각의 디스플레이 장치마다 개별적으로 정확하게 렌즈를 정렬시키기는 어렵다.
따라서 본 발명에서는 신호처리 기법에 기반한 소프트웨어적인 방법으로 예측된 정렬에러로 인하여 발생한 영상의 왜곡을 보상하는 알고리즘을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명은
3차원 모니터에서 렌즈의 잘못된 정렬에러를 검출하는 방법에 있어서,
의도적으로 만들어진 테스트 영상을 이용하여 3차원 모니터에서 렌즈의 정렬에러를 예측하되 상기 렌즈의 정렬에러가 있는 경우 관찰자의 눈으로부터 관찰되는 픽셀의 영상 인덱스가 가로방향에 따라 증가 혹은 감소되는 변화량을 계산함으로써 렌즈의 정렬에러를 검출하는 것을 특징으로 하는 정렬에러 검출방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 의하면 3차원 모니터에서 렌즈의 잘못된 정렬에러를 검출하여 영상왜곡을 보상하는 방법에 있어서,
3차원 모니터에서 관찰자의 위치에 따라 관찰되는 LCD 패널 상의 픽셀들 사이의 관계를 파악하는 단계; 및
상기 파악된 LCD 패널 상의 픽셀들 사이의 관계를 바탕으로 예측된 회전에러와 수평이동에러 값을 이용하여 렌즈의 정렬에러에 대한 영상왜곡을 보정하는 단계를 포함하는 영상왜곡 보상 방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대한 바람직한 실시 예를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서의 정렬에러는 회전에러(rotational error)와 수평이동에러(translational error)의 두 가지 형태가 있다.
첫 번째로 회전에러에 대한 예측을 설명한다. 도 4와 같이 정확하게 정렬된 렌즈의 피치(pitch)와 연속하는 두 개의 행 사이에서 렌즈의 가로방향의 이동을 각각 p와 q라고 하자. 정렬 에러가 존재하는 도 5의 경우에는 p와 q가 각각 p'과 q' 로 바뀌게 된다.
이때, 피치에서 발생한 에러를
Figure 112005022529100-PAT00001
는
Figure 112005022529100-PAT00002
도 5와 같이 정렬에러가 있는 경우 관찰자의 눈으로부터 관찰되는 픽셀의 영상 인덱스(view number)는 가로방향을 따라 증가되거나 감소하게 된다. 만약
Figure 112005022529100-PAT00003
값이 양수라면 영상 인덱스는 증가하게 되며 음수라면 감소하게 된다. 도 5와 같이
Figure 112005022529100-PAT00004
값은 가로 방향을 따라 축적되기 때문에 i번째 렌즈에서의 에러
Figure 112005022529100-PAT00005
는 다음과 같이 정의 된다.
Figure 112005022529100-PAT00006
따라서 LCD 패널상에서 축적된 전체 에러 값은
Figure 112005022529100-PAT00007
여기서
Figure 112005022529100-PAT00008
은 가로방향의 전체 렌즈의 개수이다. LCD 패널의 해상도가
Figure 112005022529100-PAT00009
라면
Figure 112005022529100-PAT00010
값은
Figure 112005022529100-PAT00011
이 된다. 위의 수학식들은 관찰자와 LCD사이의 거리가 LCD 패널의 가로 길이보다 훨씬 길 때 만족한다. 따라서 충분히 먼 거리에서 의도적으로 합성된 영상을 관찰함으로써 위의
Figure 112005022529100-PAT00012
의 값을 계산할 수 있다.
Figure 112005022529100-PAT00013
을 측정하기 위한 영상은 여러 가지 형태로 만들 수 있다. 예측을 간단하기 위해서 도 5에서
Figure 112005022529100-PAT00014
만을 255로 설정하고, 나머지는 픽셀들은 0으로 값을 설정할 수 있다. 이렇게 생성된 영상을 정렬에러가 없는 디스플레이 장치로 본다면, 1, 2, 3, ... 9번 뷰잉존 위치에서는 각각 빨간, 녹색, 파란, 빨간, ... 파란색으로 영상이 보여야 한다.
그러나 정렬에러가 존재하는 경우에는 각각의 뷰잉존에서 관찰되는 영상의 내부에서 여러 가지 색깔이 나타나게 된다. 따라서 이러한 변화량을 계산함으로써 렌즈의 정렬에러를 계산할 수 있다. 색깔이 변화는 순서가 가로 방향으로 빨간, 녹색, 파란색의 순서일 경우에는
Figure 112005022529100-PAT00015
의 값은 양수이다. 그러나 순서가 반대일 경우에는 음수 값이 된다. 또한
Figure 112005022529100-PAT00016
의 절대값은 아래의 식으로 구할 수 있다. 여기서
Figure 112005022529100-PAT00017
은 관찰되는 영상의 가로방향으로 뷰 변화(view change)의 횟수로 아래와 같은 수학식으로 구할 수 있다.
Figure 112005022529100-PAT00018
마찬가지로 q의 에러인 eq도 같은 방식으로 구할 수 있다. 세로방향의 뷰 변화의 횟수
Figure 112005022529100-PAT00019
를 이용하여 아래와 같은 식을 이용하여 eq의 값을 계산할 수 있다.
Figure 112005022529100-PAT00020
수평이동에러는 도 6에 도시된 바와 같이
Figure 112005022529100-PAT00021
로 표현된다. 이 값을 예측하기 위해서 영상을 간단히 다음과 같이 만들 수 있다. 중심 뷰잉존에 해당하는 픽셀들은 255로 설정하고 나머지 값들은 0으로 설정한다. 만약 수평이동에러가 없다면 중심 뷰잉존에서 흰색 영상이 보이게 된다. 그러나 수평에러가 있을 경우에는 흰색이 보이는 뷰잉존이 이동하게 된다. 따라서 이동한 양을
Figure 112005022529100-PAT00022
라고 할 경우
Figure 112005022529100-PAT00023
는 아래와 같은 수학식으로 표현된다.
Figure 112005022529100-PAT00024
여기서 회전에러는 수평이동에러를 측정하기 전에 보정되어야한다. 즉, 회전에러로 인한 영상의 왜곡을 보정한 뒤, 수평이동에러를 측정해야 한다. 예측된 회전에러와 수평이동에러 값을 이용하여 영상을 보상해 주기 위해서는 관찰자의 위치에 따른 관찰하게 되는 LCD 패널 위의 픽셀들 사이의 관계를 알아야 한다. 도 7은 이 관계를 표현한다. 도 7에서 스넬의 법칙에 의해,
Figure 112005022529100-PAT00025
여기서
Figure 112005022529100-PAT00026
은 렌즈의 굴절률이며
Figure 112005022529100-PAT00027
와
Figure 112005022529100-PAT00028
은 각각 렌즈의 입사각과 굴절각이다. 또한 도 7로부터
Figure 112005022529100-PAT00029
Figure 112005022529100-PAT00030
여기서 관찰자와 LCD 디스플레이까지의 거리 중 가로 방향의 거리는
Figure 112005022529100-PAT00031
이며 세로 방향의 거리는
Figure 112005022529100-PAT00032
이다. 또한, f는 렌즈의 초점 거리이다.
위의 수학식 7, 8, 9로부터 다음과 같은 수학식이 얻어진다.
Figure 112005022529100-PAT00033
이제 도 8과 같이 LCD 픽셀에서 j번째 열에 대해서 고려하자. 다음의 수학식에는 모두 인덱스 j가 들어가기 때문에 편의를 위하여 j를 모두 생략한다. 도 8과 같이
Figure 112005022529100-PAT00034
를 LCD 패널의 가장 왼쪽부터 LCD상의 첫번째 렌즈의 왼쪽 가장자리까지의 거리라고 하자. 그러면
Figure 112005022529100-PAT00035
는 다음과 같은 식으로 표현된다.
Figure 112005022529100-PAT00036
여기서
Figure 112005022529100-PAT00037
는
Figure 112005022529100-PAT00038
을 만족하는 정수값이다. 그리고
Figure 112005022529100-PAT00039
는 LCD패널의 왼쪽 가장자리로부터 k번째 뷰잉존의 i번째 렌즈에서 관찰되는 영역의 중심까지의 거리이다.
Figure 112005022529100-PAT00040
또한
Figure 112005022529100-PAT00041
는 수학식 10로부터 구한 k번째 뷰잉존의 i번째 렌즈를 볼 때의 d을 나타낸다. 그러면, 관찰자에 의해 관찰되는 영역은
Figure 112005022529100-PAT00042
이며 k번째 뷰잉존에서 i번째 렌즈의 관찰되는 밝기값은 다음의 수학식으로 표현된다.
Figure 112005022529100-PAT00043
여기서
Figure 112005022529100-PAT00044
는 LCD 패널위의 n번째 픽셀이 i번째 렌즈에서 관찰되는 밝기값에 대한 기여도이다. 그리고
Figure 112005022529100-PAT00045
와
Figure 112005022529100-PAT00046
값은 각각
Figure 112005022529100-PAT00047
와
Figure 112005022529100-PAT00048
이다. 또한
Figure 112005022529100-PAT00049
값은 LCD 패널 위의 n번째 픽셀값으로 다음과 같이 표현된다.
Figure 112005022529100-PAT00050
즉,
Figure 112005022529100-PAT00051
은 빨간, 녹색, 파란색 성분 중 하나를 나타낸다. 그리고
Figure 112005022529100-PAT00052
는 다음과 같이 표현된다.
Figure 112005022529100-PAT00053
LCD 패널위의 픽셀값과 관찰되는 밝기값 사이의 관계를 수학식 13으로 표현하였다. 따라서 실제로 관찰되기는 원하는 밝기값을 알기 때문에 영상왜곡을 다음식과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112005022529100-PAT00054
여기서
Figure 112005022529100-PAT00055
이다.
따라서 왜곡현상을 줄이기 위해서는 위의 e(n)값을 줄이면 되며 이를 만족하는 해는 다음과 같다.
Figure 112005022529100-PAT00056
수학식 17에 의해 영상을 보상해주게 되면 위에서 언급했던 회전에러와 수평이동에러로 인한 영상 왜곡을 줄일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의한 렌즈 방식의 3차원 모니터에서 렌즈의 잘못된 정렬의 검출방법 및 보상 방법을 사용하면 다음과 같은 이점이 있다.
첫째, 정확한 정렬 에러를 파악함으로써, 디스플레이 장치의 생산시 제품의 이상을 판단하거나 렌즈를 좀더 정확히 붙이는데 이용할 수 있다.
둘째, 미세한 에러로 물리적으로 보정이 어려운 정렬 에러는 발명한 방법을 이용하여 영상의 왜곡 현상을 줄이는 것이 가능하다.

Claims (7)

  1. 3차원 모니터에서 렌즈의 잘못된 정렬에러를 검출하는 방법에 있어서,
    의도적으로 만들어진 테스트 영상을 이용하여 3차원 모니터에서 렌즈의 정렬에러를 예측하되 상기 렌즈의 정렬에러가 있는 경우 관찰자의 눈으로부터 관찰되는 픽셀의 영상 인덱스가 가로방향에 따라 증가 혹은 감소되는 변화량을 계산함으로써 렌즈의 정렬에러를 검출하는 것을 특징으로 하는 정렬에러 검출방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 렌즈의 정렬에러가 있는 경우 각각의 뷰잉존에서 관찰되는 영상의 내부에 복수의 색상이 표시되는 것을 특징으로 하는 정렬에러 검출방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 렌즈의 정렬에러를 아래의 수학식
    Figure 112005022529100-PAT00057
    로 설정하는 것을 특징으로 하는 정렬에러 검출방법.
    Figure 112005022529100-PAT00058
    Figure 112005022529100-PAT00059
    Figure 112005022529100-PAT00060
  4. 3차원 모니터에서 렌즈의 잘못된 정렬에러를 검출하여 영상왜곡을 보상하는 방법에 있어서,
    3차원 모니터에서 관찰자의 위치에 따라 관찰되는 LCD 패널 상의 픽셀들 사이의 관계를 파악하는 단계; 및
    상기 파악된 LCD 패널 상의 픽셀들 사이의 관계를 바탕으로 예측된 회전에러와 수평이동에러 값을 이용하여 렌즈의 정렬에러에 대한 영상왜곡을 보정하는 단계를 포함하는 영상왜곡 보상 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 영상왜곡의 보상 과정에서 관찰자의 위치에 따른 빛의 굴절을 이용하여 렌즈의 거리 d를 계산하는 것을 특징으로 하는 영상왜곡 보상 방법.
    Figure 112005022529100-PAT00061
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 영상왜곡의 보상 과정에서 관찰자가 관찰하는 영상 값을 LCD 패널 상의 서브픽셀 값
    Figure 112005022529100-PAT00062
    으로 표현하는 것을 특징으로 하는 영 상왜곡 보상 방법.
    Figure 112005022529100-PAT00063
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 영상왜곡을 수학식 23으로 정의하고, 상기 정의값을 최소화하여 수학식 24를 만족하여 영상왜곡을 줄이는 것을 특징으로 하는 영상왜곡 보상 방법.
    Figure 112005022529100-PAT00064
    Figure 112005022529100-PAT00065
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