KR20070104213A - 다층 표시 소자를 이용한 입체 영상시스템 - Google Patents

다층 표시 소자를 이용한 입체 영상시스템 Download PDF

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KR20070104213A
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Abstract

본 발명은 다층 표시 소자를 이용한 입체 영상시스템에 관한 것이다.
상기 입체 영상시스템은 인가되는 기초 영상을 투사하는 제1 표시부와 상기 제1 표시부에서 투사되는 기초 영상을 표시하는 제2 표시부--여기서 제2 표시부는 다수의 표시 소자로 이루어짐--를 포함하는 다층 영상 표시부를 구성한다. 그리고 영상 처리부는 상기 다수의 표시 소자에 대응되는 각각의 기초 영상을 생성하여 제공하고, 상기 제2 표시부의 다수의 표시 소자가 하나의 표시 소자씩 기초 영상을 표시하도록 전압 제어부를 통하여 전기적으로 제어한다. 따라서 각각의 표시 소자들은 투사되는 기초 영상들을 각각 렌즈 어레이를 통하여 서로 다른 중심깊이 평면상에 결상시켜 입체 영상을 생성한다. 이로서 입체 영상의 표현 가능한 깊이감을 향상시킬 수 있다.
고분자 분산형 액정, 프로젝터, 입체 영상, 잔상효과, 기초 영상

Description

다층 표시 소자를 이용한 입체 영상시스템{SYSTEM FOR PROVIDING THREE-DIMENSIONAL INTEGRAL IMAGING USING MULTI-LAYERED DISPLAY DEVICE}
도 1은 InIm의 두 가지 표시 방법인 실상 InIm와 허상 InIm을 비교하여 도시한 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상시스템의 구조를 나타낸 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 입체 영상시스템을 나타낸 구조도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 입체 영상시스템을 나타낸 구조도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 입체 영상시스템을 나타낸 구조도이다.
본 발명은 입체 영상시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면 다층 표시 소자를 이용하여 입체 영상의 깊이감을 향상시키는 입체 영상시스템에 관한 것 이다.
종래의 입체 영상을 구현하는 기술 중 렌즈 어레이를 사용하는 집적 영상 (Integral Photography 또는 Integral Imaging, 이하 II라 명명함) 방식은 1908년 리프만(Lippmann)에 의해 처음 제안된 후 점차 개선되었다. 그러나 그동안 촬영 소자나 표시 소자 기술의 한계로 인해 크게 주목을 받지 못하다가, 고분해능 촬영 소자와 고해상도 표시 소자의 개발과 함께 최근 연구가 활발해지고 있다.
II 방식을 사용한 시스템은, 크게 촬영부 및 표시부로 구성된다. 촬영부는 렌즈 어레이를 구성하는 기초 렌즈들에 의해 생성되는 3차원 물체의 여러 방향에서의 기초 영상을 촬영(촬상) 소자에 저장한다. 표시부는 촬영부의 역 과정으로서, 상기 저장된 기초 영상들을 표시하고, 다시 이 기초 영상들이 렌즈 어레이를 통과하면서 합쳐져서 원래 3차원 물체가 있었던 위치에서 입체 영상으로 재생하게 된다.
이때 촬영 과정에서 발생하는 깊이 역전 현상 등의 문제를 해결하고 시스템의 구조를 보다 간단히 하기 위해, 컴퓨터 그래픽으로 기초 영상을 제작하는 방식인 CGII(Computer-Generated Integral Imaging)가 제안되었다.
CGII 시스템의 구조는 가상의 3차원 물체에 대한 기초 영상들을 컴퓨터를 이용해 생성하고 이를 표시부로 전송한 후, 렌즈 어레이를 통해 입체 영상을 구현하는 간단한 구조이다.
이때 입체 영상이 맺히는 위치는 렌즈 어레이와 표시부와의 거리에 따라 달라지는데 이는 다음의 식으로부터 쉽게 알 수 있다.
1/d + 1/g = 1/f
(여기에서 d는 입체 영상의 렌즈 어레이로부터의 위치, g는 렌즈 어레이와 표시부와의 거리, f는 렌즈 어레이를 구성하는 기초 렌즈(단위 렌즈)의 초점 거리이다.)
즉, 렌즈 어레이와 표시부와의 거리가 기초 렌즈의 초점거리보다 클 경우에는 상이 맺히는 거리 값이 양수가 되어 입체 영상이 렌즈 어레이의 앞면에 실상으로 맺히게 되고(실상 InIm(Integral Imaging)), 반대로 렌즈 어레이와 LCD 패널과의 거리가 기초 렌즈의 초점거리보다 작을 경우에는 상이 맺히는 거리 값이 음수가 되는데, 이는 입체 영상이 렌즈 어레이의 뒷면에 허상으로 맺히게 됨을 뜻한다(허상 InIm(Integral Imaging)).
도 1은 InIm의 두 가지 표시 방법인 실상 InIm와 허상 InIm을 비교하여 도시한 도이다. 첨부한 도 1에서와 같이, 허상 InIm의 경우 입체 영상이 맺히는 위치가 실상 InIm보다 관찰자로부터 멀리 떨어져 있기 때문에 관찰자의 위치가 렌즈 어레이와 표시부쪽으로 약간 더 가까운 곳에서도 입체 영상을 관찰할 수 있는 장점이 있다. 또한 도 1로부터 알 수 있듯이 허상 InIm의 기초영상은 실상 InIm의 기초영상과는 달리 직립상이라는 차이점을 제외하고는 실상 InIm의 구현 방식과 유사하다.
그러나 이러한 InIm 방식에 의한 문제점은 표현할 수 있는 3차원 물체의 깊이감이 제한되는데 있다. 전술한 바와 같이 입체 영상이 맺히는 위치는 렌즈 어레 이와 표시 장치와의 거리에 의해 결정되며, 입체 영상이 맺히는 위치가 초점이 맞는 위치에 위치하게 되면 입체 영상이 잘 표시된다. 그러나 입체 영상이 맺히는 위치가 초점 위치로부터 멀어지게 되면 표시되는 입체 영상의 초점이 맞지 않고 왜곡된다. 즉 표현할 수 있는 입체 영상의 깊이가 초점 위치를 기준으로 형성되는 중심깊이 평면을 중심으로 수 cm 이내로 제한되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 깊이감이 향상된 입체 영상시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 다층 표시 소자를 이용한 입체 영상 시스템을 제공한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 입체 영상시스템은,
인가되는 기초 영상을 투사하는 제1 표시부와 상기 제1 표시부에서 투사되는 기초 영상을 표시하는 제2 표시부--여기서 제2 표시부는 다수의 표시 소자로 이루어짐--를 포함하는 다층 영상 표시부; 상기 다수의 표시 소자에 대응되는 각각의 기초 영상을 생성하여 상기 제1 표시부로 제공하는 영상 처리부; 상기 다수의 표시 소자를 전기적으로 제어하며, 상기 제1 표시부로 제공된 기초 영상에 대응하는 하나의 표시 소자를 나머지 표시 소자와 다른 상태로 동작시키는 전압 제어부; 및 다수의 기초 렌즈로 구성되며 상기 표시 소자들에서 표시되는 기초 영상을 서로 다른 중심깊이 평면에 결상시켜, 입체영상을 표시하는 렌즈 어레이를 포함한다.
제1 표시부는, 상기 영상 처리부로부터 상기 기초 영상을 제공 받아 상기 제2 표시부로 투사하는 하나 이상의 프로젝터를 포함한다.
제2 표시부의 다수의 표시 소자는 동일한 중심축 상에 순차적으로 배열되어 있으며, 인가되는 기초 영상을 각각 다른 중심깊이 평면--여기서 중심깊이 평면은 해당 표시 소자에 의하여 표시되는 영상의 초점이 맺히는 위치를 기준으로 설정거리 내에 포함되는 영역을 나타냄--에 표시한다. 또한, 구동 전압이 인가되면 빛을 투과시키고, 구동 전압이 인가되지 않으면 빛을 산란시키는 복수의 고분자 분산형 액정을 이용한다.
영상 처리부는 상기 표시 소자의 수에 따라 대응하는 수의 기초 영상을 생성하여 상기 제1 표시부로 제공한다.
전압 제어부는 상기 기초 영상이 인가되는 하나의 표시 소자에는 구동 전압을 인가하지 않고, 나머지 표시 소자들에는 구동 전압을 인가한다. 또한 상기 영상 처리부와 동기 되어 설정되는 시간에 따라 상기 제2 표시부의 표시 소자에 대한 구동 전압을 변경한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상시스템에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시 예에서는 다수의 표시 소자를 이용하여 서로 다른 중심 깊이 평면에 입체 영상을 결상시킨다. 사용되는 표시 소자에 따라 중심 깊이 평면의 위치가 가변되며, 표현하고자 하는 입체 영상의 깊이감에 따라 중심 깊이 평면을 다수 만들어, 결상되는 입체 영상의 깊이 감을 향상시킨다. 여기서 중심깊이 평면은 해당 표시 소자에 의하여 표시되는 영상의 초점이 맺히는 위치를 기준으로 설정 거리 내에 포함되는 영역을 나타낸다. 그리고 '다층 표시 소자'를 구성하는 다수의 표시 소자가 동일한 축 상에 평행하게 배열되어 있으며, 하나의 표시 소자를 하나의 층이라고 명명할 수 있다. 이러한 다층 표시 소자를 구성함에 있어서 표시 소자가 배열되는 축의 방향이 어느 한 방향으로 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상시스템의 구조를 나타낸 블럭도이다.
첨부한 도 2를 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상시스템은 다층 영상 표시부(100), 영상 처리부(300), 전압 제어부(400) 및 렌즈 어레이(200)를 포함한다.
다층 영상 표시부(100)는 제1 표시부(110) 및 제2 표시부(120)로 이루어진 다. 그리고 다층 영상 표시부(100)는 본 발명에 따른 다층 표시 소자에 대응된다.
제1 표시부(110)는 영상 처리부(300)로부터 제공되는 기초 영상을 시간 분할하여 제2 표시부(120)에 투사하는 장치로서, 본 발명의 실시 예에서는 하나 이상의 프로젝터로 구성된다.
제2 표시부(120)는 동일한 중심축을 기준으로 평행하게 배열되어 있는 다수의 표시 소자(120-1,120-2,...,120-N)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에서는 제2 표시부(120)를 구성하는 표시 소자를 고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC)을 사용하며, 특히 필름형태로 제작된 고분자 분산형 액정을 사용한다. 그러나 본 발명에 있어서 제2 표시부(120)의 표시 소자는 위의 것에 한정되지 않는다.
제2 표시부(120)의 표시 소자는 각각 전압 제어부(400)의 전기적 제어에 의해 동작한다. 구체적으로 전압 제어부(400)의 전기적 제어에 의한 구동 전압이 인가되면 빛을 투과시키고, 구동 전압이 인가되지 않으면 빛을 산란시켜 입사되는 영상을 소정 평면에 표시한다. 따라서 제2 표시부(120)를 구성하는 다수의 표시 소자(120-1,120-2,...,120-N) 중 구동 전압에 따라 하나의 표시 소자는 제1 표시부(110)에서 투사되는 기초 영상을 산란시켜 표시하고, 나머지 표시 소자는 투사되는 기초 영상을 통과시킨다. 또한, 인가되는 구동 전압에 의하여 빛을 산란시키는 표시 소자가 변경되고, 그에 따라 기초 영상이 표시되는 중심 깊이 평면도 변경된다.
영상 처리부(300)는 본 발명의 입체 영상의 재생을 위해 제2 표시부(120)의 각각의 표시 소자에 해당하는 기초 영상을 각각 생성하고, 생성된 기초 영상들은 제1 표시부(110)로 제공한다. 특히 영상 처리부(300)는 제2 표시부(120)중 하나의 표시 소자를 선택하고, 선택한 표시 소자에 대응하는 기초 영상을 제1 표시부(110)로 제공한다.
전압 제어부(400)는 제2 표시부(120)를 구성하는 다수의 표시 소자(120-1,120-2,...,120-N)를 전기적으로 제어하여, 기초 영상이 인가되는 표시 소자를 다른 표시 소자와 다른 상태로 동작시킨다. 특히 전압 제어부(400)는 영상 처리부(300)와 동기되어, 영상 처리부(300)가 생성한 기초 영상에 대응하는 제2 표시부(120)의 표시 소자로 구동 전압을 인가하지 않고, 나머지 표시 소자들에는 구동 전압을 인가한다.
예를 들어 설명하면, 영상 처리부(300)에서 제1 표시부(110)로 기초 영상을 제공하고, 제1 표시부(110)는 이에 대응하는 제2 표시부(120)의 표시 소자로 기초 영상을 투사한다. 이에 동기된 동작으로 전압 제어부(400)는 제2 표시부(120)의 N개의 표시 소자 중 상기 기초 영상이 투사되는 한 개의 표시 소자에 구동 전압을 인가하지 않아 불투명하게 하고, 나머지 N-1개의 표시 소자에 구동 전압을 인가하여 투명하게 한다. 그러면 제1 표시부(110)로부터 투사되는 기초 영상이 제2 표시부(120)의 투명한 N-1개의 표시 소자를 통과하고, 한 개의 불투명한 표시 소자에 의하여 산란되어 표시된다.
이와 같은 방법으로 전압 제어부(400)는 영상 처리부(300)에서 임의의 순서에 따라 제1 표시부(110)로 제공하는 기초 영상에 대해, N개의 표시 소자를 전기적 으로 제어함으로서 기초 영상이 투사되는 해당 표시 소자를 하나씩 구동시킨다. 따라서 제1 표시부(110)로부터 투사되는 기초 영상이 구동되는 표시 소자에 의하여 해당 중심깊이 평면에 결상된다. 특히 다층으로 구성된 제2 표시부(120)의 표시 소자들은 렌즈 어레이(200)와 거리가 각각 다르므로, 그 거리에 따라 표시되는 기초 영상이 각각 다른 중심깊이 평면에 결상되어 깊이감이 향상된 입체 영상으로 재생된다.
렌즈 어레이(200)는 제2 표시부(120)와 동일한 중심축 상에 위치하고, 제2 표시부(120)로 투사된 기초 영상들을 행렬로 배열된 다수의 기초 렌즈에 의하여 서로 다른 중심깊이 평면상에서 결상시켜 입체 영상을 생성한다.
다음은 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상시스템에서 기초 영상을 생성하는 방법에 대하여 설명한다.
실상 InIm의 기초 영상과 허상 InIm의 기초 영상은 다음과 같이 생성된다.
예를 들어, 재생될 입체 영상을 이루는 한 점 P의 평면상의 위치를 직교 좌표로 (x, y), 그 깊이 정보, 즉 렌즈 어레이(200)로부터 그 점의 상이 맺히는 곳까지의 거리는 z, 렌즈 어레이(200)의 각 기초 렌즈 중 왼쪽으로부터 i 번째, 위로부터 j 번째에 위치되는 기초 렌즈의 중심 좌표를 (lens_x[i][j], lens_y[i][j]), 그리고 기초 렌즈의 x방향 크기를 L_x, y방향 크기를 L_y, 초점 거리를 f 라고 가정한다.
이 때 가상의 물체 포인트(object point)인 점 P의 기초 영상 중 왼쪽으로부터 i 번째 위로부터 j 번째에 위치한 기초 렌즈에 해당하는 기초 영상을 구성하 는 점의 좌표 값 E_ij는 다음 식에 의해 정해진다.
상기 좌표 값 E_ij가 실상 InIm일 경우는,
Elemental_image_x[i][j] = lens_x[i][j] + (f/z) * (lens_x[i][j] - x )
Elemental_image_y[i][j] = lens_y[i][j] + (f/z) * (lens_y[i][j] - y )
로 정해진다.
상기 좌표 값 E_ij가 허상 InIm일 경우는,
Elemental_image_x[i][j] = lens_x[i][j] - (f/z) * (lens_x[i][j] - x )
Elemental_image_y[i][j] = lens_y[i][j] - (f/z) * (lens_y[i][j] - y )
로 정해진다.
다음 위의 수학식 2 및 3 혹은 수학식 4 및 5에 의하여 계산된 점 E_ij들 중 재생된 입체 영상이 동시에 여러 개가 보이는 현상을 피하기 위해, 다음의 조건을 동시에 만족시키는 점들만이 최종적으로 왼쪽으로부터 I 번째 위로부터 j 번째에 위치한 기초렌즈에 의한 기초 영상이 된다.
(조건1) -Lx/2 < Elemental_image_x[i][j] - lens_x[i][j] < Lx/2
(조건2) -Ly/2 < Elemental_image_y[i][j] - lens_y[i][j] < Ly/2
이때, 일반적인 II에서는 하나의 표시 소자를 사용하므로, 한 종류의 기초 영상만을 제작하고 이를 렌즈 어레이를 통해 입체 영상으로 변환시키기 때문에 재생되는 입체 영상의 깊이 감은 초점이 맺히는 위치를 중심으로 한정되었다.
그러나 본 발명 실시 예의 영상 처리부(300)에서는 다층 영상 표시부(100)의 제2 표시부(120)를 구성하는 표시 소자의 수에 따라 렌즈 어레이(200)로부터 그 점의 상이 맺히는 곳까지의 거리 z를 서로 다른 위치로 설정할 수 있다. 즉 제2 표시부(120)의 표시 소자들과 렌즈 어레이(200) 사이의 각각의 거리에 따라 z값을 복수개로 하고, 각각의 z값을 토대로 각기 다른 조건을 만족하는 다수의 기초 영상을 생성할 수 있다. 그러므로 다양한 깊이 감을 가지는 영상의 표현이 가능한 특징이 있다.
다음은 본 발명의 실시 예에 따른 표시 소자에 투사된 기초 영상을 이루는 점들의 좌표 값과 결상되는 중심깊이 평면의 위치를 구하는 방법을 설명한다.
렌즈 어레이(200)로부터 거리가 an(an > f)만큼 떨어진 표시 소자에 표시되는 기초 영상의 경우, 각각의 기초 영상들은 다음 수학식을 만족한다.
Elemental_image_x[i][j] = lens_x[i][j] + (an-f/an) * (lens_x[i][j] - x)
Elemental_image_y[i][j] = lens_y[i][j] + (an-f/an) * (lens_y[i][j] - y)
상기 an만큼 떨어진 표시 소자에 의하여 표시되는 기초 영상들이 렌즈 어레이(200)를 통해 결상되는 중심깊이 평면과 상기 렌즈 어레이(200)사이의 거 리(Central_Depth_Plane_an)는 다음 수학식을 만족한다.
Central_Depth_Plane_an = anf/(an-f)
렌즈 어레이(200)로부터 거리가 an'(an' < f)만큼 떨어진 표시 소자에 표시되는 기초 영상의 경우, 각각의 기초 영상들은 다음 수학식을 만족한다.
Elemental_image_x[i][j] = lens_x[i][j] - (an'-f/an') * (lens_x[i][j]- x)
Elemental_image_y[i][j] = lens_y[i][j] - (an'-f/an') * (lens_y[i][j]- y)
상기 거리 an'만큼 떨어진 표시 소자에 의하여 표시되는 기초 영상들이 렌즈 어레이(200)를 통해 결상되는 중심깊이 평면과 렌즈 어레이(200)사이의 거리(Central_Depth_Plane_an')는 다음 수학식을 만족한다.
Central_Depth_Plane_an'= an'f/(an'-f)
실상을 표시하고자 하는 경우, 렌즈 어레이(200)와 표시 소자의 거리(예를 들어, an)가 기초렌즈의 초점거리 f 보다 크다(an > f). 이 경우에는 상이 맺히는 거리 값이 양수가 되어 입체 영상이 렌즈 어레이(200)의 앞면에서 실상 InIm으로 맺히게 된다. 이 경우 각 기초 렌즈를 위한 기초 영상을 이루는 점들의 좌표 값 중 실상 InIm을 이루는 점들의 좌표 값은 상기 수학식 6과 7을 토대로 정해진다.
반대로 허상을 표시하고자 하는 경우, 렌즈 어레이(200)와 표시 소자와의 거리(예를 들어, an')가 기초 렌즈의 초점 거리보다 작다(an' < f). 이 경우에는 상이 맺히는 거리 값이 음수가 되어 영상이 렌즈 어레이(200)의 뒷면에 허상 InIm으로 맺히게 된다. 이 경우 각 기초 렌즈를 위한 기초 영상을 이루는 점들의 좌표 값 중 허상 InIm을 이루는 점들의 좌표 값은 상기 수학식 9와 10을 토대로 정해진다.
본 발명의 실시 예에서는 제2 표시부(120)를 구성하는 다수의 표시 소자 중에서 적어도 하나의 표시 소자와 렌즈 어레이(200) 사이의 거리를 an으로 설정하고, 다른 적어도 하나의 표시 소자와 렌즈 어레이(200)의 사이의 거리를 an'로 설정하여, 실상과 허상 InIm을 동시에 구현하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 이에 따라 제2 표시부(120)로 표시하는 다층 영상 표시부(100)를 통하여 얻어지는 입체 영상은 보다 향상된 깊이감을 갖을 수 있다.
다음에는 본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상시스템을 구성하는 방법에 따른 다수의 실시 예에 대하여 설명한다. 아래의 실시 예에 따른 입체 영상시스템의 구성은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 입체 영상시스템을 나타낸 구조도이다.
첨부된 도 3을 살펴보면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 입체 영상 시스템은 상기 기술한 다층 영상 표시부(100), 영상 처리부(300), 전압 제어부(400) 및 렌즈 어레이(200)를 포함하며, 이에 대한 설명은 상술한 내용이므로 생략하도록 한다.
다만, 다층 영상 표시부(100)에 있어서, 하나의 프로젝터로 구성된 제1 표시부(110)와 4개의 표시 소자(120-1,120-2,120-3,120-4)로 구성된 제2 표시부(120)를 포함하는 것으로 가정한다.
이러한 다층 영상 표시부(100)로 구성된 입체 영상시스템은 도 3에서와 같이 제1 표시부(110)와 4개의 표시 소자(120-1,120-2,120-3,120-4)를 이용하여 4개의 중심 깊이평면에 각각 기초 영상을 결상시킨다. 또한 전압 제어부(400)의 구동 전압에 따라 표현되는 입체 영상의 위치를 변화시킨다.
구체적으로 설명하면, 먼저 입체 영상을 중심깊이 평면 1의 위치에 위치시키고자 하는 경우, 영상 처리부(300)는 제1 표시 소자(120-1)에 해당하는 기초 영상--여기서 기초 영상은 제1 표시 소자(120-1)와 렌즈 어레이(200)사이의 거리에 따라 생성된 것임--을 제1 표시부(110)로 제공한다. 그리고 제1 표시부(110)는 제2 표시부(120)의 제1 표시 소자(120-1)에 해당하는 기초 영상을 투사한다. 이때 위의 동작과 동기되어 전압 제어부(400)는 해당하는 제1 표시 소자(120-1)에 구동 전압을 인가하지 않고, 나머지 표시 소자(120-2,120-3,120-4)에는 구동 전압을 인가한다. 그러면 하나의 표시 소자를 이용하여 하나의 중심 깊이 평면을 생성한 것과 같이, 렌즈 어레이(200)를 통해 중심깊이 평면 1의 위치에 제1 표시 소자(120-1)에 대응하는 상기 기초 영상에 해당되는 입체 영상이 표시된다.
다음에는 중심깊이 평면 1의 위치에 표시된 입체 영상을 중심깊이 평면 2의 위치로 변화시켜 표시한다. 즉 제1 표시부(110)는 영상 처리부(300)로부터 제공받은 제2 표시 소자(120-2)에 해당하는 기초 영상을 투사한다. 그리고 전압 제어부(400)는 중심깊이 평면 2에 해당하는 제2 표시 소자(120-2)에만 구동 전압을 인가하지 않고, 나머지 표시 소자(120-1,120-3,120-4)에 구동 전압을 인가하여, 해당 제2 표시 소자(120-2)가 기초 영상을 표시하도록 한다. 그러면 제2 표시 소자(120-2)에 해당하는 기초 영상이 렌즈 어레이(200)를 통해 중심깊이 평면 2에 표시된다. 같은 방법으로 중심깊이 평면 2에 표시된 입체 영상은 다시 중심깊이 평면 3, 중심깊이 평면 4로 그 표시되는 위치를 변화시킬 수 있다.
이렇게 본 발명의 제1 실시 예에서는 4개의 표시 소자를 구성함으로서 4개의 중심 깊이 평면을 중심으로 입체 영상을 표시할 수 있으며, 표시하고자 하는 입체 영상의 위치를 변화시킬 수 있다. 즉, 중심깊이 평면이 렌즈 어레이(200)에 대응되는 각각의 표시 소자와의 거리에 따라 달라지며, 그 결과 4개의 서로 다른 중심깊이 평면에 입체 영상을 하나씩 표시한다.
한편, 영상 처리부(300)는 촬영 또는 계산에 의하여 다층 영상 표시부(100)를 구성하는 표시 소자의 수에 대응하는 기초 영상을 각각 생성하여 제1 표시부(110)로 제공한다.
이 경우 각 기초 렌즈를 위한 기초 영상을 이루는 점들의 좌표 값 중 실상 InIm을 이루는 점들의 좌표 값은 상기한 수학식 6과 7로 정해지며, 허상 InIm을 이루는 점들의 좌표 값은 수학식 9와 10으로 정해진다.
또한, 위와 같은 경우 영상 처리부(300)에서는 제2 표시부(120)의 각 표시 소자와 렌즈 어레이(200)간의 거리 a1,a2, a3,...,an 에 따라 N번의 계산을 하여 N개의 기초 영상을 생성한다.
다음에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 입체 영상시스템에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 입체 영상시스템을 나타낸 구조도이다.
첨부된 도 4를 살펴보면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 입체 영상시스템의 구성은 제1 실시 예와 동일하게 이루어진다.
본 발명의 제1 실시 예에서는 영상 처리부(300)로부터 제공 받은 기초 영상을 투사하는 제1 표시부(110)의 동작과 전압 제어부(400)의 구동 제어를 통하여 입체 영상의 중심깊이 평면을 변화시켰다. 이를 토대로 본 발명의 제2 실시 예에서는 제1 실시 예에서의 동작을 빠르게 수행한다. 즉, 중심깊이 평면을 빠르게 변경하기 위하여 영상 처리부(300)는 설정 속도--여기서 설정 속도는 제1 실시 예에서 영상 처리부가 기초 영상을 제공하고 이에 동기 하여 전압 제어부가 구동 전압을 표시 소자로 공급하는 속도일 수 있다. 또는 실험 결과에 의하여 산출되는 잔상 효과를 유발시키는 속도일 수 있으며, 이러한 설정 속도는 시스템에서 임의로 설정할 수 있다.--보다 빠른 속도로 기초 영상을 제공하고, 제1 표시부(110)는 설정된 빠른 속도로 제2 표시부(120)로 기초 영상을 변경하여 투사한다. 또한 전압 제어부(400)는 각각의 표시 소자에 대한 구동 전압을 위에 동기된 속도로 빠르게 제어한다. 여 기서 전압 제어부(400)에서 전압을 빠르게 제어한다는 것은, 기초 영상이 결상되는 중심깊이 평면을 빠르게 변경한다는 의미이다.
즉 전압 제어부(400)는 표시 소자들(120-1,120-2,120-3,120-4)이 잔상효과를 일으키고 그 효과가 유지되는 속도로 빠르게 각각의 표시 소자에 구동 전압을 제공한다. 그러면 잔상효과에 의하여 입체 영상이 4개의 중심 깊이에 동시에 표시되는 것과 같이 표현할 수 있다. 따라서 표현할 수 있는 중심깊이 평면의 수를 표시 소자의 수만큼 향상 시킬 수 있으므로, 더욱 향상된 깊이를 얻을 수 있고, 깊이가 큰 물체를 표현하거나 다수의 다른 깊이를 갖는 물체를 표현할 수 있는 효과가 있다.
이 경우 각 기초 렌즈들을 위한 기초 영상을 이루는 점들의 좌표 값들 중 실상 InIm을 이루는 점들의 좌표 값은 제1 실시 예와 같이 수학식 6과 7로 정해지며 허상 InIm을 이루는 점들의 좌표 값은 수학식 9와 10으로 정해진다.
또한, 위와 같은 경우 영상 처리부(300)는 각 표시 소자와 렌즈 어레이(200)간의 거리 a1,a2, a3,...,an 에 따라 N번의 계산을 하여 N개의 기초 영상을 생성한다.
다음에는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 입체 영상시스템에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 입체 영상시스템을 나타낸 구조도이다.
첨부된 도 5를 살펴보면, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 입체 영상시스템의 구성은 제2 실시 예와 동일하게 이루어진다. 본 발명의 제3 실시 예에서는 입체 영 상이 조밀하고 연속적인 깊이감을 표현할 수 있도록 하는 방식을 설명한다.
상기한 제1 및 제2 실시의 경우 N개의 중심 깊이 평면을 중심으로 입체 영상이 표시된다. 이때 입체 영상의 깊이 감을 향상시키기 위해 표시 소자간의 간격을 넓게 하여 중심깊이 평면들 간의 차이를 크게 할 경우, 인접한 두 중심 깊이 평면 사이의 가운데 부분에 위치한 입체 영상은 왜곡을 피할 수 없다. 그러므로 깊이를 연속적으로 제어하거나 연속적인 깊이를 갖는 입체 영상을 표현하기 위해서는 각각의 인접된 표시 소자들 간의 간격을 줄이고, 동시에 표시 소자의 수를 증가하는 구조의 영상 시스템을 사용하는 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 사용되는 표시 소자의 수만큼 표현할 수 있는 깊이가 증가하게 되고, 인접한 표시 소자들 간의 간격이 조밀해 질수록 표현할 수 있는 깊이도 조밀해진다. 따라서 한 덩이의 부피감과 깊이감이 큰 물체의 입체 영상을 표현할 수 있다.
전술한 바와 같이 하나의 표시 소자를 이용한 입체 영상은 중심깊이 평면, 즉 초점이 맞는 부근에서 수 cm 내의 깊이를 표현할 수 있다. 이를 여유깊이(Marginal depth)라고 하는데, 도 5에서 보여 주듯이 인접한 표시 소자들을 여유깊이가 서로 겹치도록 제2 표시부(120)의 표시 소자들의 간격을 조밀하게 배치한다. 더 자세히 설명하면, 제1 표시 소자의 제1 여유깊이와 제2 표시 소자의 제2 여유깊이가 서로 겹쳐지게 하고, 제2 표시 소자의 여유깊이와 제3 소자의 여유깊이가 겹쳐지게 하는 방법으로 모든 인접한 표시 소자들 간의 간격을 조밀하게 배치한다.
이와 같은 방식으로 제2 표시부(120)의 인접한 표시 소자들 간의 거리를 조밀하게 위치시켜서 여유 깊이가 상호 연결 되도록 하면 따로 떨어진 여러 깊이가 아닌 하나로 연결된 연속적인 여유 깊이를 얻을 수 있는 효과가 있다.
그리고 전술한 실시 예와 마찬가지로 각 기초 렌즈들을 위한 기초 영상을 이루는 점들의 좌표 값들 중 실상 InIm을 이루는 점들의 좌표 값은 수학식 6과 7로 정해지며 허상 InIm을 이루는 점들의 좌표 값은 수학식 9와 10으로 각각 정해진다.
또한, 위와 같은 경우 각 표시 소자와 렌즈 어레이(200)간의 거리 a1,a2, a3,...,an 에 따라 N번의 계산을 하여 N개의 기초 영상을 생성한다. 다만 각 여유 깊이가 겹쳐질 수 있도록 각 표시 소자들 간의 거리가 결정된다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 입체 영상시스템은, 다층 표시 소자를 이용하여 기존의 중심깊이 평면이 하나로 제한되는 것을 극복하고, 중심깊이 평면의 위치를 전기적으로 변화함으로서 잔상효과에 의해 표현 가능한 입체 영상의 깊이를 향상하였다. 이로서 부피감과 깊이감이 큰 물체도 영상의 왜곡 없이 표현하는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 프로젝터를 이용하여 기초 영상을 투사하기 때문에 대화면 입체 영상시스템에도 적용 가능하며, 전체적인 시스템의 구성이 간단할 뿐 아니라 기계적인 움직임도 필요 없다.

Claims (12)

  1. 인가되는 기초 영상을 투사하는 제1 표시부와 상기 제1 표시부에서 투사되는 기초 영상을 표시하는 제2 표시부--여기서 제2 표시부는 다수의 표시 소자로 이루어짐--를 포함하는 다층 영상 표시부;
    상기 다수의 표시 소자에 대응되는 각각의 기초 영상을 생성하여 상기 제1 표시부로 제공하는 영상 처리부;
    상기 다수의 표시 소자를 전기적으로 제어하며, 상기 제1 표시부로 제공된 기초 영상에 대응하는 하나의 표시 소자를 나머지 표시 소자와 다른 상태로 동작시키는 전압 제어부; 및
    다수의 기초 렌즈로 구성되며 상기 표시 소자들에서 표시되는 기초 영상을 서로 다른 중심깊이 평면에 결상시켜, 입체영상을 표시하는 렌즈 어레이
    를 포함하는 입체 영상시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 표시부는,
    상기 영상 처리부로부터 상기 기초 영상을 제공 받아 상기 제2 표시부로 투사하는 하나 이상의 프로젝터를 포함하는 입체 영상 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 표시부의 다수의 표시 소자는 동일한 중심축 상에 순차적으로 배열되어 있으며, 인가되는 기초 영상을 각각 다른 중심깊이 평면--여기서 중심깊이 평면은 해당 표시 소자에 의하여 표시되는 영상의 초점이 맺히는 위치를 기준으로 설정거리 내에 포함되는 영역을 나타냄--에 표시하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 표시 소자는 구동 전압이 인가되면 빛을 투과시키고, 구동 전압이 인가되지 않으면 빛을 산란시키는 것을 특징으로 하는 입체 영상 시스템.
  5. 제 3 항 또는 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시 소자는 복수의 고분자 분산형 액정인 것을 특징으로 하는 입체 영상 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 표시 소자의 수만큼의 기초 영상들을 생성하여 상기 제1 표시부로 각각 제공하는 것을 특징으로 하는 입체 영상시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는 제2 표시부의 표시 소자 중 하나의 표시 소자를 선택하고, 선택한 표시 소자에 대응하는 기초 영상을 상기 제1 표시부로 제공하는 것을 특징으로 하는 입체 영상시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 제어부는,
    상기 제1 표시부로 제공된 기초 영상에 대응하는 하나의 표시 소자에는 구동 전압을 인가하지 않고, 나머지 표시 소자들에는 구동 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 영상 처리부와 동기 되어 설정되는 시간에 따라 상기 제2 표시부의 표시 소자에 대한 구동 전압을 변경하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 어레이로부터 an(an > f)만큼 떨어진 상기 표시 소자에 의해 입체 영상을 이루는 한 점 P에 대한 기초 영상(Elemental_image_x[i][j], Elemental_image_y[i][j])의 실상 InIm(Integral Imaging) 좌표값은 다음의 관계식
    Elemental_image_x[i][j] = lens_x[i][j] + (an-f/an) * (lens_x[i][j] - x)
    Elemental_image_y[i][j] = lens_y[i][j] + (an-f/an) * (lens_y[i][j] - y)
    x, y : 3차원 영상 정보의 물체 포인트(object point)인 점 P의 좌표
    an 또는 an' : 상기 렌즈 어레이의 기초 렌즈로부터 상기 점 P의 상이 맺히는 곳까지의 거리
    lens_x[i][j] 및 lens_y[i][j] : 렌즈 어레이의 기초 렌즈 중 왼쪽으로부터 i 번째 및 위로부터 j 번째에 위치되는 기초 렌즈의 중심 좌표
    f : 기초 렌즈의 초점 거리
    을 만족하고,
    상기 렌즈 어레이로부터 an'(an' < f)만큼 떨어진 상기 표시 소자에 의해 입체 영상을 이루는 한 점 P에 대한 기초 영상(Elemental_image_x[i][j], Elemental_image_y[i][j])의 허상 InIm(Integral Imaging) 좌표값은 다음의 관계식
    Elemental_image_x[i][j] = lens_x[i][j] - (an'-f/an') * (lens_x[i][j]- x)
    Elemental_image_y[i][j] = lens_y[i][j] - (an'-f/an') * (lens_y[i][j]- y)
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 입체 영상시스템.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 거리 an(an > f)만큼 떨어진 표시 소자에 의하여 표시되는 기초 영상들이 렌즈 어레이를 통해 결상되는 중심깊이 평면과 상기 렌즈 어레이 사이의 거 리(Central_Depth_Plane_an)는 다음의 수학식
    Central_Depth_Plane_an = anf/(an-f)
    을 만족하며,
    상기 거리 an'(an' < f)만큼 떨어진 표시 소자에 의하여 표시되는 기초 영상들이 렌즈 어레이를 통해 결상되는 중심깊이 평면과 상기 렌즈 어레이 사이의 거리(Central_Depth_Plane_an')는 다음의 수학식
    Central_Depth_Plane_an' = an'f/(an'-f)
    을 만족하는 것을 특징으로 하는 입체 영상시스템.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 영상 처리부는,
    상기 다수의 표시 소자 중에서 적어도 하나의 표시 소자로 실상에 해당하는 기초 영상을 제공하고, 다른 적어도 하나의 표시 소자로 허상에 해당하는 기초 영상을 제공하는 입체 영상시스템.
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