KR20080032915A - 영상 왜곡 보정 방법 및 그 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상 처리 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 영상 왜곡 제거를 위한 영상 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 회절형 광 변조기를 이용한 디스플레이 장치가 영상의 왜곡을 보정하는 방법에 있어서, (a) 원본 영상 좌표값에 축소 팩터를 곱하여 축소 영상 좌표값을 산출하는 단계; (b) 상기 산출된 축소 영상 좌표값을 변환 영상 좌표값과 비교하는 단계; (c) 상기 변환 영상 좌표값에 대응되는 상기 축소 영상 좌표값을 추출하는 단계; (d) 상기 축소 영상 좌표값의 계조값으로부터 상기 변환 영상 좌표값의 계조값을 산출하는 단계; 및 (e) 상기 산출된 변환 영상 좌표값의 계조값에 상응하여 상기 회절형 광 변조기를 동작시키는 단계를 포함하는 영상 왜곡 보정 방법을 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 영상 왜곡 제거 방법 및 그 장치는 영상의 왜곡을 보정하여 스크린과 디스플레이 장치간 거리에 관계없이 왜곡되지 않은 영상을 투사할 수 있는 효과가 있다.
영상, 왜곡, 보정, 광변조기.

Description

영상 왜곡 보정 방법 및 그 장치{Method for correcting image distortion and Apparatus thereof}
도 1a 내지 도1d는 종래 기술에 따른 디스플레이 장치의 구성도.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 일 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도.
도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 다른 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도.
도 2c는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이의 평면도.
도 2d는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 왜곡 제거를 위한 영상 처리 순서도.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 왜곡된 영상을 보정하기 위한 픽셀의 매칭도.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 왜곡된 영상을 보정하기 위한 순서도.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 왜곡된 영상을 보정하기 위한 데이터 처리도.
본 발명은 영상 처리 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 영상 왜곡 제거를 위한 영상 처리 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술이 발달함에 따라 대형화상의 구현에 대한 요구가 날로 증가하고 있다. 현재 대부분의 대형화상 표시장치(주로 프로젝터)는 액정을 광스위치로 사용하고 있다. 과거의 CRT 프로젝터에 비해서는 소형이고 가격도 저렴하며 광학계도 간단하여 많이 사용되고 있다. 그러나, 광원으로부터의 빛이 액정판을 투과하여 스크린에 비춰지므로 광손실이 많다는 것이 단점으로 지적된다. 따라서, 반사를 이용하는 광변조기 소자 등의 마이크로머신을 활용하여 광손실을 줄여서 더 밝은 화상을 얻을 수 있다.
마이크로머신(Micromachine)은 육안으로 식별이 어려운 극히 소형의 기계를 의미한다. 멤스(MEMS : Micro Electro Mechanical System)라고도 하며, 초소형 전기 기계 시스템 또는 소자라고 부를 수 있다. 주로 반도체 제조기술을 응용하여 만 든다. 미소광학 및 극한소자를 이용하여 자기(磁氣) 및 광 헤드와 같은 각종 정보기기 부품에 응용하며, 여러 종류의 마이크로 유체제어기술을 이용하여 생명의학 분야와 반도체 제조공정 등에도 응용한다. 마이크로머신은 그 역할에 따라서 감지 소자의 기능을 하는 마이크로 센서, 구동장치인 마이크로 액추에이터 및 기타 에너지의 전달 역할을 하는 미니어처 기계 등으로 나눌 수 있다.
멤스(MEMS)는 다양한 응용 분야의 하나로서 광학 분야에 응용되고 있다. 멤스(MEMS) 기술을 이용하면 1mm보다 작은 광학부품을 제작할 수 있으며, 이들로서 초소형 광시스템을 구현할 수 있다.
초소형 광시스템에 해당하는 광변조기 소자, 마이크로 렌즈 등의 마이크로 광학 부품은 빠른 응답속도와 작은 손실, 집적화 및 디지털화의 용이성 등의 장점으로 인하여 통신장치, 디스플레이 및 기록장치에 채택되어 응용되고 있다.
디스플레이의 일종인 스캐닝 디스플레이 장치에 사용되는 광변조기(SOM; Spatial Optical Modulator)는 구동 집적회로와 복수개의 마이크로 미러로 구성된다. 하나 이상의 마이크로 미러가 모여 투사 영상의 한 픽셀을 표현하게 된다.
이때 한 픽셀의 광강도를 표현하기 위해서 마이크로 미러는 드라이버 IC로부터 인가되는 구동 전압에 상응하여 그 변위가 바뀜으로써 변조광의 광량을 변화시킨다. 여기서, 드라이버 IC는 입력신호에 대하여 특정의 관계를 가지는 구동 전압을 생성한다.
도 1a 내지 도1d는 종래 기술에 따른 디스플레이 장치의 구성도 및 스크린에 투영된 왜곡된 영상을 도시한다. 도 1a를 참조하면, 종래 기술에 따른 디스플레이 장치는 광원(110), 조명 광학계(120), 광변조기(120), 드라이버 IC(140), 릴레이 광학계(150), 스캐너(160), 투사 광학계(170) 및 영상 제어 회로(180)을 포함할 수 있다.
광원(110)은 스크린(190)에 영상이 투사될 수 있도록 광을 조사한다. 광원(110)과 광변조기(130) 사이에 조명 광학계(120)가 있어 광원(110)에서 투사되는 광의 방향을 소정의 각도로 반사시켜 광변조기(330)에 광이 집중되도록 할 수 있다.
광변조기(130)는 드라이버 IC(140)에서 제공하는 구동 전압에 따라 광원(110)으로부터 조사된 광을 변조한 변조광을 출력한다. 광변조기(220)에 구비된 복수의 마이크로 미러는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 픽셀의 수와 동일한 것이 바람직하다.
드라이버 IC(140)는 영상 제어 회로(180)로부터의 영상 제어 신호에 따라 출력되는 변조광의 밝기를 변화시키는 구동 전압을 광변조기(130)에 제공한다.
릴레이 광학계(150)는 광변조기(130)에서 출력되는 변조광이 스캐너(160)에 전달되도록 해준다. 스캐너(scanner)(160)는 광변조기(130)로부터 입사되는 변조광을 소정 각도로 반사시켜 스크린(190)에 투사한다.
투사 광학계(170)는 스캐너(160)에 의해 반사된 변조광이 스크린(190) 상에 투사되도록 투사 렌즈(projection lens)를 포함한다.
영상 제어 회로(180)는 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호를 각각 드라이버 IC(140), 스캐너(160), 광원(110)에 제공한다. 서로 연동되는 영 상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호에 의해 한 프레임 영상이 스크린(190) 상에 디스플레이되도록 한다.
도 1b를 참조하면, 스캐너(160)에서 반사된 변조광이 스크린(190)에 투사되는 경우 스캐너(160)와 스크린(190) 간에 스크린(190)의 중심과 양측의 경로 차가 발생하므로, 영상이 왜곡되게 된다. 즉, 도 1c를 참조하면, 측면에서 바라보는 경우 스캐너(160)에서 반사된 변조광은 스크린(190)에 일정하게 투사되지만, 도 1d를 참조하면, 스크린(190) 전체 화면은 양측에서 변조광이 더 길게 투사됨으로써, 전체적으로 영상의 왜곡이 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 영상의 왜곡을 보정하여 스크린과 디스플레이 장치간 거리에 관계없이 왜곡되지 않은 영상을 투사할 수 있는 영상 왜곡 제거 방법 및 그 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 메모리의 자원을 최소로 이용하면서 영상 왜곡을 최소화할 수 있는 영상 왜곡 제거 방법 및 그 장치를 제공한다.
본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 회절형 광 변조기를 이용한 디스플레이 장치가 영상의 왜곡을 보정하는 방법에 있어서, (a) 원본 영상 좌표값에 축소 팩터를 곱하여 축소 영상 좌표값을 산출하는 단계; (b) 상기 산출된 축소 영상 좌표값을 변환 영상 좌표값과 비교하는 단계; (c) 상기 변환 영상 좌표값에 대응되는 상기 축소 영상 좌표값을 추출하는 단계; (d) 상기 축소 영상 좌표값의 계조값으로부터 상기 변환 영상 좌표값의 계조값을 산출하는 단계; 및 (e) 상기 산출된 변환 영상 좌표값의 계조값에 상응하여 상기 회절형 광 변조기를 동작시키는 단계를 포함하는 영상 왜곡 보정 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 원본 영상 좌표값에 축소 팩터를 곱하여 축소 영상 좌표값을 산출하고, 상기 산출된 축소 영상 좌표값을 변환 영상 좌표값과 비교하여, 상기 변환 영상 좌표값에 대응되는 상기 축소 영상 좌표값을 추출하고, 상기 축소 영상 좌표값의 계조값으로부터 상기 변환 영상 좌표값의 계조값을 산출하는 영상 왜곡 제거부; 상기 영상 왜곡 제거부에서 산출된 상기 변환 영상 좌표값의 계조값에 상응하는 영상 제어 신호를 생성하는 영상 처리부; 상기 영상 처리부로부터 상기 영상 제어 신호를 수신하여 회절형 광 변조기를 구동하는 구동 전압를 생성하는 드라이버 IC; 상기 드라이버 IC로부터 상기 구동 전압을 수신하여 광원으로부터 입사된 입사광을 반사 및 회절하는 회절형 광 변조기를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 단계 (d)에서, 상기 변환 영상 좌표값이 3개의 상기 축소 영상 좌표값과 매칭되는 경우 상기 변환 영상 좌표값의 계조값은 다음 식에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112006073520984-PAT00001
여기서, L(Y)는 변환 영상의 Y번째 좌표값의 계조도, l(Y)는 축소 영상의 Y번째 좌표값의 계조도, Rpre은 상기 변환 영상의 Y번째 좌표값과 매핑되는 상기 축소 영상의 Y-1번째 좌표값의 비율, Rbody은 상기 변환 영상의 Y번째 좌표값과 매핑되는 상기 축소 영상의 Y번째 좌표값의 비율, Rpost은 상기 변환 영상의 Y번째 좌표값과 매핑되는 상기 축소 영상의 Y+1번째 좌표값의 비율임.
여기서, Rpre + Rbody + Rpost =1 일 수 있다.
여기서, 상기 회절형 광 변조기는 소정의 구조물층의 중앙 부분 상에 위치하고, 상기 입사광을 반사 또는 회절시키는 상부 광반사층; 상기 구조물층 상에 위치하고, 수축 또는 팽장에 의해서 상기 구조물층의 중앙 부분을 상하로 움직이게 하는 압전 구동체; 및 상기 상부 광반사층과 이격되어 위치하며 상기 입사광을 반사 또는 회절시키는 하부 광반사층을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 영상 왜곡 제거 방법 및 그 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 본 발명에 적용되는 멤스 패키지 중 광 변조기에 대해서 먼저 설명하기로 한다.
광 변조기는 크게 직접 광의 온/오프를 제어하는 직접 방식과 반사 및 회절을 이용하는 간접 방식으로 나뉘며, 또한 간접 방식은 정전기 방식과 압전 방식으로 나뉠 수 있다. 여기서, 광 변조기는 구동되는 방식에 상관없이 본 발명에 적용이 가능하다.
정전 구동 방식 격자 광 변조기는 반사 표면부를 가지며 기판 상부에 부유(suspended)하는 다수의 일정하게 이격하는 변형 가능 반사형 리본을 포함한다.
먼저, 절연층이 실리콘 기판상에 증착되고, 이후, 희생 이산화실리콘 막 및 질화실리콘 막의 증착 공정이 후속한다. 질화실리콘 막은 리본으로 패터닝되고 이산화실리콘층의 일부가 에칭되어 리본이 질화물 프레임에 의해 산화물 스페이서층상에 유지되도록 한다. 단일 파장 λ0를 가진 광을 변조시키기 위해, 변조기는 리본의 두께와 산화물 스페이서의 두께가 λ0/4가 되도록 설계된다.
리본상의 반사 표면과 기판의 반사 표면 사이의 수직 거리 d로 한정된 이러한 변조기의 격자 진폭은 리본 (제 1 전극으로서의 역할을 하는 리본의 반사 표면)과 기판(제 2 전극으로서의 역할을 하는 기판 하부의 전도막) 사이에 전압을 인가함으로써 제어된다.
도 2a는 본 발명에 적용 가능한 간접 광 변조기 중 압전체를 이용한 일 형태 의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도이며, 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 압전체를 이용한 다른 형태의 회절형 광 변조기 모듈의 사시도이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 기판(215), 절연층(225), 희생층(235), 리본 구조물(245) 및 압전체(255)를 포함하는 광 변조기가 도시되어 있다.
기판(215)은 일반적으로 사용되는 반도체 기판이며, 절연층(225)은 식각 정지층(etch stop layer)으로서 증착되며, 희생층으로 사용되는 물질을 식각하는 에천트(여기서 에천트는 식각 가스 또는 식각 용액임)에 대해서 선택비가 높은 물질로 형성된다. 여기서 절연층(225) 상에는 입사광을 반사하기 위해 반사층(225(a), 225(b))이 형성될 수 있다.
희생층(235)은 리본 구조물이 절연층(225)과 일정한 간격으로 이격될 수 있도록 양 사이드에서 리본 구조물(245)을 지지하고, 중심부에서 공간을 형성하는 역할을 한다.
리본 구조물(245)은 상술한 바와 같이 입사광의 회절 및 간섭을 일으켜서 신호를 광변조하는 역할을 한다. 리본 구조물(245)의 형태는 상술한 바와 같이 정전기 방식에 따라 복수의 리본 형상으로 구성될 수도 있고, 압전 방식에 따라 리본의 중심부에 복수의 오픈홀을 구비할 수도 있다. 또한, 압전체(255)는 상부 및 하부 전극간의 전압차에 의해 발생하는 상하 또는 좌우의 수축 또는 팽창 정도에 따라 리본 구조물(245)을 상하로 움직이도록 제어한다. 여기서, 반사층(225(a), 225(b))은 리본 구조물(245)에 형성된 홀(245(b), 245(d))에 대응하여 형성된다.
예를 들면, 빛의 파장이 λ인 경우 어떠한 전압도 인가되지 않거나 또는 소 정의 전압이 인가된 상태에서 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(245(a), 245(c))과 하부 반사층(225(a), 225(b))이 형성된 절연층(225) 간의 간격은 nλ/2(n은 자연수)와 같다. 즉, 하부 반사층(225(a), 225(b))은 상부 반사층(245(a), 245(c))와 소정 간격 이격되어 위치한다. 따라서 0차 회절광(반사광)의 경우 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(245(a), 245(c))에서 반사된 광과 절연층(225)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 nλ와 같아서 보강 간섭을 하여 회절광은 최대 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 광의 휘도는 상쇄 간섭에 의해 최소값을 가진다.
또한, 상기 인가된 전압과 다른 적정 전압이 압전체(255)에 인가될 때, 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(245(a), 245(c))과 하부 반사층(225(a), 225(b))이 형성된 절연층(225) 간의 간격은 (2n+1)λ/4(n은 자연수)와 같게 된다. 따라서 0차 회절광(반사광)의 경우 리본 구조물에 형성된 상부 반사층(245(a), 245(c))과 절연층(225)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 (2n+1)λ/2 와 같아서 상쇄 간섭을 하여 회절광은 최소 휘도를 가진다. 여기서, +1차 및 -1차 회절광의 경우 보강 간섭에 의해 광의 휘도는 최대값을 가진다. 이러한 간섭의 결과, 광 변조기는 반사 또는 회절광의 광량을 조절하여 신호를 빛에 실을 수 있다.
이상에서는, 리본 구조물(245)과 하부 반사층(225(a), 225(b))이 형성된 절연층(225) 간의 간격이 nλ/2 또는 (2n+1)λ/4인 경우를 설명하였으나, 입사광의 회절, 반사에 의해 간섭되는 세기를 조절할 수 있는 간격을 가지고 구동할 수 있는 다양한 실시예가 본 발명에 적용될 수 있음은 당연하다.
이하에서는, 상술한 도 2a에 도시된 형태의 광 변조기를 중심으로 설명한다.
도 2c를 참조하면, 광 변조기는 각각 제1 픽셀(pixel #1), 제2 픽셀(pixel #2), …, 제m 픽셀(pixel #m)을 담당하는 m개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)로 구성된다. 광 변조기는 수직 주사선 또는 수평 주사선(여기서, 수직 주사선 또는 수평 주사선은 m개의 픽셀로 구성되는 것으로 가정함)의 1차원 영상에 대한 영상 정보를 담당하며, 각 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 m개의 픽셀 중 어느 하나의 픽셀들을 담당한다. 따라서, 각각의 마이크로 미러에서 반사 및 회절된 광은 이후 광 스캔 장치에 의해 스크린에 2차원 영상으로 투사된다. 예를 들면, VGA 640*480 해상도의 경우 480개의 수직 픽셀에 대해 광 스캔 장치(미도시)의 한 면에서 640번 모듈레이션을 하여 광 스캔 장치의 한 면당 화면 1 프레임이 생성된다. 여기서, 광 스캔 장치는 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 회전바(Rotating bar) 또는 갈바노 미러(Galvano Mirror) 등이 될 수 있다.
이하 제1 픽셀(pixel #1)을 중심으로 광변조의 원리에 대하여 설명하지만, 다른 픽셀들에 대해서도 동일한 내용이 적용가능함은 물론이다.
본 실시예에서 리본 구조물(245)에 형성된 홀(245(b)-1)은 2개인 것으로 가정한다. 2개의 홀(245(b)-1)로 인하여 리본 구조물(245) 상부에는 3개의 상부 반사층(245(a)-1)이 형성된다. 절연층(225)에는 2개의 홀(245(b)-1)에 상응하여 2개의 하부 반사층이 형성된다. 그리고 제1 픽셀(pixel #1)과 제2 픽셀(pixel #2) 사이의 간격에 의한 부분에 상응하여 절연층(225)에는 또 하나의 하부 반사층이 형성된다. 따라서, 각 픽셀당 상부 반사층(245(a)-1)과 하부 반사층의 개수는 동일하게 되며, 도 2a를 참조하여 전술한 바와 같이 0차 회절광 또는 ±1차 회절광을 이용하여 변조광의 휘도를 조절하는 것이 가능하다.
도 2d를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 적용 가능한 회절형 광 변조기 어레이에 의해 스크린에 이미지가 생성되는 모식도가 도시된다.
수직으로 배열된 m개의 마이크로 미러(100-1, 100-2, …, 100-m)에 의해 반사 및 회절된 광이 광 스캔 장치에서 반사되어 스크린(275)에 수평으로 스캔되어 생성된 화면(285-1, 285-2, 285-3, 285-4, …, 285-(k-3), 285-(k-2), 285-(k-1), 285-k)이 도시된다. 광 스캔 장치에서 한번 회전하는 경우 하나의 영상 프레임이 투사될 수 있다. 여기서, 스캔 방향은 왼쪽에서 오른쪽 방향(화살표 방향)으로 도시되어 있으나, 다른 방향(예를 들면, 그 역 방향)으로도 영상이 스캔될 수 있음은 자명하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구성도이다. 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이 장치는 광원(310), 조명 광학계(320), 광변조기(320), 드라이버 IC(340), 릴레이 광학계(350), 스캐너(360), 투사 광학계(370) 및 영상 제어 회로(380)을 포함할 수 있다.
광원(310)은 스크린(390)에 영상이 투사될 수 있도록 광을 조사한다. 광 원(310)은 백색광을 조사할 수도 있고, 빛의 삼원색인 적색광, 녹색광 또는 청색광 중의 어느 하나를 조사할 수도 있다. 바람직하게는 광원(310)은 레이저, LED 또는 레이저 다이오드일 수 있다. 백색광을 조사하는 경우에는 색분리부(미도시)를 두어 백색광을 소정 조건에 따라 적색광, 녹색광 및 청색광으로 분리할 수 있다.
광원(310)과 광변조기(330) 사이에 조명 광학계(320)가 있어 광원(310)에서 투사되는 광의 방향을 소정의 각도로 반사시켜 광변조기(330)에 광이 집중되도록 할 수 있다. 색분리부(미도시)에 의해 색분리가 이루어진 경우에는 상기 광이 집중되도록 하는 기능이 추가될 수 있다.
광변조기(330)는 드라이버 IC(340)에서 제공하는 구동 전압에 따라 광원(310)으로부터 조사된 광을 변조한 변조광을 출력한다. 광변조기(220)에 대해서는 앞서 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 상세히 설명하였는 바, 자세한 설명은 생략한다. 광변조기(330)는 일렬로 배치된 복수의 마이크로 미러로 구성되며, 광변조기(330)는 하나의 프레임 영상에서 수직 주사선 또는 수평 주사선에 해당하는 1차원 직선 영상을 담당한다. 즉, 1차원 직선 영상에 대하여 광변조기(330)는 인가되는 구동 전압에 따라 1차원 직선 영상의 각 픽셀에 해당하는 각 마이크로 미러의 변위를 변화시킴으로써 밝기를 변화시킨 변조광을 출력한다.
복수의 마이크로 미러는 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 픽셀의 수와 동일한 것이 바람직하다. 변조광은 추후 스크린(390)에 투사될 수직 주사선 또는 수평 주사선의 영상 정보(즉, 수직 주사선 또는 수평 주사선을 구성하는 각 픽셀의 밝기값)가 반영된 빛이며, 0차 회절광(반사광) 또는 +n차 회절광, -n차 회 절광(n은 자연수)일 수 있다.
드라이버 IC(340)는 영상 제어 회로(380)로부터의 영상 제어 신호에 따라 출력되는 변조광의 밝기를 변화시키는 구동 전압을 광변조기(330)에 제공한다.
릴레이 광학계(350)는 광변조기(330)에서 출력되는 변조광이 스캐너(360)에 전달되도록 해준다. 하나 이상의 렌즈가 포함될 수 있으며, 필요에 따라 배율을 조절하여 광변조기(330)의 크기와 스캐너(360)의 크기에 맞도록 하여 변조광을 전달한다.
스캐너(scanner)(360)는 광변조기(330)로부터 입사되는 변조광을 소정 각도로 반사시켜 스크린(390)에 투사한다. 이때 소정 각도는 영상 제어 회로(380)로부터 입력되는 스캐너 제어 신호에 의해 정해진다. 스캐너 제어 신호는 영상 제어 신호와 동기되어 영상 제어 신호에 상응하는 스크린(390) 상의 수직 주사선(또는 수평 주사선) 위치에 변조광이 투사될 수 있는 각도로 스캐너(360)를 회전시킨다. 스캐너(360)는 폴리곤 미러(Polygon Mirror), 회전바(Rotating bar) 또는 갈바노 미터(Galvano Meter) 등이 될 수 있다.
투사 광학계(370)는 스캐너(360)에 의해 반사된 변조광이 스크린(390) 상에 투사되도록 투사 렌즈(projection lens)를 포함한다.
영상 제어 회로(380)에 포함된 영상 처리부(383)는 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호를 각각 드라이버 IC(340), 스캐너(360), 광원(310)에 제공한다. 서로 연동되는 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호에 의해 한 프레임 영상이 스크린(390) 상에 디스플레이되도록 한다. 영상 처리부(383) 는 하나의 프레임에 해당하는 영상 신호를 입력받고, 영상 신호에 따라 광원(310), 광변조기(330) 및 스캐너(360)를 제어한다. 영상 제어 회로(380)는 프레임을 구성하는 각 픽셀에 대하여 표시하고자 하는 밝기 정보에 상응하는 영상 제어 신호를 드라이버 IC(340)에 제공하고, 영상 제어 신호에 상응하여 수직 주사선(또는 수평 주사선)이 스크린(390) 상의 소정 위치에 투사되도록 스캐너(360)의 회전 각도 또는 회전 속도를 조절한다.
영상 제어 회로(380)에 포함된 영상 왜곡 제거부(385)는 원본 영상 좌표값에 축소 팩터를 곱하여 축소 영상 좌표값을 산출하고, 산출된 축소 영상 좌표값을 변환 영상 좌표값과 비교하여, 변환 영상 좌표값에 대응되는 상기 축소 영상 좌표값을 추출하고, 축소 영상 좌표값의 계조값으로부터 변환 영상 좌표값의 계조값을 산출한다. 여기서, 왜곡 영상은 스크린(390)과 스캐너(360)의 간격에 따라 달라지므로, 축소 팩터는 스크린(390)의 좌우 거리에 따라 달라진다. 이러한 영상 왜곡 제거부에 대해서는 이하에서 자세히 설명한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 영상 왜곡 제거를 위한 영상 처리 순서도이다.
도 4를 참조하면, 종래 기술(a)에 따른 영상 처리부(410)는 영상 데이터가 입력되는 경우 영상 제어 신호, 스캐너 제어 신호, 광원 제어 신호를 각각 드라이버 IC(340), 스캐너(360), 광원(310)에 제공한다. 여기서, 영상 제어 신호는 영상 왜곡을 보정하기 위한 별도의 절차 없이 생성된 신호로서 영상 처리부(410)에 입력 되고, 이후 광변조기를 구동하기 위한 영상 제어 신호가 드라이버 IC(340)에 전송한다.
그러나, 본 발명의 일실시예(b)에 따른 영상 데이터는 영상 왜곡 제거부(420)를 거쳐서 스크린(390) 상에 왜곡되지 않은 영상이 투사될 수 있도록 보정된 후 영상 처리부(430)에 전송된다.
도 5에서, 왜곡 좌표 룩업 테이블(530)을 참조하고, 원본 영상 데이터(X, Y)의 수평 해상도에 상응하는 4 라인을 버퍼링(510)하여, 왜곡 좌표 룩업 테이블(530)에 저장된 X축에 상응하는 축소 팩터를 원본 영상 데이터에 곱하여 축소 영상 좌표값(X, Y')을 산출한다(520). X는 수평 좌표, Y는 수직 좌표를 의미하며, 수직으로 480개의 픽셀이 있는 경우를 가정하며, 이하 동일하다. 여기서, 3라인은 해당 영상 데이터를 읽는 라인이며, 나머지 1라인은 축소 영상 좌표값(X, Y')을 산출하기 위해 데이터를 추출하는 라인으로 사용될 수 있다.
여기서, 상술한 바와 같이 변조광이 스크린에 투사되는 경우 왜곡되는 영상의 좌표는 수직 방향(Y)이므로, Y값에 대한 보정이 수행된다. 이러한 보정 작업은 투사되는 영상이 컬러인 경우 R, G, B 각각에 대해서 수행될 수 있다. 이후, 축소 영상 좌표값(X, Y')은 변환 영상 좌표값(X, Y")과 비교 및 매칭되어 변환 영상 좌표값(X, Y")에 대응되는 축소 영상 좌표값(X, Y')을 추출한다. 여기서, 축소 영상 좌표값(X, Y')의 계조값으로부터 변환 영상 좌표값(X, Y")의 계조값을 산출한다.
이후 수평 방향으로 12(또는 16) 라인에 대해서 버퍼링(550)한 후 바로 앞단계의 버퍼에 대하여 현재 저장하고 있는 라인들의 12(또는 16)라인의 이전 라인에 서 1픽셀 데이터(X, Y"')씩 추출한다. 여기서, 버퍼링되는 라인 수는 12(또는 16)에 한정되지 않고, 보정해야 하는 왜곡(distortion) 양에 따라 달라질 수 있으며, 그 라인 수는 보정에 필요한 라인 수에 한 라인(동작을 위해 데이터를 추출하기 위한 라인) 이상이 마련된다.
이후 최종적으로 추출된 변환 영상 좌표값(X, Y"")에 대응하는 광변조기를 구동하기 위한 영상 제어 신호가 드라이버 IC(340)에 전송된다. 여기서, 최초 입력 영상은 수평 주사선에 의해 생성되며, 광변조기로부터 투사되는 변조광은 수직 주사선에 대응되는 경우 본 발명의 일실시예에 의하면 수평 방향으로 최소 12라인이 버퍼링(550)될 수 있다.
따라서, 버퍼링되는 최소한의 자원은 수평해상도 x 20 x 3 byte가 될 수 있다. 여기서, 20 byte는 16라인이 버퍼링(550)되는 경우 최초 4 라인을 버퍼링(510)하기 위한 자원이며, 3 byte는 R, G, B에 대한 자원이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 왜곡된 영상을 보정하기 위한 픽셀의 매칭도이다. 도 6을 참조하면, 왜곡 없는 영상 좌표값(610), 축소 영상 좌표값과 변환 영상 좌표값과의 매칭 관계(620)가 도시된다.
축소 영상 좌표값과 변환 영상 좌표값과의 매칭 관계(620)에서 점선으로 표시된 부분을 확대하면, 원본 영상 좌표값(630), 축소 영상 좌표값(640), 변환 영상 좌표값(650) 간의 상관 관계가 도시된다. 보정전인 원본 영상 좌표값(630)은 전체 길이가 B이며, 축소 팩터가 적용된 축소 영상 좌표값(640)은 전체 길이가 A이다. 여기서 축소 팩터는 A/B로 표시될 수 있다.
여기서, 축소 영상 좌표값(640)은 원본 영상 좌표값(630)의 계조값을 동일하게 가지며, 단지, 그 크기만이 축소된다. 따라서, 축소 영상 좌표값(640)의 세개의 픽셀이 변환 영상 좌표값(650) 중 하나의 픽셀에 매핑되는 경우 그 겹치는 비율에 상응하여 변환 영상 좌표값(650)의 계조도를 산출할 수 있다. 즉, 변환 영상의 Y번째 좌표값의 계조도는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112006073520984-PAT00002
(1)
여기서, L(Y)는 변환 영상의 Y번째 좌표값의 계조도, l(Y)는 축소 영상의 Y번째 좌표값의 계조도, Rpre은 상기 변환 영상의 Y번째 좌표값과 매핑되는 상기 축소 영상의 Y-1번째 좌표값의 비율, Rbody은 상기 변환 영상의 Y번째 좌표값과 매핑되는 상기 축소 영상의 Y번째 좌표값의 비율, Rpost은 상기 변환 영상의 Y번째 좌표값과 매핑되는 상기 축소 영상의 Y+1번째 좌표값의 비율이다. 여기서, 변환 영상의 Y번째 좌표값에 축소 영상의 Y-1, Y, Y+1번째 좌표값이 매핑된다고 가정하였으나, 그 문자, 순서 등에 구애받지 않고 서로 매칭될 수 있다. 즉, 변환 영상의 Y번째 좌표값에 축소 영상의 T-1, T, T+1번째 좌표값이 매핑된다고 표현할 수도 있다. 변환 영상의 Y번째 좌표값에 축소 영상의 Y-1, Y, Y+1번째 좌표값이 매핑되는 비율이 므로, 다음과 같은 식을 만족한다.
Rpre + Rbody + Rpost =1 (2)
또한, 이상에서는 축소 영상 좌표값(640)의 세개의 픽셀이 변환 영상 좌표값(650) 중 하나의 픽셀에 매핑되는 경우를 가정하였으나, 축소 영상 좌표값(640)의 두개의 픽셀이 변환 영상 좌표값(650) 중 하나의 픽셀에 매핑되는 경우도 있을 수 있으며, 이 경우 Rpre 또는 Rpost이 0이 될 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 왜곡된 영상을 보정하기 위한 순서도이다. 여기서, Yorg는 원본 영상 중 임의의 픽셀의 Y 좌표값, Ynew는 Yorg에 대한 왜곡 보정 변환 후의 변환 영상의 Y 좌표값, DistortLUT[X]는 Yorg의 X좌표에서의 축소 팩터, Rpre은 변환 후 영상의 X, Ynew 좌표를 가지는 픽셀로 부분적으로라도 매핑되는 원본 영상의 픽셀이 3개인 경우 Y좌표가 가장 앞선 픽셀이 변환 영상의 픽셀과 매핑되는 비율, Rbody은 변환 후 영상의 X, Ynew 좌표를 가지는 픽셀로 부분적으로라도 매핑되는 원본 영상의 픽셀이 3개인 경우 Y좌표가 두번째인 픽셀이 변환 영상의 픽셀과 매핑되는 비율, Rpost은 변환 후 영상의 X, Ynew 좌표를 가지는 픽셀로 부분적으로라도 매핑되는 원본 영상의 픽셀이 3개인 경우 Y좌표가 세번째인 픽셀이 변환 영상의 픽셀과 매핑되는 비율이며, R(G,B)[Ynew]는 변호나 영상의 좌표 (X, Ynew)픽셀의 R(G, B) 계조값이며, 이는 L(X, Ynew)로 표시될 수 있다.
단계 S710에서, Ynew는 다음과 같이 산출될 수 있다.
Ynew = Vhalf - ((Vhalf - Yorg ) * DistortLUT[X]) (3)
단계 S720에서, Rpre는 다음과 같이 산출될 수 있다.
Rpre = ( Vhalf - Yorg ) * DistortLUT[X] (4)
영상 좌표는 일반적으로 가장 상단이 0, 가장 하단이 479(640x480인 경우) 또는 767(1024x768인 경우) 등이 될 수 있다. 왜곡(distortion)은 영상의 중앙을 수직 방향의 원점으로 설정하여 계산해야 되므로 Yorg 는 통상의 영상좌표계이며, Vhalf 는 영상 수직해상도의 정확히 반이 된다. 따라서, 수직 해상도가 480인 경우 Vhalf는 240이 된다.
단계 S730에서, Rpre를 DistortLUT[X]과 비교하여 Rpre이 DistortLUT[X]보다 큰 경우 단계 S740에서 다음을 만족한다.
Rbody = Rpre, Rpost = 0 (5)
만약, Rpre이 DistortLUT[X]보다 작은 경우 단계 S750에서 다음을 만족한다.
Rbody = DistortLUT[X] (6)
Rpost = DistortLUT[X] - Rpre (7)
이후, 단계 S760에서, 수직 해상도가 480인 경우 Ynew와 479를 비교하여 Ynew가 479 이하이면 단계 S770에서 다음을 만족한다.
R(G,B)[Ynew] = (pix[Ynew-1] * Rpre + pix[Ynew] * Rbody + pix[Ynew+1] (8)
또한, Ynew와 479를 비교하여 Ynew가 480이면, 단계 S780에서 다음을 만족한다.
R(G,B)[Ynew] = (pix[Ynew -1] * Rpre + pix[Ynew] * Rbody) (9)
따라서, 상술한 바와 같이 변환 영상 좌표값에 대응되는 계조도가 축소 영상 좌표값으로부터 산출될 수 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 왜곡된 영상을 보정하기 위한 데이터 처리도이다.
왜곡을 보정한 수평 16줄 버퍼(810)로부터 메모리(예를 들면, SDR) 저장을 위한 수평 16줄 버퍼(820)로 이동을 시작하는 조건은 이동시킬 0번째 수평1줄 버퍼의 모든 픽셀에 대해 왜곡 보정에 의한 새로운 계조값의 갱신이 완료된 경우이다. 왜곡 보정 버퍼는 순환고리형 버퍼로써 어떤 수평 1줄 버퍼의 모든 픽셀이 갱신된 뒤 얼마지나지 않아 새로운 보정 데이터가 해당 1줄 버퍼의 중앙 또는 양끝단에서부터 다시 갱신되게 되며, 왜곡 보정 버퍼로부터 메모리 저장용 버퍼로의 이동은 매 수평1줄에 대하여 이러한 갱신완료로부터 시작되어 새로운 갱신의 시작 이전에 종료되어야 한다.
구체적으로는 입력된 줄 에서 3줄을 지연(delay) 시키고 그에 대해서 현재 입력되는 Y Number를 32로 나눈 값을 빼준 값이 0 보다 큰 경우 시작한다. 즉, 왜곡을 보정한 수평 16줄 버퍼에 수평 3줄이상 저장되었을 때 이동 작업이 시작되며, 마지막 줄의 전송이 끝났을 때 이동 작업은 아직 위 계산방식에 따른 몇 줄을 남겨놓고 있게 된다. 왜곡 보정 후의 변환 영상 좌표값을 기준으로 수평 N 번째 줄의 정보가 모두 쓰여진 뒤에 N 번째 줄의 정보가 다시 SDR 저장을 위한 수평 16줄 버퍼로 이동된다.
변환 영상의 아래 부분의 경우 왜곡으로 인해 입력정보 기준의 마지막 줄이 쓰여지고 있는 시점에도 왜곡 보정 후의 변환 영상 좌표값을 기준으로 아직 중간줄이 갱신되고 있게 되어 이에 대해 원본 영상 좌표값(입력 정보)과 변환 영상 좌표값(출력 정보)의 줄 번호의 차이를 조정해야 할 요구가 발생할 수도 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 영상 왜곡 보정 방법은 기록매체에 저장된 후 소정의 장치, 예를 들면, 영상 처리 장치와 결합하여 수행될 수 있다. 여기서, 기록매체는 하드 디스크, 비디오 테이프, CD, VCD, DVD와 같은 자기 또는 광 기록매체이거나 또는 오프라인 또는 온라인 상에 구축된 클라이언트 또는 서버 컴퓨터의 데이터베이스일 수도 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 영상 왜곡 제거 방법 및 그 장치는 영상의 왜곡을 보정하여 스크린과 디스플레이 장치간 거리에 관계없이 왜곡되지 않은 영상을 투사할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 영상 왜곡 제거 방법 및 그 장치는 메모리의 자원을 최소로 이용하면서 영상 왜곡을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명 및 그 균등물의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 회절형 광 변조기를 이용한 디스플레이 장치가 영상의 왜곡을 보정하는 방법에 있어서,
    (a) 원본 영상 좌표값에 축소 팩터를 곱하여 축소 영상 좌표값을 산출하는 단계;
    (b) 상기 산출된 축소 영상 좌표값을 변환 영상 좌표값과 비교하는 단계;
    (c) 상기 변환 영상 좌표값에 대응되는 상기 축소 영상 좌표값을 추출하는 단계;
    (d) 상기 축소 영상 좌표값의 계조값으로부터 상기 변환 영상 좌표값의 계조값을 산출하는 단계; 및
    (e) 상기 산출된 변환 영상 좌표값의 계조값에 상응하여 상기 회절형 광 변조기를 동작시키는 단계를 포함하는 영상 왜곡 보정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (d)에서,
    상기 변환 영상 좌표값이 3개의 상기 축소 영상 좌표값과 매칭되는 경우 상기 변환 영상 좌표값의 계조값은 다음 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 영상 왜곡 보정 방법.
    Figure 112006073520984-PAT00003
    여기서, L(Y)는 변환 영상의 Y번째 좌표값의 계조도, l(Y)는 축소 영상의 Y번째 좌표값의 계조도, Rpre은 상기 변환 영상의 Y번째 좌표값과 매핑되는 상기 축소 영상의 Y-1번째 좌표값의 비율, Rbody은 상기 변환 영상의 Y번째 좌표값과 매핑되는 상기 축소 영상의 Y번째 좌표값의 비율, Rpost은 상기 변환 영상의 Y번째 좌표값과 매핑되는 상기 축소 영상의 Y+1번째 좌표값의 비율임.
  3. 제2항에 있어서,
    Rpre + Rbody + Rpost =1 인 것을 특징으로 하는 영상 왜곡 보정 방법.
  4. 원본 영상 좌표값에 축소 팩터를 곱하여 축소 영상 좌표값을 산출하고, 상기 산출된 축소 영상 좌표값을 변환 영상 좌표값과 비교하여, 상기 변환 영상 좌표값에 대응되는 상기 축소 영상 좌표값을 추출하고, 상기 축소 영상 좌표값의 계조값으로부터 상기 변환 영상 좌표값의 계조값을 산출하는 영상 왜곡 제거부;
    상기 영상 왜곡 제거부에서 산출된 상기 변환 영상 좌표값의 계조값에 상응하는 영상 제어 신호를 생성하는 영상 처리부;
    상기 영상 처리부로부터 상기 영상 제어 신호를 수신하여 회절형 광 변조기를 구동하는 구동 전압를 생성하는 드라이버 IC; 및
    상기 드라이버 IC로부터 상기 구동 전압을 수신하여 광원으로부터 입사된 입사광을 반사 및 회절하는 회절형 광 변조기를 포함하는 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 변환 영상 좌표값이 3개의 상기 축소 영상 좌표값과 매칭되는 경우 상기 변환 영상 좌표값의 계조값은 다음 식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
    Figure 112006073520984-PAT00004
    여기서, L(Y)는 변환 영상의 Y번째 좌표값의 계조도, l(Y)는 축소 영상의 Y번째 좌표값의 계조도, Rpre은 상기 변환 영상의 Y번째 좌표값과 매핑되는 상기 축소 영상의 Y-1번째 좌표값의 비율, Rbody은 상기 변환 영상의 Y번째 좌표값과 매핑되는 상기 축소 영상의 Y번째 좌표값의 비율, Rpost은 상기 변환 영상의 Y번째 좌표값과 매핑되는 상기 축소 영상의 Y+1번째 좌표값의 비율임.
  6. 제5항에 있어서,
    Rpre + Rbody + Rpost =1 인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 회절형 광 변조기는
    소정의 구조물층의 중앙 부분 상에 위치하고, 상기 입사광을 반사 및 회절시키는 상부 반사층;
    상기 구조물층 상에 위치하고, 수축 또는 팽장에 의해서 상기 구조물층의 중앙 부분을 상하로 움직이게 하는 압전 구동체; 및
    상기 상부 반사층과 이격되어 위치하며 상기 입사광을 반사 및 회절시키는 하부 광반사층을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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