KR20090072731A

KR20090072731A - 입체영상디스플레이 시스템

Info

Publication number: KR20090072731A
Application number: KR1020070140929A
Authority: KR
Inventors: 홍형기
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-07-02

Abstract

본 발명은 IP(Integral photography) 원리를 이용한 입체영상표시장치에서 깊이 정보의 역전 없이 영상표시가 가능하도록 하려는 입체영상디스플레이 시스템에 관한 것으로서, 피사체를 결상하는 렌즈와, 상기 렌즈에 의하여 결상된 피사체의 영상에 대한 전기적인 신호를 출력하는 촬영소자, 및 상기 촬영소자에서 출력되는 전기적인 신호를 처리하여 기초 영상을 형성하는 신호 처리부를 포함하는 CCD 카메라로 구성되는 영상 제공부; 및 상기 영상 제공부로부터 제공된 기초 영상을 표시하는 디스플레이장치와, 상기 디스플레이장치의 전면(前面)에 구비되고 적어도 일면이 오목하게 형성된 렌즈부를 포함하는 영상표시부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

IP((Integral photography), 입체영상표시장치, 렌즈부

Description

입체영상디스플레이 시스템{THREE-DIMENSIONAL IMAGE DISPLAY SYSTEM}

본 발명은 입체영상디스플레이 시스템에 관한 것으로서, 더 자세하게는 IP(Integral photography) 원리를 이용한 입체영상표시장치에서 깊이 정보의 역전없이 영상표시가 가능하도록 하려는 입체영상디스플레이 시스템에 관련된다.

일반적으로, 3차원 화상을 구현하는 기술 중 렌즈 어레이를 사용하는 IP(Integral Photography) 방식은 1908년 리프만(Lippmann)에 의해 처음 제안된 후 점차 개선되었으나, 그동안 촬영 소자나 디스플레이 소자 기술의 한계로 인해 크게 주목을 받지 못했다. 그러나 최근 들어 고분해능 촬영 소자와 고해상도 디스플레이 소자의 개발과 함께 다시 주목받는 추세에 있다.

도 1은 일반적인 입체 디스플레이를 위한 IP의 기본 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, IP 방식은 전체 시스템이 크게 두 개의 기능부, 즉 촬영부 및 표시부로 구성된다.

촬영부는 제1렌즈 어레이(120)를 구성하는 기초 렌즈들에 의해 생성되는 3차원 물체(110)의 여러 방향에서의 기초 영상을 촬영소자(130)(혹은 촬상소자)에 저장한다.

표시부는 촬영부의 역 과정으로서, 상기 저장된 기초 영상들을 표시장치(140)에 의해 표시하고, 다시 이 기초 영상들이 제2렌즈어레이(150)를 통과하면서 합쳐져서 원래 3차원 물체가 있었던 위치에서 3차원 영상(160)으로 재생하게 된다.

도 2는 일반적인 IP의 재생 원리를 나타낸 도면으로서, IP 방식에서의 영상이 재생되는 원리가 보다 자세하게 도시되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 표시장치(240)에 기초 영상들이 표시되면, 그 기초 영상들은 각각의 기초 렌즈들(230)을 통해 집적 영상(220)으로 맺힘으로써, 관찰자(210)에 의해 관찰되게 된다.

그러므로 기초 영상들의 간격의 변화에 따라 표시되는 집적 영상(220)의 깊이감이 조절됨에 따라 3차원 입체영상을 만들 수 있게 되는 것이다.

그런데, 종래의 IP 시스템에서는 촬영장치와 표시장치로 사진필름이 이용되어 왔었기 때문에 동영상이 불가능했지만, 최근에는 전하결합소자(charge coupled device: CCD) 카메라 및 디스플레이장치를 이용하여 동영상도 입체적으로 표시할 수 있게 되었다.

한편, 도 3은 종래의 동영상을 입체적으로 디스플레이하는 IP 시스템의 구조를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 IP 시스템을 통해 나타나는 영상의 위치관계를 나타내는 도면이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 동영상을 입체적으로 디스플레이하는 IP 시스템의 구조가 도시되어 있으며, 촬영 장치로 CCD 카메라(340)를 사용하 고, 디스플레이장치로는 예컨대 LCD(liquid crystal device) 패널과 같은 영상표시장치(350) 등의 사용에 의해 3차원 동영상의 표시가 가능하도록 하였다. 여기서, CCD 카메라(340)는 볼록렌즈(330)를 포함하고 있다.

이러한 IP 방식을 이용한 입체디스플레이 시스템은 특별한 안경없이 3차원 영상(310)을 비교적 여러 시점에서 볼 수 있는 장점이 있는 반면에, 입체영상(370)이 잘 표시되는 영역이 제2렌즈 어레이(360)와 영상표시장치(350) 사이의 거리에 의해 결정되는 중심 영상 평면 앞뒤의 비교적 좁은 영역이기 때문에, 실질적으로 표시되는 입체영상의 깊이감이 제한될 수 있는 단점이 있다.

가령, 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이 서로 다른 깊이 정보를 갖는 물체 A, B에 대하여 영상 제공부의 CCD 카메라(340)를 통해 보내온 영상을 영상표시장치에 구현했을 때 최종적으로 시청자가 보게 되는 영상은 물체 A, B에 대하여 깊이 정보가 서로 뒤바뀐 영상(A”, B”)이 될 수 있는 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 영상표시부를 이루는 디스플레이부에 오목 렌즈부를 구성함으로써 영상의 별도 신호처리 없이 깊이 정보가 표현될 수 있는 입체영상표시장치가 적용된 입체디스플레이 시스템을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 입체 디스플레이 시스템은 피사체를 결상하는 렌즈와, 상기 렌즈에 의하여 결상된 피사체의 영상에 대한 전기적인 신호를 출력하는 촬영소자, 및 상기 촬영소자에서 출력되는 전기적인 신호를 처리하여 기초 영상을 형성하는 신호 처리부를 포함하는 CCD 카메라로 구성되는 영상 제공부; 및 상기 영상 제공부로부터 제공된 기초 영상을 표시하는 디스플레이장치와, 상기 디스플레이장치의 전면(前面)에 구비되고 적어도 일면이 오목하게 형성된 렌즈부를 포함하는 영상 표시부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기의 구성 결과, 본 발명은 IP 영상 제공부로부터 실시간으로 보내온 깊이 정보를 갖는 영상을 왜곡 없이 구현할 수 있게 됨으로써 종래 대비 별도의 신호처리를 위한 구동부의 형성에 따른 비용을 절약할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 상기 구성에 대하여 구체적으로 살펴보고자 한다.

도 5는 본 발명에 따른 입체영상디스플레이 시스템을 나타내는 도면이고, 도 6(a) 내지 도 6(e)은 도 5의 렌즈부를 구성하는 렌즈의 다양한 형상을 예시한 도면이다.

도 5, 그리고 도 6(a) 내지 도 6(e)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 입체영상디스플레이 시스템은 기초 영상을 제공하는 영상 제공부(510)와, 영상 제공부(510)에서 제공되는 기초 영상을 표시하는 렌즈 어레이를 구비한 영상 표시부(520)로 구성되어 있다. 이때, 영상 표시부(520)는 2차원(2D) 영상을 구현하는 액정표시장치와 같은 디스플레이장치(521)로 이루어진 영상디스플레이부와, 그 영상디스플레이부의 전면(前面)에 구비되어 있는 렌즈부(522)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 영상 제공부(510)는 일반적인 촬영 시스템으로 예를 들어 피사체(511)를 결상하는 렌즈(513)와, 렌즈(513)에 의하여 결상된 피사체(511)의 영상에 대한 전기적인 신호를 출력하는 촬영소자(515a), 그리고 촬영소자(515a)에서 출력되는 전기적인 신호를 처리(노이즈 제거, 신호 증폭 등)하여 기초 영상을 형성하는 신호 처리부(미도시)를 포함하는 CCD 카메라(515)로 구성되어 있다. 이때, CCD 카메라(515)는 입력된 정보를 토대로 기초 영상을 계산하여 생성하는 컴퓨터일 수도 있다.

그리고, 영상 표시부(520)는 영상 제공부(510)에서 생성된 기초 영상을 표시하는 장치로서, LCD나 CRT(Cathode-Ray Tube)와 같은 디스플레이장치(521)를 이용하여 영상을 표시하고, 그 디스플레이장치(521)의 영상을 3차원(3D) 영상으로 구현 하는 렌즈부(522)로 구성되어 있다. 이때 렌즈부(522)는 디스플레이장치(521)의 전면(前面)에 구비되는 오목렌즈로서, 적어도 일면이 오목렌즈로 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 영상 표시부(520)를 구성하는 LCD와 같은 디스플레이장치(521)의 화면상에는 영상 제공부(510)로부터 가령 깊이 정보가 서로 다른 두 개의 피사체(A, B)의 영상을 제공하였을 때 그 깊이 정보가 B, A의 순으로 역전되어 나타나게 되고, 이때 본 발명에서와 같이 오목렌즈로 구성되는 렌즈부(522)를 통해 그 깊이 정보가 다시 A, B의 순으로 역전됨으로써 그 결과 최초 피사체의 서로 다른 깊이 정보를 갖는 영상을 시청자가 볼 수 있게 된다.

일반적으로 LCD는 두 기판 사이에 액정이 주입되어 있는 액정패널과 액정패널 하부에 배치되고 광원으로 이용되는 백라이트, 그리고 액정패널 외곽에 위치하며 액정패널을 구동시키기 위한 구동부로 이루어진다.

여기서, 액정패널은 균일한 셀-갭을 유지하여 합착된 박막트랜지스터 어레이기판과 컬러필터기판, 그리고 두 기판 사이에 액정이 주입되어 형성된 액정층으로 구성되어 있다. 또한, 액정패널상에는 적(R), 녹(G), 청(B)의 서브-픽셀들이 매트릭스 형태로 배열, 형성되어 있는데, 이러한 서브 픽셀들은 하나의 픽셀을 단위로 하여 색을 구현하게 된다.

또한, 백라이트는 상측에 배치되는 액정패널에 빛을 제공하는 램프와, 램프의 광학적 특성을 보완하기 위한 광학시트와 같은 광학부재를 포함한다.

그리고, 구동부는 액정패널에 영상이 구현되도록 신호를 인가하는 게이트 PCB 혹은 데이터 PCB 등으로 구성되어 있다.

이와 같이 구성되는 액정패널의 전면(前面)에는 적어도 일면에 오목한 렌즈를 형성한 렌즈부(522)가 형성되어 있다. 이때, 렌즈부(522)는 도 6(a) 내지 도 6(c)에서와 같이 액정패널에 배열·형성되어 있는 픽셀들의 수평방향을 따라 일정하게 곡률을 형성한 렌티큘러(lenticular) 형태의 오목 렌즈일 수 있고, 또는 도 6(d) 및 도 6(e)에서와 같이 원형의 오목부가 매트릭스 형태로 배열·형성된 오목 렌즈로 구성될 수 있다.

도 7은 도 5의 렌즈부를 통해 나타나는 영상의 위치관계를 나타내는 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 초점 f1인 볼록 렌즈, 초점 f2인 오목 렌즈, 렌즈간의 거리 D에 대하여 최초 3차원 물체의 영상(A)과 시청자가 렌즈부를 통해 보는 최종 영상(A`)의 관계식은 다음과 같다.

S2=f2{(f1-D)S1+Df1}/(f1+f2-D)S1+f1(D-f2)

위의 식에서, f1+f2-D=0일 때,

S2=-(f2/f1)²S1+(f2/f1)D<0

f1>0, f2<0이기 때문에

항상 S2<0이다.

따라서, 위의 관계식에 근거해 볼 때 오목 렌즈부에 대하여 시청자의 반대쪽에 영상이 형성된다.

이를 다시 응용하여, 서로 다른 깊이 정보를 갖는 두 물체(A, B)에 대하여 그 위치관계를 시청자가 어떻게 관찰할 수 있는지 살펴보고자 한다.

도 8(a) 및 도 8(b)은 도 5의 영상 제공부 및 영상 표시부에서 나타내는 두 피사체의 깊이 정보에 대한 위치 관계를 나타내는 도면이다.

도 8(a) 및 도 8(b)을 도 5와 함께 참조하면, 가령 영상 제공부(510)의 볼록렌즈와 서로 다른 깊이 정보를 갖는 3차원 물체(A, B)의 사이에 초점(f1)을 형성하고, 영상 표시부(520)는 디스플레이장치(521)의 전면에 구비되는 렌즈부(522)의 반대편에 초점(f2)이 형성된다고 가정하자.

이때, 도 8(a)에서 영상 제공부(510)를 구성하는 CCD 카메라(515)의 이미지 센서를 통해 취득되는 영상은 볼록 렌즈의 반대편에서 초기 서로 다른 깊이 정보를 3차원 물체 A, B에 대하여 깊이 정보가 역전되지는 않은 도립된 확대된 실상이 생기게 된다.

또한, 도 8(b)에서 영상 표시부(520)를 구성하는 디스플레이장치(521)의 화면상에는 영상 제공부(510)에서 제공된 서로 다른 깊이 정보를 갖는 3차원 물체 A, B에 대한 영상을 제공받아 깊이 정보가 서로 역전되어 있는 확대된 영상이 구현된다.

그리고, 그 깊이 정보를 갖는 확대된 실상은 디스플레이장치(521)를 기준으로 오목렌즈의 반대편에 초점(f2)이 형성되어 있으므로 디스플레이장치(521)와 렌즈부(522)의 사이에서 그 깊이 정보가 서로 역전된 정립된 허상이 나타나게 된다.

이는 다시 말해, 디스플레이장치(521)의 전면에 구비된 렌즈부를 통해 시청 자가 보게 되는 영상은 최초 깊이 정보를 갖는 두 물체 A, B에 대하여 깊이 정보(혹은 위치 정보)는 그대로 유지된 도립된 영상을 시청할 수 있다.

예컨대, 디스플레이장치(521)의 영상 처리시 영상 제공부(510)로부터 보내온 영상을 도립시켜 구현하거나, 혹은 피봇(pivot) 기능을 통해 시청자는 렌즈부(522)를 통해 최초 깊이 정보를 갖는 두 물체(A, B)에 대한 깊이 정보의 반전 없이 정립된 영상을 시청할 수 있을 것이다.

도 1은 일반적인 입체 디스플레이를 위한 IP의 기본 개념도

도 2는 일반적인 IP의 재생 원리를 나타낸 도면

도 3은 종래의 동영상을 입체적으로 디스플레이하는 IP 시스템의 구조를 나타낸 도면

도 4는 도 3의 영상 제공부 및 영상 표시부에서 나타내는 두 피사체의 깊이 정보에 대한 위치 관계를 나타내는 도면

도 5는 본 발명에 따른 입체 영상 디스플레이 시스템을 나타내는 도면

도 6(a) 내지 도 6(e)은 도 5의 렌즈부를 구성하는 렌즈의 형상을 예시한 도면

도 7은 도 5의 영상 제공부 및 영상 표시부에서 나타내는 두 피사체의 깊이 정보에 대한 위치 관계를 나타내는 도면

도 8(a) 및 도 8(b)은 도 5의 영상 제공부 및 영상 표시부에서 나타내는 두 피사체의 깊이 정보에 대한 위치 관계를 나타내는 도면

Claims

피사체를 결상하는 렌즈와, 상기 렌즈에 의하여 결상된 피사체의 영상에 대한 전기적인 신호를 출력하는 촬영소자, 및 상기 촬영소자에서 출력되는 전기적인 신호를 처리하여 기초 영상을 형성하는 신호 처리부를 포함하는 CCD 카메라로 구성되는 영상 제공부; 및

상기 영상 제공부로부터 제공된 기초 영상을 표시하는 디스플레이장치와, 상기 디스플레이장치의 전면(前面)에 구비되고 적어도 일면이 오목하게 형성된 렌즈부를 포함하는 영상 표시부로 구성되는 것을 특징으로 하는 입체디스플레이 시스템.
제1항에 있어서, 상기 촬영소자는 이미지 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체디스플레이 시스템.
제1항에 있어서, 상기 디스플레이장치는 LCD(Liquid Crystal Display) 장치 혹은 CRT(Cathode Ray Tube)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체디스플레이 시스템.
제1항에 있어서, 상기 렌즈부는 적어도 일면이 렌티큘러 형상을 이루는 오목 렌즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 입체디스플레이 시스템.
제1항에 있어서, 상기 렌즈부는 적어도 일면이 반원 형태의 오목 렌즈로 형성되는 것을 특징으로 하는 입체디스플레이 시스템.