KR20100091134A - 편광을 이용한 3차원 영상 수집 장치 - Google Patents

편광을 이용한 3차원 영상 수집 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3차원 영상을 수집, 기록하는 장치에 관한 것으로 단일 디스플레이 패널을 이용하는 3차원 표시 방법에 일치되도록 우안용 영상과 좌안용 영상을 서로 합쳐서 하나의 기록매체에 동시에 기록할 수 있는 3차원 영상수집장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여 본 발명은 수집하려는 영상에서 나오는 빛을 각각 수직 방향과 수평 방향으로 편광시켜 투과시키는 한 쌍의 편광필터와, 상기 편광필터를 통과하여 수평 방향과 수직 방향으로 편광된 각각의 영상을 결상하기 위한 광학계와, 상기 광학계를 통과한 영상이 동일한 경로를 갖도록 유도하는 광소자와, 상기 광소자에 의해 유도되어 조사된 영상으로부터 수직 편광된 빛과 수평 편광된 빛을 선별적으로 투과시킬 수 있는 단위 셀의 집합체로 구성된 편광필터와, 상기 편광필터의 단위 셀과 1:1로 부합되어 단위 셀을 통과한 빛의 세기를 측정하는 수광소자의 집합체로 구성된 이미지 센서로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명을 이용하면 3차원 영상의 수집 및 재생 과정을 보다 단순화시킬 수 있으므로 시간과 비용도 절감할 수 있을 것이다.

Description

편광을 이용한 3차원 영상 수집 장치{Three-dimensional image capture device by using polarization}
본 발명은 3차원 영상을 수집하는 장치에 관한 것으로 편광에 의한 3차원 영상재생장치의 원리에 부합되도록 하는 것이다. 더욱 상세하게는 이미지 센서를 구성하는 각각의 픽셀들이 위치에 따라서 구분되어 각기 다른 2개의 영상을 수집하여 그 영상정보를 기록하도록 하는 장치에 관한 것이다.
기존의 3차원 영상 수집 장치는 일반적으로 나란히 배치된 2개의 영상 수집장치로 구성된다. 이러한 3차원 영상수집장치는 일반적으로 결상을 위한 광학계와 결상된 영상을 검출하기 위한 이미지 센서로 구성되는 2차원 영상수집장치가 2개 필요하며 2개의 장치는 나란히 배치된다. 2개의 장치는 각각 인간의 왼쪽 눈, 즉 좌안에 보여지기 위한 영상과 인간의 오른쪽 눈, 즉 우안에 보여지기 위한 영상을 별도로 수집한다. 그리고 수집된 영상은 단일 영상으로 합쳐지고 단일 디스플레이 패널에 픽셀별로 구분되어 동시에 재생된다. 재생되는 영상은 편광에 의하여 구분되는데 이는 디스플레이 기기를 보는 사람이 착용하는 편광필터안경에 의하여 좌안과 우안에 각기 다른 영상이 보여지도록 한다.
도 1에는 종래 기술에 따른 3차원 영상수집장치와 이를 이용하여 수집하려는 영상, 그리고 수집되는 영상을 도시하는데, 이하 도 1을 이용하여 종래 기술에 따른 3차원 영상수집장치의 영상 수집 방법과 수집되는 영상을 보여주는 방법을 설명하면 다음과 같다.
수집하려는 영상(101)에서 나오는 영상 정보는 우측의 광학계(102)에 의하여 우측의 이미지센서(103)에 결상되고 결상된 영상이 수집된다. 수집된 영상은 우안용 영상(104)이 된다. 수집하려는 영상(101)에서 나오는 영상정보는 마찬가지로 좌측의 광학계(105)에 의해서 좌측의 이미지센서(106)에 결상되고 결상된 영상이 수집된다. 수집된 영상은 좌안용 영상(107)이 된다. 우안용 영상(104)과 좌안용 영상(107)은 동일한 수집하려는 영상(101)을 수집한 것으로 매우 유사하지만 각각의 광학계(102,103)와 이미지센서(103,106)의 위치 차이에 의하여 미세한 차이를 갖는다.
도 2는 종래 기술에 따른 3차원 영상수집장치에 의하여 수집된 영상의 재생 과정을 도시한 것이다. 이하 도 2를 참조하여 3차원 영상이 재생되는 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 우안용 영상(104)과 좌안용 영상(107)은 하나의 영상(201)로 합쳐진다. 합쳐진 영상(201)은 매우 많은 픽셀의 조합으로 구성되는데, 특정 픽셀들은 우안용 영상(104)만을 표시하고 나머지 픽셀들은 좌안용 영상(107)만을 표시하도록 하면 두 영상이 겹쳐진 듯한 형태의 합쳐진 영상(201)을 얻는다. 이때 우안용 영상(104)을 표시하기 위한 픽셀과 좌안용 영상(107)을 표시하기 위한 픽셀들은 각각 반복되도록 배치되어야 하고, 우안용 영상(104)은 수평방향의 편광을 갖고 영상이 표시되고 좌안용 영상(107)은 수직방향의 편광을 갖고 영상이 표시되도록 하여야 한다. 이렇게 하면 합쳐진 영상(201)은 디스플레이 장치를 통해서 표시될 때 합쳐진 영상(201)에서는 수평방향의 편광으로 표시되는 우안용 영상(104)과 수직방향의 편광으로 표시되는 좌안용 영상(107)이 동시에 재생된다. 그러면 우안용 편광필터(202)를 통하는 영상정보에서는 수직방향의 편광을 갖고 표시되는 좌안용 영상(107)은 제거되고 우안용 영상(104)만이 우측 눈에 전달된다. 마찬가지로 좌안용 영상(107)만이 좌측 눈에 전달되어, 이를 수용한 사람은 3차원 영상으로 인지하게 된다. 전술한 좌안용 영상을 위한 편광의 방향과 우안용 영상을 위한 편광의 방향은 변할 수 있으나 서로 다른 편광방향을 갖도록 처리한다.
전술한 바와 같이 종래 기술에 따른 3차원 영상수집장치에서는 3차원 영상을 표시하기 위하여 좌안용 영상과 우안용 영상을 별도로 수집하고 이를 하나의 영상으로 합치기 위한 별도의 과정이 필요하다. 그리고 2개의 분할된 이미지센서를 이용하므로 이미지센서들의 미묘한 성능 차이와 영상수집과정에서 발생가능한 미세한 시간차이에 의해 좌안용 영상과 우안용 영상이 시차를 갖고 기록되는 문제점이 생길 수 있다. 이는 3차원 영상의 수집 방법이 단일 디스플레이 패널을 이용하는 3차원 영상의 표시방법과 일치하지 않기 때문에 발생된다.
따라서 본 발명은 단일 디스플레이 패널을 이용하는 3차원 영상의 표시방법에 일치되도록 우안용 영상과 좌안용 영상을 동시에 기록하는 3차원 영상수집장치를 제공하는 것이다.
본 발명을 이용하면 전술한 바와 같이 2이상의 영상수집장치를 이용하므로써 발생될 수 있는 수집 영상간의 시차를 제거할 수 있으며, 3차원 영상의 수집 및 재생 과정을 보다 단순화시킬 수 있으므로 시간과 비용도 절감할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 3차원 영상수집장치의 예시도이다.
도 2는 종래 3차원 영상의 재생과정의 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 3차원 영상수집장치의 예시도이다.
도 4는 도 3의 편광필터를 통하여 서로 다른 편광을 갖는 빛이 구분되고 구분된 광정보가 이미지센서에 전달되는 과정의 예시도이다.
본 발명은 수집하려는 영상에서 나오는 빛을 각각 수직 방향과 수평 방향으로 편광시켜 투과시키는 한 쌍의 편광필터와, 상기 편광필터를 통과하여 수평 방향과 수직 방향으로 편광된 각각의 영상을 결상하기 위한 광학계와, 상기 광학계를 통과한 영상이 동일한 경로를 갖도록 유도하는 광소자와, 상기 광소자에 의해 유도되어 조사된 영상으로부터 수직 편광된 빛과 수평 편광된 빛을 선별적으로 투과시킬 수 있는 단위 셀의 집합체로 구성된 편광필터와, 상기 편광필터의 단위 셀과 1:1로 부합되어 단위 셀을 통과한 빛의 세기를 측정하는 수광소자의 집합체로 구성된 이미지 센서로 구성된 3차원 영상수집장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면 편광필터에 의하여 각기 다른 편광특성이 부여된 우안용 영상과 좌안용 영상이 각각의 광학계에 의하여 결상이 되고 광소자에 의하여 우안용 영상과 좌안용 영상이 단일 이미지 센서면에 겹쳐져서 결상되도록 하고, 겹쳐져서 결상된 두 영상이 우안용 영상과 좌안용 영상을 선별적으로 투과시키는 편광필터를 통하여 이미지 센서면에 광정보를 전달하도록 하는 장치에 의해 실행된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 영상수집장치를 상세히 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 예시적인 방법으로 설명한 것일 뿐, 이로 인해 본 발명의 기술적 사상과 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
도 3에는 본 발명에 따른 3차원 영상수집장치의 기본적인 구성과 영상정보 전달 과정이 도시되고, 도 4에는 도 3의 편광필터와 이미지 센서에 의하여 영상 정보가 전달되는 과정이 도시된다.
본 발명에 따른 3차원 영상수집장치는 도 3에 도시되는 바와 같이, 우안용 영상에 편광 특성을 부여하기 위한 편광필터(302)와 우안용 영상의 결상을 위한 광학계(304) 그리고 좌안용 영상에 편광특성을 부여하기 위한 편광필터(306)와 좌안용 영상을 결상하기 위한 광학계(308)로 구성되며, 각각의 영상을 전달하기 위한 광소자(305,309,310,311)들과 편광 정보를 분류하여 이미지 센서에 전달하기 위한 편광필터(312)와 겹쳐져서 결상되는 우안용 영상과 좌안용 영상의 정보를 수집하기 위한 이미지 센서(313)으로 구성된다.
본 발명에 따른 3차원 영상수집장치의 원리는 다음과 같다. 수집하려는 영상(301)에서는 다양한 편광의 빛이 나온다. 그러나 우안용 편광필터(302)를 지나면서 수평방향의 편광(303)을 갖게 된다. 그리고 우안용 광학계(304)를 통과하고 광경로를 바꾸기 위한 광소자(305,311)를 거쳐서 편광필터(312)를 통과하면 이미지 센서(313)에 결상되어 우안용 영상을 수집하게 된다. 같은 방식으로 수집하려는 영상(301)에서 나온 빛은 좌안용 편광필터(306)를 지나며 수직방향의 편광(307)을 갖는 빛만 투과된다. 그리고 좌안용 광학계(308)을 통과하고 광경로를 바꾸기 위한 광소자(309,310,311)을 거쳐서 편광필터(312)를 통과하면 이미지 센서(313)에 결상되어 좌안용 영상을 수집하게 된다. 상기 광학계(304,308)를 통과한 빛을 편광필터(312)로 유도하기 위한 광소자(305,309,310,311)의 소재 및 배치는 종래의 광학기술을 이용할 수 있다.
도 3에 도시되는 바와 같이 광소자(311)을 지나면 우안용 영상에 해당하는 수평 방향의 편광을 갖는 빛과 좌안용 영상에 해당하는 수직 방향의 편광을 갖는 빛이 함께 존재하는데, 이는 편광필터(312)를 통하여 수직 편광과 수평 편광이 구분되어 이미지 센서(313)에 전달된다. 서로 다른 편광을 갖는 빛이 편광필터(312)에 의해 구분되고 이미지 센서(313)에 전달되는 과정은 도 4로 설명하기로 한다.
도 4는 도 3의 편광필터(312)를 통하여 서로 다른 편광을 갖는 빛이 구분되고, 구분된 광정보가 이미지 센서(313)에 전달되는 과정을 도시한 것이다.
도 4에 도시되는 바와 같이 편광필터(312)는 도 3의 광소자(311)를 지난 빛을 받아 수평 방향의 편광을 갖는 빛만 투과시키거나 수직 방향의 편광을 갖는 빛만 투과시키는 단위 셀(401,402)들의 집합체이다. 이미지 센서(313)는 편광과는 무관하게 빛의 세기를 측정할 수 있는 수광소자(403,404)들이 규칙적으로 여러 개가 모여서 이루어진다. 여기서 편광필터(312)를 이루는 단위 셀(401,402)과 이미지 센서(313)를 이루는 수광소자(403,404)들은 1:1로 부합되도록 배치되고 편광필터(312)의 각 단위 셀을 지나는 빛은 이미지 센서(313)를 이루는 각각의 수광소자들 가운데 1:1로 부합되는 한 개의 수광소자로만 전달되도록 배치하는 것이 바람직하다. 도 4를 이용하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 편광필터(312)의 단위 셀(401)은 수평 방향의 편광을 갖는 빛만 투과시키고 단위 셀(402)는 수직 방향의 편광을 갖는 빛만 투과시킨다. 편광필터(312)는 이 두 종류의 단위 셀(401,402)이 규칙적으로 배열되어 이루어 진다. 이미지 센서(313)는 편광과 무관하게 빛의 세기를 측정하는 수광소자(403,404)들이 여러 개가 모여 이루어진다. 단위 셀(401)에는 우안용 영상의 정보를 갖는 수평 방향의 편광을 갖는 빛과 좌안용 영상의 정보를 갖는 수직 방향의 편광을 갖는 빛이 함께 입사된다. 이는 도 3의 광소자(311) 이후 영역에 편광필터(312)가 위치하기 때문이다. 그러나 단위 셀(401)은 우안용 영상 정보 즉, 수평 방향의 편광을 갖는 빛만 선별하여 투과시키고 이 투과된 빛은 단위 셀(401)과 1:1로 배치된 이미지 센서(313)의 수광소자(403)에 전달된다. 같은 방식에 의해 편광필터(312)의 단위 셀(402)는 좌안용 영상 정보 즉, 수직 방향의 편광을 갖는 빛만 선별하여 투과시키고 이 투과된 빛은 단위 셀(402)과 1:1로 배치된 이미지 센서(313)의 수광소자(404)에 전달된다. 이러한 단위 셀(401,402)과 수광소자(403,404)들이 규칙적으로 여러 개가 모여서 편광필터(312)와 이미지 센서(313)가 이루어지므로 이미지 센서(313)에는 좌안용 영상과 우안용 영상이 동시에 수집되게 된다. 동시에 수집된 영상은 도 2의 합쳐진 영상(201)에 해당하므로 기존의 영상 재생 기술을 통하여 3차원으로 재생이 가능하다.
이와 같이, 본 발명에 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해하여야 할 것이다.
101. 수집하려는 영상 102,105. 광학계
103,106. 편광필터 104,107. 수집된 영상
201. 합성된 영상 202,203. 편광필터
301. 수집하려는 영상 302,306. 편광필터
304,308. 광학계 305,309,310,311. 광소자
312. 편광필터 313. 이미지 센서
401,402 편광필터 단위 셀 403,404. 수광소자

Claims (1)

  1. 편광을 이용한 3차원 영상수집장치에 있어서,
    수집하려는 영상에서 나오는 빛을 각각 수직 방향과 수평 방향으로 편광시켜 투과시키는 한 쌍의 편광필터와,
    상기 편광필터를 통과하여 수평 방향과 수직 방향으로 편광된 각각의 영상을 결상하기 위한 광학계와,
    상기 광학계를 통과한 영상이 동일한 경로를 갖도록 유도하는 광소자와,
    상기 광소자에 의해 유도되어 조사된 영상으로부터 수직 편광된 빛과 수평 편광된 빛을 선별적으로 투과시킬 수 있는 단위 셀의 집합체로 구성된 편광필터와,
    상기 편광필터의 단위 셀과 1:1로 부합되어 단위 셀을 통과한 빛의 세기를 측정하는 수광소자의 집합체로 구성된 이미지 센서로 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 영상수집장치.
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