KR20150017199A - 디스플레이 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

디스플레이 장치가 개시된다. 디스플레이 장치는 영상 프레임으로부터 메인(main) 객체를 추출하여 추출된 메인 객체 영역에 대해 2D 이미지 프레임을 생성하고, 영상 프레임 중 메인 객체를 제외한 나머지 영역에 대해 3D 이미지 프레임을 생성하는 이미지 처리부, 기 설정된 제1 해상도의 2D 이미지 프레임 및 기 설정된 제2 해상도의 3D 이미지 프레임을 교번적으로 출력하는 디스플레이 패널 및 2D 이미지 프레임과 3D 이미지 프레임의 출력과 동기화하여 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 방향을 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 디스플레이 장치는 고해상도 3D 이미지 및 향상된 뎁스를 제공할 수 있다.

Description

디스플레이 장치 및 제어 방법{DISPLAY APPARATUS AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 디스플레이 장치 및 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3D 이미지를 제공하는 디스플레이 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
전자 기술의 발달에 힘입어 다양한 유형의 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 디스플레이 장치의 종류 및 디스플레이 방식이 다양해짐으로써 이에 대응되는 컨텐츠의 종류도 다양해졌다. 최근에는 3D 컨텐츠도 시청할 수 있는 입체 디스플레이 시스템이 개발되어 보급되고 있다. 입체 디스플레이 시스템은 크게 안경 없이 시청 가능한 무안경식 시스템과 안경을 착용하고 시청하는 안경식 시스템으로 분류될 수 있다.
무안경식 시스템의 대표적인 방식으로 패럴랙스 배리어(parallax barrier) 방식, 렌티큘러 렌즈(lenticular lens) 방식 및 디렉셔널 BLU(directional Back Light Unit) 방식이 있다. 무안경식 시스템의 경우, 사람의 양안으로 시차가 있는 영상이 입력되어야 한다. 따라서, 무안경식 시스템은 픽셀 라인 또는 일정 영역별로 시차가 존재하는 영상을 디스플레이하며, 사용자는 일부 픽셀 라인 또는 일부 영역에 디스플레이되는 영상만을 보게 된다. 즉, 무안경식 시스템에서 n개의 시점을 기준으로 3D 영상을 디스플레이하기 위해서는 한 프레임 내에 n개의 시차를 가지는 영상을 디스플레이해야 하며, 사용자는 이 중 하나의 영상만을 시청하기 때문에 결과적으로 1/n의 해상도의 영상을 보게 된다. 또한, 무안경식 시스템은 안경식 시스템에 비해 입체 효과가 떨어지는 단점도 존재한다.
따라서, 무안경식 시스템에서 고해상도 3D 이미지 및 향상된 뎁스를 인식할 수 있는 기술에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 상술한 필요성에 따라 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고해상도 3D 이미지를 제공하고 향상된 뎁스 인식이 가능한 디스플레이 장치 및 제어 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시 예에 따르면, 디스플레이 장치는 영상 프레임으로부터 메인(main) 객체를 추출하여 추출된 메인 객체 영역에 대해 2D 이미지 프레임을 생성하고, 상기 영상 프레임 중 상기 메인 객체를 제외한 나머지 영역에 대해 3D 이미지 프레임을 생성하는 이미지 처리부, 기 설정된 제1 해상도의 상기 2D 이미지 프레임 및 기 설정된 제2 해상도의 상기 3D 이미지 프레임을 교번적으로 출력하는 디스플레이 패널 및 상기 2D 이미지 프레임과 상기 3D 이미지 프레임의 출력과 동기화하여 상기 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 편광 방향을 제어하는 제어부를 포함한다.
그리고, 상기 디스플레이 패널은 패널부 및 상기 패널부에서 발산되는 광을 굴절 또는 직진시키는 렌즈부를 포함하며, 상기 렌즈부는 편광 방향에 따라 광학적 등방성 또는 이방성 특성을 가지는 마이크로렌즈 및 편광 방향을 스위칭할 수 있는 편광 스위치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 렌즈부는 상기 패널부의 배향 방향과 수직한 광이 입사되면 광학적 등방성 특성을 가지며, 상기 패널부의 배향 방향과 평행한 광이 입사되면 광학적 이방성 특성을 가질 수 있다.
한편, 상기 제어부는 상기 2D 이미지 프레임을 출력하는 경우, 배향 방향과 수직한 광을 출력하여 광학적 등방성 특성을 갖도록 상기 패널부를 제어하고, 상기 3D 이미지 프레임을 출력하는 경우, 배향 방향과 평행한 광을 출력하여 광학적 이방성 특성을 갖도록 상기 패널부를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 이미지 처리부는 상기 영상 프레임 내의 객체 중 사용자 관점에서 가장 가까운 객체를 메인 객체로 추출할 수 있다.
또한, 상기 이미지 처리부는 사용자 입력에 따라 선택된 객체를 메인 객체로 추출할 수 있다.
그리고, 상기 이미지 처리부는 상기 영상 프레임 내의 객체 중 사람의 얼굴 또는 바디(body)를 메인 객체로 추출할 수 있다.
또한, 상기 이미지 처리부는 상기 영상 프레임 내의 텍스트 정보를 메인 객체로 추출할 수 있다.
본 발명의 상술한 목적을 달성하기 위한 일 실시 예에 따르면, 디스플레이 장치의 제어 방법은 영상 프레임으로부터 메인(main) 객체를 추출하여 추출된 메인 객체 영역에 대해 2D 이미지 프레임을 생성하고, 상기 영상 프레임 중 상기 메인 객체를 제외한 나머지 영역에 대해 3D 이미지 프레임을 생성하는 단계, 기 설정된 제1 해상도의 상기 2D 이미지 프레임 및 기 설정된 제2 해상도의 상기 3D 이미지 프레임을 교번적으로 출력하는 단계를 포함하며, 상기 출력하는 단계는 상기 2D 이미지 프레임과 상기 3D 이미지 프레임의 출력과 동기화하여 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 편광 방향을 제어한다.
그리고, 상기 출력하는 단계는 상기 2D 이미지 프레임을 출력하는 경우, 배향 방향과 수직한 광을 출력하여 광학적 등방성 특성을 갖도록 상기 패널부를 제어하고, 상기 3D 이미지 프레임을 출력하는 경우, 배향 방향과 평행한 광을 출력하여 광학적 이방성 특성을 갖도록 상기 패널부를 제어할 수 있다.
한편, 상기 2D 이미지 프레임을 생성하는 단계는 상기 영상 프레임 내의 객체 중 사용자 관점에서 가장 가까운 객체를 메인 객체로 추출할 수 있다.
그리고, 상기 2D 이미지 프레임을 생성하는 단계는 사용자 입력에 따라 선택된 객체를 메인 객체로 추출할 수 있다.
또한, 상기 2D 이미지 프레임을 생성하는 단계는 상기 영상 프레임 내의 객체 중 사람의 얼굴 또는 바디(body)를 메인 객체로 추출할 수 있다.
또한, 상기 2D 이미지 프레임을 생성하는 단계는 상기 영상 프레임 내의 텍스트 정보를 메인 객체로 추출할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 디스플레이 장치는 고해상도 3D 이미지 및 향상된 뎁스를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 블록도.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 5는 3D 영상을 설명하는 도면.
도 6은 수렴(Convergence) 및 촛점 조절(Accomodation) 간의 관계를 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2D 이미지 프레임 및 3D 이미지 프레임을 설명하는 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사람을 메인 객체로 추출하는 과정을 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2D 이미지 프레임 및 3D 이미지 프레임을 교번적으로 디스플레이하는 과정을 설명하는 도면.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 제어 방법의 흐름도.
이하 본 발명의 다양한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 디스플레이 장치(100)는 이미지 처리부(110), 제어부(120) 및 디스플레이 패널(130)을 포함한다.
디스플레이 장치(100)는 TV, 태블릿 PC, 휴대용 멀티미디어 재생 장치(Portable Multimedia Player: PMP), PDA, 스마트 폰, 디지털 액자, 게임기, 키오스크, 전광판, 전자 책 등과 같은 유형으로 구현될 수 있다.
이미지 처리부(110)는 영상 프레임으로부터 메인(main) 객체를 추출하여 추출된 메인 객체 영역에 대해 2D 이미지 프레임을 생성한다. 2D 이미지 프레임은 메인 객체만을 포함하는 일반적인 영상 프레임을 의미한다.
이미지 처리부(110)는 영상 프레임 중 메인 객체를 제외한 나머지 영역에 대해 3D 이미지 프레임을 생성한다. 예를 들어, 하나의 3D 영상 프레임은 복수의 픽셀을 포함하는 복수의 열로 구분된다. 각 열 별로 상이한 시점의 이미지가 배치된다. 만일, 복수의 열이 4개의 열로 구분된다면, 하나의 3D 영상 프레임은 서로 다른 시점 또는 시차가 존재하는 복수의 이미지 1, 2, 3, 4가 순차적으로 반복 배치되는 형태를 나타낸다. 각 이미지 1, 2, 3, 4는 디스플레이 패널(130)에 포함된 렌즈부를 통해 굴절되어 출력된다. 특정 위치의 사용자는 시점이 다른 복수의 영상을 좌안 및 우안을 통해 입력받음으로써 안경 없이도 입체감을 느낄 수 있다.
본 발명의 3D 영상 프레임은 일반적인 무안경 3D 디스플레이 장치에서 생성되는 일반적인 3D 영상 프레임과 유사하다. 3D 영상 프레임은 하나의 영상 프레임에 대해 메인 객체를 제외한 나머지 영역에 대해 생성된다.
제어부(120)는 이미지 처리부(110)에서 생성된 2D 이미지 프레임 및 3D 이미지 프레임을 교번적으로 디스플레이하도록 디스플레이 패널(130)을 제어한다. 제어부(120)는 2D 이미지 프레임은 기 설정된 제1 해상도로 출력하고, 3D 이미지 프레임은 기 설정된 제2 해상도로 출력한다. 기 설정된 제1 해상도는 제2 해상도보다 높은 해상도일 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 제1 해상도는 디스플레이 장치(100)에서 지원 가능한 최대 해상도일 수 있다. 기 설정된 제2 해상도는 3D 이미지 프레임을 원활하게 출력하기 위해 적절하게 설정된 해상도일 수 있다. 무안경 3D 디스플레이 장치는 하나의 3D 영상 프레임에 대해 n개의 시점을 가지는 복수의 이미지를 조합하여 출력할 수 있다. 따라서, 3D 영상 프레임의 전체 해상도가 2D 영상 프레임의 해상도와 동일한 해상도를 갖더라도 사용자는 1/n의 해상도로 인식할 수 있다.
아울러, 제어부(120)는 2D 이미지 프레임과 3D 이미지 프레임의 출력과 동기화하여 디스플레이 패널(130)의 굴절률을 제어한다. 굴절률의 제어는 디스플레이 패널(130)에서 출력되는 광의 방향을 제어하여 수행될 수도 있고, 렌즈부의 굴절률을 조절함으로써 수행될 수도 있다.
디스플레이 패널(130)은 제어부(120)의 제어에 의해 2D 이미지 프레임 및 3D 이미지 프레임을 교번적으로 출력한다. 구체적인 과정에 대해서는 아래에서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 블록도이다. 도 2를 참조하면, 디스플레이 장치(100a)는 입력부(140), 제어부(120a), 디스플레이 패널(130)을 포함할 수 있다.
입력부(140)는 영상 신호를 입력받을 수 있다. 예를 들어, 입력부(140)는 방송 신호 수신 모듈(미도시)을 포함하여 방송 송신 장치로부터 송신되는 방송 신호를 수신할 수 있다. 또는, 입력부(140)는 무선랜 모듈(미도시)이나 커넥터(미도시)를 포함하여 외부 장치로부터 유/무선 방식을 이용하여 영상 신호를 수신할 수도 있다. 또한, 입력부(140)는 하나의 영상 프레임 내에서 메인 객체를 선택하는 사용자 명령을 입력받을 수 있다. 이 경우, 입력부(140)는 키보드, 마우스, 키패드 등으로 구현될 수 있다. 경우에 따라, 입력부(140)는 리모컨에 의한 사용자 명령을 수신하기 위한 리모컨 수신부, 사용자 제스처를 입력받기 위한 카메라, 사용자 음성을 입력받기 위한 마이크 등으로 구현될 수도 있다.
디스플레이 패널(130)은 패널부(131) 및 렌즈부(132)를 포함할 수 있다. 패널부(131)는 복수의 픽셀 라인을 포함하며, 복수의 픽셀 라인에 영상 프레임을 디스플레이함으로써 사용자에게 3D 영상을 제공할 수 있다. 픽셀 라인이란 복수의 픽셀이 정렬된 라인을 의미한다. 픽셀 라인은 수직으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
패널부(131)는 표시할 영상 프레임을 구성하는 각 픽셀들의 픽셀 값에 따라 패널부(131)의 각 픽셀 라인 내의 픽셀들을 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 패널부(131)는 액정 디스플레이 패널(Liquid Crystal Display Panel: LCD Panel), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 유기발광 소자(Organic Light Emitting Diode, OLED), VFD(Vacuum Fluorescent Display), FED(Field Emission Display), ELD(Electro Luminescence Display) 등과 같은 다양한 패널로 구현될 수 있다.
렌즈부(132)는 패널부(131)에서 발산되는 광을 굴절 또는 직진시킬 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(130)에서 발산되는 광의 방향이 패널부(131)의 배향 방향과 수직하게 입사되면, 렌즈부(132)는 광학적 등방성 특성을 가지므로 광은 직진할 수 있다. 디스플레이 패널(130)에서 발산되는 광의 방향이 패널부(131)의 배향 방향과 평행하게 입사되면, 렌즈부(132)는 광학적 이방성 특성을 가지므로 광은 굴절할 수 있다. 다른 예로서, 렌즈부(132)는 전극에 의한 전계 인가 여부에 따라 광학적 특성이 변화하여 렌즈부(132)를 통과하는 광의 굴절을 제어할 수 있다. 구체적으로, 렌즈부(132)는 디스플레이 장치(100a)가 2D 이미지 프레임을 출력하는 경우, 패널부(131)에서 발산되는 광을 그대로 투과시켜 사용자에게 제공할 수 있다. 그리고, 패널부(131)는 디스플레이 장치(100a)가 3D 이미지 프레임을 출력하는 경우, 패널부(131)에서 발산되는 광을 굴절시켜 3D 영상 프레임에 포함된 시차가 존재하는 두 개의 영역을 각각 사용자의 좌안 및 우안으로 입사되도록 할 수 있다.
제어부(120a)는 이미지 처리부(121)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 이미지 처리부가 제어부와 별도로 구성되는 실시 예에 대해 설명하였으나, 이미지 처리부(121)는 제어부(120a)에 포함되는 형태로 구현될 수도 있다. 이미지 처리부(121)의 기능에 대해서는 도 1에서 설명하였으므로 생략하기로 한다.
제어부(120a)는 디스플레이 패널(130)에 포함된 패널부(131) 및 렌즈부(132)를 제어할 수 있다. 제어부(120a)는 2D 이미지 프레임 및 3D 이미지 프레임을 교번적으로 디스플레이하도록 패널부(131)를 제어한다.
하나의 예로서, 2D 이미지 프레임을 출력할 때, 제어부(120a)는 패널부(131)의 배향 방향과 수직한 광을 출력하여 광학적 등방성 특성을 갖도록 패널부(131)를 제어할 수 있다. 3D 이미지 프레임을 출력할 때, 제어부(120a)는 패널부(131)의 배향 방향과 평행한 광을 출력하여 광학적 이방성 특성을 갖도록 패널부(131)를 제어할 수 잇다.
다른 예로서, 패널부(131)가 2D 이미지 프레임을 출력할 때, 제어부(120a)는 디스플레이 패널(130)에 포함된 액정층 및 매질층이 동일한 굴절률을 갖도록 디스플레이 패널(130)에 포함된 전극에 전계를 인가하지 않는다. 따라서, 디스플레이 패널(130)의 렌즈부(132)는 동일한 굴절률을 갖기 때문에 일반적인 디스플레이 장치와 동일한 방식으로 광을 통과시킬 수 있다. 패널부(131)가 3D 이미지 프레임을 출력할 때, 제어부(120a)는 디스플레이 패널(130)에 포함된 액정층 및 매질층이 서로 다른 굴절률을 갖도록 디스플레이 패널(130)에 포함된 전극에 전계를 인가한다. 따라서, 디스플레이 패널(130)의 렌즈부(132)는 기 설정된 굴절률을 기초로 굴절된 광을 통과시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참고하면 디스플레이 패널은 입력 편광판(10), 패널부(20), 렌즈부(30), 출력 편광판(10)을 포함한다.
입력 편광판(10) 및 출력 편광판(40)은 광의 편광 방향을 조절할 수 있다. 즉, 입력 편광판(10) 및 출력 편광판(40)은 고정된 편광 특성을 가지고 특정 편광 방향의 광만을 출력할 수 있다. 또는, 입력 편광판(10) 및 출력 편광판(40)은 전원 인가 등과 같은 외부 입력에 따라 편광 특성을 변경하여 변경된 특성에 대응하는 편광 방향의 광을 출력할 수 있다.
패널부(20)는 복수의 픽셀 라인을 포함하며, 복수의 픽셀라인에 영상 프레임을 디스플레이함으로써 사용자에게 2D 영상 또는 3D 영상을 제공할 수 있다. 픽셀 라인이란 복수의 픽셀이 정렬된 라인을 의미한다. 픽셀 라인은 수직으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
패널부(20)는 표시할 영상 프레임을 구성하는 각 픽셀들의 픽셀 값에 따라 패널부(20)의 각 픽셀 라인 내의 픽셀들을 구동시킬 수 있다. 이를 위해 패널부(20)는 제어부의 제어에 따라 픽셀들을 구동하기 위한 패널 구동부(미도시)를 포함할 수 있다.
특히, 디스플레이 장치가 3D 모드로 동작하는 경우 패널부(20)는 적어도 하나의 픽셀 라인단위로 3D 영상의 좌안 영상 및 우안 영상을 교번적으로 배치하여 디스플레이할 수 있다.
한편, 패널부(20)는 LCD(Liquid Criystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 또는 OLED(Organic Light Emitting Diode) 등과 같은 다양한 패널장치로 구현될 수 있다.
렌즈부(30)는 패널부(20)에서 발산되는 광을 굴절 또는 직진시킨다. 렌즈부(30)는 마이크로렌즈(31) 및 편광 스위치(32)를 포함할 수 있다. 마이크로렌즈(31)는 편광 방향에 따라 광학적 등방성 또는 이방성 특성을 가질 수 있다. 편광 스위치(32)는 편광 방향을 스위칭할 수 있다.
아래에서는 디스플레이 장치가 2D 이미지 프레임 또는 3D 이미지 프레임을 출력할 때 디스플레이 패널의 동작 과정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 패널의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 4(a)는 디스플레이 장치가 2D 이미지 프레임을 출력할 때 동작을 설명하는 도면이고, 도 4(b)는 디스플레이 장치가 3D 이미지 프레임을 출력할 때 동작을 설명하는 도면이다.
도 4(a)를 참조하면, 마이크로렌즈(31)는 복굴절 물질을 포함하는 렌티큘러 표면 릴리프 구조(31-1)와 등방성 물질을 포함하는 레이어(31-2)를 포함한다. 등방성 물질의 굴절률은 대체로 복굴절 물질의 굴절률들 중 하나와 동일하게 설정된다. 복굴절 물질을 포함하는 마이크로 렌즈(31)의 어레이는 패널부(20)의 이미지 픽셀 칼럼의 쌍으로 배열된다.
디스플레이 패널이 2D 이미지 프레임 이미지를 출력하는 경우, 제어부는 출력되는 광의 편광 방향을 패널부(20)의 배향 방향과 수직하게 제어한다. 마이크로렌즈(31)는 배향 방향과 수직한 광이 입사되면 렌티큘러 표면 릴리프 구조(31-1)와 등방성 물질을 포함하는 레이어(31-2) 간의 굴절률 차이를 인식할 수 없게 된다. 따라서, 입사된 광은 마이크로 렌즈(31)를 굴절없이 통과한다.
편광 스위치는 마이크로 렌즈(31)로부터 출력된 광의 편광 상태를 90도 회전시킨다. 90도 회전된 광은 출력 편광판(40)을 통해 사용자에게 인식된다. 즉, 마이크로렌즈(31)는 광학 기능을 수행하지 않으므로 사용자는 디스플레이 패널의 모든 픽셀을 볼 수 있고, 출력되는 이미지를 풀(full) 해상도로 인식할 수 있다. 편광 스위치(32)에서 프리넬(Fresnel) 반사와 손실을 무시한다면 이미지의 밝기는 대체로 기본 디스플레이 밝기와 동일하다.
도 4(b)를 참조하면 디스플레이 패널이 3D 이미지 프레임을 출력하는 과정에 대해 도시되어 있다. 제어부는 출력되는 광의 편광 방향을 패널부(20)의 배향 방향과 평행하게 제어한다. 마이크로 렌즈(31)는 배향 방향과 수평한 광이 입사되면 렌티큘러 표면 릴리프 구조(31-1)와 등방성 물질을 포함하는 레이어(31-2) 간의 굴절률 차이가 발생한다. 따라서, 입사된 광은 마이크로 렌즈(31)를 통과할 때 굴절된다. 즉, 마이크로 렌즈(31)는 유한 초점 길이를 가지는 렌즈로서 동작한다. 마이크로 렌즈(31)로부터 출력된 광은 편광 상태가 회전되지 않도록 전압이 인가된 편광 스위치(32)를 통과하고 편광 상태는 유지된다. 편광 스위치(32)를 통과한 광은 출력 편광판(40)을 통해 사용자에게 인식된다.
사용자의 두 눈은 마이크로 렌즈(31)에서의 굴절에 의해 다른 픽셀 열에서 출력된 광일 인식하게 된다. 만일 시차가 존재하는 이미지의 쌍이 각 픽셀 열에서 출력되면, 사용자는 다른 픽셀 열에서 출력된 이미지를 융합하여 입체감을 느낄 수 있다.
도 5는 3D 영상을 설명하는 도면이다.
도 5(a)를 참조하면 사용자가 정면에서 3D 영상을 디스플레이하는 디스플레이 패널(50)을 바라볼 때 화면이 도시되어 있다. 디스플레이 패널(50)은 메인 객체(71) 및 서브 객체(72, 73)을 디스플레이한다. 예를 들어, 메인 객체(71)는 사용자 관점에서 가장 가까운 객체일 수 있다. 또는, 메인 객체(71)는 사용자 입력에 따라 선택된 객체일 수 있다. 또는, 하나의 영상 프레임 내에서 사람의 얼굴 또는 바디(body)가 메인 객체로 설정될 수 있다. 또는, 영상 프레임 내의 텍스트 정보가 메인 객체로 설정될 수도 있다. 도 5(a)에서는 사용자 관점에서 가장 가까운 객체를 메인 객체로 정의한다.
도 5(b)를 참조하면 디스플레이 패널(50)에서 디스플레이되는 복수의 객체를 뎁스(deopth)를 기준으로 표시한 도면이 도시되어 있다. 복수의 객체는 뎁스에 따라 디스플레이 패널(50) 면에 위치한 것으로 인식될 수 있고, 뎁스에 따라 다양한 깊이를 가진 것으로 인식될 수도 있다. 즉, 메인 객체(71)는 디스플레이 패널 면에 위치한 것으로 인식될 수 있고, 서브 객체(72, 73)는 메인 객체(71) 뒤쪽에 위치한 것으로 인식될 수 있다.
이와 같이 3D 영상에 포함된 객체들은 뎁스 정보에 따라 서로 다른 장소에 위치한 것으로 사용자에게 인식된다. 아래에서는 3D 영상을 시청하는 사용자의 특성에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 수렴(Convergence) 및 촛점 조절(Accomodation) 간의 관계를 설명하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 사용자가 메인 객체(71) 및 서브 객체(73)을 바라보는 도면이 도시되어 있다.
사용자는 양안의 수렴(Convergence)(2) 및 촛점 조절(Accomodation)(4) 과정을 통해 객체를 바라본다. 양안의 수렴(2)이란 한 사물을 바라볼 때 양안이 수렴되는 것을 의미한다. 즉, 사람의 눈은 가까이 다가오거나 멀어지는 물체에 촛점을 맞추기 위해 눈동자가 회전하여 물체와 두 눈 사이의 각도를 맞춘다. 사람의 눈은 약 6-7cm 떨어져 있기 때문에 생기는 양안 시차가 발생하고, 이러한 양안 시차에 의해 입체감이 형성된다. 촛점 조절(4)이란 사물의 특정 부분을 응시할 때 대상물과의 거리에 따라 수정체의 촛점 거리가 변하는 것을 의미한다. 사람의 뇌는 이러한 촛점 거리를 이용하여 객체까지의 거리를 계산하며, 복수의 객체 간의 거리가 다름을 느낌으로써 입체감을 느낄 수 있다.
사용자가 3D 영상을 볼 때, 사용자는 특정 객체에 촛점을 맞춘다. 예를 들어 특정 객체는 상대적으로 가까이 있는 객체, 상대적으로 큰 객체, 상대적으로 선명한 객체, 사람 등과 같이 상대적으로 의미가 있는 객체일 수 있다. 즉, 본 발명에서 메인 객체(71)은 상술한 특정 객체에 해당한다. 사용자가 메인 객체(71)에 촛점을 맞추어 바라보는 경우, 상대적으로 서브 객체(73)에는 촛점을 맞출 수 없기 때문에 상대적으로 흐릿하게 보이게 된다. 반대로 말해서, 메인 객체(71)는 선명하게 표시되고 서브 객체(73)는 흐릿하게 표시되면, 사용자는 객체 간 더 큰 뎁스 차를 느낄 수 있으므로 더 큰 입체감을 느낄 수 있다. 또한, 촛점을 맞춘 메인 객체(71)가 선명하게 표시되면, 사용자는 더 높은 해상도로 영상을 보는 것으로 인식할 수 있다. 따라서, 본 발명은 메인 객체(71)를 추출하여 2D 이미지 프레임을 생성하고, 메인 객체(71)를 제외한 나머지 영역에 대해 3D 이미지 프레임을 생성하여 교번적으로 디스플레이한다. 디스플레이 장치는 3D 이미지 프레임보다 고해상도의 2D 이미지 프레임을 출력한다. 이와 같은 방식으로 디스플레이 장치는 사용자에게 고해상도 3D 이미지 및 향상된 입체감을 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2D 이미지 프레임 및 3D 이미지 프레임을 설명하는 도면이다.
도 7(a)를 참조하면 2D 이미지 프레임(50a)이 도시되어 있다. 디스플레이 장치는 영상 프레임으로부터 메인 객체(71)를 추출한다. 예를 들어, 메인 객체(71)는 사용자 관점에서 가장 가까운 객체, 사용자 입력에 따라 선택된 객체, 하나의 영상 프레임 내에서 사람의 얼굴 또는 바디(body), 텍스트 정보일 수 있다. 디스플레이 장치는 메인 객체(71)만을 포함하는 2D 이미지 프레임(50a)을 생성한다. 2D 이미지 프레임은 3D 이미지 프레임보다 높은 해상도를 가질 수 있다. 일 실시 예로서, 2D 이미지 프레임(50a)은 디스플레이 장치에서 지원 가능한 최대 해상도를 가질 수 있다.
도 7(b)를 참조하면, 3D 이미지 프레임(50b)이 도시되어 있다. 디스플레이 장치는 영상 프레임 중 메인 객체(71)을 제외한 나머지 영역에 대해 3D 이미지 프레임(50b)를 생성한다. 즉, 3D 이미지 프레임(50b)는 서브 객체(72, 73)를 포함한다. 서브 객체(72, 73)는 배경 이미지일 수 있다. 3D 이미지 프레임(50b)은 메인 객체(71)가 위치한 영역을 검은색으로 표시할 수 있다. 3D 이미지 프레임(50b)은 메인 객체(71)를 제외하고 일반 무안경 3D 디스플레이 장치에서 제공되는 이미지 프레임과 동일한 이미지 프레임일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사람을 메인 객체로 추출하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 8(a)를 참조하면 하나의 영상 프레임(52)은 사람(76), 건물(77), 나무(78)을 포함한다. 도 8에서는 사람(76)이 메인 객체이므로, 디스플레이 장치는 사람(76) 영역을 추출하여 2D 이미지 프레임 및 3D 이미지 프레임을 생성할 수 있다.
도 8(b-1)을 참조하면 2D 이미지 프레임(52a)가 도시되어 있다. 상술한 바와 같이 디스플레이 장치는 메인 객체인 사람(76)만을 포함하는 2D 이미지 프레임(52a)를 생성할 수 있다. 2D 이미지 프레임(52a)은 사람(76) 이외의 영역에 대해서 검은색으로 표현될 수 있다.
도 8(b-2)를 참조하면 3D 이미지 프레임(52b)가 도시되어 있다. 디스플레이 장치는 메인 객체인 사람(76)을 제외한 나머지 영역만으로 일반적인 3D 프레임과 동일한 3D 이미지 프레임(52b)을 생성할 수 있다. 3D 이미지 프레임(52b)은 사람 영역에 대해서 검은색으로 표현될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2D 이미지 프레임 및 3D 이미지 프레임을 교번적으로 디스플레이하는 과정을 설명하는 도면이다.
디스플레이 장치는 2D 이미지 프레임(52a)와 3D 이미지 프레임(53a)를 교번적으로 디스플레이한다. 이 때, 디스플레이 장치는 액정층에 전계를 인가함으로써 패널부에서 발산되는 광을 굴절시키거나 굴절시키지 않도록 할 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 장치는 t1 시점에 2D 이미지 프레임(52a)를 디스플레이하면서 액정층의 전극에 전계가 인가되지 않도록 제어할 수 있다. 이 경우, 액정층과 매질층은 동일한 굴절률을 갖을 수 있다. 따라서, 고해상도의 2D 이미지 프레임(52a)은 굴절없이 사용자의 양안으로 입사될 수 있다.
디스플레이 장치는 t2 시점에 3D 이미지 프레임(52b)를 디스플레이하면서 액정층의 전극에 전계가 인가되도록 제어할 수 있다. 이 경우, 액정층과 매질층은 상이한 굴절률을 갖을 수 있다. 따라서, 3D 이미지 프레임(52b)은 굴절되고, 시차가 서로 다른 두 개의 영역이 각각 사용자의 좌안 및 우안으로 입사될 수 있다.
경우에 따라, 디스플레이 장치는 크로스 토크를 방지하기 위해 2D 이미지 프레임(52a) 및 3D 이미지 프레임(52b) 사이에 검은색의 삽입 이미지를 추가할 수도 있다. 이 경우, 디스플레이 장치는 2D 이미지 프레임(52a), 삽입 이미지 프레임, 3D 이미지 프레임(52b), 삽입 이미지 프레임 순으로 교번적으로 출력할 수도 있다.
이와 같은 과정을 반복함으로써 사용자는 고해상도의 2D 이미지 프레임 및 3D 이미지 프레임을 볼 수 있고, 고해상도 3D 영상 및 향상된 입체감을 느낄 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 제어 방법의 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 디스플레이 장치는 영상 프레임으로부터 메인 객체를 추출하여 추출된 메인 객체 영역에 대해 2D 이미지 프레임을 생성하고, 메인 객체를 제외한 나머지 영역에 대해 3D 이미지 프레임을 생성한다(S1010). 2D 이미지 프레임을 생성하기 위해 디스플레이 장치는 사용자 관점에서 가장 가까운 객체, 사용자 입력에 따라 선택된 객체, 영상 프레임 내의 객체 중 사람의 얼굴 또는 바디, 영상 프레임 내의 텍스트 정보를 메인 객체로 추출할 수 있다.
디스플레이 장치는 2D 이미지 프레임과 3D 이미지 프레임을 교번적으로 출력한다(S1020). 2D 이미지 프레임은 고해상도(예, 디스플레이 장치가 지원 가능한 최대 해상도)로 출력될 수 있다.
이때, 디스플레이 장치는 2D 이미지 프레임과 3D 이미지 프레임의 출력과 동기화하여 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 편광 방향을 제어한다(S1030). 하나의 예로서, 디스플레이 장치는 2D 이미지 프레임을 출력하는 경우, 패널부의 배향 방향과 수직한 광을 출력하여 광학적 등방성 특성을 갖도록 패널부를 제어할 수 있다. 디스플레이 장치는 3D 이미지 프레임을 출력하는 경우, 패널부의 배향 방향과 평행한 광을 출력하여 광학적 이방성 특성을 갖도록 패널부를 제어할 수 있다.
다른 예로서, 디스플레이 장치는 2D 이미지 프레임을 출력하는 경우, 디스플레이 패널에 포함된 전극에 전계를 인가하지 않음으로써 디스플레이 패널에 포함된 액정층 및 매질층이 동일한 굴절률을 갖도록 제어할 수 있다. 그리고, 디스플레이 장치는 3D 이미지 프레임을 출력하는 경우, 디스플레이 패널에 포함된 전극에 전계를 인가함으로써 디스플레이 패널에 포함된 액정층 및 매질층이 상이한 굴절률을 갖도록 제어할 수 있다.
상술한 다양한 실시 예에 따른 디스플레이 장치 제어 방법은 프로그램으로 구현되어 디스플레이 장치에 제공될 수 있다.
일 예로, 영상 프레임으로부터 메인(main) 객체를 추출하여 추출된 메인 객체 영역에 대해 2D 이미지 프레임을 생성하고, 영상 프레임 중 메인 객체를 제외한 나머지 영역에 대해 3D 이미지 프레임을 생성하는 단계, 기 설정된 제1 해상도의 2D 이미지 프레임 및 기 설정된 제2 해상도의 3D 이미지 프레임을 교번적으로 출력하는 단계를 수행하며, 출력하는 단계는 2D 이미지 프레임과 3D 이미지 프레임의 출력과 동기화하여 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 편광 방향을 제어하는 과정을 수행하는 프로그램이 저장된 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)가 제공될 수 있다.
비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100, 100a : 디스플레이 장치
110, 121 : 이미지 처리부 120, 120a : 제어부
130 : 디스플레이 패널 131 : 패널부
132 : 렌즈부 140 : 입력부

Claims (14)

  1. 디스플레이 장치에 있어서,
    영상 프레임으로부터 메인(main) 객체를 추출하여 추출된 메인 객체 영역에 대해 2D 이미지 프레임을 생성하고, 상기 영상 프레임 중 상기 메인 객체를 제외한 나머지 영역에 대해 3D 이미지 프레임을 생성하는 이미지 처리부;
    기 설정된 제1 해상도의 상기 2D 이미지 프레임 및 기 설정된 제2 해상도의 상기 3D 이미지 프레임을 교번적으로 출력하는 디스플레이 패널; 및
    상기 2D 이미지 프레임과 상기 3D 이미지 프레임의 출력과 동기화하여 상기 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 편광 방향을 제어하는 제어부;를 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은,
    패널부; 및
    상기 패널부에서 발산되는 광을 굴절 또는 직진시키는 렌즈부;를 포함하며,
    상기 렌즈부는,
    편광 방향에 따라 광학적 등방성 또는 이방성 특성을 가지는 마이크로렌즈; 및
    편광 방향을 스위칭할 수 있는 편광 스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 렌즈부는,
    상기 패널부의 배향 방향과 수직한 광이 입사되면 광학적 등방성 특성을 가지며, 상기 패널부의 배향 방향과 평행한 광이 입사되면 광학적 이방성 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 2D 이미지 프레임을 출력하는 경우, 배향 방향과 수직한 광을 출력하여 광학적 등방성 특성을 갖도록 상기 패널부를 제어하고,
    상기 3D 이미지 프레임을 출력하는 경우, 배향 방향과 평행한 광을 출력하여 광학적 이방성 특성을 갖도록 상기 패널부를 제어하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 처리부는,
    상기 영상 프레임 내의 객체 중 사용자 관점에서 가장 가까운 객체를 메인 객체로 추출하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 처리부는,
    사용자 입력에 따라 선택된 객체를 메인 객체로 추출하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 처리부는,
    상기 영상 프레임 내의 객체 중 사람의 얼굴 또는 바디(body)를 메인 객체로 추출하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 처리부는,
    상기 영상 프레임 내의 텍스트 정보를 메인 객체로 추출하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 디스플레이 장치의 제어 방법에 있어서,
    영상 프레임으로부터 메인(main) 객체를 추출하여 추출된 메인 객체 영역에 대해 2D 이미지 프레임을 생성하고, 상기 영상 프레임 중 상기 메인 객체를 제외한 나머지 영역에 대해 3D 이미지 프레임을 생성하는 단계;
    기 설정된 제1 해상도의 상기 2D 이미지 프레임 및 기 설정된 제2 해상도의 상기 3D 이미지 프레임을 교번적으로 출력하는 단계;를 포함하며,
    상기 출력하는 단계는,
    상기 2D 이미지 프레임과 상기 3D 이미지 프레임의 출력과 동기화하여 디스플레이 패널에서 출력되는 광의 편광 방향을 제어하는, 디스플레이 장치의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 출력하는 단계는,
    상기 2D 이미지 프레임을 출력하는 경우, 배향 방향과 수직한 광을 출력하여 광학적 등방성 특성을 갖도록 상기 패널부를 제어하고,
    상기 3D 이미지 프레임을 출력하는 경우, 배향 방향과 평행한 광을 출력하여 광학적 이방성 특성을 갖도록 상기 패널부를 제어하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 2D 이미지 프레임을 생성하는 단계는,
    상기 영상 프레임 내의 객체 중 사용자 관점에서 가장 가까운 객체를 메인 객체로 추출하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 2D 이미지 프레임을 생성하는 단계는,
    사용자 입력에 따라 선택된 객체를 메인 객체로 추출하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 2D 이미지 프레임을 생성하는 단계는,
    상기 영상 프레임 내의 객체 중 사람의 얼굴 또는 바디(body)를 메인 객체로 추출하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 2D 이미지 프레임을 생성하는 단계는,
    상기 영상 프레임 내의 텍스트 정보를 메인 객체로 추출하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제어 방법.
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