KR20180048082A - 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스플레이 패널과 렌즈 어레이로 구성되는 디스플레이 장치를 포함하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치에서, 베이스판, 상기 디스플레이 패널에 의해 재현되는 입체 영상을 촬영하기 위한 카메라, 상기 디스플레이 패널의 수평면에 수직하는 직선 상의 베이스판 상에 설치되는 레일, 상기 카메라와 결합되어, 상기 레일을 따라 상기 디스플레이 패널에 근접하는 제1 방향 또는 상기 디스플레이 패널에 멀어지는 제2 방향으로 상기 카메라를 이동시키기 위한 이동부재, 상기 베이스판 상에 상기 디스플레이 패널과 결합되어 위치하며, 상기 디스플레이 패널을 회전시키기 위한 회전부재 및 미리 정해진 회전 각도만큼 상기 회전부재를 회전시키면서 상기 카메라를 통해 입체 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 분석하여 시야각을 산출하고, 미리 정해진 단위 간격만큼 상기 이동부재를 상기 제1 방향 또는 제2 방향으로 이동시키면서 상기 카메라를 통해 입체 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 분석하여 심도 범위를 산출하는 측정부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 시야각과 심도범위를 용이하게 산출할 수 있는 효과가 있다.

Description

집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치 및 방법 {Apparatus and method for assessing image quality of integral imaging display}
본 발명은 디스플레이 특성 평가 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 3차원 집적영상을 표시하는 집적영상 디스플레이의 화질을 평가하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
평면 영상으로부터 3차원의 깊이감과 입체감을 느낄 수 있도록 하는 3차원 영상 구현기술은 디스플레이(display) 등의 직접적인 관련분야를 비롯해서 가전이나 통신 산업은 물론 우주항공, 예술 산업, 자동차 사업 분야 등에 광범위하게 영향을 미치고 있으며, 그 기술적 파급효과는 현재 각광받고 있는 HDTV(High Definition Television) 이상이 될 것으로 기대되고 있다.
인간이 깊이감과 입체감을 느끼는 요인으로 가장 중요하게는 두 눈 사이 간격에 의한 양안시차를 들 수 있지만, 이외에도 심리적, 기억적 요인에도 깊은 관계가 있고, 이에 따라 3차원 영상 구현기술 역시 관찰자에게 어느 정도의 3차원 영상정보를 제공할 수 있는지를 기준으로 통상 부피표현방식(volumetric type), 3차원표현방식(holographic type), 입체감표현방식(stereoscopic type)으로 구분된다.
부피표현방식은 심리적인 요인과 흡입효과에 의해 깊이방향에 대한 원근감이 느껴지도록 하는 방법으로서, 투시도법, 중첩, 음영과 명암, 움직임 등을 계산에 의해 표시하는 3차원 컴퓨터그래픽 또는 관찰자에게 시야각이 넓은 대화면을 제공하여 그 공간 내로 빨려들어가는 것 같은 착시현상을 불러일으키는 이른바 아이맥스 영화 등에 응용되고 있다.
가장 완전한 입체영상 구현기술이라 알려져 있는 3차원 표현방식은 레이저광 재생 홀로그래피 내지 백색광 재생 홀로그래피로 대표될 수 있다.
그리고 입체감표현방식은 양안(兩眼)의 생리적 요인을 이용하는 입체감을 느끼는 방식으로, 구체적으로 약 65㎜정도 떨어져 존재하는 인간의 좌우안(左右眼)에 시차정보가 포함된 평면의 연관영상이 보일 경우에 뇌가 이들을 융합하는 과정에서 표시면 전후의 공간정보를 생성해 입체감을 느끼는 능력, 즉 스테레오그라피(stereography)를 이용한 것이다. 이러한 입체감표현방식은 다안상 표시방식이라 불리며, 실질적인 입체감 생성 위치에 따라 관찰자 측의 특수 안경을 이용하는 안경방식 또는 표시면 측의 패럴랙스 베리어(parallax barrier)나 렌티큘러(lenticular) 또는 인테그럴(integral) 등의 렌즈어레이(lens array)를 이용하는 무안경 방식으로 구분될 수 있다.
부피표현방식 중 하나인 집적영상방식은, 실제 3차원 대상물에서 나오는 광의 분포 및 휘도와 동일한 광특성을 재현함으로써 실제 3차원 대상물이 없더라도 가상의 3차원 입체 영상을 인식하도록 한다.
집적 영상 방식은 립만(Lippmann)에 의해 1908년에 처음 제안되었다.
도 1은 집적영상 시스템의 픽업 및 디스플레이 개념도이다.
도 1을 참조하면, 집적 영상 디스플레이 방식은 크게 영상 획득 단계(픽업(pick up))와 영상 재생(디스플레이(display)) 단계로 구분한다.
영상 획득 단계(픽업)는 이미지 센서와 같은 2차원 감지기와 렌즈 어레이(Lens Array)로 구성되며, 이때 3차원 객체는 렌즈 어레이 앞에 위치한다. 그러면 3차원 객체의 다양한 영상정보들이 렌즈 어레이를 통과한 후 2차원 감지기에 저장된다. 이때 저장된 영상은 요소 영상(Elemental Images)으로서 3차원 재생을 위해 이용된다.
이후 집적 영상 기술의 영상 재생 단계는 영상 획득 단계(픽업)의 역과정으로, LCD 등과 같은 디스플레이 장치와 렌즈 어레이로 구성된다. 여기서, 영상 획득 단계(픽업)에서 얻은 요소 영상은 디스플레이 장치에 표시되고, 요소 영상의 영상 정보는 렌즈 어레이를 통과하여 공간상에 3차원 영상으로 재생된다.
3차원 집적영상 디스플레이 장치는 기초 영상을 재생하는 디스플레이 패널과 각 렌즈와의 거리에 따라, 집적영상(입체 영상)을 제대로 감상할 수 있는 시청 영역 즉, 렌즈 어레이와 사용자의 거리(초점의 심도범위) 및 최대 시야각이 결정될 수 있다.
집적영상은 렌즈 어레이를 통해 획득된 요소영상들의 집합이다.
집적영상 디스플레이 장치는 요소영상(집적영상)들을 재생하는 디스플레이 패널과 렌즈 어레이로 구성되며, 사용되는 디스플레이 패널의 픽셀 피치의 크기와 렌즈 어레이의 크기에 따라, 재생되는 3차원 영상의 시야각과 3차원 영상의 심도범위(depth of field)가 결정된다.
집적영상 디스플레이 장치의 품질을 평가하는 주요 요소는, 재생되는 3차원 영상의 관측 각도(시야각) 범위와, 재생되는 3차원 영상의 심도범위(깊이 방향으로의 거리)이다.
종래의 3D 디스플레이의 평가방법은, 3D 패널에 좌안 영상과 우안 영상을 풀 스크린 화이트 영상 및 풀 스크린 블랙 영상을 표시한 후, 그에 대한 카메라 촬영 영상의 휘도에 의한 크로스토크를 측정하여 시점과 시점 사이의 간격 등을 측정하는 기술이다. 즉, 이러한 종래 기술은 여러 시점영상을 디스플레이 하는 3차원 디스플레이의 시점 간의 분리도와 시야각 등의 품질을 평가하는 방법으로서, 특정 공간 혹은 원형의 3차원 입체영상을 표시하는 집적영상의 시야각 측정 방법과는 차이가 있다.
이처럼 종래에는 집적영상 디스플레이를 다양하게 평가할 수 있는 방법이 없었으며, 따라서 집적영상 디스플레이의 다양한 요소를 평가할 수 있는 기술이 필요하다.
대한민국 공개특허 10-2009-0002662
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 집적영상 디스플레이의 3차원 영상의 허용 관측각도와, 깊이 방향의 3차원 영상 표시 영역을 측정할 수 있는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 디스플레이 패널과 렌즈 어레이로 구성되는 디스플레이 장치를 포함하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치에서, 베이스판, 상기 디스플레이 패널에 의해 재현되는 입체 영상을 촬영하기 위한 카메라, 상기 디스플레이 패널의 수평면에 수직하는 직선 상의 베이스판 상에 설치되는 레일, 상기 카메라와 결합되어, 상기 레일을 따라 상기 디스플레이 패널에 근접하는 제1 방향 또는 상기 디스플레이 패널에 멀어지는 제2 방향으로 상기 카메라를 이동시키기 위한 이동부재, 상기 베이스판 상에 상기 디스플레이 패널과 결합되어 위치하며, 상기 디스플레이 패널을 회전시키기 위한 회전부재 및 미리 정해진 회전 각도만큼 상기 회전부재를 회전시키면서 상기 카메라를 통해 입체 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 분석하여 시야각을 산출하고, 미리 정해진 단위 간격만큼 상기 이동부재를 상기 제1 방향 또는 제2 방향으로 이동시키면서 상기 카메라를 통해 입체 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 분석하여 심도 범위를 산출하는 측정부를 포함한다.
상기 측정부는 미리 정해진 회전 각도만큼 상기 회전부재를 회전시키면서 상기 카메라를 통해 입체 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 분석하여 순차적으로 각도별 촬영 영상의 품질을 미리 정해진 제1 임계치과 비교하고, 어느 각도에서 촬영된 촬영 영상의 품질이 상기 제1 임계치 미만이면 그 이전 각도에 해당하는 회전 각도를 이용하여 시야각을 산출할 수 있다.
상기 측정부는 미리 정해진 단위 간격만큼 상기 이동부재를 상기 제1 방향 또는 제2 방향으로 이동시키면서 상기 카메라를 통해 입체 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 분석하여 순차적으로 거리별 촬영 영상의 품질을 미리 정해진 제2 임계치와 비교하고, 어느 거리에서 촬영된 촬영 영상의 품질이 상기 제2 임계치 미만이면, 그 이전 거리를 이용하여 심도 범위를 산출할 수 있다.
상기 측정부는 촬영된 촬영 영상의 고주파 에너지 값을 계산하고, 어느 거리에서 촬영된 촬영 영상의 고주파 에너지 값이 미리 정해진 제3 임계치 미만이면, 그 이전 거리를 이용하여 심도 범위를 산출할 수 있다.
상기 측정부는 스펙트럼 분석에 의해 촬영된 촬영 영상의 고주파 에너지 값을 계산할 수 있다.
fLA는 렌즈 어레이의 초점 거리이고, g는 렌즈 어레이와 디스플레이 패널 사이의 거리이고, zCDP 는 3D 영상이 재구성되는 공간의 중심면(CDP; Central Depth Plane)이고, Δz는 3D 영상이 재구성될 수 있는 공간의 깊이인 초점의 심도 범위이고, θ는 구성된 3D 영상의 시야각이고, PL은 기초 렌즈의 크기이고, PD는 디스플레이 패널의 픽셀 간격(Pixel Pitch)이고, PI는 재구성된 3D 영상의 픽셀 크기라고 할 때, 상기 디스플레이 장치의 기본 시야각 θ'은 기초 렌즈의 크기 PL와 디스플레이 패널과 렌즈 어레이의 간격 g에 의해 결정되며,
Figure pat00001
,
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
의 수학식으로 관계를 나타낼 수 있다.
본 발명의 디스플레이 패널과 렌즈 어레이로 구성되는 디스플레이 장치를 포함하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치에서의 화질 평가 방법에서, 미리 정해진 회전 각도만큼 상기 디스플레이 패널을 회전시키면서 카메라를 통해 상기 디스플레이 패널을 통해 재현되는 입체 영상을 촬영하는 단계, 상기 각도별 입체 영상을 분석하여 시야각을 산출하는 단계, 상기 디스플레이 패널과 상기 카메라 간의 거리를 변화시키면서 상기 디스플레이 패널을 통해 재현되는 입체 영상을 촬영하는 단계 및 상기 거리별 입체 영상을 분석하여 심도 범위를 산출하는 단계를 포함한다.
상기 각도별 입체 영상을 분석하여 시야각을 산출하는 단계에서, 미리 정해진 회전 각도만큼 상기 디스플레이 패널을 회전시키면서 상기 카메라를 통해 입체 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 분석하여 순차적으로 각도별 촬영 영상의 품질을 미리 정해진 제1 임계치과 비교하고, 어느 각도에서 촬영된 촬영 영상의 품질이 상기 제1 임계치 미만이면 그 이전 각도에 해당하는 회전 각도를 이용하여 시야각을 산출할 수 있다.
미리 정해진 단위 간격만큼 상기 디스플레이 패널과 상기 카메라 간의 간격이 좁혀지도록 하거나 멀어지도록 하면서, 상기 카메라를 통해 입체 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 분석하여 순차적으로 거리별 촬영 영상의 품질을 미리 정해진 제2 임계치와 비교하고, 어느 거리에서 촬영된 촬영 영상의 품질이 상기 제2 임계치 미만이면, 그 이전 거리를 이용하여 심도 범위를 산출할 수 있다.
상기 거리별 촬영 영상의 고주파 에너지 값을 계산하고, 어느 거리에서 촬영된 촬영 영상의 고주파 에너지 값이 미리 정해진 제3 임계치 미만이면, 그 이전 거리를 이용하여 심도 범위를 산출할 수 있다.
상기 거리별 촬영 영상의 고주파 에너지 값을 계산할 때, 스펙트럼 분석 기법을 이용하여 고주파 에너지 값을 계산할 수 있다.
fLA는 렌즈 어레이의 초점 거리이고, g는 렌즈 어레이와 디스플레이 패널 사이의 거리이고, zCDP 는 3D 영상이 재구성되는 공간의 중심면(CDP; Central Depth Plane)이고, Δz는 3D 영상이 재구성될 수 있는 공간의 깊이인 초점의 심도 범위이고, θ는 구성된 3D 영상의 시야각이고, PL은 기초 렌즈의 크기이고, PD는 디스플레이 패널의 픽셀 간격(Pixel Pitch)이고, PI는 재구성된 3D 영상의 픽셀 크기라고 할 때, 상기 디스플레이 장치의 기본 시야각 θ'은 기초 렌즈의 크기 PL와 디스플레이 패널과 렌즈 어레이의 간격 g에 의해 결정되며,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
의 수학식으로 관계를 나타낼 수 있다.
본 발명에 의하면, 3차원 집적영상 디스플레이 시에 디스플레이 패널의 각도별, 거리별로 입체 영상의 화질을 산출하여, 시야각과 심도범위를 용이하게 산출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 집적영상 시스템의 픽업 및 디스플레이 개념도이다.
도 2는 집적영상 디스플레이 장치의 기본 파라미터를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 집적영상 디스플레이 장치의 시야각을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 집적영상 디스플레이 장치의 재현 영상의 심도범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치에 재현되는 영상을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 접적영상 디스플레이의 화질 평가 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 접적영상 디스플레이의 화질 평가 방법을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 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 발명에서 3차원 집적영상 디스플레이 장치는 렌즈 어레이를 이용하므로, 요소 렌즈의 광학적 특성이 입체 영상의 품질에 많은 영향을 미친다. 특히, 입체 영상의 품질은 요소 렌즈의 초점거리와 밀접한 관계가 있다.
도 2는 집적영상 디스플레이 장치의 기본 파라미터를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 집적영상 디스플레이 장치의 시야각을 설명하기 위한 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 집적영상 디스플레이 장치의 재현 영상의 심도범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 3차원 집적영상 디스플레이 장치의 기본 파라미터는 다음과 같다.
fLA: 렌즈 어레이의 초점 거리
g: 렌즈 어레이와 디스플레이 패널 사이의 거리
zCDP: 3D 영상이 재구성되는 공간의 중심면(CDP; Central Depth Plane)
Δz: 3D 영상이 재구성될 수 있는 공간의 깊이(초점의 심도 범위)
θ: 재구성된 3D 영상의 시야각
PL: 기초 렌즈의 크기
PD: 디스플레이 패널의 픽셀 간격(Pixel Pitch)
PI: 재구성된 3D 영상의 픽셀 크기
도 3을 참조하면, 3차원 집적영상 디스플레이 장치의 기본 시야각(θ')은 기초 렌즈의 크기(PL)와 디스플레이 패널과 렌즈 어레이의 간격(g)에 의해 결정된다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure pat00009
물론, 관찰자의 위치는 광학적으로 제한될 수는 없기 때문에, 시야각을 넘어선 위치에서도 영상을 볼 수는 있으나, 이러한 위치에서는 제대로 된 입체 영상을 감상할 수 없거나, 중복되는 영상(도 3의 점선위치 참조)이 보일 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 렌즈 어레이의 초점 거리가 거의 고정적이므로, 집적영상 디스플레이 패널은 입체영상의 결상 위치가 렌즈의 특성에 의해 결정된다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure pat00010
Figure pat00011
또한, 시야각의 범위 내에서도 관찰자가 입체 영상의 결상 위치 초점의 심도 범위(Depth of focus; Δｚ)를 벗어나면, 관측되는 입체 영상의 화질이 저하된다.
이와 같은 깊이 평면의 초점의 심도 범위(Δz)는 다음 수학식 4와 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00012
이와 같이 수식적으로 계산된 시야각(Viewing Angle) 및 초점의 심도 범위는 입체 영상의 화질에 관계 없이 입체 영상 자체를 관측 가능한 시야각과 초점의 심도범위이다. 따라서, 이는 실제로 화질 저하 없이 제대로 된 입체 영상을 관측할 수 있는 실측 시야각 및 초점의 심도범위와는 차이가 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치는 베이스판(510), 레일(520), 이동부재(530), 회전부재(540), 카메라(550) 및 측정부(560)를 포함한다.
베이스판(510)은 지면에 놓여지며, 베이스판(510) 상에 이동부재(530), 레일(520) 및 회전부재(540)가 위치하여 고정된다.
레일(520)은 베이스판(510)상에 구비되며, 회전되지 않은 디스플레이 패널(70)의 수평면의 중심에 수직하는 직선 상에 위치한다. 레일(520)은 그와 결합된 이동 부재(530)에 이동 경로를 제공한다.
이때, 레일(520)은 다양한 디스플레이 패널(70)의 초점의 심도범위를 포함하도록, 디스플레이 패널(70)의 초점의 심도범위 이상의 길이로 형성되는 것이 좋다.
이동부재(530)는 레일(520)과 결합하는 결합부, 레일(520)상에서 이동할 수 있도록 하는 바퀴 등의 이동부, 카메라(550)를 고정하는 고정부, 결합부와 고정부 사에 구비되어 카메라(550)를 베이스판(510)으로부터 일정 높이만큼 이격시키기 위한 이격부 등을 포함하여 구성된다. 이 같은 구성의 이동부재(530)를 통해 카메라(550)를 베이스판(510)으로부터 일정 높이만큼 이격하여 고정시킬 수 있고, 레일(520)과 맞물려 디스플레이 패널(70)에 가까워지는 제1방향 또는 디스플레이 패널(70)에서 멀어지는 제2방향으로 이동시킬 수 있다.
여기서, 이동부재(530)의 이격부는 카메라(550)의 베이스판(510)과의 이격 높이를 조정할 수 있는 조정부재를 포함할 수 있다. 일 예로서, 조정부재는 베이스판(510)과의 이격 거리가 표시되어 나사 등으로 조정되는 수동형 부재일 수 있다. 타 예로서, 조정부재는 측정부의 지시에 따른 거리만큼 베이스판(510)과 이격되는 자동형 부재일 수도 있다.
이와 같이 이동부재(530)는 측정부의 지시에 따라 카메라(550)를 디스플레이 패널(70)과 일정 간격만큼 이격시킬 수 있다.
회전부재(540)는 디스플레이 패널(70)을 그 상단에 고정하여 좌우로 회전시키는 역할을 한다.
본 발명에서 회전부재(540)는 디스플레이 패널(70)을 고정시키는 상판과, 상판을 회전시키는 회전부와 디스플레이 패널(70)을 베이스판(510)으로부터 일정 높이만큼 이격시키기 위한 지지부 등을 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 회전부재(540)의 회전 각도는 디스플레이 패널(70)을 포함하는 다양한 디스플레이 패널의 수식적 시야각 이상인 것이 바람직하다.
또한, 회전부재(540)는 디스플레이 패널(70)의 높이를 조정할 수 있는 조정부재를 더 포함할 수도 있다.
회전부재(540)는 측정부(560)의 지시에 따른 회전각도 만큼 디스플레이 패널(70)을 회전시킬 수 있다.
카메라(550)는 이동부재(530)에 장착되어, 측정부(560)의 지시에 따라 디스플레이 패널(70)에 의해 재생되는 입체 영상을 촬영한다.
본 발명에서 집적영상 디스플레이부는 기초 영상들을 재생하기 위한 디스플레이 패넌ㄹ(70) 및 기초 영상을 입체 영상으로 합성하기 위한 렌즈 어레이(Lens Array)(72)를 포함한다. 이때, 디스플레이 패널(70)에 의해 재생되는 기초 영상들은 측정부(560)의 연산량을 줄이기 위해서 복잡하지 않은 칼라 영상인 것이 바람직하다.
측정부(560)는 회전부재(540) 및 이동부재(530)를 제어하여 카메라(550)의 위치 및 디스플레이 패널(70)의 방향을 변화시키며, 카메라(550)를 제어하여 디스플레이 패널(70)에 의해 재생되는 입체 영상을 촬영한다. 이후, 측정부(560)는 촬영 영상을 분석하여 디스플레이 패널(70)의 시청 영역을 측정한다. 예컨대, 측정부(560)는 중앙처리장치, PC, 컴퓨터 등으로 구현될 수 있다.
이하, 측정부(560)의 시야각 측정 과정과 초점의 심도범위 측정 과정을 구분하여 설명하기로 한다.
시야각 측정 과정
디스플레이 패널(70)을 회전시키며 카메라(550)에 의해 입체 영상을 촬영하면, 카메라(550)에 의한 입체 영상의 촬영 각도가 달라진다. 디스플레이 패널(70)의 회전각도 변화에 의해 카메라(550)가 디스플레이 패널(70)의 실측 시야각을 벗어나면, 촬영 영상 내 입체 영상은 깨진다. 따라서, 측정부(560)는 촬영 영상을 분석하여 디스플레이 패널의 시야각을 측정할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치에 재현되는 영상을 보여주는 도면이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명에서 측정부(560)는 회전 부재(540)의 회전각도를 제어하여 디스플레이 패널(70)을 기설정된 단위 각도씩(예컨대, 1°) 오른쪽 또는 왼쪽으로 회전시키며, 카메라(550)에 입체 영상을 촬영할 것을 지시한다. 그리고, 측정부(560)는 각도별 촬영 영상을 측정하는데, 예컨대 공간 주파수 분석하여 촬영 영상의 초점 품질을 측정한다. 이어서, 측정부(560)는 촬영 영상의 초점 품질이 기설정된 임계치 이상이 되는 오른쪽 및 왼쪽 회전각도를 확인하고, 이들을 종합하여 디스플레이 패널(70)의 시야각(θ)을 측정할 수 있다.
다시 말해, 카메라(550)가 디스플레이 패널(70)의 시야각 범위 내에 위치할 경우에는 그 촬영 영상의 초점품질이 임계치 이상일 수 있으므로, 본 발명에서는 이러한 특징을 이용하여 디스플레이 패널(70)의 시야각을 측정할 수 있게 된다.
한편, 측정부(560)는 이동부재(530)의 높이를 조절하면서 전술한 방식으로 촬영 영상의 초점품질을 분석하여 상하 시야각을 측정할 수도 있다.
초점의 심도범위 측정 과정
카메라(550)를 제1방향 또는 제2방향으로 이동시키면서 입체 영상을 촬영하면, 촬영 영상은 깊이 평면(Depth Plane)의 초점의 심도범위 내에서는 초점품질이 임계치 이상이지만, 초점의 심도범위를 벗어나면 화질이 급격히 저하된다. 본 발명에서는 이러한 특징을 이용하여 실측 깊이 평면의 초점의 심도범위를 측정할 수 있다.
즉, 측정부(560)는 이동부재(530)를 제어하여 카메라(550)를 디스플레이 패널(70)에 근접하는 제1방향으로 기설정된 단위 간격(예컨대, 5cm)씩 이동시키거나, 디스플레이 패널(70)과 멀어지는 제2방향으로 단위 간격씩 이동시키면서 카메라(550)를 통해 입체 영상을 촬영한다.
그리고, 측정부(560)는 공간 주파수 분석을 통해 이격 간격별 촬영 영상을 분석하여, 그 초점 품질이 임계값 이상이 되는 깊이 평면의 초점의 심도범위를 측정할 수 있다. 예를 들어, 측정부(560)는 기준 촬영 영상의 공간 주파수 분석 결과와 이격 간격별 촬영 영상의 공간 주파수 분석 결과를 비교하여, 그 차이를 확인하고, 그 차이가 기설정된 값 이하가 되는 초점의 심도범위를 측정할 수 있다.
초점 품질의 산출 예
한편, 전술한 과정에서 측정부(560)는 촬영 영상의 초점 품질을 퓨리에 변환 방식, 히스토그램 엔트로피 방식, 그레이레벨 분산 방식 또는 SMD(Sum Modulus Difference) 방식 등과 같은 다양한 공간 주파수 분석 방식으로 분석할 수 있다.
일 예로서, 퓨리에 변환 방식은 영상을 푸리에 변환하여 주파수로 변환하여 스펙트럼을 분석하고, 파워 스펙트럼에서 고주파에너지를 산출하는 것이다. 통상, 영상의 에지 부분이 높은 공간 주파수를 가지므로, 고주파 에너지값이 높으면, 초점품질이 우수한 것이다. 이를 이용하는 경우, 측정부(560)는 촬영 영상의 고주파 에너지값이 기설정된 에너지기준 이상인 시야각 또는 초점의 심도범위를 측정할 수 있다.
다른 예로서, 히스토그램 엔트로피 방식은 촬영 영상의 균일성을 확인하는 방식으로서, 엔트로피의 값이 최소일 때 가장 영상의 초점이 잘 맞는 것이다. 따라서, 이를 이용하는 경우, 측정부(560)는 촬영 영상의 엔트로피 값이 기설정된 엔트로피기준 이하인 시야각 또는 초점의 심도범위를 측정할 수 있다.
또 다른 예로서, 그레이 레벨 분산 방식은 촬영 영상의 선명도를 확인하는 것이다. 따라서, 이 방식을 이용하는 경우, 측정부(560)는 기설정된 선명도기준 이상의 선명도를 갖는 시야각 또는 초점의 심도범위를 측정할 수 있다.
전술한 예에서는 측정부(560)가 카메라(550), 이동부재(530) 및 회전부재(540)를 자동으로 제어하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 하지만, 이와 달리, 실시예에 따라서 카메라(550), 이동부재(530) 및 회전부재(540)가 수동으로 조작될 수도 있음은 물론이다. 이 경우, 디스플레이 패널(70)과 카메라(550)의 이격 거리는 레일(520)이나 베이스판(510)상에 육안으로 식별 가능한 형태로 기입될 수 있다. 마찬가지로, 디스플레이 패널(70)의 회전 각도도 회전부재(540) 상이나 그 주변에 육안으로 식별가능한 형태로 기입될 수 있다. 따라서, 사용자가 이를 기준으로 카메라(550)의 위치나, 디스플레이 패널(70)의 회전각도를 조정하고, 카메라(550)에 의해 입체 영상을 촬영할 수 있다.
또한, 전술한 예에서는 디스플레이 패널(70)이 회전되는 경우를 예로 들어 설명하였다. 하지만, 이와 달리, 디스플레이 패널(70)은 고정되고, 카메라(550)가 디스플레이 패널(70)을 중심으로 회전할 수도 있음은 물론이다.
이와 같이, 본 발명에서는 화질이 저하되지 않는 입체 영상을 시청할 수 있는 집적영상 디스플레이의 시야각과 초점의 심도범위를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 비교적 단순한 구성에 의해 구현될 수 있으므로, 구현 용이성이 매우 높다는 장점이 있다.
본 발명에서 접적영상 디스플레이의 화질 평가 방법은 다음과 같다.
먼저, 측정부(560)는 회전부재(540)에 의해 디스플레이 패널(70)을 오른쪽 또는 왼쪽으로 단위 각도씩 회전시키며, 카메라(550)를 통해 컬러 입체 영상을 촬영한다.
그리고, 측정부(560)는 촬영 영상을 공간 주파수 분석하여 해당 회전각도에서 촬영 영상의 초점 품질이 기설정된 제1 임계치 이상인지를 확인한다.
그리고, 측정부(560)는 해당 회전각도에서 촬영 영상의 초점 품질이 제1 임계치 미만이면, 해당 각도의 이전 각도를 이용해 시야각을 산출한다.
이때, 측정부(560)는 오른쪽 및 왼쪽 중 일 방향으로 단위 각도씩 회전시키며, 촬영 영상의 초점 품질이 임계치 이상인 일 방향의 임계 각도를 확인하고, 이후 타 방향으로 단위 각도식 회전시키며 타 방향의 임계 각도도 측정할 수 있다.
그리고, 측정부(560)는 일 방향의 임계 각도와 타 방향의 임계 각도를 합산하여 디스플레이 패널(70)의 시야각을 산출할 수 있다. 이때, 디스플레이 패널(70)의 특성상 일 방향의 임계각도와 타 방향의 임계각도는 통상 동일하므로, 측정부(560)는 둘 중 하나의 방향의 임계각도를 산출하고, 그 2배수를 디스플레이 패널(70)의 시야각으로 산출할 수도 있다.
다음, 측정부(560)는 이동부재(630)를 디스플레이 패널(70)에 근접하는 제1방향 또는 디스플레이 패널(70)과 멀어지는 제2방향으로 단위 간격씩 이동시키며, 카메라(550)를 통해 입체 영상을 촬영한다.
그리고, 측정부(560)는 간격별 촬영 영상을 공간 주파수 분석하여 촬영 영상의 초점 품질이 기설정된 제2 임계치 이상인지를 확인한다.
측정부(560)는 거리별 촬영 영상의 초점품질이 제2 임계치 미만이면, 해당 거리의 이전 거리를 이용하여 심도범위를 산출한다.
상세하게는, 측정부(560)는 이동부재(530)를 제1 방향으로 단위 간격씩 이동시키며, 거리별 촬영 영상의 초점품질이 임계치 이상인 최소 이격 거리를 확인하고, 이를 깊이 평면의 전면으로 산출할 수 있다. 마찬가지로, 측정부(560)는 이동부재(630)를 제2방향으로 단위 간격씩 이동시키며 거리별 촬영 영상의 초점품질이 임계치 이상인 최대 이격 거리를 깊이 평면의 후면으로 산출할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 컬러 입체 영상을 이용하여 실제 시청자가 깨끗한 입체 영상을 감상할 수 있는 실측 시야각과 초점의 심도범위를 정확히 측정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 접적영상 디스플레이의 화질 평가 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 측정부(560)는 회전부재(540)를 통해 디스플레이 패널(70)을 미리 정해진 회전 각도만큼 회전시키면서, 카메라(550)를 통해 입체 영상을 촬영한다(S810).
그리고, 측정부(560)는 디스플레이 패널(70)이 정면에 위치할 때 촬영된 입체 영상을 기준으로, 디스플레이 패널(70)을 회전시키면서 촬영한 각도별 입체 영상을 비교하여 입체 영상의 품질을 산출한다(S820).
그리고, 측정부(560)는 각도별 입체 영상의 품질이 미리 정해진 제1 임계치 미만이면, 이전 각도를 최대 회전각으로 산출한다(S830).
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 접적영상 디스플레이의 화질 평가 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 측정부(560)는 이동부재(530)를 디스플레이 패널(70)에 근접하는 제1방향 또는 디스플레이 패널(70)과 멀어지는 제2방향으로 단위 간격씩 이동시키며, 카메라(550)를 통해 입체 영상을 촬영한다(S910).
그리고, 측정부(560)는 촬영된 입체 영상의 고주파 에너지 값을 계산한다(S920). 본 발명의 일 실시예에서 측정부(560)는 스펙트럼 분석에 의해 고주파 에너지 값을 산출할 수 있다.
그리고, 측정부(560)는 촬영된 입체 영상의 고주파 에너지 값이 미리 정해진 제3 임계치 이상인지 확인한다(S930).
그리고, 촬영된 입체 영상의 고주파 에너지 값이 제3 임계치 미만이면, 이전 거리으로 촬영 범위를 산출한다(S940).
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
70 디스플레이 패널 72 렌즈 어레이
510 베이스 판 520 레일
530 이동부재 540 회전부재
550 카메라 560 측정부

Claims (12)

  1. 디스플레이 패널과 렌즈 어레이로 구성되는 디스플레이 장치를 포함하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치에서,
    베이스판;
    상기 디스플레이 패널에 의해 재현되는 입체 영상을 촬영하기 위한 카메라;
    상기 디스플레이 패널의 수평면에 수직하는 직선 상의 베이스판 상에 설치되는 레일;
    상기 카메라와 결합되어, 상기 레일을 따라 상기 디스플레이 패널에 근접하는 제1 방향 또는 상기 디스플레이 패널에 멀어지는 제2 방향으로 상기 카메라를 이동시키기 위한 이동부재;
    상기 베이스판 상에 상기 디스플레이 패널과 결합되어 위치하며, 상기 디스플레이 패널을 회전시키기 위한 회전부재; 및
    미리 정해진 회전 각도만큼 상기 회전부재를 회전시키면서 상기 카메라를 통해 입체 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 분석하여 시야각을 산출하고, 미리 정해진 단위 간격만큼 상기 이동부재를 상기 제1 방향 또는 제2 방향으로 이동시키면서 상기 카메라를 통해 입체 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 분석하여 심도 범위를 산출하는 측정부를 포함하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정부는 미리 정해진 회전 각도만큼 상기 회전부재를 회전시키면서 상기 카메라를 통해 입체 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 분석하여 순차적으로 각도별 촬영 영상의 품질을 미리 정해진 제1 임계치과 비교하고, 어느 각도에서 촬영된 촬영 영상의 품질이 상기 제1 임계치 미만이면 그 이전 각도에 해당하는 회전 각도를 이용하여 시야각을 산출하는 것을 특징으로 하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정부는 미리 정해진 단위 간격만큼 상기 이동부재를 상기 제1 방향 또는 제2 방향으로 이동시키면서 상기 카메라를 통해 입체 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 분석하여 순차적으로 거리별 촬영 영상의 품질을 미리 정해진 제2 임계치와 비교하고, 어느 거리에서 촬영된 촬영 영상의 품질이 상기 제2 임계치 미만이면, 그 이전 거리를 이용하여 심도 범위를 산출하는 것을 특징으로 하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 측정부는 촬영된 촬영 영상의 고주파 에너지 값을 계산하고, 어느 거리에서 촬영된 촬영 영상의 고주파 에너지 값이 미리 정해진 제3 임계치 미만이면, 그 이전 거리를 이용하여 심도 범위를 산출하는 것을 특징으로 하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 측정부는 스펙트럼 분석에 의해 촬영된 촬영 영상의 고주파 에너지 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    fLA는 렌즈 어레이의 초점 거리이고, g는 렌즈 어레이와 디스플레이 패널 사이의 거리이고, zCDP 는 3D 영상이 재구성되는 공간의 중심면(CDP; Central Depth Plane)이고, Δz는 3D 영상이 재구성될 수 있는 공간의 깊이인 초점의 심도 범위이고, θ는 구성된 3D 영상의 시야각이고, PL은 기초 렌즈의 크기이고, PD는 디스플레이 패널의 픽셀 간격(Pixel Pitch)이고, PI는 재구성된 3D 영상의 픽셀 크기라고 할 때,
    상기 디스플레이 장치의 기본 시야각 θ'은 기초 렌즈의 크기 PL와 디스플레이 패널과 렌즈 어레이의 간격 g에 의해 결정되며,
    Figure pat00013

    Figure pat00014
    ,
    Figure pat00015
    ,
    Figure pat00016

    의 수학식으로 관계를 나타낼 수 있는 것을 특징으로 하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치.
  7. 디스플레이 패널과 렌즈 어레이로 구성되는 디스플레이 장치를 포함하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 장치에서의 화질 평가 방법에서,
    미리 정해진 회전 각도만큼 상기 디스플레이 패널을 회전시키면서 카메라를 통해 상기 디스플레이 패널을 통해 재현되는 입체 영상을 촬영하는 단계;
    상기 각도별 입체 영상을 분석하여 시야각을 산출하는 단계;
    상기 디스플레이 패널과 상기 카메라 간의 거리를 변화시키면서 상기 디스플레이 패널을 통해 재현되는 입체 영상을 촬영하는 단계; 및
    상기 거리별 입체 영상을 분석하여 심도 범위를 산출하는 단계를 포함하는 화질 평가 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 각도별 입체 영상을 분석하여 시야각을 산출하는 단계에서,
    미리 정해진 회전 각도만큼 상기 디스플레이 패널을 회전시키면서 상기 카메라를 통해 입체 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 분석하여 순차적으로 각도별 촬영 영상의 품질을 미리 정해진 제1 임계치과 비교하고, 어느 각도에서 촬영된 촬영 영상의 품질이 상기 제1 임계치 미만이면 그 이전 각도에 해당하는 회전 각도를 이용하여 시야각을 산출하는 것을 특징으로 하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    미리 정해진 단위 간격만큼 상기 디스플레이 패널과 상기 카메라 간의 간격이 좁혀지도록 하거나 멀어지도록 하면서, 상기 카메라를 통해 입체 영상을 촬영하도록 하고, 촬영된 영상을 분석하여 순차적으로 거리별 촬영 영상의 품질을 미리 정해진 제2 임계치와 비교하고, 어느 거리에서 촬영된 촬영 영상의 품질이 상기 제2 임계치 미만이면, 그 이전 거리를 이용하여 심도 범위를 산출하는 것을 특징으로 하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 거리별 촬영 영상의 고주파 에너지 값을 계산하고, 어느 거리에서 촬영된 촬영 영상의 고주파 에너지 값이 미리 정해진 제3 임계치 미만이면, 그 이전 거리를 이용하여 심도 범위를 산출하는 것을 특징으로 하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 거리별 촬영 영상의 고주파 에너지 값을 계산할 때, 스펙트럼 분석 기법을 이용하여 고주파 에너지 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    fLA는 렌즈 어레이의 초점 거리이고, g는 렌즈 어레이와 디스플레이 패널 사이의 거리이고, zCDP 는 3D 영상이 재구성되는 공간의 중심면(CDP; Central Depth Plane)이고, Δz는 3D 영상이 재구성될 수 있는 공간의 깊이인 초점의 심도 범위이고, θ는 구성된 3D 영상의 시야각이고, PL은 기초 렌즈의 크기이고, PD는 디스플레이 패널의 픽셀 간격(Pixel Pitch)이고, PI는 재구성된 3D 영상의 픽셀 크기라고 할 때,
    상기 디스플레이 장치의 기본 시야각 θ'은 기초 렌즈의 크기 PL와 디스플레이 패널과 렌즈 어레이의 간격 g에 의해 결정되며,
    Figure pat00017

    Figure pat00018
    ,
    Figure pat00019
    ,
    Figure pat00020

    의 수학식으로 관계를 나타낼 수 있는 것을 특징으로 하는 집적영상 디스플레이의 화질 평가 방법.
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