KR20210049594A - 공간 영상 투영 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 공간 영상 투영 장치는, 하우징, 상기 하우징 내에 수용되고, 입체 영상을 출력하는 디스플레이부, 상기 하우징 내부에서 상기 입체 영상에 대응하는 공간 영상을 투영하는 하프 미러 및 상기 하우징의 표면 중 상기 입체 영상을 출력하는 주시역의 경계에 배치되어, 상기 입체 영상의 출력을 제한하는 시역 마스크를 포함할 수 있다.

Description

공간 영상 투영 장치{THREE-DIMENSIONAL IMAGE PROJECTION APPARATUS}
본 발명은 하프 미러를 이용한 원통형 공간 영상 투영 장치에 관한 것이다.
3차원 입체 영상 디스플레이 기술은 2차원 영상에 일정한 깊이 정보를 부가하고, 깊이 정보를 이용하여 시청자가 3차원의 생동감 및 현실감을 느낄 수 있도록 구현하는 기술이다. 이러한 입체 영상 디스플레이 장치에는 사람의 양안 시차(binocular disparity) 원리를 이용하는 방식과, 완전 입체 방식으로 구현되는 홀로그램 및 체적형 3차원 디스플레이 방식이 있다. 홀로그램 및 체적형 3차원 디스플레이 방식은 공간 상에 자유로운 입체 영상을 구현할 수 있다는 장점이 있으나, 현재로서는 고가의 레이저 및 정밀한 광학 부품 구성에 의해 정지 영상을 구현하는 것이 일반적이고, 실시간으로 고화질의 입체 영상을 제공하지는 못하고 있다.
홀로그램 방식의 공간 영상 투영 장치의 대표적인 방식으로, '페퍼스 고스트'라고 알려진 반사식 유사 홀로그램 기법이 있다. '페퍼스 고스트' 기법은 소재 뒷면의 투과 빛과, 소재 앞면의 반사 빛을 동시에 볼 수 있도록 하여, 소재 앞면의 이미지가 뒷배경과 공간 상에 함께 존재하는 듯한 효과를 제공한다. 이는 공간 상에 물체(이미지)가 떠 있는 효과를 제공한다고 하여 '플로팅 홀로그램(floating hologram)'이라 부르기도 한다.
최근 플로팅 홀로그램 기술을 이용하여 공간상에 홀로그램 캐릭터를 표현할 수 있는 장치 개발이 활발하게 이루어 지고 있다. 이러한 방법으로는 오목거울, 볼록렌즈, 마이크로 미러 어레이 등을 이용하여 실 공간에 실상으로 영상을 표현하는 방식과 하프미러, 프리즘 어레이 등을 이용하여 실 공간에 허상으로 표현하는 방식, 투명 스크린, 샤막 스크린 등을 이용하여 스크린 표면에 영상을 표현하고 추가적인 기구물을 통하여 공간상에 영상이 표현되는 효과를 주는 방식 등이 이용되고 있다.
이중에서 실상으로 표현이 가능한 방식은 실 공간에 영상을 투영하여 직접 터치가 가능하다는 장점이 있지만 좁은 시역과 구조물의 크기에 비해 영상이 작아지는 문제로 인해 제한적인 분야에서 사용이 되었다. 또한 2차원 구조의 오목거울, 볼록렌즈, 마이크로 미러 어레이 등을 이용하기 때문에 사람과 같이 위아래로 긴 캐릭터 영상을 띄우기에는 적합하지 않았다.
이를 해결할 수 있는 방법으로 대한민국 특허 제10-2016-0121350호에서는 원통구조물의 내부 반사를 이용하여 위아래로 긴 캐릭터 영상을 공간상에 띄울 수 있는 방법이 제안 되었다. 하지만 이 방법은 원통 구조물의 크기 대비 영상의 크기가 작아지는 문제는 여전히 가지고 있다.
한편, 하프미러를 이용하여 허상으로 표현 가능한 방식은 영상이 허상으로 존재 하지만 시역이 넓고 영상 크기도 유지되는 등의 장점이 있지만 시스템의 크기가 커진다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 대한민국 특허 제10-1691298호, 제10-2016-0113783호에서는 프리즘 어레이를 이용하여 컴팩트한 공간에서도 허상 영상을 표현할 수 있는 방법이 제안되었다.
하지만 이 방법을 이용할 경우, 긴 영상을 표현하기 위해서는 디스플레이 패널과 프리즘 어레이 사이의 거리가 멀어지게 되고 이로 인해 화질 저하가 발생하게 된다.
다른 한편으로, 투명 스크린, 샤막 스크린 등을 이용한 방법에서는 프로젝션을 이용하기 때문에 대화면 영상을 구현하기 쉽다는 장점이 있으나 프로젝터의 투사 거리로 인하여 컴팩트한 시스템을 구현하기 어렵다는 문제가 있었다. 또한 프로젝터가 스크린을 그대로 통과하여 바닥 또는 천정에 영상이 그대로 맺히는 문제 등으로 인하여 사용에 제약이 있었다.
한국공개특허공보 제10-2016-0121350호 한국등록특허공보 제10-1691298호 한국공개특허공보 제10-2016-0113783호
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 볼륨감을 갖는 홀로그램 영상 또는 입체 영상을 띄우기에 적합한 공간 영상 투영 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 관찰자의 주시역 범위를 벗어나거나, 주시역 범위에서 부시역 범위로 넘어가는 시역의 경계 부분에서도, 공간 영상 투영 장치의 내부에 띄어진 입체 영상의 입체감이 깨지거나, 영상이 부자연스럽게 보이는 부분을 해결한 홀로그램 영상 및 공간 영상을 제공하고자 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 공간 영상 투영 장치는, 하우징; 상기 하우징 내에 수용되고, 입체 영상을 출력하는 디스플레이부; 상기 하우징 내부에서 상기 입체 영상에 대응하는 공간 영상을 투영하는 하프 미러; 및 상기 하우징의 표면 중 상기 입체 영상의 주시역의 경계에 배치되어, 상기 입체 영상의 출력을 제한하는 시역 마스크를 포함하는, 공간 영상 투영 장치를 포함한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 공간 영상 투영 장치는, 하우징; 상기 하우징 내에 수용되고, 입체 영상을 출력하는 디스플레이부; 상기 하우징 내부에서 상기 입체 영상에 대응하는 공간 영상을 투영하는 하프 미러; 및 상기 하우징의 표면 중, 상기 입체 영상의 주시역에는 상기 입체 영상을 출력하고, 상기 주시역의 경계에는 상기 입체 영상을 보정하여 출력하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 상기 하우징은 반원통 형태를 가지고, 상기 디스플레이부는 상기 입체 영상이 상기 반원통의 곡면을 향해 출력되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 상기 하프 미러는 상기 디스플레이부의 전면에 배치될 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 상기 공간 영상은 상기 하프 미러와 상기 반원통의 곡면 사이의 공간에 투영될 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 상기 디스플레이부는, 다시점 디스플레이 패널, 라이트 필드 디스플레이 패널, 홀로그램 디스플레이 패널 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 상기 디스플레이부는, 2D 디스플레이 패널 및 상기 2D 디스플레이 패널의 전면에 부착되는 복수의 렌티큘러 렌즈를 포함하는 라이트 필드 디스플레이 패널일 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 상기 하우징의 표면 중 상기 주시역의 범위는, 상기 렌티큘러 렌즈와 상기 2D 디스플레이 패널 사이의 간격과, 상기 렌티큘러 렌즈의 피치에 기초하여 산출될 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 상기 렌티큘러 렌즈의 피치 및 기울기는, 한 개의 상기 렌티큘러 렌즈에 할당되는 상기 2D 디스플레이 패널의 픽셀 개수 및 픽셀 크기에 기초하여 산출될 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 상기 제어부는, 상기 입체 영상을 구성하는 복수의 시점 별 영상을 생성하고, 상기 복수의 시점 별 영상 중 상기 주시역의 경계에 해당하는 영상에 마스킹 영상을 부가할 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 상기 제어부는, 상기 입체 영상을 구성하는 복수의 시점 별 영상을 생성하고, 상기 복수의 시점 별 영상 중 상기 주시역의 경계에 해당하는 영상의 투명도를 변화시킬 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
본 발명은, 전술한 종래 기술의 문제점을 해결한 공간 영상 투영 장치로서, 볼륨감을 갖는 홀로그램 영상 또는 입체 영상을 띄울 수 있다.
또한, 본 발명은 관찰자의 주시역 범위를 벗어나거나, 주시역 범위에서 부시역 범위로 넘어가는 시역의 경계 부분에서도, 공간 영상 투영 장치의 내부에 띄어진 입체 영상의 입체감이 깨지거나, 영상이 부자연스럽게 보이는 부분을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 공간 영상 투영 장치의 제1 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치의 시역을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치의 디스플레이부를 도시한 도면이다.
도 7 (a) 내지 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치의 모습이고, (e) 내지 (h)는 본 발명에 따른 공간 영상 투영 장치의 제2 실시예를 설명하기 위한 도면이고, (i) 내지 (l)는 본 발명에 따른 공간 영상 투영 장치의 제3 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 공간 영상 투영 장치의 제2 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치는, 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 관찰자의 주시역 범위를 벗어나거나, 주시역 범위에서 부시역 범위로 넘어가는 시역의 경계 부분에서도, 공간 영상 투영 장치의 내부에 띄어진 입체 영상의 입체감이 깨지거나 영상이 부자연스럽게 보이는 부분을 해결할 수 있도록 구성된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치의 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 반원통 형태의 구조물 내부에 캐릭터 형상의 홀로그램 영상(입체 영상)이 출력된 것을 볼 수 있다. 이는, 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치(100)의 구현도일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아님에 유의해야 한다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 공간 영상 투영 장치(100)는 하우징(110), 디스플레이부(120), 하프 미러(130) 그리고 시역 마스크(140)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치(100)는 내부 공간에 띄워진 입체 영상(I)이 관찰자의 주시역 범위를 벗어나거나, 시역의 경계부분에서도 입체 영상(I)이 깨지지 않고 자연스럽게 표현하기 위해, 시역 마스크(140)를 설치하거나, 시역의 경계 부분에서 입체 영상(I)을 보정할 수 있으며, 이에 대해 후술하는 3가지 실시예를 통해 보다 자세히 살펴보도록 한다.
먼저, 제1 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치(100)는, 하우징(110)의 내부 공간에 디스플레이부(120) 및 하프 미러(130)가 배치되고, 반원통 형태의 하우징(110) 표면 중 입체 영상(I)의 주시역의 경계에 시역 마스크(140)가 배치되어, 입체 영상(I)의 출력을 제한할 수 있다.
제2 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치(100)는, 하우징(110)의 표면 중 주시역에는 입체 영상(I)을 출력하고, 주시역의 경계에는 입체 영상(I)을 보정하여 출력할 수 있다.
제3 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치(100)는, 하우징(110)의 표면 중 주시역에는 입체 영상(I)을 출력하고, 주시역의 경계에는 입체 영상(I)의 투명도를 조절하여 출력할 수 있다.
보다 상세하게, 공간 영상 투영 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(120)와 하프 미러(130) 그리고 반원통형의 하우징(110)으로 형성 되어 있으며, 하우징(110)의 가장 안쪽에 디스플레이부(120)가 배치되고, 그 앞쪽에 하프 미러(130)가 배치될 수 있다. 여기서, 하프 미러(130)는 디스플레이부(120)와 바로 부착하여 배치될 수 있고, 디스플레이부(120)와 일정 거리를 유지한 채 배치될 수 있다. 하프 미러(130)의 바깥쪽 면에는 투명한 반 원통형의 하우징(110)이 배치될 수 있다.
관찰자는 디스플레이부(120)의 패널에 뜬 홀로그램 영상을 하프 미러(130)를 통과하여 나오는 입체 영상(I)을 볼 수 있다. 동시에 외부에 위치한 투명한 반 원통형의 하우징(110)과 하프 미러(130)에 반사된 투명 반 원통형의 하우징(110) 영상을 볼 수 있다. 이 때, 투명 반 원통형의 하우징(110)은 하프 미러(130)에 바로 부착되어 있기 때문에, 관찰자는 투명 반 원통형의 하우징(110)과 공간 영상이 하나의 원통인 것처럼 인지할 수 있다.
즉, 관찰자는 투명 원통과 그 가운데 표현되는 입체 영상(I) 만을 보게 되어, 투명 원통 안에 입체 영상(I)이 떠 있는 것처럼 느낄 수 있다. 여기서 디스플레이부(120) 패널의 영상이 없는 부분과 베젤 부분은 검정색으로 처리되어, 하프 미러(130)를 통해서는 아무것도 없는 것처럼 느낄 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하우징(110)은, 반원통의 형태로 형성되어 내부에 공간을 가지도록 이루어질 수 있다. 하우징(110)의 형태는 반원통의 형태로 한정되지는 아니하며, 필요에 따라, 원통 또는 다각 기둥 형태로 형성될 수 있다. 또한, 하우징(110)은 광이 투과될 수 있는 투명한 소재로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아님에 유의해야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부(120)는 하우징(110)의 내부에 배치되되, 하우징(110)의 곡면을 향해 홀로그램 영상을 출력할 수 있도록 배치될 수 있다. 즉, 디스플레이부(120)는 하우징(110)의 곡면을 향해 홀로그램 영상을 출력할 수 있다.
디스플레이부(120)는 배경이 검정색으로 처리된 홀로그램 영상을 출력할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아님에 유의해야 한다. 여기서, 홀로그램 영상 외의 배경을 검정색으로 처리함으로써, 홀로그램 영상의 가시성을 향상시킬 수 있다.
디스플레이부(120)는 디스플레이 패널(Display panel)로서, 볼륨감을 갖는 입체 영상을 표현할 수 있는 다시점 디스플레이 패널, 라이트 필드 디스플레이 패널, 홀로그램 디스플레이 패널 등이 사용될 수 있다.
이 외, 디스플레이부(120)는 액정 표시 장치(LCD: Liquid Crystal Display), 유기발광다이오드 디스플레이(OLED: Organic Light Emitting Diode), 퀀텀닷(Quantum Dot) 디스플레이, 프로젝션 디스플레이 등이 사용될 수 있다.
또한, 디스플레이부(120)는 편광 방식, 셔터글래스 방식 등의 안경식 입체 영상(I)을 출력할 수 있는 디스플레이 패널일 수 있으며, 패럴랙스 배리어, 렌티큘러 렌즈 등의 무안경식 입체 영상(I)을 출력할 수 있는 디스플레이 패널일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하프 미러(130)는 디스플레이부(120)의 전면에 위치하여 투과율과 반사율의 비율에 따라 디스플레이부(120)로부터 출력된 홀로그램 영상에 대응하는 입체 영상(I)을 투영할 수 있다.
보다 상세하게, 하프 미러(130)의 일측에는 투명한 소재로 형성되는 하우징(110)의 반원통형 곡면이 위치할 수 있다. 이로 인해, 하프 미러(130)에 하우징(110)의 반원통의 곡면이 반사된 영상이 맺히므로, 전술한 바와 같이, 하프 미러(130)를 기준으로 하우징(110)의 반원통의 곡면과 이의 반사된 영상으로 인해 하우징(110)이 원통 형태로 보이게 된다.
즉, 하프 미러(130)는 하우징(110)의 내부에 투과율과 반사율의 비율에 따라 디스플레이부(120)의 영상 및 외부 환경을 원통 형태의 입체 영상(I)으로 투영할 수 있으며, 디스플레이부(120)의 베젤 부분이 잘 보이지 않게 해주어 홀로그램 효과를 향상시킬 수 있다.
입체 영상(I)은 하프 미러(130)와 하우징(110)의 반원통 곡면 사이의 내부 공간에 투영될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 시역 마스크(140)는 하우징(110)의 반원통 표면 중 설정된 일정 영역에 배치될 수 있으며, 소정 범위의 각도를 갖는 광선을 차단하여 홀로그램 효과를 높일 수 있다.
따라서, 디스플레이부(120)로 입사한 광선 중 일부는 시역 마스크(140)를 통과하여 관찰자에게 향하게 되고, 나머지 광선은 시역 마스크(140)에서 차단되어, 관찰자에게 관찰되지 않는다.
시역 마스크(140)는 라이트 필드 디스플레이의 광학 특성과 원통의 크기에 따라 결정될 수 있다.
다만, 전술한 바는 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로, 디스플레이부(120), 하프 미러(130) 및 시역 마스크(140)의 위치 및 기능이 전술한 바에 한정되는 것은 아님에 유의해야 한다.
도 2 내지 도 8에서는 라이트 필드 디스플레이 패널을 적용한 공간 영상 투영 장치(100)를 기반으로 살펴본다. 후술하는 내용은 다른 방식의 디스플레이 패널에서도 같은 방식으로 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이부(120)에는 라이트 필드 디스플레이 패널을 적용할 수 있다. 라이트 필드 디스플레이 패널은 2D 디스플레이 패널(121)과 렌티큘러 렌즈(122)를 포함할 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 2D 디스플레이 패널(121) 앞에 렌티큘러 렌즈(122)가 부착될 수 있다.
렌티큘러 렌즈(122)는 입체감을 주면서도 보는 각도에 따라 여러 이미지가 번갈아 나타나도록 할 수 있다. 렌티큘러 렌즈(122)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 볼록한 형상으로 이루어지고, 이 볼록한 렌즈에 의해 2차원 이미지 패턴이 굴절되고 좌측 눈과 우측 눈의 시야 각도의 차이를 통해 관찰자의 눈에는 3차원 입체 이미지로 구현될 수 있다.
2D 디스플레이 패널(121) 전면에 부착되는 렌즈를 예시로 렌티큘러 렌즈(122)를 적용하였으나, 이 외 렌즈 어레이, 패럴랙스 배리어, 핀홀 어레이 등을 적용하여 다양한 방식의 라이트 필드 디스플레이를 구현할 수 있는 방법을 포함할 수 있다.
다만, 평판 2D 디스플레이 패널(121)을 사용하는 라이트 필드 디스플레이에서는 초점거리에 위치한 렌즈와 디스플레이부(120) 패널의 서브 픽셀 구조로 인하여 색분리(컬러 모아레, color moire) 문제가 발생할 수 있다. 이에 대한 해결방안으로 디스플레이부(120)에 기울어진 렌즈를 적용할 수 있으며, 이에 대해서는 도 6을 통해 보다 자세하게 살펴보도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 먼저, 도 3 (a)는 디스플레이부(120)에 라이트 필드 디스플레이 패널을 적용하여 구현된 공간 영상 투영 장치(100)의 모습이며, (b)는 복원된 영상 및 시차 정보를 도시한 도면이다.
보다 상세하게, 10.5인치급 1,600Х2,560 해상도를 갖는 디스플레이부(120) 패널에 렌티큘러 렌즈(122)를 기울여 부착하여, 렌즈당 수평 방향 6픽셀, 수직 방향 4픽셀을 할당하여, 24시점의 영상을 표현할 수 있는 라이트 필드 디스플레이를 적용할 수 있다.
도시된 것과 같이, 하나의 원통인 것으로 인지되는 반원통 형태의 하우징(110) 내부에 입체 영상(I)이 출력된 것을 볼 수 있다.
특히, 도 3 (b)는 제안된 공간 영상 투영 장치(100)에 투영된 입체 영상(I)을 촬영한 것으로, 정면에서 약간 왼쪽 및 오른쪽 위치에서 촬영한 영상이다. 이를 보면 배경에 있는 꽃 영상과 전면에 있는 캐릭터 간의 깊이 차이로 인해 시차 정보(dl 및 dr)를 갖는 것을 볼 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 공간 영상 투영 장치의 제1 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
보다 상세하게, 도 4 (a)는 라이트 필드 디스플레이 패널을 적용한 공간 영상 투영 장치(100)의 시역을, 도 4 (b)는 라이트 필드 디스플레이 패널을 적용한 공간 영상 투영 장치(100)의 표면 중 설정된 일부 영역에 시역 마스크(140)를 적용한 공간 영상 투영 장치(100)의 시역을, 도 4 (c)는 라이트 필드 디스플레이 패널을 적용한 공간 영상 투영 장치(100)에서 주시역이 충분히 넓은 경우, 시역 마스크(140)를 적용한 공간 영상 투영 장치(100)의 시역을 도시한 도면이다.
도 1 및 4를 참조하면, 도 4 (a), (b), (c)는 라이트 필드 디스플레이를 기반으로 한 공간 영상 투영 장치(100)의 시역을 나타낸 것으로, 먼저, 도 4 (a)를 통해 라이트 필드 디스플레이의 주시역 범위와 부시역 범위를 확인할 수 있다. 이로 인해 관찰자는 입체 영상(I)을 관찰하는 데 있어, 시야각의 영향을 받을 수 있다.
구체적으로, 관찰자가 주시역 범위 내에서 입체 영상(I)을 보는데 문제 없지만, 좌우로 이동하면서 주시역을 벗어나는 순간 주시역 범위 내의 입체 영상(I)과 부시역 범위 내의 입체 영상(I)이 함께 보이는 시역이 생길 수 있다. 이로 인해 관찰자 측에서 입체 영상(I)이 깨져 보이거나, 입체 영상(I)의 입체감이 깨지는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따라, 공간 영상 투영 장치(100)의 하우징(110) 표면 중 설정된 일정 영역에 시역 마스크(140)를 배치하여, 디스플레이부(120)로 입사한 광선 중 소정 범위의 각도를 갖는 광선을 차단할 수 다.
하우징(110)의 반원통 표면 중 설정된 일정 영역은, 도 4 (b)에 도시된 바와 같이, 주시역과 부시역 사이의 경계에 해당하는 영역으로 설정할 수 있다. 예를 들어, 하우징(110)의 표면 중 주시역과 부시역 사이의 경계 영역, 도 4 (b)에 도시된 4군데 영역에 시역 마스크(140)를 설치할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징(110)의 표면 중 주시역의 범위는, 렌티큘러 렌즈(122)와 2D 디스플레이 패널(121) 사이의 간격과 렌티큘러 렌즈(122)의 피치에 기초하여 산출될 수 있다.
하우징(110)의 표면 중 주시역과 부시역 사이의 경계 영역에 시역 마스크(140)를 설치하여, 관찰자는 주시역 범위에서 부시역 범위로 또는, 부시역 범위에서 주시역 범위로 시점이 이동 하더라도, 두 시역 범위 내 입체 영상(I)이 동시에 들어오지 않도록 하여, 자연스럽게 공간 영상 투영 장치(100) 내부에 나타난 입체 영상(I)을 볼 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 시역 마스크(140)는, 라이트 필드 디스플레이의 광학 특성과 하우징(110)의 원통 크기에 따라 결정될 수 있으며, 도 4 (c)에 도시된 바와 같이, 주시역이 충분히 넓은 경우에는, 주시역 이외의 영역은 모두 시역 마스크(140)로 마스킹 하여 입체 영상(I)이 제대로 제공되지 않는 영역을 제거할 수 있다.
따라서, 도 4 (b)와 같이, 주시역의 범위가 상대적으로 좁은 경우, 부시역 범위와의 경계 부분에 시역 마스크(140)를 설치할 수 있으며, 도 4 (c)와 같이, 주시역의 범위가 상대적으로 넓은 경우에는, 주시역 이외 영역을 시역 마스크(140)로 마스킹하여 관찰자가 하우징(110) 내부에 비춰지는 입체 영상(I)을 어느 위치에서 보더라도 자연스럽게 표현될 수 있도록 처리할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치의 시역을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 디스플레이부(120)에 라이트 필드 디스플레이 패널을 기반으로 한 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 디스플레이부(120) 패널과 렌티큘러 렌즈(122)의 구성에 따라 입체 영상(I)을 볼 수 있는 시역이 정해진다.
도 5를 참조하면, 주시역 범위와 부시역 범위가 각각 존재하는 것을 확인할 수 있고, 특히 주시역 범위의 경우, 아래 관계식을 통하여 산출할 수 있다. 주시역의 범위는 주시역의 각도와 비례한다.
Figure pat00001
여기서 θm은 주시역 각도, g는 렌티큘러 렌즈(122)와 디스플레이부(120) 패널 사이 간격을 나타낸다.
위 관계식을 통해 알 수 있듯이, 주시역의 각도는 렌티큘러 렌즈(122)와 디스플레이부(120) 패널 사이의 간격이 좁을수록 커진다. 예를 들어, 디스플레이부(120) 패널에 렌티큘러 렌즈(122)를 부착하여 배치하는 경우, 주시역의 각도는 상대적으로 큰 값을 갖게 되며, 주시역의 범위 또한 상대적으로 넓어진다.
다른 예를 들어, 디스플레이부(120) 패널에 렌티큘러 렌즈(122)를 일정 거리 유지하여 배치하는 경우, 주시역의 각도는 상대적으로 작은 값을 갖게 되며, 주시역의 범위 또한 상대적으로 좁아진다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치의 디스플레이부를 도시한 도면이다.
디스플레이부(120)에 적용한 2D 디스플레이 패널(121)이 평판(평면)인 경우, 라이트 필드 디스플레이 패널에서 발생할 수 있는 색분리 문제를 해결하기 위해, 도 6과 같이 기울어진 렌즈를 사용하여 이를 해결할 수 있다. 일반적으로 디스플레이 픽셀 구조에 맞는 렌즈의 피치 및 기울임 패널에 각도를 설정한 렌즈를 설계 제작하여 사용할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따라, 렌티큘러 렌즈(122)의 피치 및 기울기는 한 개의 렌티큘러 렌즈(122)에 할당되는 2D 디스플레이 패널(121)의 픽셀 개수 및 픽셀 크기에 기초하여 산출될 수 있다. 즉, 하나의 요소 렌즈에 n개의 디스플레이 픽셀을 할당 한다고 하면 다음과 같은 수학식을 통해 렌즈의 피치 및 기울기를 구할 수 있다.
Figure pat00002
여기서 PL은 제작할 렌티큘러 렌즈(122)의 피치, PD는 디스플레이부(120) 픽셀의 크기, θ는 렌티큘러 렌즈(122)의 기울기를 나타낸다.
수학식을 통해 알 수 있듯이, 렌티큘러 렌즈(122)의 피치는 디스플레이부(120) 픽셀의 크기와 렌티큘러 렌즈(122)의 기울기와 비례한다.
도 7 (a) 내지 (d)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 공간 영상 투영 장치의 모습이고, 도 7 (e) 내지 (h)는 본 발명에 따른 공간 영상 투영 장치의 제2 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 7 (i) 내지 (l)는 본 발명에 따른 공간 영상 투영 장치의 제3 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
보다 상세하게, 도 7 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라, 기존 방식 입력 시점 영상, 도 7 (b)는 기존 방식 1번 시점 영상, 도 7 (c)는 기존 방식 입력 영상의 정면 모습, 도 7 (d)는 기존 방식 입력 영상의 측면 모습, 도 7 (e)는 본 발명의 제2 실시예에 따라, 시역 경계 부분에 연기 영상을 적용한 입력 시점 영상, 도 7 (f)는 시역 경계 부분에 연기 영상을 적용한 1번 시점 영상, 도 7 (g)는 시역 경계 부분에 연기 영상을 적용한 입력 영상의 정면 모습, 도 7는 (h) 시역 경계 부분에 연기 영상을 적용한 입력 영상의 측면 모습, 도 7 (i)는 본 발명의 제3 실시예에 따라, 시역 경계 부분 입체 영상(I)의 투명도를 조절한 입력 시점 영상, 도 7 (j)는 시역 경계 부분 입체 영상(I)의 투명도를 조절한 1번 시점 영상, 도 7는 (k) 시역 경계 부분 입체 영상(I)의 투명도를 조절한 입력 영상의 정면 모습, 도 7 (l)는 시역 경계 부분 입체 영상(I)의 투명도를 조절한 입력 영상의 측면 모습을 도시한 도면이다.
본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예에 따라, 주시역 범위와 부시역 범위의 경계 부분에 해당하는 영상을 가공하여 시역의 경계를 자연스럽게 처리할 수 있다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 공간 영상 투영 장치는, 하우징(110)의 표면 중 주시역에는 입체 영상을 출력하고, 주시역의 경계에는 입체 영상을 보정하여 출력하는 제어부(150)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 7 (a)는 일반적인 방식에 의해 만들어진 라이트 필드 입력 영상을 나타낸다. 가로로 6개 시점의 영상, 세로로 4개 시점의 영상으로 총 24개의 시점영상으로 구성되어 있다. 이중 하나를 확대하여 도 7 (b)에 나타냈다. 이를 보면 배경 영상 앞에 입체 영상(I)이 위치한 것을 볼 수 있다.
다음 도 7 (c), (d)는 라이트 필드 기반의 공간 영상 투영 장치(100)에 띄워 복원한 영상이다. 도 7 (c)의 경우, 정면에서 본 영상으로 주시역 범위 내에 해당하여 큰 문제 없이 복원된 것을 볼 수 있으나, 도 7 (d)는 오른쪽으로 이동하여 주시역 범위와 부시역 범위의 경계영역에서 촬영한 영상으로 입체 영상(I)이 이중으로 보이는 것을 확인할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예에 따라, 제어부(150)는 시역 경계 부분의 입체 영상(I)에 효과를 넣어줄 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에서, 제어부(150)는 입체 영상(I)을 구성하는 복수의 시점 별 영상을 생성하고, 복수의 시점 별 영상 중 주시역의 경계에 해당하는 영상에 마스킹 영상을 부가할 수 있다. 마스킹 영상으로는 연기와 같이 일정한 형체가 없는 영상을 활용할 수 있다.
도 7 (e)는, 제2 실시예에 따라, 입체 영상(I)과 배경으로 이루어진 영상에서 1 ~ 3번, 22 ~ 24번 시점 영상에 연기 영상을 넣어준 라이트 필드 입력 영상을 나타낸다. 여기서 라이트 필드 디스플레이를 이용하여 복원할 때, 연기 영상이 캐릭터의 앞에 나타나도록 연기 영상에 대한 적절한 시차 정보를 제공할 수 있다.
도 7 (f)는, 도 7 (e)에서 1번 시점을 확대한 영상으로 입체 영상(I)이 완전히 가려지지 않도록 투명도를 조절하였다. 도 7 (g)는 도 7 (e)를 복원한 후 정면에서 촬영한 영상으로 도 7 (c)와 비교하여 큰 차이가 없어 보이나, 도 7 (h)는 경계면 부분에서 촬영한 영상으로 입체 영상(I)의 앞으로 연기 영상이 있는 것을 볼 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 공간 영상 투영 장치의 제2 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
보다 상세하게, 도 8은 도 7 (h) 주변을 촬영한 영상으로, 주시역 범위에서 부시역 범위로 넘어가는 과정을 촬영한 영상이다. 도 8 하측에 도시된 4컷의 촬영 영상을 통해 주시역 범위와 부시역 범위의 경계면에서 이중상으로 보이던 입체 영상(I)이 연기 영상에 의하여 끊김이나 깨짐이 느껴지지 않고 자연스럽게 넘어가는 것을 확인할 수 있다.
도 8 하측에 도시된 주시역 범위와 부시역 범위의 경계면에 해당하는 ①, ②, ③, ④ 위치에서 각각 촬영한 복원 영상을 확인해보면, 시역의 경계면이 시작하는 부분에서 끝나는 부분까지 연기 영상과 입체 영상(I)의 투명도를 조절하여, 경계면의 전체적인 화면이 자연스럽게 넘어갈 수 있도록 한다.
예를 들어, 도 8의 ② 위치에서 전면에 연기 영상의 투명도를 낮추어 상대적으로 진하게 표현하고, 입체 영상(I)의 투명도를 높게 설정할 수 있다. 다음으로, 전면에 표현되는 연기 영상의 진하기는 도 8에서 ①, ③, ④의 순서대로 조절되고 표현될 수 있다.
따라서, 주시역 범위에서 부시역 범위로 넘어가는 경계 부분에서는 전면에 특별한 형체를 가지지 않는 연기와 같은 영상이 보이도록 하고, 그 뒤 후면에 투명도를 조절한 입체 영상(I)이 보이도록 하여, 시역의 경계 부분을 자연스럽게 넘어갈 뿐만 아니라 시역이 확대되는 효과를 볼 수 있다.
또한, 시역의 경계 부분에서 발생하는 입체 영상(I)의 깨짐 문제를 해결하기 위한, 영상 가공 방법으로, 제3 실시예에 따라, 시역의 경계 부분에 입체 영상(I) 자체의 투명도만을 조절하여 시역의 경계 영역을 자연스럽게 넘어갈 수 있도록 한다.
본 발명의 제어부(150)는, 제3 실시예에 따라, 입체 영상(I)을 구성하는 복수의 시점 별 영상을 생성하고, 복수의 시점 별 영상 중 주시역의 경계에 해당하는 영상의 투명도 변화를 조절할 수 있다.
다시 도 1 및 도 7을 참조하면, 도 7 (i)는, 본 발명의 제3 실시예에 따라, 시역 경계 부분에 투명도 조절한 입력 영상으로 (a)와 비교하면 1 ~ 3번, 22 ~ 24번 시점 영상에서 입체 영상(I)의 투명도가 처리된 것을 확인 할 수 있다. 도 7 (j)는 도 7 (i)의 1번 시점 영상을 확대한 것이고, 입체 영상(I)의 투명도 조절은 각각의 영상이 같은 값을 갖도록 설정할 수 있고, 바깥쪽으로 갈수록 투명도가 높아지도록 조절할 수 있다.
도 7 (k)의 경우, 도 7 (i)를 복원한 후 정면에서 촬영한 영상으로 도 7 (c)와 비교하여 큰 차이가 없어 보이나, 도 7 (l)의 경우, 시역의 경계 부분에서 촬영한 영상으로 입체 영상(I)의 투명도가 높아지면서, 입체 영상(I)이 깨져 보이거나 이중으로 겹쳐 보이는 문제가 줄어드는 것을 볼 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
I: 입체 영상
RI: 반원통 반사 영상
100: 공간 영상 투영 장치
110: 하우징
120: 디스플레이부
121: 2D 디스플레이 패널
122: 렌티큘러 렌즈
130: 하프 미러
140: 시역 마스크
150: 제어부

Claims (11)

  1. 공간 영상 투영 장치에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징 내에 수용되고, 입체 영상을 출력하는 디스플레이부;
    상기 하우징 내부에서 상기 입체 영상에 대응하는 공간 영상을 투영하는 하프 미러; 및
    상기 하우징의 표면 중 상기 입체 영상의 주시역의 경계에 배치되어, 상기 입체 영상의 출력을 제한하는 시역 마스크를 포함하는, 공간 영상 투영 장치.
  2. 공간 영상 투영 장치에 있어서,
    하우징;
    상기 하우징 내에 수용되고, 입체 영상을 출력하는 디스플레이부;
    상기 하우징 내부에서 상기 입체 영상에 대응하는 공간 영상을 투영하는 하프 미러; 및
    상기 하우징의 표면 중, 상기 입체 영상의 주시역에는 상기 입체 영상을 출력하고, 상기 주시역의 경계에는 상기 입체 영상을 보정하여 출력하는 제어부를 포함하는, 공간 영상 투영 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징은 반원통 형태를 가지고,
    상기 디스플레이부는 상기 입체 영상이 상기 반원통의 곡면을 향해 출력되도록 배치되는 것인, 공간 영상 투영 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하프 미러는 상기 디스플레이부의 전면에 배치되는 것인, 공간 영상 투영 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 공간 영상은 상기 하프 미러와 상기 반원통의 곡면 사이의 공간에 투영되는 것인, 공간 영상 투영 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 디스플레이부는, 다시점 디스플레이 패널, 라이트 필드 디스플레이 패널, 홀로그램 디스플레이 패널 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 공간 영상 투영 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 디스플레이부는, 2D 디스플레이 패널 및 상기 2D 디스플레이 패널의 전면에 부착되는 복수의 렌티큘러 렌즈를 포함하는 라이트 필드 디스플레이 패널인, 공간 영상 투영 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 하우징의 표면 중 상기 주시역의 범위는, 상기 렌티큘러 렌즈와 상기 2D 디스플레이 패널 사이의 간격과, 상기 렌티큘러 렌즈의 피치에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는, 공간 영상 투영 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 렌티큘러 렌즈의 피치 및 기울기는, 한 개의 상기 렌티큘러 렌즈에 할당되는 상기 2D 디스플레이 패널의 픽셀 개수 및 픽셀 크기에 기초하여 산출되는 것을 특징으로 하는, 공간 영상 투영 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 입체 영상을 구성하는 복수의 시점 별 영상을 생성하고,
    상기 복수의 시점 별 영상 중 상기 주시역의 경계에 해당하는 영상에 마스킹 영상을 부가하는 것을 특징으로 하는, 공간 영상 투영 장치.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 입체 영상을 구성하는 복수의 시점 별 영상을 생성하고,
    상기 복수의 시점 별 영상 중 상기 주시역의 경계에 해당하는 영상의 투명도를 변화시키는 것을 특징으로 하는, 공간 영상 투영 장치.
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