KR100753512B1 - 입체 영상 디스플레이 기능을 갖는 모바일 기기 및 이를이용한 입체 영상 디스플레이 방법 - Google Patents

입체 영상 디스플레이 기능을 갖는 모바일 기기 및 이를이용한 입체 영상 디스플레이 방법 Download PDF

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본 발명은 좌/우 영상을 촬영하여 영상신호를 생성하는 입체 영상 획득부; 상기 입체 영상 획득부에서 획득된 좌/우 영상을 이미지 변환 비율에 따라 픽셀 열로 변환하고, 상기 좌/우 영상 이미지의 모노스코픽 영역을 절단(clipping)하는 영상 처리부; 및 상기 영상 처리부에서 처리된 좌/우 영상 픽셀 열을 양안 시차에 의한 입체 영상으로 출력하는 디스플레이부를 포함하여 이루어진 모바일 기기의 입체 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로, 모바일 기기에서의 입체 영상 감상을 위해, 중심 피사체와 렌즈간의 거리 정보와 렌즈와 영상 센서의 거리 정보를 이용하여, 중심 피사체의 거리에 따른 주시각의 조절을 위해 이미지 변환(Image shifting/clipping) 기법을 사용함으로써, 원근감 표현, 입체 영상 주변부의 왜곡 등의 부자연스러운 영상 문제를 제거하여 사용자로 하여금 더욱 자연스럽고 편안하며 눈의 피로를 줄인 입체 영상을 제공하는 효과가 있다. 또한, 종래의 입체 카메라 방식에서 하드웨어적인 주시각 조절 방식에 의한 공간확보의 불리함, 비용 증가의 문제가 해결되어 모바일 기기에서 일반 2D 영상과 입체 영상을 간편하게 선택적으로 감상할 수 있는 효과가 있다.
입체 영상, 이미지변환비율, 영안시차

Description

입체 영상 디스플레이 기능을 갖는 모바일 기기 및 이를 이용한 입체 영상 디스플레이 방법{Apparatus and Method for display of 3-D images in mobile terminal}
도 1a는 종래기술 Parallel 방식의 입체 영상 카메라의 제작방식을 나타낸 예시도.
도 1b는 종래기술 Parallel 방식의 입체 영상 카메라의 입체 영상 구현방법을 나타낸 예시도.
도 2a는 종래기술 Tode-in 방식의 입체 영상 카메라의 제작방식을 나타낸 예시도.
도 2b는 종래기술 Tode-in 방식의 입체 영상 카메라의 입체 영상 구현방법을 나타낸 예시도.
도 3은 종래기술 Horizontally-moving 방식의 입체 영상 카메라의 제작방식을 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명에 의한 입체 영상 카메라의 제작방식을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 의한 입체 영상 디스플레이 모바일 기기를 나타낸 블럭도.
도 6a는 본 발명에 의한 모바일 기기의 입체 영상 디스플레이 장치를 나타낸 구성도.
도 6b는 본 발명의 실시 예에 의한 입체 영상 감상 원리를 나타낸 예시도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 의한 모바일 기기의 입체 영상 디스플레이 방법을 나타낸 흐름도.
< 도면의 주요부분에 대한 설명>
1. 중심피사체 4. Parrallax barrier 형성 패널
2. 렌즈 5. 영상 패널
3. 영상센서(카메라) 6. 백라이트
본 발명은 입체 영상을 감상할 수 있는 모바일(mobile) 장치에 관한 것으로, 특히 피사체로부터 좌/우 영상을 카메라로 획득하여 이미지 변환(shifting) 및 절단(clipping)처리하여 주 시각이 조절된 입체 영상을 구현하고 감상할 수 있는 이동 단말기의 입체 영상 디스플레이 장치 및 방법에 관한 것이다.
멀티미디어 모바일 기기에 입체 영상 카메라를 적용하기 위해서는 모바일 기기들이 소형인 특성을 고려하여 설계가 간편하고 공간적 한계를 극복하고 보기 편한 입체 영상의 구현 기술이 뒷바침 되어야한다. 종래의 입체 영상 카메라를 모바일 기기에 적용하고 활용할 시에는 설계상의 문제로 인한 탑재 공간 확보, 그로 인한 비용증가 등의 여러 문제가 발생한다. 종래 입체 영상 카메라의 구현방식과 문 제점을 살펴보기로 한다.
도 1a는 종래기술 Parallel 방식의 입체 영상 카메라의 제작방식을 나타낸 예시도이다.
일정 간격(S)으로 영상센스(3)인 두 개의 카메라가 위치하고 렌즈(2)의 반경안에 중심피사체(1)가 위치한다.
도 1b는 종래기술 Parallel 방식의 입체 영상 카메라의 입체 영상 구현방법을 나타낸 예시도이다.
도 1에서 보는 바와 같이 Parallel 배열방식의 입체 영상 카메라는 제작방식(a)도 간단하며 영상의 왜곡도 없으나 입체 영상 구현 시 Monoscopic영역(b,4)이 발생하여 무한대의 주시각이 형성되어 원근감이 살아나는 자연스러운 입체 영상 표현의 한계가 있다.
도 2a는 종래기술 Tode-in 방식의 입체 영상 카메라의 제작방식을 나타낸 예시도이다.
일정 간격(S)으로 영상센스(3)인 두 개의 카메라가 위치하고 두 렌즈(2)로부터 교차각이 생성되도록 반경안에 중심피사체(1)가 위치한다.
도 2b는 종래기술 Tode-in 방식의 입체 영상 카메라의 입체 영상 구현방법을 나타낸 예시도이다.
도 2의 Toed-in 배열방식(a)에 의한 입체 영상 카메라는 근거리 피사체 표현 면에서 장점이 있으나, 획득한 좌/우 영상 사이에 교차각이 형성되어 주변부로 갈수록 수직시차(b,4)가 증가하는 현상이 일어나 입체 영상의 주변부 왜곡이 발생하 는 단점이 있다.
도 3은 종래기술 Horizontally-moving 방식의 입체 영상 카메라의 제작방식을 나타낸 예시도이다.
Parallel과 Toed-in 방식의 단점을 보완하기 위하여 도 3에서 보는 바와 같이 Horizontally-moving axis 배열방식의 입체 영상 카메라가 개발되었다. 이 방식은 중심 피사체(1)에 초점이 맺음과 동시에 주시각(θ)이 초점 위치로 조절되도록 하기 위해 수평 이동 입체 카메라(3)와 중심피사체(1) 사이의 거리정보(D)와 영상 센서(3)와 렌즈(2) 사이의 거리정보(d)를 이용하여 영상 센서(3)의 수평 이동량(mh)을 계산하여 중심 피사체(1)의 위치에 따라 영상 센서(3)를 하드웨어적으로 수평 이동시키는 방식이다. 하지만 모바일 기기등의 소형 장치에는 적용하기 어려운 단점이 있다. 그 이유는 도 3에서 보듯이 영상 센서의 정밀한 수평이동을 위한 구동회로(10)가 필요하며, 이로 인한 하드웨어 공간의 증가 및 설계/제조상의 비용증가를 초래하여 모바일 기기 등의 소형 미디어 장치에 적용하는 것에 한계가 있기 때문이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, PDA, PMP, 휴대폰 등의 소형 모바일의 입체 영상을 구현하기 위해 기존의 입체 영상 카메라의 원근표현의 부자연스러움, monoscopic 영역의 발생, 주변부 왜곡현상 등의 문제를 해결하고, 모바일 기기에 적용할때의 하드웨어 공간 확보 및 이로 인한 비용증가 문제를 해결하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 좌/우 영상을 촬영하여 영상신호를 생성하는 입체 영상 획득부; 상기 입체 영상 획득부에서 획득된 좌/우 영상을 이미지 변환 비율에 따라 픽셀 열로 변환하고, 상기 좌/우 영상 이미지의 모노스코픽 영역을 절단(clipping)하는 영상 처리부; 및 상기 영상 처리부에서 처리된 좌/우 영상 픽셀을 양안 시차에 의한 입체 영상으로 출력하는 디스플레이부를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명은 모바일 기기의 입체 영상 디스플레이 방법에 있어서, 피사체로부터 좌/우 영상을 각각 획득하는 단계; 상기 획득한 좌/우 영상을 이미지 변환 비율에 따라 픽셀 열로 변환하고, 상기 좌/우 영상 이미지의 모노스코픽 영역을 절단(clipping)하여 영상을 처리하는 단계; 상기 처리된 좌/우 영상을 해당 픽셀 열에 대응하게 입력하여 형성된 슬릿에 의해 분리하는 단계; 및 영안 시차에 의해 나타나는 입체영상을 출력하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 입체 영상 카메라의 제작방식을 나타낸 예시도이다.
두 개의 카메라(3)를 일정한 간격(S)으로 나란히 고정배열하고, 중심 파사체(1)로부터 좌/우 영상을 획득한다. 중심 피사체(1)와 렌즈(2)간의 거리정보(D)와 렌즈(2)와 영상센서(3) 간의 거리정보(d)를 이용하여 영상의 수평 이동비율(Q)을 계산한다. 획득된 좌/우 영상은 수평 이동비율(Q)에 의해 이미지 변환(shifting) 및 절단(clipping)과정의 영상처리를 수행하여 초점, 중심피사체(1)와 렌즈(2) 간 의 거리에 따른 좌/우 영상의 주시각(θ)을 조절한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 의한 입체 영상 디스플레이 모바일 기기를 나타낸 블럭도이다.
좌/우 영상을 촬영하는 두 개의 카메라로 구성된 입체영상 획득부(20), 이미지 변환 비율(Q)(30)에 의해 획득된 좌/우 영상 이미지를 shifting하고 monoscopic 영역을 clipping하는(a) 영상 처리 과정을 담당하는 영상 처리부(200), 입체영상 디스플레이 장치(Stereo image generator)(40)를 구비한다. 입체영상 획득부(20)는 촬영이 동시에 제어되는 두 개의 카메라를 고정된 간격으로 수평하게 배열하여 좌/우 영상을 획득한다. 영상 처리부(200)는 입체 영상 획득부(20)로부터 획득된 좌/우 영상을 도 5에서 보는 바와 같이 중심 피사체(10)와 영상 센서(3) 간의 거리 값(D)과 렌즈(2)와 영상 센서(3) 간의 거리(d) 값, 영상센서의 가로크기(L), 영상 센서에 맺히는 영상과 센서 중심축으로부터의 수평 편차값(th)을 이용하여 이미지 변환(Image shift) 비율(Q)를 구한다. 이를 이용하여 좌/우 영상을 shifting하고 monoscopic영역을 절단(clipping)한다. 영상 처리부(200)에서 필요로 하는 중요한 변수 값인 이미지 변환 비율(Q)를 구하는 식은 다음과 같다.
D : S/2 = d : th (1)
Q = (th / L) * 100[%] (2)
고정되어 있는 입체 영상 센서의 두 카메라의 간격(S)과 렌즈와 영상센서 사 이의 거리(d), 중심 피사체와 렌즈 사이의 거리(D)를 이용하여 수학식 1의 (1)에서와 같이 영상 센서에 맺히는 영상과 센서의 중심축으로부터의 수평 편차(th)를 계산한다. 그리고 수학식 1의 (2)와 같이 수평 편차(th) 값과 영상 센서의 가로 사이즈(L) 값의 비를 백분율 값으로 변환하여 좌/우 영상에 대한 이미지 변환 비율(Q)를 구한다. 촬영된 좌/우 영상은 구해진 이미지 변환 비율(Q) 값 만큼 픽셀 단위로 shift되며 좌/우 영상의 주시점이 동일한 점으로 모여지게 된다. 그리고 이로 인해 발생되는 monoscopic영역은 도 5에서와 같이 이미지 변환(image shift)과 동시에 절단(clipping)된다. 즉, 이미지 변환을 통해 도 2의 종래의 Toed-in 방식의 입체 카메라처럼 유한의 주시각(θ)이 생기며, 중심 피사체와 렌즈 사이의 거리에 따라 주시각을 변화시킬 수 있어 원근감이 제대로 살아난 입체 영상을 얻을 수 있게 되고 획득된 좌/우 영상 간의 교차각이 없어지므로 입체 영상 생성시 주변부로 갈수록 수직 편차가 증가하여 발생하는 영상 주변부의 왜곡 현상 또한 없어진다. 이미지 변환 비율 만큼 좌/우 영상의 monoscopic영역이 제거(clipping)되어 입체 영상 디스플레이 장치(40)로 입력된다. 3D 모드에서 자동 구동되는 슬릿에 의해 영상 패널에 입력된 좌/우 영상 픽셀 열로 출력되어 영안 시차에 의한 입체 영상(100)을 나타낸다.
도 6a는 본 발명에 의한 모바일 기기의 입체 영상 디스플레이 장치를 나타낸 구성도이다.
도 6b는 본 발명의 실시 예에 의한 입체 영상 감상 원리를 나타낸 예시도이 다.
입체 영상 디스플레이 장치(a)는 Parallax barrier 형성 패널(4), 영상 패널(5), 백라이트(6)로 구성된다. Parallax barrier 형성 패널(4)은 구동회로에 의해 3D 모드에서만 자동 슬릿을 형성하고 입체 영상을 출력한다. 획득된 좌/우 영상이 영상 패널(5)에 입력될 때, 좌안 영상(L)은 홀수 픽셀 에, 우안 영상(R)은 짝수 픽셀 열에 입력되고 이때, 열의 순서는 반대로 지정될 수 있다. 백라이트(6)로부터 빛을 제공받아 영상 패널(5) 전면에 형성된 슬릿(4)에 의해 분리되어 좌안 영상은 사용자의 왼쪽 눈에 입력되고 우안 영상은 사용자의 오른쪽 눈에 입력되어 영안 시차에 의한 입체 영상을 감상할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 의한 모바일 기기의 입체 영상 디스플레이 방법을 나타낸 흐름도이다.
두 개의 카메라가 동시에 구동되는 제어신호를 판별하여 피사체로부터 좌/우 영상을 각각 획득한다(S700,S701). 상기 획득한 영상으로부터 이미지 변환 비율(Q)에 따른 좌/우 영상 픽셀 열로 이미지 데이터를 처리한다. 이미지 변환 비율은 수평편차(th)값과 영상센서의 가로 사이즈(L)값의 비를 백분율 값으로 구하여진다. 이미지 변환 비율(Q)에 의한 획득한 좌/우 영상 이미지 shifting 및 clipping 처리과정을 수행한다(S702,S703). 처리된 좌/우 영상을 해당 픽셀 열에 대응하게 입력하여 형성된 슬릿에 의해 분리된다. 이때, 입체 영상 신호의 입력에 의한 자동 슬롯 구동이 이루어진다. 광원으로부터 제공된 빛에 의해 영안 시차에 의해 나타나는 입 체영상을 출력한다(S704~S705). 입체 영상 신호가 아닐 경우 2D 영상 화면으로 출력한다(S706).
본 발명은 모바일 기기에서의 입체 영상 감상을 위해, 중심 피사체와 렌즈간의 거리 정보와 렌즈와 영상 센서의 거리 정보를 이용하여, 중심 피사체의 거리에 따른 주시각의 조절을 위해 이미지 변환(Image shifting/clipping) 기법을 사용함으로써, 원근감 표현, 입체 영상 주변부의 왜곡 등의 부자연스러운 영상 문제를 제거하여 사용자로 하여금 더욱 자연스럽고 편안하며 눈의 피로를 줄인 입체 영상을 제공하는 효과가 있다. 또한, 종래의 입체 카메라 방식에서 하드웨어적인 주시각 조절 방식에 의한 공간확보의 불리함, 비용 증가의 문제가 해결되어 모바일 기기에서 일반 2D 영상과 입체 영상을 간편하게 선택적으로 감상할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 좌/우 영상을 촬영하여 영상신호를 생성하는 입체 영상 획득부;
    상기 입체 영상 획득부에서 획득된 좌/우 영상을 이미지 변환 비율에 따라 픽셀 열로 변환하고, 상기 좌/우 영상 이미지의 모노스코픽 영역을 절단(clipping)하는 영상 처리부; 및
    상기 영상 처리부에서 처리된 좌/우 영상 픽셀 열을 양안 시차에 의한 입체 영상으로 출력하는 디스플레이부를 포함하여 이루어진 입체 영상 디스플레이 기능을 갖는 모바일 기기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 디스플레이부는,
    상기 좌/우 영상 픽셀 열에 수평, 수직 방향으로 일정한 주기의 슬릿을 갖는 페러렉스(parallax) 격벽 형성 패널;
    상기 좌/우 영상을 분리하여 각 픽셀 열에 출력하는 영상 패널; 및
    백라이트를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 기능을 갖는 모바일 기기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 페러렉스(parallax) 격벽 형성 패널은 3D 모드에서만 슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 기능을 갖는 모바일 기기.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 영상 패널은 좌안 영상을 홀수 픽셀 열, 우안 영상을 짝수 픽셀 열에 출력하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 기능을 갖는 모바일 기기.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 영상 패널은 좌안 영상을 짝수 픽셀, 우안 영상을 홀수 픽셀 열에 출력하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 기능을 갖는 모바일 기기.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 모노스코픽 영역의 절단(clipping)은 이미지 변환 비율에 의한 이미지 쉬프팅(shifting)인 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 기능을 갖는 모바일 기기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 영상 획득부는 상기 좌/우 영상을 촬영하는 두 개의 카메라로 구성된 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 기능을 갖는 모바일 기기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 모바일 기기는 PDA, PMP, 휴대폰 등 적어도 하나가 되는 것을 특징으로 하는 입체 영상 디스플레이 기능을 갖는 모바일 기기.
  10. 피사체로부터 좌/우 영상을 각각 획득하는 단계;
    상기 획득한 좌/우 영상을 이미지 변환 비율에 따라 픽셀 열로 변환하고, 상기 좌/우 영상 이미지의 모노스코픽 영역을 절단(clipping)하여 영상을 처리하는 단계;
    상기 처리된 좌/우 영상을 해당 픽셀 열에 대응하게 입력하여 형성된 슬릿에 의해 분리하는 단계;
    영안 시차에 의해 나타나는 입체영상을 출력하는 단계를 포함하여 이루어진 모바일 기기의 입체 영상 디스플레이 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 이미지 변환 비율은 수평편차(th) 값과 영상센서의 가로 사이즈(L) 값의 비를 백분율 값으로 나타낸 것을 특징으로 하는 모바일 기기의 입체 영상 디스플레이 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 수평편차(th)는 렌즈에서 중심 피사체까지의 거리(D), 렌즈와 영상 센서까지의 거리(d), 두 카메라 사이의 간격(S)이라고 할 때, D : S/2 = d : th식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 모바일 기기의 입체 영상 디스플레이 방법.
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