KR101502407B1 - Stereo integral imaging display system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스테레오 집적 영상 디스플레이 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사물이 사람의 좌우 시야에 달리 보이는 것처럼 좌우영상으로 구분하여 픽업하는 영상 픽업부와; 상기 영상 픽업부에서 획득된 좌우영상이 겹쳐지지 않고 관측자의 눈 영역에 표시되도록 콘텐츠를 생성하는 콘텐츠 생성부와; 상기 콘텐츠 생성부에 관측자의 양안 위치를 추적하여 관측자의 양안 위치정보를 제공하는 양안추적부와; 상기 콘텐츠 생성부에서 생성된 콘텐츠 순서대로 좌우영상을 관측자에게 디스플레이하는 집적영상시스템부;로 구성되는 것이 특징인 스테레오 집적 영상 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 집적 영상 디스플레이 방법에서 3차원 영상의 좁은 시야각 및 영상 깊이 제한 문제를 제거함으로써 더욱 입체감과 선명한 화질의 3차원 영상을 확보할 수 있으며, 관측자의 관측위치와 머리의 기울어짐에 대해서도 3차원 영상을 확보할 수 있고, 초점수렴 불일치 영향을 줄이는 등의 현저한 효과가 있다.The present invention relates to a stereoscopic image display system, and more particularly, to a stereoscopic image display system, which includes a video pick-up unit for picking up an object as a right and left image, A content generating unit for generating a content so that the left and right images obtained by the image pickup unit are displayed in an eye area of an observer without overlapping; A binocular tracking unit for tracking the binocular position of the observer and providing the binocular positional information of the observer to the content generating unit; And an integrated image system for displaying left and right images to an observer in the order of contents generated by the contents generator.
As described above, in the integrated image display method, it is possible to secure a three-dimensional image with a more stereoscopic effect and a clear image quality by eliminating the problem of narrow view angle and image depth limitation of the three-dimensional image, and the observer's viewing position and head inclination It is possible to secure a three-dimensional image even in the case of the focus convergence disconnection, and there is a remarkable effect of reducing the influence of the focus convergence disconnection.
Description
본 발명은 시야각 및 입체감을 향상하는 스테레오 집적 영상 디스플레이 방식에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 렌즈 어레이를 사용하는 집적 영상 디스플레이 시스템에 고해상도의 좌우 플로팅 영상을 표시하여 입체감을 향상시키고, 관측자의 양안추적 장치를 사용하여 시야각 문제를 해결하는 보다 효과적인 입체영상을 표시할 수 있도록 한 것이다.
The present invention relates to a stereoscopic image display method for improving a viewing angle and a stereoscopic effect, and more particularly, to a stereoscopic image display system for improving a stereoscopic effect by displaying left and right floating images of high resolution on an integrated image display system using a lens array, So that a more effective stereoscopic image for solving the viewing angle problem can be displayed.
흔히들 입체영상을 3D영상이라고 부르기도 하는데, 최근에는 애니메이션과 같은 컴퓨터 그래픽의 한 분야를 3D라고 부르고 있어, 용어상의 혼란을 막기 위해 입체영상을 스테레오 영상 또는 스테레오스코픽 이미지라고 부르고 있다.In recent years, one area of computer graphics such as animation is called 3D. In order to prevent confusion in terminology, a stereoscopic image is called a stereoscopic image or a stereoscopic image.
일반적으로 우리가 입체영상이라고 부르는 영상은 사람의 눈처럼 두 대의 영상센서를 이용하여 획득하는, 좌우로 구성되는 양안 입체영상을 일컫는 말이다.Generally, the image that we call stereoscopic image refers to a binocular stereoscopic image composed of left and right images acquired by using two image sensors like a human eye.
사람이 사물을 보고 입체감을 느끼는 이유는 눈이 두 개라서, 왼쪽 눈에서 보이는 시야와 오른쪽 눈에서 보이는 시야가 다름으로 인해 양안을 통해 획득되는 사물의 위치차이로 인해 입체감을 느끼게 되는 것이다.The reason why a person feels stereoscopic feeling by seeing a thing is that two eyes have a three-dimensional effect due to the difference in positions of objects obtained through binocular vision due to a difference between a visual field in the left eye and a visual field in the right eye.
3차원 영상의 인식에 있어서 인간의 두 눈을 통하여 얻어지는 스테레오 영상에 기반하는 양안시차(binocular parallax)가 입체감의 가장 중요한 파라미터이다.Binocular parallax based on stereoscopic images obtained through human eyes in the recognition of 3D images is the most important parameter of 3D sensation.
최근 다양한 응용분야에서 이 양안 시차 기반의 입체 영상 디스플레이가 활발히 보급되고 있으며, 기술 향상을 위한 다양한 3차원 영상 디스플레이 기술이 제안되고 있다.In recent years, the binocular parallax based stereoscopic image display has been widely used in various applications, and various 3D image display technologies for improving the technology have been proposed.
일반적으로 3차원 디스플레이 기술은 크게 안경 방식, 무안경 방식, 완전 3차원 방식 등으로 구분이 가능하다.Generally, three-dimensional display technology can be broadly divided into a spectacle method, a non-spectacle method, and a full three-dimensional method.
이 중에서 특히 안경 방식은 시차가 있는 두 개의 2차원 영상을 편광 안경과 같은 별도의 장비를 이용하여 좌안과 우안에 각각 분리하여 제공함으로써 입체감을 느끼게 하는 방식이다.In particular, the eyeglass method is a method of providing stereoscopic effect by separating two two-dimensional images having a time lag separately from the left eye and the right eye using separate equipment such as polarizing glasses.
별도의 장비를 사용해야하는 불편함은 있지만, 쉽게 고해상도의 깊이 있는 영상을 제공할 수 있는 장점을 가진다.Although it is inconvenient to use separate equipment, it has the merit of providing high-resolution deep image easily.
안경 방식의 불편함을 극복하기 위한 무안경 방식은 보조 장치의 사용 없이 여러 개의 시점을 분리하여 표시하여 3차원 영상을 얻는다.In order to overcome the inconvenience of the spectacles system, the spectacles-free system acquires three-dimensional images by separating and displaying several viewpoints without using an auxiliary apparatus.
하지만, 이 시점은 불연속적이고, 관측자가 정확한 위치에서만 3차원 영상을 감상할 수 있다.However, this point is discontinuous and the observer can view the 3D image only at the correct position.
한편, 최근에 많이 연구되고 있는 무안경 3차원 디스플레이 영상 기술로 렌즈 어레이를 사용하는 집적 영상 (Integral Photography 또는 Integral Imaging) 방식이 있다.On the other hand, there is an integral imaging (Integral Photography or Integral Imaging) method using a lens array as a non-eyeglass 3D display image technique which has been studied much recently.
이 기술은 1908년 리프만(Lippmann)에 의해 처음 제안되었으며, 이후 촬영 소자나 표시 소자 기술의 급격한 발전과 더불어 다시 활발히 최근에 연구되고 있다.This technique was originally proposed by Lippmann in 1908 and has been actively researched recently, with rapid development of imaging and display device technologies.
집적 영상 시스템의 성능 향상을 위한 종래기술로는 등록특허공보 제0860611호(다층 표시 소자를 이용한 입체 영상시스템)에 동일한 중심축 상에 순차적으로 배열되어 있는 다수의 표시 소자를 포함하며, 각각의 상기 표시 소자들은 인가되는 기초 영상을 각각 다른 중심깊이 평면-여기서 중심깊이 평면은 해당 표시 소자에 의하여 표시되는 영상의 초점이 맺히는 위치를 기준으로 설정 거리 내에 포함되는 영역을 나타냄-에 표시하는 다층 영상 표시부; 상기 다수의 표시 소자에 대응되는 각각의 기초 영상을 제공하는 영상 처리부; 및 다수의 기초 렌즈로 구성되며 상기 다층 영상 표시부의 각각의 상기 표시 소자에서 표시되는 기초 영상들을 서로 다른 중심깊이 평면에 결상시켜, 입체 영상을 표시하는 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 영상 처리부는, 상기 다층 영상 표시부를 구성하는 표시 소자의 수에 따라 대응하는 수의 기초 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 입체 영상시스템이 소개되어 있다.Conventional techniques for improving the performance of an integrated imaging system include a plurality of display elements sequentially arranged on the same central axis in Patent Publication No. 0860611 (a stereoscopic image system using a multi-layer display element) The display elements display the applied basic image on a different central depth plane, in which the center depth plane indicates an area included in the set distance based on the position of the focus of the image displayed by the corresponding display element, ; An image processing unit for providing respective basic images corresponding to the plurality of display elements; And a lens array which is composed of a plurality of basic lenses and images basic images displayed by the respective display elements of the multi-layered image display unit on different central depth planes, and displays a stereoscopic image, And a corresponding number of basic images are generated in accordance with the number of display elements constituting the multi-layered image display unit.
그리고 또 다른 종래기술로는 등록특허공보 제0876619호(다층 표시 소자를 이용한 입체 영상시스템)에 인가되는 기초 영상을 투사하는 제1 표시부와 상기 제1 표시부에서 투사되는 기초 영상을 표시하는 제2 표시부, 여기서 제2 표시부는 다수의 표시 소자로 이루어짐을 포함하는 다층 영상 표시부; 상기 다수의 표시 소자에 대응되는 각각의 기초 영상을 생성하여 상기 제1 표시부로 제공하는 영상 처리부; 상기 다수의 표시 소자를 전기적으로 제어하며, 상기 제1 표시부로 제공된 기초 영상에 대응하는 하나의 표시소자를 나머지 표시 소자와 다른 상태로 동작시키는 전압 제어부; 및 다수의 기초 렌즈로 구성되며 상기 표시 소자들에서 표시되는 기초 영상을 서로 다른 중심깊이 평면에 결상시켜, 입체영상을 표시하는 렌즈 어레이를 포함하며, 상기 전압 제어부는, 상기 제1 표시부로 제공된 기초 영상에 대응하는 하나의 표시 소자에는 구동 전압을 인가하지 않고, 나머지 표시 소자들에는 구동 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 입체 영상시스템이 기재되어 있다.In another conventional technique, a first display unit for projecting a basic image to be applied to Registration No. 0876619 (a stereoscopic image system using a multi-layer display device) and a second display unit for displaying a basic image projected from the first display unit Wherein the second display unit comprises a plurality of display elements; An image processing unit for generating respective basic images corresponding to the plurality of display elements and providing the basic images to the first display unit; A voltage controller for electrically controlling the plurality of display elements and operating one display element corresponding to the basic image provided by the first display part in a different state from the other display elements; And a lens array formed of a plurality of basic lenses and configured to image a base image displayed on the display elements on different center depth planes and to display a stereoscopic image, A driving voltage is not applied to one display element corresponding to an image and a driving voltage is applied to the other display elements.
그러나 상기한 종래의 기술들은 복잡한 시스템 구조나 시분할 다중화 기술과 같은 복잡한 원리를 사용하여 단순히 하나의 변수를 극복하는 방법을 제시하였고, 또한, 고해상도 및 고깊이감의 3차원 영상을 제공하지 못하는 문제점이 있다.
However, the above-mentioned conventional techniques have proposed a method of overcoming one parameter simply by using a complicated principle such as a complex system structure or a time division multiplexing technique, and also fail to provide a three-dimensional image of high resolution and high depth have.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 렌즈 어레이를 사용하는 집적 영상 디스플레이 시스템에 관측자의 양안추적 장치를 사용하여 고해상도의 좌우 플로팅 영상을 표시하여 입체감을 향상시키고, 시야각 문제를 해결하는 보다 효과적인 입체영상을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an integrated image display system using a lens array, in which a left and right floating image of high resolution is displayed by using a binocular tracking device of an observer, And an object of the present invention is to provide an effective stereoscopic image.
또한, 본 발명은 관측자의 위치 및 머리의 움직임에 대해서 3차원 영상 표현이 가능하고, 초점수렴 불일치 문제점을 완화할 수 있은 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
It is another object of the present invention to provide a method capable of three-dimensional image representation of an observer's position and head motion and mitigating a problem of convergence of focus convergence.
본 발명의 해결수단으로는 사물이 사람의 좌우 시야에 달리 보이는 것처럼 좌우영상으로 구분하여 픽업하는 영상 픽업부와; 상기 영상 픽업부에서 획득된 좌우영상이 겹쳐지지 않고 관측자의 눈 영역에 표시되도록 콘텐츠를 생성하는 콘텐츠 생성부와; 상기 콘텐츠 생성부에 관측자의 양안 위치를 추적하여 관측자의 양안 위치정보를 제공하는 양안추적부와; 상기 콘텐츠 생성부에서 생성된 콘텐츠 순서대로 좌우영상을 관측자에게 디스플레이하는 집적영상시스템부;로 구성되는 것이 특징으로 하고 있다.
As a solution to the problem of the present invention, there is provided an image pickup apparatus comprising: an image pickup unit for picking up an object as a left / right image, A content generating unit for generating a content so that the left and right images obtained by the image pickup unit are displayed in an eye area of an observer without overlapping; A binocular tracking unit for tracking the binocular position of the observer and providing the binocular positional information of the observer to the content generating unit; And an integrated image system unit for displaying the left and right images to an observer in the order of contents generated by the contents generator.
상술한 바와 같이 본 발명은 집적 영상 디스플레이 방법에서 3차원 영상의 좁은 시야각 및 영상 깊이 제한 문제를 제거함으로써 더욱 입체감과 선명한 화질의 3차원 영상을 확보할 수 있으며, 관측자의 관측위치와 머리의 기울어짐에 대해서도 3차원 영상을 확보할 수 있고, 초점수렴 불일치 영향을 줄이는 등의 현저한 효과가 있다.
As described above, in the integrated image display method, it is possible to secure a three-dimensional image with a more stereoscopic effect and a clear image quality by eliminating the problem of narrow view angle and image depth limitation of the three-dimensional image, and the observer's viewing position and head inclination It is possible to secure a three-dimensional image even in the case of the focus convergence disconnection, and there is a remarkable effect such as reducing the influence of the focus convergence disconnection.
도 1은 실상 집적 영상과 허상 집적 영상 디스플레이 개념도.
도 2는 본 발명의 스테레오 집적 영상 디스플레이 시스템의 개념도.
도 3은 관측자의 우안에 대한 우안용 요소 영상 생성에 대한 개념도.
도 4는 우안용 요소 영상을 이용한 스테레오 집적 영상 디스플레이 개념도.
도 5는 관측자의 좌안에 대한 좌안용 요소 영상 생성에 대한 개념도.
도 6은 좌안용 요소 영상을 이용한 스테레오 집적 영상 디스플레이 개념도.
도 7은 본 발명의 실험에 따른 좌우영상, 좌우안용 요소 영상 그리고 좌우안용 요소영상 합성영상, 그리고 광학디스플레이 장치에서 관측영상사진.
도 8은 초점 수렴 불일치 문제에 대한 기존의 방식과 본 발명의 방식의 비교한 개요도.
도 9는 편광판의 원리를 나타낸 개요도.
도 10은 편광판이 설치되지 않은 디스플레이패널의 개요도.
도 11은 편광판이 설치된 디스플레이패널의 개요도.
도 12는 디스플레이패널에 편광판이 적용된 전·후의 영상비교사진.FIG. 1 is a conceptual diagram of a real image and a virtual image. FIG.
2 is a conceptual diagram of a stereo integrated image display system of the present invention.
3 is a conceptual diagram of the right eye image generation for the observer's right eye.
4 is a conceptual diagram of a stereo integrated image display using a right eye element image.
FIG. 5 is a conceptual diagram of a left eye element image generation for an observer's left eye. FIG.
6 is a conceptual diagram of a stereo integrated image display using a left eye element image.
FIG. 7 is a photograph of left and right images, a left and right element image, a left and right element image, and an optical image in an optical display device according to an experiment of the present invention.
8 is a schematic diagram of a comparison of an existing approach and a method of the present invention for a focus convergence mismatch problem;
9 is an outline view showing the principle of a polarizing plate.
10 is an outline view of a display panel on which a polarizing plate is not provided;
11 is an outline view of a display panel provided with a polarizer.
FIG. 12 is a picture comparing images before and after a polarizing plate is applied to a display panel. FIG.
본 발명 스테레오 집적 영상 디스플레이 시스템은 사람의 좌우 시야에 보이는 것처럼 좌우영상으로 구분하여 픽업하는 영상 픽업부(100)와; 상기 영상 픽업부(100)에서 획득된 좌우영상이 겹쳐지지 않고 관측자의 눈 영역에 표시되도록 콘텐츠를 생성하는 콘텐츠 생성부(200)와; 상기 콘텐츠 생성부(200)에 관측자의 양안 위치를 추적하여 관측자의 양안 위치정보를 제공하는 양안추적부(300)와; 상기 콘텐츠 생성부(200)에서 생성된 콘텐츠 순서대로 좌우영상을 관측자에게 디스플레이하는 집적영상시스템부(400);로 구성되는 것이 특징이다.The stereo integrated image display system of the present invention includes an
상기 집적영상시스템부(400)는 렌즈 어레이(410)와 디스플레이패널(420)로 구성되는 것이 특징이다.The integrated
상기 렌즈 어레이(410)의 전면에는 수평편광판(500)을 설치하고, 외부광원의 전면에는 수직편광판(600)을 설치하여 영상잡음을 해소한 것이 특징이다.A horizontal polarizing
이하, 본 발명 스트에오 집적 영상 디스플레이 시스템을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 실상 집적 영상과 허상 집적 영상 디스플레이 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a real image and a virtual image.
집적 영상 디스플레이 기술은 크게 픽업부 및 디스플레이부로 구성된다.The integrated image display technology mainly comprises a pickup unit and a display unit.
픽업부는 렌즈 어레이를 구성하는 기초 렌즈들에 의해 생성되는 3차원 물체의 여러 방향에서의 기초 영상을 촬영(촬상) 소자에 저장한다.The pickup unit stores basic images in various directions of the three-dimensional object generated by the basic lenses constituting the lens array in the image pickup (imaging) element.
디스플레이부는 촬영부의 역 과정으로서, 상기 저장된 기초 영상들을 표시하고, 다시 이 기초 영상들이 렌즈 어레이를 통과하면서 합쳐져서 원래 3차원 물체가 있었던 위치에서 입체 영상으로 재생하게 된다.The display unit displays the stored basic images as an inverse process of the photographing unit, and the basic images are combined as they pass through the lens array to reproduce stereoscopic images at the positions where the original three-dimensional objects exist.
이때 디스플레이부에서 3D 영상이 재생되는 위치는 렌즈 어레이와 요소영상 표시부와의 거리에 의해 결정된다.At this time, the position at which the 3D image is reproduced in the display unit is determined by the distance between the lens array and the element image display unit.
즉, 다음의 식과 같다.That is, the following equation is obtained.
수학식 1Equation 1
(여기에서 d는 3D 영상의 렌즈 어레이로부터의 위치 (중심깊이면: central depth plane), g는 렌즈 어레이와 표시부와의 거리, f는 렌즈 어레이를 구성하는 기초 렌즈의 초점거리이다.)(Where d is the position of the 3D image from the lens array (central depth plane), g is the distance between the lens array and the display, and f is the focal length of the base lens that constitutes the lens array)
여기서, d가 f보다 클 경우에는 상이 맺히는 거리 g 값이 양수가 되어 입체 영상이 렌즈 어레이의 앞면에 재생되며, 반대의 경우에는 렌즈 어레이의 후면에 재생된다.Here, when d is larger than f, the distance g value formed by the image becomes positive, so that the stereoscopic image is reproduced on the front surface of the lens array, and in the opposite case, it is reproduced on the rear surface of the lens array.
전자를 실상 집적 영상(real-field integral imaging)이라하고 후자를 허상 집적 영상 (Virtual-field integral imaging)이라고 한다.The former is called real-field integral imaging and the latter is called virtual-field integral imaging.
도 1에 이 두 가지 표시 방법을 비교하였다.Figure 1 compares these two display methods.
상기 집적 영상 디스플레이 시스템에는 렌즈 어레이 및 시스템의 구조에 의해 영상 해상도(image resolution), 시야각 (viewing angle), 영상깊이(image depth) 등이 결정된다.In the integrated image display system, an image resolution, a viewing angle, an image depth, and the like are determined according to the structure of the lens array and the system.
이 중에서 시야각은 플리핑(flipping)현상 없이 집적 영상을 관찰할 수 있는 시야영역의 각도를 나타내며, 다음의 수식으로 결정된다.Of these, the viewing angle represents the angle of view in which the integrated image can be observed without flipping, and is determined by the following equation.
식 2Equation 2
(여기에서 p는 렌즈 어레이를 구성하는 기초 렌즈의 직경이고 g는 렌즈 어레이와 표시부와의 거리이다.)(Where p is the diameter of the base lens constituting the lens array and g is the distance between the lens array and the display unit)
그리고 집적 영상에서 영상깊이는 중심깊이면(central depth plane)을 중심으로 일정한 두께 안에서만 표현이 가능하다.In the integrated image, the image depth can be expressed only within a certain thickness centered on the central depth plane.
이것은 중심깊이면이 실제 기초 렌즈가 상을 맺는 위치이기 때문에 이 깊이 영역이 3차원 영상을 왜곡 없이 표현하는 실제 영역이다.This is an actual area where the depth region is a distortion-free representation of the three-dimensional image since the center depth surface is the position where the actual basic lens forms an image.
이를 증가시키기 위해서 요소 영상 디스플레이의 기계적 움직임, 시분할 디스플레이 등과 같은 매우 복잡한 시스템 구조가 연구되어 왔다.In order to increase this, a very complicated system structure such as mechanical movement of the element image display, time-division display, etc. has been studied.
또한, 해상도, 시야각, 영상 깊이는 서로 복잡하게 연결되어 있는 변수들로써 전체적으로 향상시키는 것이 불가능하다는 문제점이 있었다.Also, the resolution, the viewing angle, and the image depth are variables that are connected to each other in a complicated manner, and thus it is impossible to improve the resolution as a whole.
참고로 간단한 용어를 정리하면, 요소렌즈(elemental lens)는 렌즈배열을 구성하는 한 개의 렌즈를 말한다.For the sake of simplicity, the elemental lens refers to one lens constituting the lens array.
그리고 이 요소렌즈의 크기에 대응하는 결상면(imaging plane)위 결상영역(image formation region)을 요소영상(elemental image)이라 한다.The image formation region on the imaging plane corresponding to the size of the elliptic lens is referred to as an elemental image.
또한, 이 요소영상들의 집합을 요소영상배열(elemental image array)라 한다.The set of elemental images is also referred to as an elemental image array.
일반적으로 하나의 작은 렌즈를 기초 렌즈 또는 렌즈릿이라고 하며, 작은 렌즈의 배열된 군을 렌즈 어레이라 표현하다.In general, one small lens is referred to as a base lens or lenslet, and an arrayed group of small lenses is referred to as a lens array.
도 2는 본 발명의 스테레오 집적 영상 디스플레이 시스템의 개념도로서 본 발명 집적 영상 디스플레이 시스템에서 좁은 시야각 및 깊이 영역 제한의 문제점을 제거하는 시스템 개요도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram of a stereo integrated image display system of the present invention, which is a system overview for eliminating the problems of narrow viewing angle and depth area limitation in the integrated image display system of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 스테레오 집적 영상 디스플레이 시스템은 관측자의 양안 추적 장치를 사용하며, 렌즈 어레이를 사용하는 집적 영상 디스플레이 시스템에서 고해상도의 좌우 플로팅 영상을 관측자의 좌우안에 독립적으로 표시하도록 하고 있다.As shown in FIG. 2, the stereo integrated image display system of the present invention uses a binocular tracking device of an observer, and displays high-resolution left and right floating images in left and right sides of an observer independently in an integrated image display system using a lens array have.
이에, 스테레오 좌우 영상을 픽업하는 영상 픽업부, 관측자의 양안을 추적하는 양안추적부, 렌즈 어레이와 디스플레이패널로 구성되어지는 집정 영상 시스템부, 상기 양안추적부에서 얻어진 양안 위치 정보를 바탕으로 좌우 요소 영상을 생성하는 콘텐츠생성부로 구성하였다.A binocular tracking unit for tracking both eyes of the observer, a collective image system unit for constituting a lens array and a display panel, and a binocular tracking unit for tracking binocular position information obtained from the binocular tracking unit, And a content generation unit for generating an image.
본 발명을 효과적으로 구현하기 위해서는 영상픽업부에서 생성된 좌영상과 우영상에 대해서 좌우안용 요소 영상을 관측자의 눈 영역에 디스플레이되도록 생성하여야 하며, 좌우 양안의 디스플레이 영역이 겹쳐지지 않도록 콘텐츠를 생성하여야 한다. 영상픽업부는 스테레오 카메라를 직접적으로 이용하거나 컴퓨터 그래픽스적으로 3차원 모델로부터 좌영상과 우영상을 생성할 수 있다.In order to effectively realize the present invention, the left and right element images for the left and right images generated by the image pickup unit should be displayed in the eye region of the observer, and the contents should be generated so that the display regions of the left and right eyes are not overlapped . The image pickup unit can directly use a stereo camera or generate a left image and a right image from a three-dimensional model by computer graphics.
도 3은 관측자의 우안에 대한 우안용 요소 영상 생성에 대한 개념도로서, 영상픽업부에 생성된 영상에 대해서 관측자의 한쪽 눈 영역에 표시할 요소 영상을 생성하기 위한 개념을 보여준다.FIG. 3 is a conceptual diagram for generating a right eye element image for the right eye of an observer, and shows a concept for generating an element image to be displayed in one eye region of an observer with respect to the image generated in the image pickup unit.
만약 우안(오른쪽 눈)에 대한 3차원 영상의 요소 영상 생성한다고 가정하면, 도 3에서와 같이 우안에 표시할 우영상을 집적 영상의 중심 깊이 영역에 위치시키고, 요소 영상을 생성한다.Assuming that an elementary image of a three-dimensional image is generated with respect to the right eye (right eye), a right image to be displayed in the right eye is positioned in the central depth region of the integrated image and an element image is generated as shown in FIG.
이때 관측자의 우안에 표시할 영역 A에 대해서 매핑이 되는 우영상의 B 영역이 요소 영상의 C 영역에 기록이 되도록 모든 핀홀에 대해서 각각의 콘텐츠를 생성한다.At this time, the content of each pinhole is generated so that the B area of the right image to be mapped to the area A to be displayed on the right eye of the observer is recorded in the C area of the element image.
이렇게 생성된 영상이 우안에 대한 우안용 요소 영상이다.The generated image is the right eye image for the right eye.
본 발명에서는 기존의 방식과는 달리 관측자의 거리를 고려하여 요소 영상이 생성된다.In the present invention, an elementary image is generated in consideration of the distance of the observer, unlike the conventional method.
따라서, 디스플레이할 때 관측자의 위치와 머리의 움직임에 상관없이 자유롭게 요소 영상을 생성할 수 있다는 장점을 가진다.Accordingly, it is possible to freely generate an element image irrespective of the position of the observer and the motion of the head when displaying the image.
도 4는 우안용 요소 영상을 이용한 스테레오 집적 영상 디스플레이 개념도로서, 도 4는 도 3에서 생성한 우안의 요소 영상을 집적 영상 디스플레이 시스템에 표시할 경우에 관측자의 우안에서 영상이 표시되는 방법을 설명한 것이다.4 is a conceptual diagram of a stereo integrated image display using a right eye element image. FIG. 4 illustrates a method of displaying an image in the right eye of an observer when the right eye element image generated in FIG. 3 is displayed on an integrated image display system .
우안의 요소 영상은 각각의 렌즈배열을 통과하여 집적 영상 시스템의 중심깊이영역에 우영상이 올바르게 표현이 되고 이 플로팅 영상을 관측자는 우안으로 관측하게 된다.The right eye image passes through each lens array and the right image is correctly displayed in the central depth region of the integrated imaging system. The observer observes the floating image with the right eye.
동일한 방법으로 관측자의 좌안에 대해서도 좌영상을 이용하여 좌안용 요소 영상을 생성할 수 있다.In the same way, the left eye image can be generated using the left image with respect to the left eye of the observer.
도 5는 관측자의 좌안에 대한 좌안용 요소 영상 생성에 대한 개념도로서, 관측자의 좌안 영역에 표시할 요소 영상을 생성하기 위한 개념을 나타낸 것이고, 도 6은 좌안용 요소 영상을 이용한 스테레오 집적 영상 디스플레이 개념도로서, 좌안용 요소 영상을 이용한 3차원 플로팅 영상을 표시하고 관측자의 좌안영역 A'에서 관측됨을 확인하는 개념도이다.FIG. 5 is a conceptual diagram of a left eye element image generation for an observer's left eye, and shows a concept for generating an element image to be displayed in a left eye area of an observer. FIG. 6 is a conceptual diagram of a stereo image display using a left eye element image Dimensional floating image using the left eye element image and confirming that it is observed in the left eye area A 'of the observer.
도 7은 본 발명의 실험에 따른 좌우영상, 좌우안용 요소 영상 그리고 좌우안용 요소영상 합성영상, 그리고 광학디스플레이 장치에서 관측 영상사진으로서, 본 발명에 대한 실험적 관측자의 우안에 대한 요소 영상 생성 및 3차원 영상의 예를 나타낸 것이다.FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an image of a left eye, right and left eye component images, left and right eye component images, and an optical image of an optical display device according to an experiment of the present invention, FIG.
두 개의 영상 (좌영상, 우영상)은 스테레오 페어인 영상이며, 도 3과 도 5의 원리에 의하여 생성된 좌안용 요소 영상과 우안용 요소 영상을 각각 보여주고 있다.The two images (left image, right image) are stereo pairs and show the left eye element image and the right eye element image generated by the principle of FIGS. 3 and 5, respectively.
스테레오 페어란 스테레오 영상을 디스플레이할 때에 좌영상 우영상의 두 영상이 필요한데, 이때 같은 프레임에 동시에 사용되는 좌영상, 우영상의 두 세트를 스테레오 페어라고 한다.Stereo Pair When two stereo images are displayed, two sets of left and right images are required. At this time, two sets of left and right images used simultaneously in the same frame are called stereo pairs.
따라서, 이 두 영상을 관측자의 각각의 좌안, 우안에 영상을 표시하기 위해서 두 개의 영상을 단순히 합하여 최종 디스플레이용 요소 영상을 생성한다.Therefore, in order to display the images on the left and right eyes of the observers, the two images are simply summed to generate the final display element image.
이렇게 생성된 요소 영상을 집적 영상 디스플레이 장치에 표시하게 되면 좌우안에 대한 각각의 서로 다른 스테레오 플로팅 영상이 관측자에게 관측이 된다.When the element image thus generated is displayed on the integrated image display device, each of the different stereo floating images for the right and left is observed by the observer.
본 발명은 집적 영상 기술에서 영상의 표현 깊이를 이용하여 스테레오 플로팅 영상을 동시에 표시하기 때문에, 관측자가 3차원 영상의 깊이감을 쉽게 느끼게 된다.Since the stereo floating image is simultaneously displayed using the depth of image representation in the integrated image technology, the observer easily feels the depth feeling of the 3D image.
본 발명의 또 다른 장점은 기존의 스테레오 방식의 문제인 초점과 수렴의 불일치 부분을 완하시키는 방법이다.Another advantage of the present invention is a method for relieving the inconsistency portion of focus and convergence, which is a problem of the conventional stereo method.
도 8은 도 8은 초점 수렴 불일치 문제에 대한 기존의 방식과 본 발명의 방식의 비교한 개요도로서 이에 대한 설명을 나타낸다.FIG. 8 is a schematic diagram showing a comparison between the conventional method and the method of the present invention for the focus convergence mismatch problem. FIG.
기존의 스테레오 디스플레이 방식에서는 좌우안이 모두 디스플레이패널에 초점을 맺히고 실제 3차원 영상이 디스플레이패널이 아닌 곳에 표시되면 큰 초점수렴 간의 불일치가 발생한다.In the conventional stereoscopic display method, both left and right focuses on the display panel, and when the actual three-dimensional image is displayed in a place other than the display panel, inconsistency occurs between large focus convergence.
이에 반해서 본 발명의 방식은 좌우안의 초점이 집적영상의 특성상 중심깊이면에 맺히기 때문에 초점수렴 불일치 정도를 완화할 수 있음을 나타낸 것이다.On the other hand, the method of the present invention shows that the degree of focus convergence mismatch can be mitigated because the focal points of the left and right eyes are focused on the center depth face due to the characteristics of the integrated image.
본 발명의 또 다른 장점은 기존의 스테레오 콘텐츠를 바로 디스플레이 장치의 입력으로 사용할 수 있다는 것이다.Another advantage of the present invention is that existing stereophonic content can be directly used as input to the display device.
새로운 3차원 요소 영상의 생성하지않고, 기존에 기록된 스테레오 영상들을 이용하여 바로 집적 영상 디스플레이에 표시함으로써 콘텐츠 제작에 대한 부담을 줄일 수 있다.It is possible to reduce the burden on the contents production by displaying the stereoscopic image directly on the integrated image display using the previously recorded stereo images without generating a new three-dimensional element image.
본 발명의 또 다른 장점은 관측자의 양안을 추적하는 장치를 이용하기 때문에 집적 영상 디스플레이 방식의 문제점 중에 하나인 좁은 시야각 문제를 해결할 수 있다.Another advantage of the present invention is to solve the narrow viewing angle problem, which is one of the problems of the integrated image display method, by using a device for tracking the viewer's eyes.
즉, 관측자의 양안에 맞게 요소 영상을 생성하여 디스플레이하기 때문에 시야각 제한 없이 디스플레이가 가능하다.That is, since the element image is generated and displayed in accordance with both eyes of the observer, it is possible to display without limitation of the viewing angle.
본 발명 스테레오 집적 영상 디스플레이 시스템을 요약하여 설명하면 관측자의 양안 추적 장치를 사용하며, 렌즈 어레이를 사용하는 집적 영상 디스플레이 시스템에서 고해상도의 좌우 플로팅 영상을 관측자의 좌우안에 독립적으로 표시하는 것으로, 스테레오 좌우 영상을 픽업하는 영상 픽업부, 관측자의 양안을 추적하는 양안추적부, 렌즈 어레이와 디스플레이패널로 구성되어 지는 집적영상시스템부, 상기 양안추적부에서 얻어진 양안 위치 정보를 바탕으로 좌우안용 요소 영상을 생성하는 콘텐츠생성부로 구성이 되되, 양안추적부를 이용하여 관측자의 3차원 영상에 대한 시야각 문제를 극복하고, 양안추적부에서 얻어진 관측자의 양안 위치 정보에 대한 좌우안용 요소 영상을 독립적으로 생성한 후 적영상시스템부에서 좌우안용 플로팅 3차원 영상으로 관측자의 양안에 독립적으로 표시하도록 하는 3차원 영상 시스템을 구현함으로써 고해상도 및 고깊이감의 3차원 영상을 제공한다.The stereoscopic image display system of the present invention will be briefly described as follows. In an integrated image display system using an observer's binocular vision system and using a lens array, high-resolution left and right floating images are independently displayed on left and right sides of an observer. A binocular tracking unit for tracking both eyes of the observer, an integrated image system unit including a lens array and a display panel, and a binocular positioner for generating binocular positional images based on the binocular positional information obtained by the binocular tracking unit And a content generating unit. The binocular tracking unit is used to overcome the viewing angle problem of the observer's three-dimensional image, independently generate the left and right eye element images for the binocular position information obtained from the binocular tracking unit, Floating 3D Horizontal By the implementation of the three-dimensional imaging system for both eyes of the viewer to display independently it provides a high resolution and a high three-dimensional image in depth.
게다가, 기존의 다른 무안경 방식과 달리 완전시차(Full parallax)를 제공하는 렌즈 어레이 기반의 집적 영상을 사용하기 때문에 관측자의 위치나 머리의 방향에 상관없이 3차원 영상을 표시할 수 있으며, 초점수렴 불일치 문제를 완화할 수 있다.In addition, since the lens array-based integrated image is used which provides full parallax unlike the conventional non-eyeglass type, three-dimensional images can be displayed irrespective of the position of the observer or the direction of the head, It is possible to alleviate the inconsistency problem.
도 9는 편광판의 원리를 나타낸 개요도이며, 도 10은 편광판이 설치되지 않은 디스플레이패널의 개요도이고, 도 11은 편광판이 설치된 디스플레이패널의 개요도이다.Fig. 9 is a schematic diagram showing the principle of a polarizing plate, Fig. 10 is a schematic view of a display panel without a polarizing plate, and Fig. 11 is a schematic view of a display panel provided with a polarizing plate.
도 10에 도시된 바와 같이 렌즈 어레이의 전면에 편광판을 설치하지 않으면 반사광에 의해 눈부심이 발생하여 영상이 깨끗하지 못하기 때문에 도 11에서와 같이 렌즈 어레이(410)의 전면과 외부광원의 전면에 편광판을 설치하되, 렌즈 어레이(410)의 전면에는 수평편광판(500)을 설치하고, 외부광원(700)의 전면에는 수직편광판(600)을 설치함으로써 영상잡음을 해소하도록 하였다.10, if the polarizing plate is not provided on the front surface of the lens array, glare occurs due to reflected light and the image is not clean. Therefore, as shown in FIG. 11, the front surface of the
상기 수평편광판(500)과 수직평광판(600)은 서로 바꾸어 배치하여도 무관하다.The
특히, LCD처럼 편광된 빛을 발산하는 디스플레이패널을 사용하는 경우는 렌즈 어레이에 부착되는 편광판의 편광방향을 디스플레이패널의 편광방향과 일치시키도록 한다.In particular, when a display panel that emits polarized light such as an LCD is used, the polarizing direction of the polarizing plate attached to the lens array is made to coincide with the polarizing direction of the display panel.
편광은 진행방향에 수직인 임의의 평면에서 전기장의 방향이 일정한 빛을 가리키는 것으로, 이러한 빛의 전기장의 방향으로 편광의 방향(polarization)을 구별한다.Polarization refers to the constant direction of the electric field in any plane perpendicular to the direction of travel, and it distinguishes the polarization of the polarization in the direction of the electric field of light.
즉, 특정한 방향으로 진동하는 빛을 편광이라고 한다.That is, light that oscillates in a specific direction is referred to as polarized light.
도 9에 도시된 바와 같이 종파에 대하여 종방향으로 형성된 틈새로 종파가 통과하고 횡방향의 틈새로는 종파는 걸러지게 되는 것으로, 일종의 틈새와 같은 역할을 하는 것을 편광판이라 할 수 있다.As shown in Fig. 9, the longitudinal wave passes through the gap formed in the longitudinal direction with respect to the longitudinal wave, and the longitudinal wave is filtered through the gap in the lateral direction. Thus, the polarizer can function as a kind of gap.
편광판 전기석이나 자수정을 전기축에 평행하게 잘라서 얻어지는 것으로, 천연산은 착색이 심하고 소형이기 때문에 착색이 심하지 않고 투명도도 좋은 헤라파타이트라고 하는 단결정축을 가지런히 하여 박막으로 한 폴라로이드를 널리 사용하고 있다.Polarizers Polaroids are obtained by cutting tourmaline or amethyst crystals parallel to the electric axis. Polaroids made of thin films are widely used because natural acid is small in color and small in size, and has a single crystal axis, called herapatite, which has good transparency.
보통의 광원에서 나오는 빛을 두 개의 나란히 놓인 편광판에 통과시키면 두 편광판의 방향이 이루는 각도에 따라 통과한 빛의 세기가 변한다.When the light from an ordinary light source is passed through two polarizing plates arranged side by side, the intensity of light passing through is changed according to the angle formed by the directions of the two polarizing plates.
이때, 두 편광판의 방향이 같을 때 빛의 세기는 최대이고 서로 수직일 때 빛의 세기는 최소가 된다.At this time, when the directions of the two polarizing plates are the same, the intensity of the light is maximum, and the intensity of light is minimum when the polarizing plates are perpendicular to each other.
도 12는 디스플레이패널에 편광판이 적용된 전·후의 영상비교사진으로서, (a)는 편광판이 적용된 전의 사진이며, (b)는 편광판이 적용된 후의 사진이다.FIG. 12 is a photograph before and after the polarizing plate is applied to the display panel, in which (a) is a photograph before the polarizing plate is applied, and (b) is a photograph after the polarizing plate is applied.
도 12에 도시된 바와 같이 편광판이 적용된 영상사진이 적용되기 전의 영상영상보다 훨씬 선명한 영상을 획득한다는 것을 알 수 있다.It can be seen that a clearer image is obtained than the image before the application of the image with the polarizer applied, as shown in FIG.
또한, 렌즈 어레이에 설치된 수평편광판에 무반사 코팅된 필름을 추가로 부착하면 편광판 표면의 반사광이 감소하게 된다.Further, when a film coated with an anti-reflection coating is additionally attached to the horizontal polarizing plate provided on the lens array, the reflected light on the surface of the polarizing plate is reduced.
상술한 바와 같이 본 발명은 집적 영상 디스플레이 방법에서 3차원 영상의 좁은 시야각 및 영상 깊이 제한 문제를 제거함으로써 더욱 입체감과 선명한 화질의 3차원 영상을 확보할 수 있으며, 관측자의 관측위치와 머리의 기울어짐에 대해서도 3차원 영상을 확보할 수 있고, 초점수렴 불일치 영향을 줄이는 등의 현저한 효과가 있다.
As described above, in the integrated image display method, it is possible to obtain a three-dimensional image with a more stereoscopic effect and a clear image quality by eliminating the narrow viewing angle and limitation of the image depth limitation of the three-dimensional image, and the observer's viewing position and head inclination It is possible to secure a three-dimensional image even in the case of the focus convergence disconnection, and there is a remarkable effect such as reducing the influence of the focus convergence disconnection.
100. 영상픽업부 200. 콘텐츠 생성부 300. 양안추적부
400. 집적영상시스템부 500. 수평편광판 600. 수직편광판
700. 외부광원
410. 렌즈 어레이 420. 디스플레이패널100. An
400. Integrated
700. External light source
410.
Claims (3)
사물이 사람의 좌우 시야에 보이는 것처럼 좌우영상으로 구분하여 픽업하는 영상 픽업부(100)와; 상기 영상 픽업부(100)에서 획득된 좌우영상이 겹쳐지지 않고 관측자의 눈 영역에 표시되도록 콘텐츠를 생성하는 콘텐츠 생성부(200)와; 상기 콘텐츠 생성부(200)에 관측자의 양안 위치를 추적하여 관측자의 양안 위치정보를 제공하는 양안추적부(300)와; 상기 콘텐츠 생성부(200)에서 생성된 콘텐츠 순서대로 좌우영상을 관측자에게 디스플레이하는 집적영상시스템부(400);로 구성되는 것으로,
상기 집적영상시스템부(400)는 렌즈 어레이(410)와 디스플레이패널(420)로 이루어지며,
상기 영상픽업부(100)에서 생성된 좌영상과 우영상에 대해서 좌우안용 요소 영상을 관측자의 눈 영역에 디스플레이되도록 생성하되, 좌우 양안의 디스플레이 영역이 겹쳐지지 않도록 스테레오 카메라 또는 컴퓨터그래픽적으로 콘텐츠를 생성하는 것이고,
상기 콘텐츠는 동일 프레임에 동시에 사용되는 좌영상과 우영상의 세트로 이루어진 스테레오 페어를 생성하되, 관측자의 각각의 좌안과 우안에 영상을 표시하기 위하여 좌영상과 우영상을 합하여 최종 디스플레이용 합성요소 영상으로 생성함으로써 시야각 제한 없이 디스플레이가 가능하며,
최종 디스플레이용 요소 영상은 상기 집적영상시스템부(400)를 통해 중심깊이면에 3차원 영상으로 생성되어 초점수렴 불일치 정도를 완화시키며,
상기 중심깊이면의 위치는
{d는 3D 영상의 렌즈 어레이로부터의 위치(중심깊이면: central depth plane),
g는 렌즈 어레이와 표시부와의 거리,
f는 렌즈 어레이를 구성하는 기초 렌즈의 초점거리}
A stereo integrated video display system,
An image pickup unit (100) for picking up an object as a left / right image as shown in a left / right view of a person; A content generation unit (200) for generating a content so that the left and right images obtained by the image pickup unit (100) are displayed in an eye area of an observer without being overlapped; A binocular eye tracking unit 300 for tracking the binocular position of the observer to the content generating unit 200 and providing the binocular positional information of the observer; And an integrated image system (400) for displaying left and right images to an observer in the order of contents generated by the contents generator (200)
The integrated image system unit 400 includes a lens array 410 and a display panel 420,
A stereoscopic camera or a computer graphics program is generated so that the left and right eye image areas are displayed on the eye area of the observer with respect to the left and right images generated by the image pickup part 100, Lt; / RTI >
The content is generated by generating a stereo pair composed of a set of a left image and a right image simultaneously used in the same frame. In order to display an image on each left eye and right eye of an observer, a left image and a right image are combined, It is possible to display without limitation of the viewing angle,
The final display element image is generated as a three-dimensional image on the central depth surface through the integrated image system unit 400 to alleviate the degree of focus convergence mismatch,
The position of the center depth face
{d is the position (center depth plane) of the 3D image from the lens array,
g is the distance between the lens array and the display unit,
f is the focal length of the basic lens constituting the lens array}
상기 렌즈 어레이(410)의 전면에는 수평편광판(500)을 설치하고, 외부광원(700)의 전면에는 수직편광판(600)을 설치한 것이 특징인 스테레오 집적 영상 디스플레이 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein a horizontal polarizing plate 500 is installed on a front surface of the lens array 410 and a vertical polarizing plate 600 is installed on a front surface of the external light source 700.
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