KR101634013B1 - Method for implementing three-dimensional and two-dimensional convertible display based on integral imaging using a mask panel - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마스크 패널이 사용된 집적영상에서 3차원 및 2차원 영상으로 전환가능한 디스플레이 시스템을 구현하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마스크 패널을 이용하여 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 표현하거나 또는, 2차원 영상과 3차원 영상을 동시에 표현할 수 있는 마스크 패널이 사용된 집적영상에서 3차원 및 2차원 영상으로 전환가능한 디스플레이 시스템을 구현하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of implementing a display system capable of switching between three-dimensional and two-dimensional images in an integrated image using a mask panel, and more particularly, to a method of selectively displaying a two- And more particularly, to a method of implementing a display system capable of switching between three-dimensional and two-dimensional images from an integrated image using a mask panel capable of simultaneously displaying a two-dimensional image and a three-dimensional image.
무 안경식 3차원 디스플레이장치는 디스플레이 산업의 새로운 시장을 이끌 수 있는 차세대 디스플레이 기술 중에 하나로 고려되고 있다.The non-spectacular 3D display device is considered as one of the next generation display technologies that can lead a new market in the display industry.
그러나 아직까지 사업화에 성공한 무안경식 3차원 디스플레이장치는 없지만, 다양한 기술들이 개발되고 있다.However, there are no stereoscopic 3D display devices that have successfully commercialized yet, but various technologies are being developed.
이러한 기술들 가운데 집적영상(integral imaging)이 최근 주목을 받고 있다.Of these technologies, integral imaging has received much attention.
이 기술은 1908년 Lippman교수에 의해서 처음으로 제안되었지만, 당시에는 디스플레이장치의 해상도 한계로 크게 발전하지 못하였는데, 최근 고해상도의 디스플레이 등장으로 많은 연구들이 진행되어 왔다.This technique was originally proposed by Professor Lippman in 1908, but at that time, the resolution limit of the display device was not greatly improved. Recently, a lot of studies have been conducted with the appearance of a high resolution display.
이 집적영상 기술은 기존의 디스플레이장치에 렌즈어레이(lens array)를 부가적으로 사용하여 3차원 영상을 만드는 방법이다.This integrated imaging technology is a method of creating a three-dimensional image by additionally using a lens array to an existing display device.
따라서 시스템의 구조가 간단하며, 쉽게 3차원 컬러 영상을 만들 수 있다는 장점이 있다.Therefore, the structure of the system is simple, and it is advantageous that a three-dimensional color image can be easily produced.
집적영상 기술의 실질적인 응용을 위해서는 3차원/2차원 변환 기능을 가지는 집적영상 기술이 요구된다.For practical application of integrated imaging technology, integrated imaging technology with three-dimensional / two-dimensional conversion function is required.
최근, 이를 위한 다양한 연구들이 시도되고 있다. Recently, various studies for this have been attempted.
이 3차원/2차원 변환 기능을 위해서 다양한 장치들이 추가적으로 사용되고 있다.Various devices are additionally used for this three-dimensional / two-dimensional conversion function.
예를 들면 동적 핀홀어레이(active pinhole array), LED어레이(light emitting diode array) 등이 있다.For example, active pinhole arrays, light emitting diode arrays, and the like.
그러나 이러한 방법은 2차원 기능을 부가하기 위해서 기존의 집적영상 디스플레이 시스템에 복잡한 장치들이 추가적으로 사용되었다.However, in this method, complicated devices are additionally used in a conventional integrated image display system to add a two-dimensional function.
도 1은 집적영상방식의 기본원리를 나타내 개요도이다.1 is a schematic diagram showing a basic principle of an integrated image method.
기본적으로 3차원 물체(110)를 3차원 영상(210)으로 재생하는 원리는 3차원 물체(110)에서 나온 빛들이 렌즈어레이(120)를 통과한 뒤에 영상획득장치(130)에 의해 요소영상들로 획득되는 영상획득단계(100)와 영상획득단계(100)에 의해 수집된 요소영상들을 디스플레이장치(230)에 표현한 뒤에 렌즈어레이(220)를 통해 공간상에 3차원 영상(210)으로 재생하는 영상재생단계(200)로 구성된다.Basically, the principle of reproducing the three-dimensional object 110 with the three-
즉, 집적영상 기술은 도 1에서와 같이 크게 영상획득단계(100)와 영상재생단계(200)로 나누어진다.That is, the integrated image technology is roughly divided into an
영상획득단계(100)는 렌즈어레이(120)에 의해 결상된 여러 영상들은 CCD카메라와 같은 영상획득장치(130)에 기록된다.In the
이때, 영상획득장치(130)에 기록되는 영상을 요소영상들(elemental images)이라고 한다.At this time, the image recorded in the
역으로 영상재생단계(200)에서는 기록된 요소영상들을 디스플레이장치(230)에 표시하여, 요소영상들을 획득할 때와 같이 렌즈어레이(220)를 통과하여 공간상에 3차원 영상을 복원할 수 있게 된다.Conversely, in the
실질적으로 영상획득단계(100)의 요소영상들과 영상재생단계(200)의 요소영상들(230)은 실질적으로 동일하다.Substantially the elemental images of the
이러한 3차원 집적영상표시방법의 종래문헌으로는 등록특허 제0891160호에 요소영상 압축 장치가 영역 분할 기법을 적용하여 요소영상을 압축하는 방법에 있어서, (a) 3차원 객체로부터 렌즈어레이를 통하여 서로 다른 시차를 가지는 요소영상을 획득하는 단계; (b) 상기 획득된 요소영상을 유사 상관도에 따라 복수의 유사한 영상을 가진 유사 영역으로 분할하는 단계; (c) 상기 각각의 유사 영역에 포함된 영상을 1차원 요소영상 배열로 재배열하는 단계; 및 (d) 상기 재배열되어 생성된 1차원 요소영상 배열을 압축하는 단계를 포함하는 영역 분할 기법을 이용한 요소영상 압축 방법이 기재되어 있다.As a conventional art of such a three-dimensional integrated image display method, a method of compressing an elemental image by applying an area segmentation technique to an elemental image compression apparatus in Japanese Patent No. 0891160 includes the steps of: (a) Acquiring an elemental image having another time difference; (b) dividing the acquired elemental image into similar regions having a plurality of similar images according to a similar degree of correlation; (c) rearranging the images included in each of the similar regions into one-dimensional element image arrays; And (d) compressing the one-dimensional element image array generated by the rearrangement.
또 다른 종래문헌의 실시 예로는 등록특허 제0942271호에 렌즈어레이를 통해 픽업한 요소영상을 이용하여 집적영상을 복원하는 방법에 있어서, 상기 요소영상을 미리 지정된 크기로 확대하고, 상기 확대된 각 요소영상의 동일 좌표에 위치하는 픽셀을 합하여 복원 영상을 생성하는 단계; 상기 각 복원 영상의 블러 메트릭 값을 측정하는 단계; 초점 거리에 따른 상기 블러 메트릭 값의 변곡점에 상응하는 복원 영상을 포커스 영상으로 선정하는 단계; 상기 포커스 영상의 각 픽셀값에서 상응하는 침식 마스크의 각 픽셀값을 빼는 침식 연산을 통해 침식 영상을 생성하는 단계; 및 상기 복원 영상에 상기 침식 영상을 매핑하는 단계를 포함하는 집적영상 복원 방법이 기재되어 있다.In another example of the prior art document, a method of restoring an integrated image using an elemental image picked up through a lens array is disclosed in Korean Patent No. 0942271, the elemental image is enlarged to a predetermined size, Generating a reconstructed image by summing pixels located at the same coordinates of the image; Measuring a blur metric value of each reconstructed image; Selecting a restored image corresponding to an inflection point of the blur metric value according to a focal distance as a focus image; Generating an eroded image through an erosion operation of subtracting each pixel value of a corresponding erosion mask from each pixel value of the focus image; And mapping the eroded image to the reconstructed image.
집적영상 기술은 렌즈어레이와 디스플레이 장치 사이의 거리(g)에 따라서 크게 두 가지 종류의 방식으로 구분할 수 있다.The integrated imaging technology can be roughly divided into two types according to the distance (g) between the lens array and the display device.
첫 번째 방식은 g≠f(기초렌즈의 초점거리)인 경우이고, 두 번째 방식은 g=f인 경우로 나눌 수 있다.The first method is for g ≠ f (the focal length of the basic lens), and the second method is for g = f.
전자인 g≠f인 경우는 해상도우선 집적영상(resolution-priority integral imaging: RPII) 또는 디포커스 모드 집적영상(defocused mode integral imaging)라 부른다.The former case, g ≠ f, is called resolution-priority integral imaging (RPII) or defocused mode integral imaging.
요소영상의 한 점이 렌즈를 통하여 결상이 되어서 집적 빔이 만들어진다.One point of the elemental image forms an image through the lens and an integrated beam is produced.
이 방식에서는 3차원 영상의 해상도를 증가시킬 수 있지만 깊이영역이 급격히 줄어든다.In this method, the resolution of the three-dimensional image can be increased, but the depth region is sharply reduced.
후자인 g=f인 경우는 요소영상의 한 점이 렌즈를 통하여 평행 빔으로 변하여서 집적 빔이 만들어지게 된다.In the latter case g = f, one point of the element image is transformed into a parallel beam through the lens to form an integrated beam.
이 경우를 깊이우선 집적영상(Depth-priority integral imaging: DPII) 또는 포커스 모드 집적영상(focused mode integral imaging)라 부른다.This case is called depth-priority integral imaging (DPII) or focused mode integral imaging.
이 방식에서는 3차원 영상을 표시하는 깊이영역을 최대로 만들 수 있지만, 3차원 영상의 해상도가 낮다는 단점이 있다.In this method, the depth region for displaying the three-dimensional image can be maximized, but the resolution of the three-dimensional image is low.
이렇게 기존의 기본구조를 가지는 깊이우선 집적영상 기술에서는 디스플레이장치 앞에 렌즈어레이가 놓여 있기 때문에 2차원 영상을 표시할 수 없다는 문제점이 있었다.
In the depth-first integrated imaging technology having the conventional basic structure, there is a problem that a two-dimensional image can not be displayed because the lens array is placed in front of the display device.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 마스크 패널을 이용하여 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 표현하거나, 2차원 영상과 3차원 영상을 동시에 표현할 수 있는 집적영상 디스플레이 시스템을 제공하여 사용자의 취향에 따라 다양한 모드의 영상을 즐길 수 있도록 하였다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an integrated image display system capable of selectively displaying a two- dimensional image and a three-dimensional image using a mask panel, or simultaneously displaying a two- So that users can enjoy images in various modes according to their preferences.
본 발명 마스크 패널이 사용된 집적영상에서 3차원 및 2차원 영상으로 전환가능한 디스플레이 시스템을 구현하는 방법은 영상획득장치에 저장된 요소영상들은 디스플레이장치에 의해 렌즈어레이와 마스크 패널을 순차적으로 투시되어 공간상에 3차원 영상으로 디스플레이되는 것으로, 상기 디스플레이장치가 흰색으로 표시되고 마스크 패널에는 2차원 영상이 디스플레이되면, 관측자는 2차원 영상만을 관측할 수 있는 것이다.
A method of implementing a display system capable of switching to three-dimensional and two-dimensional images in an integrated image using a mask panel according to the present invention is characterized in that element images stored in the image acquisition device are sequentially viewed through a lens array and a mask panel by a display device, When the display device is displayed in white and the mask panel displays a two-dimensional image, an observer can observe only a two-dimensional image.
따라서, 본 발명 마스크 패널이 사용된 집적영상에서 3차원 및 2차원 영상으로 전환가능한 디스플레이 시스템을 구현하는 방법은 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 표현하거나 또는, 2차원 영상과 3차원 영상을 한 화면에 동시에 표현함으로써 다양한 영상을 감상할 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.
Accordingly, a method of implementing a display system capable of switching between three-dimensional and two-dimensional images in an integrated image using the mask panel according to the present invention includes selectively displaying a two-dimensional image and a three- And a variety of images can be appreciated by being simultaneously displayed on one screen.
도 1은 집적영상방식의 기본원리를 나타낸 개요도.
도 2는 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템을 나타낸 개요도.
도 3은 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템의 3차원 모드 시의 동작상태 개요도.
도 4는 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템의 2차원 모드 시의 동작상태 개요도.
도 5는 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템의 2차원 영상과 3차원의 혼용모드 시의 동작상태 개요도.
도 6은 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템의 실험도.
도 7은 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템을 실제로 구성한 실험장치사진.
도 8은 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템의 3차원 모드에서의 결과 영상 사진.
도 9는 도 8에 도시된 영상의 일부분을 확대한 사진.
도 10은 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템의 2차원 모드에서의 결과 영상 사진.
도 11은 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템의 혼용모드에서의 영상 사진.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic principle of an integrated image method. FIG.
2 is an outline view showing an integrated image display system using a mask panel.
3 is a schematic diagram illustrating an operation state of the integrated image display system using the mask panel in a three-dimensional mode.
4 is a schematic diagram showing an operation state of the integrated image display system using the mask panel in the two-dimensional mode.
FIG. 5 is a schematic diagram of an operation state in a two-dimensional image and a three-dimensional mixed mode in an integrated image display system using a mask panel.
6 is an experimental view of an integrated image display system using a mask panel.
7 is a photograph of an experimental apparatus in which an integrated image display system using a mask panel is actually constructed.
8 is a photograph of a resultant image in a three-dimensional mode of an integrated image display system using a mask panel.
9 is a magnified image of a part of the image shown in Fig.
10 is a photograph of a resultant image in a two-dimensional mode of an integrated image display system using a mask panel.
11 is a photograph of an image in a mixed mode of an integrated image display system using a mask panel.
본 발명 마스크 패널이 사용된 집적영상에서 3차원 및 2차원 영상으로 전환가능한 디스플레이 시스템을 구현하는 방법은 영상획득장치(130)에 저장된 요소영상들이 디스플레이장치(230)에 의해 렌즈어레이(220)와 마스크 패널(240)을 순차적으로 투시되어 공간상에 3차원 영상(210)으로 디스플레이되는 것으로, 상기 디스플레이장치(230)가 흰색으로 표시되고 마스크 패널(240)에는 2차원 영상이 디스플레이되면, 관측자는 2차원 영상만을 관측할 수 있는 것이다.A method of implementing a display system capable of switching between three-dimensional and two-dimensional images in an integrated image using the mask panel according to the present invention is characterized in that elemental images stored in the
상기 디스플레이장치(230)의 일부 영역에만 흰색으로 표시되고, 상기 디스플레이장치(230)의 흰색 영역에 대응되는 마스크 패널(240)의 영역에 2차원 영상이 디스플레이되면, 관측자는 디스플레이장치(230)의 흰색 영역에 대응되는 2차원 영상을 관측할 수 있는 것이다.When a two-dimensional image is displayed in an area of the
또한, 흰색으로 표시되지 않는 상기 디스플레이장치(230)의 나머지 영역에서는 요소영상들이 렌즈어레이(220)와 마스크 패널(240)을 통과하여 공간상에 3차원 영상이 디스플레이됨으로써 관측자는 흰색으로 표시되지 않는 상기 디스플레이장치(230)의 나머지 영역에 대응하는 3차원 영상을 관측할 수 있는 것이다.
Further, in the remaining area of the
이하, 본 발명 마스크 패널이 사용된 집적영상에서 3차원 및 2차원 영상으로 전환가능한 디스플레이 시스템을 구현하는 방법을 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of implementing a display system capable of switching between three-dimensional and two-dimensional images in an integrated image using the mask panel of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
설명에 앞서 용어를 간단히 정리하면, 기초렌즈는 렌즈어레이를 구성하는 하나의 작은 렌즈를 말하며, 이 기초렌즈의 크기에 대응하는 결상면(image plane)위 결상영역(imaging region)을 요소영상(elemental image)이라 한다.In brief, the basic lens is a small lens constituting a lens array, and an imaging region on an image plane corresponding to the size of the basic lens is referred to as an elemental image image.
또한, 이 요소영상들의 집합을 요소영상배열(elemental image array)이라 한다.The set of elemental images is also referred to as an elemental image array.
도 2는 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템을 나타낸 개요도이다.2 is a schematic diagram showing an integrated image display system using a mask panel.
도 2에 도시된 바와 같이 마스크 패턴이 표시되는 마스크 패널이 렌즈어레이에 밀착되어 있다.As shown in Fig. 2, a mask panel on which a mask pattern is displayed is in close contact with the lens array.
여기서 마스크 패널로(240)는 빛을 투과(ON) 또는 차단(OFF)시킬 수 있는 SLM(Spatial light modulator)이 사용될 수 있으며, 주로 LC패널이 많이 사용된다.Here, a spatial light modulator (SLM) capable of transmitting (ON) or blocking (OFF) light can be used as the
그리고 요소영상들을 표시할 디스플레이장치(230)와 렌즈어레이(220) 사이의 거리는 기초렌즈의 초점거리인 f와 같다.The distance between the
마스크 패널을 이용한 집적영상디스플레이 방식에서는 렌즈어레이(220) 앞에 놓여있는 마스크 패널(240)에 표시되는 마스크의 패턴을 바꾸면서, 이에 대응하는 요소영상들을 시간적으로 다중화한다.In the integrated image display system using the mask panel, the mask image displayed on the
즉, 상기 마스크 패널(240)은 요소영상들이 투과하는 투과영역(241)과 요소영상들이 차단되는 차단영역(242)으로 구성되어 있으며, 이러한 투과영역(241)과 차단영역(242)으로 이루어진 마스크 패턴이 바뀌면서 요소영상들이 시간적으로 다중화된다는 것을 의미한다.That is, the
그 결과, 디스플레이되는 3차원 영상(210)의 해상도가 향상된다.As a result, the resolution of the displayed three-
시간다중화를 적용하여 n×n배로 3차원 영상(210)의 해상도를 증가시킨다고 하자.Assume that the resolution of the three-
그러면 n×n개의 서로 다른 마스크 패턴(투과영역과 차단영역)과 이에 해당하는 n×n개의 요소영상 배열이 필요하다.Then, n × n different mask patterns (transmission region and blocking region) and corresponding n × n element image arrays are required.
이들 마스크 패널(240)에 형성된 마스크 패턴과 요소영상들이 서로 동기화될 때, 제대로 된 3차원 복셀(Volume pixel, voxel)이 만들어지게 된다.When the mask pattern and the element images formed on the
마스크 패널을 이용하는 집적영상디스플레이 시스템에서 3차원 모드는 도 3과 같이 구현된다.In the integrated image display system using the mask panel, the three-dimensional mode is implemented as shown in FIG.
도 3은 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템의 3차원 모드 시의 동작상태 개요도이다.3 is a schematic diagram illustrating an operation state of the integrated image display system using the mask panel in a three-dimensional mode.
3차원 영상을 디스플레이기 하기 위해서는 디스플레이장치(230)에 요소영상들을 표시하고, 이에 대응하는 마스크 패턴을 마스크 패널(240)에 표시해야 한다.In order to display the three-dimensional image, the element images are displayed on the
편의상, 세로방향으로 기초렌즈를 2등분하는 시간다중화(t1 , t2)로 설명한다.For convenience, the time division (t 1 , t 2 ) in which the basic lens is divided into two halves in the longitudinal direction will be described.
이에, 도 3의 (a)는 t=t1일 때의 디스플레이 시스템의 동작원리를 보여준다.3 (a) shows the operation principle of the display system when t = t 1 .
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 마스크 패널에 마스크 패턴(t=t1)을 표시하고 디스플레이장치에 요소영상들(t=t1)을 동시에 표현한다.The mask pattern (t = t 1 ) is displayed on the mask panel and the element images (t = t 1 ) are simultaneously displayed on the display device as shown in FIG. 3 (a).
그러면 요소영상들에서 출발한 광선들은 마스크 패턴을 통과하면서 광선빔의 크기가 감소되며, 공간에서 서로 교차되어 복셀들을 생성한다.Then, the rays starting from the elemental images pass through the mask pattern, and the size of the light beam is reduced, and the voxels are generated by intersecting each other in the space.
따라서, 도 3(a)의 경우, 생성된 복셀의 크기는 마스크 패널(240)의 ON 영역인 투과영역(241)의 크기와 동일한 p/2가 된다.3 (a), the size of the generated voxel is equal to p / 2, which is the same as the size of the
이것은 마스크 패널(240)를 사용하지 않는 기존 방식의 경우보다 1/2만큼 작아지기 때문에 복원되는 3차원 영상의 해상도는 2배로 증가됨을 의미한다.This means that the resolution of the reconstructed three-dimensional image is doubled since it is reduced by half as compared with the conventional method in which the
그리고 도 3의 (b)는 t=t2의 경우를 나타낸다.FIG. 3 (b) shows the case of t = t 2 .
마스크 패널(240)에 마스크 패턴(t=t2)을 표현하고, 디스플레이장치(230)에 요소영상들(t=t2)을 표시한다.A mask pattern (t = t 2 ) is displayed on the
도 3의 (a)와 마찬가지로 공간상에 생성되는 복셀크기는 p/2이고 3차원 해상도는 기존 방식보다 2배가 향상된다.As in FIG. 3 (a), the voxel size generated in space is p / 2, and the 3D resolution is doubled as compared with the conventional method.
다만, 도 3(a)와 도 3(b)의 차이점은 복셀들의 생성위치가 다르다는 것인데, 빈틈없이 상호 보완적인 위치를 점유하게 되어 해상도를 향상시키는데 기여한다However, the difference between FIGS. 3A and 3B is that the generation positions of the voxels are different, and they occupy mutually complementary positions, thereby contributing to improvement of resolution
복셀이란 볼륨(volume)과 픽셀(pixel)을 합친 합성어로서 2차원 영상의 기본단위인 픽셀에 해당하는 3차원 영상의 기본단위를 일컫는다.A voxel is a combination of a volume and a pixel. It is a basic unit of a three-dimensional image corresponding to a pixel, which is a basic unit of a two-dimensional image.
그리고 상기 마스크 패널(240)의 투과영역(241)과 차단영역(242)은 시간에 따라 순차적으로 위치가 서로 교번되도록 함으로써 더욱 선명한 3차원 영상(210)이 표시되도록 하였다.The
이러한, 마스크 패널(240)의 투과영역(241)과 차단영역(242)의 교번과 디스플레이장치(230)에서의 대응하는 요소영상의 교번이 매우 빠른 속도로 행해지면, 사람 시각의 잔상 때문에 그 변화를 인지할 수 없다.When the alternation of the
마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템에서 2차원 모드를 구현하기 위한 방법은 도 4와 같다.A method for implementing a two-dimensional mode in an integrated image display system using a mask panel is shown in FIG.
도 4는 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템의 2차원 모드 시의 동작상태 개요도이다.FIG. 4 is a schematic diagram showing an operation state of the integrated image display system using the mask panel in a two-dimensional mode.
2차원 모드에서는 마스크 패널이 2차원 영상을 표시하는 디스플레이 패널의 역할을 담당한다.In the two-dimensional mode, the mask panel serves as a display panel for displaying a two-dimensional image.
그리고 디스플레이장치(230)는 3차원 모드에서 요소영상들의 집합이 표현했지만 2차원 모드에서는 디스플레이장치(230)의 모든 픽셀들이 흰색으로 표시함으로써 백라이트(backlight)의 기능을 한다.In the two-dimensional mode, the
따라서, 디스플레이장치(백라이트)에서 나온 빛들이 2차원 영상을 표시하는 마스크 패널(2차원 디스플레이)을 비추면, 관측자는 2차원 영상을 볼 수 있다.Therefore, when the light from the display device (backlight) illuminates a mask panel (two-dimensional display) for displaying a two-dimensional image, an observer can view a two-dimensional image.
경우에 따라 백라이트 기능을 할 때, 흰색으로 표시하지 않고 파란색이나 회색과 같은 색상으로 표시하여 특수한 이미지의 영상을 생성할 수도 있다.In some cases, when backlighting is performed, it may be displayed in a color such as blue or gray instead of being displayed in white to generate a special image.
예를 들어, 백라이트를 파란색으로 사용할 경우 이론적으로는 빨간색과 녹색이 표현이 되지 않아 파란색 2차원 영상만 눈에 보이지만 실제로는 백라이트의 파란빛이 2차원용 패널의 빨간필터와 녹색필터를 일부 통과할 가능성이 있기에 예상하지 못한 복합적인 색혼합이 발생하여 특수한 이미지의 영상을 생성할 수 있게 된다.For example, if the backlight is blue, the red and green are not theoretically visible, so only the blue two-dimensional image is visible, but in reality the backlight's blue light may pass through the red filter and green filter of the two- There is an unexpected complex color mixing, so that a special image can be generated.
그리고 회색은 수치로 보면 흰색(255레벨)보다 낮은 수치를 의미하며, 2차원 영상이 전체적으로 어두워지는 효과를 가지게 된다.And gray means numerical value lower than white (255 level), and 2-dimensional image has the effect of darkening as a whole.
즉, 디스플레이 장치의 밝기를 조절하기 위하여 OSD를 통하여 명암조절을 하는 하드웨어적인 방법과 비교하여 회색으로 명암조절을 하는 소프트웨어적인 방법과 동일한 효과를 가진다고 볼 수 있다.That is, it has the same effect as the software method of adjusting gray level and darkness in comparison with the hardware method of adjusting the contrast through the OSD in order to adjust the brightness of the display device.
이때, 관측되는 2차원 영상의 해상도는 마스크 패널(240)의 해상도와 동일하다.At this time, the resolution of the observed two-dimensional image is the same as the resolution of the
그러므로 고해상도를 가지는 마스크 패널(240)을 사용하면, 관측자는 고해상도의 선명한 2차원 영상을 경험할 수 있다.Therefore, when the
또한, 디스플레이장치(백라이트)(230)와 렌즈어레이(220)의 조합은 능동(active) 백라이트라고 볼 수 있는데, 2가지 기능을 할 수 있다.In addition, the combination of the display device (backlight) 230 and the
하나는 백라이트의 밝기를 소프웨어적인 방법으로 사용자의 목적에 맞게 조절하는 것이며, 두 번째는 디스플레이장치(230)의 일부 픽셀들만 빛을 발생시킴으로써 방향성을 가진 지향성 광원을 생성할 수 있는 것이다.One is to adjust the brightness of the backlight according to the purpose of the user in a software manner, and the second is to generate a directional light source by generating light only in a part of pixels of the
본 발명에서 사용하는 집적영상디스플레이 시스템에서는 3차원 영상과 2차원 영상을 한 화면에 혼합하여 디스플레이하는 것이 가능하다.In the integrated image display system used in the present invention, a three-dimensional image and a two-dimensional image can be mixed and displayed on one screen.
이를 위해서는 3차원 영상 영역은 3차원 모드로 그리고 2차원 영상 영역은 2차원 모드로 각각 독립적으로 디스플레이하면 된다.For this purpose, the three-dimensional image region may be displayed in a three-dimensional mode and the two-dimensional image region may be independently displayed in a two-dimensional mode.
도 5는 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템의 2차원과 3차원의 혼용모드 시의 동작상태 개요도이다.FIG. 5 is a schematic diagram of an operation state of the integrated image display system using a mask panel in a mixed mode of two-dimensional and three-dimensional.
도 5는 3차원/2차원 혼용모드의 작동원리를 보여준다.FIG. 5 shows the operation principle of the three-dimensional / two-dimensional mixed mode.
2차원 영상영역에서는 2차원 영상과 크기와 모양이 같은 하얀 영상(광원)이 디스플레이장치(230)에 표현되고 2차원 영상이 마스크 패널(240)에 독립적으로 표시된다.In the two-dimensional image region, a white image (light source) having the same size and shape as the two-dimensional image is displayed on the
한편, 3차원 영상 영역에서는 요소영상들이 디스플레이장치(230)에 표시되며, 마스크 패턴이 마스크 패널(240)에 표시된다.On the other hand, in the three-dimensional image region, element images are displayed on the
이러한 3차원/2차원 혼용모드 기능은 실질적인 3차원 디스플레이에서 주요한 기능이 될 수 있다.Such a three-dimensional / two-dimensional mixed mode function can be a major function in a practical three-dimensional display.
앞에서는 세 가지 모드(3차원 모드, 2차원 모드, 3차원/2차원 혼용모드)를 이론적으로 설명하였다.In the foregoing, three modes (three-dimensional mode, two-dimensional mode, three-dimensional / two-dimensional mixed mode) are theoretically explained.
도 6은 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템의 실험도로서, 실험적으로 확인하기 위한 디스플레이 실험 구조를 보여주며, 도 7은 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템을 실제로 구성한 실험장치사진이다.FIG. 6 is an experimental view of an integrated image display system using a mask panel. FIG. 7 is a photograph of an experimental apparatus actually constituting an integrated image display system using a mask panel.
렌즈어레이(220)와 마스크 패널(240)이 서로 밀착되어 z=0의 위치에 있다고 가정한다.Assume that the
즉, 마스크 패널(240)의 두께는 무시하였다. That is, the thickness of the
LCD는 기초렌즈의 초점거리인 z=-f의 위치에 둔다.The LCD is placed at the position of z = -f, which is the focal length of the base lens.
그런데 렌즈어레이와 LCD 사이의 거리가 f인 점과 LCD의 픽셀(Pixel)들의 물리적인 구조 때문에 필연적으로 색분리 현상이 발생한다.However, due to the point of f between the lens array and the LCD and the physical structure of the pixels of the LCD, color separation phenomenon necessarily occurs.
따라서, 이를 보완하기 위하여 디퓨저(Diffuser)가 필요하다.Therefore, a diffuser is needed to compensate for this.
도 7에서 확인할 수는 없지만, LCD표면에 디퓨저 필름을 부착시켰다.7, a diffuser film was attached to the LCD surface.
도 7에 사용된 광학 및 전자 기기의 사양은 다음과 같다.The specifications of the optical and electronic devices used in Fig. 7 are as follows.
렌즈어레이의 크기는 24″이고, 기초렌즈의 수는 330×180 개이다.The size of the lens array is 24 ", and the number of basic lenses is 330 x 180.
기초렌즈의 초점거리 f는 8㎜이고, 기초렌즈의 크기는 1.6×1.6㎜ 이며, 시야각은 약 11° 이다. The focal length f of the basic lens is 8 mm, the size of the basic lens is 1.6 x 1.6 mm, and the viewing angle is about 11 [deg.].
LCD는 BenQ XL-2411t모델인데, 화면크기는 24″이다.The LCD is a BenQ XL-2411t, with a screen size of 24 ".
그리고 해상도는 1920×1080이며, 수직방향의 최대주사율은 120Hz이다.The resolution is 1920 × 1080, and the maximum refresh rate in the vertical direction is 120 Hz.
마스크 패널(240)로는 동일 모델 제품의 내부에 있는 LC패널이 사용되었다.As the
먼저, 디스플레이 실험에 필요한 요소영상 생성은 CG픽업을 통하여 이루어졌다.First, the element image generation required for the display experiment was achieved through the CG pickup.
도 6과 같이 2개의 평면 물체들(꽃배경, ‘DSL')가 각각 -15f와 10f에 있다고 가정한다.As shown in FIG. 6, it is assumed that two planar objects (flower background, 'DSL') are at -15f and 10f, respectively.
여기서 f= 8㎜이므로, 두 물체의 위치는 각각 -120mm와 80mm에 해당한다.Since f = 8 mm, the positions of the two objects correspond to -120 mm and 80 mm, respectively.
렌즈어레이와 동일한 주기를 가지는 가상의 핀홀(Pinhole)어레이를 통하여 두 물체들에 대한 요소영상들을 획득하였다.Element images for two objects were obtained through a virtual pinhole array having the same period as the lens array.
이때, 기존 방식과 다르게 마스크 패널을 이용한 집적영상 방식에 적합한 새로운 요소영상 생성원리를 적용하였다.At this time, a new element image generation principle suitable for an integrated image method using a mask panel is applied differently from the conventional method.
렌즈분할 수(또는 시간다중화 수)는 2×2이다.The number of lens divisions (or the number of times multiplexed) is 2x2.
하나의 마스크 패턴과 이에 대응하여 생성된 요소영상들이 한 쌍을 이루게 한다.One mask pattern and corresponding element images are formed as a pair.
총 4쌍의 마스크 패턴들과 요소영상들을 순차적으로 그리고 반복적으로 도 7의 LC패널과 LCD에 각각 표시하였다.A total of 4 pairs of mask patterns and element images are sequentially and repeatedly displayed on the LC panel and the LCD of FIG. 7, respectively.
컴퓨터에 의하여 초당 120쌍의 마스크 패턴들과 요소영상들이 동기화되어 디스플레이되었다.The computer displays 120 pairs of mask patterns and element images synchronized and displayed.
따라서, 관측자는 초당 30(=120/4) 장의 기존 영상을 보는 것과 동일한 시각효과를 가진다.Therefore, an observer has the same visual effect as viewing an existing image of 30 (= 120/4) frames per second.
도 8은 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템의 3차원 모드에서의 결과 영상 사진이다.8 is a photograph of the resultant image in the three-dimensional mode of the integrated image display system using the mask panel.
즉, 도 8은 재생되는 영상을 카메라로 촬영한 영상 사진들이다.That is, FIG. 8 shows video images taken by a camera to be reproduced.
도 8(a)와 도 8(b)는 각각 왼쪽과 오른쪽에서 촬영한 것이다. Figures 8 (a) and 8 (b) are taken from the left and right, respectively.
이에, 도 8에서는 재생된 영상의 시차를 확인할 수 있고, 입체감을 준다는 것을 알 수 있다.8, it can be seen that the parallax of the reproduced image can be confirmed, giving a stereoscopic effect.
도 9는 도 8에 도시된 영상의 일부분을 확대한 사진으로서, 재생된 3차원 영상의 해상도를 확인하기 위한 실험의 결과를 보여준다.FIG. 9 is an enlarged photograph of a part of the image shown in FIG. 8, showing the result of an experiment for confirming the resolution of the reproduced three-dimensional image.
여기서는 앞 물체('DSU')가 z=0에 있다고 가정하고 실험을 진행하였다.Here, the experiment was carried out assuming that the front object ('DSU') is at z = 0.
도 9(a)는 마스크를 사용하지 않는 기존 방식으로 재생된 영상의 일부를 확대한 것이고, 도 9(b)는 마스크 패널을 사용한 방식으로 재생된 영상의 일부를 확대한 것이다.9 (a) is an enlarged view of a part of an image reproduced in a conventional manner not using a mask, and FIG. 9 (b) is an enlarged view of a part of an image reproduced in a manner using a mask panel.
따라서, 도 9로부터 마스크 패널을 이용한 집적영상 방식으로 디스플레이되는 3차원 영상의 해상도가 기존방식보다 2×2 배로 향상됨을 실험적으로 확인할 수 있다.Therefore, it can be experimentally confirmed from FIG. 9 that the resolution of the three-dimensional image displayed by the integrated image method using the mask panel is improved to 2 × 2 times as compared with the conventional method.
도 10은 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템의 2차원 모드에서의 결과 영상 사진으로서, 2차원 모드에서의 실험의 결과를 나타낸다.10 is a resultant image photograph in a two-dimensional mode of an integrated image display system using a mask panel, and shows the results of an experiment in a two-dimensional mode.
앞서 설명한 도 7에서 LCD의 전체 화면에 흰 색을 가진 단색 영상만을 표시하면, LCD가 백라이트의 역할을 한다.In FIG. 7, when only a single color image having a white color is displayed on the entire screen of the LCD, the LCD serves as a backlight.
그리고 LC패널에 마스크 패턴이 아닌 고해상도의 2차원 영상을 디스플레이함으로써 2차원 모드를 구현하였다.In addition, a two - dimensional mode is realized by displaying a high - resolution two - dimensional image on a LC panel instead of a mask pattern.
도 10(a)는 LC패널에 표시되는 1920×1080 해상도의 원본 영상이며, 도 10(b)는 관측되는 영상으로서, 원본 영상과 동일한 고해상도의 영상 표현이 가능함을 확인할 수 있다.10 (a) shows an original image having a resolution of 1920 × 1080 displayed on the LC panel, and FIG. 10 (b) shows that the image can be displayed at the same high resolution as the original image.
한편, 3차원/2차원 혼용모드를 위한 요소영상들과 마스크 패턴은 각각 2단계의 과정을 통하여 생성된다.On the other hand, the element images and the mask pattern for the three-dimensional / two-dimensional mixed mode are generated through a two-step process.
요소영상들의 경우, 1단계에서는 도 6에서처럼 배경물체와 전면 물체를 원하는 위치에 놓고 요소영상들을 생성한다.In the case of elemental images, in the first step, element images are generated by placing the background object and the front object at desired positions as shown in FIG.
2단계에서는 요소영상들을 구성하는 픽셀들 중에서, 전면물체를 구성하는 픽셀들과 중복되는 위치의 픽셀들의 색을 모두 흰 색으로 바꾼다.In step 2, among the pixels constituting the elemental images, the colors of the pixels overlapping with the pixels constituting the frontal object are all changed to white.
즉, 2단계는 2차원 영상의 형태와 크기를 가진 흰 물체 영상과 요소영상들을 합성하는 것과 같다.That is, the second step is the same as synthesizing the white object image and the element image having the shape and size of the two-dimensional image.
이 영역은 전면에 위치한 2차원 영상에 대한 백라이트가 된다.This area is the backlight for the two-dimensional image on the front side.
마스크 패턴의 경우에는 먼저 3차원 모드에서와 같이 마스크 패턴을 만든다.In the case of a mask pattern, a mask pattern is first created as in the three-dimensional mode.
다음 단계로서 마스크 패턴에 2차원 영상을 덧붙여 합성한다.As a next step, a two-dimensional image is added to the mask pattern and synthesized.
이렇게 합성된 여러 쌍의 요소영상들과 마스크 패턴들을 각각 LCD와 마스크 패널에 동기화시켜 디스플레이하면, 3차원 영상과 2차원 영상이 혼합된 영상을 관측할 수 있다.When a plurality of element images and mask patterns thus synthesized are displayed in synchronism with the LCD and the mask panel, a mixed image of the three-dimensional image and the two-dimensional image can be observed.
이때에 2차원 영상은 렌즈어레이의 표면, 즉 z=0에 위치한다.At this time, the two-dimensional image is located on the surface of the lens array, that is, z = 0.
실제의 실험에서는 배경물체를 z=-10f 및 2개의 평면 캐릭터를 z=10f 둔 것으로 가정하였다.In the actual experiment, we assume that the background object is z = -10f and the two planar characters are z = 10f.
이 실험에서는 마스크 패널을 사용하지 않는 기존 방식으로 3차원 모드를 구현하였고, LC패널에 2차원 영상만을 표현하였다.In this experiment, the 3D mode was implemented using the conventional method without using the mask panel, and only the 2D image was displayed on the LC panel.
즉, 마스크 패널의 마스크 패턴 영역만 모두 단순 투과영역으로 바꾸었다.That is, only the mask pattern area of the mask panel is changed to the simple transmission area.
이를 위하여 흰 바탕에 2차원 영상만이 존재하는 합성 영상을 LC패널에 표시하였다.For this purpose, a composite image with only a two - dimensional image on a white background is displayed on an LC panel.
실험 결과는 도 11에서 확인할 수 있다.The experimental results are shown in Fig.
도 11은 마스크 패널을 이용한 집적영상 디스플레이 시스템의 혼용모드에서의 이미지사진으로서, 도 11(a)는 왼쪽 시점에서 관측된 영상이며, 도 11(b)는 오른쪽 시점에서 관측된 영상이다.11 (a) and 11 (b) are images observed in the left view and the right view, respectively. FIG. 11 is an image in the mixed mode of the integrated image display system using the mask panel.
따라서, 도 11에서 배경 영상과 2차원 영상, 전면 영상들 사이의 시차 및 입체감을 확인할 수 있다.Accordingly, in FIG. 11, the parallax and the stereoscopic effect between the background image, the two-dimensional image, and the front images can be confirmed.
그리고 2차원 영상도 고해상도로 표현되고 있음을 확인할 수 있다.Also, it can be confirmed that the two-dimensional image is expressed in high resolution.
결국, 본 발명에서는 마스크 패널이 사용된 집적영상 기반의 3차원 및 2차원으로 전환가능한 디스플레이 시스템을 제안하였고, 광학적으로 디스플레이하는 실험을 수행하였다.As a result, in the present invention, a display system capable of switching to an integrated image based three-dimensional and two-dimensional display using a mask panel was proposed, and an experiment for optically displaying was performed.
세 가지 모드에 적합한 요소영상들과 마스크패턴을 생성하는 방법을 설명하고, 컴퓨터적인 방법으로 생성하였으며, 생성된 요소영상들과 마스크 패턴들을 동기화시켜 광학적으로 디스플레이하는 실험을 수행하였다.A method for generating element images and mask patterns suitable for the three modes was described, and a computer generated method was used. An experiment was performed in which the generated element images and mask patterns were optically displayed in synchronization with each other.
그 결과, 마스크 패널을 사용하는 3차원 모드에서 큰 깊이 감을 표현할 수 있고, 해상도 또한 향상되고, 2차원 모드에서는 고해상도의 2차원 영상도 표현할 수 있음을 도 8 내지 도 10의 실험 결과 사진을 통해 확인할 수 있다.As a result, it is confirmed that a large depth sense can be expressed in a three-dimensional mode using a mask panel, resolution can be improved, and a two-dimensional image of high resolution can be expressed in a two-dimensional mode. .
또한, 도 11에 도시된 사진과 같이 3차원 영상과 2차원 영상을 동시에 표현할 수 있다.
In addition, a three-dimensional image and a two-dimensional image can be simultaneously displayed as shown in FIG.
따라서, 본 발명 마스크 패널이 사용된 집적영상에서 3차원 및 2차원 영상으로 전환가능한 디스플레이 시스템을 구현하는 방법은 2차원 영상과 3차원 영상을 선택적으로 표현하거나 또는, 2차원 영상과 3차원 영상을 한 화면에 동시에 표현함으로써 다양한 영상을 감상할 수 있다는 등의 현저한 효과가 있다.
Accordingly, a method of implementing a display system capable of switching between three-dimensional and two-dimensional images in an integrated image using the mask panel according to the present invention includes selectively displaying a two-dimensional image and a three- And a variety of images can be appreciated by being simultaneously displayed on one screen.
100. 영상획득단계
110. 3차원 물체 120. 렌즈어레이 130. 영상획득장치
200. 영상재생단계
210. 3차원 영상 220. 렌즈어레이 230. 디스플레이장치
240. 마스크 패널 241. 투과영역 242. 차단영역100. Image acquisition step
110. Three-
200. Image reproduction step
210. Three-
240.
Claims (3)
상기 디스플레이장치(230)의 일부 영역에만 흰색으로 표시되고, 상기 디스플레이장치(230)의 흰색 영역에 대응되는 마스크 패널(240)의 영역에 2차원 영상이 디스플레이되면, 관측자는 디스플레이장치(230)의 흰색 영역에 대응되는 2차원 영상을 관측할 수 있고,
흰색으로 표시되지 않는 상기 디스플레이장치(230)의 나머지 영역에서는 요소영상들이 렌즈어레이(220)와 마스크 패널(240)을 통과하여 공간상에 3차원 영상이 디스플레이됨으로써 관측자는 흰색으로 표시되지 않는 디스플레이장치(230)의 나머지 영역에 대응하는 3차원 영상을 관측할 수 있는 것이며,
또한, 3차원 영상과 2차원 영상이 한 화면에 혼합하여 디스플레이되기 위해서는 요소영상들과 마스크 패턴은 각각 2단계의 과정을 통하여 생성되는 것으로,
요소영상들의 경우, 배경물체와 전면 물체를 원하는 위치에 놓고 요소영상들을 생성하는 1단계와; 요소영상들을 구성하는 픽셀들 중에서, 전면물체를 구성하는 픽셀들과 중복되는 위치의 픽셀들의 색을 모두 흰 색으로 바꿈으로써 흰 색으로 바뀐 영역은 전면에 위치한 2차원 영상에 대한 백라이트가 되며, 마스크 패턴의 경우에는 3차원 모드에서와 같이 마스크 패널(240)에 마스크 패턴을 생성하는 1단계와; 마스크 패턴에 2차원 영상을 덧붙여 합성하는 2단계;과정으로 이루어지는 것이며,
상기 디스플레이장치(230)는 LCD를 사용하되, 전면에는 색분리 현상이 발생하는 것을 보완하기 위하여 디퓨저 필름이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 마스크 패널이 사용된 집적영상에서 3차원 및 2차원 영상으로 전환가능한 디스플레이 시스템을 구현하는 방법.
The elemental images stored in the image acquisition device 130 are sequentially displayed through the lens array 220 and the mask panel 240 by the display device 230 and displayed as a three-dimensional image 210 on the space, When the apparatus 230 is displayed in white and the two-dimensional image is displayed on the mask panel 240, the observer can view the three-dimensional and two-dimensional images from the integrated image using the mask panel, A method for implementing a system,
When a two-dimensional image is displayed in an area of the mask panel 240 corresponding to a white area of the display device 230, the observer can view the image of the display device 230 The two-dimensional image corresponding to the white region can be observed,
In the remaining area of the display device 230 which is not displayed in white, the elemental images pass through the lens array 220 and the mask panel 240, and a three-dimensional image is displayed on the space, Dimensional image corresponding to the remaining region of the image 230,
In addition, in order for the three-dimensional image and the two-dimensional image to be mixed and displayed on one screen, the element images and the mask pattern are respectively generated through a two-
In the case of elemental images, a first step of creating elemental images by placing a background object and a frontal object at desired positions; Among the pixels constituting the elemental images, by replacing all the colors of the pixels overlapping with the pixels constituting the front object with white, the area changed to white becomes a backlight for the two-dimensional image positioned on the front side, A step of generating a mask pattern on the mask panel 240 as in the three-dimensional mode in the case of the pattern; A second step of adding a two-dimensional image to the mask pattern and synthesizing the two-dimensional image,
The display device 230 uses an LCD, and a diffuser film is attached to the front surface in order to compensate for the occurrence of color separation. In the integrated image using the mask panel, the three- and two- A method of implementing a possible display system.
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2015
- 2015-02-27 WO PCT/KR2015/001928 patent/WO2016108339A1/en active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR101294261B1 (en) * | 2013-01-08 | 2013-08-06 | 동서대학교산학협력단 | Three dimensional interal imagine display-using mask and time-multiplexing |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2016108339A1 (en) | 2016-07-07 |
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