KR101322910B1 - 다수의 관찰자에 적용가능한 동적 시역 확장을 이용한 다시점 3차원 영상표시장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 관찰자에 적용가능한 동적 시역 확장을 이용한 다시점 3차원 영상표시장치 및 그 방법에 관한 것으로, 3D 영상을 표시하는 영상표시패널과, 3D 화소선들 각각의 시점영상을 제어하는 제어부와, 관찰자 양안의 동공위치 추적시스템을 포함하되, 상기 3D 화소선들 각각은 적어도 4시점 이상의 다시점을 제공하고, 상기 제어부는 상기 관찰자 양안의 동공위치 추적시스템에 의해 판단된 관찰자 양안의 동공위치의 3차원 좌표값을 이용하여, 3D 화소선들별로 형성된 시점의 시역마다 관찰자 양안 동공 각각의 중심과 가까운 제1 시점과 제2 시점을 선택하며, 상기 제1 시점에 관찰자 양안 중 하나의 시점영상을 제공하며, 상기 제2 시점에 관찰자 양안 중 다른 하나의 시점영상을 제공하며, 상기 제1 시점에 인접한 하나 이상의 시점에 상기 제1 시점과 동일 시점영상을 제공하여 제1 병합시점을 만들고, 상기 제2 시점에 인접한 하나 이상의 시점에 상기 제2 시점과 동일 시점영상을 제공하여 제2 병합시점을 만들 수 있다.

Description

다수의 관찰자에 적용가능한 동적 시역 확장을 이용한 다시점 3차원 영상표시장치 및 그 방법{APPARATUS FOR 3-DIMENSIONAL DISPLAYING USING DYANMIC VIEWING ZONE ENLARGEMENT FOR MULTIPLE OBSERVERS AND METHOD THEREOF}

본 발명은 3차원 디스플레이 분야에 관한 것으로, 각 시역의 밝기 균일도를 향상시키고 크로스토크(crosstalk) 현상을 최소화하고 시역의 확대 조절로 3차원 공간에서 관찰자가 이동시에도 동적으로 전체 시역을 최적화할 수 있으며, 다수의 관찰자들에게도 적용 가능한 다시점 3차원 영상표시장치 및 그 방법에 관한 것이다.

무안경 방식의 3차원 영상표시장치는 렌티큐라 렌즈(Lenticular lens)나 시차장벽(Parallax Barrier) 등의 광학판을 이용하는 방식 또는 시역형성용 선광원 배열을 이용하는 방식이 있다. 그런데, 시차장벽, 렌티큘러 렌즈 및 시역형성용 선광원 배열을 사용한 3차원 영상표시장치는 원리적으로 동일한 시역 내에서도 눈의 이동에 따른 빛의 분포와 인접 시역의 이미지가 일부 겹쳐지게 되는 크로스토크(crosstalk) 현상이 발생한다. 따라서 관찰자가 이동시 자연스러운 3차원 영상을 구현하기 어려워 관찰자에게 불편함을 유발한다.

도 1은 종래의 시차장벽을 사용한 무안경식 3차원 영상표시장치의 최적관찰위치에서의 수평위치 이동에 따라 각 시점별 시역의 밝기 분포를 나타낸다. 도 1의 시점간 간격이 관찰자의 양안의 동공사이 간격(~65mm)과 동일하다고 할 때, 최적 관찰위치에서 관찰자가 3D 디스플레이 앞에 있고, 제1시역의 중심(A위치)에 관찰자의 왼쪽눈이 위치하고, 오른쪽 눈이 제2시역의 중심(C위치)에 위치할 경우에, 관찰자의 양안이 각각 A지점과 C지점을 벗어나면서 각 시점의 해당 시역의 영상 밝기가 급격히 어두워지는 현상으로 영상의 화질을 저하시킨다. 또한, 제2시역에의 중심에 좌안이 위치한 경우에도 제1시역에 배치된 영상의 일부와 제 3시역의 우안 영상 일부가 들어오며, 제 3시역에 우안 중심이 위치한 상태에도 제 2시역의 좌안 영상일부와 제 4시역 영상의 일부가 들어온다. 따라서 최적 위치에서도 일정량의 크로스토크가 발생하며 최적 위치를 벗어나면 그 양은 증가한다. 특히, 제1시역과 제2시역의 중간위치(B지점)에 관찰자의 왼쪽눈이 위치하고 오른쪽 눈이 제2시역과 제3시역 사이에 위치할 때 가장 큰 크로스토크를 경험하게 되는 문제가 있다. 또한, 관찰자가 정지해 있는 경우에도 시점간 간격은 평균 관찰자의 양안의 동공사이에 맞추어 설계되어 있으므로, 3차원 영상을 관찰하는 관찰자의 양안의 동공사이 간격이 평균에서 벗어나게 되는 경우에도 도 1의 시역의 밝기 분포에서는 좌우의 최적의 밝은 영상을 관측할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.

상기의 문제점들은 관찰자가 최적관찰위치에서 크게 벗어나지 않고 3차원 영상을 정지하거나 이동하면서 보는 경우에서의 종래의 무안경방식의 3차원 영상표시장치에서 발생하는 현상이고, 이에 추가하여 관찰자가 깊이방향으로 이동시에 3D 영상을 제대로 볼 수 없는 보다 근본적인 문제점이 있다. 이에 대한 설명은 도 2a~2d를 참조하여 설명한다.

도 2a~2d는 종래의 4시점 시차장벽을 이용한 무안경식 3차원 영상표시장치의 일예를 설명하기 위한 도면이다. 최적관찰 위치(OVD)에서는 각 시점의 시역들이 도 1과 같이 분리가 잘되지만, 예를 들어 관찰자가 깊이방향으로 최적관찰거리(Optimum Viewing Distance; OVD) 위치를 벗어나 P1(OVD의 0.5배 거리)의 위치로 이동하면, 최적관찰거리(OVD)에서와 다르게 좌안과 우안의 해당시점의 시역들의 시역분리가 제대로 이루어지지 않고, 인접시역과 중첩되게 되어 제대로 된 3차원 영상을 볼 수 없게 된다(P1 위치에서의 시역분포는 도 2c 참조). 여기에서 인접 시역과 중첩되게 표현된 것은 각각의 개구별 시역이 정확히 일치하지 않음으로 해서 동일 시점용 영상들을 모두 합하여 시뮬레이션한 모습이 도 2c로 나타난다. 즉 개별 개구의 시역이 개별적으로 커지지는 않는다. 이러한 결과는 개별 개구의 시역 분포도인 도 2f와 2g로 확인할 수 있다. 이러한 개별 개구의 시역 분포도를 정의하는 개별 개구를 3D화소선이라 정의한다. 이러한 3D화소선은 렌티큐라 방식의 경우 각각의 실린드리컬(cylindrical) 렌즈, 선광원의 경우 각각의 선광원이 된다. 또한 이러한 도 2c의 결과는 해석적으로 크로스토크 양이 큼을 나타낸다. 또한 도 2에 도시하지는 않았지만 OVD의 1.5배 거리로 관찰자가 이동하여도 도 2d에서와 같이 도 2c와 유사한 이유로 시역형성 모양이 달라지게 되어 크로스토크가 증가한다. 이 내용을 도 2c의 경우를 들어 좀더 자세히 설명하면 도 2a의 P1위치 점선이내의 시역들 경계선 교차 상황을 보면 P1의 깊이 위치에서, 예를 들어 e1의 위치에 동공이 오게 되면, 중앙의 개구를 통해 3번 시역은 중심 부근으로 3D영상을 볼 수 있지만 좌측 개구로부터 들어오는 3D영상은 1번 시역과 2번 시역의 경계에 있음으로 해서 최대 크로스토크 상황을 경험하게 된다. 또한 우측 개구로부터 들어오는 3D 영상은 그림에 정확히 도시되지는 않았지만 4번 시역과 부시역의 1번 시역의 경계에 있으므로, 최대의 크로스토크와 역시역 상황을 경험하게 된다. 따라서 모든 개구를 고려하면 어느 한 화소의 시역의 중심에 동공하나가 존재하여도 경우에 따라 다른 개구의 시역중 동공 중심에 가장 가까운 시역을 골라도 시역들의 경계선에 동공이 존재하는 경우 전체 개구를 고려하면 다수 존재할 수 있다. 이러한 상황에서는 앞에 설명한 것처럼 개구별 크로스토크 최대 또는 이와 근접하는 경우를 다수 경험할 수 밖에 없다. 따라서 평균적으로 크로스토크가 증가한다. 이러한 상황은 OVD보다 멀어지는 경우에도 발생한다. 따라서 OVD를 많이 벗어나면 어느 위치에서도 크로스토크가 많은 양 발생할 수 밖에 없다.

마지막으로, 종래의 무안경방식 3차원 영상표시장치는 일반적으로 1인의 관찰자에 대해 3차원 영상을 볼 수 있게 설계되어져 있고, 복수의 관찰자에 대해서는 한정된 위치 즉, 최적관찰위치 내에서의 특정위치에 있는 복수의 관찰자에게만 각자 위치에서의 3차원 영상을 볼 수 있다.

따라서 상기에 거론된 4가지 문제점에 대한 해결책을 제시하여 복수의 관찰자가 자유롭게 움직이면서도, 자연스러운 3차원 영상을 볼 수 있는 무안경식 3차원 영상표시장치가 요망되어 왔다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 실시간 동공추적 상황에서 양안 동공의 위치 각각에 해당하는 각 시역의 밝기 균일도를 향상시키고 크로스토크(crosstalk) 현상을 최소화하여 3차원 공간에서 관찰자가 이동시에도 동적으로 전체 시역을 최적화할 수 있는 동공추적 방식의 무안경 방식의 다시점 3차원 영상표시장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

아울러, 이러한 다시점 3차원 영상표시장치 및 방법을 1인용 또는 다수인 용으로 구현하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면은 다시점 3차원 영상표시장치에 있어서, 3D 영상을 표시하는 영상표시패널, 3D 화소선들 각각의 시점영상을 제어하는 제어부 및, 관찰자 양안의 동공위치 추적시스템을 포함하되, 상기 3D 화소선들 각각은 적어도 4시점 이상의 다시점을 제공하고, 상기 제어부는 상기 관찰자 양안의 동공위치 추적시스템에 의해 판단된 관찰자 양안의 동공위치의 3차원 좌표값을 이용하여, 3D 화소선들별로 형성된 시점의 시역마다 관찰자 양안 동공 각각의 중심과 가까운 제1 시점과 제2 시점을 선택하며, 상기 제1 시점에 관찰자 양안 중 하나의 시점영상을 제공하고, 상기 제2 시점에 관찰자 양안 중 다른 하나의 시점영상을 제공한다.

이러한 영상표시패널은, 시차분리수단인 시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈를 이용하거나, 선광원을 이용하여 3D 영상을 표시하고, 상기 3D 화소선들은, 상기 시차장벽의 개구부, 상기 렌티큐라 렌즈 또는 선광원들과, 각각의 시점영상을 제공하는 상기 영상표시패널상의 화소들로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 상기 제1 시점에 인접한 하나 이상의 시점에 상기 제1 시점과 동일 시점영상을 제공하여 제1 병합시점을 만들고, 상기 제2 시점에 인접한 하나 이상의 시점에 상기 제2 시점과 동일 시점영상을 제공하여 제2 병합시점을 만드는 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 상기 제1 병합시점과 상기 제2 병합시점에 의해 형성된 각각의 시점병합 시역의 중앙부위 밝기가 평탄하도록, 상기 제1 병합시점 또는 상기 제2 병합시점을 이루는 각각의 시점들의 밝기를 조절하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 3D화소선으로부터 형성되는 각각의 시점 시역의 형태가 병합하였을 때 병합시역의 중앙부가 평탄하도록, 시차장벽의 개구폭, 렌티큐라 렌즈의 초점거리, 또는 선광원의 선폭을 조절하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 상기 제1 병합시점 또는 상기 제2 병합시점을 이루는 각각의 시점들의 개수가 3시점 이상의 홀수인 경우, 병합시점을 이루는 각 시점 중 시작 시점으로부터 짝수 번째의 시점의 시역 밝기를 줄여서 병합시점 시역의 중앙부가 평탄하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 상기 제1 병합시점과 제2 병합시점 사이에 적어도 하나의 중간시점들이 존재할 경우, 상기 적어도 하나의 중간시점들에 영상데이터를 제거하여 크로스토크를 최소화하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 관찰자가 깊이방향으로 이동할 때 각각의 시점에 해당하는 시역의 폭이 줄어드는 크기를 고려하여 깊이방향으로 이동량의 한계를 정하고, 이러한 한계에 해당하여 축소되는 총 시역의 폭에 해당하는 추가 시점을 제공하여, 깊이방향의 이동에도 시점병합과 크로스토크의 최소화가 가능하게 함이 바람직하다.

상기 관찰자 양안의 동공위치추적시스템에 의해 판단된 관찰자 양안위치정보를 이용하여 관찰자의 양안이 정시역에 모두 포함되도록 3D 화소선을 이루는 화소들을 설정한 후에, 상기 제1 병합시점과 제2 병합시점을 만드는 것이 바람직하다.

상기 제1 병합시점과 제2 병합시점은 정시역의 시점들과 이와 중첩되지 않는 부시역의 시점들로 만드는 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 관찰자가 깊이방향으로 이동할 때, 상기 3차원 영상표시장치와의 최대 근접거리에서의 한 개의 시점에 의해 형성되는 단위시역의 폭이 줄어드는 비율 또는 상기 3차원 영상표시장치와의 최대 원거리에서의 한 개의 시점에 의해 형성되는 단위시역의 폭이 늘어나는 비율을 고려하여, 상기 제1 병합시점과 제2 병합시점의 병합시역의 폭이 유지될 수 있도록, 상기 제1 병합시점과 제2 병합시점을 이루는 시점의 개수를 변경하는 것이 바람직하다.

상기 관찰자의 동공위치 추적시스템은 복수의 관찰자의 위치를 추적할 수 있으며, 각각의 동공위치를 추적하여 상기 제어부에 관찰자의 인원과 복수의 관찰자의 동공 위치들의 정보를 전달하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는 상기 관찰자의 동공위치 추적시스템에 의해서 실시간으로 추적된 복수의 관찰자의 동공위치의 3차원 정보들을 이용하여, 3D 화소선들별로 형성된 시점의 시역마다 복수의 관찰자 양안 동공 각각의 중심과 가까운 시점들을 선택하며, 상기 선택된 각 시점들마다 하나이상의 인접시점들을 병합하여 복수의 관찰자의 양안에 각각 병합시점에 의해 형성된 시역을 제공하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는, 복수의 관찰자의 양안에 제공되는 각 병합시점 사이에 적어도 하나의 중간시점들이 존재할 경우, 상기 적어도 하나의 중간시점들의 영상데이터를 제거하여 크로스토크를 최소화하는 것이 바람직하다.

상기 3D화소선의 길이가 한 화소단위 크기 이상이며, 시점영상을 표시하는 화소들을 합한 크기 이하이어서, 3D화소점의 효과를 줌이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 3D 영상을 표시하는 영상표시패널과, 적어도 4시점 이상의 다시점을 제공하는 3D 화소선들 각각의 시점영상을 제어하는 제어부와, 관찰자 양안의 동공위치 추적시스템을 포함하는 3차원 영상표시장치를 이용하여 다시점 3차원 영상을 표시하는 방법으로서, 상기 관찰자 양안의 동공위치 추적시스템을 통해 관찰자 양안의 동공위치의 3차원 좌표값을 획득하는 단계, 상기 제어부를 통해 상기 동공위치 추적시스템으로부터 획득된 관찰자 양안의 동공위치의 3차원 좌표값을 이용하여, 3D 화소선들별로 형성된 시점의 시역마다 관찰자 양안 동공 각각의 중심과 가까운 제1 시점과 제2 시점을 선택하는 단계 및, 상기 제어부를 통해 상기 제1 시점에 관찰자 양안 중 하나의 시점영상을 제공하고, 상기 제2 시점에 관찰자 양안 중 다른 하나의 시점영상을 제공하는 단계를 포함한다.

상기 영상표시패널은 시차분리수단인 시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈를 이용하거나, 선광원을 이용하여 3D 영상을 표시하고, 상기 3D 화소선들은, 상기 시차장벽의 개구부, 상기 렌티큐라 렌즈 또는 선광원들과, 각각의 시점영상을 제공하는 상기 영상표시패널상의 화소들로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 제어부를 통해 상기 제1 시점에 인접한 하나 이상의 시점에 상기 제1 시점과 동일 시점영상을 제공하여 제1 병합시점을 만드는 단계 및 상기 제어부를 통해 상기 제2 시점에 인접한 하나 이상의 시점들에 상기 제2 시점과 동일 시점영상을 제공하여 제2 병합시점을 만드는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어부를 통해 상기 제1 병합시점과 상기 제2 병합시점에 의해 형성된 각각의 시점병합 시역의 중앙부위 밝기가 평탄하도록, 상기 제1 병합시점 또는 상기 제2 병합시점을 이루는 각각의 시점들의 밝기를 조절하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 무안경 방식의 다시점 3차원 영상표시장치 및 그 방법에 따르면, 종래 기술의 문제점을 해결하고 관찰자가 자유롭게 움직이면서 피로감 없이 편안하게 시청할 수 있는, 즉 양안시점 사이의 크로스토크가 최소화되고 깊이방향이동에도 선명한 3차원영상을 볼 수 있는, 3차원 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.

이를 구체적으로 살펴보면, 첫째로, 종래 기술에서 최적의 관찰위치에서도 3차원 영상을 볼 때 관찰자의 양안시점의 시역이 일부 중첩되어 크로스토크 현상이 발생하지만, 본 발명의 3차원 디스플레이 장치는 관찰자 양안의 동공에 해당하는 양안시점과 그의 하나 이상의 인접시점에 동일 영상을 제공하고, 이렇게 병합된 양안의 시점들 중 필요한 시점 또는 시점들의 영상 밝기를 변경시킴으로써 크로스토크 현상이 발생하지 않는 시역을 확장시키고, 병합된 시역 내에서 밝기변화가 최소화되게 함으로써, 관찰자의 눈이 해당시점 시역의 중심위치에 있지 않은 경우 또는 관찰자의 눈의 3차원 공간상에서 이동하여도 크로스토크 현상이나 영상의 밝기 변화가 최소화된 선명한 3차원 영상을 관찰할 수 있다.

둘째로, 관찰자의 양안사이의 거리가 평균적인 양안 사이의 거리(약 65mm 정도)보다 커지거나 작아지는 경우에는 종래 기술의 3차원 영상을 관찰할 경우 아무리 조정해도 최적의 3차원 영상을 볼 수 없는 문제가 있으나, 본 발명의 3차원 디스플레이 장치는 크로스토크 현상이 발생하지 않는 최적 관찰시역을 충분히 넓게 형성하여 평균 양안 사이의 거리가 상이한 관찰자가 관찰하더라도 선명한 3차원 영상을 볼 수 있는 이점이 있다.

세째로, 종전에는 최적관찰위치에서 벗어나서 관찰자가 깊이방향으로 이동시에 선명한 3차원 영상을 관찰할 수 없었지만, 본 발명의 3차원 디스플레이 장치는 3D 화소선별 병합시점을 제어하여 관찰자가 깊이방향으로 움직이더라도 선명한 3차원 영상을 계속적으로 볼 수 있는 이점이 있다.

넷째로, 본 발명의 무안경 방식의 다시점 3차원 영상표시장치 및 그 방법은 1인용 뿐만 아니라 관찰자가 다수인 경우에도 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 무안경식 3차원 영상표시장치의 관찰자 위치에서의 일반적인 시역 분포를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2a는 종래의 시차장벽을 이용한 3차원 영상표시장치의 깊이방향의 관찰자 이동시에 발생되는 문제점을 설명하기 위한 개념도로서, 도 2b는 종래의 시차장벽을 이용한 3차원 영상표시장치에서 최적관찰위치에서의 시역분포를 나타내고, 도 2c는 관찰자가 깊이방향으로 P1위치로(OVD 깊이의 1/2거리) 이동시 시역별 불일치로 인한 크로스토크 증가를 나타내고, 도 2d는 OVD거리보다 더 먼 OVD 1.5배 거리에서 발생하는 크로스토크 증가를 나타내고, 도 2e는 개별 3D화소선 별로 시역을 고려하는 경우에 개별 3D화소선별 OVD에서의 시역분포를 나타내고, 도 2f는 깊이 방향으로 P1으로 이동시(OVD의 1/2)의 개별 3D화소선별 시역분포를 나타내고, 도 2g는 OVD에서 멀어지는 방향으로 OVD깊이 거리의 1.5배 이동한 경우의 개별 3D화소선별 시역분포를 시뮬레이션한 결과이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다시점 3차원 영상표시장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4a 및 도 4b는 시차장벽을 이용하는 경우의 3D 화소선 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에서 구현하고자 하는 바람직한 시역의 밝기 분포와 시역 배치에 관해 설명하기 위한 개념도이다.
도 6a~6k 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 확장된 시역을 보이는 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 확장된 시역에 대해 양안의 병합시점 사이에 하나 이상의 시점이 있는 경우(a)와 없는 경우(b)를 비교하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 확장된 시역에 대해 홀수개 시점병합의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 확장된 시역에 대해 짝수개 시점병합의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 관찰자가 한 명인 경우 본 발명의 일 실시예에 의한 다시점 3차원 영상표시장치에서 관찰자가 깊이 방향으로 이동하는 경우를 예시하는 도면이다.
도 12는 관찰자가 두 명인 경우 본 발명의 일 실시예에 의한 다시점 3차원 영상표시장치에서 관찰자 각각에 평탄화된 병합시점이 할당되는 경우를 예시하는 도면이다.
도 13a는 도 4a의 영상표시패널과 그 앞에 형성된 시차장벽만을 나타내어 평면적으로 표현한 개념도, 도 13b는 행의 화소들별로 불연속적인 3D화소선에도 본 발명의 개념을 적용할 수 있음 설명하기 위한 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 무안경식 3차원 영상표시장치에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 영상표시장치를 설명하기 위한 블록도이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 영상표시장치(100)는 3차원 영상표시패널(130) 및, 3D화소선들 각각의 시점영상을 제어하는 제어부(120)를 포함한다. 이러한 3D화소선들 각각은 4시점 이상의 다시점을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 영상표시장치(100)는 관찰자의 동공위치를 판단하여 제어부(120)에 위치정보를 전달해주는 관찰자의 동공위치 추적시스템(110)을 더 구비할 수 있다. 제어부(120)는 동공위치 추적시스템(110)으로부터 전달된 위치 정보를 이용하여 관찰자의 눈의 위치에 따라 각각의 3D화소선별로 좌안 시역과 우안 시역을 재배치하고, 각 시역에 특정 영상 정보를 제공할 수 있도록 영상표시패널(130)을 제어한다. 그리고, 제어부(120)는 동공위치 추적시스템(110), 영상표시패널(130)을 전체적으로 동작을 제어한다. 즉, 제어부는 관찰자 양안의 동공위치 추적시스템에 의해 판단된 관찰자 양안의 동공위치의 3차원 좌표값을 이용하여, 3D 화소선들별로 형성된 시점의 시역마다 관찰자 양안 동공 각각의 중심과 가까운 시점을 선택하며, 그 각 시점에 해당 시점영상을 제공한다.

영상표시패널(130)은 3차원 영상을 표시하기 위해 시차분리 수단인 시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈를 이용하거나, 선광원을 이용할 수 있다. 시차분리 수단인 시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈는 좌안 및 우안의 영상을 일정한 관찰거리에서 관찰자가 3차원 영상을 관찰할 수 있도록 좌안 및 우안의 영상을 분리시켜 교대로 형성될 수 있도록 하는 광학판이다. 시차장벽(Parallax barrier)은 차광부(barrier)와 개구부(aperture)가 교대로 형성된 것이며, 렌티큐라 렌즈(lenticular lens)는 예를 들어 실린드리컬 형태의 렌즈가 주기적으로 형성된 것을 이용할 수 있다. 하지만 시차분리 수단은 이것에 한정되지 않으며, 마이크로 프리즘(micro prism)이 주기적으로 배치된 광학판 등 본 발명의 목적을 달성하기 위해 다양한 수단을 이용할 수 있음은 물론이다. 선광원도 3차원 영상을 표시하기 위한 점광원으로 이루어진 선광원 등 여러가지 종류를 모두 포함한다.

본 발명에서 동적으로 시역을 재구성하기 위하여, 시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈 광학판의 경우와 선광원 배열을 시역형성용 광원으로 사용하는 경우에 대해 3D화소선의 개념을 이용한다. 3D화소선이란 시차장벽의 개구부, 렌티큐라 렌즈, 또는 선광원들과, 각각의 시점영상을 제공하는 영상표시패널상의 화소들로 이루어진다. 도 4는 시차장벽을 이용하는 경우의 3D화소선 개념을 설명하기 위한 개념도인데, 도 4a는 수직한 3D 화소선이 사용된 경우를 나타내고, 도 4b는 경사진 3D 화소선이 사용된 경우를 나타낸다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 다시점을 제공하는 무안경식 3D 영상표시장치에서 시차장벽을 사용하면 각각의 화소선 마다 필요한 다시점 수의 시점에 해당하는 시역을 생성하는데, 도 4a 및 도 4b에서는 4시점이므로 4개의 단위 시역이 생성됨을 보여준다.

이렇게 3D화소선 개념을 이용하는 이유는 통상적인 3D 영상표시장치는 특정관찰자 위치(최적 위치)에서만 시점영상의 분리가 제대로 이루어지므로, 깊이 방향의 관찰위치가 제한되기 때문이다. 상기에 논의한 3D화소선 개념을 사용하여 관찰자 위치가 깊이방향으로 변함에 따라 동일한 시차장벽의 개구부와 쌍을 이루어 3D 화소선을 만드는 화소들을 변경하고, 관찰자 눈의 위치에 따라 3D화소선 마다 제어하게 되면, 도 2b의 OVD 위치에서의 시역 분포와 유사한 형태로 관찰자의 깊이방향 이동시에도 시역이 형성되게 할 수 있다. 이렇게 하나의 3D화소선은 관찰자에게 시점영상을 제공하는 최소단위가 되고, 복수개의 전체 3D화소선에 의해 전체화면의 입체영상을 볼 수 있다. 따라서 이러한 3D화소선 별 시역을 고려하면 깊이 방향의 관찰자 이동에서도 도 2c와 같이 시역분리가 제대로 이루어지지 않아 3차원 영상을 제대로 볼 수 없는 문제를 해결 할 수 있다. 3D 화소선별 시역을 형성한다고 하더라도, 도 2b의 OVD 위치에서의 시역모양에서는 양안 시점간의 크로스토크와 3차원 영상의 밝기 균일도 문제가 발생할 수 있는데, 이것에 대해서는 관찰자의 양안 동공위치 정보를 이용하여 동공위치의 중심과 가장 가까운 3D 화소선별 시점을 선택하고, 선택된 시점과 인접 단위시점을 병합하여 시점병합의 이점(즉 크로스토크를 최소화하고 균일한 시역의 밝기분포를 형성)을 얻을 수 가 있다. 또한 이러한 3D 화소선에 따른 제어와 시점병합 방법은 일반적인 시역 설계 및 IP(Integral Photography) 방식에도 적용 가능하다. 이에 대해서는 도 6 이하 도면과 함께 설명할 것이다.

또한, 도 4a와 도 4b에는 3D 화소선 마다 형성되는 4개 시역으로 이루어진 정시역만을 표시하였으나, 상기 정시역 옆에 인접한 4개 시역으로 이루어진 부시역이 존재한다. 이 부시역은 정시역을 만드는 화소들과 인접한 화소들(이 경우에는 인접한 4개의 화소들)과 개구부로 이루어진 3D 화소선에 의해 형성된다. 관찰자 양안이 정시역 영역에 있다가, 미도시된 부시역 영역에 오거나, 정시역과 부시역 사이에 오게 되면, 관찰자 양안의 위치를 실시간으로 파악하여 적절한 3D 화소선을 이루는 개구부와 화소들의 쌍을 선택하여 양안이 정시역에 모두 포함되도록 할 수 있다. 결국, 종래의 무안경식 3차원 영상표시장치와 다르게, 관찰자 위치를 추적하여 적절한 3D 화소선에 할당되는 영상표시 패널의 화소들을 재구성하는 방법을 이용하여 시점영상을 제공함으로써, 관찰자가 항시 정시역의 영역에 있도록 조정할 수 있다.

도 5a는 관찰위치에서의 인접 단위시역간에 간섭이 없는 이상적인 영상의 빛의 세기 분포를 설명하기 위한 개념도이고, 도 5b는 본 발명에서 구현하고자 하는 사다리꼴 형상의 시역을 설명하기 위한 개념도이다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도 5a와 같이 인접 단위시역간에 간섭이 없는 이상적인 영상의 빛의 세기 분포는, 일정한 관찰위치에서 수평이동시에 제1 시역과 인접 시역인 제2 시역간의 경계가 명확하여 순간적으로 시역 이동이 있으며, 각 시역의 빛의 세기 분포 역시 동일 시역내에서 일정하다.

하지만, 이러한 이상적인 시역 대역을 구현하기는 현실적으로 한계가 있고, 도 5b에 도시된 바와 같은 인접 시역간의 일부 겹침현상이 발생할 수 있으나, 도 1과 비교하면 각 시역내의 영상의 빛의 세기를 균일하게 형성하는 것은 가능하다.

일반적으로는 도 1에서와 같은 시역은 크로스토크에 취약하다. 그러므로, 도 5a와 같은 사각형의 시역을 형성하는 것이 이상적이나 현실적으로는 여러 가지 방법을 사용하여도 도 5a와 같이 만들기는 어렵고, 도 5b와 같은 사다리꼴에 가까운 시역을 형성하게 할 수는 있다. 이러한 경우 도 1과 비교하여 크로스토크를 줄일 수 있고 시역내의 밝기 분포도 균일하게 유지할 수 있어 장점을 갖게 된다.

즉, 본 발명은 상기와 같이 각각의 3D 화소선에 의해 생성되는 한 시역 내의 영상을 표현하는 빛의 세기가 균일한 영역을 가급적 확장시키고, 관찰자 양안 동공에 해당하는 두 시점 각각의 시역간의 겹침이 발생하는 영역을 최소화하여 양안시점간의 크로스토크의 발생을 최소화 한다. 목적상으로 시역의 형태로는 도 5a 내지 도 5b에 최대한 가까운 형태로 각각의 3D 화소선에 의해 형성되는 시역을 형성하는 것이다.

따라서 본 발명의 바람직한 실시예는 양안 동공 중심 해당 시점과 이 시점들과 이웃하는 시점 또는 시점들의 영상 밝기를 조절하고 양안 중 해당하는 동공에 적용되는 영상과 동일한 데이터를 제공하여 시점들을 합치는 방법을 이용한다.

이렇게 양안의 동공 각각에 해당하는 시점과 그 주변 시점들에 해당 동공 시점 영상과 동일한 영상을 제공하고, 이렇게 동일한 영상을 주는 시점들의 밝기 가중치를 적용하거나 시역의 모양이 단순히 병합이 되었을 때 도 6 (a) 또는 (f)의 예에서와 같이 평탄화 되도록 설계 하여 시역의 밝기가 평탄화된 영역을 넓힐 수 있으며, 이러한 방법을 시점 병합이라 정의한다. 이러한 시점병합을 도 4a 내지 도 4b와 함께 설명한 3D 화소선 별로 적용한다.

이와 같이 시역의 밝기를 평탄화시키고 크로스토크를 최소화시키기 위하여 시점병합된 시역이 직사각형 또는 실질적으로는 직사각형에 가까운 형태를 가질 수 있도록 단위 시역과 시역별 밝기조절을 적용한다.

여기에서 디스플레이의 밝기 분포가 각도에 따라 램버시안 형태 또는 이와 유사한 분포를 갖게 되는데, 이러한 상황에서 밝기조절은 각 시점병합 내에서 밝기 기울기를 가지지 않도록 조절할 수도 있고 양안에 해당하는 두 시점병합 각각의 밝기 차가 발생하지 않도록 밝기조절을 추가로 적용할 수 있다.

이러한 시점병합을 생성할 때 좌안에 해당하는 시점병합에 포함된 시점과 우안의 시점병합에 포함된 시점들이 서로 겹치는 경우가 없도록 조절하는 것이 바람직하다. 그리고, 이러한 시점병합은 각각의 3D 화소선 마다 선택하여 전체 화면을 구성한다. 또한, 이러한 시점의 선택은 관찰자의 깊이 방향에 대한 이동에도 유사하게 적용한다.

이하 도 6 내지 도 10을 참조하여 시점병합에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 확장된 시역을 보이는 예시도이다.

도 6a를 참조하면, 일 예로 두 개의 인접한 단위시역에 동일한 영상 정보를 입력하도록 영상신호처리를 수행하고, 3D 화소선에 의해 생성되는 두 시점의 시역이 합쳐질 때 중앙부위가 평탄해지도록 두 시점의 시역을 설계하면, 양안 각각의 각 시역에서 빛의 세기가 균일한 시역의 영역(UR)을 넓힐 수 있고 상대적으로 크로스토크 현상이 발생하는 영상 겹침 영역(OR)을 감소시킬 수 있다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 한쪽 눈에 해당하는 시역을 짝수의 시점병합으로 생성할 때 램버시안과 같은 전체적 밝기변화를 제외하고는 각 시점의 밝기변화를 조정할 필요가 없이 합쳐졌을 때 시역 중앙부가 평탄화시킬 수 있도록 시점의 시역들을 설계하여 시점병합을 적용한다. 따라서, 시점병합에 적용되는 시점 수가 2, 4, 6, 8... 등 짝수일 경우 동일하게 적용한다.

도 6a에 도시된 바와 같이 인접한 2개 이상의 단위시역을 합쳐서 평탄한 병합시역을 형성하도록 하는 방법은 3D 화소선의 종류에 따라 달라질 수 있다.

우선, 3D 화소선이 시차장벽의 개구부와 시점영상을 제공하는 영상표시패널의 화소들로 구성되는 경우에, 도 6a와 같이 2개의 인접 단위시점을 합쳐서 병합시점을 형성하고 병합시점의 균일도를 확보하기 위해서는, 시차장벽의 개구폭을 조절할 수 있다. 이의 구체적인 전산모사의 조건과 그 결과는 다음과 같다.

<전산모사 조건>

영상표시패널 화소폭 0.1mm,

시점수: 4시점,

시점간 간격: 32.5mm,

최적관찰위치: 1000mm

시차장벽과 영상표시패널 사이거리: 3.0769 mm

3D 화소선의 경사각도(Rad): Tan-1(1/3) Radians.

상기와 같은 조건에서 도 6b는 시차장벽의 개구폭이 0.0897mm (통상적인 개구폭)인 경우, 도 6c는 시차장벽의 개구폭이 0.08 mm 인 경우, 도 6d는 시차장벽의 개구폭이 0.06 mm 인 경우, 도 6e는 시차장벽의 개구폭이 0.04 mm 인 경우, 도 6f는 시차장벽의 개구폭이 0.02 mm 인 경우를 나타낸 것이다.

상기 3D 화소선을 이루는 시차장벽의 개구폭을 통상적인 개구폭(도 6b의 경우) 보다 줄여주게 되면, 인접 2개의 시점병합된 시역의 중심부에 균일한 시역부분의 영역을 넓혀 줄 수 있음을 보여준다.

만약 렌티큐라 렌즈가 3D화소선의 구성요소일 경우에는 렌티큐라 렌즈의 초점거리를 변경함에 따라 시차장벽 방식의 3D화소선별 병합시점의 균일한 영역을 넓혀줄 수 있다. 렌티큐라 렌즈를 사용하는 3D화소선의 전산모사 조건과 그 결과는 다음과 같다.

<전산모사 조건>

영상표시패널 화소폭 0.1mm,

시점수: 4시점,

시점간 간격: 32.5mm,

최적관찰위치: 1000mm

렌티큐라 렌즈와 영상표시패널 사이거리: 3.0769 mm

3D 화소선의 경사각도(Rad): Tan-1(1/3) Radians.

상기와 같은 조건에서 도 6g는 렌티큐라 렌즈의 초점거리가 2.4 mm 인 경우, 도 6h는 렌티큐라 렌즈의 초점거리가 2.8 mm 인 경우, 도 6i는 렌티큐라 렌즈의 초점거리가 3.2 mm 인 경우, 도 6j는 렌티큐라 렌즈의 초점거리가 3.6 mm 인 경우, 도 6k는 렌티큐라 렌즈의 초점거리가 4.5 mm 인 경우이다.

도 6g~6k를 참조하면, 상기 3D 화소선을 이루는 렌티큐라 렌즈의 초점거리를 변경하여 인접 2개의 시점병합된 시역의 중심부에 균일한 시역부분의 영역을 넓혀 줄 수 있음을 보여준다. 상기 전산모사 조건에서는, 렌티큐라 렌즈의 초점거리가 렌티큐라 렌즈와 영상표시패널 사이 간격과 유사할 경우 병합시점의 균일영역이 커지게 되고, 이로부터 벗어나게 될수록 균일시역이 줄어들게 됨을 보여준다.

또한, 시차장벽의 개구부, 렌티큐라 렌즈의 초점거리 조정과 같이, 선광원이 3D 화소선의 구성요소인 경우에는 선광원의 선폭을 조절하여 병합시점의 균일시역을 넓혀 줄 수 있다.

도 7의 실시예는 3D 화소선에 의해 생성되는 3개의 단위시역이 합쳐져서 형성된 좌안과 우안의 시역을 보여주고 있다. 여기에서 도 7과 같이 3개 시점의 시점병합에 의한 시역 평탄화를 위하여 초기 짝수 시점의 시점병합과 같이 밝기 조절 없이 중앙시역을 평탄화시킬 수 있도록 시점들의 시역을 설계할 수도 있고, 도 9에 보여지듯이 3시점 중 중앙 시점의 밝기를 조절함으로써 평탄화를 실행할 수 있다.

이렇게 시점병합에 적용되는 시점수가 3시점 이상 홀수인 경우 시점병합에 적용되는 시점의 시작으로부터 홀수 번째의 시점은 램버시안과 같은 전체 밝기 변화의 고려를 제외하고는 밝기변화를 주지 않고 짝수 번째의 밝기변화를 적용함으로써 3시점의 시점병합과 같이 시역 중앙부의 평탄화를 이룰 수 있다. 이러한 적용은 각각의 눈에 해당하는 시점병합에 개별적으로 적용할 수 있다.

한편, 도 7의 예에서 초기 관찰위치의 동공 위치는 왼쪽 눈과 오른쪽 눈 모두 시역의 중앙부분에 위치한다(실선인 눈의 위치). 이때, 관찰자의 눈이 이동하는 예로 눈이 오른쪽으로 일정거리 이동하고(점선인 눈의 위치), 초기의 시역위치가 고정되어 있는 경우에는 양안시점의 시역간 겹침현상인 크로스토크를 경험하게 될 것이다.

이에 본 발명은 관찰자위치추적 시스템에 의해 관찰자 양안의 3차원적 이동방향을 확인하고, 관찰자 양안의 이동방향에 동기되어 좌안과 우안 각각의 시역에 포함되어 있는 각각의 3D 화소선별로 단위시역의 영상정보를 순차적으로 변경하여, 관찰자 양안의 위치가 3차원적으로 이동하더라도 관찰자 각각의 눈이 해당 병합시역의 중심 근처에 위치하게되고, 인접한 (병합)시역과의 크로스토크 영역이 각각의 눈의 위치에서 벗어나게 된다. 이를 통하여 눈의 이동시 역입체시 영역을 경험하지 않을 수 있고, 크로스토크 현상도 최소화되고, 연속적인 운동시차와 밝기 변화가 최소화된 시역을 통하여 선명한 3차원 영상을 형성할 수 있다.

그리고, 크로스토크를 최소화하기 위하여 양안에 해당하는 각각의 시점병합 시점들 사이에 존재하는 시점의 영상을 제거할 수 있다. 이러한 과정은 각각의 3D 화소선 모두에 개별적으로 적용하며 이러한 과정은 양안의 동공이 깊이방향으로 움직여도 같은 원리로 적용한다.

한편, 위치추적센서를 이용한 동공위치 추적시스템이 종래의 3차원 영상표시장치에 사용된 경우도 있지만, 본 발명은 관찰자 양안 각각의 시점영상을 제공하는 각각의 시역이 적어도 2개 이상의 단위시역의 합으로 구현되어 있으므로, 관찰자의 이동시에 관찰자 양안의 시점영상을 제공하는 병합된 시역의 외곽에 있는 단위시역만을 병합시역에 포함시키거나 뺌에 따라, 관찰자 양안이 항상 각각의 해당 병합된 시역의 중심부 근처에 위치할 수 있도록 하여 자연스러운 3차원 영상을 형성할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 눈의 이동에 따른 추적 정보로부터 그 눈에 해당하는 시차 영상을 실시간 반영하면 급격한 시차 변화가 없는 연속적 운동시차를 구현할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 확장된 시역에 대해 양안의 병합시점 사이에 하나 이상의 시점이 있는 경우(a)와 없는 경우(b)를 비교하기 위한 도면이다.

도 8의 (a)를 참조하면, 시점병합에 적용되는 시점수가 6시점일 경우, 각 눈에 해당시점은 2개로 시점병합되고, 각 병합시점 사이에 하나의 시점이 있으며, 이 때 각 병합시점 사이 시점에는 영상정보를 제거함으로써 크로스토크 양을 감소(사선부분)할 수 있다. 한편, 2개로 시점병합의 경우 각각의 시역을 적절히 설계하면 둘을 합친 시역의 모양이 사다리꼴에 가깝도록 상부를 평탄화시킬 수 있다.

도 8의 (b)를 참조하면, 시점병합에 적용되는 시점수가 6시점일 경우, 각 눈에 해당시점은 3개로 시점병합되고, 각 병합시점 사이에 시점이 없다. 따라서, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 2개로 시점병합할 때 보다 크로스토크 양이 더 크다(사선부분).

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 확장된 시역에 대해 홀수개 시점병합의 일 예를 나타낸 도면으로서, 각 눈의 해당시점을 3개로 시점병합한 경우를 나타낸 것이다.

도 9를 참조하면, 각 병합시점 사이에 시점은 없으며, 병합시점을 이루는 3개의 시점 중에서 가운데 시점의 영상 밝기를 줄여서 병합시점의 시역균일도를 확보할 수 있다. 즉, 병합시점을 이루는 각각의 시점들의 개수가 3시점 이상의 홀수인 경우, 시점병합에 적용되는 시점의 시작으로부터 짝수 번째의 시점의 시역 밝기를 줄이는 것이 바람직하다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 확장된 시역에 대해 짝수개 시점병합의 일 예를 나타낸 도면으로서, 각 눈의 해당시점을 4개로 시점병합한 경우를 나타낸 것이다.

도 10을 참조하면, 각 병합시점 사이에 1개의 시점이 있으며, 병합시점 사이의 1개의 시점에 영상을 제거함으로써 크로스토크 양을 감소시킬 수 있다. 아울러, 병합시점을 이루는 4개의 시점의 밝기는 동일하게 하고, 병합시 평탄화되도록 도 6의 예에서와 같이 각 시점의 시역 모양을 설계하여 시점영상간의 중첩되는 양의 조절로 병합시점의 시역균일도를 확보할 수 있다.

더욱이, 도 3의 제어부(120)는 깊이방향으로의 변화에 대한 적용에서 각각의 시점에 해당하는 시역의 폭이 줄어드는 크기를 고려하여 깊이방향으로 이동량의 한계를 정하고 이러한 한계에 해당하여 축소되는 총 시역의 폭에 해당하는 추가 시점을 준비하여 깊이방향의 이동에도 시점병합과 크로스토크의 최소화가 가능할 수도 있다.

또한, 제어부(120)는 관찰자가 3차원 영상표시장치(100)와의 최대 근접거리에서의 한 개의 시점에 의해 형성되는 단위시역의 폭이 줄어드는 비율을 고려하여, 병합시점의 병합시역 폭이 유지될 수 있도록, 제1 병합시점과 제2 병합시점을 이루는 시점의 개수를 변경할 수도 있다.

도 11a 및 도 11b는 관찰자가 한 명인 경우 본 발명의 일 실시예에 따라 관찰자가 깊이방향으로 이동시에 관찰자의 양안 위치를 고려하여 3D 화소선별 시점병합을 적용하는 방법을 예시하는 도면이다.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 관찰자가 최적 깊이를 벗어나 앞뒤로 움직일 경우 시점간 간격이 커지거나 줄어들게 되어 디스플레이 쪽으로 가까이 다가서는 경우 시점간 간격이 좁아져서 양안 거리를 고려하면 필요한 시점수가 증가하게 된다. 그러나, 각각의 3D 화소선에 의해 생성되는 시점들의 시역들을 이용하여 평탄한 시역을 형성하고 위치의 이동시 크로스토크를 최소화시키는 방법은 동일하게 적용할 수 있다.

한 예로, 도 11a는 6시점으로 설계된 시차장벽을 이용한 3차원 영상표시장치로서 최적관찰위치에서 양안시점 간격이 2시점인 경우이다. 이 경우에 최적관찰위치 근처의 관찰자가 제1 위치에 있을 때 제4시점과 제5시점에 동일한 시점영상을 제공하여 시점병합된 병합시역을 형성하고, 제2시점과 제3시점에 동일한 시점영상을 제공하여 시점병합된 병합시역을 형성하여, 각각 관찰자의 좌안영상과 우안영상을 제공함으로써 평탄하면서 크로스토크가 최소화된 양안시점영상을 제공해줄 수 있다. 이때, 양안시점으로 사용되지 않는 제1시점과 제6시점 영상은 제거될 수 있다. 관찰자가 깊이방향으로 상당히 이동하여 제2위치에 위치하게 되었을 때, 최적관찰위치와 같이 크로스토크가 최소화 되고, 균일한 시역의 밝기를 형성하기 위해 고려해야 할 사항은 다음과 같다. 첫 번째로 최적관찰위치로부터 깊이방향으로 이동시에 최적관찰위치에서 설계된 시점간 간격이 줄어들게 되어, 관찰자의 양안이 각각 2개 시점의 병합으로 부족하게 된다. 이 경우에 최적관찰위치에서 여분으로 준비한 시점까지 사용하여 양안시점을 각각 3개 시점병합으로 형성한다면, 위와 같은 문제를 해결할 수 있다. 도 11a의 제2 위치에 있을 경우는 양안시점 각각 3개의 시점병합으로 양안이 각각의 병합된 시점에 의해 생성된 시역의 균일한 영역에 위치되게 됨을 보여준다. 두 번째로, 부시역과 정시역을 같이 이용하여 관찰자 양안위치 각각의 병합시점을 만들거나, 3D 화소선을 이루는 화소들의 조합을 변경하여 관찰자 양안위치가 항시 정시역범위 안에 들게 하여 관찰자 양안위치 각각의 병합시점을 만들 수도 있다. 도 11a는 관찰자가 제2 위치에 위치할 때, 관찰자 양안이 병합된 시역의 중심근처에 위치하도록, 제2,3,그리고 제4 시점에 동일한 영상을 제공하고, 제1 시점과 부시역의 제5시점과 제6시점에 동일한 영상을 제공하여, 각각 관찰자의 양안시점이 되도록 하는 방법이다. 이러한 방법뿐 아니라, 본 발명은 3D 화소선 별로 관찰자 위치에 따라 시역이 형성되는 위치를 바꿀 수 있으므로, 도 11b에 보여지듯이, 관찰자가 제2 위치에 위치할 때, 개구부와 쌍을 이루어 3D화소선을 이루는 화소들을 적절히 선택하여 관찰자의 양안이 정시역 범위 안에 들도록 선택할 수 있다. 이 경우에는 관찰자의 왼쪽눈 위치에는 제4시점 내지 제6시점에 동일영상을 제공 하여 병합된 시역을 형성하고, 관찰자의 오른쪽눈 위치에는 제1시점 내지 제3시점에 동일영상을 제공하여 병합된 시역을 형성하여, 항상 3D화소선의 정시역 영역에 관찰자가 위치하게 하면서도 양안시점에 병합시점을 제공할 수도 있다.

이러한 방법을 시점병합을 필요로 하는 최소 4시점 또는 그 이상의 시점의 경우에 적용하면 시점수를 양안에 필요한 만큼 미리 제공 가능하도록 시점과 시역을 설계하여 깊이 방향으로 움직여도 항상 크로스토크가 최소화되고 시역의 영상 밝기가 평탄하도록 유지시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의한 도 3의 동공위치 추적시스템(110)은 복수의 관찰자의 위치를 추적할 수 있으며, 각각의 동공위치를 추적하여 제어부(120)에 관찰자의 인원과 복수의 관찰자의 동공 위치들의 정보를 전달함이 바람직하다.

또한, 동공위치 추적시스템(110)에 의해서 실시간으로 추적된 복수의 관찰자의 동공위치의 3차원 정보들을 이용하여, 제어부(120)를 통해 3D화소선들별로 형성된 시점의 시역마다 복수의 관찰자 양안 동공 각각의 중심과 가까운 시점들을 선택하며, 이렇게 선택된 각 시점들마다 하나이상의 인접시점들을 병합하여 복수의 관찰자의 양안에 각각 병합된 시점에 의해 형성된 시역을 제공할 수도 있다. 이렇게 하여 복수의 관찰자에게 크로스토크가 최소화되고 밝기분포가 균일한 시역을 제공 할 수 있다.

도 12는 관찰자가 두 명인 경우 본 발명의 일 실시예에 의한 다시점 3차원 영상표시장치에서 관찰자 각각에 평탄화된 시점이 할당되는 경우를 예시하는 도면으로서, 한 관찰자 마다 양안시점이 각각 2개의 단위시점 병합에 의해 형성되어 각 관찰자는 4개의 단위시점을 사용하게 된다. 결과적으로, 두 관찰자의 양쪽눈은 양안위치의 병합된 시점에 의해 형성된 균일한 시역위치에 있게 되어 크로스토크가 최소화되고 밝기가 균일한 시점영상을 볼 수 있게 된다. 그리고 이러한 방법은 3인 이상에도 동일하게 적용가능하다. 또한, 도 12를 이용하여 설명한 다수의 관찰자에게 평탄화된 시점을 할당하는 방법은 도 11의 경우와 같이 복수 관찰자가 각각 깊이방향으로 움직이는 상황의 경우에도 적용될 수 있다.

도 11 내지 도 12에서는 양안사이 간격이 최적관찰위치에서 2개의 단위시점 간격으로 설정하여, 최적관찰위치에서 양안시점 각각이 2개의 시점병합으로 형성되는 것을 예로 들었지만, 양안사이 간격을 최적관찰위치에서 3개 이상의 단위시점 간격으로 설정하여, 최적관찰위치에서 양안시점 각각이 3개 이상의 시점병합으로 형성되게 할 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 시차장벽을 이용한 다시점 3차원 영상표시장치만을 예로 들어서 설명하였지만, 본 발명의 개념은 렌티큐라렌즈를 이용한 다시점 3차원 영상표시장치등과 같이 공간상에 영상표시패널의 시점영상들에 의해 시역을 형성하는 다양한 무안경식 3차원영상표시에도 적용가능하다.

또한, 본 발명의 실시예는 도 4a 및 도 4b에 보이듯이, 영상표시패널의 상부에 위치한 시차장벽의 개구부가 연속적으로 영상표시패널의 하부까지 이어져 선형태의 3D 화소선을 갖는 경우가 전형적인 경우이지만, 이러한 연속적인 선형태의 3D 화소선에만 본 발명의 실시예가 국한되는 것은 아니다. 도 4a의 액정표시패널과 그 앞에 형성된 시차장벽만을 나타내어 평면적으로 표현한 도면은 도 13a와 같다. 도 13a에서 보듯이, 개구부가 상부로부터 하부까지 연속적으로 존재하는 경우에는 각 개구부와 쌍을 이루어 3D 화소선을 형성하는 만드는 화소들은 도면에 점선으로 표시하였다. 도면에 표시는 안되었지만, 점선의 오른편에 위치한 개구부들과 인접한 4개의 화소들 역시 상부에서 하부로 연속적인 선의 형태로 3D화소선을 각각 형성한다. 이러한 통상적인 연속적인 선의 형태의 시역형성의 최소 단위를 염두에 두고 3D화소선이라고 명명을 하게 된 것이다. 그러나, 이러한 통상적인 형태에만, 본 발명의 개념이 사용되는 것이 아니고, 도 13b와 같이 행의 화소들별로 불연속적인 3D화소선에도 본 발명의 개념을 적용할 수 있다. 도 13b의 각 점선안의 화소들과 시차장벽의 개구부는 관찰위치의 시역을 형성하는 최소단위가 되고, 이러한 최소단위가 행의 화소들별로 하나의 서브화소 크기만큼 오른편으로 이동하게 된다. 이러한 경우 역시 본 발명의 관찰자위치에 따라 3D화소선별 시점영상을 제어하여, 크로스토크 최소화와 밝기균일도를 확보할 수 있다. 다만, 개구부의 위치가 화소들의 행별로 일정위치 수평이동(이 경우는 하나의 서브위치 크기만큼의 수평이동함)함에 따라, 행별로 불연속적인 3D 화소선이 형성된 것만 앞의 실시예와 차이가 있다. 이러한 경우 시역형성을 하는 최소단위가 연속적인 선형태가 아니므로, 3D 화소선이란 표현보다는 3D 화소점이라 명명하는 것이 더 바람직하다. 도 13b는 실질적으로 도 4b와 동일한 경사시역을 형성하게 된다. 또한, 본 발명에서는 규칙적인 3D화소선 또는 3D화소점만을 실시예로 사용하였지만, 보다 자유로운 형태의 3D화소선 또는 3D화소점 형태에 본 발명의 개념이 사용될 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 3차원 영상표시장치에서 수행되는 다시점 3차원 영상을 표시하는 방법에 대해 설명한다.

본 발명에 의한 3차원 영상표시장치는 3D 영상을 표시하는 영상표시패널과, 적어도 4시점 이상의 다시점을 제공하는 3D 화소선들 각각의 시점영상을 제어하는 제어부와, 관찰자 양안의 동공위치 추적시스템을 포함한다. 이러한 3차원 영상표시장치에서, 먼저 관찰자 양안의 동공위치 추적시스템을 통해 관찰자 양안의 동공위치의 3차원 좌표값을 획득한다. 이어서, 제어부를 통해 동공위치 추적시스템으로부터 획득된 관찰자 양안의 동공위치의 3차원 좌표값을 이용하여, 3D 화소선들별로 형성된 시점의 시역마다 관찰자 양안 동공 각각의 중심과 가까운 제1 시점과 제2 시점을 선택한다. 그리고, 제어부를 통해 제1 시점에 관찰자 양안 중 하나의 시점영상을 제공하고, 제2 시점에 관찰자 양안 중 다른 하나의 시점영상을 제공한다.

특히, 제어부를 통해 제1 시점에 인접한 하나 이상의 시점에 제1 시점과 동일 시점영상을 제공하여 제1 병합시점을 만들고, 제2 시점에 인접한 하나 이상의 시점들에 제2 시점과 동일 시점영상을 제공하여 제2 병합시점을 만드는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

아울러 제어부를 통해 제1 병합시점과 제2 병합시점에 의해 형성된 각각의 시점병합 시역의 중앙부위 밝기가 평탄하도록, 제1 병합시점 또는 제2 병합시점을 이루는 각각의 시점들의 밝기를 조절한다. 만약, 제1 병합시점 또는 제2 병합시점을 이루는 각각의 시점들의 개수가 2시점 이상의 짝수인 경우, 병합시점을 이루는 각 시점의 밝기를 동일하게 하고 시점 시역의 형태를 설계변경으로 조절하여 병합시점 시역의 중앙부가 평탄하도록 하고, 제1 병합시점 또는 제2 병합시점을 이루는 각각의 시점들의 개수가 3시점 이상의 홀수인 경우에는, 병합시점을 이루는 각 시점 중 시작 시점으로부터 짝수 번째의 시점의 시역 밝기를 줄여서 병합시점 시역의 중앙부가 평탄하도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 시점병합에 대한 자세한 설명은 도 6-10을 참조하여 상기에서 설명한 것과 동일하므로, 본 발명에 의한 3차원 영상표시장치에서 수행되는 다시점 3차원 영상을 표시하는 방법에도 동일하게 적용된다.

이상 본 발명에 따른 다수의 관찰자에 적용가능한 동적 시역 확장을 이용한 다시점 3차원 영상표시장치 및 그 방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

Claims (20)

1. 3D 영상을 표시하는 영상표시패널;
   3D 화소선들 각각의 시점영상을 제어하는 제어부; 및
   관찰자 양안의 동공위치 추적시스템을 포함하되,
   상기 3D 화소선들 각각은 적어도 4시점 이상의 다시점을 제공하고,
   상기 제어부는 상기 관찰자 양안의 동공위치 추적시스템에 의해 판단된 관찰자 양안의 동공위치의 3차원 좌표값을 이용하여, 3D 화소선들별로 형성된 시점의 시역마다 관찰자 양안 동공 각각의 중심과 가까운 제1 시점과 제2 시점을 선택하며, 상기 제1 시점에 관찰자 양안 중 하나의 시점영상을 제공하고, 상기 제2 시점에 관찰자 양안 중 다른 하나의 시점영상을 제공하는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 영상표시패널은,
   시차분리수단인 시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈를 이용하거나, 또는 선광원을 이용하여 3D 영상을 표시하는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 3D 화소선들은,
   상기 시차장벽의 개구부, 상기 렌티큐라 렌즈 또는 선광원들과,
   각각의 시점영상을 제공하는 상기 영상표시패널상의 화소들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 제1 시점에 인접한 하나 이상의 시점에 상기 제1 시점과 동일 시점영상을 제공하여 제1 병합시점을 만들고, 상기 제2 시점에 인접하고 상기 제1 병합시점에 포함되지 않는 하나 이상의 시점에 상기 제2 시점과 동일 시점영상을 제공하여 제2 병합시점을 만드는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 제1 병합시점과 상기 제2 병합시점에 의해 형성된 각각의 시점병합 시역의 중앙부위 밝기가 평탄하도록, 상기 제1 병합시점 또는 상기 제2 병합시점을 이루는 각각의 시점들의 밝기를 조절하는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
6. 제4 항에 있어서,
   상기 제어부는, 3D화소선으로부터 형성되는 각각의 시점 시역의 형태가 병합하였을 때 병합시역의 중앙부가 평탄하도록, 시차장벽의 개구폭, 렌티큐라 렌즈의 초점거리, 또는 선광원의 선폭을 조절하는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
7. 제5 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 제1 병합시점 또는 상기 제2 병합시점을 이루는 각각의 시점들의 개수가 3시점 이상의 홀수인 경우, 병합시점을 이루는 각 시점 중 시작 시점으로부터 짝수 번째의 시점의 시역 밝기를 줄여서 병합시점 시역의 중앙부가 평탄하도록 하는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
8. 제4 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 제1 병합시점과 제2 병합시점 사이에 적어도 하나의 중간시점들이 존재할 경우, 상기 적어도 하나의 중간시점들의 영상데이터를 제거하여 크로스토크를 최소화하는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
9. 제4 항에 있어서,
   상기 제어부는, 관찰자가 깊이방향으로 이동할 때 각각의 시점에 해당하는 시역의 폭이 줄어드는 크기를 고려하여 깊이방향으로 이동량의 한계를 정하고, 이러한 한계에 해당하여 축소되는 총 시역의 폭에 해당하는 추가 시점을 제공하여, 깊이방향의 이동에도 시점병합과 크로스토크의 최소화가 가능하게 함을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
10. 제4 항에 있어서,
    상기 관찰자 양안의 동공위치추적시스템에 의해 판단된 관찰자 양안위치정보를 이용하여 관찰자의 양안이 정시역에 모두 포함되도록 3D 화소선을 이루는 화소들을 설정한 후에, 상기 제1 병합시점과 제2 병합시점을 만드는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
11. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 병합시점과 제2 병합시점은 정시역의 시점들과 이와 중첩되지 않는 부시역의 시점들로 만드는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
12. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는, 관찰자가 깊이방향으로 이동할 때, 상기 3차원 영상표시장치와의 최대 근접거리에서의 한 개의 시점에 의해 형성되는 단위시역의 폭이 줄어드는 비율 또는 상기 3차원 영상표시장치와의 최대 원거리에서의 한 개의 시점에 의해 형성되는 단위시역의 폭이 늘어나는 비율을 고려하여, 상기 제1 병합시점과 제2 병합시점의 병합시역의 폭이 유지될 수 있도록, 상기 제1 병합시점과 제2 병합시점을 이루는 시점의 개수를 변경하는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
13. 제1 항에 있어서,
    상기 관찰자의 동공위치 추적시스템은 복수의 관찰자의 위치를 추적할 수 있으며, 각각의 동공위치를 추적하여 상기 제어부에 관찰자의 인원과 복수의 관찰자의 동공 위치들의 정보를 전달하는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 관찰자의 동공위치 추적시스템에 의해서 실시간으로 추적된 복수의 관찰자의 동공위치의 3차원 좌표값을 이용하여, 3D 화소선들별로 형성된 시점의 시역마다 복수의 관찰자 양안 동공 각각의 중심과 가까운 시점들을 선택하며, 상기 선택된 각 시점들마다 하나이상의 인접시점들을 병합하여 복수의 관찰자의 양안에 각각 병합시점에 의해 형성된 시역을 제공하는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 제어부는, 복수의 관찰자의 양안에 제공되는 각 병합시점 사이에 적어도 하나의 중간시점들이 존재할 경우, 상기 적어도 하나의 중간시점들의 영상데이터를 제거하여 크로스토크를 최소화하는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
16. 제1 항에 있어서,
    상기 3D화소선의 길이가 한 화소단위 크기 이상이며, 시점영상을 표시하는 화소들을 합한 크기 이하이어서, 3D화소점의 효과를 줌을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시장치.
17. 3D 영상을 표시하는 영상표시패널과, 적어도 4시점 이상의 다시점을 제공하는 3D 화소선들 각각의 시점영상을 제어하는 제어부와, 관찰자 양안의 동공위치 추적시스템을 포함하는 3차원 영상표시장치를 이용하여 다시점 3차원 영상을 표시하는 방법으로서,
    상기 관찰자 양안의 동공위치 추적시스템을 통해 관찰자 양안의 동공위치의 3차원 좌표값을 획득하는 단계;
    상기 제어부를 통해 상기 동공위치 추적시스템으로부터 획득된 관찰자 양안의 동공위치의 3차원 좌표값을 이용하여, 3D 화소선들별로 형성된 시점의 시역마다 관찰자 양안 동공 각각의 중심과 가까운 제1 시점과 제2 시점을 선택하는 단계; 및
    상기 제어부를 통해 상기 제1 시점에 관찰자 양안 중 하나의 시점영상을 제공하고, 상기 제2 시점에 관찰자 양안 중 다른 하나의 시점영상을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시방법.
18. 제17 항에 있어서,
    상기 영상표시패널은 시차분리수단인 시차장벽 또는 렌티큐라 렌즈를 이용하거나, 선광원을 이용하여 3D 영상을 표시하고,
    상기 3D 화소선들은, 상기 시차장벽의 개구부, 상기 렌티큐라 렌즈 또는 선광원들과, 각각의 시점영상을 제공하는 상기 영상표시패널상의 화소들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시방법.
19. 제17 항에 있어서,
    상기 제어부를 통해 상기 제1 시점에 인접한 하나 이상의 시점에 상기 제1 시점과 동일 시점영상을 제공하여 제1 병합시점을 만드는 단계; 및
    상기 제어부를 통해 상기 제2 시점에 상기 제1 병합시점에 포함되지 않는 하나 이상의 시점들에 상기 제2 시점과 동일 시점영상을 제공하여 제2 병합시점을 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시방법.
20. 제19 항에 있어서,
    상기 제어부를 통해 상기 제1 병합시점과 상기 제2 병합시점에 의해 형성된 각각의 시점병합 시역의 중앙부위 밝기가 평탄하도록, 상기 제1 병합시점 또는 상기 제2 병합시점을 이루는 각각의 시점들의 밝기를 조절하는 것을 특징으로 하는 다시점 3차원 영상표시방법.

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