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KR101618463B1 - 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템 및 방법 Download PDF

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KR101618463B1
KR101618463B1 KR1020140176200A KR20140176200A KR101618463B1 KR 101618463 B1 KR101618463 B1 KR 101618463B1 KR 1020140176200 A KR1020140176200 A KR 1020140176200A KR 20140176200 A KR20140176200 A KR 20140176200A KR 101618463 B1 KR101618463 B1 KR 101618463B1
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김성규
윤기혁
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템 및 방법으로서, 무안경식 3차원 영상을 표시하는 영상표시장치의 전방에 설치되며, 상기 영상표시장치의 수평방향(X 방향)으로 기지정된 적어도 2개의 국부영역에서 형성되는 깊이방향(Z 방향)으로의 시점영상들에 대한 휘도분포의 특성을 측정하는 적어도 하나의 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서로부터 측정된 X-Z 평면상 휘도분포의 특성을 분석하여, 각 국부영역의 동일한 시점영상으로부터 발생되는 광의 휘도분포의 중심위치 수평방향(X 방향) 최소편차를 갖는 깊이방향(Z 방향)에 해당하는 이미지 센서의 위치를 최적관찰거리로 판정하는 판정부를 포함한다.

Description

무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING VIEWING ZONE CHARACTERISTICS OF AUTOSTEREOSCOPIC 3D IMAGE DISPLAY}
본 발명은 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무안경식 3차원 디스플레이의 일부 영역들의 적어도 하나의 시점영상들로부터 광선 추적 결과를 분석함으로써, 정밀한 최적관찰거리(OVD)를 효율적으로 판정할 수 있을 뿐만 아니라, 3차원 디스플레이의 서로 다른 영역으로부터 형성되는 시점영상들의 위치 에러 범위를 판정할 수 있는 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 시차장벽(Parallax Barrier)을 이용한 다시점 3차원 영상표시장치의 광학적 성질은 통상의 설계 값과는 약간 다르다. 다시점 3차원 영상표시장치의 설계 값들 중 대표적인 값들은 최적관찰거리(Optimum Viewing Distance, OVD)와 최적관찰거리(OVD)에서의 시점거리(View-Point Distance, VPD) 등이 있다.
이러한 다시점 3차원 영상표시장치의 화질을 추정하기 위해서는, 일반적으로 최적관찰거리(OVD)를 측정하고, 측정한 최적관찰거리(OVD)에서 크로스토크(crosstalk)와 휘도 균일도 등의 광학적 특성들을 평가한다. 이러한 다시점 3차원 영상표시장치의 다양한 평가 방법들이 제시되어 왔다. 그러나, 전체 3차원 디스플레이 영역으로부터 형성되는 시점영상들의 위치 에러의 판정 방법 및 최적관찰거리(OVD)의 정확한 측정 방법은 오늘날까지 제시되어 있지 않다.
도 1은 종래의 시차장벽을 이용한 3차원 영상표시장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 시차장벽을 이용한 3차원 영상표시장치는, 크게 디스플레이부(10)와, 디스플레이부(10)의 전방에 일정간격 이격되어 배치되는 시차장벽(20) 등을 포함하여 이루어진다. 여기서, 디스플레이부(10)는 일반적인 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD) 패널을 사용할 수 있다.
시차장벽(20)은 디스플레이부(10)로부터 출사되는 빛이 투과되는 슬릿 형태의 개구(aperture)와 빛을 차단하는 장벽(barrier)이 반복 배열되어 이루어진다. 비스듬한 시차장벽(20)을 사용하여 각 시역(Viewing Zone)의 균일한 컬러 특성들을 유지하고, 감소된 해상도를 디스플레이부(10)의 길이방향과 횡방향에 할당할 수 있다. 이때, 시차장벽(20)의 비스듬한 각도는, 예를 들어, tan-1(1/3)=18.435도 일 수 있다.
한편, 시차장벽(20)이 있는 n시점 3차원 디스플레이의 변수들 간의 관계가 도 1의 하측에 도시된 관계식(Relation Equations)과 같이 표현될 수 있다. 여기서, WP 는 단위 화소 크기이고, WPB_S 와 TPB 는 각각 시차장벽(20)의 개구 부분의 크기와 주기이고, d는 디스플레이부(10)와 시차장벽(20) 간의 거리이며, DVP 는 최적관찰거리(OVD)에서의 시점거리이다. 이러한 다시점 3차원 디스플레이의 광학적 특성들을 판정하는 거의 대부분의 방법들은 디스플레이부(10)의 국부적인 지점(spot)으로부터의 시점영상들의 각도 성질을 이용한다.
그러나, 이러한 종래의 측정 방법들은 3차원 영상을 보는 관찰자의 실제의 상황과는 사실상 다르다. 그 이유는 전체 3차원 디스플레이 영역으로부터 형성되는 시점영상들의 휘도가 관찰자에게 영향을 끼치고, 전체 3차원 디스플레이 영역에서의 디스플레이 패널과 시차장벽 간의 조건(예를 들어 갭(gap))이 일반적으로 균일하지 않기 때문이다.
Salmimaa, M. and Jarvenpaa, T., "Objective Evaluation of Multi-View Autostereoscopic 3D display", SID Symposium Digest, Vol. 39, 267-270 (2008). Lee, J., Lee, J. S., Kim, S. L., Han, J. S., Jun, T. J. and Shin, S. T., "Optical Performance Analysis Method of Auto-stereoscopic 3D displays", SID Symposium Digest, Vol. 41, 327-330 (2010). Boev, A., Gotchev, A. and Egiazarian, K., "Crosstalk Measurement Methodology For Auto-Stereoscopic Screens", 3DTV Conference, 1-4 (2007). Jarvenpaa, T. and Salmimaa, M., "Optical Characterization Methods for Autostereoscopic 3D Displays". Proc. Of 뗘개Display 132-135 (2007). Wu, C.-L., Huang, K.-C., Liao, C.-C., Chen, Y.-H., Lee, K., "Autostereoscopic display optical properties evaluation", Proc. SPIE 7524, 75241L (2010).
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 무안경식 3차원 디스플레이의 일부 영역들의 적어도 하나의 시점영상들로부터 광선 추적 결과를 분석함으로써, 정밀한 최적관찰거리(OVD)를 효율적으로 판정할 수 있을 뿐만 아니라, 3차원 디스플레이의 서로 다른 영역으로부터 형성되는 시점영상들의 위치 에러 범위를 판정할 수 있도록 한 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 제1측면은, 무안경식 3차원 영상을 표시하는 영상표시장치의 전방에 설치되며, 상기 영상표시장치의 수평방향(X 방향)으로 기지정된 적어도 2개의 국부영역에서 형성되는 깊이방향(Z 방향)으로의 시점영상들에 대한 휘도분포의 특성을 측정하는 적어도 하나의 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서로부터 측정된 X-Z 평면상 휘도분포의 특성을 분석하여, 각 국부영역의 동일한 시점영상으로부터 발생되는 광의 휘도분포의 중심위치 수평방향(X 방향) 최소편차를 갖는 깊이방향(Z 방향)에 해당하는 이미지 센서의 위치를 최적관찰거리로 판정하는 판정부를 포함하는 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템을 제공한다.
이때, 상기 적어도 하나의 이미지 센서는 이동형 센서로서, 수평방향(X 방향)과 깊이방향(Z 방향)으로 단계적으로 이동하면서 센서의 활성영역에서 휘도분포의 특성을 측정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 이미지 센서의 중앙 부분의 높이는 상기 영상표시장치의 중앙위치에 배치되는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 영상표시장치의 중앙부분에 지정된 소정의 폭과 높이를 갖는 제1 국부영역을 기준으로, 양측에 동일한 간격으로 각각 이격되어 지정된 상기 제1 국부영역과 동일한 폭과 높이를 갖는 제2 및 제3 국부영역으로 이루어진 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 판정부는, 상기 판정된 최적관찰거리에서 최소자승법을 이용하여 최적관찰거리의 시점거리를 판정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 제2측면은, 무안경식 3차원 영상을 표시하는 영상표시장치의 전방에 설치되는 적어도 하나의 이미지 센서를 이용하여, 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성을 측정하는 방법으로서, (a) 상기 적어도 하나의 이미지 센서를 통해 상기 영상표시장치의 수평방향(X 방향)으로 기지정된 적어도 2개의 국부영역에서 형성되는 깊이방향(Z 방향)으로의 시점영상들에 대한 휘도분포의 특성을 측정하는 단계; 및 (b) 상기 단계(a)에서 측정된 휘도분포의 특성을 분석하여, 각 국부영역의 동일한 시점영상으로부터 발생되는 광의 휘도분포의 중심위치 수평방향(X 방향) 최소편차를 갖는 깊이방향(Z 방향)에 해당하는 이미지 센서의 위치를 최적관찰거리로 판정하는 단계를 포함하는 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 방법을 제공한다.
이때 상기 단계(a)에서, 상기 적어도 하나의 이미지 센서는 이동형 센서로서, 수평방향(X 방향) 또는 깊이방향(Z 방향)으로 단계적으로 이동하면서 센서의 활성영역에서 휘도분포의 특성을 측정하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 이미지 센서의 중앙 부분의 높이는 상기 영상표시장치의 중앙위치에 배치되는 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 영상표시장치의 중앙부분에 지정된 소정의 폭과 높이를 갖는 제1 국부영역을 기준으로 양측에 동일한 간격으로 각각 이격되어 지정된 상기 제1 국부영역과 동일한 폭과 높이를 갖는 제2 및 제3 국부영역으로 이루어진 것이 바람직하다.
더욱이, 상기 단계(b) 이후에, 상기 단계(b)에서 판정된 최적관찰거리에서 최소자승법을 이용하여 최적관찰거리의 시점거리를 판정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템 및 방법에 따르면, 무안경식 3차원 디스플레이의 일부 국부영역들의 적어도 하나의 시점영상들로부터 광선 추적 결과를 분석함으로써, 정밀한 최적관찰거리(OVD)를 효율적으로 판정할 수 있을 뿐만 아니라, 3차원 디스플레이의 서로 다른 영역으로부터 형성되는 시점영상들의 위치 에러 범위를 판정할 수 있다. 따라서, 3차원 디스플레이의 광학적 성질에 대하여 더욱 객관적인 평가를 실현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 시차장벽을 이용한 3차원 영상표시장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 디스플레이부로부터의 거리에 의존하는 시점영상들에 대한 휘도분포의 반치폭(FWHM)을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용된 영상표시장치의 3개의 국부영역으로부터 형성된 시점영상들의 광선 추적 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적관찰거리를 판정하기 위해 분석된 광선 추적 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적관찰거리를 판정하기 위해 사용된 영상표시장치에서 3개의 국부영역들을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 적용된 3개의 국부영역들로부터 측정된 시점영상들의 휘도분포를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 적용된 일부 시점영상들의 측정된 광선 추적 결과를 나타낸 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 적용된 서로 다른 국부영역들로부터 형성된 시점영상들의 교차점의 z 방향 위치를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 시점영상의 중앙위치의 평균화된 x 방향 편차를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 z 방향 위치에 의존하는 시점영상들의 휘도분포의 평균 반치폭(FWHM)을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 적용된 최소자승법을 이용하여 판정된 최적관찰거리(OVD) 에서의 시점거리를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 2는 도 1의 디스플레이부로부터의 추정된 최적관찰거리를 기준으로 거리에 의존하는 시점영상들에 대한 휘도분포의 반치폭(FWHM)을 나타낸 그래프이다.
전체 디스플레이 영역으로부터의 시점영상들을 이용하는 본 최적관찰거리(OVD)의 판정 방법은, 시점영상들의 휘도분포의 반치폭(Full Width at Half Maximum, FWHM)에서 최소값을 갖는 다시점 3차원 디스플레이부(10)로부터의 거리를 최적관찰거리(OVD)로서 판정한다.
상기 판정된 최적관찰거리(OVD)는 X-Y 면의 시점영상들의 휘도분포에 관한 관찰로부터 고정될 수 있다. 시점영상들의 휘도분포의 반치폭(FWHM)은 최소값으로부터 Z 방향으로 편차를 갖는다. 반치폭(FWHM)의 최소 Z 방향 위치는 최적관찰거리(OVD)라고 판정된다. 일예로서 도 2의 경우에 있어서는 추정된 최적관찰거리(Supposed OVD)보다 실제로 측정된 OVD값이 10mm 정도 크게 결정된다.
그러나, 최소값 근처(Low sensitivity area)에서의 반치폭(FWHM)의 변화율은 이상적인 시뮬레이션 상황에서도 작다. 또한, 판정된 최적관찰거리(OVD)에서의 시점영상들의 위치 에러 범위는 산출될 수 없다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템을 설명하기 위한 개념도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템(100)는, 크게 영상표시장치(110), 적어도 하나의 이미지 센서(120) 및 판정부(130)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 영상표시장치(110)는 3차원 영상을 표시하기 위해 시차분리 수단인 시차장벽(Parallax barrier) 또는 렌티큐라 렌즈(lenticular lens)를 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 것이다.
구체적으로, 시차장벽은 차광부(barrier)와 개구부(aperture)가 교대로 형성될 수 있다. 렌티큐라 렌즈는 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.
도 3은 시차장벽을 갖는 다시점 3D 디스플레이(110)와 이와 일정간격 떨어진 추정 최정관찰거리(Supposed OVD)에 배치된 여러개의 광분포 측정면을 개념적으로 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 영상표시장치는 광원(Light Source)(111-1)과 패널부재(111-2)로 구성된 디스플레이부(111)와, 시차장벽(112) 등을 포함한다.
디스플레이부(111)의 패널부재(111-2) 상에는 설계된 개수의 시점영상들에 의해 구별되는 단위 화소 어레이 영역들을 갖는다. 본 발명의 다시점 3D 디스플레이의 최적관찰거리를 결정하는 방법의 검증을 위해 사용된 전산모사의 디스플레이 조건은 시점영상이 켜지는 동작 화소들의 투과율은 100％이며, 비동작 화소들의 투과율은 0％이다. 그리고, 전산모사에 사용된 광원(111-1)은 램버트(Lambertian) 면으로 가정되었다. 상기 가정은 이상적인 경우이고, 실제적으로는 상기 조건과 같이 동작 화소들의 투과율이 100%보다 적고, 비동작 화소들의 투과율이 0%보다 크게 되고, 광원은 이상적인 램버트 면이 아닌 경우이나, 본 발명의 개념은 다시점 3D 디스플레이의 국부적인 영역에서 발생되는 시점영상의 깊이방향(z방향)에 따른 동일시점 영상간의 수평오차가 최소화된 것으로 결정함에 따라 실제적인 경우에 있어서도 본 발명의 개념을 적용하는 것에는 문제가 없다.
이러한 디스플레이부(111)는 입력된 영상 신호를 디스플레이할 수 있는 액정 화면(LCD, Liquid Crystal Display), 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode), 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diode) 또는 플라즈마 디스플레이(PDP, Plasma Display Panel) 등의 영상 표시 수단이 구비된 모듈로서, 입력된 영상 신호에 대한 2차원 영상을 디스플레이 한다.
또한, 디스플레이부(111)에는 2시점 설계인 경우에 좌안(左眼)용 이미지(image)정보를 표시하는 좌안(左眼) 픽셀(pixel)과, 우안(右眼)용 이미지(image)정보를 표시하는 우안(右眼) 픽셀(pixel)이 교대로 형성되어 있을 수 있다.
시차장벽(112)은 예컨대, 세로 형태의 차광부(barrier)가 일정간격으로 구비되어 우안 픽셀과 좌안 픽셀로부터 나오는 빛을 차단시키며, 상기 차광부와 차광부 사이의 슬릿(slit) 형태의 개구부(aperture)는 우안 픽셀과 좌안 픽셀로부터 나오는 빛을 통과시킴으로써 관찰자에게 가상 3차원 입체 영상을 구현하도록 한다.
도 3에서, 이미지 센서(120)는 영상표시패널(110)의 수평방향(X 방향)으로 기지정된 적어도 2개의 국부영역에서 형성되는 깊이방향(Z 방향)으로의 시점영상들에 대한 휘도분포의 특성을 측정하는 기능을 수행한다.
이러한 적어도 하나의 이미지 센서(120)는 영상표시장치(110)의 전방에 설치된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 이미지 센서(120)는 수평방향(X 방향) 또는 깊이방향(Z 방향)으로 일정간격 이격되어 각각 설치될 수 있다. 바람직하게는, 최적관찰거리(OVD) ±50mm의 범위에서 깊이방향(Z 방향)으로 약 10mm 간격으로 배치될 수 있다.
또는, 이러한 적어도 하나의 이미지 센서(120)는 이동형 센서일 수 있다. 즉, 적어도 하나의 이미지 센서(120)가 수평방향(X 방향) 또는 깊이방향(Z 방향)으로 단계적으로 이동하면서, 센서의 활성영역에서 휘도분포의 특성을 측정할 수 있따. 이렇게 이동형 센서로 구현하면 다수의 센서가 필요 없게 된다.
이러한 이미지 센서(120)의 높이(Y 방향)는 영상표시패널(110)의 중앙위치에 배치됨이 바람직하다.
판정부(130)는 이미지 센서(120)로부터 측정된 X-Z 평면상 휘도분포의 특성을 분석하여, 각 국부영역의 동일한 시점영상으로부터 발생되는 광의 휘도분포의 중심위치 수평방향(X 방향) 최소편차를 갖는 깊이방향(Z 방향)에 해당하는 이미지 센서의 위치를 영상표시장치의 최적관찰거리로 판정한다.
또한, 판정부(130)는 상기 판정된 최적관찰거리(OVD)에서 최소자승법(Least Square Fitting Method)을 이용하여 최적관찰거리(OVD)의 시점거리(View-Point Distance, VPD)를 판정할 수 있다.
이렇게 본 발명에 의한 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템을 이용하여, 이상적인 설계 최적관찰거리와 다른 유효 최적관찰거리를 효과적으로 판정하는 방법에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용된 영상표시장치의 3개의 국부영역으로부터 형성된 시점영상들의 광선 추적 결과를 나타낸 도면으로서, X-Z 면에서의 영상표시장치(110)에 기설정된 3개의 국부영역으로부터 형성된 시점영상 중에서 한 개 시점의 광선 추적 결과를 나타낸다. 즉, 각 국부영역의 관찰위치에서의 중앙에 형성된 광선이 정시역에 포함된 시점영상에 의해 형성된 시역을 나타내며, 그의 상부와 하부에 형성된 광선은 동일한 시점영상에 의해 형성된 부시역을 나타낸다.
도 5의 예에서, 영상표시장치(110)의 폭은 640mm이고, 각 국부영역들의 폭은 80mm이고, 제안된 최적관찰거리(OVD)는 970mm이고, 시점영상들의 설계 개수는 10개이고, 최적관찰거리(OVD)의 시점거리(VPD)는 16.25mm이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적관찰거리를 판정하기 위해 분석된 광선 추적 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 영상표시장치(110)에 지정된 일부 국부영역들의 하나의 시점영상으로부터 형성되는 광선 추적 결과들을 분석함으로써, 최적관찰거리(OVD)를 판정할 수 있다. 도 6에는 시점영상들의 3개 그룹이 존재한다. 양(positive)의 X 방향의 광선 그룹(ray group)은 시점영상들의 우측 부시역(right side viewing zone)이고, 중앙의 X 방향의 광선 그룹은 시점영상들의 주 시역(main viewing zone)이고, 음(negative)의 X 방향의 광선 그룹은 시점영상들의 좌측 부시역(left side viewing zone)이다.
각 데이터 포인트는 영상표시장치(110)의 각 국부영역으로부터 형성되는 Z 방향으로의 시점영상들의 휘도 분포의 중앙위치로부터 산출된다. 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 영상표시장치(110)의 3개의 국부영역으로부터 형성되는 시점영상들의 광선들이 서로 일치되는 Z 방향 위치가 최적관찰거리(OVD)로서 판정된다.
그리고, 영상표시장치(110)의 서로 다른 국부영역으로부터 형성되는 동일한 시점영상들의 X 방향의 위치 에러도, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 최적관찰거리(OVD)에서 최소화된다.
본 발명에 의해 판정된 무안경식 다시점 3차원 영상표시장치(110)의 최적관찰거리는 이상적인 시뮬레이션 상황과는 다소 다르다. 실제 제조시 시차장벽(112)이 평평하지 않고 일부 볼록한 변형을 갖거나 시차장벽과 디스플레이 사이에 매질효과가 추가 되더라도, 본 발명은 최적관찰거리(OVD) 판정 및 최적관찰거리(OVD)의 시점영상들의 위치 에러 판정에 효과적일 수 있다. 이러한 실제 경우에, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 판정된 최적관찰거리(OVD)를 이상적인 최적관찰거리(OVD)와는 구별하도록 유효 최적관찰거리(OVD)라 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 최적관찰거리를 판정하기 위해 사용된 영상표시장치에서 3개의 국부영역들을 나타낸 도면으로서, 시점영상들의 휘도분포를 측정하는 데 사용되는 영상표시장치에서 3개의 국부영역들을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 적용된 영상표시장치(110)의 패널부재(111-2) 상에는 3개의 국부영역이 설정되는 바, 영상표시장치(110)의 패널부재(111-2) 중앙부분에 지정된 소정의 폭과 높이를 갖는 제1 국부영역(2nd Area)을 기준으로, 양측에 동일한 간격으로 각각 이격되어 지정된 제1 국부영역(2nd Area)과, 동일한 폭과 높이를 갖는 제2 및 제3 국부영역(1st Area 및 3rd Area)으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 국부영역의 폭은 71.7mm(400개 화소)이고, 그 높이는 53.775mm(300개 화소)일 수 있다. 제1 국부영역은 패널부재(111-2)의 중앙에 위치하고, 각 국부영역은 동일한 거리에 있으며, 즉, 수평 방향으로 114.72mm에 있다.
한편, 최적관찰거리(OVD)를 판정하는 측정 방법을 검증하도록 경사진(경사각도가 arcTan(1/3)인) 10시점 시차장벽을 설계하여 15.6인치 액정표시장치(LCD) 패널과 결합한다. 주요 파라미터들은 하기의 표 1에 열거되어 있다.
특성(Characteristics) 명세(Specification)
패널 크기(Panel Size) 15.6 인치(Diagonal)
해상도(Resolution) 1920x1080
부화소(Sub-Pixel) 크기 (W) 0.05975mm
(H) 0.17925mm
시점영상의 개수 10
시점거리 16.25mm
최적관찰거리(OVD) 600mm
도 8은 본 발명의 일 실시예에 적용된 3개의 국부영역들로부터 측정된 시점영상들의 휘도분포를 나타낸 그래프로서, Z=570mm에서의 각 국부영역으로부터 형성되는 시점영상들의 휘도 분포를 도시한다.
도 8을 참조하면, 예컨대, 전하결합소자(Charge-Couple Device, CCD) 등의 이미지 센서(120)를 이용하여 영상표시패널(110)로부터 동일한 거리에서 X 방향에 의존하는 시점영상들의 휘도 분포 특성을 측정한다.
이러한 본 발명의 측정 방법은, 시역의 각도 의존성을 측정하는 일반적인 각도 측정 방법들과는 다르다. 본 발명의 측정 방법은 이미지 센서(120)의 거의 수평 해상도를 이용하기 때문에, 다시점 3차원 영상표시장치의 광학적 성질을 정확하게 측정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 적용된 일부 시점영상들의 측정된 광선 추적 결과를 나타낸 개념도이다.
도 9를 참조하면, 이미지 센서(120)의 높이는 영상표시장치(110)에 구비된 패널부재(111-2)의 중앙위치에 배치된다. Z 방향의 측정 범위는 10mm 간격으로 520mm 내지 620mm 이다. X 방향의 범위는 -150mm 내지 150mm 이다.
측정 결과를 이용하여 다시점 3차원 영상표시장치의 조건을 검증한다. 이상적으로, 서로 다른 국부영역들로부터 형성되는 모든 시점영상들은 설계된 최적관찰거리(OVD)에서 일치되어야 한다. 그러나, 측정 결과는 다르다. 예를 들어, 대표적인 시점영상들은, 도 9에 도시된 바와 같이, 설계된 최적관찰거리(OVD)로부터 다른 Z 방향 위치들에서 일치된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 적용된 서로 다른 국부영역들로부터 형성된 시점영상들의 교차점의 z 방향 위치를 나타낸 그래프이다.
도 10을 참조하면, 서로 다른 국부영역들로부터 형성된 시점영상들의 Z 방향 위치들이 X 방향 위치에 따라 다름을 알 수 있다. 중앙 시역(Central VZ)에서의 시점영상들의 교차점의 Z 방향 위치는 이상적인 시뮬레이션 상황과는 달리 측면 시역(Side VZ)에서의 시점영상들의 교차점의 Z 방향 위치보다 낮다.
그 결과, 최적관찰거리(OVD) 위치는 X 방향 위치에 따라 다르다. 시뮬레이션과 실제 상황 간의 차이가 굴절률을 갖는 매질 효과 및 시차장벽(112)과 디스플레이부(111) 간의 비균일한 갭 효과로부터 발생하는 것이라고 생각할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 각 시점영상의 중앙위치의 평균화된 x 방향 편차를 나타낸 그래프이다.
도 11을 참조하면, 서로 다른 국부영역들로부터 형성된 시점영상들의 교차에 의해 판정되는 최적관찰거리(OVD)가 575mm 내지 615mm 범위 내에 있다. 이 경우, 전술한 바와 같이 실제 다시점 3차원 영상표시장치의 유효 최적관찰거리(OVD)로 판정한다. 이렇게 판정되는 최적관찰거리(OVD)는 여러 시점영상들의 평균 값이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 z 방향 위치에 의존하는 시점영상들의 휘도분포의 평균 반치폭(FWHM)을 나타낸 그래프이다.
도 11를 참조하면, 각 시점영상의 중앙위치의 평균화된 X 방향 편차는 본질적으로 Z 방향 위치에 따라 변한다. 이것은 Z=600mm에서 최소로 되고, 이 Z 방향 위치가 다시점 3차원 디스플레이의 유효 최적관찰거리(OVD)이다. 이 경우, 최고 평균 ΔX는 1.33mm 이다.
반면에, 전체 3차원 디스플레이 영역으로부터 형성되는 시점영상들의 휘도분포의 평균 반치폭(FWHM)은, 도 12에 도시된 바와 같이, Z 방향 위치에 따라 Z=600mm 근처에서 민감하게 변하지 않는다.
평균 반치폭(FWHM)은 각 Z 방향 위치에서의 시점영상에 대한 평균 값이다. 이 경우, 반치폭(FWHM)의 차는 570mm 내지 610mm 범위 내에서 Z 방향 위치에 따라 겨우 0.76mm 이다. 따라서, 시점영상들의 휘도분포의 반치폭(FWHM)을 이용하여 근사한 최적관찰거리(OVD)를 판정할 수도 있으나, 국부적으로 다른 영역에서 발생되는 동일시점 영상의 수평방향 오차가 최소화 된 Z방향 위치를 사용하는 방법이 보다 효과적으로 측정상에 있는 다시점 3D 디스플레이의 최적관찰거리(OVD)를 결정할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 적용된 최소자승법을 이용하여 판정된 시점거리를 나타낸 그래프로서, 시점영상들의 X 방향 위치가 측정됨을 도시한다.
도 13을 참조하면, 판정된 유효 최적관찰거리(OVD)에서 유효 시점거리(VPD)를 판정할 수 있다. 최소자승법을 이용하여 산출된 유효 시점거리(VPD)는 16.4mm 이다. 이 값은, 설계된 시점거리(VPD) 값인 16.25mm에 비해 겨우 0.93％ 차이나는 것이다.
본 발명은 다시점 3차원 영상표시장치의 유효 최적관찰거리(OVD)와 시점거리(VPD)를 판정하는 데 유용하다. 또한, 판정된 최적관찰거리(OVD)에서 시점영상들의 위치 에러를 규정할 수 있다. 이러한 본 발명은 다시점 3차원 영상표시장치의 사양서를 검증하는 데, 특히 시청자의 위치 추적 기능을 이용하여 다시점 3차원 시스템을 캘리브레이션하는 데 적용될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 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.
100 : 시역특성 측정 시스템,
110 : 영상표시장치,
120 : 이미지 센서,
130 : 판정부

Claims (10)

  1. 무안경식 3차원 영상을 표시하는 영상표시장치의 전방에 설치되며, 상기 영상표시장치의 수평방향(X 방향)으로 기지정된 적어도 2개의 국부영역에서 형성되는 깊이방향(Z 방향)으로의 시점영상들에 대한 휘도분포의 특성을 측정하는 적어도 하나의 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서로부터 측정된 X-Z 평면상 휘도분포의 특성을 분석하여, 각 국부영역의 동일한 시점영상으로부터 발생되는 광의 휘도분포의 중심위치 수평방향(X 방향) 최소편차를 갖는 깊이방향(Z 방향)에 해당하는 이미지 센서의 위치를 최적관찰거리로 판정하는 판정부를 포함하는 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 이미지 센서는 이동형 센서로서, 수평방향(X 방향)과 깊이방향(Z 방향)으로 단계적으로 이동하면서 센서의 활성영역에서 휘도분포의 특성을 측정하는 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 중앙 부분의 높이는 상기 영상표시장치의 중앙위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 영상표시장치의 중앙부분에 지정된 소정의 폭과 높이를 갖는 제1 국부영역을 기준으로, 양측에 동일한 간격으로 각각 이격되어 지정된 상기 제1 국부영역과 동일한 폭과 높이를 갖는 제2 및 제3 국부영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 판정부는, 상기 판정된 최적관찰거리에서 최소자승법을 이용하여 최적관찰거리의 시점거리를 판정하는 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 시스템.
  6. 무안경식 3차원 영상을 표시하는 영상표시장치의 전방에 설치되는 적어도 하나의 이미지 센서를 이용하여, 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성을 측정하는 방법으로서,
    (a) 상기 적어도 하나의 이미지 센서를 통해 상기 영상표시장치의 수평방향(X 방향)으로 기지정된 적어도 2개의 국부영역에서 형성되는 깊이방향(Z 방향)으로의 시점영상들에 대한 휘도분포의 특성을 측정하는 단계; 및
    (b) 상기 단계(a)에서 측정된 휘도분포의 특성을 분석하여, 각 국부영역의 동일한 시점영상으로부터 발생되는 광의 휘도분포의 중심위치 수평방향(X 방향) 최소편차를 갖는 깊이방향(Z 방향)에 해당하는 이미지 센서의 위치를 최적관찰거리로 판정하는 단계를 포함하는 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 단계(a)에서, 상기 적어도 하나의 이미지 센서는 이동형 센서로서, 수평방향(X 방향) 또는 깊이방향(Z 방향)으로 단계적으로 이동하면서 센서의 활성영역에서 휘도분포의 특성을 측정하는 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 중앙 부분의 높이는 상기 영상표시장치의 중앙위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 방법.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 영상표시장치의 중앙부분에 지정된 소정의 폭과 높이를 갖는 제1 국부영역을 기준으로 양측에 동일한 간격으로 각각 이격되어 지정된 상기 제1 국부영역과 동일한 폭과 높이를 갖는 제2 및 제3 국부영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 방법.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 단계(b) 이후에, 상기 단계(b)에서 판정된 최적관찰거리에서 최소자승법을 이용하여 최적관찰거리의 시점거리를 판정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무안경식 3차원 영상표시장치의 시역특성 측정 방법.
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