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이동형 패럴랙스배리어와 시점 추적을 이용한 3D 디스플레이 시스템
Autostereoscopic 3D display system with moving parallax barrier and eye-tracking 원문보기

방송공학회논문지 = Journal of broadcast engineering, v.14 no.4, 2009년, pp.419 - 427  

채호병 (광운대학교대학원 정보디스플레이학과) ,  유영록 (광운대학교대학원 정보디스플레이학과) ,  이강성 (광운대학교대학원 정보디스플레이학과) ,  이승현 (광운대학교대학원 정보디스플레이학과)

초록
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본 논문에서는 시점의 움직임에 대해 최적의 자연스러운 스테레오 영상을 관찰자에게 제공할 수 있는 시점추적시스템을 제안하였다. 관찰자의 위치를 추적하기 위한 시점추적시스템은 관찰자와 배경의 상대적인 거리를 측정하여 배경으로부터 관찰자를 분리할 수 있다. 시점추적을 위한 키 신호를 얻는 방법으로 TOF(Time-Of-Flight) 이론으로 만들어진 깊이 카메라(depth camera)를 사용하였다. 또한 관찰자의 위치가 제한되는 고정형 패럴랙스배리어의 단점을 보완하는 방법으로 이동형 패럴랙스배리어를 제안하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We present a novel head tracking system for stereoscopic displays that ensures the viewer has a high degree of movement. The tracker is capable of segmenting the viewer from background objects using their relative distance. A depth camera using TOF(Time-Of-Flight) is used to generate a key signal fo...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 결국, 패널을 만들 때 마다 그 패널에 맞는 새로운 이동형 구동라인을 구성해야 하기 때문에 단가 상승의 요인이 된다. 본 논문에서는 640 라인을 1개의 묶음으로 하는 일반 TN 패널을 이용한 교차커넥터를 제안하였다. 이 교차커넥터는 단순히 이방성 전도 필름(anisotropic conductive film, ACF)을 이용하여 모든 패널에 적용할 수 있는 경제적이고 호환성이 높은 장점을 제공한다.
  • 본 논문에서는 이 문제점에 대한 보완책으로 시점추적시스템에서 활용할 수 있는 이동형 패럴랙스배리어 패널을 이용한 시점추적시스템을 제안하였다. 이동형 패럴랙스배리어는 4개의 서브 배리어로 구성하였고, 서브 배리어와의 연결을 위하여 640 라인 FPC(Flexible Printed Circuit)로 구성된 새로운 교차커넥터를 설계하였다.
  • 그러나 위치 고정적이란 근본적인 문제를 지니고 있어 사용자들이 3D 영상을 관찰하기 위해서는 시점을 좌우 영상에 맞추어야 하는 단점이 있다. 본 논문에서는 이 문제점에 대한 보완책으로 시점추적시스템에서 활용할 수 있는 이동형 패럴랙스배리어 패널을 제안하였다. 이동형 패럴랙스배리어의 제작을 위해서는 TFT의 정밀한 기술력이 필요하고 제작비도 높다.
  • 본 논문에서는 이동형 패럴랙스배리어를 사용함으로써 제한된 최적 시점 수에 대한 문제를 해결할 수 있었고, 미세한 시점의 움직임에 대해 최적의 3D 시청 시점을 제공하여 자연스러운 스테레오 영상을 관찰자에게 제공할 수가 있었다.
  • 배리어 간의 간격이 너무 좁을 경우에는 공정상의 문제 뿐만 아니라 TN패널로 제작을 할 경우 두 라인 간에 합선 현상이 발생하게 되어 이동형 패럴랙스배리어가 정상적으로 작동 되지 않는다. 본 실험에서는 각 라인 사이의 간격이 3D 디스플레이에 미치는 영향을 알아보기 위하여 우선 필름으로 제작 하여 테스트 하였다. 각각의 서브 라인 사이 간격을 5㎛, 10㎛, 15㎛, 20㎛ 단위로 설계하여 3D 디스플레이를 테스트 하였다.
  • 또한, 패널을 만들 때 마다 그 패널에 맞는 새로운 구동라인을 구성해야 하기 때문에 단가 상승의 요인이 되고 이러한 구성은 매우 비효율적인 생산 구조를 갖게 된다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 논문에서는 640 라인을 1개의 묶음으로 하는 정밀도가 높은 일반 TN 패널을 이용한 교차 커넥터(crossing connector)를 제작하였다. 이 교차커넥터는 TFT 라인을 사용하지 않고, 모든 패널에 적용할 수 있는 장점을 제공한다.
  • 패럴랙스배리어 방식은 일정한 위치에서만 관찰 된다는 단점을 가지고 있는데, 본 논문에서는 이러한 단점을 보완할 수 있는 이동형 패럴랙스배리어 방식을 제안하였다. 일반적인 패럴랙스배리어는 배리어와 개구부의 일정한 간격을 가지고 있는 구조이며 배리어 사이에 있는 개구부로 영상이 투과되어 사용자가 입체를 볼 수 있게 해준다.

가설 설정

  • 사용된 알고리즘은 거리 2m 이내의 정보만 취득하게 설정하고 영상의 값은 8 비트 분해능 중에 제한 값으로 100을 설정하였다. 특정 거리로 제한된 영상은 정상적인 사람의 특성상 위 부분은 머리에 해당되고 아래 부분은 몸에 해당된 것으로 가정하고 각 단계의 알고리즘을 처리한다. 첫 번째 영상의 잡음을 제거하기 위해 마스크의 크기를 3x3으로 하고 2회의 침식과 5회의 팽창 알고리즘을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
패럴랙스배리어는 어떠한 구조인가? 패럴랙스배리어 방식은 일정한 위치에서만 관찰 된다는 단점을 가지고 있는데, 본 논문에서는 이러한 단점을 보완할 수 있는 이동형 패럴랙스배리어 방식을 제안하였다. 일반적인 패럴랙스배리어는 배리어와 개구부의 일정한 간격을 가지고 있는 구조이며 배리어 사이에 있는 개구부로 영상이 투과되어 사용자가 입체를 볼 수 있게 해준다. 이러한 방법을 이용하여 디스플레이 장치를 구성하게 되면 정확한 위치에서만 영상의 시청이 가능해진다.
패럴랙스배리어의 단점은 무엇인가? 패럴랙스배리어의 경우는 2D/3D 겸용으로 사용할 수 있는 장점으로 개인이 주로 사용하는 핸드폰, 노트북등과 같은 소형 디스플레이에 그 응용이 활발히 진행되고 있다[5][6]. 그러나 위치 고정적이란 고질적인 단점을 가지고 있어 사용자들이 3D 영상을 관찰하기 위해서는 시점을 좌우영상에 맞추어야 하는 단점을 가지고 있다. 즉, 사용자가 수평으로 움직일 경우 좌우영상이 역전되는 현상이 발생하게 되어 시점의 증가나 시점추적과 같은 해결책이 요구된다[7][8].
시점을 추적하여 디스플레이 하는 방식에는 무엇이 있는가? 이러한 문제점을 해결하기 위하여 고안된 방안이 시점 추적형 알고리즘을 적용한 패럴랙스배리어 디스플레이 시스템이다. 시점을 추적하여 디스플레이 하는 방식으로는 관찰자의 움직임에 따른 x-y-z 좌표를 추출해서 디스플레이 장치에 표시되는 좌영상과 우영상을 각 위치에 맞도록 서로 교차 시키는 방법이 있고, 관찰자의 시점을 추적하여 관찰자의 위치에 맞게 패럴랙스배리어를 스위칭 하는 방법이 있다.
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참고문헌 (9)

  1. S. H. Kaplan, “Theory of Parallax Barriers,” J. SMPTE vol.59, pp.11?21, 1952 

  2. D.J.Sandin, E.Sandor, W.Cunnally, M.Resch, T.DeFanti, M.Brown, "Computer- generated barrier-stripe autostereography", Proc. SPIE, vol.1083, pp.65-75, 1989 

  3. H. Isono, M. Yasuda and H. Sasazawa, "Autostereoscopic 3D LCD Display using LCD-generated Parallax Barrier", 12th Int. Display Research Conf., Japan, Display'92, pp. 303-306, 1992 

  4. 김은수, 이승현 “3차원 영상의 기초” 기다리&오옴사, pp.129-173, 1998 

  5. A. Jacobs, J. Mather, R. Winlow, D. Montgomery, G. Jones, M. Willis, M. Tillin, L. Hill, M. Khazova, H. Stevenson and G. Bourhill, "2D/3D switchable display," Sharp, Technical Journal no.4, Apr. 2003 

  6. D.S.Kim, S.D.Se, K.H.Cha, and J.P.Ku, '2D/3D Compatible display by autostereoscopy,' Proc. K-IDS Three-Dimensional Display Workshop, pp.17-22, 2006 

  7. Markus Andiel, Siegbert Hentschke, Thorster Elle, and Eduard Fuchs," Eye-tracking for autostereoscopic displays using web cams", Proc. SPIE, vol.4660, pp.200-206, 2002 

  8. O.H.Willemsen, S.T. de Zwart, M.G.H.Hiddink, D.K.G. de Boer, M.P.C.M.Krijin, "Multi-view 3D Display," Society for Information Display 2007 International Symposium Digest of Technical Paper, pp.1154-1157, 2007 

  9. G.J.Iddan, G. Yahav, “ 3D imaging in the studio" Proc. of SPIE 4298, pp.48-55, 2001 

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