본 논문에서는 액정 셔터 안경과 슬렌티드 패럴랙스 베리어(slanted parallax barrier：SPB)를 이용한 초다시점(super multi view：SMV) 3D 디스플레이 방법을 제안한다. 새로운 방법은 기존의 초다시점 디스플레이에서 발생하는 해상도 저하를 시분할 방식을 이용하여 기존 무안경 방식 디스플레이 수준으로 줄였다. 기존 안경 방식 혹은 멀티뷰 방식 3D 디스플레이에서 발생하는 초점과 수렴간의 불일치로 인한 입체영상 관측 피로는 초다시점 디스플레이 방식을 구현함으로써 개선하였다. 구성된 입체영상 디스플레이가 초다시점 디스플레이로써 제대로 작동하는지 확인하기 위해 검안기와 디스플레이의 간격을 500mm로 구성한 후 초점거리를 관측했다. 실험에 사용된 SMV 디스플레이에서 제공되는 영상은 관측위치로부터 551.88mm, 524.66mm, 477.55mm, 457.04mm의 깊이 값을 가지는 영상을 제공하고 각각의 초점반응이 549.08mm, 525.52mm, 475.67mm, 448.81mm로 변하는 것을 확인할 수 있고, 측정결과로부터 양안시점을 사용한 3D 디스플레이에서 발생하는 초점과 수렴간의 불일치 문제점이 개선되었음을 확인하였다.
본 논문에서는 액정 셔터 안경과 슬렌티드 패럴랙스 베리어(slanted parallax barrier：SPB)를 이용한 초다시점(super multi view：SMV) 3D 디스플레이 방법을 제안한다. 새로운 방법은 기존의 초다시점 디스플레이에서 발생하는 해상도 저하를 시분할 방식을 이용하여 기존 무안경 방식 디스플레이 수준으로 줄였다. 기존 안경 방식 혹은 멀티뷰 방식 3D 디스플레이에서 발생하는 초점과 수렴간의 불일치로 인한 입체영상 관측 피로는 초다시점 디스플레이 방식을 구현함으로써 개선하였다. 구성된 입체영상 디스플레이가 초다시점 디스플레이로써 제대로 작동하는지 확인하기 위해 검안기와 디스플레이의 간격을 500mm로 구성한 후 초점거리를 관측했다. 실험에 사용된 SMV 디스플레이에서 제공되는 영상은 관측위치로부터 551.88mm, 524.66mm, 477.55mm, 457.04mm의 깊이 값을 가지는 영상을 제공하고 각각의 초점반응이 549.08mm, 525.52mm, 475.67mm, 448.81mm로 변하는 것을 확인할 수 있고, 측정결과로부터 양안시점을 사용한 3D 디스플레이에서 발생하는 초점과 수렴간의 불일치 문제점이 개선되었음을 확인하였다.
In this paper, the SMV 3D display method using liquid crystal shutter glass(LCSG) and SPB has been proposed. The proposed SMV display can solve the resolution degradation problem of conventional multiview displays that using based time-multiplexing method. Also, observers fatigue due to the mismatch...
In this paper, the SMV 3D display method using liquid crystal shutter glass(LCSG) and SPB has been proposed. The proposed SMV display can solve the resolution degradation problem of conventional multiview displays that using based time-multiplexing method. Also, observers fatigue due to the mismatch between accommodation and vergence problem of glass-type 3D displays and conventional multiview displays, can be improved using SMV 3D display method.
In this paper, the SMV 3D display method using liquid crystal shutter glass(LCSG) and SPB has been proposed. The proposed SMV display can solve the resolution degradation problem of conventional multiview displays that using based time-multiplexing method. Also, observers fatigue due to the mismatch between accommodation and vergence problem of glass-type 3D displays and conventional multiview displays, can be improved using SMV 3D display method.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
그림 11에서 점선으로 표시된 simulation result는 각각의 disparity의 변화에 따라 accommodation distance가 어떻게 변하는지 보여주고 있다. 또한 실선으로 표시된 항목은 셔터방식 디스플레이를 사용한 실험으로 영상의 깊이정보의 변화에 따라 10명의 관측자를 대상으로 초점거리 변화에 대해 알아보기 위한 실험이다. 일반적으로 사용되는 안경방식 3D 디스플레이는 관측자의 두 눈에 의한 양안시차와 수렴의 두 가지 기능만을 사용한다.
본 논문에서는 3D 디스플레이 기술의 하나인 멀티뷰 디스플레이에서 발생하는 해상도 저하 문제와 안경방식 3D 디스플레이에서 발생하는 초점과 수렴의 불일치로 생기는 문제점을 개선하기 새로운 SMV 디스플레이를 제안하였다. 기존의 멀티뷰는 시점의 수가 늘어나면 보다 부드러운 입체영상을 관측할 수 있다.
SMV와 같은 무안경 방식의 디스플레이가 시점 수에 비례하는 해상도 저하를 겪는 것을 고려하면, 기존의 SMV 디스플레이는 매우 큰 해상도 저하 문제를 갖고 있음을 알 수 있다. 본 논문에서는 기존의 SMV 디스플레이에서 발생하는 해상도 저하를 개선하기 위한 방법으로, 셔터방식 3D 디스플레이에 SMV 디스플레이를 적용한 새로운 방식의 디스플레이를 제안한다. 기존의 패럴랙스 배리어(parallax barrier)는 슬릿을 수직으로 구성해 시점의 수에 대응하는 영상을 픽셀(pixel)단위로 제공해 해상도 저하의 문제점을 안고 있지만[7-8] 슬렌티드 패럴랙스 배리어(slanted parallax barrier：SPB)를 사용해 서브픽셀(sub pixel)단위로 제공해 기존의 방법보다 해상도 저하에서 개선된 모습을 확인할 수 있다[9-10].
가설 설정
6㎜로, 셔터방식 3D 디스플레이와 관측위치의 비율을 사용하여 결정되었다. 관측자와 디스플레이의 거리는 500㎜로 고정된다. 동공에 투사되는 영상의 각 시점 간 중심거리는 2㎜로 구성되고, 일반적인 성인평균 동공 크기가 6㎜일 때, 구현된 3D 디스플레이는 동공에 3개의 시점이 제공된다.
제안 방법
실험에 사용되는 영상은 영상처리를 사용해 시차의 변화에 따라 깊이정보가 변해 셔터방식 3D 디스플레이를 기준으로 관측자의 초점거리가 달라진다. 구현된 디스플레이가 SMV로 정상적으로 작동하는지 확인하기 위해 그림 9과 같이 Grand-Seiko사의 WAM-5500 검안기를 사용하여 관측자를 대상으로 초점거리를 측정하는 실험을 하였다.
먼저 2D 영상 관측에서 10명의 관측자를 상대로 영상을 관측해 검안기의 정확성을 확인하였고, 셔터방식 디스플레이를 사용해 입체영상 시차변화에 의한 초점거리의 변화를 측정했다. 그리고 제안한 SMV 디스플레이를 구현하여 각각의 시차에 대한 초점거리의 변화를 확인하는 실험을 검안기를 사용한 실험을 통해 확인하였다. 검안기를 사용한 실험의 결과는 diopter로 표시되지만 관측거리와의 단위 통일을 위해 ㎜로 계산해 표기했으며 diopter와 초점거리(m)의 관계는 아래 식 (3)과 같이 표현할 수 있다.
실험은 2D 영상, 셔터 방식 디스플레이 그리고, 제안된 SMV 디스플레이의 초점거리 관측에 대해 진행하였다. 먼저 2D 영상 관측에서 10명의 관측자를 상대로 영상을 관측해 검안기의 정확성을 확인하였고, 셔터방식 디스플레이를 사용해 입체영상 시차변화에 의한 초점거리의 변화를 측정했다. 그리고 제안한 SMV 디스플레이를 구현하여 각각의 시차에 대한 초점거리의 변화를 확인하는 실험을 검안기를 사용한 실험을 통해 확인하였다.
실험은 2D 영상, 셔터 방식 디스플레이 그리고, 제안된 SMV 디스플레이의 초점거리 관측에 대해 진행하였다. 먼저 2D 영상 관측에서 10명의 관측자를 상대로 영상을 관측해 검안기의 정확성을 확인하였고, 셔터방식 디스플레이를 사용해 입체영상 시차변화에 의한 초점거리의 변화를 측정했다.
하지만 보다 정확한 결과를 확인하기 검안기를 사용한 실험을 진행하였다. 영상을 각각 관측위치로부터 551.88㎜, 524.66㎜, 477.55㎜, 457.04㎜의 깊이 값을 가지는 경우에 대하여 실험을 진행하였다. 검안기를 사용한 실험을 통해 관측하고자 하는 물체의 깊이 값이 변할 때 관측자의 초점거리도 변하는 것을 확인할 수 있다.
또한 안경방식 3D 디스플레이는 양안시차와 수렴의 두 가지 요소를 이용해 입체영상을 확인할 수 있지만 초점과 수렴의 불일치로 인해 관측자로 하여금 피로감을 느끼게 하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 기존의 멀티뷰와 안경방식 3D 디스플레이를 결합한 형태의 디스플레이를 제안하였고, 새로운 SMV 디스플레이를 통해 기존의 디스플레이에서 발생하는 문제점이 개선되었는지 확인하였다. 제안된 방법으로 SMV 디스플레이를 구성하여 양안에 제공되는 영상의 깊이 값의 변화를 카메라와 검안기를 사용한 실험을 통해 확인할 수 있었다.
제안된 방법에서는 시간 분할 방식으로 영상을 양안에 보여주기 위하여 액정 셔터 방식 안경을[11-13] 사용하고, 동공보다 작은 간격의 단안 시점 영상들을 형성하기 위하여 슬렌티드 패럴랙스 배리어(slanted parallax barrier：SPB)를 이용한다. 제안된 방법은 그림 1과 같이 구성되며 기존의 방식에서 셔터안경을 사용함으로써 공간 해상도가 향상되는 방법으로 구성된다.
사용하고, 동공보다 작은 간격의 단안 시점 영상들을 형성하기 위하여 슬렌티드 패럴랙스 배리어(slanted parallax barrier：SPB)를 이용한다. 제안된 방법은 그림 1과 같이 구성되며 기존의 방식에서 셔터안경을 사용함으로써 공간 해상도가 향상되는 방법으로 구성된다. 6개의 시점을 연속적으로 배치해 관측자의 위치 이동에 따라 시점의 변화가 부드럽게 이루어져 위치별로 정보를 받아들여 자연스러운 입체영상을 관측할 수 있다[14-15].
이 과정을 통해 구성된 SMV 디스플레이가 제안된 방법으로 작동한다는 것을 확인할 수 있고 수렴거리에 따라 초점거리도 변함을 확인할 수 있다. 하지만 보다 정확한 결과를 확인하기 검안기를 사용한 실험을 진행하였다. 영상을 각각 관측위치로부터 551.
대상 데이터
실험에 사용되는 영상은 그림 7에서와 같이 서로 다른 자동차 영상을 사용하였다. 각각 6장의 영상을 MATLAB을 사용한 영상처리를 통해 각각의 시차에 의해 깊이정보가 변하는 영상을 획득할 수 있다.
실험에 사용된 SPB의 기울기는 18.43º이며, 슬릿 중심 간의 거리는 0.5387㎜, 슬릿의 폭은 0.06㎜로 구성되어 총 6개의 시점을 제공하도록 설계하였다.
성능/효과
04㎜의 깊이 값을 가지는 경우에 대하여 실험을 진행하였다. 검안기를 사용한 실험을 통해 관측하고자 하는 물체의 깊이 값이 변할 때 관측자의 초점거리도 변하는 것을 확인할 수 있다. 실험의 결과로부터 SMV를 사용하여 입체영상을 관측할 때 깊이 값에 따라 관측자의 초점거리가 변하는 것을 확인할 수 있었다.
기존의 패럴랙스 배리어(parallax barrier)는 슬릿을 수직으로 구성해 시점의 수에 대응하는 영상을 픽셀(pixel)단위로 제공해 해상도 저하의 문제점을 안고 있지만[7-8] 슬렌티드 패럴랙스 배리어(slanted parallax barrier：SPB)를 사용해 서브픽셀(sub pixel)단위로 제공해 기존의 방법보다 해상도 저하에서 개선된 모습을 확인할 수 있다[9-10]. 또한 제안된 디스플레이는 기존의 디스플레이 대신 셔터방식 디스플레이를 통해 관측자의 양 눈이 아닌 단안에만 시점들을 제공하면 되므로 양안을 포함하는 공간에 시점들을 제공해야 하는 기존의 SMV 디스플레이보다 훨씬 적은 시점의 수를 필요로 하여, 영상의 해상도 저하를 기존보다 대폭 줄일 수 있다. 본 논문에서 제안된 방법으로 디스플레이를 구현하고, 검안기를 통한 실험으로 초점과 수렴이 일치함을 확인하였다.
또한 제안된 디스플레이는 기존의 디스플레이 대신 셔터방식 디스플레이를 통해 관측자의 양 눈이 아닌 단안에만 시점들을 제공하면 되므로 양안을 포함하는 공간에 시점들을 제공해야 하는 기존의 SMV 디스플레이보다 훨씬 적은 시점의 수를 필요로 하여, 영상의 해상도 저하를 기존보다 대폭 줄일 수 있다. 본 논문에서 제안된 방법으로 디스플레이를 구현하고, 검안기를 통한 실험으로 초점과 수렴이 일치함을 확인하였다.
그림 12 (a)와 그림 12(b)는 측정값의 최댓값과 최솟값을 나타내고 그림 12 (c)는 평균값을 나타낸다. 실험을 통해 각각의 disparity에 따라 accommodation distance항목이 변하는 것을 확인할 수 있다. Disparity 값이 2일 때 다른 결과보다 큰 오차가 발생했지만 이는 연속된 측정으로 인한 관측자들의 집중도 하락 및 눈의 피로에 따른 오차이다.
양안시차를 이용한 3D 영상은 각각의 눈에 좌우 다른 영상을 표시하게 되므로 수렴의 위치는 정확하게 이루어지지만 초점은 항상 디스플레이에 집중된다. 실험을 통해 실제로 양안 방식을 사용한 디스플레이에서 초점과 수렴이 불일치한다는 사실을 확인할 수 있다.
Disparity 값이 2일 때 다른 결과보다 큰 오차가 발생했지만 이는 연속된 측정으로 인한 관측자들의 집중도 하락 및 눈의 피로에 따른 오차이다. 실험을 통해 확인한 측정값을 통해 제안된 디스플레이에 의해 영상에 대한 깊이정보가 변하면 관측자의 초점반응도 동일하게 변하는 것을 확인할 수 있다.
검안기를 사용한 실험을 통해 관측하고자 하는 물체의 깊이 값이 변할 때 관측자의 초점거리도 변하는 것을 확인할 수 있다. 실험의 결과로부터 SMV를 사용하여 입체영상을 관측할 때 깊이 값에 따라 관측자의 초점거리가 변하는 것을 확인할 수 있었다. 이로 인해 기존의 안경방식 3D 디스플레이에서 발생하는 초점과 수렴의 불일치 문제가 개선되었음을 확인할 수 있었다.
좌측과 우측의 영상의 깊이 값이 서로 다르므로 각 영상의 가장 깨끗한 영상을 확인하기 위해서는 카메라의 초점거리도 변경되어야 한다. 이 과정을 통해 구성된 SMV 디스플레이가 제안된 방법으로 작동한다는 것을 확인할 수 있고 수렴거리에 따라 초점거리도 변함을 확인할 수 있다. 하지만 보다 정확한 결과를 확인하기 검안기를 사용한 실험을 진행하였다.
이와 같은 실험을 통해 영상의 깊이 값이 변함에 따라 각 영상의 가장 깨끗한 영상을 관측할 수 있는 초점거리 또한 변하는 것을 확인하였다. 이로 인해 구성된 디스플레이가 제안된 SMV 3D 디스플레이 방식으로 동작한다는 것을 확인할 수 있다.
실험의 결과로부터 SMV를 사용하여 입체영상을 관측할 때 깊이 값에 따라 관측자의 초점거리가 변하는 것을 확인할 수 있었다. 이로 인해 기존의 안경방식 3D 디스플레이에서 발생하는 초점과 수렴의 불일치 문제가 개선되었음을 확인할 수 있었다.
같은 위치에서 카메라의 초점거리만을 변경할 때, 그림 8 (a)와 같이 왼쪽 자동차에 초점이 생성되면 오른쪽 자동차의 영상이 흐려지고, 반대로 그림 8 (b)와 같이 오른쪽 자동차에 초점이 생성되면 왼쪽 자동차의 영상이 흐려지는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 실험을 통해 영상의 깊이 값이 변함에 따라 각 영상의 가장 깨끗한 영상을 관측할 수 있는 초점거리 또한 변하는 것을 확인하였다. 이로 인해 구성된 디스플레이가 제안된 SMV 3D 디스플레이 방식으로 동작한다는 것을 확인할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 기존의 멀티뷰와 안경방식 3D 디스플레이를 결합한 형태의 디스플레이를 제안하였고, 새로운 SMV 디스플레이를 통해 기존의 디스플레이에서 발생하는 문제점이 개선되었는지 확인하였다. 제안된 방법으로 SMV 디스플레이를 구성하여 양안에 제공되는 영상의 깊이 값의 변화를 카메라와 검안기를 사용한 실험을 통해 확인할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
논문에서 제안한 셔터방식 3D 디스플레이에 SMV 디스플레이를 적용한 디스플레이는 어떤 장점을 가지는가?
본 논문에서는 기존의 SMV 디스플레이에서 발생하는 해상도 저하를 개선하기 위한 방법으로, 셔터방식 3D 디스플레이에 SMV 디스플레이를 적용한 새로운 방식의 디스플레이를 제안한다. 기존의 패럴랙스 배리어(parallax barrier)는 슬릿을 수직으로 구성해 시점의 수에 대응하는 영상을 픽셀(pixel)단위로 제공해 해상도 저하의 문제점을 안고 있지만[7-8] 슬렌티드패럴랙스 배리어(slanted parallax barrier：SPB)를 사용해 서브픽셀(sub pixel)단위로 제공해 기존의 방법보다 해상도 저하에서 개선된 모습을 확인할 수 있다[9-10]. 또한 제안된 디스플레이는 기존의 디스플레이 대신 셔터방식 디스플레이를 통해 관측자의 양 눈이 아닌 단안에만 시점들을 제공하면 되므로 양안을 포함하는 공간에 시점들을 제공해야 하는 기존의 SMV디스플레이보다 훨씬 적은 시점의 수를 필요로 하여, 영상의 해상도 저하를 기존보다 대폭 줄일 수 있다. 본 논문에서 제안된 방법으로 디스플레이를 구현하고, 검안기를 통한 실험으로 초점과 수렴이 일치함을 확인하였다.
3D 디스플레이는 어떻게 구분되는가?
최근 3D 디스플레이(three-dimensional display)가 많이 상용화 되어 일반 가정과 극장, 또는 의료분야와 같은 특수 목적의 응용분야에서 널리 사용되고 있다. 3D 디스플레이는 크게 안경방식과 무안경 방식으로 구분되며, 현재 상용화된 대부분의 3D 디스플레이는 안경방식을 사용하고 있다. 안경방식의 3D 디스플레이는 편광방식과 셔터방식으로 구분한다.
안경방식 3D 디스플레이는 무엇이며 어떤 장단점이 있는가?
안경방식의 3D 디스플레이는 편광방식과 셔터방식으로 구분한다. 안경방식 3D 디스플레이는 인간의 두 눈에 보이는 물체를 뇌에서 하나로 합치고, 이로 인해 물체를 입체적으로 파악할 수 있는 방법인[1-2] 양안시차(binocular disparity)와 수렴(vergence)의 두 가지 요소를 이용하는 방법으로서, 다른 방식들에 비해 입체감이 크다는 장점이 있지만, 3D물체의 깊이 변화에 따른 눈의 초점(accommodation)조절 능력을 만족시키지 못하기 때문에 눈의 피로가 발생한다. 양안을 이용한 3D 디스플레이에서 발생하는 초점과 수렴간의 불일치는 입체영상 관측에 대한 피로감을 가중시킨다.
참고문헌 (15)
K. C. Kwon, J. K. Choi, Y. S. Choi, and N. Kim, "Image recording & playback of stereoscopic microscope system," Photonics Conf., pp. 177-178, Yongpyong, Korea, Oct. 2002.
J. H. Kim, J. S. Son, S. J. Park, and S. C. Kwon, "Clinical consideration of visual fatigue on 3D images," J. KICS, vol. 38C, no. 11, pp. 990-999, Nov. 2013.
Y. Takaki, K. Tanaka, and J. Nakamura, "Super multi-view with a lower resolution flat-panel display," J. Optics Express, vol. 19, no. 5, pp. 4129-4139, Feb. 2011.
Y. Kajiki, H. Yoshikawa, and T. Honda, "Hologram-like video images by 45-view stereoscopic display," in Proc. SPIE, vol. 3012, pp. 154-166, California, USA, Feb. 1997.
T. Okoshi, Three Dimensional Images Techniques, Academic Press, 1976.
B. Javidi and F. Okano, Three-Dimensional Television, Video and Display Technologies, Springer Press, 2002.
O. H. Willemsen, S. T. de Zwart, M. G. H. Hiddink, D. K. G. de Boer, and M. P. C. M. Krijn "Multi-view 3D displays," SID symp. digest of technical papers, vol. 38, no. 1, pp. 1154-1157, May 2007.
H. D. Lee and M. C. Park, "Autostereoscopic display simulator for providing an optimal viewing zone," J. KICS, vol. 37A, no. 08, pp. 698-705, Aug. 2012.
K. Mashitani, H Takahashi and T. Aida "Multi-view glass-less 3-D display by parallax barrier of step structure," J. Memoirs of the Faculty of Engineering, vol. 48, pp. 1-8, 2007.
K. H. Lee and M. C. Park, "Innovative method to expand a degree of freedom of observation in the depth direction without losses of the horizontal number of views in autostereoscopic multi-views 3D display system," J. KICS, vol. 38C, no. 10, pp. 903-910, Oct. 2013.
S. K. Kim, "Multiview 3D display technology," Korea society broadcasting engineers mag., vol. 15, no. 1, pp. 100-109, Mar. 2010.
J. H. Park, "Introduction to 3D display technology and development trends," J. Information display, vol. 10, pp. 2-14, Mar. 2009.
K. Mashitani, H. Takahashi, and T. AIDA, "Multi-View Glass-Less 3-D Display by Parallax Barrier of Step Structure," Mem. Fac. Eng., Osaka City Univ., vol. 48, pp. 1-8, Sept. 2007.
A. Boev, K. Raunio, A. Gotchev, and K. Egiazarian, "GPU-based Algorithms for Optimized Visualization and Crosstalk Mitigation on a Multiview Display," in Proc. SPIE, vol. 6803, California, USA, Jan. 2008.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.