[논문]집적영상 기반 초다시점 디스플레이

박순기; 이창건; 김종현; 홍종영; 이병호

[국내논문] 집적영상 기반 초다시점 디스플레이 원문보기

정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.31 no.2, 2014년, pp.52 - 60

박순기 (서울대학교) , 이창건 (서울대학교) , 김종현 (서울대학교) , 홍종영 (서울대학교) , 이병호 (서울대학교)

초록
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본고에서는 실제감 있는 3차원 영상을 구하기 위한 차세대 디스플레이로서 주목을 받고 있는 집적영상을 기반으로 한 초다시점 시스템 기술의 개발 현황을 확인하고, 기존에 제안된 연구들을 바탕으로 최근 보고된 집적 영상 기반 초다시점 디스플레이 시스템의 소개와 이를 보다 발전시키기 위한 조건 및 요구사항들을 알아본다.

AI 본문요약
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문제 정의

이를 해결하기 위하여, 투사 광학계의 2차원적 배열을 보다 불규칙하게 하거나 수직 확산판의 산란 특성을 개선하는 방안 등이 제시되었다[15]. 본 장에서는 기존에 제안되었던 집적영상 시스템과 투사 광학계를 이용해 개선된 집적영상 기반 초다시점 시스템을 소개하고자 한다.

제안 방법

삼성전자에서 제안한 시스템은 300대의 투사형 광학계를 이용하여 구성하였으며, 주변부에서도 균일한 각 해상도를 제공하기 위하여 가장자리 면에 거울을 이용한 집적영상의 형태를 갖추고 있다[17]. 제안된 시스템은 다수의 투사 광학계를 사용하여 0.17도의 각 해상도와 HD급의 공간 해상도를 구현하였다. 그림 5는 삼성전자에서 제안한 후면 투사형 집적영상 기반 초다시점 시스템과, 기존의 집적영상 시스템의 구조를 비교한 것이다.
제안된 시스템에서는 72 개의 초소형 투사 광학계를 원호 위에 일렬로 배열하고 반사형 이방성 확산판을 이용하여 480 × 640의 해상도와 110도의 시야각, 1.66도의 각해상도를 갖는 시스템을 구현하였다.
또한 수평방향의 시차만을 구현하고, 수직 방향의 시차는 관찰자 시점 추적을 통하여 요소 영상을 변화시키는 방식으로 구현하여, 768 × 768의 높은 3차원 영상 해상도를 구현하였다.
반사형 수직 확산판의 좁은 수평 확산 특성은 기존의 집적영상 시스템에서 영상의 역전을 막기 위한 장벽의 역할을 겸하기 때문에 투사 광학계 사이에 추가적인 장벽의 설치가 필요하지 않다는 장점이 있다. 제안된 전면 투사 시스템에서는 기존의 시스템들과 달리 초소형 투사광학계를 사용하여 투사 광학계간의 거리를 14 mm의 매우 좁은 간격으로 유지하여 투사 광학계를 1차원적으로 배열하였다.
이로 인하여 광학계의 2차원적인 배열로 인한 영상의 불균일 문제가 발생하지 않으며, 시스템 전체의 부피를 다소 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 추가적으로 위치 추적 시스템을 적용하여 관찰자의 상하 방향 움직임에 따라 수직 방향의 시차를 제공할 수 있도록 하였다. 하지만 초소형 투사광학계의 해상도 한계로 인하여 최종적으로 재생되는 영상의 해상도가 제한되며, 전면 투사 광학계로 인하여 관찰자의 위치가 제한된다는 단점을 갖고 있다.
University of Southern California 에서는 2007년 회전 확산판을 이용한 집적영상 방식의 시스템을 제안한 바 있다[10].<그림 7>과 같이 제안된 시스템에서는 중심 깊이 평면에 해당되는 반사형 수직 확산판을 고속으로 회전시켜 360도 전 방향에서 관찰이 가능한 시스템을 구성하였다. 이 시스템은 회전하는 수직 확산판과 동기화되어 고속으로 구동되는 단일 공간 광 변조기를 이용하여 시간 다중화 방식으로 특정 방향의 시점 성분을 형성하였다.
<그림 7>과 같이 제안된 시스템에서는 중심 깊이 평면에 해당되는 반사형 수직 확산판을 고속으로 회전시켜 360도 전 방향에서 관찰이 가능한 시스템을 구성하였다. 이 시스템은 회전하는 수직 확산판과 동기화되어 고속으로 구동되는 단일 공간 광 변조기를 이용하여 시간 다중화 방식으로 특정 방향의 시점 성분을 형성하였다. 따라서 관찰자가 실제로 관찰하게 되는 영상은 오목하게 구부러진 렌즈 배열을 이용한 후면 투사형 집적영상과 동일하다.
제안된 시스템에서는 반사형 수직 확산판을 투사 방향과 45도 각도를 이루도록 하여, 수직으로 투사되는 성분을 수평 방향으로 시차를 갖는 영상으로 변환하였다. 또한 색상 표현과 초당 영상 재생수를 다소 희생시키는 대신 1.
제안된 시스템에서는 반사형 수직 확산판을 투사 방향과 45도 각도를 이루도록 하여, 수직으로 투사되는 성분을 수평 방향으로 시차를 갖는 영상으로 변환하였다. 또한 색상 표현과 초당 영상 재생수를 다소 희생시키는 대신 1.25도의 높은 각 해상도와 360도 전 방향에 대한 시야각을 구현하였다. 또한 수평방향의 시차만을 구현하고, 수직 방향의 시차는 관찰자 시점 추적을 통하여 요소 영상을 변화시키는 방식으로 구현하여, 768 × 768의 높은 3차원 영상 해상도를 구현하였다.

성능/효과

따라서 관찰자가 실제로 관찰하게 되는 영상은 오목하게 구부러진 렌즈 배열을 이용한 후면 투사형 집적영상과 동일하다. 제안된 시스템의 장점으로는, 오목하게 구부러진 시스템의 높은 각 해상도 특징과 시스템의 회전으로 인한 전 방향에 걸친 관측 범위, 그리고 시간 다중화를 통한 투사 광학계의 감소로 인한 시스템 부피의 감소를 들 수 있다. 하지만 시간 다중화만을 이용하여 시스템을 구현하였기 때문에, 매우 빠른 속도의 공간 광 변조기가 필요하며, 회전하는 확산판으로 인한 위험성을 방지하기 위하여 추가적인 안전 장치가 필요하다.
또한 수평방향의 시차만을 구현하고, 수직 방향의 시차는 관찰자 시점 추적을 통하여 요소 영상을 변화시키는 방식으로 구현하여, 768 × 768의 높은 3차원 영상 해상도를 구현하였다. 이는 기존에 제안된 구부러진 렌즈 배열을 이용한 원통형 집적영상 시스템을 회전시켜 시야각을 향상시키는 것에 해당되며, 고속, 고해상도 공간 광 변조기를 적용하여 기존 시스템에 비하여 매우 향상된 관찰 특성을 보인다.
최근 평판 디스플레이 및 투사형 디스플레이의 발전에 힘입어 기존에 연구되었던 집적영상 시스템들을 대화면, 고품질로 구현하는 것이 가능해졌다. 컴퓨터 생성 영상의 품질 또한 매우 빠른 속도로 발전하여, 실제 모습과 비슷한 고품질의 영상을 컴퓨터 상으로 구현하는 것이 가능하며, 다양한 광학적 특성 및 조건을 모사하여 구성된 투사 광학계에 적합한 시점 영상을 생성하는 것이 가능하다. 이러한 기술적 발전을 토대로 집적영상 기반의 초다시점 디스플레이가 다시 주목을 받고 있으며, 차세대 무안경식 디스플레이로서의 활용 가능성을 보여주고 있다.

참고문헌 (19)

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