KR100742728B1 - 3차원 화상 표시장치 - Google Patents

Abstract

3차원 화상 표시 데이터로부터 가급적 불연속이지 않고 또한 왜곡이 없는 2차원 화상을 얻는 것을 가능하게 한다. 2차원 화상을 표시할 때, 시역 내의 관찰점을 가정하고서, 3차원 화상을 표시한 상태에서 관찰점과 사출동공(射出瞳)을 잇는 선과 표시유니트가 교차하는 위치, 또는 그 근방에 위치하는 화소로 표시되어 있는 시차화상을 화소를 포함하는 해당하는 요소화상 내에 전개해서 표시하게 된다.

Description

3차원 화상 표시장치 {THREE DIMENSIONAL IMAGE DISPLAY DEVICE}

도 1은 본 발명의 1실시예에 따른 2차원 화상을 표시할 때 전개되는 시차화상번호와 관찰점의 관계를 나타낸 도면이고,

도 2는 3차원 화상 표시장치의 구조를 나타낸 단면도,

도 3a 및 도 3b는 II방식에서의 시차화상 취득개념을 나타낸 도면,

도 4a 내지 도 4f는 II방식에서의 시차화상 취득개념을 나타낸 도면,

도 5a 및 도 5b는 II방식에서 시거리의 중앙위치에서 관찰되는 시차화상번호의 개념도,

도 6a 및 도 6b는 II방식에서의 시거리의 중앙위치에서 좌측으로 어긋난 위치에서 관찰되는 시차화상번호의 개념도,

도 7은 사출동공을 경유해서 관찰되는 시차화상번호의 이미지 도면(관찰범위=무한소),

도 8a 및 도 8b는 화면 내에서 동일한 시차화상번호가 전개된 영역을 가진 경우의 화면 수평방향에 대한 시차화상의 점유율을 나타낸 도면,

도 9는 사출동공을 경유해서 관찰되는 시차화상번호의 이미지 도면(관찰범위=화소폭),

도 10a 및 도 10b는 시차화상번호의 제1의 연속적인 절환개념을 나타낸 도 면,

도 11은 사출동공을 경유해서 관찰되는 시차화상번호의 이미지 도면(관찰 범위=화소폭×2),

도 12는 시차화상번호의 제2의 연속적인 변환개념을 나타낸 도면,

도 13은 요소화상 단위에서의 면적계조적 절환의 설명도,

도 14는 요소화상 단위에서의 면적계조적 절환의 설명도,

도 15는 화소화상 단위에서의 면적계조적 절환의 설명도,

도 16a 및 도 16b는 시분할표시를 설명하는 도면,

도 17a 및 도 17b는 시분할표시를 설명하는 도면,

도 18a 및 도 18b는 다안식에서의 시거리보다 짧은 거리의 위치에서 관찰되는 시차화상번호 개념도,

도 19a 및 도 19b는 다안식에서의 시거리보다 긴 거리의 위치에서 관찰되는 시차화상번호 개념도,

도 20은 본 발명의 1실시예에 따른 3차원 화상 표시장치의 구동회로의 구성을 나타낸 블록도,

도 21은 요소화상 내에 전개되는 시차화상을 구하는 범위와 표시되는 화상의 시차번호 절환부에서의 신호전압차의 관계도,

도 22는 시분할표시의 구성을 나타낸 도면,

도 23은 시분할표시의 타이밍차트 1,

도 24는 시분할표시의 타이밍차트 2,

도 25는 본 발명의 실시예 1에서 이용되는 각 파라미터의 값을 나타낸 도면이다.

본 발명은, 3차원 화상 표시장치에 관한 것이다.

3차원 화상표시기술은 여러 가지 분류가 가능하지만, 일반적으로는 양쪽 눈(양안)의 시차를 이용하는 양안 시차방식과 실제로 공간상(空間像)을 형성하는 공간상 재생방식으로 분류된다.

양안 시차방식에는 2안식과 다안식(多眼式)이 있다. 2안식은, 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 대응한 2개소의 촬영위치에서 투시투영적으로 촬영함으로써 얻어지는 왼쪽 눈용 화상과 오른쪽 눈용 화상(시차화상)을 왼쪽 눈과 오른쪽 눈으로 각각 보도록 한 방식이다. 또, 다안식은 2안식에 비해 영상촬영위치를 더 늘린 방식이다.

공간상 재생방식으로는, 홀로그래피(holography)와 인테그럴 이미징방식(이하 II방식이라 함)이 있다. 한편, II방식은, 양안 시차방식으로 분류되어 있는 경우도 있으나, 광선의 경로가 촬영시와 재생시에 완전히 반대의 경로를 거치기 때문에, 광선 수를 충분히 많이 하고, 또한 화소 사이즈를 충분히 작게 할 수 있는 경우에는 완전한 3차원 화상이 재생된다. 이 때문에, 이상적인 II방식은 공간상 재생방식으로 분류되어야 할 기술이다.

그런데, 다안식이나 II방식과 같이 안경 없이 3차원 화상을 표시하는 경우에는, 예컨대 이하의 구성을 채용하는 경우가 있다. 즉, 2차원 화상 표시유니트의 표시면에 배열된 복수의 2차원 화상 표시용 화소가 요소화상(elemental image)을 표시하기 위한 화소군(畵素群)으로 분할되어 상기 2차원 화상 표시유니트의 전면측에 광선제어자를 배치한다. 한편, 이 광선제어자에는, 요소화상을 구성하는 화소군에서 관찰위치에 따른 화상데이터가 표시된 2차원 화상 표시용 화소의 화상정보만 취출할 수 있도록 설계된 사출동공(射出瞳)이 설치되어 있다. 즉, 이 광선제어자에 의해 요소화상을 구성하는 화소군을 부분적으로 차단시켜, 관찰자가 사출동공을 매개로 시인하는 2차원 화상 표시용 화소를 관찰점마다 달라지게 함으로써, 안경을 사용하지 않고도 3차원 화상을 시인(視認)할 수가 있게 된다.

이하, 본 명세서에서는, 카메라 위치나 3차원 화상을 표시한 상태에서 한쪽 눈으로 관찰하는 경우의 시점위치를 관찰점으로 표현한다. 또, 화소라 함은, 시차화상의 구성요소인 화상데이터를 표시하는 구성단위를 가리키는 것으로, 서브픽셀로 도시한다.

다음에는 요소화상에 대해 설명한다. 요소화상이라 함은, 사출동공을 핀홀에 옮겨놓았을 경우에 촬영되는 핀홀카메라 화상에 상당한다. 다만, 현상황에서는 핀홀카메라의 은염필름에 비해 전자디바이스의 해상도가 낮아서, 여기서 취급하는 요소화상이라 함은, 촬영각도를 다르게 한 복수의 2차원 화상데이터를 표시하는 화소의 집합체에 지나지 않는다. 따라서, 앞에서 설명된 구성에 의해 개개의 요소화상을 구성하는 화소군에 표시된 요소화상, 즉 복수의 다른 방향에서 촬영한 2차원 화상(시차화상)의 구성요소인 화상데이터를 표시한 화소의 집합 중, 관찰점에 일치하거나 또는 거의 일치한 화소로 표시된 화상데이터, 즉 실제로 3차원 상이 존재한 경우에 볼 수 있는 화소데이터만이 사출동공을 경유해서 시인된다. 여기서 거의 일치라고 한 것은, 화소의 사이즈가 무한소는 아니기 때문에, 단일의 화소를 사출동공을 경유해서 관찰할 수 있는 범위가 어느 정도의 넓이를 갖도록 되어 있다는 점에 근거하고 있다. 이 때문에, 관찰위치에서 사출동공을 경유해서 관찰되는 화소의 중앙을 관찰할 때 이외는, 관찰된 화소로 표시된 화상데이터와 관찰위치에서 본래 보여져야 할 화상데이터에 오차가 포함된다.

다안식과 II방식의 상위는, 전자디바이스의 해상도가 낮은 것이 원인이 되어 발생하게 된다. 이상적으로는 요소화상의 촬영각도는 연속해서 있어야 하지만, 전자디바이스의 해상도가 부족하기 때문에 이산적(離散的)으로 될 수밖에 없다. 이 때에, 사출동공과 화소를 잇는 선, 즉 사출동공을 경유해서 사출되는 광선끼리가 시거리(視距離)에 집광점을 형성하기 때문에, 인접하는 사출동공끼리 비병행(非竝行)의 관계로 되어 있는 것이 다안식이고, 시거리에 집광점을 형성하지 않는 것이 II식이다. 시거리에 집광점을 형성하지 않기 위한 전형적인 예로는, 인접하는 사출동공끼리가 평행의 관계를 유지하는 경우가 있다.

II방식에 비교되는 일이 많은 다안식에서는, 그 설계상 집광점으로부터 취득한 투시투영화상을 사용할 수가 있다. 구체적으로는, 사출동공 피치가 요소화상 피치보다 작게, 즉 사출동공 피치가 화소 피치의 복수배(n배)보다 좁게 설계되고, 그 결과 요소화상을 구성하는 화소중심과 사출동공을 잇는 선이 시거리에서의 눈 사이 거리로 이간한 복수의 개소(n개소)에서 교차하게 된다. 이러한 구성에 의해, 시차화상은 이 교점에 카메라를 배치해서 취득한 투시투영화상으로부터 작성할 수가 있어, 집광점 또는 그 근방의 관찰자의 오른쪽 눈 또는 왼쪽 눈이 위치한 상태에서 관찰자는 입체화상을 시인할 수가 있게 된다.

시거리에 집광점을 갖지 않는 II방식에 있어서 3차원 화상표시시의 시역(視域)을 확대하기 위한 시차화상 작성방법이 있다. 구체적으로는, II방식에서 어떤 시거리를 가정했을 경우에, 그 시거리에서의 관찰가능 범위를 최대로 하기 위해서는, n개의 화소군으로 형성되는 요소화상에 이산적으로 (n+1)개의 시차화상의 구성요소인 화상데이터를 표시하는 (n+1)개의 화소군으로 형성되는 요소화상을 사이에 두어 시거리에 집광점이 발생하는 일없이 사출동공 피치가 요소화상 피치보다 작은 관계를 실현한다. 즉, 이산적으로 (n+1)개의 화소로 형성되는 요소화상을 사이에 둠으로써, 시거리에 있어서 전체 사출동공에 대응한 요소화상을 시인할 수 있는 범위를 거의 일치시킬 수 있다. 한편, 모든 요소화상을 n개의 화소로 구성한 경우는, 요소화상의 중심과 사출동공을 잇는 선이 평행관계로 되어 시거리가 무한히 멀게 설정된 것으로 된다. 이것은 무한히 먼 시거리를 가정한 다안식과 같다.

지금까지는, 요소화상의 구성 화소를 n개 또는 (n+1)개로 설명했지만, 기본적으로는 이들 요소화상을 작성하기 위해서는 n개 또는 (n+1)개의 방향에서 취득한 시차화상이 사용되게 된다.

시거리에 집광점을 형성하지 않는 II방식 중에서도, 인접한 사출동공에서 사출되는 광선끼리가 평행의 관계를 이루도록 설정한 경우, 이 평행광의 관계를 이용해서 평행투영화상을 시차화상에 이용하는 요소화상군을 작성할 수 있게 된다. 이 경우, (n+1)개의 화소로 된 요소화상이 사이에 끼인다는 것은, 요소화상을 구성하는 시차화상 데이터에 유래하는 시차화상번호(평행투영화상)가 1개씩 쉬프트하는 것을 의미한다. 즉, 사출동공 피치를 정확하게 화소피치의 n배로 함으로써 평행광선의 관계를 실현시켜 평행투영화상에서 요소화상을 작성할 수 있도록 한 II방식의 경우, 이론적으로는 시거리가 무한히 멀지 않은 한 평행투영방식으로 취득한 시차화상의 취득방향은 요소화상의 기본적인 구성 화소수인 n보다 많아진다. 즉, n개의 투시투영화상으로부터 모든 요소화상을 작성할 수 있는 다안식보다도 화상취득위치(카메라위치)가 많아진다.

더욱이, 다안식과 II방식에서 서로 다른 점으로는, 관찰자가 사출동공을 경유해서 관찰하는 화소위치를 들 수 있다. 다안식에서는 집광점에서 관찰한 경우는, 전체 사출동공을 경유해서 관찰되는 화소위치가 화소중앙으로 된다. 또, 화소폭이 어떤 폭을 가지고 집광점끼리의 간격이 벌어지는 것으로 되기 때문에, 집광점에서 좌우로 어긋나 인접한 집광점까지 도달하지 않은 상태에서는, 그 위치에 따라 화소의 중앙에서 좌우로 어긋난 위치를 관찰하고 있는 것으로 된다. 더욱이, 이동해서 인접한 집광점 또는 그 근방까지 도달하면, 전체 사출동공에서는 다음의 집광점에서 취득한 화상이 관찰될 수 있게 된다(설계에 따라서는, 각 집광점에 집광하는 광선은 전체 사출동공의 l/n인 경우도 있기 때문에, 이 경우는 l/n의 사출동공에 대해 마찬가지의 거동이 확인될 수 있다).

이에 대해, 시역 내에 집광점을 형성하지 않는 것을 특징으로 하는 II방식의 경우, 유한한 시거리의 관찰점에서 관찰하면, 각 사출동공을 경유해서 관찰되는 화 소위치가 화면(디스플레이의 표시영역) 내에서 주기적으로 변화하고 있다. 즉, 각 사출동공을 경유해서 관찰되는 화소의 관찰점은 화소 중앙으로부터 화소단, 그리고 화소경계, 다음의 화소단, 다음의 화소중앙과 화면 내에서 연속적으로 절환되고 있다. 이와 동시에, 화소로 표시된 화상데이터가 유래하는 시차화상번호도 화면 내에서 연속적으로 바뀌게 된다.

보다 상세히 설명하면, 사출동공을 렌즈로 구성하고서, 렌즈의 초점 위치와 표시유니트를 일치시켰을 경우에는, 사출동공을 경유해서 관찰되는 위치는 무한소로 될 것이다. 그러나, 실제는 렌즈의 수차(收差)가 존재하고, 사출동공을 핀홀 또는 슬릿으로 구성한 경우에도 그 폭은 유한한 값으로 된다. 즉, 사출동공의 개구율은 유한하고, 또 이 사출동공을 경유해서 관찰되는 영역도 어떤 폭을 갖는다. 따라서, 사출동공을 경유해서 카메라번호가 절환되어 보인다는 것은, 표시유니트(4) 상의 화소의 비표시부를 사이에 두고 양측의 화소, 즉 인접한 시차화상에 유래하는 2개의 화상을 동시에 보고 있는 것으로 되고, 그 결과 평균화된 화상으로 인식되기 때문에, 화상데이터가 유래하는 시차화상번호가 절환되는 부분이 불연속으로 보이는 경우는 없다.

다음에, 이들 방식의 3차원 화상 표시장치에서, 3차원 화상 표시용 데이터의 재배치만으로 2차원 화상표시로 절환시킬 필요가 있는 장면에 대해 설명한다. 먼저, 전시장에 마련된 3차원 화상 표시장치에서, 시역 내에 있는 복수의 인원수로 3차원 화상, 예컨대 자동차를 관찰하는 경우를 상정한다. 3차원 화상의 어떤 부분, 예컨대 헤드라이트를 지시하고 싶은 경우에는, 관찰점 예컨대 자동차의 후방을 관 찰하고 있는 사람에 따라서는 그 부분이 보이지 않는다고 하는 문제가 생길 가능성이 있다. 이 경우, 3차원 화상 표시용 데이터는 전시용으로 만들어진 것임을 예상할 수 있다. 이러한 경우, 3차원 화상 표시용 데이터를 나란해지도록 바꿔주는 것만으로 2차원 화상으로 절환해서 이것을 가리킬 수가 있다면, 복수의 인원에게 쉽게 동일 부분을 인식시킬 수가 있게 된다.

더욱이, 텔레비젼 등의 콘텐츠가 모두 3차원 화상데이터로 취급되도록 된 경우, 3차원 화상표시 디스플레이가 있더라도 관찰자의 기분에 따라 2차원 화상으로 보고 싶은 경우나, 2차원 화상의 출력디바이스밖에 없는 가정에서는, 가정에 전달된 3차원 화상데이터로부터 2차원 화상을 출력할 필요가 있다고 생각된다.

더욱이, 설계나 CAD를 이용하는 장면에서, 3차원 화상의 어느 방향에서 관찰한 상태를 인쇄하거나, 또는 2차원 화상으로서 파일로 보존한다고 하는 케이스가 발생하는 것을 예상할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 3차원 화상의 데이터가 있더라도, 장차 2차원 화상의 표시로 절환하고 싶다고 하는 장면이 있을 수 있음은 쉽게 예상할 수 있다. 이것을 실현하는 방식으로서, 다안식에서는 이미 공지된 기술이 있다. 즉, 3차원 화상표시시에는 투시투영적으로 취득한 n개의 시차화상을 이용해서 구성되어 있는 모든 요소화상에 대해, 그 중 하나의 시차화상에 유래하는 화상데이터만을 대응하는 요소화상 내에 전개해서 표시하면 모든 관찰위치에서 동일한 화상데이터만 시인된다. 즉, 시차가 없어져 2차원 화상표시로 절환된 것으로 된다(예컨대, 일본 특개평 제09-102969호 공보 참조).

이 단일의 투시투영 시차화상의 전개표시로 표시가능한 2차원 화상은, 시거리의 집광점에서 취득한 투시투영화상의 어느 하나로 된다. 따라서, 다른 투시투영 카메라에서 취득한 시차화상으로 절환해서 전개함으로써, 관찰점이 다른 2차원 화상표시로 절환해서 표시할 수 있게 된다.

한편, 시거리에 집광점을 갖지 않는 II방식에 있어서, 특히 인접하는 사출동공으로부터 사출되는 광선끼리의 관계를 평행하게 설정하고서, 시차화상에 평행투영화상을 사용할 수 있도록 한 경우, 당연하면서 단일의 시차화상은 평행투영에 의해 취득한 화상이기 때문에 유한한 시거리에서 관찰한 화상과는 다르다. 그리고, 평행투영법으로 취득한 시차화상을 이용하는 경우, II법과 다안법의 차이의 설명에서도 설명한 바와 같이, 요소화상을 구성하는 시차화상번호가 요소화상에 따라 다르고, 이것을 반대로 보면, 전 요소화상에 화상데이터를 제공하고 있는 평행투영 시차화상은 제한된다. 시역을 화면폭에 상당 또는 그 이상으로 설정하면, 3차원 화상 표시용 화상데이터로 가공된 상태에서, 화면영역 상당의 화상데이터가 남는 단일 평행투영 카메라에 유래하는 시차화상은 존재하지만, 많은 평행투영 시차화상에 대해서는, 화면 전역에 대한 화상데이터는 보존되지 않는다. 즉, 단일의 평행투영 시차화상을 전 요소화상 내에 전개해서 표시함으로써 2차원 화상을 표시하는 방법에서는, 관찰점을 바꾼 2차원 화상은 거의 불가능하게 된다.

더욱이, 상술한 바와 같이, 3차원 화상을 표시한 상태에서, 사출동공을 경유 해서 보여지는 화소위치가 주기적으로 변화함으로써, 관찰자가 투시투영적으로 관찰하여 영역마다 복수의 평행투영 카메라에 유래하는 시차화상이 절환되어 있어도, 그 경계가 불연속으로 되지 않고 연속한 3차원 화상으로 보이게 된다. 따라서, 2차원 화상표시로 절환하기 위해, 화면의 표시영역마다 시차화상번호를 절환하면서 각 요소화상 내에 전개해서 표시한 것만으로는 시차번호가 절환된 요소화상 경계에서 2차원 화상이 불연속으로 된다.

II방식에서는, 3차원 화상 표시용 데이터의 일부를 전개해서 표시함으로써 2차원 화상으로 절환해서 표시할 때에 단일의 평행투영 카메라 화상을 이용하면, 유한한 거리에서 관찰한 2차원 화상과 비교해서 왜곡이 포함되는 것에 더해, 경우에 따라서는 전 화면을 표시할 수 없다는 문제가 있다. 더욱이, 만일 2차원 화상을 전 화면에 표시할 수가 있다 하더라도, 보는 각도를 바꾼 2차원 화상을 표시하려고 해도, 3차원 화상 표시용 화상데이터에 전 화면을 표시할 수 있는 시차정보가 남아 있는 평행투영화상은 제한을 받게 되어, 그 2차원 화상으로 절환가능한 관찰 각도는 제한을 받게 된다. 또, 단순히 복수의 병행투영 시차화상의 겹쳐진 투시투영 2차원 화상을 표시하려고 한 경우, 그 시차화상번호의 절환개소에서 화상이 불연속으로 된다.

또, 다안식에 있어서도, 엄밀하게는 시거리를 벗어난 위치에서 관찰되는 2차원 화상을 표시하려고 하는 경우에는, 단일의 카메라가 취득한 투시투영화상에서는 실현될 수 없고, 다른 카메라의 화상을 이어받을 필요가 있다. 이 경우도 시차번호가 절환되는 개소에서 화상이 불연속으로 된다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 사정을 고려해서 발명한 것으로, 3차원 화상표시 데이터로부터 가급적 불연속이지 않고 또한 왜곡이 없는 2차원 화상을 얻을 수 있는 3차원 화상 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 1실시예에 따른 3차원 화상 표시장치는, 요소화상을 표시하는 화소군을 이루는 화소를 매트릭스 형상으로 배치한 표시유니트와, 상기 화소군에 대응지워진 사출동공을 가진 광선제어자를 갖추어, 상기 요소화상을 복수의 방향에서 취득한 시차화상의 구성요소인 화상데이터의 집합체로 함으로써, 복수의 방향에서 취득한 시차화상이 시인될 수 있는 영역을 공간적으로 대략 분리해서 3차원 화상을 표시하는 3차원 화상 표시장치에서, 3차원 화상을 표시하기 위한 화상데이터를 이용해서 2차원 화상으로 절환해서 표시할 때, 시역 내의 관찰점을 가정해서, 3차원 화상을 표시한 상태에서 관찰점과 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트와 교차하는 위치, 또는 그 근방에 위치하는 화소로 표시되어 있는 시차화상의 구성요소인 화상데이터를 상기 화소를 포함하는 해당하는 요소화상 내에 전개해서 표시하도록 된 것을 특징으로 한다.

또, 3차원 화상을 표시하기 위한 화상을 표시한 상태에서, 3차원 화상 표시용 상기 관찰점과 상기 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트가 교차하는 위치, 또는 그 근방에 위치하는 화소로 표시되어 있는 상기 시차화상의 구성요소인 화상데이터를, 상기 위치 또는 상기 위치 근방에 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 유지하면서, 상기 해당하는 요소화상 내에 전개함 으로써 2차원 화상표시로 절환하도록 구성해도 좋다.

또, 3차원 화상을 표시하기 위한 화상을 표시한 상태에서, 상기 관찰점과 상기 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트가 교차하는 위치를 중심으로, 다른 시차화상의 구성요소인 화상데이터를 배치하는 수평방향 또는 수직방향 피치와 동등한 범위에 표시되어 있는 시차화상의 구성요소인 화상데이터를, 상기 범위의 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 유지하면서, 상기 해당하는 요소화상 내에 전개함으로써 2차원 화상표시로 절환하도록 구성해도 좋다.

또, 3차원 화상을 표시하기 위한 화상을 표시한 상태에서, 상기 관찰점과 상기 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트가 교차하는 위치를 중심으로, 다른 시차화상의 구성요소인 화상데이터를 배치하는 수평방향 또는 수직방향 피치의 2배 범위에 표시되어 있는 시차화상의 구성요소인 화상데이터를, 상기 범위의 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 유지하면서, 상기 해당하는 요소화상 내에 전개함으로써 2차원 화상표시로 절환하도록 구성해도 좋다.

또, 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 구할 때, 상기 관찰점과 상기 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트가 교차하는 위치를 중심으로 하는 범위를 가변적으로 하고, 외부로부터의 입력에 따라 범위의 크기를 변경할 수 있도록 구성해도 좋다.

또, 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 구할 때, 상기 관찰점과 상기 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트가 교차하는 위치를 중심으로 한 범위를 가변적으로 하고, 상기 요소화상간의 화상의 변위량의 대 소에 따라 상기 범위를 자동적으로 변경시키는 기구를 설치해도 좋다.

또, 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 유지하도록 상기 해당하는 요소화상 내에 전개할 때 시간적으로 혼재시켜도 좋다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조해서 설명한다.

제1실 시예

본 발명의 제1실시예에 따른 3차원 화상 표시장치는, II방식 또는 다안식에서, 3차원 화상표시 데이터를 이용해서 임의 시점의 2차원 화상으로 절환해서 표시할 수 있는 3차원 화상 표시장치이다. 이 실시예에 따른 3차원 화상 표시장치의 구성을 도 2에 나타낸다. 도 2는 본 실시예에 따른 3차원 화상 표시장치를 수직방향에서 본 상태, 즉 수평방향의 단면도이다. 본 실시예에 따른 3차원 화상 표시장치는, 백라이트(back light)로서 광선을 발하는 광원(2)과 화상 표시유니트(4) 및 광선제어자(6)를 갖추고 있다. 화상 표시유니트(4)는, 예컨대 액정표시장치로 이루어진 것으로, 복수의 화소가 메트릭스 형상으로 배치된 표시면과, 이 표시면을 구성하는 복수의 화소로 화상신호를 보내 구동하는 구동회로(도시되지 않음)를 갖추고 있다. 한편, 화상 표시유니트(2)가 액정표시장치와 같이 투과형인 경우에는 백라이트로 되는 광원(2)은 필요하지만, 자기발광형인 경우는 광원(2)은 불필요하게 된다. 광선제어자(6)는 화상 표시유니트(4)로부터의 광선을 제한하고, 광선의 방향을 제어하는 사출동공(7)을 갖추고 있다. 도 2에서는, 광선제어자(6)는 사출동공(7)이 원통형 렌즈로 이루어진 렌티큘라 시트이지만, 예컨대 사출동공이 슬릿으로 이루어진 슬릿 어레이판이어도 좋다.

먼저, 2차원 화상표시로 절환하기 위해서 각 요소화상 내에 전개하는 시차화상에 대해 설명한다. 구체적으로는, 3차원 화상표시시의 시역 내의 임의의 2차원 화상 재구축용 관찰점을 형성시켜, 이 관찰점과 각 사출동공을 잇는 선과, 화상 표시유니트 상의 2차원 화상 표시용 화소면과의 교점 상에 표시되어 있는 시차화상의 구성요소인 화상데이터를 그 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 소속하는 요소화상 내에 전개시켜 표시한다. 이에 따라, 3차원 화상 표시장치의 표시를, 관찰점에서 한쪽 눈으로 본 2차원 화상으로 절환할 수 있다. 이 2차원 화상은 어느 장소에서 관찰해도 변함이 없다. 특히, 시역 내에서도 시거리 상의 관찰점에서 시인되는 2차원 화상으로 절환해서 표시를 하는 경우에는, 각 요소화상을 구성하는 복수의 시차화상에 유래하는 화상데이터 중, 요소화상 내에서의 상대위치가 거의 일치한 화상데이터를 선택해서 각 요소화상 내에 전개하는 조작으로 된다. 이에 대해 이하에 설명한다.

설명을 간단히 하기 위해, 요소화상을 구성하기 위해 시차화상으로부터 뽑아낸 일부 화상데이터, 즉 시차화상의 구성요소인 화상데이터를 단순히 시차화상이라 부르기로 한다. 더욱이, 3차원 화상 표시장치가 수평방향으로만 시차정보를 가진 1차원 II방식으로, 또 사출동공이 수직으로 연속한 형상(예컨대, 원통형 렌즈)을 갖고, 이에 대응해서 시차화상도 수직으로 연속한 화소군으로 표시된 직사각형 형상인 경우를 도 3a 내지 도 4f를 참조해서 설명한다. 더욱이, 시차화상으로서 평행투영화상이 사용가능하도록 사출동공의 피치가 화소의 정수배로 설정되어 있는 것으로 한다.

도 3a는 각각이 3개의 시차화상(8)으로 구성되어 있는 4개의 요소화상(10)으로 이루어진 화상 표시유니트(4)의 표시면을 나타낸 도면이고, 도 3b는 화상취득위치(14)와 사출동공(7)의 관계를 나타낸 3차원 화상 표시장치의 수평단면도이다. 또한, 도 3a에서 각 시차화상(8)에 붙어 있는 번호는 시차화상번호를 나타낸다. 예컨대, 도 3a에 도시된 표시유니트(4)의 표시화면의 가장 좌측 요소화상(10)은 왼쪽에서부터 시차화상번호가 1, 2, 3인 시차화상(8)을 갖고, 왼쪽에서 2번째 요소화상(10)은 왼쪽에서부터 시차화상번호가 2, 3, 4인 시차화상(8)을 갖고, 왼쪽에서 3번째 요소화상(10)은 왼쪽에서부터 시차화상번호가 3, 4, 5인 시차화상(8)을 갖고, 왼쪽에서 4번째 요소화상(10)은 왼쪽에서부터 시차화상번호가 4, 5, 6인 시차화상(8)을 갖도록 되어 있다.

도 3b에서, 부호 12는 시차화상의 중심과 사출동공(7)을 잇는 광선으로서, 대응하는 시차화상을 취득한 방향이기도 하다. 인접하는 사출동공을 경유하는 광선끼리에서 평행의 관계가 발생하도록 되어 있는 바, 이는 평행투영화상에서 요소화상을 작성할 수가 있음을 의미한다. 화상취득위치(14)에 붙어 있는 번호는 평행투영 시차화상번호, 즉 이 평행투영화상을 취득한 카메라번호에 대응한다. 시차화상번호 4에 대응하는 화상취득위치를 도 4a에, 시차화상번호 3에 대응하는 화상취득위치를 도 4b에, 시차화상번호 5에 대응하는 화상취득위치를 도 4c에, 시차화상번호 2에 대응하는 화상취득위치를 도 4d에, 시차화상번호 6에 대응하는 화상취득위치를 도 4e에, 시차화상번호 1에 대응하는 화상취득위치를 도 4f에 나타낸다. 예컨대, 도 4a에서 알 수 있듯이, 표시유니트(4)의 오른쪽에서 첫번째, 두번째, 세번째의 요소화상(10)은 평행투영 시차화상번호 4의 시차화상을 이용해서 구성된다.

이러한 구성에서, 3차원 화상표시시에 관찰점에 의존해서 사출동공을 경유해서 관찰되는 시차화상을 도 5a 내지 도 6b에 나타낸다. 도 5a 및 도 5b는, 화살표로 나타낸 관찰점 A가 시거리면의 중앙에 위치하고 있는 경우를 나타내는 바, 그 중 도 5a는 사출동공(7)을 경유해서 관찰되는 주된 시차화상번호를 나타낸 도면이고, 도 5b는 관찰점 A에서 사출동공(7)을 경유해서 관찰되는 시차화상의 바른 화상취득방향과 관찰위치의 관계를 나타내는 3차원 화상 표시장치의 수평단면도이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 관찰점 A가 시거리면의 중앙에 위치하고 있는 경우는, 각 요소화상(10)의 중심에 위치하는 시차화상이 주로 선택되어 시인된다. 즉, 도 3a에 도시된 표시유니트(4)의 표시화면의 가장 좌측 요소화상(10)으로부터는 중앙에 위치하는 시차화상번호 2의 시차화상(8)이 선택되고, 왼쪽에서 2번째의 요소화상(10)으로부터는 중앙에 위치하는 시차화상번호가 3인 시차화상(8)이 선택되며, 왼쪽에서 3번째의 요소화상(10)으로부터는 중앙에 위치하는 시차화상번호가 4인 시차화상(8)이 선택되고, 왼쪽에서 4번째의 요소화상(10)으로부터는 중앙에 위치하는 시차화상번호가 5인 시차화상(8)이 선택된다(도 5a 참조). 여기에서 주로라고 표현한 것은, 시거리에서 광선이 집광하고 있지 않는 II방식에서는, 도 5b에 도시된 바와 같은 화상 취득방향과 관찰방향으로 어긋남이 생기기 때문에, 사출동공의 개구폭에 따라서는 단일의 사출동공으로부터 그 어긋남에 따라 인접한 시차화상이 혼입된 화상을 관찰하기 위해서이다.

도 6a 및 도 6b는 화살표로 나타낸 관찰점 A가 시거리면의 중앙에서 좌측으로 어긋났을 경우를 가리키는 바, 도 6a는 사출동공(7)을 경유해서 관찰되는 주된 시차화상번호를 나타낸 도면이고, 도 6b는 관찰점 A로부터 사출동공(7)을 경유해서 관찰되는 주된 시차화상의 바른 화상취득방향과 관찰점의 관계를 나타낸 수평단면도이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 관찰점 A가 시거리면의 중앙에서 좌측으로 어긋나 있는 경우는, 이 차이에 따라 각 요소화상(10)에서 우측의 시차화상이 주로 선택되어 시인된다. 즉, 도 3a에 나타낸 표시유니트(4)의 표시화면의 가장 좌측의 요소화상(10)에서는 우측에 위치하는 시차화상번호 3인 시차화상(8)이 선택되고, 왼쪽에서 2번째의 요소화상(10)에서는 우측에 위치하는 시차화상번호가 4인 시차화상(8)이 선택되며, 왼쪽에서 3번째의 요소화상(10)에서는 우측에 위치하는 시차화상번호가 5인 시차화상(8)이 선택되고, 왼쪽에서 4번째 요소화상(10)에서는 우측에 위치하는 시차화상번호가 6인 시차화상(8)이 선택된다(도 6a 참조). 여기에서도, 도 6b에 도시된 바와 같은 화상 취득방향과 관찰위치의 어긋남과 사출동공의 개구폭에 따라서는, 이 어긋남이 원인으로 되어 단일의 사출동공에서 복수의 시차화상이 혼입된 화상이 관찰되는 것을 고려해서 「주로」라고 하는 표현을 사용했다.

도 5a 내지 도 6b에 관해 설명한 것에서 알 수 있듯이, 3차원 화상을 표시한 상태에서, 시거리면에서의 관찰점 A에서 시인되는 시차화상의 요소화상 내의 상대위치는, 시거리면에서의 관찰점 A의 상대위치와 거의 일치한다. 즉, 만일 시거리면에서의 시역의 중심에서 관찰한 경우의 2차원 화상으로 절환해서 표시한 경우, 개략으로는 각 요소화상의 중심에 위치하는 시차화상을 요소화상에 전개하면 된다. 한편, 관찰점 A가 시거리면의 중심에서 왼쪽으로 어긋난 장소에서 관찰되는 2차원 화상으로 절환표시하려는 경우에는, 그 관찰점 A의 상대위치에 따라 요소화상 내에 전개되어야 할 시차화상도 변화한다.

여기에서, 개략이라고 한 것은, 상술한 바와 같이, 화상취득방향과 관찰위치의 차이를 반영해서, 실제는 단일의 사출동공에서 복수의 시차화상번호가 관찰되기 때문에, 엄밀하게는 이를 반영해서 전개하지 않으면 관찰위치에서 관찰되는 2차원 화상에 일치하지 않는다. 도 3a, 도 3b, 도 5a, 도 5b, 도 6a, 도 6b에서는, 요소화상군을 4개로 단순화하고 있으나, 실제 3차원 화상 표시장치 계통에서는 관찰점에서 단일의 시차화상이 주로 관찰되는 사출동공은 복수로 발생하고, 또한 주로 관찰되는 시차화상이 차지하는 비율이 서서히 변화하고, 연속적으로 인접하는 시차화상이 혼입됨으로써 원활하게 취득위치가 다른 시차화상으로 절환되어 2차원 화상표시를 할 때에도 이 상태를 반영할 필요가 있다.

관찰시거리와 시역을 결정했을 때에, 표시화면의 한쪽 단부로부터의 수평위치가 Xp인 2차원 화상 표시용 화소가, 이 화소에 대응하는 사출동공의 위치를 Xs로 한 경우에, 2차원 화상 표시용 화소가 표시해야 할 평행투영시차번호 N(Xp, Xs)을 이하의 (1)식으로 정의하고 있다.

N(Xp, Xs) = Nall/2 - (Xs-Xp)/hp - O.5 - - - - (1)

여기에서, 평행광선의 관계를 성립시키기 위해, 사출동공 피치는 화소피치의 정수배로 설정되어 있는 바, 평행투영 시차화상번호는 한쪽 끝에서 반대쪽 끝까지 연속적으로 채워져 있다. 더욱이, hp는 2차원 화상표시화소의 피치, Nall은 취득한 전체 시차번호이고, (1)식은 시역의 중심과 화면중심을 일치시켰을 경우에 성립된다.

마찬가지로, 본 실시예에서의 2차원 화상으로 절환표시할 때 전개해서 표시해야 할 시차화상번호에 대해서도 관계식을 부여할 수가 있다. (1)식과 동일한 조건에서 관찰점을 시거리에서의 시역의 중심으로 가정했을 경우에 본 실시예에서의 2차원 화상으로 절환표시할 때에 요소화상 내에 주로 전개되는 시차화상번호 N(Xp, Xs)은 다음의 (2)식으로 주어진다.

N(Xp, Xs) = Nall/2 - {(H/2 - Xs) × g/L}/hp - O.5 - - - (2)

여기에서, g는 광선제어자와 화상 표시유니트 사이의 거리이고, L은 관찰점과 광선제어자의 거리(시거리), H는 표시유니트의 화면폭을 각각 나타낸다.

상기 (2)식을 도 1을 참조해서 설명한다. 도 1은 3차원 화상 표시장치의 수평단면도로서, 본 실시예에서의 2차원 화상으로 절환표시했을 때에 전개되는 시차화상번호와, 표시되는 2차원 화상의 지침으로 되는 관찰점의 관계를 나타낸 도면이다. 관찰점 A는 시역의 중심에 위치하고, 사출동공 B는 표시유니트(4)의 중심이며, 관찰점 A와 사출동공 B를 잇는 직선은 표시유니트(4)에 직교한다. 사출동공 C는 광선제어자(6)의 왼쪽 끝에서 수평위치가 Xs인 사출동공이다. 점 B'는 사출동공(C)에서 표시유니트(4)로의 수직선의 기단부, 점 C'는 관찰점 A와 사출동공(C)을 잇는 직선과 표시유니트(4)의 교점이다. 한편, 각도 θ는 (n+1)개로 이루어진 요소화상과 대응한 사출동공이 화면중앙에 있다고 가정했을 경우에, 이 요소화상이 관찰될 수 있는 시역각(視域角)이다.

관찰점 A와 사출동공 B, C를 잇는 선과 표시유니트(4)의 교점 B', C' 사이에 있는 시차화상정보를 요소화상 내에 전개한다. 도 1에서의 삼각형 ABC와 삼각형 CB'C'는 상사(相似) 관계에 있다. 시역의 중심과 화면의 중심을 일치시켰을 경우, 평행투영 시차화상의 취득방향도 화면으로의 수직선을 대칭선으로 설정한다. 3차원 화상표시시의 점 B'의 위치에서의 화소로 표시되는 시차화상번호는, 이 복수의 화상취득방향 중 중앙의 위치, 즉 전체 시차화상번호(Nall)의 중심값(Nall/2)과 같다. 그리고, 점 B'의 위치에서의 화소부터, 요소화상의 중심을 이루는 점 C'의 위치에서의 화소까지의 거리 B'C'를 2차원 화상표시 화소피치(hp)로 분할함으로써, 3차원 화상 표시용 데이터의 상태에서 이 요소화상의 중심에 표시되어 있는 시차화상번호가 구해진다. 이 화소로 표시되어 있는 시차화상이 3차원 화상표시상태에서 관찰점 A에서 관찰되는 바, 이 시차화상을 대응하는 요소화상 내에 전개함으로써, 시역 내의 모든 영역에서 관찰점 A로부터 한쪽 눈으로 시인한 경우에 인식되는 2차원 화상이 시인될 수 있게 된다.

(2)식은 (1)식과는 달리, (2)식에서 표시되는 시차화상번호 N(Xp, Xs)이 요소화상의 표시영역인 화소군이 대응지워져 있는 사출동공의 위치 Xs만으로 정해져, 화소의 위치 Xp에는 따르지 않음을 알 수 있다.

이 (2)식에서 나타내어진 단일의 시차화상번호(=카메라번호)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 사출동공을 경유해서 관찰되는 영역이 무한소인 경우에 해당한다. 이것은, 광선제어자(6)가 렌즈로 구성되어, 렌즈의 초점면에 표시유니트의 표시면 이 배치된 케이스에 해당한다. 또한, 도 7에서 참조부호 16은 관찰점 A와 표시유니트(4)를 잇는 선이다. 반복이 되지만, II방식에서는 시역 내의 어느 장소에서도, 사출동공을 경유해서 볼 수 있는 화소위치가 화면 내에서 주기적으로 변화하기 때문에, 만일 이와 같은 렌즈가 설계되었을 경우, 3차원 화상을 표시한 상태에서는, 사출동공을 경유해서 화소부 또는 화소 경계의 비발광부를 시인한 경우의 휘도변조가 무아레(moire) 줄무늬로서 화면 내에 강한 콘트라스트로 관찰되는 동시에, 각 사출동공으로 관찰되는 시차화상번호가 단일하게 이루어져 있어서, 시차화상번호의 절환부분에서 화상이 불연속으로 되고 만다.

마찬가지로, 이 (2)식에서 얻어진 단일의 시차화상번호를 그대로 요소화상 내에 전개시켜 2차원 화상표시를 행하면, 3차원 화상표시시와 마찬가지로 시차화상번호(=카메라번호)가 불연속인 개소에서 화상이 불연속으로 된다. 특히, 3차원 화상에서의 들어감/튀어나옴의 양이 큰 콘텐츠에 대해, 시차번호의 절환부분에서 화상이 불연속으로 되지만, 이 현상은 다음과 같이 이해할 수 있다. 즉, 들어감/튀어나옴의 양이 작은 콘텐츠에서는 시차번호가 달라도, 즉 화상취득위치가 달라도, 화상정보가 크게 변화되지 않는 바, 즉 시차가 작다. 그러나, 들어감/튀어나옴의 양이 큰 콘텐츠의 경우에는, 시차번호가 절환되었을 경우에 크게 화상이 변화하는 바, 즉 시차가 크다. 이 때문에, 시차번호가 다른 인접한 사출동공 사이, 즉 인접한 평행투영 카메라 화상의 이음부에서 화상이 불연속으로 된다. 이와 같이 시차번호를 2치적(二値的)으로 절환한 경우의 시차번호의 분포의 개념을 도 8a 및 8b에 나타낸다. 도 8a는 표시유니트(4)의 화면 내에서 시차화상번호 1~4가 전개된 영역을 나타낸 도면이고, 도 8b는 화면 수평방향에 대해 시차화상번호, 즉 시차화상번호의 점유율을 나타낸 그래프이다.

실제로, 광선제어자(6)로서 슬릿을 이용한 경우에는 개구부가 유한한 폭을 가져야 한다. 또, 광선제어자(6)로서, 예컨대 원통형 렌즈를 이용한 경우에도 현실에서는 수차 등의 문제가 생겨, 실제로는 사출동공을 경유해서 유한한 범위를 관찰하게 된다. 더욱이, 표시화면 앞에 똑같이 설치된 원통형 렌즈의 구면수차(球面收差)에 의한 초점거리의 수직방향의 변동을 최소로 억제할 목적으로, 각 원통형 렌즈의 초점거리에서 조금만 안쪽 또는 바깥쪽에 표시유니트의 표시면이 오도록 한 설계를 일부러 채용하는(디포커스경향으로 설계한다) 경우가 있다. 이에 따라, 관찰자와 각 원통형 렌즈를 잇는 예상각의 변동에 따른 초점의 변동(구면수차)의 평균값을 표시유니트(4)의 화소부에 거의 일치시킬 수 있다. 또, 약간 디포커스경향으로 설계함으로써, 시차화상의 절환을 원활하게 하는 동시에, 비표시부가 원인인 휘도저하의 콘트라스트가 억제된다고 하는 효과도 있다.

이상과 같이, 실제의 II식 3차원 화상 표시장치에서 렌티큘라 시트를 광선제어자로서 이용한 계통에서는, 사출동공의 개구율이 화소폭에 상당하거나 그 이상이 되도록 설계되는 경향이 있다. 따라서, 3차원 화상 표시용 데이터를 이용해서 2차원 화상표시로 절환할 때에, 각 요소화상 내에 전개되는 시차화상도 이러한 디포커스를 고려해서 선택함으로써, 3차원 화상표시시에 한쪽 눈으로 관찰한 2차원 화상에 보다 가까운 2차원 화상으로 절환해서 표시할 수 있다.

따라서, 3차원 화상표시시에 관찰점에서 관찰한 경우와 동등하게, 사출동공을 경유해서 관찰되는 시차화상의 비율을 연속적으로 절환하기 위해서는, 도 9에 도시된 바와 같이 사출동공을 경유해서 관찰되는 영역으로서 유한한 범위를 가정하고서, 복수의 시차화상번호가 이 범위를 점유하는 비율과 같은 비율로 복수의 시차화상을 요소화상 내에 전개하는 것이 유효하다. 사출동공을 경유해서 관찰되는 영역을 화소폭에 상당하는 영역으로 한 도 9에 해당하는 시차화상번호를 도 10a 및 도 10b에 도시하였다. 도 10a 및 도 10b는, 3차원 화상을 표시한 상태에서 유한 시거리 상의 관찰점에서 한쪽 눈으로 관찰한 경우에, 화면 상의 수평방향으로 나란한 각 사출동공을 경유해서 관찰되는 시차화상번호의 분포를 수평위치에 따라 나타낸 그래프이다. 도 10a는 사출동공으로부터 혼재되어 시인되는 인접한 시차화상번호를 겹쳐 표시한 경우의 도면이고, 도 10b는 혼재해서 시인되는 인접한 시차화상번호를 겹치지 않도록 표시한 경우의 도면이다. 도 10a 및 도 10b에서, 예컨대 사선으로 나타낸 시차화상번호 2는, 도 8b에서 시차화상번호 2가 시인되도록 한 범위에 위치하는 사출동공 중에서 중앙에 위치하는 사출동공에서만 점유율 100%를 나타내고, 그 전후에서는 직선적으로 점유율이 감소한다. 그리고, 인접하는 시차화상번호가 전개된 영역, 예컨대 시차화상번호 1이 전개된 영역에 가까워짐에 따라 시차화상번호 1이 시인되는 비율이 직선적으로 상승한다.

따라서, 2차원 화상표시로 절환하는 경우를 위한 요소화상 내에 전개하는 시차화상번호를 결정할 때에, 도 9에 도시된 바와 같이 전개해야 할 시차화상의 비율을 구하는 영역을 화소폭 상당으로 하고, 관찰점과 사출동공 중심을 잇는 선이 화소중심과 일치한 요소화상군에 대해서는 단일의 시차화상번호, 즉 카메라 화상번호 가 전개되지만, 이로부터 벗어난 사출동공에 상당하는 요소화상 내에는 복수의 시차화상번호가 혼재해서 전개되어지게 된다. 이러한 지침으로 화상을 전개함으로써, 2차원 화상으로 절환되어 표시된 상태에서, 화면 내에서의 시차화상번호의 경계 부분에서 양 시차화상의 점유율을 완만하게 변화시킬 수가 있게 된다.

그러나, 튀어나옴/들어감의 양이 큰 콘텐츠의 경우, 단일의 시차화상이 시인되는 사출동공 근방에서는 단일의 시차화상이 시인되는데 대해, 이로부터 괴리(乖離)되는 2개의 다른 시차화상, 즉 2개의 시차화상이 혼재해서 보여짐으로써, 상이 선명하게 되거나 흐리게 되거나 하는, 수평방향으로 어긋나는 양이 달라져 보인다고 하는 문제가 생겼다.

따라서, 이러한 경우는, 도 11에 도시된 바와 같이, 3차원 화상표시에서의 사출동공의 개구율을 증가시키거나, 2차원 화상 절환표시시에 요소화상 내에 전개되는 시차화상번호와 비율을 구하기 위한 영역을 넓힌다거나 하는 것이 유효하다. 여기서는, 화소폭의 2배 영역에서 점유율을 구하였다. 이는 3차원 화상 표시장치에서의 광학제어자의 렌즈의 디포커스의 정도가 크다고 하는 것은, 화상으로서는 흐린 쪽으로 된다. 도 11에 도시된 경우에 해당하는, 3차원 화상표시시에 유한한 시거리상의 관찰점에서 한쪽 눈으로 관찰한 경우에 표시면 상에 보이는 시차화상번호의 분포를 도 12에 도시하였다. 도 12는 화면 수평방향의 각 사출동공을 경유해서 시인되는 시차화상번호의 비율을 나타낸 그래프이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 단일의 시차화상정보가 점유하는 비율은 최대일 때도 50%에 머문다. 그러나, 앞에서도 설명한 바와 같이, 화면 근방의 콘텐츠에 대해서는 원래 시차가 작기 때문에 디포커스의 영향을 받기가 어렵고, 한편 화면보다 크게 앞쪽 또는 안쪽에 위치하는 콘텐츠에 대해서는 어긋남이 증대하지만, 도 9, 도 10a 및 도 10b에서 시인된 수평방향의 어긋남 양의 변위는 거의 완전히 억제할 수 있다. 따라서, 도 12에 도시된 점유율을 반영한 시차화상을 요소화상 내에 전개함으로써 2차원 화상절환표시에서도, 수평방향의 어긋남 양의 변위는 거의 완전히 억제할 수 있는 동시에, 화면보다 크게 앞쪽 또는 안쪽에 위치하는 콘텐츠에 대해서는 디포커스된 표시를 행할 수 있게 된다.

이상, 본 발명에서의 3차원 화상을 표시한 상태에서, 관찰점과 사출동공을 잇는 선과 표시유니트의 표시면을 있는 선 및 그 주변 영역에 표시된 시차화상을 구하고, 그 점유율을 반영해서 요소화상 내에 전개표시함으로써 2차원 화상표시로 절환하는 방법에 대해 설명했다. 구체적인 혼재 표시의 비율에 대해서는 (2)식을 발전시킨,

N(X_p, X_s) = Nall/2 - {H/2 - X_s - w) × g/L}/hp - O.5 - - - (3)

을 이용해서 구할 수 있다. 예컨대, 도 9에 도시된 화소폭분의 영역에서의 점유율을 구하는 경우는, w가 화소폭에 상당하게 되도록,

-hp·L/2 ≤ w < hp·L/2 - - - (4)

의 범위에 표시되어 있는 단일 또는 복수의 N(X_p, X_s; 시차화상번호)의 비율을 구하면 좋고, 도 11에 도시된 2화소폭분의 영역에서의 점유율을 구하는 경우는, w가 2화소폭에 상당하게 되도록,

-hp·L ≤ w < hp·L - - - (5)

의 범위에 표시된 단일 또는 복수의 N(X_p, X_s)의 점유율을 구하면 좋다. 이에 따라, 사출동공(좌표: X_s)에 대응한 요소화상 내에서 구한 복수의 시차화상 비율을 반영해서 전개함으로써, 3차원 화상표시시의 단일의 관찰점에서 관찰되는 2차원 화상으로 절환해서 표시할 수 있게 된다. 즉, (2)식에서 구해지는 단일의 시차화상번호(=카메라번호)에서 첫번째 또는 두번째 번호가 크거나 작은 시차화상정보를 대응하는 요소화상 내에 혼재시켜 전개표시한다. 즉, (1)식을 이용하는 경우와 마찬가지로, 3차원 화상데이터에 이용되고 있는 화상데이터에서 선택해서 전개하는 것만으로 시차화상번호의 절환부분이 원활히 절환되는 2차원 화상표시를 실현할 수 있게 된다.

그런데, (3), (4), (5)식에 따라 해당하는 범위에 표시된 시차화상번호를 구하고, 그 점유율에 따라 단일의 요소화상 내에 복수의 시차화상을 혼재시키면서 전개함으로써 도 10a 및 도 10b 또는 도 12의 분포의 2차원 화상표시를 실현할 수 있음을 알 수 있었는 바, 이와 동등한 2차원 화상표시를 (2)식의 결과와 수학적 취급만으로 실현하는 2가지 방법을 다음에 설명하기로 한다.

되풀이되기는 하지만, 3차원 화상을 표시한 상태에서는 각 사출동공에 따른 요소화상이 화소군에 표시되어 있고, 이 각 요소화상은 연속적으로 시차화상번호가 다른 복수의 시차화상으로 구성되어 있다. 수평방향으로만 시차정보를 제공하는 1차원 II방식 3차원 화상 표시장치를 예로 들어 구체적으로 설명하면, 각 시차화상은 수평방향은 1서브픽셀, 수직방향은 세로방향의 전 서브픽셀로 이루어진 가늘고 긴 영역에 표시되어 있고, n개 또는 (n+1)개의 시차화상을 집합시킴으로써 수평방향이 n 또는 (n+1) 서브픽셀, 수직방향은 세로방향의 전 서브픽셀로 이루어진 요소화상이 구성된다. 평행광의 관계를 실현하고 있는 경우, 이 요소화상의 수평폭(서브픽셀 수평폭×n)은 사출동공 피치(렌티큘라 시트의 경우는 렌즈 수평폭, 서브픽셀 수평폭×n)에 일치하고 있다.

2차원 화상으로 절환해서 표시하는 경우에, 화면 내에서 도 10a 및 도 10b 또는 도 12의 분포를 실현하는 하나의 방법은, 지금까지 설명한 것처럼 요소화상 표시영역 내에 전개하는 시차화상을 구성하는 화소단위로 혼재 분포시키는 방법이 있지만, 보다 간편한 방법으로서 화면 내에서 요소화상 표시영역 단위로 혼재시키는 방법이 있다.

(2)식과 수학적 취급만으로 도 10a 및 도 10b 또는 도 12의 분포를 실현하는 방법으로서, 먼저 화면 내에서 요소화상 표시영역 단위로 혼재시키는 방법에 대해 설명한다. 도 5a~도 8b에 도시된 도면에서는, (2)식에 따라 구해진 3차원 화상표시시에 사출동공을 경유해서 시인되는 시차화상번호, 또는 2차원 화상으로 절환해서 표시할 때에 전개해야 할 시차화상번호가 나타내어진 원통형 렌즈 또는 요소화상은 1개로 간략화되어 있지만, 실제의 3차원 화상 표시장치에서는 (2)식에 따라 동일한 시차번호를 전개하는 요소화상은 복수 발생하게 된다. 도 13에서는 일례로서 (2)식에 의해 동일한 시차화상번호를 전개하도록 된 요소화상의 수가 16인 경우를 도시하였다. 도 13의 (a)는 제1시차화상번호가 전개된 16개의 요소화상(22)이 분포하는 영역(21)과, 이 영역(21)에 인접하는 제2시차화상번호가 전개된 16개의 요소화상(24)이 분포하는 영역(23) 및, 이 영역(23)에 인접하는 제3시차화상번호가 전개된 16개의 요소화상(26)이 분포하는 영역(25)을 나타낸 모식도이다.

도 13의 (b)는 이들 요소화상을 도 10에 상당하는 분포가 실현되도록 요소화상표시영역 단위로 혼입시킨 경우의 모식도이다. 이하, 이 분포의 실현방법에 대해 설명한다. 동일한 시차번호를 채택한 요소화상의 수를 X로 한 경우, n단계에서 n개의 요소화상을 치환함으로써 인접한 시차화상과 원활하게 절환될 수 있다. 즉, n² = X로 되도록 √X개로 이루어진 요소화상군마다 하나 다른 번호의 시차화상을 전개한 요소화상을 혼입하는 비율을 1개씩 늘림으로써 연속적인 시차화상의 절환을 실현할 수 있다. 도 13의 (b)에서는 X가 16이므로, 4=(√X) 그룹에 대해 4(=√X)회에 걸쳐 1개씩 인접한 번호의 시차화상을 전개하는 요소화상을 증가시킴으로써, 16개의 요소화상을 거쳐 연속적으로 인접 시차화상으로 치환할 수 있었다. 예컨대, 영역(21)의 왼쪽 끝의 서브영역(21a)은 시차화상(22)이 전개되었지만, 요소화상 2개와 도 13에 도시된 영역(21)의 좌측에 위치하는 도시되지 않은 영역에 표시되어 있는 시차화상번호가 전개된 요소화상이 2개로 이루어지고, 영역(21)의 왼쪽에서 2번째인 서브영역(21b)은 시차화상(22)이 전개된 요소화상 3개와 도 13에 도시된 영역(21)의 좌측에 위치하는 도시되지 않은 영역의 시차화상번호가 전개된 요소화상 1개로 이루어져 있다. 또, 영역(21)의 왼쪽에서 3번째인 서브영역(21c)은 시차화상(22)이 전개된 요소화상이 4개로 이루어지고, 영역(21)의 왼쪽에서 4번째인 서브 영역(21d)은 시차화상(22)이 전개된 요소화상 3개와 도 13의 (a)에 도시된 영역(21)의 우측에 위치하는 영역(23)에 전개되어 있는 시차화상번호(24)가 전개된 요소화상 1개로 이루어져 있다.

그 결과, 도 10a 및 도 10b에 도시된 것과 같은 정도의 원활한 시차화상번호의 절환을 실현할 수 있었다.

다음에는, 마찬가지 생각으로 도 12에 도시된 것과 같은 연속적인 절환을 행하는 예에 대해 설명한다. 동일 시차번호를 채택한 요소화상의 수를 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이 x(=32)로 한 경우, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, √(X/2)의 요소화상마다 인접한 시차화상을 선택한 요소화상을 혼입하는 비율을 1개씩 늘림으로써 연속적인 시차화상의 절환을 실현할 수 있다. 도 14의 (b)에서는 √(X/2)(=4) 그룹에 대해 √(x/2)(=4)회에 걸쳐 1개씩 인접 시차화상을 전개한 요소화상을 증가시킴으로써, 32개의 요소화상을 거쳐 해당하는 시차화상의 비율이 증가하고, 이어지는 32개의 요소화상에서는 일정한 비율로 표시되고, 다음 32개의 요소화상에서는 인접한 시차화상으로 치환한다고 하는 완만한 치환을 실현할 수 있었다. 즉, 각 요소화상 내에 전개하는 시차화상번호를 여기에 도시된 생각에 기초해서 구하는 것만으로 도 12에 도시된 것과 동등한 원활한 시차화상번호의 절환을 실현할 수 있었다.

이상과 같이, (3), (4), (5)식을 구하지 않고도, (2)식에서 구해진 각 요소화상 내에 전개되는 시차화상번호로부터 상술한 방침에 따라 전개되는 시차화상번호를 다시 할당해서 전개함으로써, 도 9 또는 도 11에 대응한 디포커스 조건을 반 영한 2차원 화상표시로 절환할 수 있다. 여기에서는 간단히 하기 위해 √X 또는 √(X/2)가 정수가 되는 조건에 대해 도시했지만, 정수가 되지 않는 경우도 수학적으로 동등한 처리를 할 수는 있다. 즉, 2차원 화상표시 절환시의 디포커스의 정도는 임의로 변동할 수 있다.

이상은, 요소화상 표시영역단위에서의 다른 시차화상번호의 화상의 혼재에 대해 설명했다. 그러나, 3차원 표시장치의 해상도가 낮으면, 보다 구체적으로는 요소화상의 폭과 렌즈의 폭이 넓으면, 요소화상 단위에서의 시차번호가 다른 화상이 혼입되어 있는 것이 시각적으로 분리되어 보여져 버려 노이즈로서 인식되는 경우도 있다. 따라서, 경우에 따라서는 시차화상 레벨로 혼입시킬 필요가 생긴다. 따라서, 다음에는 요소화상 내의 시차화상 내에 화소 단위로 복수의 시차화상번호를 혼재시켜 전개함으로써, 연속적으로 시차화상번호를 절환하는 방법에 대해 설명한다.

도 15는 지금까지와 마찬가지로 1차원 II방식에서의 도면이다. 도 15의 (a)는 간단해지도록 하기 위해, (2)식의 결과로부터 동일한 시차화상을 전개해서 표시하게 된 요소화상이 4개인 예를 나타낸 모식도이다. 각 요소화상은 복수의 시차화상으로 구성되어 있는 바(도 15의 (c)에서는 4개), 그 중 사출동공을 경유해서 관찰되는 것은 3차원 화상표시시의 거의 단일의 시차화상이 표시되어 있는 영역이다. 동일한 시차화상번호를 채택한 요소화상의 수를 Y로 한 경우, 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이 요소화상 1개마다 전개되는 시차화상에 인접한 시차화상이 혼입하는 비율을 시차화상을 구성하는 화소의 1/Y(=1/4)만큼 늘림으로써, 요소화상 내에 전개되는 시차번호의 변경을 도 10a 또는 도 10b에 상당하도록 원활히 실현할 수 있었다. 즉, 도 15의 (c)에 도시된 바와 같이, 각 요소화상을 구성하는 4개의 각 시차화상 표시영역 모두에 대해 화소단위로 복수의 시차화상을 혼입시킴으로써, 사출동공을 경유해서 관찰되는 복수의 시차화상의 비율이 일정해지도록 할 수 있다. 2개 이상의 시차화상을 단일의 시차화상 표시영역 내에 혼재시키는 분포방법에 대해서는, 액정표시 디스플레이에서 연구된 면적계조(面積階調) 수법 등을 참고할 수 있을 만큼 균일하게 배치하면 좋고, 여기에서 새로 제안하는 것은 아니다. 또, 요소화상은 복수의 시차화상 표시영역으로 구성되기 때문에, 각 영역의 다른 시차화상번호의 분포방법은 비율만 유지되면 좋고, 구체적으로는 요소화상을 구성하기 위한 복수의 시차화상표시 화소열(畵素列) 각각에서 복수의 시차화상번호에 유래하는 시차화상을 점유율만 유지한 상태에서 인접하는 화소열끼리 위상을 어긋나게 하여 배치함으로써, 사출동공의 개구율이 유한함을 고려하면, 사출동공을 경유해서 관찰되는 복수의 시차화상번호에 유래하는 시차화상은 보다 균일하게 혼입된다.

이 방법을 채택한 경우, 다른 카메라위치에 유래한 다른 시차화상이 분리되어 보이기 때문에 노이즈로 인식될 것인지 여부는 세로방향의 해상도, 즉 2차원 화상 표시유니트의 오리지널 해상도에 의존하지만, 실제의 3차원 화상 표시장치에서 실용될 수 있는 화질을 실현하기 위해서는, 2차원 화상 표시유니트의 오리지널 해상도가 충분히 높아야만 하므로, 관찰자가 노이즈로서 시인하는 경우는 없다고 말해도 좋다. 이 방법은 2차원 화상 표시용으로 전개하는 시차화상을 3차원 화상표시를 할 때 이용하는 복수의 시차화상에서 선택하여 전개하는 작업으로서, 하나의 시차화상이 복수의 화소로 구성되는 것을 전제로 하고 있다. 즉, 1개의 시차정보가 단일 화소로 구성되는 3차원 화상 표시장치의 경우(예컨대, 렌즈의 포커스가 1화소 내에 집광되어 있는 2차원 II방식 등), 1개의 시차(=단일 화소) 내에 복수의 시차화상의 정보를 혼재시키려면 복수의 시차화상을 구하는 비율로 혼합된 새로운 1개의 화상데이터를 작성할 필요가 발생한다. 이것은, 시차화상간의 보완화상을 작성하는 것과 같은 바, 그 수법은 선형보완(線形補完)이나 블록매칭 등 이미 제안되어 있는 수법을 이용해서 실현할 수 있다. 이러한 시차화상간의 보완화상을 이용해서 임의의 위치에서 시인된 2차원 화상을 표시하는 것은, 지금까지 설명한 시차화상이 복수 화소로 구성되어 있는 경우에도 당연히 적용할 수 있다. 그러나, 본 발명은 3차원 화상 표시장치를 이용해서 2차원 화상을 표시하는 경우에 있어서, 첫째로, 특히 II방식 또는 후술하는 다안식에서, 3차원 화상에 이용된 데이터의 치환만으로 2차원 화상으로 절환해서 표시를 행하는 경우에, 관찰점을 가정함으로써 요소화상 내에 전개해야 할 주된 시차화상번호를 구하고, 둘째로, 시차화상번호의 절환을 매끄럽게 행하기 위해 도 10a 및 도 10b나 도 12 또는 도 15에서 도시한 상태로 가능한 한 가까워지도록 화상을 혼재시키는(새로 보완화상을 작성할 필요가 없슴) 수법에 대해 구체적으로 제안하는 것이다.

지금까지는 연속적인 시차번호의 절환을 면적계조적으로 실현하는 방법에 대해 설명했지만, 다음에는 시간분할적으로 실현하는 방법(시분할표시)에 대해 설명한다. 예컨대, 도 10a에 도시된 화상의 일부를 시분할표시하는 방법에 대해 설명한다. 도 10a에 도시된 화상은, 중복되지 않은 영역에 주목하면, 도 16a와 도 16b로 분해될 수 있다. 그 때문에, 도 16a 및 도 16b로 구성되는 도 17a 및 도 17b에 도시된 화상을 시분할적으로 절환해서 출력하면 좋다.

이상, II방식에서의 2차원 화상표시의 절환표시에 대해 설명하였으나, 단일의 투시투영 카메라화상으로부터 2차원 화상의 절환표시가 가능한 다안식에 있어서도, 시거리에서 빠진 관찰점에서 취득한 2차원 화상을 표시하고자 한 경우에는, 복수의 카메라에서 취득한 화상을 서로 더하는 것이 필요하게 된다. 그 개념의 모식도를 도 18a 내지 도 19b에 도시하였다. 또한, 도 18a 및 도 18b는 관찰점이 시거리보다 짧아진 경우를 나타낸 도면으로서, 도 18a는 화상 표시유니트(4)의 표시면을 나타낸 도면이고, 도 18b는 관찰점 A와 사출동공(7)의 관계를 나타낸 3차원 화상 표시장치의 수평단면도이다. 도 19a 및 도 19b는 관찰점이 시거리보다 길어진 경우를 나타낸 도면으로서, 도 19a는 화상 표시유니트(4)의 표시면을 나타낸 도면이고, 도 19b는 관찰점 A와 사출동공(7)의 관계를 나타낸 3차원 화상 표시장치의 수평단면도이다. 관찰점이 시거리보다 짧아진 경우(도 18a 및 도 18b)와 길어진 경우(도 19a 및 도 19b) 어느 경우에도 시차화상을 서로 더하는 것이 필요하게 되고, 선택되는 시차번호는 관찰점 A에서 구해지게 된다(관찰점 A와 사출동공(7)을 잇는 선(12)과 2차원 화상 표시유니트(4)의 교점에 있는 화소정보를 전개한다). 구체적인 식은 여기에서는 들지 않지만, 관찰점 A를 결정하고서 관찰점 A와 사출동공(7)을 잇는 선(12)이 표시유니트(4)의 2차원 화상표시면과 교차하는 위치와 더 나아가서는 그 주변에 표시되어 있는 시차화상이 속하는 요소화상 내에 전개함으로써, 관찰점 A에서 시인되는 2차원 화상표시로의 절환, 즉 지금까지 II방식에서 설 명한 조작을 응용할 수 있게 된다. 또, II방식에서 설명한 표시면 내의 요소화상단위와 시차화상 내의 화소단위에서의 혼입 모두 적용할 수 있다.

이상과 같이, 시차번호의 절환부분에서 면적적으로 또는 시간적으로 인접하는 시차화상을 혼입시킴으로써, 시차번호 절환개소의 불연속성을 없앨 수 있었다. 이 방법에 의해 표시된 2차원 화상은, 표시면에 가까운 콘텐츠에 대해서는 시차가 적기 때문에 인접하는 카메라끼리에서 화상이 크게 바뀌지 않기 때문에, 혼재해서 표시되도록 해도 화질에 영향은 적지만, 들어감/튀어나옴의 양이 많은 콘텐츠에 대해서는 시차가 큰, 즉 상관이 낮은 화상정보끼리를 혼재시킴으로써 흐려진 화상으로 되어 버린다. 그러나, 이 흐려짐에 대해서는 3차원 화상으로서 표시되어 있을 때의 흐려짐(사출동공을 경유해서 관찰되는 시차번호가 면적적으로 혼재해서 보이도록 하기 위해서 들어감/튀어나옴의 양이 많은 콘텐츠는 흐려지지만 연속적인 시차번호의 절환을 실현하고 있다)과 동질로 이해될 수 있다. 즉, 3차원 화상표시시에 흐리게 시인되는 화상은 2차원 화상에서도 흐리게 표시되고, 3차원 화상표시시에 선명한 화상은 2차원 화상표시에서도 선명하게 표시된다.

최후로 인터페이스에 대해서 다룬다. 지금까지 설명한 바와 같이, 2차원 화상 절환시에서의 변수로는, 시역 내의 어느 위치에서 본 2차원 화상으로 절환할까 하는, (i) 관찰점의 위치(투시투영적 2차원 화상취득위치)와, (ⅱ) 어느 정도 더 나아가서는 인접한 시차화상을 혼입시킬까 하는 디포커스의 정도가 있다. (i)에 대해서는, 시거리의 시역의 중심을 디폴트(default)로 해서 외부로부터의 입력에 따라 절환하는 인터페이스가 바람직하다. (ⅱ)에 대해서는, 3차원 화상의 화질과 같은 2차원 화상표시가 이상적이기 때문에, 디폴트는 광학제어자의 설계를 반영한 것이어야 한다(렌즈라면 디포커스의 정도, 슬릿이라면 관찰점에서 관찰할 수 있는 범위로 된다). 또, 화상에 링크해서 절환되도록 하는 응용도 있을 수 있다. 즉, (1)식에서 전개해야 할 시차화상을 구해 시차화상번호가 절환되는 부분에서의 화상정보의 변위량(예컨대, 화소신호 전압차)으로부터 디포커스의 정도를 결정하는 것을 생각해 볼 수 있다. 또, 당연하지만 외부로부터의 입력에 따라 절환되도록 하여도 좋다. 이미지적으로는 현행의 텔레비젼에서 여러 표시 모드가 있듯이, 3차원 화상 표시장치에 있어서도 2차원 화상표시 절환에 따른 화질의 선택이 가능하게 된다.

도 20은, 본 발명의 1실시예에 따른 3차원 화상 표시장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 화상을 표시하기 위한 화상 표시유니트(4)에서 표시하는 화상을 선택하기 위한 화상 절환스위치(30)와, 디포커스 입력 절환스위치(32), 관찰위치 입력 절환스위치(34) 및, 3차원 화상 표시용 신호를 2차원 화상 표시용 신호로 변환하기 위한 2차원 화상 변환장치(36)를 갖추고 있다.

화상 절환스위치(30)는 화상 표시유니트(4)에서 표시하는 화상을, 마우스나 키보드 등의 입력장치나 슬라이드 스위치 등의 스위칭소자 등에서 생성되는 3차원/2차원 절환신호에 의해, 3차원 화상과 2차원 화상을 절환하기 위한 스위치이다. 3차원/2차원 절환신호는, High/Low의 절환이 이루어지면 좋은 바, 예컨대 High일 때가 3차원 화상, Low일 때가 2차원 화상으로 설정해 둔다. 물론, High와 Low의 설정은 역으로 되어도 상관없다. 더욱이, 절환하는 타이밍은, 수직동기신호 등과 동기시킬 필요는 없고 비동기로 해도 상관없다.

디포커스 입력 절환스위치(32)는, 디포커스 입력절환신호에 기초해서 연산 장치(31)에 의해 계산된 계산값과 외부입력, 초기값 중 어느 하나를 디포커스양으로 선택해서 2차원 화상 변환장치(36)로 송출한다.

관찰위치 입력 절환스위치(34)는 관찰위치 입력절환신호에 기초해서 외부입력 또는 초기값 중 어느 하나를 관찰위치로 선택해서 2차원 화상 변환장치(36)로 송출한다.

2차원 화상 변환장치(36)는, 송신되어 온 3차원 화상신호를 관찰위치와 디포커스양을 파라미터로 해서 2차원 화상으로 변환하는 장치이다. 변환방법에 관해서는 별도로 상세히 설명하기로 한다. 관찰위치와 디포커스양은 출하단계에서 초기값을 설정하고 있고, 이 초기설정으로도 충분히 양호한 2차원 표시를 행할 수 있으나, 관찰자의 취향에 따라 외부입력을 행할 수도 있다.

관찰위치의 외부입력방법은, 예컨대 미리 접속하고 있는 마우스나 조이스틱 등의 동작방향을 검출할 수 있는 입력장치를 관찰자가 조작해서 그 움직임에 연동시키면 좋다. 또, 자이로소자 등으로도 동작방향을 검출할 수가 있기 때문에, 자이로소자를 탑재한 입력장치를 새로 제작해서 미리 접속해 두어도 좋다. 초기값과 외부입력의 절환은, 초기값 고정모드와 외부입력모드의 선택용 스위치를 화상표시장치의 화면 상에서 이루어지도록 소프트웨어를 짜넣어 두어도 좋고, 슬라이드스위치 등의 하드웨어로 구성해도 좋다.

디포커스양을 외부로부터 입력하는 경우, 키보드 등으로 디포커스양을 직접 입력하는 수단만을 설치해 두어도 좋지만, 표시화상으로부터 적절한 디포커스양을 추측하는 것은 곤란하기 때문에 양호한 표시화상을 얻기가 어렵다. 그 때문에, 표시화상으로부터 디포커스양을 자동적으로 연산시켜 그 연산결과를 기준치로 하고서, 이 기준치에 대해 임의의 양을 증감시킬 수 있는 구성을 더 설치하는 구성이 바람직하다. 연산장치에서는, 시차화상번호가 절환되는 부분에서의 인접화소의 휘도차분을 계산하고, 이 차분이 관찰자에게 있어서 위화감이 없는 레벨(임계치) 이하가 되도록 연산결과를 출력한다. 이러한 조작에 의해, 들어감/튀어나옴의 양이 큰 콘텐츠도 위화감 없이 표시할 수 있게 된다.

이상, 3차원 화상 표시용 화상에서 일부를 선택해서 전개표시하는 것만으로, 시역 내의 임의의 시점에서 취득한 2차원 화상으로 절환해서 표시할 수가 있다. 이러한 표시를 관찰자가 조작하는 마우스 등 외부입력에 연동시킴으로써, 2차원 화상표시의 상태에서 관찰점을 변화시키거나, 시거리를 바꾼다거나, 더 나아가서는 흐림의 정도를 조절하는 인터페이스를 실현할 수 있다.

또, 3차원 화상 표시장치에서 표시된 3차원 화상을 2차원의 출력, 예컨대 인쇄물로 출력하는 경우에 대해 설명한다. 이 경우는 3차원 화상의 해상도로 2차원 화상이 인쇄되기 때문에, 3차원 화상 표시장치에서 2차원 화상을 표시하는 것에 대해 지금까지 설명하였으나, 각 요소화상에 본 제안에서 정해진 시차화상을 전개하는 프로세스가 생략된다. 즉, 3차원 화상 표시장치에서의 사출동공을 화소로 생각하여, (2)식으로 수학적으로 취급하거나, 또는 (3)~(5)식에서 정해진 분포에 따라 각 화소(인쇄도트)로 표시할 화상정보를 정하면 좋고, 3차원 화상 표시장치에서의 2차원 화상절환표시를 할 때의 사출동공을 경유해서 관찰되는 요소화상용 복수의 화소에 동일한 화상을 전개하는 과정은 3차원 화상표시 특유의 것이다. 인쇄물에 있어서도, 3차원 화상 표시장치에서 설명한 요소화상 단위와 화소 단위의 2가지 시차화상 분포방법을 고려할 수 있으나, 후자에 상당하는 분포방법 편이 보다 바람직하다. 즉, 인쇄도트군 단위로 시차화상을 혼입하는 것은 아니고 인쇄도트단위로 시차화상을 혼입하는 편이 보다 세밀한 시차화상번호의 절환을 실현할 수 있다.

최후로, 지금까지는 인접하는 사출동공끼리에서 평행한 관계의 광선이 사출되고 있는 II방식에 대해서만 설명하였으나, 관찰위치에서 집광점이 발생하고 있지 않은 II방식과 다안식 모두에 있어서 유효한 것은 말할 필요도 없다.

(실시예 1)

본 실시예에서는, 입체시(立體視)에 유효한 수평시차만을 부여한다. 액정표시소자는 QUXGA-LCD(화소수 3200×2400, 화면사이즈 422.4mm×316.8mm)를 사용했다. 최소의 구동 단위는 R, G, B의 각 서브픽셀로서, 통상적으로는 가로로 나란한 R, G, B 3개의 서브픽셀에 의해 1개의 화소(트리플렛)가 형성되지만, 본 실시예의 표시유니트에서는 수평해상도를 증가시키기 위해 R, G, B의 서브픽셀마다 시차화상을 배치했다. 서브픽셀의 가로폭은 44㎛, 세로길이는 132㎛이다.

이 표시유니트의 배면에는 백라이트를 배치하고, 관찰자측에는 폭 0.704 mm의 원통형 렌즈를 나란히 배치한, 수평방향으로만 II방식에 의해 시차정보를 부여하기 위한 렌티큘라 시트를 조합시켰다. 렌즈의 각 파라미터에 대해서는, 액정표시소자의 화소면은 원통형 렌즈의 초점거리보다 약간 내측으로 함으로써, 디포커스 의 영역은 서브픽셀폭 정도로 설정하는 동시에, 기본 시차수로 이루어진 요소화상이 ±10°의 범위에서 관찰되도록 폴리카보네이트로 이루어진 렌즈의 반경을 약 1.Omm, 렌즈두께를 1.2mm로 결정했다.

여기에서, 각 파라미터는 도 25에 나타낸 값으로 했다.

도 25에 따라 3차원 화상 표시용 화상을 작성했다. 총 시차수는 34시차로 되어, 표시유니트 내에서 시역의 중심에 대치하는 중앙 근방에 배치된 요소화상을 구성하는 시차화상번호 N(Xp, Xs)이 8~23인데 대해, 화면 왼쪽 끝에서 세어 2번째 위치하는 슬릿(4)에 대응하는 요소화상에서는 N(Xp, Xs)=0~15가, 오른쪽 끝에서 세어 2번째에 위치하는 슬릿(4)에 대응하는 요소화상에서는 N(Xp, Xs)=18~33이 할당되고, 또 그 요소화상의 위치는 대응하는 슬릿에 대해 외측으로 쉬프트하고 있었다. 즉, 전체 화면정보를 가진 시차화상은 존재하지 않았다.

디폴트로 정해져 있는 시거리의 중앙위치에서부터 시인되는 2차원 화상표시로 절환한 바, 식 (2)에 따라 전개되는 요소화상번호는 17시차(=(기준 시차수+1)시차; 3차원 화상표시시에 의사적(擬似的)으로 요소화상 폭>사출동공 피치를 실현하기 위해 이산적으로 발생함)로 구성되는 요소화상의 발생위치(요소화상 32~33개 간격)의 거의 중간부분에서 절환되고, 더욱이 렌즈의 설계(디포커스)를 반영한 규정값은 1화소이기 때문에, 도 10a 및 도 10b의 관계에 근사한 연속적인 절환이 실시되었다. 다른 시차화상번호의 혼입은 시차화상 표시영역인 수평방향 1서브픽셀 세로방향 240O서브픽셀의 범위에서, 화소 단위로 혼입분포되었다.

이에 따라, 3차원 화상을 표시했을 때, 시거리에서의 시역의 중심에서 한쪽 눈으로 시인한 것과 동등한 2차원 화상표시를 실현할 수 있었다.

이상, 시거리의 중심에서 관찰되는 2차원 화상으로의 절환을 3차원 화상용 화상의 화소정보의 재배치만으로 실현할 수 있었다.

(실시예 2)

실시예 1에 더해, 더욱이 마우스를 움직여 관찰점을 시역 내에서 임의로 이동시켜지도록 한 바, 마우스에 연동해서 2차원 화상 내의 오브젝트를 회전시키도록 하는 표시를 실현할 수 있었다. 보다 상세하게는, 마우스의 이동방향과 관찰점의 이동방향을 화면의 수평벡터에 대해서는 역방향으로 설정했다. 더욱이, 관찰자가 좋아하는 방향에서 관찰한 3차원 화상을, 본 실시예에서 선택한 각 요소화상에 전개하기 위한 시차화상을 그대로 이용함으로써, 3차원 화상표시의 해상도로 시역 내의 임의의 위치에서 시인할 수 있는 2차원 화상으로 인쇄출력할 수 있었다.

(실시예 3)

실시예 1에 더해, 더욱이 (2)식에서 시차화상번호를 배치했을 때에, 시차화상번호가 절환되는 경계에서의 신호전압차를 검출하고, 이들 대소로 디포커스의 정도를 변화시키도록 한 바,(도 21), 튀어나옴/들어감의 양이 큰 콘텐츠에서는 화면 상에 포커스되고, 이 이외에는 자연스럽게 디포커스된 것 같은 표시에, 튀어나옴/들어감의 양이 작은 콘텐츠에서는 전체적으로 선명한 표시를 얻을 수 있었다. 신호 전압차는, 시차화상의 이음부의 불연속의 정도를 반영하고 있고, 튀어나옴/들어감의 양이 작은 콘텐츠에서는 디포커스양이 작게, 튀어나옴/들어감의 양이 큰 콘텐츠에서는 디포커스양이 크게 설정되는 경향이 있었다.

(실시예 4)

본 실시예에서는, 실시예 1과 마찬가지로 된 구성에서, 시분할표시에 의해 시차화상의 연속적인 절환을 실현했다.

도 22에 구체적인 구성을 나타낸다. 화상신호 D는, R(적색)의 계조신호가 8비트, G(녹색)의 계조신호가 8비트, B(청색)의 계조신호가 8비트인 합계 24비트의 버스폭으로 구성했다. 스위치(40)에는 화상신호의 내용을 식별하기 위한"image_select" 신호가 입력되고 있고, 이 신호에 의해 화상신호 D를 RAM0로 이루어진 메모리 MO 또는 RAM1로 이루어진 메모리 M1으로 분배하여 보존했다. 예컨대, 도 17a에 도시된 화상을 메모리 M0에 보존하고, 도 17b에 도시된 화상을 메모리 M1에 보존하며, 더욱이 메모리 MO에 보존된 화상과 메모리 M1에 보존된 화상을 스위치(41)에 의해 절환해서 출력함으로써 시분할표시를 실현했다.

스위치(1)의 동작에 대해 설명한다. 스위치(1)에는, 메모리 MO의 출력기간과 메모리 Ml의 출력기간의 비를 결정하는 컨트롤신호(select_ctrl)를 입력했다. 먼저 시분할표시를 간편하게 실시하는 경우는, 도 23에 도시된 바와 같이 "select_ctr1"의 듀티비를 50%로 설정했다. "select_ctrl"은 플립플롭 등의 논리회로로 쉽게 작성할 수 있다.

또, 보다 올바른 √X×√X의 관계로 출력하기 위해서는, 메모리 MO와 메모리 Ml의 출력비를 시분할로 변동시켰다. 예컨대, X=16일 때, 메모리 MO와 메모리 Ml의 출력비는, 4:0, 3:1, 2:2, 1:3, 0:4, 1:3, 2:2, 3:1로 설정했다. 도 24에 X=16일 때의 일례를 나타낸다. 여기에서의 "select_ctrl"도 플립플롭 등을 이용한 논 리회로로 간단하고 쉽게 작성할 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 3:1이나 2:2 등일 때에 High나 Low가 연속하여 출력되도록 했지만, 예컨대 3:1을 주력할 때에 High를 2회 출력하고 Low를 1회 출력하며, High를 1회 출력하도록 분할하는 구성으로 해도 좋다. 이들 출력 구성도 컨트롤 신호(select_ctrl)의 출력패턴을 변경하는 것만으로 실시할 수 있다.

(비교예)

실시예 1의 조건에 있어서, 시차화상번호 17의 화상만을 전개한 바, 화면 우측 영역을 표시할 수 없었을 뿐만 아니라, 평행투영방법에 의해 취득한 화상이기 때문에 왜곡이 포함되어 있었다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 3차원 화상표시 데이터로부터 가급적 불연속이지 않고 또한 왜곡이 없는 2차원 화상을 얻을 수 있다.

Claims (13)

1. 요소화상을 표시하는 화소군을 이루는 화소를 매트릭스 형상으로 배치한 표시유니트와, 상기 화소군에 대응지워진 사출동공을 가진 광선제어자를 갖추어, 상기 요소화상을 복수의 방향에서 취득한 시차화상의 구성요소인 화상데이터의 집합체로 함으로써, 복수의 방향에서 취득한 시차화상이 시인될 수 있는 영역을 공간적으로 대략 분리해서 3차원 화상을 표시하는 3차원 화상 표시장치에서,

   3차원 화상을 표시하기 위한 화상데이터를 이용해서 2차원 화상으로 절환해서 표시할 때, 시역 내의 관찰점을 가정해서, 3차원 화상을 표시한 상태에서 관찰점과 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트와 교차하는 위치, 또는 그 근방에 위치하는 화소로 표시되어 있는 시차화상의 구성요소인 화상데이터를 상기 화소를 포함하는 해당하는 요소화상 내에 전개해서 표시하도록 된 것을 특징으로 하는 3차원 화상 표시장치.
2. 제1항에 있어서, 3차원 화상을 표시하기 위한 화상을 표시한 상태에서, 3차원 화상 표시용 상기 관찰점과 상기 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트가 교차하는 위치, 또는 그 근방에 위치하는 화소로 표시되어 있는 상기 시차화상의 구성요소인 화상데이터를, 상기 위치 또는 상기 위치 근방에 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 유지하면서, 상기 해당하는 요소화상 내에 전개함으로써 2차원 화상표시로 절환하도록 된 것을 특징으로 하는 3차원 화상 표시장치.
3. 제2항에 있어서, 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 구할 때, 상기 관찰점과 상기 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트가 교차하는 위치를 중심으로 하는 범위를 가변적으로 하고, 외부로부터의 입력에 따라 범위의 크기를 변경할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 3차원 화상 표시장치.
4. 제2항에 있어서, 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 구할 때, 상기 관찰점과 상기 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트가 교차하는 위치를 중심으로 하는 범위를 가변적으로 하고, 상기 요소화상간의 화상의 변위량의 대소에 따라 상기 범위를 자동적으로 변경시키는 기구를 설치한 것을 특징으로 하는 3차원 화상 표시장치.
5. 제2항에 있어서, 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 유지하도록 상기 해당하는 요소화상 내에 전개할 때, 시간적으로 혼재시키도록 한 것을 특징으로 하는 3차원 화상 표시장치.
6. 제1항에 있어서, 3차원 화상을 표시하기 위한 화상을 표시한 상태에서, 상기 관찰점과 상기 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트가 교차하는 위치를 중심으로, 다른 시차화상의 구성요소인 화상데이터를 배치하는 수평방향 또는 수직방향 피치와 동등한 범위에 표시되어 있는 시차화상의 구성요소인 화상데이터를, 상기 범위의 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 유지하면서, 상기 해당하는 요소화상 내에 전개함으로써 2차원 화상표시로 절환하도록 된 것을 특징으로 하는 3차원 화상 표시장치.
7. 제6항에 있어서, 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 구할 때, 상기 관찰점과 상기 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트가 교차하는 위치를 중심으로 하는 범위를 가변적으로 하고, 외부로부터의 입력에 따라 범위의 크기를 변경할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 3차원 화상 표시장치.
8. 제6항에 있어서, 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 구할 때, 상기 관찰점과 상기 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트가 교차하는 위치를 중심으로 하는 범위를 가변적으로 하고, 상기 요소화상간의 화상의 변위량의 대소에 따라 상기 범위를 자동적으로 변경시키는 기구를 설치한 것을 특징으로 하는 3차원 화상 표시장치.
9. 제6항에 있어서, 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 유지하도록 상기 해당하는 요소화상 내에 전개할 때, 시간적으로 혼재시키도록 한 것을 특징으로 하는 3차원 화상 표시장치.
10. 제1항에 있어서, 3차원 화상을 표시하기 위한 화상을 표시한 상태에서, 상기 관찰점과 상기 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트가 교차하는 위치를 중심으로, 다른 시차화상의 구성요소인 화상데이터를 배치하는 수평방향 또는 수직방향 피치의 2배 범위에 표시되어 있는 시차화상의 구성요소인 화상데이터를, 상기 범위의 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 유지하면서, 상기 해당하는 요소화상 내에 전개함으로써 2차원 화상표시로 절환하도록 된 것을 특징으로 하는 3차원 화상 표시장치.
11. 제10항에 있어서, 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 구할 때, 상기 관찰점과 상기 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트가 교차하는 위치를 중심으로 하는 범위를 가변적으로 하고, 외부로부터의 입력에 따라 범위의 크기를 변경할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 3차원 화상 표시장치.
12. 제10항에 있어서, 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 구할 때, 상기 관찰점과 상기 사출동공을 잇는 선과 상기 표시유니트가 교차하는 위치를 중심으로 하는 범위를 가변적으로 하고, 상기 요소화상간의 화상의 변위량의 대소에 따라 상기 범위를 자동적으로 변경시키는 기구가 설치된 것을 특징으로 하는 3차원 화상 표시장치.
13. 제10항에 있어서, 각 시차화상의 구성요소인 화상데이터가 공간적으로 차지하는 비율을 유지하도록 상기 해당하는 요소화상 내에 전개할 때 시간적으로 혼재시키도록 한 것을 특징으로 하는 3차원 화상 표시장치.

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