본 논문에서는 렌티큘러 렌즈를 이용한 무안경 입체 디스플레이 환경에서 렌티큘러 렌즈의 속성과 디스플레이 장치의 속성의 변화에 따라 다중 시점에서 촬영한 영상으로부터 적응적으로 하나의 다시점 입체 합성 영상을 생성하는 방법을 제안한다. 제안 방법에서는 렌티큘러 렌즈의 기본 속성과 디스플레이 장치의 기본 속성값을 고려하여 다중 시점에서 획득된 영상의 서브픽셀들의 가중 평균을 구하고 이를 다시점 입체 합성 영상의 서브 픽셀의 값으로 사용하도록 하였다. 여러 다시점 영상을 이용한 실험을 통하여, 렌티큘러 렌즈의 속성과 디스플레이 장치의 속성이 정확히 하드웨어적으로 일치 하지 않은 상황에서도 본 논문에서 제안하는 적응적 다시점 서브 픽셀 재배치 기법을 통하여 3D 입체감이 안정적으로 제공됨을 확인하였다.
방송의 디지털 전환 완료 후, 세계 각국은 3DTV 및 UHDTV(Ultra High Definition Television)로 대표되는 실감방송서비스 및 기술개발에 박차를 가하고 있다. 특히 3DTV의 경우, 현재 시판되고 있는 평면TV의 필수기능으로 포함되어 있으며, 우리나라를 비롯한 선진 각국에서는 상용 3DTV 방송서비스가 제공되고 있다. 또한, UHDTV의 등장으로 무안경 다시점 3DTV의 걸림돌이던 해상도 저하문제가 해결되면서 시점당 해상도가 향상된 다시점 3D 디스플레이 상용품 및 시제품들이 속속 발표되고 있다. 이에 따라, 무안경 다시점 3DTV 방송 서비스도 가시화 될 것으로 보며, 이를 위해서는 다시점 디스플레이뿐만 아니라 다시점 비디오 부호화 등의 표준기술이 필요하다. 본고에서는 무안경 다시점 3DTV 기술의 핵심이 되는 디스플레이 기술과 다시점 3D 비디오 부복호화 기술을 중심으로 알아본다.
본 논문에서는 체적 홀로그래픽 메모리 저장 기술을 이용한 다시점 스테레오스코픽 디스플레이 시스템을 제안하였다. 디스플레이 평면에서 다시점 3D 영상을 관찰할 수 있도록 공간 다중화된 평면 기준파와 각 다중화된 명면 물체파를 간섭시킨 후 광굴절 매질에 기록하였다. 재생시 다안식 영상으로 구성된 물체파가 시분할적으로 update 되며 브래그 조건을 만족시켜면, 출력 평면에서 다안식 스테레오 영상을 관찰할 수 있다. 체적 홀로그램을 이용한 다시점 디스플레이시스템의 실험과 이론적인 분석을 하였다.
최근, 실감 영상에 대한 관심과 요구가 증가하면서 신개념 서비스인 3차원 다시점(Multi-view) 방송에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 이와 더불어 광고와 게시를 목적으로 입체 영상과 입체 디스플레이 장치의 수요가 증가하고 있어, 앞으로 다시점 영상 콘텐츠와 디스플레이 장치가 활발하게 보급될 전망이다. 다시점 영상 콘텐츠는 제작 단계에서 컴퓨터 그래픽스 객체를 합성하면 보다 목적에 부합하는 콘텐츠를 제작할 수 있다. 본 논문에서는 다시점 카메라로부터 얻은 RGB 텍스쳐 데이터와 깊이 테이터에 컴퓨터 그래픽스 객체를 합성하여 다시점 합성 영상을 생성하는 방법을 제안한다. 또한, 제작된 다시점 합성 영상을 검증하고 재생하는 다시점 비디오 뷰어를 설계, 구현 한다. 가상의 다시점 영상에 그래픽스 객체를 합성하는 방법은 후 합성 기반으로, 임의의 그래픽스 객체 모델을 생성하여 깊이 정보를 부여하고, 가상 시점 영상의 생성과 동일한 방법으로 그래픽스 객체의 각 시점별 영상을 생성한다. 끝으로 깊이정보를 사용하여 가상 시점 영상의 적절한 좌표공간으로 그래픽스 객체를 삽입한다. 그래픽스 합성의 정확성 검증을 위해 다시점 그래픽스 합성 영상을 디스플레이하는 뷰어는 2D 및 입체를 모두 지원하고, view switching, frozen moment, view sweeping 등의 interactive special effect기법과 다양한 포맷의 저장이 가능하다. 또한, 입체 영상의 실험에서는 그래픽 객체의 입체감 조절을 위해 실제 카메라 시점 간에 필요한 중간시점영상의 개수를 결정할 수 있다.
본 논문에서는 VHLS 광학판 기반의 새로운 다시점 3D 디스플레이 시스템을 제시하였다. 즉, VHLS 광학판을 체적 홀로그램의 각 다중화 기록 특성을 이용하여 다시점 영상의 방향벡터를 회절격자 형태로 기록한 일종의 광방향 변조기로 제작한 다음, 제작된 VHLS을 LCD 공간광변조기에 부착되어 패널에 입력되는 다시점의 스테레오 영상을 각 시점에 해당하는 특정방향으로 분리해 줌으로써 다시점 3D 디스플레이 시스템을 실현하였다. 또한, 본 논문에서는 VHLS 광학판의 원리와 특성을 분석한 다음 상용 포토폴리머를 이용하여 최적화된 4시점의 VHLS 광학판을 설계 제작하고 이를 이용하여 4시점의 스테레오스코픽 3D 디스플레이 시스템을 구현하였다. 그리고 적응적 변위 추정 알고리즘으로 합성된 4시점의 테스트 영상을 이용한 광학실험을 통해 VHLS 기반의 다시점 3D 디스플레이 시스템의 구현 가능성을 제시하였다.
초 다시점 및 전자 홀로그래픽 디스플레이는 향후 기대가 되는 연속시차를 주는 3차원 디스플레이 방식이나, 아직 가용한 디스플레이의 부재로 초기 개발 단계에 있다. 초 다시점의 구현은 다시점 영상의 수 보다는 화소셀/요소 영상내의 화소 수와 화소 사이즈에 의존하며, 전자 홀로그래피도 전체 패널내의 화소 수와 화소 사이즈에 의존하므로 이들의 구현을 위한 요구 사항에는 차이가 없다. 그러나 구현 영상자체는 전자 홀로그래피의 경우는 공간 부양 영상이므로 초 다시점의 패널을 앞뒤로 한 깊이감의 표시보다 시각적인 효과가 더 클 것으로 예상된다.
본고에서는 초다시점 디스플레이 기반 시각 피로에 대한 연구 동향 및 초다시점 디스플레이 의 최근 기술에 대해 기술한다. 초다시점 디스플레이는 1990년대 후반 일본에서 처음 제안한 이후 일본 및 한국에서 활발한 연구가 진행 중이다. 초다시점 디스플레이는 관찰자의 동공에 두 시점 이상의 영상을 제공하는 방식으로 기존의 다시점 디스플레이에 비해 보다 자연스러운 영상을 관찰자에게 제공하고자 하는 방식이다. 따라서 시점 영상 사이의 간격이 넓은 다시점 디스플레이와는 달리 시각피로를 경감시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. 이에, 최근 초다시점 디스플레이 기반 시각 피로에 대한 임상적 실험을 통해 이에 대한 실험적 근거를 살펴보고 연구 동향을 알아본다.
본 논문에서는 스테레오 영상으로부터 무안경 3D 디스플레이를 위한 다시점 영상을 생성하는 시스템을 제안한다. 제안한 시스템에서는 먼저 비디오 캡쳐 카드를 통해 입력되는 스테레오 영상으로부터 FPGA 상에서 구현된 Trellis 동적 프로그래밍 기법에 의해 좌우 변이 영상을 실시간으로 추출한다. 이 변이 영상을 기반으로 좌우 영상 사이에서 중간 시점 영상을 생성한다. 이렇게 추출된 좌우 변이 영상과 좌우 스테레오 영상은 각각 USB 3.0 과 PCI-express 인터페이스를 통해 GPU 로 전송되고, GPU 에서는 이들 데이터를 사용하여 변이 기반 영상 합성 방법을 통해 다시점 영상을 생성한다. 생성된 다시점 영상은 다시점 3 차원 디스플레이 규격에 맞게 재배치되어 재생된다.
최근 3차원 입체 디스플레이에 대한 관심이 증가하고 있다. 무안경식 다시점 입체 디스플레이(Multiple-view Autostereoscopic Display)는 관찰자가 셔터 글래스(Shutter glasses)또는 HMD(Head Mounted Display)와 같은 특별한 장치를 착용하지 않고도 여러 시점(Multiple-view)에서 입체 영상을 볼 수 있어 가상현실(Virtual Reality), 모바일, 3D TV 등의 분야에서 각광 받고 있다. 하지만, 디스플레이 설계 시 정해진 거리와 시역 내에 관찰자가 위치해 있어야만 입체 영상을 볼 수 있다는 문제점이 있다. 본 연구에서는 무안경식 다시점 입체 디스플레이 시스템을 구축하여 이 시스템에서 관찰자의 시점 변경에도 실시간으로 자연스러운 3차원 입체 영상을 보여 주기 위한 효율적인 GPU기반 렌더링 기법을 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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