시차 장벽

시차 장벽은 액정 디스플레이와 같은 화상 소스 앞에 배치되는 장치로, 시청자가 3D 안경을 착용하지 않고도 입체 또는 멀티스코픽 화상을 표시할 수 있습니다.일반 LCD 앞에 배치되어 있는 불투명한 층과 일련의 정확한 간격의 슬릿으로 구성되어 있어 각 눈은 서로 다른 픽셀 세트를 볼 수 있습니다.따라서 인쇄 제품의^[1][2] 렌즈 인쇄 및 기타 디스플레이의 렌즈 렌즈 인쇄와 같은 효과로 시차를 통해 깊이감을 얻을 수 있습니다.가장 단순한 형태의 방법의 단점은 3D 효과를 경험하기 위해 뷰어를 잘 정의된 위치에 배치해야 한다는 것입니다.그러나 이 기술의 최근 버전은 페이스 트래킹을 사용하여 사용자의 눈의 위치에 따라 픽셀과 장벽 슬릿의 상대적인 위치를 조정함으로써 사용자가 ^[3][4]다양한 위치에서 3D를 경험할 수 있도록 함으로써 이 문제를 해결했습니다.또, 양쪽 눈으로 볼 수 있는 수평 화소수가 반으로 줄어,^[5] 화상의 전체적인 수평 해상도가 저하하는 것도 단점이다.

역사

시차 장벽의 원리는 오귀스트 베르티에에 의해 독자적으로 발명되었는데, 베르티에는 그의 새로운 아이디어를 도표로 그리고 상호 연결된 이미지 ^[6]스트립의 치수를 의도적으로 과장한 그림들을 포함한 입체 사진에 대한 기사를 실었다. 1901년 ^[7]기능성 자동항법 이미지를 만들어 전시한 아이브스.약 2년 후, Ives는 샘플 이미지를 상업적으로 최초로 알려진 참신함으로 판매하기 시작했다.

2000년대 초 샤프는 이 오래된 기술의 전자 평판 응용 프로그램을 개발하여 상용화했으며, 세계 유일의 3D LCD ^[8]화면을 탑재한 노트북 2대를 잠시 판매했습니다.이러한 디스플레이는 더 이상 Sharp에서 구입할 수 없지만 Tridelity나 SpatialView와 같은 다른 회사에서 제조 및 개발되고 있습니다.마찬가지로 히타치도 KDDI가 ^[9][10]유통 중인 일본 시장용 첫 3D 휴대폰을 출시했다.2009년에 후지필름은 후지필름 파인픽스 리얼 3D W1 디지털 카메라를 출시했습니다.이 디지털 카메라에는 사선 2.8인치 크기의 내장형 오토스테레오스코프 LCD가 탑재되어 있습니다.닌텐도는 또한 이전 콘솔인 닌텐도 3DS에 처음 탑재한 이후 휴대용 게임기인 뉴 닌텐도 3DS와 뉴 닌텐도 3DS XL에 이 기술을 구현했다.

적용들

이 기술은 영화와 컴퓨터 게임 외에도 분자^{[citation needed]} 모델링 및 공항 ^[11]보안과 같은 분야에서 사용되었습니다.또한 2010년형 Range ^[12]Rover의 내비게이션 시스템에도 사용되어 운전자가 영화를 보는 동안 GPS 방향을 볼 수 있습니다.닌텐도 3DS 휴대용 게임기^[13], LG의 옵티머스 3D와 스릴 스마트폰,^[14] HTC의 EVO 3D^[15], 샤프의 갈라파고스 스마트폰 시리즈에도 사용된다.

이 기술은 가능한 시야각 범위가 넓어야 하기 때문에 3D TV에 적용하기가 더 어렵습니다.도시바 21인치 3D 디스플레이는 9쌍의 화상과 함께 시차 장벽 기술을 사용하여 30도의 ^[16]시야각을 커버합니다.

설계.

시차 장벽에 있는 슬릿을 통해 뷰어는 왼쪽 눈의 왼쪽 이미지 픽셀만, 오른쪽 눈의 오른쪽 이미지 픽셀만 볼 수 있습니다.시차 장벽의 형상을 선택할 때 최적화해야 하는 중요한 파라미터는 픽셀 – 장벽 분리 d, 시차 장벽 피치 f, 픽셀 구멍 a 및 시차 장벽 슬릿 폭 ^[17]b입니다.

픽셀 분리

시차 장벽이 픽셀에 가까울수록 왼쪽과 오른쪽 이미지의 분리 각도가 넓어집니다.입체 디스플레이의 경우 왼쪽과 오른쪽 영상이 왼쪽과 오른쪽 눈에 닿아야 합니다. 즉, 보기를 몇 도만 분리해야 합니다.이 경우의 픽셀 장벽 분리 d는 다음과 같이 도출할 수 있다.

스넬의 법칙에서: ${\displaystyle n}$ sin ${\displaystyle }$ ${\displaystyle x}$ $=$ sin${\displaystyle y}$y { $displaystyle$ n$\sin$ x=\$sin$ y$}$

${\displaystyle \mathrm{작은}}$ 각도: sin } ${\displaystyle y}$ ${\displaystyle \}}$ e${\displaystyle 2\frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{r}{}}$ \$displaystyle \ sin$y \$about$ \ $frac$ { e } { $2$${\displaystyle \frac{}{}}$r$$ } $sin$ ${\displaystyle x\frac{}{}}$ \$about$ \ $frac${ p$}$。

$따라서{\displaystyle }$ d ${\displaystyle =}$ ${\displaystyle \frac{r}{}}$ ${\displaystyle \frac{n}{}}$ p${\displaystyle \frac{}{}}$. { $displaystyle$ d =$specfrac {rnp}$ {$e}$ , .}

픽셀 피치 65마이크로미터, 눈 간격 63mm, 가시 거리 30cm 및 굴절률 1.52의 일반적인 자동 스테레오 디스플레이의 경우 픽셀 장벽 간격은 약 470마이크로미터여야 합니다.

피치

시차 장벽의 피치는 이상적으로는 픽셀의 피치의 약 2배가 되어야 하지만, 최적의 디자인은 이보다 약간 작아야 합니다.장벽 피치에 대한 이러한 섭동은 디스플레이의 가장자리가 중앙의 모서리와 다른 각도로 보인다는 사실을 보상하며, 이를 통해 왼쪽 및 오른쪽 이미지가 화면의 모든 위치에서 눈을 적절히 겨냥할 수 있습니다.

최적의 픽셀 개구부 및 배리어 슬릿 폭

고해상도 디스플레이용 시차 장벽 시스템에서 성능(휘도 및 크로스톡)을 프레넬 회절 ^[18]이론으로 시뮬레이션할 수 있다.이러한 시뮬레이션을 통해 다음을 추론할 수 있습니다.슬릿폭이 작을 경우 슬릿을 통과하는 빛이 회절되어 크로스톡을 일으킨다.디스플레이의 휘도도 저하됩니다.슬릿 폭이 크면 슬릿을 통과하는 빛이 그리 회절하지 않지만, 슬릿이 넓어지면 기하학적 광선 경로로 인해 크로스톡이 발생한다.따라서 설계는 더 많은 크로스톡을 겪습니다.디스플레이의 휘도가 높아집니다.따라서 크로스톡과 밝기 간의 트레이드오프를 통해 최적의 슬릿 폭을 얻을 수 있습니다.

장벽 위치

시차 장벽은 LCD 픽셀 뒤에 배치될 수도 있습니다.이 경우, 슬릿으로부터의 빛은 왼쪽 화상 픽셀을 왼쪽 방향으로 통과하고, 그 반대도 마찬가지입니다.이는 전면 시차 장벽과 동일한 기본 효과를 생성합니다.

스위칭 기술

시차 장벽 시스템에서는 왼쪽 눈은 픽셀의 절반(왼쪽 이미지 픽셀)만 볼 수 있으며 오른쪽 눈도 마찬가지입니다.따라서 디스플레이 해상도가 낮아져 3D가 필요할 때 켜거나 2D 영상이 필요할 때 끌 수 있는 시차 장벽을 만드는 것이 유리하다.시차 장벽을 온/오프하는 한 가지 방법은 액정 재료로부터 형성하는 것이며, 액정 ^[19]디스플레이에서 화상을 형성하는 방법과 마찬가지로 시차 장벽을 생성할 수 있다.

분해능을 높이기 위한 시간 다중화

시간 다중화는 시차 장벽 ^[20]시스템의 분해능을 높이는 수단을 제공합니다.표시된 설계에서는 각 눈이 패널의 전체 해상도를 볼 수 있습니다.

이 설계에서는 이미지가 각 프레임을 교환할 때 이미지가 깜박이지 않도록 충분히 빠르게 전환할 수 있는 디스플레이가 필요합니다.

시야의 자유도를 높이기 위한 장벽 추적

표준 시차 장벽 시스템에서, 시청자는 왼쪽과 오른쪽 눈이 각각 왼쪽과 오른쪽 눈으로 볼 수 있도록 적절한 위치에 자신을 배치해야 합니다.「추적 3D 시스템」에서는, 유저의 위치를 추적해, 좌우의 시야가 유저의 눈에 항상 올바르게 향하도록 시차 장벽을 조정함으로써, 시야의 자유를 크게 높일 수 있다.유저의 시야각의 식별은, 유저의 얼굴의 위치를 인식할 수 있는 화상 처리 소프트웨어와 디스플레이 상부의 전방 카메라를 사용해 실시할 수 있습니다.좌우 시야가 투영되는 각도 조정은 ^[21][22][23]픽셀에 대해 시차 장벽을 기계적으로 또는 전자적으로 이동시킴으로써 수행할 수 있습니다.

크로스 토크

크로스톡은 3D 디스플레이에서 왼쪽과 오른쪽 사이에 존재하는 간섭입니다.고크로스톡 디스플레이에서 각 눈은 다른 쪽 눈을 대상으로 한 화상을 희미하게 중첩하여 볼 수 있다.입체 디스플레이에서의 크로스톡에 대한 인식은 널리 연구되어 왔다.일반적으로 입체 디스플레이에 높은 수준의 크로스톡이 있는 것은 해롭다고 알려져 있다.이미지에서의 크로스톡의 영향에는 고스트와 콘트라스트 손실, 3D 효과와 깊이 해상도 손실, 뷰어의 불편함이 포함됩니다.크로스톡(고스트)의 가시성은 이미지의 대비와 쌍안 시차가 증가함에 따라 증가합니다.예를 들어 대비가 높은 입체 영상은 대비가 낮은 ^[24]영상보다 특정 입체 디스플레이에서 더 많은 고스트 현상을 보입니다.

측정.

3D 디스플레이에서 크로스톡 수준을 정량화하는 기술은 한 뷰에서 다른 ^[18]뷰로 벗어나는 빛의 비율을 측정하는 것입니다.

최적의 눈 위치에서 일반적인 시차 장벽 기반 3D 시스템의 크로스톡은 3%일 수 있습니다.3D 영상의 화질을 판단하기 위해 실시한 주관적인 테스트 결과, 고품질 3D의 경우 크로스톡은 '약 1~2% 이하'로 결론지어졌습니다.

원인 및 대책

회절은 크로스톡의 ^[18]주요 원인이 될 수 있습니다.회절의 이론적 시뮬레이션은 유제 시차 장벽 시스템에서 실험적인 크로스톡 측정의 좋은 예측 변수인 것으로 밝혀졌다.이러한 시뮬레이션에서는 시차 장벽에 의해 야기되는 크로스톡의 양은 슬릿의 가장자리 선명도에 크게 의존할 것으로 예측됩니다.예를 들어 장벽 투과가 장벽에서 슬릿으로 이동할 때 불투명에서 투명으로 급격히 변화하면 넓은 회절 패턴이 생성되고 결과적으로 더 많은 크로스톡이 발생합니다.전환이 더 부드러워지면 회절이 너무 넓게 퍼지지 않고 크로스톡이 더 적게 생성됩니다.이 예측은 약간 부드러운 가장자리 장벽에 대한 실험 결과와 일치한다(피치는 182마이크로미터, 슬릿 폭은 48마이크로미터, 불투명과 투과 사이의 전환은 약 3마이크로미터의 영역에서 발생).약간 부드러운 가장자리의 장벽은 2.3%의 크로스톡을 가지며, 이는 단단한 가장자리의 크로스톡보다 약간 낮은 약 2.7%이다.또한 회절 시뮬레이션은 시차 장벽 슬릿 가장자리가 10 마이크로미터 영역에서 감소하는 전달을 가지고 있다면 크로스톡이 0.1이 될 수 있음을 시사한다.이미지 처리는 다른 크로스톡 대책입니다.그림은 크로스톡 ^[26]보정의 원리를 나타내고 있습니다.

시차 장벽이 있는 자동항법 디스플레이에는 크게 세 가지 유형이 있습니다.

• 일반 LCD 화면에 일련의 정밀 슬릿을 삽입하여 잠재력이 있는지 확인하는 초기 실험 프로토타입입니다.
  • 장점
    • 간단하게 탈부착 가능
  • 단점
    • 최저 화질
• 최초로 완전히 개발된 "Parallax barrier displays"는 픽셀 위의 광학 컴포넌트 중 하나로 정밀 슬릿을 갖추고 있습니다.이렇게 하면 각 이미지가 한쪽 눈에서 차단되어 다른 쪽 눈에 표시됩니다.
  • 장점
    • 대량 생산 시 저렴한 가격
  • 단점
    • 백라이트가 있으면 효율이 떨어집니다.
    • 일반 디스플레이보다 2배 많은 백라이트 필요
    • 시야각이 작다
• 닌텐도 3DS, HTC Evo 3D, LG 옵티머스 3D와 같은 제품에서 가장 새롭고 편리한 디스플레이는 픽셀 앞이 아니라 픽셀 뒤, 백라이트 앞이 시차 장벽이 있다.따라서 LCD 매트릭스 전체가 양쪽 눈에 노출되지만, 양쪽 눈의 위치에서 볼 때 백라이트가 연결된 이미지는 1개뿐입니다.가시적으로 밝은 픽셀 열에서 눈부심이 발생하면 인접한 불이 꺼진 열이 덜 눈에 띄게 됩니다.
  • 장점
    • 선명한 이미지
    • 최대 시야각
  • 단점
    • 대량 생산에는 더 비싸다.
    • 일반 디스플레이보다 20~25% 더 많은 백라이트 사용

「 」를 참조해 주세요.

• 자동내시경 검사
• HR3D

레퍼런스

외부 링크

Wikimedia Commons의 Parallax 장벽 관련 미디어

• 시차 장벽 작동 방식을 설명하는 비디오
• 자동 스테레오 디스플레이의 원리 - 아이디어를 나타내는 Java 애플릿