이미지 생성을 위한 장치들 - CRT, flat panel (frame buffer)

컴퓨터의 이미지를 생성하는 그래픽스 display 장치 CRT(cathode - ray - tube) 와 flat panel 를 알아보자

CRT(cathode - ray - tube)

CRT는 음극선관을 사용해 전자 빔을 발사하고, 그 전자 빔이 형광물질로 코팅된 유리 스크린에 충돌하면서 빛을 발산하여 이미지를 형성한다.

2000년대 초반까지 사용했던 기술로, 지금은 사용하지 않는다.

CRT의 작동 원리는 다음과 같다

CRT는 래스터 스캔 방식으로 작동한다. (raster display)

raster scan 방식은 픽셀 하나 하나를 한줄씩 차례대로 위에서 아래로 출력한다.

이는 점들의 집합으로 모든 점들은 frame buffer에 저장된다.

여기에서 계속 말하고 있는 레스터란,

화면을 구성하는 픽셀들이 2차원 그리드 형태로 배열되어 있는 방식을 의미한다.

즉, 픽셀들이 행과 열로 배열되어 이미지를 형성하는 구조 자체를 raster 라고 부른다.

이와 다른 방식인 random scan 방식은 (vector display)

한 줄씩 그리지 않고, 바로 점과 점을 이어서 선을 나타내어 그림을 그린다.

각각의 스캔 방식을 보면

vector display는 장면과 물체의 복잡성에 민감하게 반응하고

raster display는 복잡해도 그에대해 크게 영향받지 않는다.

즉, memory 처리의 경우 vector는 이미지의 복잡함의 정도에 따라 메모리의 처리 요구사항이 다르지만

raster의 경우 요구사항이 기본적으로 높은반면 일정하다.

그런데 raster scan 방식을 보면 screen상에 aliasing이 생기는 것을 확인할 수 있다.

이처럼 선으로 표현하지 못하는 한계가 있다.

반대로 vector는 애초에 선으로 그림을 표현하니 aliasing이 생기지 않는다.

CRT의 raster scan display에서 화면의 각 픽셀에 대한 색상 정보(비트)를 저장하고, 이를 기반으로 순차적으로 화면을 구성해줄 존재가 필요한데 이 역할을 frame buffer가 수행한다.

프레임 버퍼는 화면에 나타날 이미지를 픽셀 단위로 저장하여, 각 픽셀의 색상 정보를 포함하는 비트 데이터를 버퍼에 저장하고 이 데이터를 읽어서 화면에 표시한다.

화면의 각 픽셀 당 비트 수에 따라 사용하는 맵map이 달라지는데

픽셀당 1비트로 각 픽셀을 단순히 흑백으로 표현하고 싶을 때는 비트맵 (Bitmap)을 사용한다.

한 비트로 두 가지 상태(0과 1)를 나타낼 수 있기 때문에 흑백 이미지 표현에 적절하다.

픽셀당 여러 비트를 사용하여 더 다양한 색상이나 밝기 수준을 표현할 때는 픽스맵 (Pixmap) 을 사용한다.

픽스맵은 각 픽셀에 대해 여러 비트를 저장하는 프레임 버퍼를 의미한다.

이를 통해 pixel당 여러 비트를 사용하여 색깔을 나타낼 수 있다.

(여러개의 frame buffer 화면의 동일지점에 pixel을 찍어서 rgb로 색깔을 표현할 수 있음)

이렇게 frame buffer를 거치고 화면에 연산을 하면 우리가 보는 모니터에 이미지가 출력된다.

CRT를 대체하여 현대에 쓰이고 있는 방식이다.

CRT에 비해 무게, 전력, 부피 등 요구량이 감소했다.

전기에너지를 빛으로 변환하는 방식으로, 이미 우리에게 led(lighting emitting diode)를 통해 익숙한 display 형식이다.

flat panel은 emissive(발광)과 nonemissive가 있다.

emissive는 LED를 포함하여 PDP(plasma display panels), FED(field emission display)가 있다.

lcd는 nonemissive 방식이다.

Liquid Crystal Display로 열, 전자기력 등을 빛으로 변환한다. 즉, 스스로 빛을 내지 못한다.

lcd가 결정상태일 때는 빛을 통과시키고, 액체상태로 전환되면 빛을 통과시키지 않는 방식이다.

흔히 수평, 수직 편광필터 라고 한다. (전류량에 따라 빛을 얼마나 통과시킬지 빛의 세기를 결정한다.)