JP2018180261A - ホログラム生成装置、ホログラム生成プログラムおよびホログラフィックプロジェクションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ホログラム生成に必要となるデータを、効率良くリアルタイムに生成する。【解決手段】ホログラム生成装置１は、３次元モデルから光線情報を取得し、光線サンプリング面における要素画像を作成する光線情報取得変換手段１１と、光線サンプリング面の光線情報を波面サンプリング面の波面情報に変換する光線波面変換手段１２と、波面サンプリング面からホログラム面までの波面伝搬を計算し、ホログラムデータを算出する干渉縞計算手段１３と、一つのセルに関するホログラムデータの生成要求に対応する複数の要素画像について並列処理するように制御する動作制御手段１４と、を備える。動作制御手段１４は、ホログラムデータがホログラムプリンタ２に出力されると、次に記録するセルの生成要求をホログラムプリンタ２から受信する前に、当該次に記録するセルに対応する複数の要素画像についての処理を実行させる。【選択図】図２

Description

本発明は、電子ホログラフィに利用するホログラムを生成するホログラム生成装置、ホログラム生成プログラムおよびホログラフィックプロジェクションシステムに関する。

従来、ホログラムの生成手法として、点光源からフレネル近似式を用いてホログラムを生成する手法が知られている。しかしながら、この手法では点群の３次元モデルしか扱うことが出来ず、写実的な３次元ＣＧ（Computer Graphics）モデルや実写の３次元モデルのような被写体を扱うことは難しいものであった。

これに対し、光線情報からホログラムを生成する手法が開発されている。この手法は、図５に示すように、被写体５の近くに光線サンプリング面Ｐ_１を設け、光線サンプリング面Ｐ_１上において、光線をサンプリングする。光線サンプリング面Ｐ_１には、光線サンプリング点が高密度に配置されており、各光線サンプリング点を通過する光線群をその点の投影画像（要素画像）として取得する（処理［１］：光線情報の取得処理）。この投影画像の強度情報は角度スペクトルに相当するため、フーリエ変換処理により対応する光線サンプリング点近傍の小領域（要素画像）の波面情報に変換することができる（処理［２］：光線情報の波面情報への変換処理）。全ての光線サンプリング点の投影画像に対してフーリエ変換を行い、結果として取得した波面情報を光線サンプリング面Ｐ_１に再配置することより、波面サンプリング面Ｐ_２を得ることができる。そして、波面サンプリング面Ｐ_２からホログラム面Ｐ_３までの波面伝搬を計算し、ホログラム面Ｐ_３上での参照光との干渉縞を計算することでホログラムパターン（干渉パターン）を得る（処理［３］：ホログラム面への伝搬計算処理）。

この光線サンプリング面Ｐ_１を被写体５の近傍に設けることにより、ホログラム面Ｐ_３から離れた物体でも光線のサンプリングや解析の影響によるぼけを抑えた光分解能な像再生が実現できる。また、陰影や質感といったＣＧの写実的な表現を再生像に反映させることができる。

また、ＣＧではなく実写の被写体５から光線情報を生成する技術として、インテグラルフォトグラフィが知られている（非特許文献１参照）。このインテグラルフォトグラフィでは、多数の小さなレンズ（要素レンズ）が平面状に並んだレンズアレイを用いて、被写体５からの光（物体光）を記録する。このとき、記録面（光線サンプリング面）には、被写体５を異なる角度から観測した微小な像（要素画像）が多数記録される。このインテグラルフォトグラフィの手法で得た要素画像について、その複素振幅を要素毎にフーリエ変換することによりホログラム面Ｐ_３の複素振幅を得て、ホログラムパターンを算出することができる。

Yasuyuki Ichihashi, Ryutaro Oi, Takanori Senoh, Kenji Yamamoto, and Taiichiro Kurita, "Real-time capture and reconstruction system with multiple GPUs for a 3D live scene by a generation from 4K IP images to 8K holograms," Optics Express, Vol. 20, Issue 19, pp. 21645-21655 (2012)

従来の手法では、ホログラムの作成のために必要な処理［１］〜処理［３］のそれぞれについて、膨大な量の情報を扱う必要がある。例えば、ホログラムプリンタにおいて２０ｃｍ四方のホログラムを生成する場合には、約５００Ｇバイトのデータを作成する必要がある。ホログラムプリンタでは、これらのデータの印刷を一度に行うのではなく、適当なサイズに分割したセル単位で行う。従って、セル単位でホログラムを生成し記録を逐次実行することが、リアルタイム性という点では望ましい。しかしながら、現時点では、この計算にスーパーコンピュータ等のクラウドサービスを利用しており、これらのサービスは、一般的にリアルタイム性を保証するものではないため、ホログラムプリンタの処理状況に合わせて逐次ホログラムの計算を効率良く実行するには適していない。

図６は、従来技術による、ホログラムの生成および印刷の流れを説明するための図である。
ホログラムを生成する際には、レンダリング用サーバ６が、他のＰＣ（Personal Computer）等で作成されたＣＧの３次元モデルや、レンズアレイで撮影することにより得られた実写の３次元モデルを取得し、図５で示した処理［１］の光線サンプリングによる要素画像の取得処理を行う。そして、レンダリング用サーバ６が、その結果を大型のワークステーションやスーパーコンピュータ等のクラウドサービスに送信することにより、処理［２］の光線情報の波面情報への変換処理、および、処理［３］のホログラム面への伝搬計算処理を実行させてその結果（ホログラムデータ）を取得し、プリンタ制御用ＰＣ７へ出力する。プリンタ制御用ＰＣ７は、外部ストレージ３等にホログラムデータを記憶するとともに、ホログラムプリンタ２に印刷の指示を出力することによりホログラムを生成する。

つまり、従来のシステムでは、リアルタイム性が保証されていないクラウドサービスを利用するため、ホログラムプリンタ等の処理に対応したセル単位のホログラムデータをリアルタイムに生成することができなかった。また、大量のデータをクラウドサービスとの間で送受信するため、通信ロスも発生していた。

そこで、本発明では、ホログラム生成に必要となるデータを、効率良くリアルタイムに生成することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明のホログラム生成装置は、被写体からの光線をサンプリングする光線サンプリング面を設定してホログラムを計算するホログラム生成装置であって、光線情報取得変換手段と、光線波面変換手段と、干渉縞計算手段と、動作制御手段と、を備える構成とした。

かかる構成において、ホログラム生成装置は、光線情報取得変換手段によって、被写体の３次元モデルから得られる異なる角度の光線情報を取得し、生成しようとするホログラムの仕様に合わせて、光線サンプリング面における、所定のサイズおよび所定の個数の要素画像を作成する。これによって、ホログラム生成装置は、生成しようとするホログラムの仕様に合わせて要素画像を生成することができる。

そして、ホログラム生成装置は、光線波面変換手段によって、作成した要素画像毎に、光線サンプリング面の光線情報を波面サンプリング面の波面情報に変換する。そして、ホログラム生成装置は、干渉縞計算手段によって、波面サンプリング面からホログラムを再生するホログラム面までの波面伝搬を要素画像毎に計算し、波面伝搬の計算で得られた物体光と参照光とのホログラム面上での干渉縞を計算してホログラムデータを算出し、算出したホログラムデータをホログラムプリンタに出力する。
これによって、ホログラム生成装置は、作成した要素画像毎に、光線情報を波面情報に変換した上で、ホログラム面上での干渉縞を計算し、ホログラムデータを算出することができる。

そして、ホログラム生成装置は、動作制御手段によって、ホログラムプリンタがホログラムデータを用いて一度に記録する分割されたホログラムを示すセルのサイズと、光線情報取得変換手段が作成する要素画像の所定のサイズとを比較し、セルのサイズの方が大きい場合に、セルのサイズに合わせて対応する複数の要素画像を設定し、ホログラムプリンタからの一つのセルに関するホログラムデータの生成要求に対応する設定した複数の要素画像について、光線情報取得変換手段、光線波面変換手段、干渉縞計算手段のそれぞれが並列処理するように制御する。そして、動作制御手段は、設定した複数の要素画像について算出したホログラムデータを干渉縞計算手段がホログラムプリンタに出力すると、次に記録するセルの生成要求をホログラムプリンタから受信する前に、当該次に記録するセルに対応する複数の要素画像についての、光線情報取得変換手段、光線波面変換手段、干渉縞計算手段それぞれの処理を実行させる。
これによって、ホログラム生成装置は、ホログラムプリンタによる分割したセル単位でのホログラムの記録に合わせて、光線情報取得変換手段、光線波面変換手段、干渉縞計算手段の各処理を複数の要素画像について並列に実行することができる。また、ホログラム生成装置は、ローカルな環境で各処理を実行できるため、従来技術のようなクラウドサービスを利用する場合に比べ、通信ロスを削減することができる。

また、前記課題を解決するために、本発明のホログラフィックプロジェクションシステムは、上記したホログラム生成装置と、液晶ディスプレイを有する空間光変調器とを備えるホログラフィックプロジェクションシステムであって、ホログラム生成装置が、時系列に変化する被写体の３次元データを取り込んで生成したホログラムデータを空間光変調器に出力し、空間光変調器が、取得した時系列に変化するホログラムデータを液晶ディスプレイに表示させ、光源からの入射光を回折させることにより、動きのあるホログラムを再生するものとした。これによって、動きのあるホログラムをリアルタイムに再生することが可能となる。

本発明によれば、ホログラム生成に必要となるデータを、効率良くリアルタイムに生成することができる。

本実施形態に係るホログラム生成装置を含むホログラム生成システムの全体構成を示す図である。 本実施形態に係るホログラム生成装置の機能ブロック図である。 本実施形態に係るホログラム生成装置のホログラム生成処理に関する状態遷移を説明するための図である。 本実施形態の変形例に係るホログラフィックプロジェクションシステムの全体構成を示す図である。 光線情報からホログラムを生成する処理の概念図である。 従来技術によるホログラムの生成および印刷の流れを説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と称する。）について図面を参照して説明する。
図１に示すように、ホログラム生成システム１００は、ユーザ端末４と、ホログラム生成装置１とホログラムプリンタ２を含んで構成される。なお、このホログラム生成システム１００に、外部ストレージ３を備えるようにしてもよい。

ホログラム生成装置１は、ユーザ端末４から取得した被写体の３次元モデルを用いて、図５で示した、処理［１］光線情報の取得処理、処理［２］光線情報の波面情報への変換処理、処理［３］ホログラム面への伝搬計算処理、の各処理を実行することにより、ホログラム生成に必要なホログラムデータを生成する。
この際、ホログラム生成装置１は、従来技術と異なり、ローカルな環境で処理［１］〜処理［３］を実行する。よって、スーパーコンピュータ等のクラウドサービスを利用することがなく、通信ロスが発生しない。また、ホログラム生成装置１は、ホログラムプリンタ２における分割したセル単位での印刷に合わせて、処理［１］，処理［２］，処理［３］を独立して実行するとともに、各処理を要素画像単位で並列して実行する。これにより、ホログラムデータを、効率良くリアルタイムに生成することができる（詳細は後記）。

ホログラムプリンタ２は、ホログラム生成装置１が生成したホログラムデータを、記録媒体（透明フィルム等）に記録する装置である。ホログラムプリンタ２は、記録媒体への露光を、上記のように分割したセル単位で行い、一度の露光で記録されるホログラムを記録媒体上に並べていくことで一つの画像を生成する。また、ホログラムプリンタ２は、ホログラム生成装置１の処理結果として得たホログラム面の複素振幅分布を、２５６階調処理し、デジタルビジュアルインタフェース（ＤＶＩ）などの標準的な映像出力により、ホログラムをディスプレイ（不図示）に表示させることもできる。

外部ストレージ３は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive：ハードディスク）やＳＳＤ（Solid State Drive）等により構成され、ビットマップ形式などの標準的な画像フォーマットにより、ホログラムデータを保存しておく。これにより、必要に応じて、ホログラムデータを外部ストレージ３から読み出して利用することが可能となる。

ユーザ端末４は、ＰＣ等からなり、ホログラムの対象となる被写体がＣＧにより作成された場合には、当該ＣＧの３次元モデルを、ホログラム生成装置１に出力する。また、ユーザ端末４は、被写体がＣＧではなく実写である場合には、例えば、インテグラルフォトグラフィの手法によりレンズアレイで撮影することにより得られた実写の３次元モデルを、ホログラム生成装置１に出力する。

＜ホログラム生成装置の構成＞
次に、ホログラム生成装置１について、詳細に説明する。
ホログラム生成装置１は、光線情報取得変換手段１１、光線波面変換手段１２、干渉縞計算手段１３、動作制御手段１４を含んで構成される。
これらの各手段は、リアルタイムに逐次処理を実行するため、例えば、高速な計算処理が可能な画像処理演算装置（ＧＰＵ：Graphics Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等により実現される。そして、ホログラム生成装置１の機能を、ＳｏＢ（System on Board）若しくはＳｏＣ（System on Chip）として実現することも可能である。

光線情報取得変換手段１１は、上記した図５の処理［１］（光線情報の取得処理）を実行する。
光線情報取得変換手段１１は、ユーザ端末４（図１参照）から、光線情報として、ＣＧで作成された３次元モデルのデータを取得した場合には、生成するホログラムの仕様（例えば、要素ホログラムの大きさ（開口）、要素画像のサイズ、要素画像の個数、総画素数、画素ピッチ（サンプリング間隔））に合わせて、要素画像を作成する。
なお、ホログラム生成装置１が生成するホログラムの仕様の各パラメータについては、予め光線情報取得変換手段１１に設定しておく。

光線情報取得変換手段１１は、ユーザ端末４から、インテグラルフォトグラフィ等の手法により、実写映像による光線情報を取得した場合は、その光線情報を、生成するホログラムの仕様に合わせて変換処理を実行することにより要素画像を生成する。

この変換処理は、インテグラルフォトグラフィ等の手法を用いた場合に、レンズアレイを構成する要素レンズの数によって決まる光線情報（要素画像）の数と、生成しようとするホログラムの画素数とが異なる場合に、仮に生成しようとするホログラムの画素数の方が大きいとすると、単に、光線情報（要素画像）を拡大しただけでは、要素画像のサイズは増加するが、要素画像の数は変化しない。即ち、解像度は変わらず、拡大表示した分、画像の粗さが目立つだけになることに対応するための処理である。

光線情報取得変換手段１１は、この変換処理を、公知の手法（例えば、特開2013-3396号公報に記載の手法）を用いて行う。
特開2013-3396号公報には、インテグラルフォトグラフィを用いて、レンズアレイを構成する各要素レンズにより撮影された各要素画像について、以下の処理を実行する。
各要素画像から同じ角度の光線の情報を持つ画素を集めて１つの画像とする。そしてこれらの画像を、それぞれ画像補間（既知の、ニアレストネイバー法、バイリニア法、バイキュービック法）を用いて任意の画素数に拡大（または縮小）し、各画素をそれぞれ元のインテグラルフォトグラフィの画像中の対応する位置に戻す。このときの位置関係は、初めに集められた画素については元々と同じ状態を保つものとし、補間されて生成された光線の情報を持つ画素については、その補間の元となる画素（集められた画素）を持つ要素画像の間に新たな要素画像を生成し、その中の画素として配置する。このようにすることで、要素画像の大きさは変わらないが、要素画像の数が増える（または減る）ことになり、生成するホログラムの解像度を上げることができる。

また、光線情報取得変換手段１１は、奥行きの深い複数の被写体を対象にする場合には、公知の物体間の隠面処理を行う（例えば、非特許文献２参照：Koki Wakunami, Masahiro Yamaguchi,“Calculation for computer generated hologram using ray-sampling plane,”Optics Express, Vol.19, Issue 10, pp.9086-9101(2011)）。隠面処理を行うためには、後方から伝搬する波面を前方の物体表面で遮蔽する必要がある。この場合、光線情報取得変換手段１１は、前方および後方の被写体に対して、それぞれ光線サンプリング面を設定する。そして、光線情報取得変換手段１１は、ホログラム面から遠い方（後方）のサンプリング面を、前方のサンプリング面まで伝搬させ、そこで波面情報を光線情報に変換する。こうして得た、後方の光線情報に対して、対応する前方の光線情報を上書きすることにより、前後関係が適切な光線情報を生成でき、光線空間で隠面消去を行うことができる。
この隠面処理の手法では、サンプリングされた光線の全ての角度方向に対して隠面処理が適用されるため、遮蔽物体の形状を必要とせずに様々な観測位置に対して正確なオクルージョンを実現できる。

光線波面変換手段１２は、上記した図５の処理［２］（光線情報の波面情報への変換処理）を実行する。
光線波面変換手段１２は、例えば、公知の角スペクトル法に基づき、要素画像毎に、当該要素画像の強度情報を用いてフーリエ変換処理を実行することにより、光線情報を波面情報（複素振幅）に変換することができる。これを、光線サンプリング面Ｐ_１の各要素画像の全てについて計算ことにより、波面サンプリング面Ｐ_２の波面情報（複素振幅分布）を求めることができる。

干渉縞計算手段１３は、波面サンプリング面Ｐ_２からホログラム面Ｐ_３まで（図５参照）の波面伝搬を計算する。具体的には、干渉縞計算手段１３は、要素画像の複素振幅を、２次元フーリエ変換することによりホログラム面Ｐ_３の複素振幅を求めることができる（例えば、非特許文献３参照：大井隆太朗、他３名、「インテグラルフォトグラフィを入力として用いたホログラムの生成技術」、情報通信研究機構季報、国立研究開発法人情報通信研究機構、Vol.56、Nos.1/2、2010年3・6月、p.19-28）。なお、この２次元フーリエ変換は、要素画像毎に独立した１次元フーリエ変換に分解して計算することができる。そして、干渉縞計算手段１３は、計算したホログラム面Ｐ_３の複素振幅で示される物体光と参照光との干渉縞を計算することにより、ホログラムパターン（ホログラムデータ）を算出する。
また、干渉縞計算手段１３は、算出したホログラムデータを、外部装置であるホログラムプリンタ２や、外部ストレージ３に出力する。

上記のように、光線情報取得変換手段１１が生成した各要素画像の情報について、光線波面変換手段１２および干渉縞計算手段１３は、要素画像毎に独立して計算処理を実行できる。そして、干渉縞計算手段１３が、ホログラムデータを算出することが可能となる。

動作制御手段１４は、外部装置（以下、ここでは、ホログラムプリンタ２として説明する。）との間で信号を送受信することにより、ホログラム生成装置１内でのホログラム生成処理を、ホログラムプリンタ２との間で適切な処理タイミングで実行し、ホログラムデータを出力するように制御する。
なお、動作制御手段１４は、ホログラムプリンタ２が記録媒体（透明フィルム等）に記録する分割されたセル（以下、「サブホログラム」ともいう。）のサイズの情報を予め取得しておく。そして、動作制御手段１４は、この印刷（露光）時のセル（サブホログラム）のサイズと、干渉縞計算手段１３が生成する各要素画像に対応したホログラムデータ（要素ホログラム）のサイズとが異なる場合には、印刷に必要となるホログラムデータ（サブホログラムのデータ）がリアルタイムに計算されるように、光線情報取得変換手段１１、光線波面変換手段１２および干渉縞計算手段１３を制御する。

具体的には、例えば、ホログラムプリンタ２が記録媒体に記録するセル（サブホログラム）のサイズが、要素ホログラムのサイズより大きい場合、動作制御手段１４は、後記するホログラムの印刷指示を示すプリンタ制御信号（ＥＮＡ）をホログラムプリンタ２に出力するため、光線情報取得変換手段１１、光線波面変換手段１２、干渉縞計算手段１３のそれぞれが、印刷するセル（サブホログラム）に対応する複数の要素画像に関する処理を並列に実行するように制御する。これにより、ホログラム生成装置１は、ホログラムプリンタ２に対して、印刷に必要となるセル単位のホログラムデータをリアルタイムに出力することが可能となる。

以下、動作制御手段１４を詳細に説明する。
なお、動作制御手段１４は、クロック信号（ＣＬＫ）（図２参照）を受信することにより、光線情報取得変換手段１１、光線波面変換手段１２および干渉縞計算手段１３との間で同期をとっておく。

動作制御手段１４は、ホログラムプリンタ２からリクエスト信号（ＲＥＱ）（図２参照）を受信することにより、ホログラムプリンタ２が記録媒体（透明フィルム等）に記録する１つの分割されたセル（サブホログラム）に対応する１つ以上の要素画像について、処理の開始を示す制御信号（処理開始信号）を光線情報取得変換手段１１に出力する。これにより、光線情報取得変換手段１１は、３次元モデルのデータを取得し（ＤＩＮ）、要素画像を生成する。この際、光線情報取得変換手段１１は、必要に応じて、要素レンズの数等によって決まる光線情報（要素画像）の数と、生成しようとするホログラムの画素数を合わせる変換処理や、複数の被写体を対象にする場合の隠面処理を実行して要素画像を生成する。

そして、動作制御手段１４は、光線情報取得変換手段１１が実行する、ホログラムプリンタ２の印刷（露光）時における１つのセルに対応する１つ以上の要素画像についての生成処理が終了すると、次に、光線波面変換手段１２により、光線情報の波面情報への変換処理を実行させる。続いて、干渉縞計算手段１３によるホログラム面への伝搬計算処理を実行させ、１つのセルに対応する１つ以上の要素画像についてのホログラムデータを算出する。そして、干渉縞計算手段１３が、算出したホログラムデータを、ホログラムプリンタ２に出力する（ＤＯＵＴ）。

動作制御手段１４は、１つのセルに対応する１つ以上の要素画像についての全てのホログラムデータが出力されると、ホログラムプリンタ２に対し、当該セルに関するホログラムデータの生成完了、つまり、ホログラムの印刷指示を示すプリンタ制御信号（ＥＮＡ）をホログラムプリンタ２に送信する。このプリンタ制御信号（ＥＮＡ）を受信することにより、ホログラムプリンタ２は、当該セルについての印刷（露光）を実行する。ホログラムプリンタ２は、印刷（露光）が完了し、次のセルについての印刷準備が完了すると、ホログラム生成装置１に対し、次のセルについてのホログラムデータの生成要求を示すリクエスト信号（ＲＥＱ）を送信する。
このように、動作制御手段１４は、ホログラムプリンタ２が印刷するセルに対応する要素画像についてのホログラムデータを、光線情報取得変換手段１１、光線波面変換手段１２、干渉縞計算手段１３を制御し適宜計算させ、ホログラムプリンタ２に出力させることができる。

＜動作制御手段１４の処理＞
次に、この動作制御手段１４の処理に基づく、光線情報取得変換手段１１、光線波面変換手段１２、干渉縞計算手段１３の各処理の並列化について、図３の状態遷移図を参照して説明する。

動作制御手段１４は、ホログラムプリンタ２との同期をとるため、大きく分けて次の３つの状態を遷移し処理を実行する。ただし、後記するように、動作制御手段１４は、（状態１）の待機状態とならないようにすることにより、リアルタイム性を高める制御を行う。
なお、図３に示す「ＲＥＱ＝０」はリクエスト信号を受信していない状態、「ＲＥＱ＝１」はリクエスト信号を受信している状態を示す。また、「ＥＮＡ＝０」はプリンタ制御信号を送信しない状態、「ＥＮＡ＝１」はプリンタ制御信号を送信する状態を示す。

（状態１：待機状態）…＜ＲＥＱ＝０，ＥＮＡ＝０＞
（状態１）は、初期状態、若しくは、ホログラムプリンタ２にプリンタ制御信号（ＥＮＡ）を出力し終え、動作制御手段１４が、ホログラムプリンタ２から次のリクエスト信号（ＲＥＱ）を受信するまでの状態である（ステップＳ１：待機状態）。動作制御手段１４は、リクエスト信号を受信すると、処理の開始を示す制御信号（処理開始信号）を光線情報取得変換手段１１に出力する。

（状態２：ホログラムデータ生成状態）…＜ＲＥＱ＝１，ＥＮＡ＝０＞
（状態２）は、動作制御手段１４が、光線情報取得変換手段１１、光線波面変換手段１２、干渉縞計算手段１３に対し、各処理を実行させることによりホログラムデータを生成させる状態である。ホログラム生成装置１は、上記のように、１つ以上のセルに対応する１つ以上の要素画像について、光線情報取得変換手段１１、光線波面変換手段１２および干渉縞計算手段１３が、並列に処理することができる。これに加えて、光線情報取得変換手段１１、光線波面変換手段１２、干渉縞計算手段１３の処理それぞれは、要素画像毎に独立して計算処理することが可能である。よって、各処理間も並列化することができる。

（状態２）では、光線情報取得変換手段１１が動作制御手段１４から処理開始信号を受け取ることにより、光線情報取得変換手段１１の３次元モデルのデータ取得（ＤＩＮ）（ステップＳ２−１）、同じく光線情報取得変換手段１１による要素画像の生成処理（ステップＳ２−２）、光線波面変換手段１２の光線情報の波面情報への変換処理（ステップＳ２−３）、干渉縞計算手段１３のホログラム面への伝搬計算処理（ステップＳ２−４：干渉縞計算処理）、同じく干渉縞計算手段１３によるホログラムデータの出力（ＤＯＵＴ）（ステップＳ２−５）を順次実行していく。

（状態３：ホログラム印刷指示）…＜ＲＥＱ＝０，ＥＮＡ＝１＞
（状態３）は、干渉縞計算手段１３が、ホログラムデータの出力（ＤＯＵＴ）（図２参照）を完了したことにより（状態２）から遷移し、動作制御手段１４が、ホログラムプリンタ２に対して、ホログラムの印刷指示を示すプリンタ制御信号（ＥＮＡ）を出力するまでの状態である。このとき、動作制御手段１４は、次に印刷指示を出そうとしているセルのホログラムデータについて、ホログラムプリンタ２からリクエスト信号（ＲＥＱ）を受信しているか否かを確認し、受信している場合に、そのリクエスト信号（ＲＥＱ）に対応するセルの印刷指示を示すプリンタ制御信号（ＥＮＡ）をホログラムプリンタ２に送信する（ステップＳ３）。

また、動作制御手段１４は、ホログラムプリンタ２にプリンタ制御信号（ＥＮＡ）を送信すると、ホログラムプリンタ２からのリクエスト信号を待たずに、次のセル（次の印刷用ホログラムデータ）についての処理開始信号を光線情報取得変換手段１１に出力する（ステップＳ４）。これにより、光線情報取得変換手段１１、光線波面変換手段１２、干渉縞計算手段１３の各処理を開始させる。動作制御手段１４は、ホログラムプリンタ２からリクエスト信号を受信する前に、次のセル（次の印刷用のホログラムデータ）の処理開始指示を出力しておくことにより、（状態１）の待機状態を削減し、時間的なロスを低減してリアルタイム性をより高めることができる。

このように、本実施形態に係るホログラム生成装置１によれば、ホログラムプリンタ２の印刷に適したホログラムデータの生成処理を、光線情報取得変換手段１１、光線波面変換手段１２、干渉縞計算手段１３のそれぞれが、要素画像毎に独立して計算することが可能である。よって、各処理を並列化して実行することができる。また、ホログラム生成装置１の処理は、データの入力からホログラムデータの出力までの流れが１方向であり、従来技術のような各処理間での余分な通信は発生しない。よって、本実施形態に係るホログラム生成装置１によれば、ホログラム生成に必要となるデータを、効率良くリアルタイムに生成することができる。

（本実施形態の変形例）
次に本実施形態に係るホログラム生成装置１の変形例について説明する。
本実施形態に係るホログラム生成装置１は、外部装置としてホログラムプリンタ２と接続し、ホログラムプリンタ２の印刷をリアルタイムに実行できるものとして説明した。本実施形態の変形例に係るホログラフィックプロジェクションシステム２００（図４参照）においては、ホログラム生成装置１をホログラムスクリーン（後記する、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶ディスプレイ））に接続し、リアルタイムに投影して再生像を生成するものである。
図４は、本実施形態に係るホログラム生成装置１を含むホログラフィックプロジェクションシステム２００の全体構成を示す図である。ホログラフィックプロジェクションシステム２００は、ホログラム生成装置１と、ユーザ端末４と、光源２１と、反射型ＬＣＤ２３を有する空間光変調器２２と、ピンホールフィルタ２４と、コリメータレンズ２５と、ビームスプリッタ２６と、レンズ２７とを備える。
なお、本実施形態の変形例に係るホログラフィックプロジェクションシステム２００においては、ＬＣＤを反射型ＬＣＤ２３として構成する例で説明するが、透過型ＬＣＤを用いてホログラフィックプロジェクションシステム２００を構成することもできる。

図４に示すように、ホログラム生成装置１を、反射型ＬＣＤ２３を有する空間光変調器２２に接続する。そして、ホログラム生成装置１から出力されたホログラムデータ（干渉縞）を、空間光変調器２２により反射型ＬＣＤ２３に表示させ、光源２１からの入射光を回折させることにより、３次元映像を再生する。ホログラム生成装置１は、例えば、ＣＧで作成された動きのある３次元データ（例えば、鳥が羽ばたく様子などの被写体に動きのある３次元データ）をユーザ端末４から取り込んで、本実施形態で説明したように、各処理を並列化してホログラムデータを生成する。これにより、ホログラム生成装置１は、リアルタイムにホログラムデータを空間光変調器２２に出力し、動きのあるホログラムの再生像を生成することができる。

このホログラム生成装置１は、ＬＣＤの仕様に基づき、総画素数や要素ホログラムのサイズ、画素ピッチ等を調整して、ホログラムデータを生成し空間光変調器２２に出力する。また、ホログラム生成装置１は、ホログラムデータの生成に際して、クラウドサービスを利用しないローカルな環境で処理を実行し、かつ、ホログラムデータ生成のための各処理を並列化して実行することができる。よって、本実施形態の変形例に係るホログラフィックプロジェクションシステム２００によれば、動きのあるホログラムをリアルタイムの再生することが可能となる。

１ ホログラム生成装置
２ ホログラムプリンタ
３ 外部ストレージ
４ ユーザ端末
５ 被写体
１１ 光線情報取得変換手段
１２ 光線波面変換手段
１３ 干渉縞計算手段
１４ 動作制御手段
２１ 光源
２２ 空間光変調器
２３ 反射型ＬＣＤ
１００ ホログラム生成システム
２００ ホログラフィックプロジェクションシステム

Claims (3)

1. 被写体からの光線をサンプリングする光線サンプリング面を設定してホログラムを計算するホログラム生成装置であって、
   被写体の３次元モデルから得られる異なる角度の光線情報を取得し、生成しようとするホログラムの仕様に合わせて、前記光線サンプリング面における、所定のサイズおよび所定の個数の要素画像を作成する光線情報取得変換手段と、
   作成した要素画像毎に、前記光線サンプリング面の光線情報を波面サンプリング面の波面情報に変換する光線波面変換手段と、
   前記波面サンプリング面からホログラムを再生するホログラム面までの波面伝搬を前記要素画像毎に計算し、前記波面伝搬の計算で得られた物体光と参照光との前記ホログラム面上での干渉縞を計算してホログラムデータを算出し、前記算出したホログラムデータをホログラムプリンタに出力する干渉縞計算手段と、
   前記ホログラムプリンタが前記ホログラムデータを用いて一度に記録する分割されたホログラムを示すセルのサイズと、前記光線情報取得変換手段が作成する前記要素画像の所定のサイズとを比較し、前記セルのサイズの方が大きい場合に、前記セルのサイズに合わせて対応する複数の要素画像を設定し、前記ホログラムプリンタからの一つの前記セルに関する前記ホログラムデータの生成要求に対応する前記設定した複数の要素画像について、前記光線情報取得変換手段、前記光線波面変換手段、前記干渉縞計算手段のそれぞれが並列処理するように制御する動作制御手段と、を備え、
   前記動作制御手段は、前記設定した複数の要素画像について算出したホログラムデータを前記干渉縞計算手段が前記ホログラムプリンタに出力すると、次に記録するセルの前記生成要求を前記ホログラムプリンタから受信する前に、当該次に記録するセルに対応する前記複数の要素画像についての、前記光線情報取得変換手段、前記光線波面変換手段、前記干渉縞計算手段それぞれの処理を実行させること、
   を特徴とするホログラム生成装置。
2. コンピュータを、請求項１に記載のホログラム生成装置として機能させるためのホログラム生成プログラム。
3. 請求項１に記載のホログラム生成装置と、液晶ディスプレイを有する空間光変調器とを備えるホログラフィックプロジェクションシステムであって、
   前記ホログラム生成装置は、時系列に変化する被写体の３次元データを取り込んで生成したホログラムデータを前記空間光変調器に出力し、
   前記空間光変調器は、取得した時系列に変化するホログラムデータを前記液晶ディスプレイに表示させ、光源からの入射光を回折させることにより、動きのあるホログラムを再生する
   ことを特徴とするホログラフィックプロジェクションシステム。

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