KR100750472B1 - 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템의 마크 검출방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 행 방향으로 n픽셀(예로, 8픽셀) 단위 묶음으로 세기의 합을 계산한 최대 위치와, 기준 패턴 벡터와 리트라이브된(retrieved) 패턴 벡터와의 차이의 절대값을 계산한 최소 위치를 기반으로 이미지 데이터의 시작 열과 시작 행인 시작 위치를 추정하기 위한 것으로, 이를 위한 본 발명은 마크 패턴의 행 방향으로 임의의 픽셀 단위 묶음으로 세기의 합을 계산하는 제1단계와, 마크 패턴의 기준 패턴 벡터와 리트라이브된(retrieved) 패턴 벡터와의 차이의 절대값을 계산하는 제2단계와, 제1단계에 의해 계산된 세기의 합에 해당되는 최대 위치와, 제2단계에 의해 계산된 절대값에 해당되는 최소 위치를 기반으로 정보 영역인 이미지 데이터의 시작 열과 시작 행에 대한 위치를 추정하는 단계를 포함한다. 따라서, 재생 이미지의 정보 영역의 위치가 바뀔 때 고속으로 전송되는 이미지 데이터로부터 기존 메모리 버퍼 없이 선형 계산만으로 정보 영역의 위치를 찾을 수 있는 효과를 갖고 있다.

Description

홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템의 마크 검출방법{METHOD FOR DETECTING IN HOLOGRAPHIC DIGITAL DATA STORAGE SYSTEM}
도 1은 종래 프레임 마크와 특정 패턴 마크의 패턴을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 HDDS의 마크 검출방법을 위한 개략적인 블록 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 특정 패턴을 갖는 마크를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 특정 패턴을 갖는 마크 외에 이미지 데이터가 검출된 도면,
도 5는 본 발명에 따른 8픽셀 단위로 정보를 처리할 경우, 세기의 합을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 벡터와의 차를 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 광원 102 : 광 분리기
104, 110 : 셔터 106, 112 : 반사경
108 : 액츄에이터 114 : 공간 광 변조기
116, 122 : 광학 렌즈 118 : Optical aperture
120 : 저장매체 124 : CCD
126 : 마이컴
본 발명은 홀로그래픽 디지털 데이터 저장 시스템(Holographic Digital Data Storage System, HDDS)의 마크 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 행 방향으로 n픽셀(예로, 8픽셀) 단위 묶음으로 세기의 합을 계산한 최대 위치와, 기준 패턴 벡터와 리트라이브된(retrieved) 패턴 벡터와의 차이의 절대값을 계산한 최소 위치를 기반으로 이미지 데이터의 시작 열과 시작 행인 시작 위치를 추정할 수 있는 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, HDDS는 데이터 기록/재생의 원리상 체적 홀로그램 원리를 이용하는 페이지 지향적인 메모리(Page-oriented Memory) 입출력 방식으로서, 병렬 데이터 처리 방식을 사용하여 입출력 속도를 1Gbps 이상으로 초고속화 시킬 수 있으며, 기계적인 구동부를 배제한 시스템 구성이 가능하여 데이터 접근 시간도 100㎲ 이하로 매우 빠르게 구현할 수 있는 차세대 메모리 시스템이다.
이러한 HDDS는 대상 물체로부터의 신호광과 기준광을 서로 간섭시킬 때 발생하는 간섭 무늬를 간섭 무늬의 강도(Amplitude)에 민감하게 반응하는 크리스탈(crystal)등의 저장매체에 기록하는 것이다. 즉, HDDS는 기준광의 각도를 변화시키는 방법에 의해 신호광의 강도 및 위상까지 기록하여 대상 물체의 3차원 상을 표시할 수 있으며, 또한 2진 데이터로 된 페이지(page) 단위로 구성되는 수백에서 수천 개의 홀로그래픽 디지털 데이터를 홀로그래픽 기록매체에 기록할 수 있다.
한편, HDDS는 홀로그래픽 저장매체에 기록된 홀로그래픽 디지털 데이터를 재생할 경우, 광원에서 분리된 신호광을 차단하고, 기준광 만을 편향시켜 홀로그래픽 저장매체에 조사함으로서, 기록된 간섭 무늬가 재생용 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀 명암으로 구성되는 한 페이지의 2진 데이터인 정보 이미지로 복조되어 원래의 홀로그래픽 디지털 데이터를 재생할 수 있는 것이다. 여기서, 홀로그래픽 저장매체에 기록된 홀로그래픽 디지털 데이터를 재생하는 재생용 기준광은 실질적으로 저장매체에 홀로그래픽 디지털 데이터를 기록할 때 적용했던 기준광과 동일한 각도를 갖도록 조사한다.
보다 상세하게 설명할 경우, HDDS는 홀로그래픽 디지털 데이터를 홀로그래픽 기록매체에 기록하는 모드 시, 광원에서 발생한 레이저광을 기준광과 신호광으로 분리시키고, 이중 신호광을 외부 입력 데이터에 따라 픽셀들의 명암을 이루는 2진 데이터로 변조하며, 변조된 신호광과 기 설정된 편향각으로 반사된 기준광을 서로 간섭시켜 얻어지는 간섭 무늬를 입력 데이터에 대응하는 홀로그래픽 디지털 데이터로써 홀로그래픽 저장매체에 기록하는 것이다. 이때, 홀로그래픽 디지털 데이터는 홀로그래픽 저장매체에 기록될 때 중첩(다중화)되어 기록된다. 여기서, 중첩 기록 방식은 각도 중첩, 파장 중첩, 위상 부호 중첩 등이 있다.
이후, HDDS는 재생모드 시, 홀로그래픽 저장매체에 기록된 페이지 단위의 영상 정보를 검출기(detector)인 CCD를 이용하여 복원한다. 이때, 복원된 영상 정보에서 위치 정보를 추정하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임 마크(S5)와 특정 패턴 마크(S6)의 패턴이 사용된다.
다시 말하여, CCD에 의하여 복원된 영상 정보 영역의 바깥 경계에 온 픽셀 어레이 프레임(On pixel array frame) 마크(S5)를 두는 방법을 이용하여 위치 정보를 추정할 수 있으며, 또한 영상 정보 복원 시 전체, 혹은 상-좌 코너(upper-left corner) 일부나 하-우 코너(lower-right corner) 일부만을 제한적으로 이용하여 수평, 수직 방향으로 특정 패턴 마크(S6) 각각의 세기의 합을 구하고, 구한 세기의 합이 가장 큰 수평, 수직 위치를 프레임 위치로 추정하는 방법을 사용하여 위치 정보를 추정할 수 있다.
그러나, 상기와 같은 경우 검출 CCD에서 각 열의 정보가 선형적으로 출력되므로 수평, 수직 방향의 세기의 합을 구하기 위해서는 일정 영역의 영상 정보를 메모리에 기록, 혹은 버퍼링하면서 그 세기의 합을 구해야 하는데, 이와 같이 기록, 혹은 버퍼링하기 위한 메모리를 항상 사용하므로 메모리를 과 사용하게 되는 문제점이 있다.
또한, 위치 정보를 추정할 때 정확도를 높이기 위하여 2차원 특정 패턴을 갖는 마크를 사용하여 검출할 수도 있는데, 이러한 검출 방법으로 상관도를 계산하여 위치 정보를 추정할 경우, 상관도를 계산하는 과정이 매우 복잡하다는 문제점을 갖는다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 행 방향으로 n픽셀(예로, 8픽셀) 단위 묶음으로 세기의 합을 계산한 최대 위치와, 기준 패턴 벡터와 리트라이브된(retrieved) 패턴 벡터와의 차이의 절대값을 계산한 최소 위치를 기반으로 이미지 데이터의 시작 열과 시작 행인 시작 위치를 추정할 수 있는 HDDS의 마크 검출방법을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에서 HDDS의 마크 검출방법은 마크 패턴의 행 방향으로 임의의 픽셀 단위 묶음으로 세기의 합을 계산하는 제1단계와, 마크 패턴의 기준 패턴 벡터와 리트라이브된(retrieved) 패턴 벡터와의 차이의 절대값을 계산하는 제2단계와, 제1단계에 의해 계산된 세기의 합에 해당되는 최대 위치와, 제2단계에 의해 계산된 절대값에 해당되는 최소 위치를 기반으로 정보 영역인 이미지 데이터의 시작 열과 시작 행에 대한 위치를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시 예는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다. 이 기술 분야의 숙련자라면 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 잘 이해하게 될 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 HDDS의 마크 검출방법을 위한 개략적인 블록 구성도로서, 홀로그래픽 디지털 데이터를 홀로그래픽 저장매체(120)에 기록하며, 저장매체(120)에 기록된 홀로그래픽 디지털 데이터를 CCD(124)를 통하여 재생하는 과정에 대하여 설명한다.
즉, 광 분리기(102)는 광원(100)으로부터 입사되는 레이저광을 기준광과 신호광으로 분기시킨 후, 기준광을 수직 편광의 기준 광 처리 경로(S1)를 통해 홀로 그래픽 저장매체(120)에 제공하고, 분기된 신호광을 물체 광 처리 경로(S2)를 통해 최종적으로 홀로그래픽 저장매체(120)에 제공한다. 즉, 광 분리기(102)로부터 분기되어 셔터(104)의 개구를 통해 입사되는 수직 편광된 기준광은 광학 렌즈(도시되지 않음) 등을 통해 조정되고 임의의 크기로 확장되며, 반사경(106)에 의해 기 설정된 소정 각도로 편향되어 홀로그래픽 저장매체(120)로 입사된다. 여기서, 기록 또는 재생 시에 이용되는 기준광은 각 페이지 단위의 2진 데이터를 홀로그래픽 저장매체(120)에 기록할 때마다 액츄에이터(108)를 이용해 반사경(106)을 회전시켜 그 편향각도(θ)를 변화시키는 방법으로 제어하는데, 이러한 기준광 편향 기법을 통해 수백 내지 수천 개의 홀로그램 디지털 데이터를 홀로그래픽 저장매체(120)에 기록하거나 혹은 기록된 홀로그램 디지털 데이터를 재생할 수 있다.
광 분리기(102)로부터 분기되어 셔터(110)의 개구를 통해 입사되는 신호광은 신호광 처리 경로(S2)상에서 반사경(112) 및 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM)(114)가 신호광의 출사 방향으로 순차적으로 구비되어 있는데, 셔터(110)는 기록모드 시에는 개방 상태를 유지하고, 재생모드 시에는 차단 상태를 유지한다. 광 분리기(102)로부터 분기되어 셔터(110)의 개구를 통해 입사되는 신호광은 반사경(112)의 반사를 거쳐 소정의 편향 각으로 반사된 후 SLM(114)으로 전달된다.
이어서, SLM(114)은 반사경(112)으로부터 전달되는 신호광을 픽셀들이 이루는 명암으로 이루어진 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조(예컨대, 입력 데이터가 영상의 한 프레임 단위로 된 화상 데이터일 때 SLM(114)으로 입사되는 신호광은 한 프레임 단위의 신호광으로 변조)시킨 후, 기준 광 처리 경로(S1)의 반사경(106)을 거쳐 입사되는 기준광과 동기를 맞추면서 광학 렌즈(116) 및 Optical aperture(118)를 통해 홀로그래픽 저장매체(120)에 입사하도록 한다.
이에, 홀로그래픽 저장매체(120)에서는 기록모드 시에, SLM(114)으로부터 제공되는 2진 데이터의 페이지 단위로 변조된 신호광과 이에 대응하는 편향각도(θ)를 가지고 반사경(106)을 거쳐 입사되는 기록용 기준광 간의 간섭을 통해 영상 정보 영역의 홀로그래픽 디지터 데이터가 기록된다.
이때, 홀로그래픽 저장매체(120)에 기록되는 영상 정보 영역 바깥쪽에 도 3에 도시된 바와 같은 특정 패턴을 갖는 마크를 기록한다. 즉, 특정 패턴을 갖으면서 기록되는 마크는 n픽셀(예로, 8픽셀) 단위로 정보를 처리하는 경우의 패턴 예로서, 행 방향 위치 추정을 위한 15픽셀 길이의 라인 마크(S3)와 열 방향 위치 추정을 위한 8픽셀의 특정 형태의 기준 벡터(reference vector)(S4)를 배열한 형태를 갖도록 기록한다. 여기서, 특정 패턴을 갖으면서 기록되는 마크의 픽셀은 6픽셀 내지 80픽셀의 범위 내에 속하는 픽셀이다.
다음으로, 홀로그래픽 저장매체(120)에 기록된 홀로그래픽 디지털 데이터를 재생하는 경우, 신호광 처리 경로(S2)측의 셔터(110)는 차단되고, 기준광 처리 경로(S1)측의 셔터(104)는 개방 상태로 제어한다. 그러면 광 분리기(102)로부터 분기된 기준광, 즉 재생용 기준광은 반사경(106)을 거쳐 반사되어 홀로그래픽 저장매체(120)로 조사되며, 그 결과 홀로그래픽 저장매체(120)에서는 재생용 기준광에 의해 기록된 간섭 무늬가 입사된 재생용 기준광을 회절시켜 원래의 픽셀 명암으로 구성 되는 한 페이지의 2진 데이터로 복조되며, 복조된 재생 이미지 데이터는 광학 렌즈(122) 및 CCD(124)를 거쳐 복원되는 것이다.
이때, CCD(124)를 거쳐 복원되는 이미지 데이터는 도 3에서의 행 방향으로의 픽셀 단위, 혹은 픽셀 묶음 단위(S3-1, S3-2, S3-3)로 출력되어 지는데, 기록 시에 8픽셀 단위로 정보를 처리한다고 가정하였기 때문에, 마이컴(126)에 의해 행 방향으로 8픽셀 단위로 세기의 합을 계산한다.
즉, 도 5를 참조하면, 마이컴(126)에 의해 행 방향으로 8픽셀 단위 묶음(S3-1, S3-2, S3-3)으로 세기의 합을 계산한 도면으로서, 3번째 열과 2번째 픽셀 묶음(S3-2)의 최대 위치(S4)가 계산되며, 이 계산된 최대 위치(S4)와 이에 해당되는 값을 레지스터에 업데이트한다.
다음으로, 마이컴(126)은 도 3에 도시된 기준 패턴 벡터와 도 4에 도시된 리트라이브된(retrieved) 패턴 벡터와의 차이의 절대값을 계산한다.
즉, 도 6을 참조하면, 마이컴(126)에 의해 기준 패턴 벡터와 리트라이브된(retrieved) 패턴 벡터와의 차이의 절대값을 계산한 도면으로서, 12번째 열과 2번째 픽셀 묶음(S3-2)에서 최소 위치(S7)가 계산되며, 이 계산된 최소 위치(S7)와 이에 해당되는 값을 레지스터에 업데이트한다.
이후, 마이컴(126)은 도 5 및 도 6을 기반으로 계산되어 레지스터에 업데이트된 세기 합의 최대 위치(S4)와, 벡터와의 차이의 절대값에 대한 최소 위치(S7)를 기반으로 CCD(124)를 거쳐 복원되는 이미지 데이터의 시작 위치를 추정할 수 있다.
즉, 이미지 데이터의 시작 열은 세기 합의 최대 위치(S4)가 3번째 열로부터 11픽셀 떨어진 위치를 살펴보면 도 3과 도 4 모두 14번째 열(S8, S8-1)이 된다. 그리고, 이미지 데이터의 시작 행은 두번째 두 기준의 열의 차, 예컨대, 도 6에서와 같이 계산된 12번째 열에서 도 5에서와 같이 계산된 3번째 열의 차이를 계산하면 9이며, 단위 묶음이 8픽셀이라고 가정한 것에 2픽셀을 더한 10픽셀에서 두 기준열의 차이인 9를 감하면 1(한 칸)이 됨에 따라 기준마크(S11)가 포함된 전체 마크에서 한 칸 떨어진 위치를 살펴보면 도 4에서는 18번째 행(S9-1)이 되며, 도 3에서는 21번째 행(S9)이 된다.
다시 말하여 도 3에서는 14번째 열(S8)과 21번째 행(S9)을 통해 최종 이미지 데이터의 시작 위치(S10)를 추정할 수 있으며, 도 4에서는 14번째 열(S8-1)과 18번째 행(S9-1)을 통해 최종 이미지 데이터의 시작 위치(S10-1)를 추정할 수 있다.
따라서, 행 방향으로 8픽셀 단위 묶음으로 세기의 합을 계산한 최대 위치와, 기준 패턴 벡터와 리트라이브된(retrieved) 패턴 벡터와의 차이의 절대값을 계산한 최소 위치를 기반으로 이미지 데이터의 시작 열과 시작 행인 시작 위치를 추정함으로써, 재생되는 이미지 데이터의 정보 영역의 위치가 바뀔 때 고속으로 전송되는 이미지 데이터로부터 기존 메모리 버퍼 없이 선형 계산만으로 정보 영역의 위치를 찾을 수 있다.
또한, 본 발명의 사상 및 특허청구범위 내에서 권리로서 개시하고 있으므로, 본원 발명은 일반적인 원리들을 이용한 임의의 변형, 이용 및/또는 개작을 포함할 수도 있으며, 본 명세서의 설명으로부터 벗어나는 사항으로서 본 발명이 속하는 업계에서 공지 또는 관습적 실시의 범위에 해당하고 또한 첨부된 특허청구범위의 제 한 범위 내에 포함되는 모든 사항을 포함한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 2차원 상에서 마크의 위치를 추정하기 위하여 세기의 합 최대 위치와 마크에 적용된 벡터와의 차이의 절대값인 최소 위치를 이용하여 정보 영역인 이미지 데이터의 시작 위치를 추정함으로써, 재생 이미지의 정보 영역의 위치가 바뀔 때 고속으로 전송되는 이미지 데이터로부터 기존 메모리 버퍼 없이 선형 계산만으로 정보 영역의 위치를 찾을 수 있는 효과를 갖고 있다.

Claims (4)

  1. HDDS의 마크 검출방법에 있어서,
    상기 마크 패턴의 행 방향으로 임의의 픽셀 단위 묶음으로 세기의 합을 계산하는 제1단계와,
    상기 마크 패턴의 기준 패턴 벡터와 리트라이브된(retrieved) 패턴 벡터와의 차이의 절대값을 계산하는 제2단계와,
    상기 제1단계에 의해 계산된 세기의 합에 해당되는 최대 위치와, 상기 제2단계에 의해 계산된 절대값에 해당되는 최소 위치를 기반으로 정보 영역인 이미지 데이터의 시작 열과 시작 행에 대한 위치를 추정하는 제3단계
    를 포함하는 HDDS의 마크 검출방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시작 열은, 세기 합의 최대 위치가 3번째 열로부터 11픽셀 떨어진 14번째 열의 위치인 것을 특징으로 하는 HDDS의 마크 검출방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 임의의 픽셀은, 6픽셀 내지 80픽셀의 범위 내에 속하는 것을 특징으로 하는 HDDS의 마크 검출방법.
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