KR100910642B1 - 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상복원 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법 및 장치가 제시된다. 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 장치가 수행하는 영상 복원 방법에 있어서, 대상 물체로부터 홀로그램 패턴을 생성하는 단계; 상기 생성된 홀로그램 패턴을 분할하여 서브 홀로그램을 생성하는 단계; 상기 생성된 서브 홀로그램을 복원하여 서브 복원 영상을 생성하는 단계; 상기 생성된 서브 복원 영상의 동일 좌표에 대응하는 영상을 추출하여 요소 영상을 생성하는 단계; 상기 생성된 요소 영상을 배열하여 요소 영상 어레이를 생성하는 단계; 및 상기 요소 영상 어레이를 이용하여 집적 영상 방식에 따라 상기 대상 물체의 3차원 영상을 재생하는 단계를 포함하는 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법이 제시될 수 있다.

홀로그램, 집적 요소 영상, 3D

Description

홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법 및 장치{Method for reproducing hologram 3D image by integral imaging scheme and Apparatus thereof}

본 발명은 집적 영상 복원 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 3차원 영상과 영상 재생 기술에 관한 연구들이 활발히 진행되고 있으며, 시각 정보의 수준을 한 차원 높여주는 새로운 개념의 실감 영상 미디어로서 차세대 디스플레이가 개발될 것으로 예상되고 있다. 또한, 3차원 영상은 2차원 영상 보다 실감 있고 자연스러우며 보다 인간이 느끼는 현실에 가까워 3차원 영상에 대한 수요가 증가하고 있다.

3차원 영상 재생 기술은 관측자에게 평면 이미지가 아니라 입체감 있고 실감 있는 3차원 입체 영상을 느낄 수 있도록 입체 영상을 표시하는 기술이다. 현재 3차원 입체 영상을 재생하기 위한 방법에는 스테레오스코피(stereoscopy), 홀로그래피 (holography), 집적 영상(integral imaging) 방식 등 여러 가지 기술이 연구 개발되고 있다.

이중에서 홀로그래피 방식은 홀로그래피에 광원을 비추면 관측자는 홀로그래피의 전면으로부터 일정한 거리를 두고 떨어져 홀로그래피를 바라보면서 허상의 입체 영상을 관측하게 되는 방식이다.

홀로그래피 방식은 레이저를 이용하여 제작한 홀로그래피를 관측시 특수 안경을 장착하지 않고도 실물과 똑같은 입체 영상을 느낄 수 있는 방식이다. 따라서 홀로그래피 방식은 입체감이 뛰어나며 인간이 피로감이 없이 3차원 영상을 느끼는 가장 이상적인 방식이라고 알려져 있다.

그러나 홀로그래피 방식은 암실에서 레이저를 이용하여 홀로그램을 합성해야 할 뿐만 아니라 사용하는 광원이 제한적이고 먼 거리의 객체를 표현하는데 문제점을 가지고 있다. 또한, 홀로그래피 방식은 기존 방식의 과도한 정보량으로 인하여 실시간적 전송 및 영상 재생이 어려워 실질적인 응용이 크게 제한되고 있다.

한편, 집적 영상 방식은 립만(Lippmann)에 의해 1908년에 처음 제안되었다. 일반적으로 집적 영상 기술은 크게 영상 획득 단계(픽업)와 영상 재생 단계로 나뉘어 진다.

영상 획득 단계(픽업)는 이미지 센서와 같은 2차원 감지기와 렌즈 어레이로 구성되며, 이때 3차원 객체는 렌즈 어레이 앞에 위치한다. 그러면 3차원 객체의 다양한 영상정보들이 렌즈 어레이를 통과한 후 2차원 감지기에 저장된다.

이때 저장된 영상은 요소 영상으로서 3차원 재생을 위해 이용된다. 이후 집 적 영상 기술의 영상 재생 단계는 영상 획득 단계(픽업)의 역과정으로, 액정 표시 시스템과 같은 영상 재생 시스템과 렌즈 어레이로 구성된다. 여기서, 영상 획득 과정(픽업)에서 얻은 요소 영상은 영상 재생 시스템에 표시되고, 요소 영상의 영상 정보는 렌즈 어레이를 통과하여 공간상에 3차원 영상으로 재생되게 된다.

집적 영상을 복원하는 방식에는 광학적 집적 영상 복원 방식과 컴퓨터적 집적 영상 복원 방식이 있다. 광학적 집적 영상 복원 방식은 회절과 수차 등과 같은 광학적 장치의 물리적인 제한에 의해 야기된 요소 영상들간의 불충분한 오버랩과 디스플레이 된 3차원 영상의 저하된 화질로 인해 저해상도의 3차원 영상이 디스플레이 되는 문제점을 가지고 있다. 이러한 결점을 보완하기 위해 기하광학의 디지털 시뮬레이션을 통하여 컴퓨터로 3차원 영상을 복원할 수 있는 컴퓨터적 집적 영상 복원 방식이 있다.

또한, 최근에 상술한 홀로그래피 기법을 이용하여 3차원 물체를 획득한 후 집적영상 기술을 이용하여 디스플레이 하는 기법이 제안되었다. 즉, 이 기술에 따르면, 3차원 영상을 디지털 홀로그래피 기술을 이용하여 획득한 후 이 획득된 홀로그램을 각각의 깊이에 대하여 복원을 한다. 그리고 복원된 영상으로부터 깊이 정보를 추출하여 이를 기반으로 요소영상 어레이를 생성하고 마지막으로 집적영상 기술을 이용하여 디스플레이 하였다. 하지만 이 방법은 깊이 정보가 연속적으로 있을 경우 복원 영상의 깊이의 양만큼 홀로그램을 복원해야 하고 이로 인해 정보의 양이 상당히 많아지게 되는 문제점이 있다. 또한, 복원을 드문드문 하게 되면 정보의 양이 너무 적어 복원되는 영상의 해상도가 저하되게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 간단한 영상처리를 이용하여 홀로그램 패턴을 집적 영상 방식을 이용하여 복원하는 방법 및 그 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 정보의 양을 줄일 수 있고, 영상의 해상도를 높일 수 있는 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 장치가 수행하는 영상 복원 방법에 있어서, 대상 물체로부터 홀로그램 패턴을 생성하는 단계; 상기 생성된 홀로그램 패턴을 분할하여 서브 홀로그램을 생성하는 단계; 상기 생성된 서브 홀로그램을 복원하여 서브 복원 영상을 생성하는 단계; 상기 생성된 서브 복원 영상의 동일 좌표에 대응하는 영상을 추출하여 요소 영상을 생성하는 단계; 상기 생성된 요소 영상을 배열하여 요소 영상 어레이를 생성하는 단계; 및 상기 요소 영상 어레이를 이용하여 집적 영상 방식에 따라 상기 대상 물체의 3차원 영상을 재생하는 단계를 포함하는 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법이 제시될 수 있다.

여기서, 상기 서브 홀로그램을 생성하는 단계는, 상기 생성된 홀로그램 패턴의 전체 영역을 중첩 영역 없이 분할하여 서브 홀로그램을 생성할 수 있다.

여기서, 상기 서브 홀로그램을 생성하는 단계는, 상기 생성된 홀로그램 패턴을 중첩시키면서 분할하여 서브 홀로그램을 생성할 수 있다.

여기서, 상기 요소 영상을 생성하는 단계는, 상기 서브 복원 영상을 순서대로 배열하여 서브 이미지 배열을 생성하는 단계; 및 상기 서브 이미지 배열에 포함된 각각의 서브 복원 영상의 동일 좌표에 대응하는 영상을 추출하여 요소 영상을 생성할 수 있다.

여기서, 상기 요소 영상을 생성하는 단계는, 상기 서브 복원 영상 중 대상 물체 영역을 추출하는 단계; 및 상기 추출된 대상 물체 영역에서 동일 좌표에 대응하는 영상을 추출함으로써 상기 요소 영상을 생성할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 대상 물체로부터 홀로그램 패턴을 생성하는 홀로그램 패턴 생성부; 상기 생성된 홀로그램 패턴을 분할하여 서브 홀로그램을 생성하는 서브 홀로그램 생성부; 상기 생성된 서브 홀로그램을 복원하여 서브 복원 영상을 생성하는 서브 복원 영상부; 상기 생성된 서브 복원 영상의 동일 좌표에 대응하는 영상을 추출하여 요소 영상을 생성하는 요소 영상 생성부; 상기 생성된 요소 영상을 배열하여 요소 영상 어레이를 생성하는 요소 영상 어레이 생성부; 및 상기 요소 영상 어레이를 이용하여 집적 영상 방식에 따라 상기 대상 물체의 3차원 영상을 재생하는 영상 재생부를 포함하는 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 장치가 제시될 수 있다.

여기서, 상기 서브 홀로그램 생성부는 상기 생성된 홀로그램 패턴의 전체 영역을 중첩 영역 없이 분할하여 서브 홀로그램을 생성할 수 있다.

여기서, 상기 서브 홀로그램 생성부는 상기 생성된 홀로그램 패턴을 중첩시키면서 분할하여 서브 홀로그램을 생성할 수 있다.

여기서, 상기 요소 영상 생성부는 상기 서브 복원 영상을 순서대로 배열하여 서브 이미지 배열을 생성하고, 상기 서브 이미지 배열에 포함된 각각의 서브 복원 영상의 동일 좌표에 대응하는 영상을 추출하여 요소 영상을 생성할 수 있다.

여기서, 상기 요소 영상 생성부는 상기 서브 복원 영상 중 대상 물체 영역을 추출하고 상기 대상 물체 영역에서 동일 좌표에 대응하는 영상을 추출함으로써 상기 요소 영상을 생성할 수 있다.

여기서, 상기 홀로그램 패턴은 컴퓨터 형성 홀로그램(CGH) 패턴일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법 및 장치는 간단한 영상처리를 이용하여 홀로그램 패턴을 집적 영상 방식을 이용하여 복원할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법 및 장치는 정보의 양을 줄일 수 있고, 영상의 해상도를 높 일 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않 는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기에 앞서 홀로그래피 기법을 이용하여 3차원 정보 획득하는 일반적인 원리 및 시스템에 대해서 먼저 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법을 이용한 3차원 정보 획득 방법을 도시한 도면이다.

홀로그램의 원리는 레이저에서 나온 광선을 2개로 나눠 하나의 광선은 직접 스크린을 비추게 하고, 다른 하나의 광선은 대상 물체에 비추는 것이다. 이때 직접 스크린을 비추는 광선을 기준파(reference waveㆍ참조광)라고 하고, 물체를 비추는 광선을 물체파(object wave)라고 한다.

물체파는 물체의 각 표면에서 반사돼 나오는 광선이므로 물체 표면에서부터 스크린까지의 거리에 따라 위상차가 각각 다르게 나타난다. 이때 변형되지 않은 기준파가 물체파와 간섭을 일으키며 생성한 간섭 무늬가 스크린에 저장된다. 이러한 간섭 무늬가 저장된 필름을 홀로그램이라고 한다.

컴퓨터적으로 생성한 홀로그램(CGH: Computer Generated Hologram, 이하 'CGH'로 약칭한다.) 패턴은 픽셀들의 (x, y, z) 좌표 값과 세기 값(I)에 의해 컴퓨터 계산으로 생성된다. 컴퓨터적으로 생성한 홀로그램(CGH)은 3차원 홀로그램 영상 획득에 사용된다. 도 1에서는 홀로그램의 기하학적 계산 모형을 나타낸다. 이하에서는 이러한 CGH를 중심으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되지 않음은 물론이다.

홀로그램은 x-y평면(130)상에 위치해 있고, 물체의 P번째 점은 (xp, yp, zp)(110)에 위치한다. ap와 Φp 는 각각 점들의 세기와 위상을 나타내고 이들은 컴퓨터에 의해서 아래 수식으로 계산된다.

홀로그램에서 복소 진폭 O(x,y)는 아래 식(1)에서 나타난 것처럼 물체파의 중첩에 의해 얻을 수 있다.

(1)

여기서 p는 물체를 구성하는 점(물체점)을 나타내고, N은 물체를 구성하는 총 점의 개수이다. ap 는 물체파의 세기를 나타내고, k는 파수 벡터로써, k=2π/λ로 정의된다. λ는 자유 공간상에서의 빛의 파장이다. exp(jωt)는 식(1)에서 포함되지 않는다. rp는 홀로그램에서 p번째 물체점과 점 (x,y,0)사이의 비스듬한 거리를 나타내는 것으로써, 아래 식(2)에 의해 정의된다.

(2)

또한 평면파인 기준파의 복소 진폭 R(x,y)는 아래 식(3)과 같다.

(3)

여기서 aR과 θR 은 각각 기준파의 세기와 기준파의 입사각을 나타낸다. 홀로그램 면에서의 전체적인 격자 세기 I(x)는 물체파 O(x,y)와 기준파 R(x,y)사이의 간섭 패턴으로 식(4)에 나타냈다. *는 위상이 반대가 된다는 것을 의미한다.

(4)

식(4)에서 첫 번째 부분인

는 물체파의 세기를 나타내고, 두 번째 부분인

은 기준파의 세기를 나타낸다. 세 번째 부분

은 홀로그램 정보를 부분적으로 포함하고 있는 물체파와 기준파 사이의 간섭 패턴을 의미하며, 물체파의 공간 위치에 따른 위상 정보를 포함하고 있다.

아래 식(5)에서 홀로그램 정보는 오직 세 번째 부분인

에만 포함되어 있기 때문에 I(x,y)는 다음과 같이 표현할 수 있다.

(5)

이렇게 생성된 홀로그램 패턴은 임의적으로 분할하여 재생이 가능하다. 홀로그램 기록과정에서, 물체점은 홀로그램 패턴의 전영역에 기록된다. 즉, 물체점은 각각의 시점에서 기록된다. 그러므로 분할한 홀로그램 패턴을 재생하면 전체적인 영상이 재생된다. 이것은 수평, 수직시차를 갖고 재생된 다시점 영상이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법의 흐름도이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 장치는 단계 S210에서, 대상 물체로부터 홀로그램 패턴을 생성한다. 여기서, 대상 물체는 3차원 물체 또는 깊이가 서로 다른 복수의 물체일 수 있다.

단계 S220에서, 생성된 홀로그램 패턴을 분할하여 서브 홀로그램을 생성한 후 이를 복원하여 서브 복원 영상을 생성한다. 서브 홀로그램은 전체 홀로그램 패턴을 중복없이 분할하거나 일정 영역을 중복하여 분할함으로써 생성될 수 있다.

단계 S230에서, 서브 복원 영상을 배열하여 서브 이미지 어레이를 생성한다. 서브 이미지 어레이를 생성하는 방식은 다양할 수 있으며, 이하에서 이에 대해서 자세히 설명한다. 이후 서브 이미지 어레이에 포함된 각각의 서브 복원 영상의 동일 좌표에 대응하는 영상을 추출하여 요소 영상을 생성한다. 이렇게 생성된 요소 영상은 순서대로 배열되어 요소 영상 어레이로 생성될 수 있다.

또한, 다른 실시예에 의하면, 요소 영상은 서브 이미지 어레이를 별도로 생성하지 않고, 복원된 서브 복원 영상으로부터 직접 추출될 수도 있다. 즉, 컴퓨터적으로 홀로그램 패턴을 분할하는 경우 픽셀에 대응하는 영상은 정해져 있으므로, 서브 복원 영상을 별도로 배열하여 서브 이미지 어레이를 생성하지 않고, 각각의 서브 복원 영상으로부터 요소 영상을 추출하는 것도 가능하다.

단계 S240에서, 요소 영상 어레이를 이용하여 집적 영상 방식에 따라 대상 물체의 3차원 영상을 재생할 수 있다.

여기서, 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 장치는 상기 단계 S210을 수행하는 홀로그램 패턴 생성부, 상기 단계 S220을 수행하는 서브 홀로그램 생성부 및 서브 복원 영상부, 상기 단계 S230을 수행하는 요소 영상 생성부 및 요소 영상 어레이 생성부, 상기 단계 S240을 수행하는 영상 재생부를 포함할 수 있다. 각각의 기능부는 별도의 하드웨어가 될 수도 있고, 소프트웨어적으로 구현될 수도 있다.

이상에서 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법 을 일반적으로 도시한 흐름도를 설명하였으며, 이하에서는 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법 및 장치를 구체적인 실시예를 기준으로 설명하기로 한다. 본 발명이 이러한 실시예에 한정되지 않음은 당연하다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법을 이용한 3차원 정보 획득 시 사용된 입력 영상(310)과 깊이 영상(320)이다.

본 발명의 실시예에 사용되는 대상 물체는 "3D"라는 각각 다른 깊이를 가지는 글자이다. 즉, "3"과 "D"는 x-y평면(130)와 서로 다른 거리에 위치한다. 도 3의 깊이 영상(320)에서 "D"가 "3"보다 x-y평면(130)으로부터 더 멀리 위치한다. 여기서, 대상 물체의 물리적 크기는 8㎛이다. 또한, 대상 물체의 해상도는 픽셀수로 나타내면, 100 ㅧ 100 이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법을 이용하여 생성된 홀로그램 패턴이다. 생성된 홀로그램 패턴의 해상도는 픽셀수로 나타내면, 2000 ㅧ 2000이다. 홀로그램 패턴들은 658nm 파장의 레이저를 사용하여 계산되었다. 3차원 영상의 파면의 계산에 프레넬 원리가 이용되었고, 이 계산된 모든 포인트에 대한 패턴들을 더해주어 전체의 홀로그램 패턴이 생성되었다. 각 픽셀의 진폭과 깊이 정보는 3차원 물체의 회절 패턴의 계산에 사용되었다. 이렇게 생성된 홀로그램 패턴은 육안으로 식별이 어려운 상태의 패턴을 형성하며, 이하 같다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 각 점에 대해 홀로그래피 기법을 이용하여 3차원 정보를 획득하는 방법을 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 기준파(510), 대상 물체(520), 물체파(530), 홀로그램 평면(540)이 도시된다.

홀로그램 평면(540)에 직접적으로 투영하는 기준파(R1, R2, …, RN)(510)와 대상 물체(520)의 각 점으로부터 나오는 물체파(O1, O2, …, ON)(530)는 홀로그램 평면(540)에서 간섭하여 홀로그램을 기록한다. 여기서, 도 5는 비축(off-axis) 홀로그램을 기록하는 기하학을 나타낸다. 여기서, 비축 홀로그램을 예를 들어 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되지 않음은 당연하다. 홀로그램에서 대상 물체(520)는 자체 발광하는 점광원들의 집합으로 간주될 수 있기 때문에 대상 물체(520)의 각각의 점광원에서 출사되는 물체파(530)는 모든 방향으로 퍼지는 것으로 간주될 수 있다. 그러므로 각각의 점광원에 대한 정보가 홀로그램의 모든 영역으로 나누어져 기록되게 된다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 생성된 홀로그램 패턴을 분할하는 방법을 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따라 홀로그램 패턴을 분할하는 방법은 중첩 여부에 따라서 두가지로 나뉜다.

중첩 영역이 없는 분할 영상(610)은 홀로그램 패턴의 전체 영역을 중첩 영역 없이 분할하여 생성된 영상이다. 여기서, 분할의 크기에 본 발명이 한정되지 않음은 물론이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 분할은 물리적으로 정확히 같은 크기에 의한 분할일 필요는 없으며, 본 발명이 이루고자 하는 목적을 구현하기 위한 크기에 의한 분할이 될 수 있다.

이럴 경우 전체 홀로그램의 크기는 제한되어 있기 때문에 만일 전체 홀로그램의 크기가 작다면, 서브 홀로그램의 크기를 크게 하면 홀로그램의 수가 너무 작아져서 집적 영상을 복원할 때 해상도에 문제가 생길 수 있다. 반면 홀로그램의 크기를 작게 하면 홀로그램의 수는 많아지지만 역시 집적 영상을 복원할 때 해상도에 문제가 생길 수도 있다.

위와 달리 중첩 영역이 있는 분할 영상(610)은 홀로그램 패턴의 전체 영역을 중첩되도록 분할하여 생성된 영상이다. 예를 들면, 전체 6ㅧ6의 홀로그램 패턴을 3ㅧ3의 서브 홀로그램으로 서로 중첩되게 분할하는 경우를 가정한다. 첫번째 서브 홀로그램은 좌상단의 모서리가 (0, 0)에 위치하는 홀로그램 패턴이 될 수 있다. 이후 첫번째 서브 홀로그램과 중첩되도록 두번째 서브 홀로그램은 오른쪽으로 1픽셀만큼 쉬프트하여 좌상단의 모서리가 (0, 1)에 위치하는 홀로그램 패턴이 될 수 있다. 이러한 방식으로 우하단의 모서리가 (6, 6)가 되는 서브 홀로그램을 추출하면, 관련된 모든 서브 홀로그램을 중첩되게 추출할 수 있다. 이러한 방법을 이용하여 많은 수의 고해상의 서브 홀로그램을 생성할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분할한 서브 홀로그램 패턴을 도시한 도면이다. 여기서 분할된 서브 홀로그램은 중첩된 영역을 가지고 있다. 도 7을 참조하면, 1번째 서브 홀로그램(710), 16번째 서브 홀로그램(720), 241번째 서브 홀로그 램(730), 256번째 서브 홀로그램(740)이 도시된다. 본 발명의 실시예에 따른 실험에서는 서브 홀로그램을 16ㅧ16개가 형성되도록 전체 홀로그램의 크기와 서브 홀로그램의 크기를 대응시켰다. 각각 분할된 홀로그램 패턴의 해상도는 픽셀수로 나타내면, 400 ㅧ 400이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 분할한 홀로그램 패턴을 복원하여 생성된 복원영상을 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, 1번째 서브 복원 영상(810), 16번째 서브 복원 영상(820), 241번째 서브 복원 영상(830), 256번째 서브 복원 영상(840)이 도시된다. 각각의 서브 복원 영상은 서로 다른 위치에 존재하는 대상 물체의 영상이 표시되어 있다. 각각의 영상에서 밝게 표시된 부분은 홀로그램 영상에서 발생하는 디씨 텀(DC TERM)과 같은 노이즈이다. 이 부분은 아래 도면에서와 같이 대상 물체 영역만을 추출할 때 제거될 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분할한 홀로그램 패턴을 복원하여 생성된 복원영상 중 대상 물체 영역만을 추출한 영상을 도시한 도면이다. 도 9를 참조하면, 1번째 서브 복원 영상의 대상 물체 영역(910), 16번째 서브 복원 영상의 대상 물체 영역(920), 241번째 서브 복원 영상의 대상 물체 영역(930), 256번째 서브 복원 영상의 대상 물체 영역(940)이 도시된다.

여기서, 대상 물체 영역은 대상 물체를 포함하면서, 그 변화된 위치를 감지할 수 있는 영역을 의미한다. 예를 들면, 대상 물체가 (0,0)과 (9,9)가 나타내는 사각형 영역에 존재한다면, 대상 물체 영역은 이러한 사각형으로 형성된 영역이 될 수 있다. 각각의 서브 복원 영상 중에서 대상 물체 영역에 나타난 대상 물체의 위치는 서로 달라져 있음을 알 수 있다. 즉, 홀로그램 패턴이 기록될 당시 시차의 변화에 상응하여 대상 물체의 위치가 다르게 기록된다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 복원된 영상을 재배열하여 생성한 서브 이미지 어레이(1010) 및 재배열하여 생성한 요소 영상 어레이(1020)를 도시한 도면이다.

서브 이미지 어레이(1010)는 도 9에서 생성된 영상을 순서대로 배열한 영상이다. 각각의 서브 복원 영상의 대상 물체 영역의 크기는 85 ㅧ 69이고, 전체 서브 이미지 어레이의 크기는 1360 ㅧ 1104이다.

요소 영상 어레이(1020)는 요소 영상을 일정한 순서대로 배열한 것이다. 요소 영상은 서브 이미지 어레이(1010)에 포함된 서브 복원 영상의 대상 물체 영역의 같은 픽셀 좌표에 대응하는 영상 정보를 모아서 생성한 영상이다. 이러한 요소 영상을 서브 복원 영상의 대상 물체 영역에 대응하는 순서대로 배열한 것이 요소 영상 어레이(1020)이다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상을 3차원 집적 기법에 의해 거리에 따라 복원한 영상을 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, '3'에 초점을 맞추어 복원한 영상(1110)은 '3'이 선명하 게 복원되었지만, 'D'는 초점이 맞지 않는 것으로 나타난다. 또한, 'D'의 거리에서 복원한 영상(1120)은 초점 위치인 'D'는 깨끗하게 복원된 반면 '3'은 초점이 맞지 않는다. 이러한 실험 결과로부터 제안된 기법인 홀로그래피를 이용한 집적영상의 복원이 가능하다는 것을 보여주었다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법은 기록매체에 저장된 후 소정의 장치, 예를 들면, 컴퓨터와 결합하여 수행될 수 있다. 여기서, 기록매체는 하드 디스크, 비디오 테이프, CD, VCD, DVD와 같은 자기 또는 광 기록매체이거나 또는 오프라인 또는 온라인 상에 구축된 클라이언트 또는 서버 컴퓨터의 데이터베이스일 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법을 이용한 3차원 정보 획득 방법을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법의 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법을 이용한 3차원 정보 획득 시 사용된 입력 영상과 깊이 영상.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법을 이용하여 생성된 홀로그램 패턴.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 각 점에 대해 홀로그래피 기법을 이용하여 3차원 정보를 획득하는 방법을 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 생성된 홀로그램 패턴을 분할하는 방법을 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분할한 홀로그램 패턴을 도시한 도면.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 분할한 홀로그램 패턴을 복원하여 생성된 복원영상을 도시한 도면.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 분할한 홀로그램 패턴을 복원하여 생성된 복원영상 중 대상 물체 영역만을 추출한 영상을 도시한 도면.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 복원된 영상을 재배열하여 생성한 서브 이미지 어레이 및 재배열하여 생성한 요소 영상 어레이를 도시한 도면.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상을 3차원 집적 기법에 의해 거리에 따라 복원한 영상을 도시한 도면.

Claims (12)

1. 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 장치가 수행하는 영상 복원 방법에 있어서,

   대상 물체로부터 홀로그램 패턴을 생성하는 단계;

   상기 생성된 홀로그램 패턴을 분할하여 서브 홀로그램을 생성하는 단계;

   상기 생성된 서브 홀로그램을 복원하여 서브 복원 영상을 생성하는 단계;

   상기 서브 복원 영상을 순서대로 배열하여 서브 이미지 배열을 생성하는 단계;

   상기 서브 이미지 배열에 포함된 각각의 상기 서브 복원 영상의 동일 좌표에 대응하도록 추출한 각 영상을 상기 서브 복원 영상의 순서와 동일하게 배열하여 요소 영상을 생성하는 단계;

   상기 서브 복원 영상의 동일 좌표에 대응하는 위치에 상기 요소 영상을 배열하여 요소 영상 어레이를 생성하는 단계; 및

   상기 요소 영상 어레이를 이용하여 집적 영상 방식에 따라 상기 대상 물체의 3차원 영상을 재생하는 단계를 포함하는 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 서브 홀로그램을 생성하는 단계는,

   상기 생성된 홀로그램 패턴의 전체 영역을 중첩 영역 없이 분할하여 서브 홀로그램을 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 서브 홀로그램을 생성하는 단계는,

   상기 생성된 홀로그램 패턴을 중첩시키면서 분할하여 서브 홀로그램을 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 요소 영상을 생성하는 단계는,

   상기 서브 복원 영상 중 대상 물체 영역을 추출하는 단계; 및

   상기 추출된 대상 물체 영역에서 동일 좌표에 대응하는 영상을 추출함으로써 상기 요소 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 홀로그램 패턴은 컴퓨터 형성 홀로그램(CGH) 패턴인 것을 특징으로 하는 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 방법.
7. 대상 물체로부터 홀로그램 패턴을 생성하는 홀로그램 패턴 생성부;

   상기 생성된 홀로그램 패턴을 분할하여 서브 홀로그램을 생성하는 서브 홀로그램 생성부;

   상기 생성된 서브 홀로그램을 복원하여 서브 복원 영상을 생성하는 서브 복원 영상부;

   상기 서브 복원 영상을 순서대로 배열하여 서브 이미지 배열을 생성하고, 상기 서브 이미지 배열에 포함된 각각의 서브 복원 영상의 동일 좌표에 대응하도록 추출한 영상을 상기 서브 복원 영상의 순서와 동일하게 배열하여 요소 영상을 생성하는 요소 영상 생성부;

   상기 서브 복원 영상의 동일 좌표에 대응하는 위치에 상기 요소 영상을 배열하여 요소 영상 어레이를 생성하는 요소 영상 어레이 생성부; 및

   상기 요소 영상 어레이를 이용하여 집적 영상 방식에 따라 상기 대상 물체의 3차원 영상을 재생하는 영상 재생부를 포함하는 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 서브 홀로그램 생성부는 상기 생성된 홀로그램 패턴의 전체 영역을 중첩 영역 없이 분할하여 서브 홀로그램을 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 장치.
9. 제7항에 있어서,

   상기 서브 홀로그램 생성부는 상기 생성된 홀로그램 패턴을 중첩시키면서 분할하여 서브 홀로그램을 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 장치.
10. 삭제
11. 제7항에 있어서,

    상기 요소 영상 생성부는 상기 서브 복원 영상 중 대상 물체 영역을 추출하고 상기 대상 물체 영역에서 동일 좌표에 대응하는 영상을 추출함으로써 상기 요소 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 장치.
12. 제7항에 있어서,

    상기 홀로그램 패턴은 컴퓨터 형성 홀로그램(CGH) 패턴인 것을 특징으로 하는 홀로그래피 기법에 의해 획득된 영상의 3차원 집적 영상 복원 장치.

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