KR101021127B1 - Method for generating computer generated hologram using look-up table and spatial redundancy, and Apparatus thereof - Google Patents
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Abstract
룩업 테이블과 영상의 공간적 중복성을 이용한 컴퓨터 형성 홀로그램 산출 방법 및 그 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 홀로그램 산출 방법은 대상 물체의 홀로그램 평면의 기준점으로부터 동일한 거리만큼 이격된 각 점에 대해 하나의 기준 요소 프린지 패턴을 산출하는 단계, 상기 기준 요소 프린지 패턴을 상기 기준점으로부터 상기 대상 물체의 각 점의 거리에 따라 저장하는 단계, 입력 영상의 각 점 및 인접한 점의 동일 여부를 표현한 동일성 데이터를 산출하는 단계, n개의 상기 기준 요소 프린지 패턴을 합성한 n-포인트 요소 프린지 패턴을 산출하는 단계, 상기 동일성 데이터로부터 파악한 n개의 연속된 동일한 점들에 상기 n-포인트 요소 프린지 패턴을 매칭하여 홀로그램 정보를 산출하는 단계를 포함한다. 본 발명은 홀로그램 산출시 필요한 메모리가 작은 효과가 있다.
홀로그램, 룩업 테이블, 공간적 중복성.
Disclosed are a method and apparatus for calculating a computer-generated hologram using spatial redundancy of a lookup table and an image. The method of calculating the hologram according to the present invention includes calculating one reference element fringe pattern with respect to each point spaced by the same distance from the reference point of the hologram plane of the target object, wherein the reference element fringe pattern is determined by the angle of the target object from the reference point. Storing according to the distance of the point, calculating identity data representing the sameness of each point in the input image and adjacent points, calculating an n-point element fringe pattern obtained by synthesizing the n reference element fringe patterns; And calculating hologram information by matching the n-point element fringe pattern to n consecutive identical points identified from the identity data. In the present invention, the memory required for the hologram calculation has a small effect.
Hologram, lookup table, spatial redundancy.
Description
본 발명은 홀로그램 산출 방법에 관한 것으로, 특히 룩업 테이블과 공간적 중복성을 이용한 컴퓨터 형성 홀로그램 산출 방법 및 그 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hologram calculation method, and more particularly, to a computer-generated hologram calculation method and apparatus using a lookup table and spatial redundancy.
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.Recently, researches on 3D image and image reproduction technology are being actively conducted, and it is expected that the next generation display will be developed as a new concept of realistic image media that raises the level of visual information. In addition, the demand for 3D images is increasing because 3D images are more realistic, natural, and closer to the reality that humans feel.
이러한 3차원 영상 관련 기술 중에서 홀로그래피 방식은 홀로그래피에 광을 비추면 관측자는 홀로그래피의 전면으로부터 일정한 거리를 두고 떨어져 홀로그래피를 바라보면서 허상의 입체 영상을 관측하게 되는 방식이다. Among the 3D image related technologies, the holography method is a method in which a viewer observes a virtual image of a virtual image while looking at the holography at a certain distance away from the front of the holography.
홀로그래피 방식은 레이저를 이용하여 제작한 홀로그래피를 관측시 특수 안 경을 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.The holography method is to observe the holography produced using a laser and feel the same stereoscopic image as the real one without attaching special glasses. Therefore, the holography method is known to be the most ideal way to feel the three-dimensional image without the fatigue and excellent stereoscopic feeling.
일반적으로 홀로그램 패턴을 계산할 때 빛의 회절을 계산하는 레이 트레이싱(Ray-tracing) 방법이 주로 사용된다. 이때 대상 물체는 점들의 집합으로 보고 각각의 점들에 대한 홀로그램 패턴을 계산하여 합산한다. 하지만 이 방법은 많은 계산량으로 인하여 실시간적인 재생이 어려운 문제점이 있다. Generally, a ray-tracing method that calculates the diffraction of light is mainly used when calculating the hologram pattern. In this case, the target object is regarded as a set of points and the hologram pattern for each point is calculated and added. However, this method has a problem that it is difficult to reproduce in real time due to a large amount of computation.
이러한 문제점을 극복하기 위하여, 룩업 테이블(LUT; Look-up Table)을 이용하여 홀로그램을 계산하는 방법이 제안되었다. 이 방법은 가능한 영역에 대한 모든 포인트의 요소 프린지를 모두 미리 계산해놓은 후에, 홀로그램을 계산할 때 대상 물체의 포인트에 해당하는 요소 프린지들을 불러내어 합산하여 실시간 처리가 가능하도록 하였다. 하지만 이 방법은 오브젝트 영역의 크기가 커질수록 필요로 하는 요소 프린지의 수가 많아지게 되고, 결국 룩업 테이블의 크기가 너무 커지게 되는 문제점이 있다. In order to overcome this problem, a method of calculating a hologram using a look-up table (LUT) has been proposed. This method calculates all the element fringes of all points for the possible area in advance, and then, when calculating the hologram, retrieves and sums the element fringes corresponding to the point of the object to enable real-time processing. However, this method has a problem in that as the size of the object area increases, the number of element fringes required increases, and thus the size of the lookup table becomes too large.
이러한 문제를 해결하기 위하여 기존의 룩업 테이블 방식과 같이 고속의 홀로그램 계산 속도는 그대로 유지하면서도 룩업 테이블의 메모리 용량을 획기적으로 줄일 수 있는 새로운 룩업 테이블인 N-LUT(novel look-up table) 방법이 제안되었다. 이 방법은 컴퓨터 형성 홀로그램 산출과 재생 장치가 수행하는 홀로그램 산출과 재생 방법에 있어서, 홀로그램 평면의 기준점으로부터 동일한 거리만큼 이격된 대상 물체의 각 점에 대해 하나의 기준 요소 프린지 패턴을 산출하는 단계; 상기 기준 요소 프린지 패턴을 상기 기준점으로부터 대상 물체의 각 점의 거리에 따라 룩업 테이블에 기록하는 단계; 상기 기준 요소 프린지 패턴에 상응하는 거리와 동일한 평면상에 위치하는 상기 대상 물체의 각 점에 대하여 상기 기준 요소 프린지 패턴을 쉬프트(shift)시켜서 컴퓨터 형성 홀로그램 정보를 산출하는 단계; 및 상기 컴퓨터 형성 홀로그램 정보를 복원하여 3차원 영상을 재생하는 단계를 포함하는 룩업 테이블을 이용한 컴퓨터 형성 홀로그램 산출과 재생이 가능하도록 하였다. 하지만 이 방법 역시 산출하고자 하는 영상의 해상도가 높아지게 되면 계산해야 할 포인트 수가 많아지게 되어 계산 시간이 증가하게 되어 실질적인 응용이 어려웠다.To solve this problem, a new look-up table (N-LUT) method is proposed, which can dramatically reduce the memory capacity of the look-up table while maintaining the high-speed hologram calculation as in the conventional look-up table method. It became. The method includes a hologram calculation and playback method performed by a computer-generated hologram calculation and playback device, comprising: calculating one reference element fringe pattern for each point of a target object spaced the same distance from the reference point of the hologram plane; Recording the reference element fringe pattern in a look-up table according to the distance of each point of the object from the reference point; Calculating computer-generated hologram information by shifting the reference element fringe pattern with respect to each point of the target object located on the same plane as the distance corresponding to the reference element fringe pattern; And reconstructing the computer-generated hologram information to enable computer-generated hologram calculation and reproduction using a look-up table including the step of reproducing the 3D image. However, this method also increases the resolution of the image to be calculated, which increases the number of points to be calculated, which increases the computation time, making it difficult to apply practically.
본 발명은 실시간 동영상 홀로그램 재생이 가능한 룩업 테이블과 시간적 중복성을 이용한 컴퓨터 형성 홀로그램 산출 방법 및 그 장치를 제공한다.The present invention provides a method and apparatus for calculating a computer-generated hologram using a lookup table capable of real-time video hologram reproduction and temporal redundancy.
본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems other than the present invention will be easily understood through the following description.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면 대상 물체의 홀로그램 평면의 기준점으로부터 동일한 거리만큼 이격된 각 점에 대해 하나의 기준 요소 프린지 패턴을 산출하는 단계; 상기 기준 요소 프린지 패턴을 상기 기준점으로부터 상기 대상 물체의 각 점의 거리에 따라 저장하는 단계; 입력 영상의 각 점 및 인접한 점의 동일 여부를 표현한 동일성 데이터를 산출하는 단계; n개의 상기 기준 요소 프린지 패턴을 합성한 n-포인트 요소 프린지 패턴을 산출하는 단계; 및 상기 동일성 데이터로부터 파악한 n개의 연속된 동일한 점들에 상기 n-포인트 요소 프린지 패턴을 매칭하여 홀로그램 정보를 산출하는 단계를 포함하되, 상기 n은 자연수인 것을 특징으로 하는 홀로그램 산출 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, to solve the conventional problems as described above, calculating one reference element fringe pattern for each point spaced by the same distance from the reference point of the hologram plane of the target object; Storing the reference element fringe pattern according to a distance of each point of the object from the reference point; Calculating identity data representing whether the points of the input image and the adjacent points are the same; calculating an n-point element fringe pattern obtained by synthesizing the n reference element fringe patterns; And calculating hologram information by matching the n-point element fringe pattern to n consecutive identical points identified from the identity data, wherein n is a natural number.
본 발명의 다른 측면에 따르면 홀로그램 평면의 기준점으로부터 동일한 거리만큼 이격된 대상 물체의 각 점에 대해 하나의 기준 요소 프린지 패턴을 산출하는 프린지 산출부; 상기 기준 요소 프린지 패턴을 상기 기준점으로부터 대상 물체의 각 점의 거리에 따라 저장하는 룩업 테이블; 입력 영상의 각 점 및 인접한 점의 동일 여부를 표현한 동일성 데이터를 산출하는 동일성 분석부; 및 n개의 상기 기준 요소 프린지 패턴을 합성한 n-포인트 요소 프린지 패턴을 산출하는 포인트 프린지 산출부; 및 상기 동일성 데이터로부터 파악한 n개의 연속된 동일한 점들에 상기 n-포인트 요소 프린지 패턴을 매칭하여 홀로그램 정보를 산출하는 홀로그램 산출부를 포함하되, 상기 n은 자연수인 것을 특징으로 하는 홀로그램 산출 장치가 제공된다.According to another aspect of the invention a fringe calculation unit for calculating one reference element fringe pattern for each point of the target object spaced by the same distance from the reference point of the hologram plane; A look-up table for storing the reference element fringe pattern according to a distance of each point of a target object from the reference point; An identity analyzer for calculating identity data representing whether the points of the input image and the adjacent points are the same; And a point fringe calculator configured to calculate an n-point element fringe pattern obtained by synthesizing the n reference element fringe patterns. And a hologram calculator configured to calculate hologram information by matching the n-point element fringe pattern to n consecutive identical points identified from the identity data, wherein n is a natural number.
본 발명에 따른 룩업 테이블과 공간적 중복성을 이용한 컴퓨터 형성 홀로그 램 산출 방법 및 그 장치는 실시간 홀로그램 산출이 가능한 효과가 있다. The computer-generated hologram calculation method and apparatus using the lookup table and the spatial redundancy according to the present invention have the effect of real-time hologram calculation.
또한, 본 발명에 따른 룩업 테이블과 공간적 중복성을 이용한 동영상 컴퓨터 형성 홀로그램 산출 방법 및 그 장치는 홀로그램 산출 시 필요한 메모리가 작은 효과가 있다.In addition, the method and apparatus for calculating a computer-generated hologram using the lookup table and the spatial redundancy according to the present invention have a small effect on the memory required for the hologram calculation.
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.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
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.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
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 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
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. In the following description of the present invention with reference to the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, before describing the preferred embodiments of the present invention in detail, a general principle and system for obtaining three-dimensional information using holography techniques will be described.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법을 이용한 3차원 정보 획득 방법을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a 3D information acquisition method using a holography technique according to an embodiment of the present invention.
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.The principle of the hologram is to split the beam from the laser into two, so that one beam shines directly on the screen and the other beam shines on the object. At this time, a light beam that directly shines on the screen is called a reference wave, and a light beam that shines on an object is called an object wave.
물체파는 물체의 각 표면에서 반사돼 나오는 광선이므로 물체 표면에서부터 스크린까지의 거리에 따라 위상차가 각각 다르게 나타난다. 이때 변형되지 않은 기 준파가 물체파와 간섭을 일으키며 산출한 간섭 무늬가 스크린에 저장된다. 이러한 간섭 무늬가 저장된 필름을 홀로그램이라고 한다.The object wave is the light reflected from each surface of the object, so the phase difference is different depending on the distance from the object surface to the screen. At this time, the unmodified reference wave interferes with the object wave, and the calculated interference fringe is stored on the screen. Films in which such interference fringes are stored are called holograms.
컴퓨터적으로 산출한 홀로그램(CGH: Computer Generated Hologram, 이하 'CGH'로 약칭한다.) 패턴은 픽셀들의 (x,y,z) 좌표 값과 세기 값(I)에 의해 컴퓨터 계산으로 산출된다. CGH는 3차원 홀로그램 영상 획득에 사용된다. 도 1에서는 홀로그램의 기하학적 계산 모형을 나타낸다. 이하에서는 이러한 CGH을 중심으로 설명하지만, 본 발명이 이에 한정되지 않음은 물론이다. The computer generated hologram (CGH) is abbreviated as 'CGH'. The pattern is calculated by computer calculation by the ( x , y , z ) coordinate values and the intensity values I of the pixels. CGH is used for 3D holographic image acquisition. Figure 1 shows the geometric calculation model of the hologram. Hereinafter, the description will be made based on the CGH, but the present invention is not limited thereto.
홀로그램은 x-y 평면(130)상에 위치해 있고, 물체의 p번째 점은 (x p ,y p ,z p ) (110)에 위치한다. a p 와 Φ p 는 각각 점들의 세기와 위상을 나타내고 이들은 컴퓨터에 의해서 아래 수식으로 계산된다.The hologram is located on the x -
홀로그램에서 복소 진폭 O(x,y)는 아래 식(1)에서 나타난 것처럼 물체파의 중첩에 의해 얻을 수 있다.The complex amplitude O ( x , y ) in the hologram can be obtained by the superposition of the object waves as shown in equation (1) below.
(1) (One)
여기서 p는 물체를 구성하는 점(물체점)을 나타내고, N은 물체를 구성하는 총 점의 개수이다. a p 는 물체파의 세기를 나타내고, k는 파수 벡터로써, k=2π/λ로 정의된다. λ는 자유 공간상에서의 빛의 파장이다. exp(jωt)는 식(1)에서 포함 되지 않는다. r p 는 홀로그램에서 p번째 물체점과 점 (x,y,0)사이의 비스듬한 거리를 나타내는 것으로써, 아래 식(2)에 의해 정의된다. Where p is the point constituting the object (object point), and N is the total number of points constituting the object. a p represents the intensity of the object wave, k is a wave vector, and k = 2 π / λ . λ is the wavelength of light in free space. exp ( jωt ) is not included in equation (1). r p represents the oblique distance between the pth object point and the point ( x , y , 0) in the hologram, and is defined by Equation (2) below.
(2) (2)
또한 평면파인 기준파의 복소 진폭 R(x,y)는 아래 식(3)과 같다. In addition, the complex amplitude R ( x , y ) of the reference wave, which is a plane wave, is given by Equation (3) below.
(3) (3)
여기서 a R 과 θ R 은 각각 기준파의 세기와 기준파의 입사각을 나타낸다. 홀로그램 면에서의 전체적인 격자 세기 I(x,y)는 물체파 O(x,y)와 기준파 R(x,y)사이의 간섭 패턴으로 식(4)에 나타냈다.Where a R and θ R represent the intensity of the reference wave and the incident angle of the reference wave, respectively. The overall lattice intensity I ( x , y ) at the hologram plane is represented by equation (4) as the interference pattern between the object wave O ( x , y ) and the reference wave R ( x , y ).
(4) (4)
식(4)에서 첫 번째 부분인 는 기준파의 세기를 나타내고, 두 번째 부분인 은 물체파의 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.The first part of equation (4) Represents the strength of the reference wave, the second part Represents the intensity of the object wave. Third part Denotes an interference pattern between the object wave and the reference wave partially including the hologram information, and includes phase information according to the spatial position of the object wave.
아래 식(5)에서 홀로그램 정보는 오직 세 번째 부분에만 포함되어 있기 때문에 I(x,y)는 다음과 같이 표현할 수 있다. In the following equation (5), since hologram information is included only in the third part, I ( x , y ) can be expressed as follows.
(5) (5)
즉, 기존의 광선추적 방식에서는 식 (5)에 의해서 홀로그램 패턴을 산출할 수 있게 된다. 하지만 식 (5)에서 보듯이 홀로그램 패턴을 산출하는 식은 상당히 복잡하여 실시간으로 산출하는 것이 어려운 문제가 있다.That is, in the conventional ray tracing method, the hologram pattern can be calculated by Equation (5). However, as shown in Equation (5), the equation for calculating the hologram pattern is quite complicated, which makes it difficult to calculate in real time.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 임의의 물체공간 내의 모든 점들을 표현할 수 있는 요소 프린지 패턴을 미리 만들어 룩업 테이블에 저장하고, 산출하고자 하는 3차원 영상에 따라 각각의 요소 프린지 패턴을 불러와 홀로그램을 산출하는 룩 업 테이블을 이용한 방법이 제안되었다.In order to solve this problem, an element fringe pattern that can represent all points in an arbitrary object space is created in advance and stored in a look-up table, and each element fringe pattern is imported to calculate a hologram according to the 3D image to be calculated. A method using an up table has been proposed.
이러한 구성 요소를 설명하기 전에 본 발명의 실시예가 전제하는 측면을 먼저 설명하면 다음과 같다. 일반적으로 이미지 공간은 이산적이지 않다. 그러나 인간의 시각 시스템의 능력은 제한되어 있기 때문에 이미지의 저하 없이 해상도를 선택할 수 있다. 이때 이산화 정도는 사람의 눈에 인지되지 않을 정도로 충분히 작아 연속적인 두 개의 점이 떨어져 있지 않고 연속적인 점으로 인식될 수 있어야 한다. 예를 들면, 인간은 3 milliradian의 간격을 갖는 두 점을 하나의 점으로 인식하게 된다. 따라서, 만약 500 mm의 거리에서 영상을 본다면, 500 mm × 0.003 = 150 microns 이하의 간격의 점을 하나의 점으로 인식하게 된다. 이하에서 본 발명에 따른 일 실시예는 수직, 수평의 이산화 정도를 150 micron으로 설정하여 설명하도록 한다.Before describing such components, first, an aspect of the embodiment of the present invention will be described as follows. In general, image space is not discrete. However, since the capabilities of the human visual system are limited, resolution can be selected without degrading the image. At this time, the degree of discretization should be small enough not to be perceived by the human eye so that two consecutive points can be recognized as continuous points without being separated. For example, humans recognize two points with a distance of 3 milliradians as one point. Therefore, if the image is viewed at a distance of 500 mm, a point with an interval of 500 mm × 0.003 = 150 microns or less is recognized as one point. Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described by setting the degree of vertical and horizontal discretization to 150 micron.
룩업 테이블을 이용하는 방법에서는 요소 프린지 패턴을 미리 산출해 두어야한다. 이는 각각의 포인트를 표현할 수 있는 기준 밝기의 요소 프린지 패턴 T(x, y; x p , y p , z p )으로 이는 식 (5)를 이용하여 식 (6)과 같이 표현할 수 있다.In the method using the lookup table, the element fringe pattern must be calculated in advance. This is an element fringe pattern T ( x , y ; x p , y p , z p ) having a reference brightness that can represent each point, which can be expressed as in Equation (6) using Equation (5).
(6) (6)
여기서, r p 는 p번째 점과 (x, y, 0)사이의 거리로 식 (2)와 같이 주어진다. Where r p is the distance between the pth point and ( x , y , 0), given by Eq. (2).
이 방식에서는 홀로그램을 계산할 때 식 (5)와 같이 각 점에 대한 프린지 패턴을 필요할 때마다 계산하는 것이 아니라 미리 만들어놓은 각 점 (x p , y p , z p )에 대한 프린지 패턴의 집합인 룩업 테이블을 이용하여 계산을 하게 된다. 따라서 룩업 테이블 방식에서 홀로그램 정보 I(x, y)는 최종적으로 식 (7)과 같이 주어지며, 식에서 N은 물체 포인트 수를 나타낸다.This way, when calculating the hologram, a lookup is a set of fringe patterns for each point ( x p , y p , z p ) that you create, rather than calculating the fringe pattern for each point as needed (Eq. (5)). Calculations are made using tables. Therefore, in the lookup table method, the hologram information I ( x , y ) is finally given as in Equation (7), where N represents the number of object points.
(7) (7)
이러한 룩업 테이블을 이용한 방식에서는 가능한 물체영상의 모든 포인트에 대해 미리 계산 해놓은 요소 프린지 패턴을 이용함으로써 홀로그램 합성 시 엄청난 속도의 증가를 가져왔다. 그러나 이 방식의 가장 큰 단점은 미리 계산해놓은 요소 프린지 패턴의 양이 워낙 많고 따라서 이를 저장할 LT의 메모리 또한 엄청나게 증가하게 된다. 예를 들어, LT 방식에서 물체공간이 100(가로) × 100(세로) × 100(깊이) 이고, 각 요소 프린지 패턴의 용량이 1MB라고 가정하면 전체 룩업 테이블의 메모리 용량은 1MB × 100 × 100 × 100 = 1TB가 필요하다.In the method using the lookup table, the element fringe pattern calculated in advance for all possible points of the object image brought a tremendous speed increase in hologram synthesis. However, the biggest drawback of this approach is that the amount of pre-calculated element fringe patterns is so large that the memory of the LT to store them is greatly increased. For example, in the LT method, if the object space is 100 (width) × 100 (length) × 100 (depth), and each element fringe pattern has a capacity of 1 MB, the memory capacity of the entire lookup table is 1 MB × 100 × 100 × 100 = 1 TB is required.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 기존의 룩업 테이블 방식과 같이 고속의 계산 속도는 그대로 유지하면서도 룩업 테이블의 메모리 용량을 획기적으로 줄일 수 있는 새로운 형태의 룩업 테이블인 N-LUT를 제안되었고 이를 이용한 디지털 홀로그램 고속산출 기법이 제안되었다. 즉, N-LUT 방식에서는 물체의 깊이 방향에 대한 요소 프린지 패턴만을 계산하여 저장하게 된다. 그리고 물체의 한 깊이 방향이 결정되면 그 면에 존재하는 물체 포인트들의 요소 프린지 패턴들은 사전에 계산되어 저장된 그 깊이의 요소 프린지 패턴을 각 물체 포인트까지 좌, 우로 이동시켜 프린지 패턴을 계산, 합산하여 그 깊이 평면에서의 홀로그램 패턴을 계산하게 된다. 같은 방법으로 모든 물체 깊이 평면에서 모든 홀로그램을 계산하여 합산함으로써 물체 전체에 대한 홀로그램 패턴을 계산하게 된다. 따라서 기존 룩업 테이블 방식은 가로, 세로, 깊이 모든 방향의 물체 포인트에 대한 요소 프린지 패턴의 저장이 요구되나, 제안된 N-LUT 방식에서는 단지 물체 깊이 방향에 대한 요소 프린지 패턴만의 사전 저장이 요구되기 때문에 메모리 요구량이 크게 줄어들게 된다.In order to solve these problems, N-LUT, a new type of lookup table that can drastically reduce the memory capacity of the lookup table while maintaining the fast calculation speed as in the conventional lookup table method, has been proposed. Techniques have been proposed. That is, in the N-LUT method, only the element fringe pattern for the depth direction of the object is calculated and stored. When the depth direction of the object is determined, the element fringe patterns of the object points existing on the surface are pre-calculated and stored by moving the element fringe pattern of the depth stored to the respective object points to the left and right to calculate and sum the fringe patterns. The hologram pattern in the depth plane is calculated. In the same way, the hologram pattern for the whole object is calculated by summing up all the holograms in all the object depth planes. Therefore, the existing lookup table method requires the storage of element fringe patterns for object points in all directions, such as horizontal, vertical, and depth. However, the proposed N-LUT method requires only preliminary storage of element fringe patterns for the object depth direction. This greatly reduces memory requirements.
N-LUT 방법에서 역시 요소 프린지 패턴을 미리 산출해 두어야 한다. 즉, 각각의 요소 프린지 패턴 T(x, y; z p )은 각 깊이에 대한 기준 세기의 프레넬 존 플레이트(Fresnel zone plate)가 되고 다음과 같이 표현할 수 있다.In the N-LUT method, the element fringe pattern must also be calculated in advance. That is, each element fringe pattern T ( x , y ; z p ) becomes a Fresnel zone plate of a reference intensity for each depth and can be expressed as follows.
(8) (8)
여기서 r p 는 p번째 점과 (x, y, 0) 사이의 거리로 식 (2)와 같이 주어진다. 따라서, 새로이 제시되는 N-LT 방식에서는 물체의 깊이 방향에 대한 요소 프린지 패턴만을 계산하여 저장하게 되고, 물체의 한 깊이 방향이 결정되면 그 면에 존재하는 물체 포인트들의 요소 프린지 패턴들은 사전에 저장된 그 깊이의 요소 프린지 패턴을 각 물체 포인트까지 이동시켜 프린지 패턴을 계산하여 그 깊이 평면에서의 홀로그램 패턴을 계산하게 된다. 같은 방법으로 모든 물체 깊이 평면에서 각각의 홀로그램을 계산하여 합산함으로써 물체 전체에 대한 홀로그램 패턴을 계산하게 된다. 따라서 룩업 테이블 방식에서 홀로그램 정보 I(x, y)는 최종적으로 식 (9)와 같이 표현할 수 있다.Where r p is the distance between the pth point and ( x , y , 0), given by Eq. (2). Therefore, in the newly proposed N-LT method, only the element fringe pattern for the depth direction of the object is calculated and stored. When one depth direction of the object is determined, the element fringe patterns of the object points existing on the surface are stored in advance. By moving the element fringe pattern of depth to each object point, the fringe pattern is calculated to calculate the hologram pattern in the depth plane. In the same way, each hologram is calculated and summed in all object depth planes to calculate the hologram pattern for the whole object. Therefore, in the lookup table method, the hologram information I ( x , y ) can be finally expressed as in Equation (9).
(9) (9)
이러한 N-LUT 방식을 이용하여 홀로그램 패턴을 고속으로 산출하고 복원할 수 있다. 하지만 이 방법 역시 산출하고자 하는 영상의 해상도가 높아지게 되면 계산해야 할 포인트 수가 많아지게 되어 계산 복잡도가 증가하는 문제점이 있었다.Using the N-LUT method, the hologram pattern can be calculated and restored at high speed. However, this method also has a problem that when the resolution of the image to be calculated increases, the number of points to be calculated increases, which increases the computational complexity.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 산출 장치를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밝기 영상과 깊이 영상을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세 포인트에 대한 요소 프린지 패턴을 도시한 도면 이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 요소 프린지 패턴 및 n-포인트 요소 프린지 패턴을 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a hologram calculating apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a diagram showing a brightness image and a depth image according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram illustrating an element fringe pattern for three points, and FIG. 5 is a diagram illustrating a reference element fringe pattern and an n-point element fringe pattern according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 홀로그램 산출 장치는 추출부(210), 동일성 분석부(220), 프린지 산출부(230), 포인트 프린지 산출부(240), 룩업 테이블(250) 및 홀로그램 산출부(260)로 구성된다.Referring to FIG. 2, the hologram calculating device includes an extractor 210, an identity analyzer 220, a fringe calculator 230, a point fringe calculator 240, a lookup table 250, and a
추출부(210)는 밝기 영상과 깊이 영상을 추출한다. 밝기 영상은 일반적인 2차원 영상이 나타내는 영상의 밝기를 나타낸다. 깊이 영상은 밝기 영상의 깊이 정보를 나타낸 영상이다. 밝기 영상 및 깊이 영상을 출력하면 도 3과 같이 나타난다. 추출부(210)는 밝기 영상 및 깊이 영상을 미리 정해진 형식으로 합성하여 동일성 분석부(220)로 입력 영상을 출력한다.The extractor 210 extracts a brightness image and a depth image. The brightness image represents brightness of an image represented by a general two-dimensional image. The depth image is an image representing depth information of the brightness image. The brightness image and the depth image are output as shown in FIG. 3. The extractor 210 synthesizes the brightness image and the depth image in a predetermined format and outputs the input image to the identity analyzer 220.
동일성 분석부(220)는 3차원 영상으로부터 공간적 중복성에 따라 동일성 데이터를 추출한다. 일반적인 영상에서 인접한 화소는 서로 비슷한 밝기 값을 갖는다. 즉, 일반적인 영상은 공간적 중복성(Spatial redundancy)을 갖는다. 3차원 영상 역시 인접한 화소들은 비슷한 밝기 및 깊이 값을 갖는다. 게다가 일부 영역에 대해서는 같은 밝기와 깊이 값을 갖는 점이 존재한다. 동일성 분석부(220)는 밝기와 깊이 값이 같은 점들을 묶어서 추출한 동일성 데이터를 산출한다. 예를 들어, 동일성 분석부(220)는 3차원 좌표상에 존재하는 점 A(0,0,0)와 점 B(1,0,0)의 밝기와 깊이 값을 비교하여 동일한 경우 점 A, B의 동일성을 나타내는 동일성 데이터를 생성한다. 또한 동일성 분석부(220)는 점 2개뿐만 아니라 3개 이상의 연속한 점들에 대한 동일성 분석을 할 수 있다. 동일성 분석부(220)는 산출한 동일성 데이터를 포인트 프린지 산출부(240) 및 홀로그램 산출부(260)로 출력한다.The identity analyzer 220 extracts identity data based on spatial redundancy from the 3D image. In a typical image, adjacent pixels have similar brightness values. That is, a general image has spatial redundancy. In the 3D image, adjacent pixels have similar brightness and depth values. In addition, for some areas there are points with the same brightness and depth values. The identity analyzer 220 calculates the sameness data extracted by grouping the same brightness and depth values. For example, the identity analysis unit 220 compares the brightness and the depth value of the point A (0,0,0) and the point B (1,0,0) present in the three-dimensional coordinates, if the point A, Generate identity data indicating identity of B. In addition, the identity analysis unit 220 may analyze the identity of three or more consecutive points as well as two points. The identity analyzer 220 outputs the calculated identity data to the point fringe calculator 240 and the
프린지 산출부(230)는 대상 물체에 대한 기준 요소 프린지 패턴을 산출한다. 식(9)를 예시하여 상술하였듯이 프린지 산출부(230)는 N-LUT 방식을 사용할 때 필요한 기준 요소 프린지 패턴을 산출하여 룩업 테이블로 출력한다.The fringe calculator 230 calculates a reference element fringe pattern for the target object. As described above by illustrating Equation (9), the fringe calculator 230 calculates a reference element fringe pattern required when using the N-LUT method and outputs the fringe pattern as a lookup table.
포인트 프린지 산출부(240)는 동일성 데이터 및 기준 요소 프린지 패턴을 입력 받아 n-포인트 요소 프린지 패턴을 산출한다. n-포인트 요소 프린지 패턴은 n개의 연속한 포인트의 홀로그램 패턴을 표현할 수 있는 요소 프린지 패턴이다. 이하 n-포인트 요소 프린지 패턴에 대해 도 4를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.The point fringe calculator 240 receives the identity data and the reference element fringe pattern to calculate an n-point element fringe pattern. The n-point element fringe pattern is an element fringe pattern capable of expressing a hologram pattern of n consecutive points. Hereinafter, the n-point element fringe pattern will be described in detail with reference to FIG. 4.
여러 포인트에 대응하는 홀로그램 패턴을 한번에 산출할 수 있는 n-포인트 요소 프린지 패턴은 도 4에 나타낸 것과 같이 구할 수 있다. 한 점에 대한 요소 프린지 패턴(420)이 존재하고, 인접한 점간의 거리를 d라고 가정하고, 인접한 세 포인트(410)에 대한 3-포인트 요소 프린지 패턴을 만든다고 할 때, 한 점에 대한 요소 프린지 패턴(420)을 각 점의 위치에 따라 시프트(shift)시키게 된다. 즉, 원래의 위치에 있는 요소 프린지 패턴(431)과 d 만큼 떨어진 곳에 있는 점을 표현하기 위해 d 만큼 시프트(Shift)시킨 요소 프린지 패턴(432), 2d 만큼 떨어진 점을 표현하기 위해 2d 만큼 시프트 시킨 요소 프린지 패턴(433)이 산출된다. 세 요소 프린지 패턴을 더하여 주게 되면 이웃한 세 점을 표현할 수 있는 3-포인트 요소 프린지 패턴(440)이 산출된다.An n-point element fringe pattern capable of calculating hologram patterns corresponding to several points at one time can be obtained as shown in FIG. 4. Given an
따라서 n개의 연속한 포인트를 표현할 수 있는 n-포인트 요소 프린지 패턴 T n (x, y;z p ) 는 최종적으로 식 (10)과 같이 표현할 수 있다.Therefore, the n -point element fringe pattern T n ( x , y ; z p ) that can represent n consecutive points can be finally expressed as in Equation (10).
(10) 10
위에서는 인접한 세 포인트에 대한 요소 프린지 패턴을 산출하는 것을 가정하였으나 다른 수의 인접한 포인트를 표현하는 것도 같은 방법으로 될 수 있음은 자명하다. 상술한 방법으로 기준 요소 프린지 패턴(510)을 이용하여 생성된 2-포인트 요소 프린지 패턴(520) 및 3-포인트 요소 프린지 패턴(530)은 도 5와 같이 나타난다.In the above, it is assumed that the element fringe pattern for three adjacent points is calculated. The two-point
다시 도 2를 참조하면, 포인트 프린지 산출부(240)는 n-포인트 요소 프린지 패턴을 산출하여 룩업 테이블(250)로 출력한다.Referring back to FIG. 2, the point fringe calculator 240 calculates an n-point element fringe pattern and outputs the n-point element fringe pattern to the lookup table 250.
룩업 테이블(250)은 홀로그램 평면의 기준점으로부터 동일한 거리만큼 이격된 대상 물체의 각 점에 대해 하나의 기준 요소 프린지 패턴 및 n-포인트 요소 프린지 패턴을 저장하는 공간이다. 룩업 테이블(250)의 기준 요소 프린지 패턴은 상술한 식 (8)로부터 산출해 낼 수 있다. 이 때, 룩업 테이블(250)는 기준 요소 프린지 패턴 및 n-포인트 요소 프린지 패턴을 홀로그램 산출부(260)로 출력한다.이어서 룩업 테이블(250)은 홀로그램 산출부(260)로 기준 요소 프린지 패턴 및 n-포인트 요소 프린지 패턴을 출력한다.The lookup table 250 is a space for storing one reference element fringe pattern and an n-point element fringe pattern for each point of the target object spaced by the same distance from the reference point of the hologram plane. The reference element fringe pattern of the lookup table 250 can be calculated from the above equation (8). At this time, the lookup table 250 outputs the reference element fringe pattern and the n-point element fringe pattern to the
홀로그램 산출부(260)는 기준 요소 프린지 패턴, 동일성 데이터 및 n-포인트 요소 프린지 패턴을 입력 받아 홀로그램을 산출한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간적 중복성 데이터와 산출된 n 포인트에 대한 요소 프린지 패턴을 이용하여 홀로그램 패턴을 산출하는 방법을 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 영상(610)에는 여섯 개의 점광원이 도시된다. 이중 z 1 깊이 평면의 영상(620)은 (-x 1,y 1,z 1)과 이로부터 이웃한 두 점으로 이루어져 있고, z 2 깊이 평면의 영상(650)은 (x 2,-y 2,z 2)와 이로부터 이웃한 두 점으로 이루어져 있다. 쉬프트된 기준 요소 프린지 패턴의 z 1 깊이 평면에 대한 합성 영상(640)은 기준 점광원 A의 위치가 (-x 1,y 1,z 1)에 있으므로, 홀로그램 산출부(260)는 z 1 깊이에서 3 포인트에 대한 요소 프린지 패턴을 각각 x, y 방향으로 -x 1, y 1 만큼 시프트를 시킨다. 쉬프트된 기준 요소 프린지 패턴의 z 2 깊이 평면에 대한 합성 영상(660)을 보면 기준 점광원 D의 위치가 (x 1,-y 1,z 1)에 있으므로, 홀로그램 산출부(260)는 z 2 깊이에서 3 포인트에 대한 요소 프린지 패턴을 각각 x, y 방향으로 x 1, -y 1 만큼 시프트를 시킨다. 이어서, 홀로그램 산출부(260)는 쉬프트된 기준 요소 프린지 패턴 및 n-포인트 요소 프린지 패턴을 합성하여 CGH를 산출한다. 또한 홀로그램 산출부(260)는 CGH를 이용하여 식 (9)와 같이 홀로그램 정보를 산출한다. The
이하 도 7을 참조하여 룩업 테이블과 공간적 중복성을 이용한 홀로그램 산출 방법을 설명하도록 한다. 이 때, 명확한 설명을 위해 홀로그램 산출 장치를 구성하는 각 기능부를 '홀로그램 산출 장치'로 통칭하여 설명하도록 한다. 또한 이하 홀로그램 산출 과정 중 홀로그램 산출 장치를 설명한 내용과 중복되는 부분은 발명의 명확한 설명을 위해 생략하기로 한다.Hereinafter, a hologram calculation method using a lookup table and spatial redundancy will be described with reference to FIG. 7. In this case, for the sake of clarity, each functional unit constituting the hologram calculating device will be collectively described as a 'hologram calculating device'. In the following hologram calculation process, portions overlapping with the description of the hologram calculation device will be omitted for clarity.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 산출 과정을 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating a hologram calculation process according to an embodiment of the present invention.
단계 710에서 홀로그램 산출 장치는 입력 영상을 참조하여 기준 요소 프린지 패턴을 산출한다. 기준 요소 프린지 패턴은 상술한 N-LUT 방식에서 룩업 테이블(250)에 저장되는 요소 프린지 패턴으로, 물체의 깊이 방향에 대한 요소 프린지 패턴이다.In
단계 720에서 홀로그램 산출 장치는 기준요소 프린지 패턴을 룩업 테이블에 저장한다. In
단계 730에서 홀로그램 산출 장치는 입력 영상의 동일성 데이터를 산출한다. 즉, 홀로그램 산출 장치는 밝기와 깊이 값이 같은 점들을 묶어서 추출한 동일성 데이터를 산출한다. In
단계 740에서 홀로그램 산출 장치는 동일성 데이터 및 기준 요소 프린지 패턴을 이용하여 n-포인트 요소 프린지 패턴을 산출한다.In
단계 750에서 홀로그램 산출 장치는 기준 요소 프린지 패턴, 동일성 데이터 및 n-포인트 요소 프린지 패턴을 대상 물체의 각 점에 매칭하여 CGH를 산출하고, CGH를 통해 홀로그램 정보를 산출한다. 이하 도 8을 참조하여 단계 750에 대한 상세한 설명을 하도록 한다.In
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 요소 프린지 패턴 및 n-포인트 요소 프린지 패턴을 매칭하여 홀로그램 정보를 산출하는 과정을 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a process of calculating hologram information by matching a reference element fringe pattern and an n-point element fringe pattern according to an embodiment of the present invention.
단계 810에서 홀로그램 산출 장치는 동일성 데이터 상에서 연속적으로 동일하지 않은 점에 기준 요소 프린지 패턴을 매칭하고, n을 1로 설정한다. 이 때 n은 임의의 자연수이다.In
단계 820에서 홀로그램 산출 장치는 n을 1만큼 증가시킨다.In
단계 830에서 홀로그램 산출 장치는 동일성 데이터에서 n개 이상의 연속한 동일점이 있는지 판단한다.In
만약 n개 이상의 연속한 동일점이 있다면, 단계 840에서 홀로그램 산출 장치는 n-포인트 요소 프린지 패턴을 n개의 연속한 동일점에 매칭한다. 이어서 홀로그램 산출 장치는 단계 820부터의 과정을 수행한다.If there are n or more consecutive identical points, the hologram calculating apparatus matches the n-point element fringe pattern to n consecutive identical points in
만약 n개 이상의 연속한 동일점이 없다면, 단계 850에서 홀로그램 산출 장치는 CGH를 이용하여 홀로그램 정보를 산출한다. CGH를 이용한 홀로그램 산출 방법은 식 (9)를 참조하여 상술하였다.If there are no n or more consecutive identical points, the hologram calculating device calculates the hologram information using the CGH in
상술한 홀로그램 정보를 산출하는 과정은 연속한 동일점의 개수를 기준으로 순서를 정하여 요소 프린지 패턴을 매칭시켰지만, 대상 물체의 좌표상 순서대로 요소 프린지 패턴을 매칭시킬 수 있다. 이 때, n-포인트 요소 프린지 패턴은 룩업 테 이블에 저장될 수 있다.In the above-described process of calculating the hologram information, the element fringe patterns are matched by determining the order based on the number of consecutive identical points, but the element fringe patterns may be matched in the order of the coordinates of the target object. At this time, the n-point element fringe pattern may be stored in the lookup table.
상술한 홀로그램 산출 장치 및 방법은 홀로그램 산출을 위한 계산 복잡도를 낮춰주는 효과가 있다. 이하 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 산출 장치의 효과를 표를 참조하여 설명하도록 한다. 아래 표는 상술한 방식에 따른 홀로그램의 산출을 위한 계산 포인트 수를 비교한 표이다.The above-described hologram calculating device and method has an effect of lowering the computational complexity for hologram calculation. Hereinafter, the effect of the hologram calculation device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the table. The table below compares the number of calculation points for the calculation of the hologram according to the above-described method.
(2-point)Proposed method
(2-point)
(3-point)Proposed method
(3-point)
(4-point)Proposed method
(4-point)
1-포인트 요소 프린지 패턴은 기존의 N-LUT를 이용한 방식을 나타낸다. 이 경우, 홀로그램을 산출하기 위해 총 78,726포인트를 계산하여야 한다. 이에 비해, 2-포인트 요소 프린지 패턴 내지 4-포인트 요소 프린지 패턴을 이용할 경우, 각각 82.9%, 79.4%, 78.3%의 포인트의 계산량을 보여 준다.The 1-point element fringe pattern represents a conventional method using an N-LUT. In this case, a total of 78,726 points must be calculated to produce a hologram. In comparison, when the two-point element fringe pattern or the four-point element fringe pattern is used, the calculation amounts of points of 82.9%, 79.4%, and 78.3% are respectively shown.
아래 표는 상술한 방식에 따른 홀로그램의 산출 시간을 비교한 표이다.The table below compares the calculation time of the hologram according to the above-described method.
(100%)11.76
(100%)
(81.0%)9.53
(81.0%)
(77.9%)9.16
(77.9%)
(77.0%)9.05
(77.0%)
기존의 N-LUT 방식의 경우는 한 포인트를 계산하는 평균 시간이 11.76ms가 걸리게 되고, 2-포인트 요소 프린지 패턴을 사용하는 경우는 한 포인트를 계산하는 평균 시간이 9.53ms가 걸려 기존 방식에 비해 81%가 걸리게 된다. 3-포인트의 경우는 9.16ms, 4-포인트의 경우는 9.05ms가 걸려 각각 77.9%, 77.0%가 걸리는 결과가 나왔다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 산출 방법은 기존의 N-LUT 방식에 비해 계산 복잡도가 감소하는 효과가 있다.In the case of the conventional N-LUT method, the average time for calculating a point takes 11.76 ms, and in the case of using the 2-point element fringe pattern, the average time for calculating a point is 9.53 ms, compared to the conventional method. It takes 81%. The three-points resulted in 9.16ms and 9.05ms in the 4-points, resulting in 77.9% and 77.0%, respectively. Therefore, the hologram calculation method according to an embodiment of the present invention has the effect of reducing the computational complexity compared to the conventional N-LUT method.
상술한 본 발명의 실시예에 따른 룩업 테이블과 공간적 중복성을 이용한 컴퓨터 형성 홀로그램 산출과 재생 방법은 기록매체에 저장된 후 소정의 장치, 예를 들면, 이동 통신 단말기와 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.The computer-generated hologram calculation and reproduction method using the lookup table and the spatial redundancy according to the embodiment of the present invention may be performed in combination with a predetermined device, for example, a mobile communication terminal, after being stored in a recording medium. Here, the recording medium may be a magnetic or optical recording medium such as a hard disk, a video tape, a CD, a VCD, a DVD, or a database of a client or server computer built offline or online.
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 변 경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 특히, 공간적 중복성에 대한 분석은 수평방향, 수직방향, 대각선 방향, 블록 단위 등 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 그리고 n-포인트 요소 프린지 패턴의 경우도 사전에 미리 만들어 두고 홀로그램을 산출할 수도 있고, 1-포인트 요소 프린지 패턴을 만들어 두고 필요할 때 n-포인트 요소 프린지 패턴을 만들어 홀로그램을 산출할 수도 있다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below It will be appreciated that modifications and changes can be made. In particular, the analysis of spatial redundancy may be performed in various ways such as horizontal direction, vertical direction, diagonal direction, and block unit. In the case of the n-point element fringe pattern, the hologram may be calculated in advance, and the 1-point element fringe pattern may be made, and the n-point element fringe pattern may be made when necessary to calculate the hologram.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그래피 기법을 이용한 3차원 정보 획득 방법을 도시한 도면.1 is a view showing a three-dimensional information acquisition method using a holography technique according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 산출 장치를 도시한 도면.2 is a diagram illustrating a hologram calculating device according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 밝기 영상과 깊이 영상을 도시한 도면.3 illustrates a brightness image and a depth image according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세 포인트에 대한 요소 프린지 패턴을 도시한 도면.4 illustrates an element fringe pattern for three points in accordance with one embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 요소 프린지 패턴 및 n-포인트 요소 프린지 패턴을 도시한 도면.5 illustrates a reference element fringe pattern and an n-point element fringe pattern according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간적 중복성 데이터와 산출된 n 포인트에 대한 요소 프린지 패턴을 이용하여 홀로그램 패턴을 산출하는 방법을 도시한 도면.FIG. 6 illustrates a method of calculating a hologram pattern using spatial redundancy data and an element fringe pattern for the calculated n points according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 산출 과정을 도시한 도면.7 is a diagram illustrating a hologram calculation process according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 요소 프린지 패턴 및 n-포인트 요소 프린지 패턴을 매칭하여 홀로그램 정보를 산출하는 과정을 도시한 도면.8 is a diagram illustrating a process of calculating hologram information by matching a reference element fringe pattern and an n-point element fringe pattern according to an embodiment of the present invention.
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