KR101204968B1 - 비디오 홀로그래피 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 홀로그래피로 생성되는, 복수의 비디오 프레임들을 갖는 비디오 이미지들을 디스플레이하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 각 프레임에 대하여, 각 순차적인 복수의 홀로그램들이 제공되고 계산된다(20). 상기 복수의 비디오 프레임들의 각 상기 순차적인 복수의 홀로그램들이 재생 필드의 뷰잉을 위해 회절 요소(12) 상에 순차적으로 디스플레이되며, 각 프레임의 잡음 분산은 상기 복수의 홀로그램들에 걸쳐 평균함으로써 감소되는 것으로서 인식된다.
Figure R1020067014332
홀로그래피, 위상 마스크, 비디오 이미지, 픽셀, 퓨리에 변환.

Description

비디오 홀로그래피 장치 및 방법{VIDEO HOLOGRAPHIC APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 홀로그래피로 생성되는, 복수의 비디오 프레임들로 구성되는 비디오 이미지를 디스플레이하는 방법, 및 홀로그래피로 생성되는, 복수의 비디오 프레임들을 갖는 비디오 이미지를 디스플레이하는 장치에 관한 것이다.
명확성을 위해, 용어 "비디오 데이터"는 임의의 특정 타입의 이미지 콘텐츠를 나타내는 데이터에 국한되지 않으며, 하나 이상의 정지 화상(still image)을 나타내는 데이터를 포함하며, 여기서 데이터는 주기적으로 또는 정기적으로 리프레쉬(refresh) 된다.
홀로그래피로 생성되는 2D 이미지들은 특히 해상도(definition) 및 효율성의 관점에서 종래 투사형 대응물들에 대해 많은 이점을 갖는 것으로 알려져 있다. 그러나, 현재의 홀로그램 생성 알고리즘의 계산의 복잡성은 실시간 응용들에서의 사용을 배제시킨다. 더욱이, 기존 알고리즘들이 매우 고속인 경우에도, 이들에 의해 생성되는 이미지들은 디스플레이 응용에서 사용하기에 충분한 품질을 갖지 않는다.
통상적으로, 홀로그램이 코히어런트 광(coherent light)에 의해 조사되는 때에, 원하는 이미지와 생성된 이미지(재생 필드 : replay field 혹은 RPF) 사이의 제곱-평균 에러(MSE)를 최소화하는 홀로그램들을 발견함으로써, 홀로그램 생성 알고리즘들이 진행할 수 있다. 본 발명자들은, 인간 피실험자(human subject)들이 RPF에서의 보다 낮은 신호 및 잡음 분산(noise variance)을 디스플레이 응용들에 있어서 훨씬 더 중요하게 여기고 있음을 보여주었다. 이러한 결과를 사용하여, 이미지 품질에 대한 심리측정적으로-결정되는 지각 측정(psychometrically-determined perceptual measure)에 최적화된 새로운 알고리즘이 개발되었다.
홀로그래피로 생성되는 이미지들은 광이 디바이스를 떠남으로써 형성될 수 있는데, 이는 디바이스에 입사된 광에 대한 위상-변조 효과를 나타낸다. 전형적으로, 디바이스는 공간 광 변조기(spatial light modulator : SLM)이며, 어드레스가능한(addressable) 위상 변조 요소들의 필드를 갖는다. 일부 SLM들에서, 위상 변조 요소들은 요소들의 선형 또는 1차원 어레이이며, 다른 SLM들에서는 2차원 어레이가 제공될 수도 있다. 간략화를 위해, 많은 SLM들은 동일한, 일반적으로 정사각형인 위상-변조 요소들의 일정한 2-D 어레이를 갖는다. 그러나, 위상-변조 요소들이 반드시 크기 또는 모양에서 동일할 필요는 없다.
일반적으로, SLM들의 위상-변조 요소들은 종종 "픽셀들"로 지칭되며, 요소들 자체들은 "픽셀레이트(pixellated)" 이라고 지칭된다. 상기 용어들은 본 명세서에서 호환적으로 사용된다. 본원에서, 용어 "픽셀"이 사용되는 때에, 임의의 직접적으로 뷰잉가능한 화상 콘텐츠가 관련 요소들상에서 보여지는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명의 여러 실시예들의 목적은 고품질의 실시간 홀로그래피 비디오 투사(projection)를 획득하는 것이다.
본 발명의 여러 실시예들의 목적은 CGH를 형성하기 위한 알고리즘을 제공하는 것인데, 여기서 알고리즘은 적은 개수의 계산적으로 강화된(intensive) 단계들을 포함한다.
본 발명의 여러 실시예들의 목적은 CGH를 형성하는 고속 알고리즘을 제공하는 것인데, 여기서 알고리즘은 현재에 상업적으로 이용가능한 것과 같은 비교적 정교하지않은 하드웨어 상에서 구현될 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 홀로그래피로 생성되는, 복수의 비디오 프레임들로 구성되는 비디오 이미지를 디스플레이하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은 각 프레임 주기 동안에 각 순차적인 복수의 홀로그램들을 제공하는 단계와, 그리고 재생 필드의 뷰잉(viewing)을 위해 상기 복수의 비디오 프레임들의 홀로그램들을 디스플레이하는 단계를 포함하며, 이에 의해 각 프레임의 잡음 분산(noise variance)은 상기 복수의 홀로그램들에 걸쳐 평균함으로써 감쇠되는 것으로 인식된다.
일 실시예에서, 상기 제공 단계는 계산적으로 강화된 하나의 단계를 갖는 알고리즘을 구현함으로써 각 홀로그램을 생성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 하나의 단계는 퓨리에 변환 단계이다.
일 실시예에서, 상기 알고리즘은: 각 상기 복수의 픽셀레이트 홀로그램들을 위하여, a)원하는 픽셀의 진폭과 일치하는 진폭 및 동일하게 분포된 균일한 랜덤 위상을 갖는 제 1 데이터를 형성하며; b)상기 제 1 데이터를 역 퓨리에 변환(inverse Fourier transform)하여 제 2 데이터를 제공하며; c)상기 제 2 데이터를 복소 평면에서 실수 방향으로 충분히 이동하여, 각 데이터 포인트의 위상이 작은 제 3 데이터 세트를 형성하며; d)상기 제 3 데이터 세트의 크기(magnitude)를 제 4 데이터 세트로서 형성하며; e)상기 제 4 데이터 세트를 바이너라이즈(binarise)하여 상기 홀로그램으로서 디스플레이를 위한 제 5 데이터 세트를 형성한다.
일 실시예에서, 상기 바이너라이즈 단계는 상기 제 4 데이터 세트의 중위수(median) 인근에서 드레쉬홀드(threshold)하는 단계를 포함하며, 이에 의해 상기 제 5 데이터 세트는 dc 밸런스(dc balance) 및 낮은 복원 에러(low reconstruction error)를 갖는다.
다른 실시예에서, 상기 바이너라이즈 단계는 상기 제 4 데이터를 제로(0) 인근에서 드레쉬홀드하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 디스플레이 디바이스는 실질적으로 0 및 π/2의 위상 편이들(phase shifts)을 부과(impose)하는 픽셀레이트된 위상 마스크를 갖는 공간 광 변조기를 포함하며, 여기서 2-위상 위상 마스크와 협력하여 바이너리 홀로그램을 보여주는 상기 디스플레이 디바이스의 효과는 4-위상 변조를 모의실험(simulate)하며, 각 픽셀은 값들[1,j,-1,-j] 중 하나를 갖는다. 상기 2개의 레벨들 사이에 실질적으로 π/2 또는 nπ/2 의 차이가 존재하는 경우에, 다른 위상 편이들이 가능할 것이다.
일 실시예에서, 상기 위상 마스크의 픽셀 값들은 공간적으로 랜덤화된다.
다른 실시예에서, 상기 위상 마스크의 픽셀 값들은 결정론적으로(deterministically) 결정된다.
일 실시예에서, 단계 b)는 역 퓨리에 변환함과 아울러 상기 위상 마스크 값들을 상기 제 1 데이터에 적용하여 상기 제 2 데이터를 제공하는 단계를 포함한다.
대안적인 실시예들의 집단은 퓨리에 변환 대신에 프레넬 변환(Fresnel transformation)을 사용한다.
일부 실시예들은 2D 홀로그램들에 국한되며, 다른 실시예들은 3D를 제공한다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 홀로그래피로 발생되는, 복수의 비디오 프레임들을 갖는 비디오 이미지를 디스플레이하는 장치가 제공되는데, 상기 장치는 각 프레임 주기 동안 각 순차적인 복수의 홀로그램들을 제공하는 프로세싱 수단과, 그리고 각 프레임의 상기 순차적인 복수의 홀로그램들을 수신함과 아울러 재생 필드의 뷰잉을 위해 상기 비디오 이미지의 복수의 비디오 프레임들의 홀로그램들을 디스플레이하는 디스플레이 디바이스를 구비하며, 이에 의해 각 프레임의 잡음 분산은 상기 복수의 홀로그램들에 걸쳐 평균함으로써 감쇠되는 것으로 인식된다.
일 실시예에서, 상기 프로세싱 수단은 하나의 계산적으로 강화된 단계를 갖는 알고리즘을 구현함으로써 각 상기 홀로그램을 생성한다.
일 실시예에서, 상기 하나의 단계는 퓨리에 변환 단계이다.
일 실시예에서, 상기 알고리즘은: 각 상기 복수의 픽셀레이트 홀로그램을 위하여 a)원하는 이미지 픽셀들의 진폭과 일치하는 진폭 및 동일하게 분포된 균일한 랜덤 위상을 갖는 제 1 데이터를 형성하며; b)상기 제 1 데이터를 역 퓨리에 변환하여 제 2 데이터를 제공하며; c)상기 제 2 데이터를 복소 평면에서 실수 방향으로 충분하게 이동하여 각 데이터 점의 위상이 작은 제 3 데이터 세트를 형성하며; d)상기 제 3 데이터 세트의 크기를 제 4 데이터 세트로서 형성하며; e)상기 제 4 데이터 세트를 바이너라이즈하여 상기 홀로그램으로서 디스플레이하기 위한 제 5 데이터 세트를 형성한다.
상기 바이너라이즈 단계는 상기 제 4 데이터 세트의 중위수 인근에서 드레쉬홀드하는 단계를 포함하며, 이에 의해 상기 제 5 데이터 세트는 dc 밸런스와 낮은 복원 에러를 갖는다.
일 실시예에서, 상기 제 4 데이터 세트의 드레쉬홀드 단계는 제로(0) 인근에서 수행된다.
일 실시예에서, 상기 디스플레이 디바이스는 실질적으로 0 및 π/2의 위상 편이들을 부과하는 픽셀레이트 위상 마스크를 갖는 공간 광 변조기를 포함하며, 여기서 상기 2개-위상 위상 마스크와 협력하여 바이너리 홀로그램을 보여주는 상기 디스플레이 디바이스의 효과는 4-위상 변조를 모의실험하며, 각 픽셀은 값들[1,j,-1,-j]을 갖는다. 상기 2 레벨들 사이에 실질적으로 π/2 또는 n π/2의 차이가 존재하는 경우에, 다른 위상 편이들이 가능할 것이다.
일 실시예에서, 상기 위상 마스크의 픽셀 값들은 공간적으로 랜덤화된다.
일 실시예에서, 단계 b)는 역 퓨리에 변환함과 아울러 상기 위상 마스크 값들을 상기 제 1 데이터에 적용하여 상기 제 2 데이터를 제공하는 단계를 포함한다.
홀로그램 생성 알고리즘 실시예들에서, 방법은 비디오 프레임당 예를 들어, 40개의 홀로그램을 제공하도록 충분히 고속으로 수행될 수 있는데, 여기서 비디오 프레임은 1/25 초이다. N개 이미지들(여기서, 이미지들 각각은 어떤 임의적인 분포의 독립적인 잡음을 갖는다)의 시간 평균의 잡음 분산이 1/N로 떨어진다는 통계적 결과가 발견되었다. 따라서, 본 발명을 구체화하는 제 1 알고리즘의 실시예들은 실시간으로 비디오 프레임 당 N개 홀로그램들('서브프레임들') 세트를 생성하여 독립적인 잡음을 갖는 RPF들을 발생한다. 만일 프레임들이 충분히 신속하게 디스플레이되는 경우에, 눈의 제한된 시간 대역폭(the limited temporal bandwidth of the eye)은 평균화에 의한 잡음 분산 감쇠 효과를 부여(impart)하는데 이용된다. 제 2 알고리즘의 실시예들은 N개 퓨리에 단계들로부터 2N개 홀로그램들을 발생할 수 있다.
본 발명의 추가적인 양상에 따르면, 원하는 이미지 픽셀들의 진폭과 일치하는 진폭을 갖는 제 1 데이터를 형성하는 단계와; 상기 제 1 데이터를 역 퓨리에 변환하여 제 2 데이터를 제공하는 단계와; 상기 제 2 데이터를 복소 평면에서 실수 방향으로 충분하게 이동하여, 각 데이터 포인트의 위상이 작은 제 3 데이터 세트를 형성하는 단계와; 상기 제 3 데이터 세트의 크기를 제 4 데이터 세트로서 형성하는 단계와; 그리고 상기 제 4 데이터를 바이너라이즈하여 상기 홀로그램으로서 디스플레이를 위한 제 5 데이터 세트를 형성하는 단계를 포함하는 픽셀레이트 홀로그램을 제공하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 추가적인 양상에 따르면, 원하는 이미지 픽셀들의 진폭과 일치하는 진폭을 갖는 제 1 데이터를 형성하는 단계와; 상기 제 1 데이터를 역 프레넬 변환하여 제 2 데이터를 제공하는 단계와; 상기 제 2 데이터를 복소 평면에서 실수 방향으로 충분하게 이동하여, 각 데이터 포인트의 위상이 작은 제 3 데이터 세트를 형성하는 단계와; 상기 제 3 데이터 세트의 크기를 제 4 데이터 세트로서 형성하는 단계와; 그리고 상기 제 4 데이터 세트를 바이너라이즈하여 상기 홀로그램으로서 디스플레이하기 위한 제 5 데이터 세트를 형성하는 단계를 포함하는 픽셀레이트 홀로그램을 제공하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 픽셀레이트 홀로그램들을 생성하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은 제 1 데이터 세트를 형성하는 단계와, 여기서 상기 제 1 데이터 세트 멤버들은 각 원하는 픽셀들의 진폭들에 일치하는 각 진폭들을 가지며; 상기 제 1 데이터 세트에 역 퓨리에 변환을 수행하여 제 2 데이터 세트를 제공하는 단계와; 상기 제 2 데이터 세트를 복소 평면에서 실수 방향으로 충분하게 이동하여, 각 데이터 점의 위상이 작은 제 3 데이터 세트를 형성하는 단계와; 상기 제 3 데이터 세트의 크기를 제 4 데이터 세트로서 형성하는 단계와; 그리고 상기 제 4 데이터 세트를 바이너라이즈하여 상기 홀로그램으로서 디스플레이하기 위한 제 5 데이터 세트를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 형성 단계는 동일하게 분포된 랜덤 위상을 갖는 데이터를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 바이너라이즈 단계는 상기 제 4 데이터 세트의 중위수 인근에서 드레쉬홀드하는 단계를 포함하며, 이에 의해 상기 제 5 데이터 세트는 dc 밸랜스와 낮은 복원 에러를 갖는다.
상기 디스플레이 디바이스는 0 및 π/2의 위상 편이들을 부과하는 픽셀레이트 위상 마스크를 갖는 공간 광 변조기를 포함하며, 여기서 상기 2-위상 위상 마스크와 협력하여 바이너리 홀로그램을 보여주는 상기 디스플레이 디바이스의 효과는 4-위상 변조를 모의실험하며, 각 픽셀은 값들[1,j,-1,-j] 중 하나를 갖는다. 상기 2 레벨들 사이에 실질적으로 π/2 또는 n π/2의 차이가 존재하는 경우에, 다른 위상 편이들이 가능할 것이다.
상기 위상 마스크의 픽셀 값들은 공간적으로 랜덤화될 수 있다.
상기 방법은 상기 위상 마스크 값들을 상기 제 1 데이터에 적용하여 상기 제 2 데이터를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 이미지는 2차원 이미지가 될 수 있다. 대안적으로, 상기 이미지는 3차원이 될 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명을 구체화하는 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2a는 바이너리 SLM 때문에 존재하는 컨쥬게이트(conjugate) 이미지이다.
도 2b는 위상 마스크로 제거된 컨쥬게이트 이미지이다.
도2c는 프레넬 홀로그래피를 이용하여 컨쥬게이트 이미지가 제거된 것을 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 방법 실시예에 의해 발생된 예시적인 재생 필드이다.
도 3b는 도 3a와 유사하지만 직접 바이너리 검색에 의해 발생된 재생 필드이다.
도 4는 0 및 π/2의 위상 편이들을 부과하는 픽셀레이트 위상 마스크를 갖는 SLM에 대한 부분 단면도이다.
도 1을 참조하면, 비디오 신호로부터 직접 생성된, p×q 픽셀 입력 세기 필드(Txy)를 나타내는 신호(2)가 제 1 프로세싱 블록(1)을 갖는 프로세싱 디바이스(20)에 입력된다. 본 실시예에서, 프로세싱 디바이스(20)는 요구된 기능들을 수행하게 하는 필드 프로그램가능한 게이트 어레이(FPGA) 실행 코드를 포함한다. 다른 실시예들에서, ASIC이 사용되며, 또 다른 실시예들에서 프로그램된 범용 컴퓨터가 사용된다. 각 상기 복수의 픽셀레이트 홀로그램들을 위한 제 1 프로세싱 블록(1)은 식
Figure 112011058610017-pct00001
에 의해 출력(3)에서 제 1 데이터 세트
Figure 112011058610017-pct00002
를 형성하며, 이에 따라 제 1 데이터 세트
Figure 112011058610017-pct00003
는 원하는 픽셀 진폭과 일치하는 진폭 및 동일하게 분포된(i.i.d) 균일한 랜덤 위상을 갖는다.
제 1 데이터 세트(3)는 제 2 데이터 세트
Figure 112006050584664-pct00004
를 형성하는 제 2 프로세싱 블록(4)에 적용되어, 출력(5)에서
Figure 112006050584664-pct00005
가 되는데, 여기서 F- 1는 2D 역 퓨리에 변환을 나타낸다.
이후에, 제 2 데이터 세트는 복소 평면에서 실수 방향으로(즉, 우측으로) 제 3 프로세싱 블록(6)에 의해 충분하게 이동되어, 각 데이터 점의 위상이 작은 제 3 데이터 세트(7)를 형성한다. 제 3 프로세싱 블록(6)은 최소 양의 실수로서 R을 형성하며, 이에 따라∀ x,y, n에 대하여
Figure 112006050584664-pct00006
이며, 제 2 세트의 각 데이 터 항목에 실수(α)(α>>R)을 더하여 출력(7)에서 제 3 세트
Figure 112006050584664-pct00007
를 형성한다.
출력(7)에서의 제 3 데이터 세트는 함수
Figure 112006050584664-pct00008
를 수행하는 크기-형성하는 제 5 프로세싱 블록(8)에 적용되어, 이에 따라
Figure 112006050584664-pct00009
이 제 4 데이터 세트(9)로서 출력된다.
제 4 데이터는 함수
Figure 112010003303307-pct00010
(여기서,
Figure 112010003303307-pct00011
이다)를 수행하는 바이너라이즈 단계(10)에 제공되어, 상기 홀로그램으로서 디스플레이를 위한 제 5 데이터 세트(11)를 형성한다.
제 5 데이터 세트(11)는 디스플레이 및 뷰잉을 위해 강유전체 액정 SLM(12)에 제공된다. 본 실시예에서는, 강유전체 액정 공간 광 변조기가 사용되지만, OLED 디스플레이들, VFD(vacuum fluorescent display), EL(electroluminescent display), DMD들과 같은 MEMS 디바이스들과 같은 비-액정 기술들에 추가하여, 예를 들어, 네마틱(nematic) SLM들, OASLM들(광-어드레스되는 공간 광 변조기들)을 포함하는 다른 디바이스들, 및 또한 electroclinic, pi cell, flexoelectric, antiferroelectric, ferrielectric, V-형상 스위칭 셀들, 및 guest-host dye cells과 같은 보다 특이한(exotic) 유형의 액정 디스플레이들이 대체될 수 있다. 디바이스는 전달형(transmissive) 또는 반사형(reflective)이 될 수 있다.
계산적으로 강화된 오직 하나의 단계, 즉 역 퓨리에 변환의 존재는 현재의 하드웨어가 비디오 프레임당 복수의, 예를 들어 40개의 홀로그램을 실시간으로 생성하는 것을 가능케 한다.
제 2 실시예에서, 수정된 프로세스는 2N개의 명확히 구별되는 p×q 바이너리 위상 홀로그램들
Figure 112010003303307-pct00012
세트들을 생성하는데, 이들 각각은 동일한 타겟 이미지에 근사한 재생 필드를 발생시킨다. 프로세스의 중요한 특징은 각 홀로그램에 의해 발생되는 잡음 필드들이 i.i.d가 된다는 것이며, 이는 상기 조건들을 만족시킨다.
프로세스는 타겟 세기 이미지(Txy)에 대한 설명(specification)으로 시작되며, 하기와 같이 진행된다.
1.
Figure 112010003303307-pct00013
이며, 여기서,
Figure 112010003303307-pct00014
는 1≤n≤N, 1≤x≤p, 1≤y≤q에 대해 0과 2π 사이에서 균일하게 분포된다.
2.
Figure 112006050584664-pct00015
이며, 1≤n≤N에 대해, F- 1는 2D 역 퓨리에 변환 오퍼레이터를 나타낸다.
3. 1≤n≤N에 대해,
Figure 112006050584664-pct00016
이다.
4. 1≤n≤N에 대해,
Figure 112006050584664-pct00017
이다.
5. 1≤n≤2N에 대해,
Figure 112006050584664-pct00018
이며, 여기서
Figure 112006050584664-pct00019
이다.
이 프로세스의 단계들(3 및 5)은 제 1 실시예의 단계들(3, 4 및 5)과 정확하게 일치하지만, 추가 단계(이 프로세스에서 단계(4))가 추가된다. 따라서, 여기서 발생된 홀로그램들
Figure 112006050584664-pct00020
은 정확히 본래 알고리즘에 의해 발생된 홀로그램들
Figure 112006050584664-pct00021
과 일치하며, 여기에서만 홀로그램들
Figure 112006050584664-pct00022
이 또한 "공짜로(for free)" 즉, 추가의 퓨리에 변환 단계의 필요 없이 제공된다.
단계(1)는 제공된 세기 타겟(Txy)의 진폭에 일치하지만 i.i.d. 균일한 랜덤 위상을 갖는 N개의 타겟들
Figure 112011058610017-pct00023
을 형성한다. 단계(2)는 N개의 대응하는 전체 복소 퓨리에 변환 홀로그램들
Figure 112011058610017-pct00024
을 계산한다. 단계들(3, 4)은 홀로그램들의 실수부 및 허수부 각각을 계산한다. 이후에, 홀로그램들의 실수부 및 허수부 각각의 바이너라이즈가 단계(5)에서 수행된다. 중위수
Figure 112011058610017-pct00025
주위에서의 드레쉬홀드는 동일한 수(-1 및 1)들이 홀로그램들에서 존재함을 보장하며, 이에 따라 (해상력에 의해) DC 밸런스 및 또한 최소 복원 에러를 획득한다. 따라서, (Txy)에서 수행되는 하나의 퓨리에 변환 동작에 대해, 제 1 실시예를 사용하여 획득되는 하나의 홀로그램에 반대되는 것으로서 2개의 바이너리 위상 홀로그램들(Hxy)이 제공된다.
다른 실시예에서, 단계(3 내지 5)들은 바이너리 양자화가 아니라 3개 이상의 위상 레벨들에 대한 양자화를 수행한다. 후자의 경우에, (Txy)에서 수행되는 퓨리에 변환마다 단 하나의 홀로그램이 발생된다.
(일부 실시예들에서 이용되는 바이너리 위상 홀로그램과 같은) 임의의 순수한 실수 홀로그램은 재생 필드에서 컨쥬게이트 이미지를 발생시키며, 이는 사용가능한 영역 및 이에 따라 효율성을 절반으로 감소시킨다.
컨쥬게이트 이미지는 각 픽셀이 값들 [1,j,-1,-j] 중 하나를 취하는 4-위상 홀로그램을 생성함으로써 제거될 수 있는데, 이런 홀로그램들은 강유전체 SLM과 같은 고유의 바이너리 디바이스상에서 디스플레이될 수는 없다. 셋 이상의 위상 레벨들이 네마틱 액정 디스플레이상에서 디스플레이될 수 있지만, 상술한 알고리즘에 의해 제공된 바와같이, 이러한 타입의 상업적으로 이용가능한 디바이스는 현재 고속 프레임 응용에 대해 너무 느리다.
그러나, 바이너리-위상 SLM의 상부 표면상에서 픽셀 값들(1 및 j)(따라서, 각각 0 및 π/2 의 위상 쉬프트를 부가한다)의 픽셀레이트 위상 마스크를 식각(etch)함으로써, 컨쥬게이트 이미지는 제거될 수 있다. 이는 마스크의 픽셀 값들을 랜덤으로 세팅하여 SLM과 위상 마스크의 결합에 의해 부과된 순 변조(net modulation)가 세트 [1,j,-1,-j]에 놓여짐으로써 달성되는데, 이에 따라 SLM 자체가 바이너리라는 사실에도 불구하고, (추가적인 RPF 잡음을 희생하여) 컨쥬게이트 이미지를 제거하는데에 요구되는 추가적인 정도의 자유도를 제공한다. 이 기법은 상관기(correlator) 설계에서 사용되었으며, 여기서, 디스플레이 응용에 적용된다. 마스크의 픽셀 값들이 랜덤으로 되며, 이에 따라 통계적으로 동일한 수들의 각 위상 편이 값이 있다는 점에서 "dc 밸런스"를 갖지만은, 마스크 자체는 고정되며, 각 위상 편이 값의 픽셀 위치가 알려지게 된다.
다른 실시예들에서, 완전히 랜덤으로 되지않은 위상 편이들의 분포가 사용된다.
위상 마스크를 사용하도록 상술한 알고리즘을 수정하기 위하여, 제 2 블록(4)이
Figure 112006050584664-pct00026
를 제공하도록 수정되며, 이에 따라
Figure 112006050584664-pct00027
여기서, Pxy는 위상 마스크를 정의하며,
Figure 112006050584664-pct00028
는 랜덤으로 생성되었으며, 이에 따라 각 픽셀은 1 또는 j를 취하는데에 동일한 확률을 갖는다.
도 4를 참조하면, 바이너리 SLM(100)의 일부에 대한 단면도가 도시된다. 픽셀들이 사실상 2차원 매트릭스로 배열되지만은, SLM(100)은 도면에서 복수의 픽셀들(120 내지 123)을 갖는다. 각 픽셀(120 내지 123)은 위상 편이(0 또는 π)를 제공하도록 전기적으로 제어될 수 있다. SLM의 각 픽셀(120 내지 123)은 픽셀 위에 놓여지며, 이에 대응하여 배치되는 각 위상-마스크 픽셀(130 내지 133)을 갖는다. 도4에서 알 수 있는 바와같이, 제 1, 제 3 및 제 4 위상 마스크 픽셀들(130, 132, 133)은 비교적 작은 두께를 가지는 반면에, 제 2 위상 마스크 픽셀(131)은 비교적 높은 두께를 갖는다. 두께 차이는 위상 마스크 물질에 기초하여, 사용되는 광 파장에 기초하여 선택된다. 보다 두꺼운 픽셀들(131)을 통과하는 광이 보다 얇은 픽셀들(130, 132,133)을 통과하는 광보다 π만큼 더 큰 위상 편이를 받게 되도록 두께 차이가 선택된다.
SLM 또는 유사 디바이스가 반사형인 경우에, 광은 위상 마스크를 통해 두번 통과할 것이며, 대응하는 두께 변화들이 필요할 것이다.
본 실시예에서, 위상 마스크는 SLM(100)상의 코팅으로서 형성된다. 당연하게도, 다른 구성들을 사용하는 것이 가능한데, 예를 들어 데이터 디스플레이를 제공하는 것과 위상 마스크를 형성하는 것을 갖는 2개의 실질적으로 동일한 SLM들을 사용할 수 있다.
모의실험에서 이 기법의 효과를 평가하기 위해, 2개의 테스트 패턴들에 대한 홀로그램들이 생성되는데, 여기서 각 홀로그램들은 두 번 복제되며, 복제 단계는 알고리즘의 단계(2)와 단계(3) 사이에서 수행된다. 형성된 재생 필드들은 컨쥬게이트 이미지가 효과적으로 제거되었음을 증명한다.
상기 설명은 퓨리에 홀로그램들을 사용하여 원격장(far field)에서 원하는 2D 구조를 발생하는 것과 관련된다. 상기 방법은 또한 근접장(near field)에서 구조 생성을 위한 프레넬 홀로그램들을 생성하도록 확장될 수 있으며, 이는 특히 무렌즈 광 구성에 대해 유용한 것이다. 프레넬 홀로그래피는 무렌즈 투사를 가능하게 하는 추가적인 이점을 제공하는데, 이는 홀로그램 자체가 초점 요소를 인코딩하여 종래 투사 디스플레이 시스템들에 대해 명확한 무게, 크기 및 비용 저감을 제공하기 때문이다.
이산 프레넬 변환은 퓨리에 변환과 밀접하게 관련되며, 파장(λ)의 코히어런트 광에 의해 조사되는 때에 (X×Y 치수들 및 대응 픽셀 크기들(△x 및 △y)의) 홀로그램(Gxy)에 의해 거리(f)에서 생성되는 근접장(Txy)을 설명한다. 홀로그램에서 너무 가깝지 않게 이미지화하는 때에, 하기에 의해 변환이 제공되며,
Figure 112006050584664-pct00029
이는 다음의 대응하는 역 변환을 갖는다.
Figure 112006050584664-pct00030
따라서, 만일 프로세싱 블록(4)이
Figure 112006050584664-pct00031
를 제공하며, 이에 따라
Figure 112006050584664-pct00032
이면, 홀로그램으로부터 특정 거리(f)에서 타겟 이미지를 형성하는 프레넬 홀로그램들이 생성된다.
상술된 기법들은 3D 홀로그래피 비디오 디스플레이를 위한 3D 홀로그램들의 생성을 위해 수정될 수 있다. 피사체의 3D 홀로그램은 단순히 피사체 정면의 평면에서 (피사체에 의해 산란된 광에 의해 발생된) 복소 전자기장의 기록이다. 호이겐스 원리(Huygens' principle)에 의해, 만일 평면(P)에서 EM 장 분포가 알려지는 경우에, 호이겐스 웨이브렛(wavelet)들은 공간을 통해 전파되어 3D 공간의 어느 점에서의 필드를 추정할 수 있다. 이와 같이, 평면 홀로그램은 평면 정면의 임의의 위 치 및 각도로부터 피사체를 뷰잉하는데에 필요한 모든 정보를 인코딩하며, 이에 따라 이론상 피사체와 광으로 구별되지 않는다. 사실상, 기록 매체의 픽셀 분해능에서의 제한들은 2D의 경우에서와 같이 픽셀 크기(△)와 역으로 변하는 뷰잉 각도(θ)를 제한한다.
z축에 수직이며, 원점과 교차하는 평면 및 평면 뒤의 위치(X, Y, Z)에서 파장(λ) 및 진폭(A)의 하나의 점광원(point source) 에미터를 고려한다. 평면상의 위치(x,y)에 존재하는 필드(F), 즉 홀로그램은 하기에 의해 제공되며,
Figure 112006050584664-pct00033
만일 3D 장면이 (Xi,Yi,Zi)에서 진폭(Ai)의 M개의 광원들로 간주되는 경우에, EM 전파의 선형 특성은 전체 필드 홀로그램(F)을 발생시킨다.
Figure 112006050584664-pct00034
m×m 홀로그램(Fxy)을 형성하기 위해, F(x,y)가 영역(xmin≤x≤xmax, ymin≤y≤ymax)에 대해 샘플링되는 경우에, 다음과 같이 획득된다.
Figure 112006050584664-pct00035
여기서,
Figure 112006050584664-pct00036
따라서, 상술한 바와같이, 소정의 어레이의 점광원들에 대하여 N개의 완전 시차(parallax) 홀로그램들
Figure 112006050584664-pct00037
을 생성하는 (SLM 위상 마스크를 갖는) 알고리 즘이 제공된다.
Figure 112006050584664-pct00038
, 여기서 ri는 상술한 바와 같으며,
Figure 112006050584664-pct00039
는 1≤n≤N, 1≤i≤M에 대하여, 0과 2π 사이에서 균일하게 분포된다.
Figure 112006050584664-pct00040
이며, 여기서 Pxy는 이전 섹션에서 상술한 바와같이 사전계산된 [1,j] 위상 마스크이다.
R은 최소 양의 실수이며, 이에 따라 ∀ x, y, n에 대하여
Figure 112006050584664-pct00041
이다. R은 존재하며, 이는
Figure 112006050584664-pct00042
에 의해 취해진 각 값이 유한하며, 따라서
Figure 112006050584664-pct00043
은 콤팩트(compact)한 지원을 갖는다.
Figure 112006050584664-pct00044
이며, 여기서 α는 실수이며, R보다 매우 크다.
Figure 112006050584664-pct00045
이며, 여기서
Figure 112006050584664-pct00046
이다.
대안적으로, 퓨리에 변환마다 2개의 홀로그램을 획득하기 위해, 선행하는 3개의 단계들은 하기내용에 의해 대체된다.
1≤n≤N에 대해,
Figure 112006050584664-pct00047
이다.
1≤n≤N에 대해,
Figure 112006050584664-pct00048
이다.
Figure 112006050584664-pct00049
이며, 여기서, 1≤n≤2N에 대해,
Figure 112006050584664-pct00050
이다.
이 알고리즘을 테스트하기 위해, 평면(P)의 원점에 중심을 둔 512×512의 분해능과 2mm × 2mm 크기의 (N=8)개의 홀로그램들의 계산이 고려되며, 이는 (△=4㎛)의 픽셀 크기와 이에 따라 코히어런트 적색 조사(λ=632nm)하에서 대략 9도의 뷰잉 각도를 제공한다. 사용되는 3D 장면은 평면으로부터 1.91m 거리에 위치된, 12cm×12cm×18cm의 치수를 갖는 와이어프레임(wireframe) 직방체를 형성하는 944개 점광원들의 세트이다.
발생된 모의실험 RPF들은 핀홀 개구(K)를 통해 N개의 홀로그램들로부터 가상 스크린(입방체 중심으로부터 핀홀으로의 라인에 수직인 평면)상으로 호이겐스 웨이브렛들을 전파함과 아울러 스크린상에 시간-평균화된 세기 분포를 기록함으로써 계산된다.
유감스럽게, 2D에 대해 설명된 알고리즘과는 대조적으로, 상술한 3D 알고리즘 1단계의 계산은 매우 작은 수의 점광원들 외에 무언가를 갖는 장면에 대하여 현재 소비자용 하드웨어에 의해 실시간으로 이루어지지 않을 수 있다. 그러나, 알고리즘에 의해 생성된 요구된 홀로그램들은 재현을 위해 실시간으로 계산 및 저장될 수 있다. 이러한 계산이 필요되지 않을 수 있음을 제안하는 방식으로 계산들을 최적화하는 것이 가능하지만은, 실시간 3차원 홀로그램을 생성하는데에 더욱 강력한 계산이 필요할 수 있다.
상술한 홀로그래피 투사 방법은 하드웨어에서 수행될 수 있다. 본 명세서를 작성할 당시에, 상업적으로 이용가능한 FPGA들(필드 프로그램가능한 게이트 어레이들) 및 DSP들과 같은 다른 프로그램가능한 하드웨어는 상업적으로 이용가능한 코드 또는 커스텀 코드를 사용하여 프로그램되어, 적어도 2400 frames/sec의 속도로 512×512 퓨리에 변환들을 계산할 수 있는바, 이는 풀-컬러 비디오(25 frames/sec, 3 컬러 평면들, N=32)에 대해 충분한 것이다. 디스플레이 디바이스의 경우, 상업적으로 이용가능한 SLM은 충분한 프레임 레이트를 적어도 512×512 해상도에서 디스플레이할 수 있다. 복수의 컬러들이 필요한 경우에, 예를 들어 풀 컬러 디스플레이를 위한 경우에, 개별 조사 디바이스들을 사용하는 것이 가능하다. 대안적으로, 복수의 컬러 출력을 할 수 있는 하나의 디바이스가 대신에 사용될 수 있다. 2개의 중요한 설계 쟁점들이 확인되었다.
우선, 위상 홀로그래피 요소에서의 광 손실이 작으며, 총 에너지가 보존되기 때문에, 거의 모든 입사광 에너지가 RPF로 라우팅된다. 따라서, 총 에너지가 RPF의 각 "온(on)" 픽셀 사이에서 대략 균일하게 분포되는 것으로 가정하면, 보다 적은 "온" 포인트들을 갖는 타겟 RPF는 많은 포인트를 갖는 것보다 밝게 보일 것이다. 결과적으로, 제어기는 광원의 세기가 대응적으로 조절되게 하여, 각 프레임에서의 "온" 포인트들의 개수에 따라 프레임들 사이에서 균일한 전체 휘도를 달성하게 된다. 레이저의 직접적인 진폭 변조는 비선형성에 의해 바람직하지 못하며, 따라서, 일 실시예에서, 이러한 진폭 변조는 원하는 휘도에 비례하는 듀티 사이클로 각 400 ㎲ 펄스 간격 내의 펄스-폭 변조에 의해 대체되어 요구되는 평균 세기를 달성한다.
둘째로, 설계 쟁점은 RFP 크기와 조사 파장 사이의 관계로부터 발생한다. 이는, 일 실시예에서, 광원들의 3 파장들에서 색수차를 위해 교정된 렌즈 시스템에 의해 극복되거나, 다른 실시예에서, 이러한 효과에 대한 보상을 직접적으로 홀로그램들에 구축하기 위해 프레넬 홀로그래피를 사용함으로써 극복된다.
모의실험에서, 본 발명의 접근 결과들은 6 차수 크기의 더 빠른 계산을 갖는, 직접 바이너리 검색(DBS)보다 2 차수 크기의 더 낮은 잡음 에너지를 나타내는 RPF를 보여준다. 실험결과들은 이론과 일치하며, 강유전체 SLM으로 된 심지어 매우 오래된 설계의 테스트 디바이스에 대해서도, 홀로그래피로 생성된 이미지에 대해 이전에 증명되지 않았던 콘트라스트 레벨 및 정확도 레벨을 보여준다.
본 발명은 바이너리 동작 및 바이너리 SLM들 환경에서 상술되었다. 그러나, 알고리즘 자체는 3 이상의 위상 레벨들로 확장될 수 있음을 이해해야 한다.
상기 제시된 단계(5)에 대한 대안은 에러 디퓨전(error diffusion)을 사용하는 것이다. 기술분야의 당업자에게 알려진 바와같이, 에러 디퓨전은 연속 함수를 양자화 함수로 변환하는 방식인데, 이 방식은 이러한 방법으로부터 발생된 잡음이 재생 필드 영역으로 이동되어, 원하는 이미지에 작용(impinge)하지 않음을 보장한다.
본 발명의 실시예들이 설명되었지만은, 이들은 본 발명 자체에 제한을 가하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부된 청구범위의 전체적인 범주로 확장된다.

Claims (36)

  1. 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법으로서, 상기 비디오는 복수의 비디오 프레임들을 포함하며, 상기 방법은,
    각각의 프레임에 대하여 상기 프레임을 복원하도록 순차적인 복수의 홀로그램들 각각을 제공하는 단계와, 그리고
    재생 필드의 뷰잉(viewing)을 위해 상기 복수의 비디오 프레임들 각각의 홀로그램들을 디스플레이 디바이스 상에서 인간 관찰자(human observer)에게 디스플레이하는 단계
    를 포함하며,
    상기 홀로그램들은 상기 인간 관찰자의 눈의 제한된 시간 대역폭이 평균화에 의한 잡음 분산 감쇠 효과를 부여(impart)할 정도로 빠르게 디스플레이되며, 이에 의해서 상기 각 프레임의 잡음 분산은 상기 복수의 홀로그램들에 걸쳐 평균함에 의해서 상기 인간 관찰자에 의해 감쇠되는 것으로 인식되는(perceived) 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제공하는 단계는,
    퓨리에 변환 단계인 하나의 단계를 갖는 알고리즘을 구현함으로써 상기 홀로그램들 각각을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 홀로그램들은 복수의 픽셀레이트(pixellated) 홀로그램들을 포함하며, 상기 방법은 상기 복수의 픽셀레이트 홀로그램들 각각에 대하여,
    a) 제 1 데이터 세트를 형성하며, 상기 제 1 데이터 세트의 각각의 멤버는 원하는 프레임 픽셀의 진폭(amplitude)과 동등한 진폭을 가지며;
    b) 상기 제 1 데이터 세트를 역 퓨리에 변환하여 제 2 데이터 세트를 제공하며;
    c) 상기 제 2 데이터 세트를 복소 평면에서 실수 방향으로 충분히 이동시켜, 각 데이터 포인트의 위상이 작은 제 3 데이터 세트를 형성하며;
    d) 상기 제 3 데이터 세트의 크기(magnitude)를 제 4 데이터 세트로서 형성하며; 그리고
    e) 상기 제 4 데이터 세트를 바이너라이즈(binarise)하여 상기 홀로그램으로서 디스플레이하기 위해 제 5 데이터 세트를 형성하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바이너라이즈 단계는, 상기 제 4 데이터 세트의 중위수(median)에서 드레쉬홀드(threshold)하는 단계를 포함하며, 이에 의해 상기 제 5 데이터 세트는 dc 밸런스(dc balance)를 갖는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스는 0 및 π/2의 위상 편이들을 부과하는 픽셀레이트 위상 마스크(pixellated phase mask)를 갖는 이진 위상 공간 광 변조기를 포함하며, 상기 방법은 4-위상 홀로그램을 생성하며, 상기 디스플레이 디바이스의 각 픽셀은 [0, π/2, π, 3π/2] 중 하나의 위상 편이를 부과하도록 소정 값을 갖는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 위상 마스크의 픽셀 값들은 공간적으로 랜덤화되는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단계 b)는 역 퓨리에 변환하는 단계와 그리고 상기 제 2 데이터 세트를 제공하도록 상기 위상 마스크 값들을 상기 제 1 데이터 세트에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 비디오는 2차원 이미지인 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법.
  10. 제3항에 있어서,
    디스플레이를 위해 하나의 변환 당 2개의 홀로그램들을 제공하도록, 상기 퓨리에 변환의 실수부와 허수부 둘다를 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법.
  11. 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치에 있어서, 상기 비디오는 복수의 비디오 프레임들을 가지며, 상기 장치는,
    각각의 프레임에 대하여 상기 프레임을 복원하도록 순차적인 복수의 홀로그램들 각각을 제공하는 프로세싱 수단과, 그리고
    상기 각 프레임의 순차적인 복수의 홀로그램들을 수신하고 그리고 재생 필드의 뷰잉(viewing)을 위해 상기 복수의 비디오 프레임들 각각의 홀로그램들을 인간 관찰자에게 디스플레이하는 디스플레이 디바이스
    를 포함하며,
    상기 홀로그램들은 상기 인간 관찰자의 눈의 제한된 시간 대역폭이 평균화에 의한 잡음 분산 감쇠 효과를 부여(impart)할 정도로 빠르게 디스플레이되며, 이에 의해서 상기 각 프레임의 잡음 분산은 상기 복수의 홀로그램들에 걸쳐 평균함에 의해서 상기 인간 관찰자에 의해 감쇠되는 것으로 인식되는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 프로세싱 수단은 퓨리에 변환 단계인 하나의 단계에 따라 각각의 홀로그램을 생성하도록 된 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 홀로그램들은 복수의 픽셀레이트(pixellated) 홀로그램들을 포함하며, 상기 프로세싱 수단은 상기 복수의 픽셀레이트 홀로그램들 각각에 대하여,
    a) 제 1 데이터 세트를 형성하며, 상기 제 1 데이터 세트의 각각의 멤버는 원하는 프레임 픽셀의 진폭(amplitude)과 동등한 진폭을 가지며;
    b) 상기 제 1 데이터 세트를 역 퓨리에 변환하여 제 2 데이터 세트를 제공하며;
    c) 상기 제 2 데이터 세트를 복소 평면에서 실수 방향으로 충분히 이동시켜, 각 데이터 포인트의 위상이 작은 제 3 데이터 세트를 형성하며;
    d) 상기 제 3 데이터 세트의 크기(magnitude)를 제 4 데이터 세트로서 형성하며; 그리고
    e) 상기 제 4 데이터 세트를 바이너라이즈(binarise)하여 상기 홀로그램으로서 디스플레이하기 위해 제 5 데이터 세트를 형성하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 바이너라이즈 단계는 상기 제 4 데이터 세트의 중위수에서 드레쉬홀드하는 단계를 포함하며, 이에 의해 상기 제 5 데이터 세트는 dc 밸랜스를 갖는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스는 0 및 π/2의 위상 편이들을 부과하는 픽셀레이트 위상 마스크를 갖는 이진 위상 공간 광 변조기를 포함하며, 여기서 상기 프로세싱 수단은 4-위상 홀로그램을 생성하며, 상기 디스플레이 디바이스의 각 픽셀은 [0, π/2, π, 3π/2] 중 하나의 위상 편이를 부과하도록 소정 값을 갖는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 위상 마스크의 픽셀 값들은 공간적으로 랜덤화되는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 단계 b)는 역 퓨리에 변환하는 단계와 그리고 상기 제 2 데이터 세트를 제공하도록 상기 위상 마스크 값들을 상기 제 1 데이터 세트에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 장치는 또한, 디스플레이를 위해 하나의 변환 당 2개의 홀로그램들을 제공하도록 상기 퓨리에 변환의 실수부와 허수부 둘다를 이용하도록 된 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치.
  20. 픽셀레이트 홀로그램들을 생성하는 방법에 있어서,
    제 1 데이터 세트를 형성하는 단계와, 여기서 상기 제 1 데이터 세트의 멤버들은 원하는 각 픽셀들의 진폭들에 일치하는 진폭들을 각각 가지며;
    상기 제 1 데이터 세트에 역 퓨리에 변환을 수행하여 제 2 데이터 세트를 제공하는 단계와;
    상기 제 2 데이터 세트를 복소 평면에서 실수 방향으로 충분히 이동시켜, 각 데이터 포인트의 위상이 작은 제 3 데이터 세트를 형성하는 단계와;
    상기 제 3 데이터 세트의 크기를 제 4 데이터 세트로서 형성하는 단계와; 그리고
    상기 제 4 데이터 세트를 바이너라이즈하여 상기 홀로그램으로서 디스플레이하기 위해 제 5 데이터 세트를 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀레이트 홀로그램들을 생성하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 바이너라이즈 단계는 상기 제 4 데이터 세트의 중위수에서 드레쉬홀드하는 단계를 포함하며, 이에 의해 상기 제 5 데이터 세트는 dc 밸랜스를 갖는 것을 특징으로 하는 픽셀레이트 홀로그램들을 생성하는 방법.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스는 0 및 π/2의 위상 편이들을 부과하는 픽셀레이트 위상 마스크를 갖는 공간 광 변조기를 포함하며, 여기서 상기 방법은 4-위상 홀로그램을 생성하며, 각 픽셀은 값들[1,j,-1,-j] 중 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 픽셀레이트 홀로그램들을 생성하는 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 위상 마스크의 픽셀 값들은 공간적으로 랜덤화되는 것을 특징으로 하는 픽셀레이트 홀로그램들을 생성하는 방법.
  24. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 위상 마스크 값들을 상기 제 1 데이터 세트에 적용하여 상기 제 2 데이터 세트를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀레이트 홀로그램들을 생성하는 방법.
  25. 제11항에 있어서,
    상기 비디오는 2차원 이미지인 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치.
  26. 제20항에 있어서,
    상기 역 퓨리에 변환된 제 1 데이터의 실수부 및 허수부를 형성하여 2개의 제 2 데이터 세트들을 형성하며, 이에 의해 퓨리에 변환 단계마다 2개의 홀로그램이 생성되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀레이트 홀로그램들을 생성하는 방법.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 홀로그램들의 잡음 필드(noise fields)는, 독립적이며 그리고 동일하게 분포된 잡음(independent and identically distributed noise)을 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 제공하는 단계는,
    퓨리에 변환 혹은 프레넬 변환을 구현함에 의해서 각각의 홀로그램을 생성하고 그리고 상기 변환의 실수부 혹은 허수부를 취하여 상기 홀로그램을 제공하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 프레임들 사이에서 균일한 전체 휘도를 획득하도록, 상기 재생 필드에서의 온 픽셀들(on pixels)의 개수에 따라 상기 디스플레이 디바이스를 조사(illuminating)하는 광원의 빛의 세기를 조절하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스는 3개 이상의 위상 레벨들을 나타낼 수 있는 디스플레이 디바이스를 포함하며, 그리고 상기 방법은 상기 디스플레이 디바이스에 대해서 3개 이상의 위상 레벨들을 갖는 홀로그램들을 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법.
  31. 제1항에 있어서,
    홀로그래피로 생성되는 상기 비디오는 다중-색상 비디오인 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 방법.
  32. 제11항에 있어서,
    상기 홀로그램들의 잡음 필드(noise fields)는, 독립적이며 그리고 동일하게 분포된 잡음(independent and identically distributed noise)을 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치.
  33. 제11항에 있어서,
    상기 프로세싱 수단은,
    퓨리에 변환 혹은 프레넬 변환을 구현함에 의해서 각각의 홀로그램을 생성하고 그리고 상기 변환의 실수부 혹은 허수부를 취하여 상기 홀로그램을 제공하도록 된 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치.
  34. 제11항에 있어서,
    상기 장치는 또한,
    상기 프레임들 사이에서 균일한 전체 휘도를 획득하도록, 상기 재생 필드에서의 온 픽셀들(on pixels)의 개수에 따라 상기 디스플레이 디바이스를 조사(illuminating)하는 광원의 빛의 세기를 조절하도록 된 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치.
  35. 제11항에 있어서,
    상기 디스플레이 디바이스는 3개 이상의 위상 레벨들을 나타낼 수 있는 디스플레이 디바이스를 포함하며, 그리고 상기 프로세싱 수단은 상기 디스플레이 디바이스에 대해서 3개 이상의 위상 레벨들을 갖는 홀로그램들을 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치.
  36. 제11항에 있어서,
    홀로그래피로 생성되는 상기 비디오는 다중-색상 비디오인 것을 특징으로 하는 홀로그래피로 생성되는 비디오를 디스플레이하는 장치.
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