KR101598615B1 - A Method of Arbitrary Viewpoint/Disparity Stereoscopic Image Generation from a Digital Hologram - Google Patents

A Method of Arbitrary Viewpoint/Disparity Stereoscopic Image Generation from a Digital Hologram Download PDF

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김동욱
서영호
이윤혁
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광운대학교 산학협력단
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B30/00Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images

Abstract

The present invention relates to a method for generating an arbitrary viewpoint/disparity stereoscopic image from a digital hologram, which generates the stereoscopic image from the digital hologram using Fresnel transform, wherein the size of an image is adjusted using the size of a partial hologram and the disparity of the image is adjusted using the distance between the centers of two partial holograms. The method for generating the arbitrary viewpoint/disparity stereoscopic image from the digital hologram comprises the steps of: (a) receiving a digital hologram image; (b) extracting first and second partial hologram images from the digital hologram image; (c) acquiring first and second playback images from the first and second partial hologram images, respectively; and (e) generating a stereoscopic image having the first and second playback images as a pair. According to the stereoscopic image generation method as described above, a user may watch an S3D image by converting an image into the stereoscopic image even if the user does not have a hologram display device, the size and resolution of a stereoscopic screen may be adjusted as desired, and the disparity of the acquired stereoscopic image may be clearly expressed as desired.

Description

디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법 { A Method of Arbitrary Viewpoint/Disparity Stereoscopic Image Generation from a Digital Hologram }[0001] The present invention relates to a method of generating a stereoscopic image of an arbitrary viewpoint and an arbitrary parallax from a digital hologram,

본 발명은 디지털 홀로그램으로부터 프레즈넬 변환을 사용하여 스테레오스코픽 영상을 생성하되, 영상의 크기는 부분 홀로그램의 크기로 조정하고 영상의 시차는 두 부분 홀로그램의 중심 간 거리로 조정하는 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법에 관한 것이다.
A stereoscopic image is generated from a digital hologram using Fresnel-transform, the size of the image is adjusted to the size of the partial hologram, the parallax of the image is adjusted to a distance between the centers of the two partial holograms, And a method of generating a stereoscopic image having an arbitrary time difference.

최근 영화 '아바타'로 촉발된 스테레오스코픽 3차원(stereoscopic 3-dimensional, S3D) 영상에 대한 욕구는 안경착용의 불편함 등을 해소하여 완전한 입체시를 갈망하기에 이르렀다. 안경착용의 불편함은 무안경식 3D로 해결할 수 있으나, 무안경식 3D 디스플레이의 기술적 특성상 현기증, 피로감 등을 가중시켜 불편감이 해소되지 않고 있다[비특허문헌 1]. 이에 1948년 Dennis Gabor가 발명한 홀로그램은 완전한 입체시를 제공하는 영상을 공간에 디스플레이하는 기술로서, 최근 관심이 고조되고 있다[비특허문헌 2]. 홀로그램은 디지털 홀로그램이 발명되면서[비특허문헌 3] 현재의 시스템으로 서비스를 제공할 수 있게 되었다. Recently, the desire for stereoscopic 3-dimensional (S3D) images triggered by the movie 'Avatar' has solved the inconvenience of wearing spectacles, and has led to the desire for complete stereoscopic vision. The inconvenience of wearing spectacles can be solved by the non-rigid 3D, but the uncomfortable feeling is not solved because the technical characteristics of the non-rigid 3D display increase the degree of dizziness and tiredness [Non-Patent Document 1]. Therefore, the hologram invented by Dennis Gabor in 1948 is a technique for displaying an image providing a complete stereoscopic image in a space, and recent interest is increasing. [Non-Patent Document 2] The digital hologram has been invented so that the hologram can be provided with the current system [Non-Patent Document 3].

홀로그램은 두 빛의 간섭현상으로 생기는 프린지(fringe) 패턴을 뜻한다. 두 빛 중 하나로는 참조파(reference wave)를 사용하고, 또 하나는 물체에 반사된 물체파(object wave)를 사용한다. 이 홀로그램은 기록매체가 프린지 패턴을 기록할 만큼 충분히 미세한 매질을 사용하여야 좋은 화질의 영상을 얻을 수 있다. 디지털 홀로그램의 경우는 이와 더불어 홀로그램을 디스플레이하기 위해 빛을 프린지 패턴에 따라 회절(diffract)시키는 특별한 장치가 필요하며, 그 대표적인 것이 공간광변조기(spatial light modulator, SLM)이다[비특허문헌 2]. 이 장치의 해상도와 크기에 따라 홀로그램 영상의 화질과 시야각 등이 결정되며, 충분한 해상능력을 갖기 위해서는 화소의 크기가 1μm 이하이어야 한다[비특허문헌 4]. 또한 이 정도의 해상도를 가지면서 시청자가 시청하기에 불편함이 없을 정도의 화면크기를 가지려면 엄청난 수의 화소가 필요하고, 따라서 그 만큼의 데이터가 필요하다. 아직까지 SLM 화소크기를 1μm까지 소형화시키지 못하고 있으며, 현재 시판되고 있는 SLM의 크기는 대부분 10cm×10cm 이하이다. A hologram is a fringe pattern caused by the interference of two lights. One of the two lights uses a reference wave and the other uses an object wave reflected from the object. This hologram can obtain a high-quality image when a recording medium is sufficiently fine to record a fringe pattern. In the case of a digital hologram, a special device for diffracting light according to a fringe pattern is required in order to display a hologram, and a typical example thereof is a spatial light modulator (SLM). The image quality and the viewing angle of the hologram image are determined according to the resolution and the size of the apparatus. In order to have sufficient resolution, the size of the pixel should be 1 μm or less [Non-Patent Document 4]. In addition, a large number of pixels are required to have such a resolution and a screen size that is not inconvenient for viewers to watch, and accordingly, much data is required. The SLM pixel size has not yet been miniaturized to 1 μm, and the size of the currently available SLM is 10 cm × 10 cm or less in most cases.

그럼에도 불구하고 홀로그램에 대한 연구는 기하급수적으로 증가하고 있다. 여기에는 디지털 홀로그램의 획득/생성, 홀로그램 영상 디스플레이뿐만 아니라 디지털 홀로그램 데이터의 압축[비특허문헌 5], 정보보호[비특허문헌 6], 정보보안[비특허문헌 7], 심지어는 디지털 홀로그램 데이터를 서비스하기 위한 시스템[비특허문헌 8]까지 포함되고 있다. 특히 [비특허문헌 9]에서는 현 시점에서 홀로그램 영상을 대중화하기 위해 시청자의 시점 근처만 홀로그램 영상을 디스플레이하고 그 외 부분은 2차원 영상을 디스플레이하는 시스템을 제안하기도 하였다. 즉, 디지털 홀로그램 데이터를 서비스하기 위한 기술적 연구가 많이 진행되고 있으나, 현실적으로 디지털 홀로그램 비디오를 디스플레이하는 장치 자체의 개발이 아직은 충분치 않을뿐더러 고가의 장비이기 때문에 대중화까지는 아직도 많은 시간이 필요하다.Nonetheless, research on holograms is increasing exponentially. This includes not only the acquisition / generation of digital holograms, hologram image display but also compression of digital hologram data [Non-Patent Document 5], information protection [Non-Patent Document 6], information security [Non Patent Document 7], and even digital hologram data And a system for service [Non-Patent Document 8]. In particular, non-patent document 9 proposes a system for displaying a hologram image only near the viewer's viewpoint and displaying a two-dimensional image at the other part in order to popularize the hologram image at the present time. In other words, although technical researches for digital hologram data have been widely performed, development of a device for displaying digital hologram video is not sufficient yet, and it is still expensive.

이에 디지털 홀로그램 데이터가 제공되지만, 수신측에는 홀로그램 디스플레이 장치가 없는, 현재의 S3D 디스플레이 장치를 사용하는 상황과 완전한 입체시의 홀로그램 디스플레이 장치가 준비된 상황의 중간단계 정도를 생각할 수 있고, 최근 이러한 상황을 가정한 연구가 진행되고 있다[비특허문헌 10-12]. 이들 연구는 디지털 홀로그램 데이터로 S3D 영상을 생성하는 방법을 제시하였다. K. Choi 등은 두 S3D 영상 쌍을 하나의 디지털 홀로그램으로 변환하고 이를 편향렌즈(collimated lenses)를 통해 각 눈에 조사하는 방법을 제안하였고[비특허문헌 10], T. M. Lethtimaki 등도 마찬가지로 두 스테레오 영상 쌍을 하나의 디지털 홀로그램으로 생성하나, 재생한 영상을 분할하여 스테레오 영상을 만드는 방법에 대해서 연구하였다[비특허문헌 11]. 또한 T. Pitkaaho 등은 다양한 현재의 S3D 디스플레이 장치를 대상으로 하나의 디지털 홀로그램으로부터 S3D 영상 쌍을 디스플레이할 수 있는 가능성에 대해서 연구하였다[비특허문헌 12].
Although the digital hologram data is provided on the receiving side, it is possible to consider an intermediate stage between the situation of using the present S3D display device without the hologram display device and the state of preparing the hologram display device of perfect stereoscopic vision. A study is underway [Non-Patent Document 10-12]. These studies suggested a method to generate S3D image from digital hologram data. K. Choi et al. Proposed a method of converting two pairs of S3D images into one digital hologram and irradiating them to each eye through collimated lenses [Non-Patent Document 10], and TM Lethtimaki et al. Is generated as one digital hologram, and a method of dividing the reproduced image into a stereo image has been studied [Non-Patent Document 11]. T. Pitkaaho et al. Studied the possibility of displaying S3D image pairs from one digital hologram to various current S3D display devices [Non-Patent Document 12].

[비특허문헌 1] Paper : D-W. Kim, J-S Yoo, and Y-H, Seo, "Qualitative analysis of individual and composite content factors of stereoscopic 3D video causing visual discomfort", Display 34, pp. 223-240, 2013.[Non-Patent Document 1] Paper: D-W. Kim, JS Yoo, and Y-H, Seo, "Display quality of 3D video and visual discomfort", Display 34, pp. 223-240, 2013. [비특허문헌 2] Book : S. A. Benton and V. M. Bove Jr., Holographic Imaging, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, 2008.[Non-Patent Document 2] Book: S. A. Benton and V. M. Bove Jr., Holographic Imaging, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, 2008. [비특허문헌 3] Paper : E. N. Leith, and J. Upatnieks, "Reconstructed wavefronts and communication theory'" JOSA, 52(10), pp. 1123-1128, 1962.[Non-Patent Document 3] Paper: E. N. Leith, and J. Upatnieks, "Reconstructed wavefronts and communication theory", JOSA, 52 (10), pp. 1123-1128, 1962. [비특허문헌 4] Book : U. Schnar and W. Jueptner, Digital holography, Springer, Berlin, Germany, 2005.[Non-Patent Document 4] Book: U. Schnar and W. Jueptner, Digital holography, Springer, Berlin, Germany, 2005. [비특허문헌 5] Paper : Y-H. Seo, H-J. Choi, J-S. Yoo, G-S. Lee, C-H. Kim, S-H. Lee, and D-W. Kim, "Digital hologram compression technique by eliminating spatial correlations based on MCTF," Optics Communication, 283, pp. 4261-4270, Jul. 2010. [Non-Patent Document 5] Paper: Y-H. Seo, H-J. Choi, J-S. Yoo, G-S. Lee, C-H. Kim, S-H. Lee, and D-W. Kim, "Digital hologram compression technique by eliminating spatial correlations based on MCTF," Optics Communication, 283, pp. 4261-4270, Jul. 2010. [비특허문헌 6] Paper : H-J. Choi, Y-H. Seo, J-S. Yoo, D-W. Kim, "Digital watermarking technique for holography interference patterns in a transform domain," Optics and Lasers in Engineering, Vol. 46, Issue 4, pp 343-348, Apl. 2008. [Non-Patent Document 6] Paper: HJ. Choi, Y-H. Seo, J-S. Yoo, D-W. Kim, "Digital watermarking technique for holography interference patterns in a transform domain," Optics and Lasers in Engineering, Vol. 46, Issue 4, pp 343-348, Apl. 2008. [비특허문헌 7] Paper : Y-H. Seo, H-J. Choi and D-W. Kim, "Digital hologram encryption using discrete wavelet packet transform", Optics Communications, Volume 282, Issue 3, pp. 367~377, Jan. 2009.[Non-Patent Document 7] Paper: Y-H. Seo, H-J. Choi and D-W. Kim, "Digital hologram encryption using discrete wavelet packet transform ", Optics Communications, Volume 282, Issue 3, pp. 367-377, Jan. 2009. [비특허문헌 8] Paper : Y-H Seo, Y-H Lee, J-M Koo, W-Y Kim, J-S Yoo, D-W Kim, "Digital holographic video service system for natural color scene", Optical Engineering, vol. 52 no. 11, pp. 113106-1~8, 2013. [Non-Patent Document 8] Paper: Y-H Seo, Y-H Lee, J-M Koo, W-Y Kim, J-S Yoo, D-W Kim, "Digital holographic video service system for natural color scene" 52 no. 11, pp. 113106-1? 8, 2013. [비특허문헌 9] Paper : Stephan Reichelt and Norbert Leister, " Computational hologram synthesis and representation on spatial light modulators for real-time 3D holographic imaging," ISDH 2012, pp. 1-10, 2012.[Non-Patent Document 9] Paper: Stephan Reichelt and Norbert Leister, "Computational hologram synthesis and representation on spatial light modulators for real-time 3D holographic imaging," ISDH 2012, pp. 1-10, 2012. [비특허문헌 10] Paper : K. Choi, H. Kim, and B. Lee, "Synthetic phase holograms for auto-stereoscopic image displays using a modified IFTA," Optics Express, 12(11), pp. 2454-2461, 2004.[Non-Patent Document 10] Paper: K. Choi, H. Kim, and B. Lee, "Synthetic phase holograms for auto-stereoscopic image displays using a modified IFTA, Optics Express, 12 (11), pp. 2454-2461, 2004. [비특허문헌 11] Paper : T. M. Lethtimaki and T. J. Naughton, "Stereoscopic viewing of digital holograms of real world objects," IEEE 3DTV Conference, 2007.[Non-Patent Document 11] Paper: T. M. Lethtimaki and T. J. Naughton, "Stereoscopic viewing of digital holograms of real world objects," IEEE 3DTV Conference, 2007. [비특허문헌 12] Paper : T. Pitkaaho and T. Naughton, "Numerical reconstruction of digital holograms for conventional 3D display," IEEE 9th Euro-American Workshop, pp.1-3, 2010.[Non-Patent Document 12] Paper: T. Pitkaaho and T. Naughton, "Numerical reconstruction of digital holograms for conventional 3D display," IEEE 9th Euro-American Workshop, pp.1-3, 2010. [비특허문헌 13] Paper : Y-H. Seo, Y-H. Lee, J-S. Yoo, and D-W Kim, "A new hardware architecture of high-performance digital hologram generator on the basis of pixel-by-pixel calculation scheme," Applied Optics, 51(18), pp. 4003-4012, 2012.[Non-Patent Document 13] Paper: Y-H. Seo, Y-H. Lee, J-S. Yoo, and D-W Kim, "A new hardware architecture of high-performance digital hologram generator on the basis of pixel-by-pixel calculation scheme," Applied Optics, 51 (18), pp. 4003-4012, 2012. [비특허문헌 14] Paper : H. Yoshikawa, s. Iwase, and T. Oneda, "Fast computation of Fresnel holograms employing differences," Proc. SPIE 3956, 2000.[Non-Patent Document 14] Paper: H. Yoshikawa, s. Iwase, and T. Oneda, "Fast computation of Fresnel holograms employing differences," Proc. SPIE 3956, 2000. [비특허문헌 15] http://www.microsoft.com/en-us/kinectforwindows/[Non-Patent Document 15] http://www.microsoft.com/en-us/kinectforwindows/ [비특허문헌 16] http://vision.middlebury.edu/stereo/data/[Non-Patent Document 16] http://vision.middlebury.edu/stereo/data/ [비특허문헌 17] http://www.dofpro.com/cgigallery.htm[Non-Patent Document 17] http://www.dofpro.com/cgigallery.htm

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 디지털 홀로그램으로부터 프레즈넬 변환을 사용하여 스테레오스코픽 영상을 생성하되, 영상의 크기는 부분 홀로그램의 크기로 조정하고 영상의 시차는 두 부분 홀로그램의 중심 간 거리로 조정하는 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a stereoscopic image generation method and a stereoscopic image generation method in which a stereoscopic image is generated from a digital hologram using Fresnel- And a method of generating a stereoscopic image of an arbitrary time point and an arbitrary time difference from a digital hologram.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 디지털 홀로그램 영상으로부터 스테레오스코픽 영상을 생성하는 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법에 관한 것으로서, (a) 디지털 홀로그램 영상을 입력받는 단계; (b) 상기 디지털 홀로그램 영상으로부터 제1 및 제2 부분 홀로그램 영상을 추출하는 단계; (c) 상기 제1 및 제2 부분 홀로그램 영상 각각으로부터 제1 및 제2 재생 영상을 획득하는 단계; 및, (e) 상기 제1 및 제2 재생 영상을 하나의 쌍으로하는 스테레오스코픽 영상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a stereoscopic image generation method for generating a stereoscopic image from a digital hologram, the stereoscopic image generating method comprising: (a) receiving a digital hologram image; (b) extracting first and second partial hologram images from the digital hologram image; (c) obtaining first and second reproduced images from the first and second partial hologram images, respectively; And (e) generating a stereoscopic image having a pair of the first and second reproduced images.

또, 본 발명은 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법에 있어서, 상기 (b)단계에서, 상기 제1 및 제2 부분 홀로그램 영상은 수평 및 수직 방향의 크기가 동일하고 수평 방향의 중심축이 동일하도록 추출되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a stereoscopic image generating method for generating a stereoscopic image of a random viewpoint and an arbitrary parallax from a digital hologram, wherein the first and second partial hologram images have the same horizontal and vertical sizes, And the central axes of the directions are the same.

또, 본 발명은 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법에 있어서, 상기 (b)단계에서, 상기 제1 및 제2 부분 홀로그램 영상의 수직 및 수평방향의 해상도 비는 상기 디지털 홀로그램 영상의 해상도 비와 동일하도록 추출되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a stereoscopic image generating method of a random viewpoint and a random viewpoint from a digital hologram, wherein in the step (b), a resolution ratio of the first and second partial hologram images, And is extracted so as to be equal to the resolution ratio of the hologram image.

또, 본 발명은 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법에 있어서, 상기 (c)단계에서, 프레즈넬 변환을 이용하여 상기 부분 홀로그램 영상에서 상기 재생 영상을 생성하는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is a stereoscopic image generating method of a random viewpoint and an arbitrary viewpoint from a digital hologram, wherein in the step (c), the reproduced image is generated in the partial hologram image using Fresnel- do.

또, 본 발명은 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법에 있어서, 상기 방법은, (d) 획득된 재생 영상을 업 샘플링 또는 다운 샘플링을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention also provides a method for generating a stereoscopic image at an arbitrary time point and an arbitrary time point from a digital hologram, the method further comprising: (d) performing up-sampling or down-sampling of the obtained reproduced image .

또, 본 발명은 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법에 있어서, 상기 재생 영상의 크기는 상기 재생 영상의 화소크기와 해상도에 의해 결정되고, 상기 제1 및 제2 재생 영상의 시차는 상기 재생 영상의 화소 크기와 상기 제1 및 제2 부분 홀로그램 영상의 중심점간 거리에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.In the method of generating a stereoscopic image at a certain time point and an arbitrary time point from a digital hologram, the size of the reproduced image is determined by the pixel size and resolution of the reproduced image, Is determined by the pixel size of the reproduced image and the distance between the center points of the first and second partial hologram images.

또, 본 발명은 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법에 있어서, 상기 제1 및 제2 재생 영상의 시차 d는 다음 [수식 1]에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that, in a method of generating a stereoscopic image at an arbitrary time point and an arbitrary time point from a digital hologram, the parallax d of the first and second reproduced images is determined by the following [Expression 1].

[수식 1][Equation 1]

Figure 112014090438250-pat00001
Figure 112014090438250-pat00001

단, mp는 상기 디지털 홀로그램 영상의 화소 크기 대비 상기 재생 영상의 화소 크기의 비율이고, mr은 상기 디지털 홀로그램 영상의 해상도 대비 상기 재생 영상의 해상도의 비율이고, X'/A는 객체 영상 대비 디지털 홀로그램 영상의 해상도 비율이고, △x/△α는 객체 영상 대비 디지털 홀로그램 영상의 화소 크기 비율이고, Dh는 제1 및 제2 부분 홀로그램 영상의 중심점간 거리임.Wherein m p is a ratio of a pixel size of the reproduced image to a pixel size of the digital hologram image, m r is a ratio of a resolution of the reproduced image to a resolution of the digital hologram image, and X '/ A is a ratio Δx / Δα is the pixel size ratio of the digital hologram image to the object image, and D h is the center-to-center distance of the first and second partial hologram images.

또, 본 발명은 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법에 있어서, 상기 재생 영상을 업 샘플링 또는 다운 샘플링을 하여, 화소 크기를 q배하면, 상기 재생 영상의 시차도 q배로 정해지는 것을 특징으로 한다.
The present invention also provides a stereoscopic image generation method for generating a stereoscopic image at arbitrary time points and arbitrary timings from a digital hologram, wherein when the reproduced image is up-sampled or down-sampled to multiply the pixel size by q, .

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법에 의하면, 디지털 홀로그램 데이터의 서비스가 제공될 때, 사용자가 홀로그램 디스플레이 장치를 가지고 있지 않더라도 스테레오스코릭 영상으로 변환하여 S3D 영상을 볼 수 있는 효과가 얻어진다. 즉, 홀로그램을 도입하는 시기, 예를 들어, 현재의 S3D 디스플레이 장치와 홀로그램 디스플레이 장치가 혼용되는 과도기 상황에서, 홀로그램 디스플레이 장치를 구비하지 못한 수신자도 종래의 S3D 디스플레이 장치로 홀로그램 제공 서비스를 이용할 수 있다.As described above, according to the stereoscopic image generation method of arbitrary viewpoint and arbitrary disparity from the digital hologram according to the present invention, when the service of digital hologram data is provided, even if the user does not have the hologram display device, So that the effect of viewing the S3D image is obtained. That is, in a transitional period in which a hologram is introduced, for example, a current S3D display device and a holographic display device are mixed, a receiver without a hologram display device can use the hologram providing service as a conventional S3D display device .

또한, 본 발명에 따른 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법에 의하면, 부분 홀로그램의 크기와 중심간 거리를 통해 스테레오스코픽 영상의 크기 및 시차를 조절함으로써, 스테레오스코픽 화면의 크기와 해상도를 원하는대로 조절할 수 있고, 획득된 스테레오스코픽 영상의 시차도 원하는대로 뚜렷이 나타나는 효과가 얻어진다.
According to the stereoscopic image generation method of arbitrary viewpoint and arbitrary disparity from the digital hologram according to the present invention, the size and parallax of the stereoscopic image are controlled through the size of the partial hologram and the distance between centers, And the resolution can be adjusted as desired, and the effect of obtaining the clearance of the obtained stereoscopic image as desired can be obtained.

도 1은 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 홀로그램의 획득 및 영상재생 과정을 도시한 도면으로서, (a) 획득 과정과, (b) 영상재생 과정을 설명하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 디지털 홀로그래피의 좌표계의 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 부분 홀로그램의 크기에 대한 재생영상의 크기에 대한 예시도.
도 5는 본 발명에서 따른 부분 홀로그램의 중심이동에 따른 재생영상의 예시도로서, (a) 부분 홀로그램, (b) 좌측 left, (c) 우측 right, (d) 상측 upper, (e) 하측 lower에서의 영상의 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 두 부분 홀로그램의 시점변화의 예시도로서, (a) 시점변화, (b) 스테레오 카메라에 적용한 모델에 대한 예시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법을 설명하는 흐름도.
도 8은 본 발명의 실험에 따른 디지털 홀로그램 스테레오 영상 생성을 위한 GUI 화면의 예시도.
도 9는 본 발명의 실험에 따라 사용한 영상에 대한 정보를 나타낸 표.
도 10은 본 발명의 실험에 따른 Rabbit과 Billiard 영상의 파라미터 값을 나타낸 표.
도 11은 본 발명의 실험에 따라 생성된 적청-타입 스테레오 영상의 예시도로서, (a) Babbit, (b) Yoonjoo, (c) Billiard의 영상에 대한 예시도.
도 12는 본 발명의 실험에 따른 Baby 영상에 대한 실험의 예시 영상으로서, (a) 원 좌영상, (b) 원 우영상, (c) 좌영상에 대한 깊이지도, (d) 홀로그램 좌영상, (e) 홀로그램 우영상, (f) 적정형식의 홀로그램 스테레오 영상의 예시도.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram showing a configuration of an overall system for carrying out the present invention; Fig.
FIG. 2 is a view showing a process of acquiring and reproducing an image of a digital hologram according to the present invention, which illustrates (a) an acquisition process and (b) an image reproduction process.
3 is an exemplary view of a coordinate system of digital holography according to the present invention;
4 is an exemplary view of the size of a reproduced image with respect to the size of a partial hologram according to the present invention;
FIG. 5 illustrates an example of a reproduced image according to the center shift of the partial hologram according to the present invention, wherein (a) a partial hologram, (b) left left, (c) right right, Fig.
FIG. 6 is a view showing an example of a viewpoint change of two partial holograms according to the present invention, wherein (a) is a viewpoint change, and (b) is an example of a model applied to a stereo camera.
7 is a flowchart for explaining a method of generating a stereoscopic image at a certain time point and an arbitrary time difference from a digital hologram according to an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary view of a GUI screen for generating a digital hologram stereo image according to an experiment of the present invention;
9 is a table showing information on images used in accordance with the experiment of the present invention.
10 is a table showing parameter values of Rabbit and Billiard images according to the experiment of the present invention.
11 is an exemplary view of a red-type stereo image generated according to an experiment of the present invention, which is an example of (a) Babbit, (b) Yoonjoo, (c) Billiard image.
12 is an exemplary image of an experiment on a Baby image according to the experiment of the present invention. The example image includes (a) original left image, (b) original image, (c) depth map for left image, (d) (e) a hologram right image, and (f) a proper type hologram stereo image.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.In the description of the present invention, the same parts are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof will be omitted.

먼저, 본 발명을 실시하기 위한 전체 시스템의 구성의 예들에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.First, examples of the configuration of the entire system for carrying out the present invention will be described with reference to Fig.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법은 디지털 홀로그램(또는 홀로그램 영상)(10)을 입력받아 상기 디지털 홀로그램으로부터 스테레오스코픽 영상의 쌍을 생성하는 컴퓨터 단말(20) 상의 프로그램 시스템으로 실시될 수 있다. 즉, 상기 스테레오스코픽 영상 생성 방법은 프로그램으로 구성되어 컴퓨터 단말(20)에 설치되어 실행될 수 있다. 컴퓨터 단말(20)에 설치된 프로그램은 하나의 프로그램 시스템(30)과 같이 동작할 수 있다.1, a method for generating a stereoscopic image of arbitrary viewpoints and arbitrary distances from a digital hologram according to the present invention includes receiving a pair of stereoscopic images from a digital hologram (or a hologram image) May be implemented as a program system on the generating computer terminal 20. That is, the stereoscopic image generation method may be implemented by a program and installed in the computer terminal 20 and executed. A program installed in the computer terminal 20 can operate as a single program system 30. [

한편, 다른 실시예로서, 상기 스테레오스코픽 영상 생성 방법은 프로그램으로 구성되어 범용 컴퓨터에서 동작하는 것 외에 ASIC(주문형 반도체) 등 하나의 전자회로로 구성되어 실시될 수 있다. 또는 디지털 홀로그램으로부터 스테레오스코픽 영상의 쌍을 생성하는 작업만을 전용으로 처리하는 전용 단말(30)로 개발될 수도 있다. 이를 스테레오스코픽 영상 생성 시스템이라 부르기로 한다. 그 외 가능한 다른 형태도 실시될 수 있다.
Meanwhile, as another embodiment, the stereoscopic image generating method may be implemented by a single electronic circuit such as an ASIC (on-demand semiconductor) in addition to being operated by a general-purpose computer. Or a dedicated terminal 30 that exclusively processes only a task of generating a pair of stereoscopic images from a digital hologram. This is called a stereoscopic image generation system. Other possible forms may also be practiced.

다음으로, 본 발명에 따른 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법을 구체적으로 설명하기 전에, 본 발명에 이용되는 디지털 홀로그램의 생성과 영상재생에 관련된 여러 가지 특징들에 대하여 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한다.Next, before describing a method of generating a stereoscopic image at a certain time point and an arbitrary time point from the digital hologram according to the present invention, various features related to generation of a digital hologram and image reproduction used in the present invention 2 to Fig. 6.

먼저, 컴퓨터-생성 디지털 홀로그램의 획득과 프레즈넬(Fresnel) 변환에 의한 영상재생 방법에 대하여 설명한다.First, a method of acquiring a computer-generated digital hologram and a method of reproducing an image by Fresnel transformation will be described.

도 2는 (a) 디지털 홀로그램을 획득하고 (b) 영상을 재생하는 방법의 개략도를 보이고 있다. 디지털 홀로그램은 참조파와 물체파의 간섭결과를 CCD 카메라와 같은 디지털 장치로 획득할 수 있다. 일반적으로 참조파와 물체파는 동일한 광원으로부터 발생된 빛을 분광기(beam splitter, BS)로 분할하여 사용한다. 획득된 홀로그램으로부터 영상을 재생하기 위해서는 SLM(공간광변조기)과 같은 회절장비가 필요하며, 여기에 홀로그램을 로드(load)시키고 빛을 조사하여 그 결과의 빛이 우리 눈으로 조사되면 원래의 위치에 상이 보이게 된다.Fig. 2 shows a schematic diagram of a method of (a) acquiring a digital hologram and (b) reproducing an image. The digital hologram can acquire the interference result of the reference wave and the object wave with a digital device such as a CCD camera. In general, reference and object waves are split by using a beam splitter (BS) to generate light from the same light source. To reproduce an image from the obtained hologram, a diffraction device such as an SLM (spatial light modulator) is required. When a hologram is loaded and a light is irradiated and the resultant light is irradiated by our eyes, Phase.

그러나 도 2(a)의 획득시스템은 정밀하고 고가이며 휴대하기 용이치 않으므로 이 장치를 사용하는데 많은 제약이 따른다. 따라서 최근 도 2(a)의 디지털 홀로그램 획득상황을 모델링하여 수식화함으로서 연산에 의해 홀로그램을 생성할 수 있는데, 이것을 컴퓨터-생성 홀로그램(computer-generated hologram, CGH)라 하고, 고속연산과 하드웨어로의 구현도 연구되고 있다[비특허문헌 13]. 대표적인 CGH 연산식은 수학식 1과 같으며, 여기서의 좌표계는 도 3과 같다.However, the acquisition system of FIG. 2 (a) is highly precise, expensive, and incapable of carrying, and thus has many limitations in using this apparatus. Therefore, holograms can be generated by modeling and modeling the digital hologram acquisition situation in FIG. 2 (a). This hologram is called a computer-generated hologram (CGH) Has also been studied [Non-Patent Document 13]. A typical CGH operation equation is as shown in Equation 1, and the coordinate system here is shown in FIG.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112014090438250-pat00002
Figure 112014090438250-pat00002

여기서 Ih(x,y)는 홀로그램평면(hologram plane) 좌표 (x,y)의 홀로그램 화소값, (A,B)는 객체평면의 해상도, IO(α,β)는 객체평면(object plane) 좌표 (α,β)의 빛의 세기, γ는 이 좌표의 깊이 값을 각각 나타낸다. 또한 k=2π/λ는 사용한 빛의 파수(wave number)이며, λ는 파장(wave length)이다. Where I h (x, y) is a holographic pixel values of the hologram plane (hologram plane) coordinates (x, y), (A , B) , of the object plane resolution, I O (α, β) is the object plane (object plane ) Intensity of light of coordinates (?,?), And? Represents the depth value of this coordinate, respectively. K = 2? /? Is the wave number of the light used, and? Is the wave length.

도 2(b)의 영상재생은 홀로그램의 각 프린지 패턴에 따라 빛을 회절시켜 얻어진다. 특히 디지털 홀로그램의 경우는 각 홀로그램 화소값(수학식 1)에 따라 빛을 회절시키고, 그 결과는 모든 재새영상 부분에 영향을 미치며, 특정부분의 영상은 그 부분에 미치는 영향들이 모두 합쳐져 형성된다. 이 현상을 SLM 등을 포함한 광학계를 사용하여 실현할 수도 있지만(광학적 재생), 이것 또한 프레즈넬(Fresnel) 회절을 이용하여 수학식 2와 같이 수학적으로 모델링할 수 있다(수학적 재생).2 (b) is obtained by diffracting light according to each fringe pattern of the hologram. Particularly, in the case of a digital hologram, light is diffracted according to each hologram pixel value (Equation 1), and the result affects all the image portions of the image, and the image of a specific portion is formed by combining the influences on the portion. Although this phenomenon can be realized by using an optical system including an SLM (optical reproduction), it can also be modeled mathematically as shown in Equation 2 using Fresnel diffraction (mathematical reproduction).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112014090438250-pat00003
Figure 112014090438250-pat00003

여기서, gr(u,v)는 홀로그램평면으로부터 z0만큼 떨어진 재생평면(reconstruction plane) 내의 (u,v)화소에서 재생되는 빛의 강도 값이며, 이 식에서의 좌표계와 홀로그램 평면 각 화소의 값은 각각 도 3과 수학식 1과 같다. 수학식 2에서 홀로그램 평면과 재생평면의 가로와 세로의 화소 크기비와 해상도비는 수학식 3과 식 수학식 4와 같이 동일하다고 가정하며, 이 가정은 재생된 영상과 원 영상의 가로-세로 비가 동일하다는 가정이므로 매우 일반적이다. 따라서 홀로그램 평면과 재생평면의 영상 크기비는 수학식 5와 같이 된다.Here, g r (u, v) is the intensity value of light reproduced in the (u, v) pixel in the reconstruction plane, which is z 0 away from the hologram plane, and the value of each pixel in the hologram plane Are shown in FIG. 3 and Equation 1, respectively. In Equation (2), it is assumed that the horizontal and vertical pixel size ratios and resolution ratios of the hologram plane and the reproduction plane are the same as in Equations (3) and (4) It is very common because it is assumed to be the same. Therefore, the image size ratio between the hologram plane and the reproduction plane is expressed by Equation (5).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112014090438250-pat00004
Figure 112014090438250-pat00004

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112014090438250-pat00005
Figure 112014090438250-pat00005

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure 112014090438250-pat00006

Figure 112014090438250-pat00006

다음으로, 본 발명에 따른 부분 디지털 홀로그램의 크기와 재생영상의 크기에 대하여 설명한다.Next, the size of the partial digital hologram and the size of the reproduced image according to the present invention will be described.

수학식 3, 4, 5에 따라 재생된 영상의 크기를 조절할 수 있다. 그러나 재생평면의 크기를 조절하지 않고도 재생영상의 크기를 조절할 수 있다. 수학식 1과 2에서 볼 수 있듯이, 객체평면의 모든 화소는 홀로그램평면의 각 화소에 영향을 미치고, 홀로그램평면의 모든 화소는 재생평면의 각 화소에 영향을 미친다. 즉, 홀로그램평면의 각 화소는 그 위치에서 객체 전체의 정보를 갖고 있고, 재생평면의 각 화소는 홀로그램평면 전체의 정보를 갖게 된다. 따라서 주어진 홀로그램의 일부 또는 이론적으로는 한 화소만으로도 객체를 재생할 수 있다.The size of the reproduced image can be adjusted according to Equations (3), (4) and (5). However, the size of the playback image can be adjusted without adjusting the size of the playback plane. As can be seen in equations (1) and (2), all pixels in the object plane affect each pixel in the hologram plane, and all pixels in the hologram plane affect each pixel in the reproduction plane. That is, each pixel of the hologram plane has information of the entire object at that position, and each pixel of the reproduction plane has information of the entire hologram plane. Therefore, an object can be reproduced with only a part of the given hologram or theoretically one pixel.

도 4는 래빗(Rabbit) 영상을 수학식 1에 의해 1,024×1,024 해상도의 CGH로 만들고, 그 중 일부분을 추출하여 수학식 2의 프레즈넬(Fresnel) 변환으로 재생한 영상들이다. 여기서 모든 부분 홀로그램의 중심은 동일하다. 도면에서 볼 수 있듯이, 부분 홀로그램의 크기가 작을수록 재생된 영상의 크기도 작아진다. 이것은 홀로그램 크기가 줄어들수록 회절되는 빛의 양과 조사각이 작아져 재생되는 물체가 작아진다.FIG. 4 shows images obtained by making a Rabbit image into a CGH having a resolution of 1,024 × 1,024 according to Equation (1), extracting a part of the CGH, and reproducing the Fresnel transform of Equation (2). Here, the centers of all partial holograms are the same. As can be seen from the drawing, the smaller the size of the partial hologram, the smaller the size of the reproduced image. This means that as the size of the hologram is reduced, the amount of diffracted light and the angle of illumination become smaller, and the object to be reproduced becomes smaller.

다음으로, 본 발명에 따른 부분 홀로그램 위치에 따른 시점의 변화에 대하여 설명한다.Next, the change of the viewpoint according to the position of the partial hologram according to the present invention will be described.

도 4의 모든 재생영상은 크기는 다르지만 시점이 모두 동일하다는 것을 알 수 있다. 그러나 동일한 부분 홀로그램이라도 중심을 달리하여 추출하면 재생영상의 시점이 달라진다. 도 5에 주어진 홀로그램에서 중심을 달리한 네 개의 부분 홀로그램(좌측 left, 우측 right, 상측 upper, 하측 lower)을 재생한 영상(도 5(b), (c), (d), (e))을 보이고 있다. 도면에서 보듯이 중심을 이동함에 따라 객체의 위치가 달라질 뿐만 아니라 객체를 바라보는 시점도 달라지는 것을 알 수 있다. 이것은 도 3의 좌표계에서도 볼 수 있듯이, 홀로그램의 위치가 변화하면 그 위치로 조사되는 빛으로 홀로그램이 형성되기 때문이다. It can be seen that all playback images of FIG. 4 are identical in time but different in size. However, even if the same partial hologram is extracted with different center, the viewpoint of the reproduced image is different. (Fig. 5 (b), (c), (d), and (e)) in which four partial holograms (left, right, upper and lower) . As shown in the drawing, not only the position of the object is changed as the center moves, but also the viewpoint of the object is changed. This is because, as shown in the coordinate system of FIG. 3, when the position of the hologram changes, a hologram is formed by the light irradiated to the position.

도 6에 두 개의 부분 홀로그램의 시점변화를 도식화하였다. 도 6(a)는 동일한 객체에 대한 두 부분 홀로그램의 시점변화를 보이고 있고, 도 6(b)는 두 부분 홀로그램의 재생영상을 스테레오스코픽 카메라에 적용한 모델을 나타내고 있다. 두 그림에서의 좌표계는 도 3의 좌표계를 따른다. 도 6(a)에서 보듯이 본 발명에서는 특정 홀로그램의 시점을 그 중심점에서의 시점으로 간주하며, 이것은 시점위치의 좋은 기준이라 사료된다. 또한 두 부분 홀로그램의 수평 및 수직방향 크기가 동일하고, 두 중심점(L=(xl,y), R=(xr,y))은 동일한 값을 갖는 것으로 간주하며, 이것은 일반적인 S3D 영상 쌍의 특성을 따른 것이다. 도 6(a)에서 보듯이, 부분 홀로그램의 수직 및 수평방향 해상도비(X'/Y')는 원 홀로그램의 해상도비(X/Y)와 동일하다고 가정하며, 두 부분 홀로그램의 영상재생을 위한 재생평면의 해상도비(U'/V')도 동일하다고 가정한다(수학식 6). 이것은 재생영상이 원 객체와 수평 및 수직의 크기비가 동일하도록 한 것이다.FIG. 6 illustrates a viewpoint change of two partial holograms. 6 (a) shows a viewpoint change of two partial holograms for the same object, and FIG. 6 (b) shows a model in which a reproduced image of two partial holograms is applied to a stereoscopic camera. The coordinate system in both figures follows the coordinate system in Fig. As shown in FIG. 6 (a), in the present invention, the viewpoint of a specific hologram is regarded as a viewpoint at the center point, which is considered as a good reference of the viewpoint position. It is also assumed that the horizontal and vertical sizes of the two partial holograms are the same and that the two center points (L = ( xl , y), R = ( xr , y) Characteristics. As shown in FIG. 6A, it is assumed that the resolution ratio (X '/ Y') of the partial hologram is equal to the resolution ratio (X / Y) of the circular hologram. The resolution ratio (U '/ V') of the reproduction plane is also assumed to be the same (Equation (6)). This is so that the reproduced image has the same horizontal and vertical size ratios as the original object.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112014090438250-pat00007

Figure 112014090438250-pat00007

따라서 홀로그램평면에서의 두 부분 홀로그램 간의 시점차이 Dh는 수학식 7과 같이 두 부분 홀로그램의 중심점간의 거리와 같다.Therefore, the viewpoint difference D h between the two partial holograms in the hologram plane is equal to the distance between the center points of the two partial holograms as shown in Equation (7).

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure 112014090438250-pat00008

Figure 112014090438250-pat00008

이것을 재생평면의 값으로 환산하면 재생평면에서의 시점차이 D는 수학식 8과 같다.When this is converted into the value of the reproduction plane, the viewpoint difference D in the reproduction plane is expressed by Equation (8).

[수학식 8]&Quot; (8) "

Figure 112014090438250-pat00009

Figure 112014090438250-pat00009

한편 도 6(b)는 두 부분 홀로그램을 한 객체에 대해 수평위치가 다른 두 개의 디지털 홀로그램으로 생성된 것으로 모델링하는 그림이다. 여기서는 편의상 좌측 홀로그램의 중심을 객체의 중심과 동일하다고 가정하였다. 이 경우 두 홀로그램의 크기가 동일하므로 객체에서 각 홀로그램으로의 조사각이 동일하다(∠hl=∠hr). 이 도면에서 카메라 모델을 사용하기 때문에 디지털 홀로그램의 생성과 무관한 초점거리 f를 사용하고, 초점평면에서 빛이 모이는 것을 가정하였다. 그러나 이것은 홀로그램평면의 각 화소의 위치가 180° 변화한다는 것을 제외하고는 각 홀로그램이 동일한 정보를 갖게 된다. 간단한 비례식으로부터 초점거리를 수학식 9와 같이 계산할 수 있다.On the other hand, FIG. 6 (b) is a diagram for modeling two partial holograms generated by two digital holograms having different horizontal positions with respect to one object. For the sake of simplicity, it is assumed here that the center of the left hologram is the same as the center of the object. In this case, since the two holograms are the same size, the irradiation angle from the object to each hologram is the same (∠h l = ∠h r ). Since the camera model is used in this drawing, it is assumed that the focal distance f, which is irrelevant to the generation of the digital hologram, is used, and light is gathered at the focal plane. However, this means that each hologram has the same information, except that the position of each pixel in the hologram plane changes 180 degrees. From the simple proportional expression, the focal length can be calculated as shown in Equation (9).

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure 112014090438250-pat00010

Figure 112014090438250-pat00010

따라서 홀로그램평면에서의 시차(disparity) dh는,Thus, the disparity d h in the hologram plane is given by:

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure 112014090438250-pat00011
Figure 112014090438250-pat00011

로 구할 수 있고, 재생평면에서의 시차 d는, , And the parallax d in the reproduction plane can be obtained by the following equation

[수학식 11]&Quot; (11) "

Figure 112014090438250-pat00012
Figure 112014090438250-pat00012

로 구할 수 있다..

mp는 상기 디지털 홀로그램 영상의 화소 크기 대비 상기 재생 영상의 화소 크기의 비율이고, mr은 상기 디지털 홀로그램 영상의 해상도 대비 상기 재생 영상의 해상도의 비율이고, X'/A는 객체 영상 대비 디지털 홀로그램 영상의 해상도 비율이고, △x/△α는 객체 영상 대비 디지털 홀로그램 영상의 화소 크기 비율이고, Dh는 제1 및 제2 부분 홀로그램 영상의 중심점간 거리이다.wherein m p is a ratio of a pixel size of the reproduced image to a pixel size of the digital hologram image, m r is a ratio of a resolution of the reproduced image to a resolution of the digital hologram image, and X '/ A is a digital hologram Δx / Δα is the pixel size ratio of the digital hologram image to the object image, and D h is the center-to-center distance of the first and second partial hologram images.

수학식 10 또는 11에서 볼 수 있듯이, 생성된 스테레오 영상의 시차는 두 부분 홀로그램의 중심점 간 거리, 홀로그램과 재생평면과의 거리뿐만 아니라 부분 홀로그램의 크기의 함수이기도 하다. 즉, 두 재생영상의 시차는 두 부분홀로그램의 중심점 간 거리가 클수록 그리고 홀로그램평면과 재생평면과의 거리가 가까울수록 시차가 커진다. 또한 두 부분홀로그램의 중심점 간 거리가 같지만 부분홀로그램의 크기가 작을수록 시차의 절대적인 크기는 동일하지만 물체의 크기에 대비한 상대적인 시차는 커진다. 만약 재생평면을 업 샘플링(up-sampling) 등의 방법으로 재생화면을 q배 확대하는 경우 시차 dq는 dq=qd가 된다.
As can be seen from Equation 10 or 11, the parallax of the generated stereo image is a function of the distance between the center points of the two partial holograms, the distance between the hologram and the reproduction plane, as well as the size of the partial hologram. That is, the parallax of the two reproduced images becomes larger as the distance between the center points of the two partial holograms becomes larger and the distance between the hologram plane and the reproduction plane becomes closer. In addition, the distance between the center points of the two partial holograms is the same, but the smaller the size of the partial hologram is, the larger the parallax is relative to the size of the object. If the reproduction plane is enlarged q times by up-sampling the reproduction plane, the difference d q is d q = q d.

다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 부분 홀로그램을 사용한 스테레오스코픽 영상 생성 방법을 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 본 발명에 따른 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법을 설명하는 흐름도이다.Next, a method of generating a stereoscopic image using a partial hologram according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7 is a flowchart for explaining a method of generating a stereoscopic image at arbitrary time points and arbitrary time differences from a digital hologram according to the present invention.

도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법은 (a) 디지털 홀로그램 영상 입력 단계(S10), (b) 부분 홀로그램 영상 추출 단계(S20), (c) 재생 영상 생성 단계(S30), (d) 재생 영상의 크기 조절 단계(S40), 및, (e) 스테레오스코픽 3차원 영상 생성 단계(S50)로 구성된다. 이때, 재생 영상의 크기 조절 단계(S40)은 생략될 수 있다.7, the stereoscopic image generation method of the arbitrary viewpoint and the arbitrary viewpoint from the digital hologram according to the present invention includes the steps of (a) inputting a digital holographic image (S10), (b) extracting a partial hologram image (S20) (c) a reproduced image generating step S30, (d) a regenerating image size adjusting step S40, and (e) a stereoscopic three-dimensional image generating step S50. At this time, the size adjustment step S40 of the reproduced image may be omitted.

먼저, 디지털 홀로그램 영상(또는 원 홀로그램 영상)을 입력받는다(S10).First, the digital hologram image (or the original hologram image) is input (S10).

다음으로, 입력받은 디지털 홀로그램으로부터 두 개의 부분 홀로그램을 추출한다(S20). 추출되는 2개의 부분 홀로그램을 각각 제1 및 제2 부분 홀로그램이라 부르기로 한다.Next, two partial holograms are extracted from the input digital hologram (S20). The two partial holograms to be extracted are referred to as first and second partial holograms, respectively.

이 때 두 부분 홀로그램 또는 그 재생영상에서 원하는 화면크기와 시차 d를 수학식 6과 10 또는 11로 조절하여 추출한다. 따라서 두 부분 홀로그램은 원 홀로그램에서 일부분 겹칠 수 있다.At this time, the desired screen size and the parallax d in the two partial holograms or the reproduced image are adjusted by Expression (6), (10) or (11). Therefore, the two partial holograms can partially overlap in the circular hologram.

바람직하게는, 2개의 부분 홀로그램의 수평 및 수직 방향의 크기는 동일하고, 2개의 부분 홀로그램의 두 중심점의 y축은 동일한 값을 가진다. 즉, 두 부분 홀로그램은 수평으로 동일 선상에 위치하도록 추출된다.Preferably, the size of the two partial holograms in the horizontal and vertical directions is the same, and the y-axis of the two center points of the two partial holograms have the same value. That is, the two partial holograms are extracted so as to be located on the same horizontal line.

또한, 바람직하게는, 각 부분 홀로그램의 수직 및 수평방향의 해상도 비는 디지털 홀로그램 영상(또는 원 홀로그램 영상)의 해상도 비와 동일하게 한다.Preferably, the resolution ratio in the vertical and horizontal directions of each partial hologram is the same as the resolution ratio of the digital hologram image (or the original hologram image).

다음으로, 2개의 부분 홀로그램 각각으로부터 재생 영상(reconstruction image)을 생성한다(S30). 즉, 추출된 두 부분 홀로그램은 각각 재생하여 좌, 우의 영상을 획득한다. 이 때 재생영상은 프레즈넬 변환(또는 프레즈넬 변환식)으로 획득한다. 바람직한 예로서, 수학식 2와 같은 프레즈넬 변환식을 이용할 수 있다. 한편, 이때의 재생 영상을 각각 제1 및 제2 재생 영상이라 부르기로 한다. 즉, 제1 부분 홀로그램 영상으로부터 제1 재생 영상을 생성하고, 제2 부분 홀로그램 영상으로부터 제2 재생 영상을 생성한다.Next, a reconstruction image is generated from each of the two partial holograms (S30). That is, the extracted two partial holograms are reproduced to acquire left and right images. At this time, the reproduced image is obtained by the Fresnel transformation (or Fresnel transformation). As a preferable example, a Fresnel-transform equation such as equation (2) can be used. On the other hand, the reproduced images at this time will be referred to as first and second reproduced images, respectively. That is, a first reproduced image is generated from the first partial hologram image, and a second reproduced image is generated from the second partial hologram image.

다음으로, 만약 업 샘플링(up/down-sampling)으로 추가적인 화면크기를 조절(q)하고자 하면 이 영상들을 대상으로 조절한다(S40).Next, if an additional screen size is to be adjusted (q) by up-sampling (up / down-sampling), the images are adjusted to target (S40).

마지막으로 필요한 S3D 데이터 형식에 따라 두 영상을 처리하여 원하는 S3D 영상을 얻는다(S50).Finally, the two images are processed according to the necessary S3D data format to obtain a desired S3D image (S50).

한편, 재생영상의 크기는 재생영상의 화소크기(△u,△v)와 해상도(U'×V')로 조절한다. 또한, 재생된 영상을 업 샘플링(up/down-sampling)하여 조절할 수도 있다. 모든 경우를 고려하여 최종의 재생영상의 크기를 우선 결정하고, 그에 따라 홀로그램 평면에서 추출할 부분 홀로그램의 크기를 결정하며, 시차에 따라 두 부분 홀로그램 중심점간 거리를 결정한다. 재생영상의 크기에 따라 두 영상의 시차를 두 부분 홀로그램의 중심점간 거리(Dh)로 조절한다.
On the other hand, the size of the reproduced image is adjusted by the pixel size (? U,? V) and the resolution (U '× V') of the reproduced image. Also, the reproduced image may be adjusted by up-sampling or down-sampling. The size of the final reproduced image is determined in consideration of all cases, the size of the partial hologram to be extracted from the hologram plane is determined, and the distance between the center points of the two partial holograms is determined according to the time difference. According to the size of the reproduced image, the parallax of the two images is adjusted by the distance (D h ) between the center points of the two partial holograms.

다음으로, 실험을 통한 본 발명의 효과를 도 8 내지 도 10을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.Next, the effects of the present invention through experiments will be described in more detail with reference to FIGS. 8 to 10. FIG.

본 발명에 따른 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법을 National Instrument사의 LabVIEW® 환경에서 구현하였다. CGH 생성과 Fresnel 변환을 제외한 모든 과정은 C/C++로 구현하였으며, 이를 dll 파일형태로 변환하고 라이브러리에 저장하여 사용하였다. CGH와 Fresnel 변환은 NVIDIA의 CUDA®로 구현하였고 이를 GPGPU(general purposed graphic processing unit)로 실행시켰으며, CGH 생성은 수학식 1을 구현하였다. CGH를 생성할 때 컬러 영상의 경우 R, G, B성분을 따로 추출하여 각 성분의 CGH를 생성하였으며, 영상재생은 각 컬러 홀로그램을 재생하고, 그 결과의 세 영상을 합쳐 컬러영상으로 만들었다. CGH 생성에는 각 컬러영상과와 흑백영상 한 장의 깊이지도를 사용하였으며, 따라서 컬러의 각 성분은 동일한 깊이지도를 사용하였다. Any time and method of generating a stereoscopic image of an arbitrary time difference from the digital hologram according to the present invention was implemented in a National Instrument Corporation LabVIEW ® environments. All processes except CGH generation and Fresnel transformation are implemented in C / C ++, converted into a dll file format, and stored in a library. The CGH and Fresnel transformations are implemented in NVIDIA's CUDA ® , and GPGPU (general purposed graphic processing unit) is used. When CGH is generated, R, G and B components are separately extracted for color image, CGH of each component is generated. Image reproduction reproduces each color hologram, and the three images are combined to form a color image. For CGH generation, each color image and one black and white image depth map were used. Therefore, each component of color used the same depth map.

도 8은 본 발명의 방법을 구현하여 실행하기 위한 GUI 화면을 보이고 있다. 좌상측의 두 화면은 객체정보(RGB 또는 흑백영상과 깊이지도)이고, 그 오른쪽의 두 영상은 이 객체정보로 생성된 CGH의 실수부분과 허수부분을 각각 보이고 있다. 그 아래의 세 영상은 좌영상, 우영상, 좌우영상을 합친 적청(anaglyph)-타입의 S3D 영상을 각각 나타낸다. 우상측의 제어버튼들은 파라미터들을 제어하기 위한 버튼들로, 홀로그램의 해상도, 스테레오영상 쌍의 시차, 홀로그램 평면과 재생평면의 거리, 확대계수 등이 포함되어 있다. Figure 8 shows a GUI screen for implementing and implementing the method of the present invention. Two images on the upper left side are object information (RGB or monochrome image and depth map), and the two images on the right side show the real part and the imaginary part of CGH generated by this object information, respectively. The three images below represent anaglyph-type S3D image, which is a combination of left image, right image, and left image. The control buttons on the upper right side are buttons for controlling the parameters, including the resolution of the hologram, the parallax of the stereo image pair, the distance between the hologram plane and the reproduction plane, and the magnification factor.

도 9의 표는 본 발명의 실험에 사용된 영상들의 정보를 보이고 있다. 첫 번째 줄에 명시한 수직리그 시스템[비특허문헌 8]은 본 발명자가 직접 제작한 시스템으로, RGB 카메라와 깊이 카메라를 cold 미러(mirror)로 분리하여 수직리그에 장착한 카메라 세트 세 개를 포함하고 있다. 여기에 사용한 RGB 카메라는 Allied Vision Technology사의 Pike®(1,920×1,080)이며, 깊이카메라는 Mesa Image사의 SR4000®(176×144)이다. 깊이카메라의 해상도가 낮기 때문에 RGB카메라로 획득한 영상을 깊이영상에 맞도록 해상도를 낮춰 사용하였다. 또한 Microsoft사의 Kinect®(640×480)[비특허문헌 15]로 직접 영상을 획득하여 사용하였다. 이 카메라는 동일 해상도의 깊이영상과 RGB영상을 모두 제공한다. 이 외 Middlebury[비특허문헌 16], DOF Pro[비특허문헌 17]의 영상들, 및, Rabbit 영상도 사용하였다.The table of FIG. 9 shows the information of the images used in the experiment of the present invention. The vertical league system described in the first line [Non-Patent Document 8] is a system that the present inventor manufactured directly and includes three sets of cameras in which a RGB camera and a depth camera are separated by a cold mirror and mounted on a vertical rig have. The RGB camera used here is Alike Vision Technology's Pike ® (1,920 × 1,080), and the depth camera is Mesa Image's SR4000 ® (176 × 144). Since the resolution of the depth camera is low, the resolution of the image acquired by the RGB camera is reduced to match the depth image. Also used to acquire images directly to Microsoft's Kinect ® (640 × 480) [Non-Patent Document 15]. This camera provides both depth images and RGB images of the same resolution. In addition, images of Middlebury (non-patent document 16), DOF Pro (non-patent document 17), and Rabbit image were also used.

도 10의 표는 앞에서 설명한 파라미터들 중 대표적으로 두 가지(Rabbit과 Billiard) 세트만을 나열하였다. CGH 생성에 사용한 레이저광 주파수는 633nm(green)와 533nm(red) 두 가지를 사용하였고, 홀로그램과 재생영상의 해상도는 1,024×1,024로 동일하게 하였으나, 화소크기를 달리하여 화면크기를 조절하였다. 객체평면의 해상도는 대부분 출처에 따라 다르며, 특히 Middlebury 사이트의 영상은 다양한 해상도를 갖고 있다. 해상도를 제외한 파리미터들은 각 영상마다 달리하여 수행하였다. The table in FIG. 10 lists only two representative (Rabbit and Billiard) sets of the parameters described above. The laser light frequencies used for CGH generation were 633 nm (green) and 533 nm (red). The resolution of the hologram and the reconstructed image was 1,024 × 1,024, but the image size was adjusted by changing the pixel size. The resolution of the object plane depends mostly on the source, and the image of the Middlebury site has various resolutions. The parameters except for the resolution were performed differently for each image.

도 11에 생성된 S3D 영상들을 적청-형식으로 구현한 네 가지 예를 보이고 있다. (a)의 Rabbit은 깊이지도만 제공되고 있기 때문에 이것을 깊이정보와 빛의 세기정보로 사용하였으며, 이 영상은 물체가 실제보다 앞으로 나와 보이는 음시차(negative disparity)를 갖도록 하였다. (b)의 Yoonjoo 영상은 본 발명자의 수직리그를 사용하여 획득한 영상을 사용하였으므로 객체평면의 해상도는 176×144이었다. 이 영상은 객체가 실제보다 멀리보이는 양시차(positive disparity)를 갖는다. (c)의 Billiard 영상은 DOF Pro 사이트의 영상을 320×240으로 해상도를 줄여서 CGH를 생성하여 만든 것으로, 이 영상은 음시차를 갖는다. FIG. 11 shows four examples in which the generated S3D images are implemented in a red-format. Since the rabbit in (a) is provided with depth map only, it is used as depth information and light intensity information. This image has a negative disparity in which the object looks forward than the actual one. Since the Yoonjoo image of (b) was obtained using the inventor's vertical rig, the resolution of the object plane was 176 × 144. This image has a positive disparity where the object appears farther away than it actually is. (c) Billiard image is created by generating CGH by reducing the resolution of DOF Pro site to 320 × 240, and this image has negative parallax.

도 12는 Middlebury 사이트로부터 갖고 온 Baby영상에 대해 사이트에서 제공하는 좌영상의 깊이지도 (c)와 좌영상 (a)로부터 디지털 홀로그램을 생성하고, 원 좌영상 (a)과 우영상 (b)에 해당하는 홀로그램 영상 쌍((d)와 (e))을 만들어 양시차를 갖는 적청-형식의 S3D로 만든 예를 보이고 있다. 디지털 홀로그램을 만들기 위해서 원영상들과 깊이지도의 해상도를 200×200으로 낮춰 사용하였다. 그림에서 보듯이 홀로그램 영상들은 원영상들에 비해 화질이 나쁜 것을 볼 수 있는데, 이것은 객체영상의 해상도를 낮추었을 뿐만 아니라 홀로그램의 일부분을 잘라 재생하였고, 또 홀로그램의 해상도와 재생영상의 해상도가 충분히 높지 않기 때문이다. 그림에서 보면 2차원 영상이지만 원 좌우영상에 비해 홀로그램을 재생한 좌우영상이 볼륨감이 더 나타나는 것을 볼 수 있다. 이것은 원 영상들은 깊이정보를 전혀 포함하고 있지 않지만, 홀로그램 재생영상은 홀로그램 자체가 가지고 있는 깊이정보를 포함하고 있기 때문이다.
12 is a flowchart showing a process of generating a digital hologram from a depth map c and a left image a provided by a site with respect to a Baby image received from the Middlebury site and generating a digital hologram from the left image a and the right image b (D) and (e) of the corresponding hologram image are shown in FIG. In order to make a digital hologram, the resolution of the original image and the depth map was reduced to 200 × 200. As shown in the figure, the hologram images have poor image quality compared to the original images. In addition to lowering the resolution of the object image, a part of the hologram is cut and reproduced. Also, the resolution of the hologram and the resolution of the reproduced image are sufficiently high It is not. In the figure, it can be seen that the left and right images reproduced the hologram have more volume than the two-dimensional image but the left and right images. This is because the original images do not contain depth information at all, but the hologram reproduction image contains the depth information of the hologram itself.

본 발명에서는 디지털 홀로그램이 서비스되지만 시청자측에 홀로그래픽 영상 디스플레이 장치가 아직 갖춰져 있지 않고 스테레오스코픽 3D 영상 디스플레이장치만 갖춘 상황 등을 가정하여 디지털 홀로그램으로 스테레오스코픽 영상 쌍을 생성하는 방법과 화면의 크기 및 시차 등을 조절하는 방법을 제시하였다. 본 발명의 실험 결과 영상에서 보듯이 실험한 영상 모두는 의도한 시차를 뚜렷이 나타냈으며, 화면의 크기와 해상도도 원하는 대로 조절할 수 있었다. In the present invention, a stereoscopic image pair is generated using a digital hologram, assuming that a digital hologram is served but only a stereo-scopic 3D image display device is provided without a holographic image display device on the viewer's side, And how to adjust the time difference. As shown in the image of the experiment result of the present invention, all of the experiment images clearly showed the intended time difference, and the screen size and resolution could be adjusted as desired.

본 발명에서는 CGH 생성시간 등을 감안하여 충분한 해상도의 객체평면, 홀로그램평면, 그리고 재생평면을 사용하지 않아 영상이 다소 흐려 보이지만, 충분한 해상도를 갖는 데이터를 사용할 경우 더욱 깨끗하고 선명한 화면을 얻을 수 있다.In the present invention, the image is slightly blurred because the object plane, the hologram plane, and the reproduction plane of sufficient resolution are not used in consideration of the CGH generation time and the like. However, when data having sufficient resolution is used, a clearer and clearer image can be obtained.

따라서 본 발명에 따른 방법은 홀로그램 데이터로 스테레오스코픽 3D 뿐만 아니라 다시점 영상을 생성하여 사용할 수 있다.
Therefore, the method according to the present invention can generate stereoscopic 3D as well as multi-view images using hologram data.

이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

10 : 디지털 홀로그램 영상 20 : 컴퓨터 단말
30 : 프로그램 시스템
10: digital holographic image 20: computer terminal
30: Program system

Claims (8)

디지털 홀로그램 영상으로부터 스테레오스코픽 영상을 생성하는 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법에 있어서,
(a) 디지털 홀로그램 영상을 입력받는 단계;
(b) 상기 디지털 홀로그램 영상으로부터 제1 및 제2 부분 홀로그램 영상을 추출하는 단계;
(c) 상기 제1 및 제2 부분 홀로그램 영상 각각으로부터 제1 및 제2 재생 영상을 획득하는 단계; 및,
(e) 상기 제1 및 제2 재생 영상을 하나의 쌍으로하는 스테레오스코픽 영상을 생성하는 단계를 포함하고,
상기 재생 영상의 크기는 상기 재생 영상의 화소크기와 해상도에 의해 결정되고, 상기 제1 및 제2 재생 영상의 시차는 상기 재생 영상의 화소 크기와 상기 제1 및 제2 부분 홀로그램 영상의 중심점간 거리에 의해 결정되고,
상기 제1 및 제2 재생 영상의 시차 d는 다음 [수식 1]에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법.
[수식 1]
Figure 112015110377492-pat00027

단, mp는 상기 디지털 홀로그램 영상의 화소 크기 대비 상기 재생 영상의 화소 크기의 비율이고, mr은 상기 디지털 홀로그램 영상의 해상도 대비 상기 재생 영상의 해상도의 비율이고, X'/A는 객체 영상 대비 디지털 홀로그램 영상의 해상도 비율이고, △x/△α는 객체 영상 대비 디지털 홀로그램 영상의 화소 크기 비율이고, Dh는 제1 및 제2 부분 홀로그램 영상의 중심점간 거리임.
A stereoscopic image generating method for generating a stereoscopic image from a digital hologram image, the stereoscopic image generating method comprising:
(a) receiving a digital hologram image;
(b) extracting first and second partial hologram images from the digital hologram image;
(c) obtaining first and second reproduced images from the first and second partial hologram images, respectively; And
(e) generating a stereoscopic image having one pair of the first and second playback images,
Wherein the size of the reproduced image is determined by the pixel size and resolution of the reproduced image and the parallax of the first and second reproduced images is determined by a distance between a pixel size of the reproduced image and a center distance between the center points of the first and second partial hologram images Lt; / RTI >
Wherein a parallax d of the first and second reproduced images is determined by the following equation 1: " (1) "
[Equation 1]
Figure 112015110377492-pat00027

Wherein m p is a ratio of a pixel size of the reproduced image to a pixel size of the digital hologram image, m r is a ratio of a resolution of the reproduced image to a resolution of the digital hologram image, and X '/ A is a ratio Δx / Δα is the pixel size ratio of the digital hologram image to the object image, and D h is the center-to-center distance of the first and second partial hologram images.
제1항에 있어서,
상기 (b)단계에서, 상기 제1 및 제2 부분 홀로그램 영상은 수평 및 수직 방향의 크기가 동일하고 수평 방향의 중심축이 동일하도록 추출되는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first partial hologram image and the second partial hologram image are extracted so that the horizontal and vertical directional magnitudes are the same and the central axis of the horizontal direction is the same. A method for generating a stereoscopic image.
제1항에 있어서,
상기 (b)단계에서, 상기 제1 및 제2 부분 홀로그램 영상의 수직 및 수평방향의 해상도 비는 상기 디지털 홀로그램 영상의 해상도 비와 동일하도록 추출되는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the resolution ratio of the first and second partial hologram images in the vertical and horizontal directions is extracted to be the same as the resolution ratio of the digital hologram image in step (b) / RTI >
제1항에 있어서,
상기 (c)단계에서, 프레즈넬 변환을 이용하여 상기 부분 홀로그램 영상에서 상기 재생 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reproduced image is generated in the partial hologram image using the Fresnel-transform in the step (c).
제1항에 있어서, 상기 방법은,
(d) 획득된 재생 영상을 업 샘플링 또는 다운 샘플링을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법.
The method of claim 1,
(d) performing up-sampling or down-sampling on the reproduced image obtained. The stereoscopic image generating method of any of the preceding claims,
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 재생 영상을 업 샘플링 또는 다운 샘플링을 하여, 화소 크기를 q배하면, 상기 재생 영상의 시차도 q배로 정해지는 것을 특징으로 하는 디지털 홀로그램으로부터의 임의시점 및 임의시차의 스테레오스코픽 영상 생성 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the reproduced image is up-sampled or down-sampled, and when the pixel size is multiplied by q, the parallax of the reproduced image is also determined to be q times, and a method for generating a stereoscopic image of a random viewpoint and an arbitrary parallax from the digital hologram.
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