KR102287918B1 - 화질 평가 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

화질 평가 장치 및 방법이 개시된다. 화질 평가 장치는, 적어도 하나의 프로세서; 및 모형안을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 프로세서는, 디지털 홀로그램으로부터 홀로그램 재현 영상을 복원하고, 사용자의 안구에 대응하는 상기 모형안 및 파면 전파 함수를 설정하고, 상기 파면 전파 함수를 기초로 상기 홀로그램 재현 영상이 상기 모형안을 통과하여 형성되는 망막 영상을 계산하고, 상기 망막 영상의 화질을 평가한다.

Description

화질 평가 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR EVAUATION OF QUALITY OF IMAGE}
아래의 설명은 화질 평가 기술에 관한 것으로, 디지털 홀로그래피의 재현 영상의 화질을 평가하는 기술에 관한 것이다.
1851년 Listing의 연구에서부터 현재까지 발표된 모형안들은 크게 고전적인 형태의 근축모형안(paraxial schematic eye)와 개선된 형태의 정밀모형안(finite schematic eye)로 분류된다. 근축모형안은 각막과 수정체의 굴절면을 구면(spherical)으로 모델링 하였고 그 개수에 따라서 Gullstrand, Emsley, Le Grand 등 매우 다양한 모형안들이 발표되었다. 정밀모형안은 근축모형안을 기반으로 수정체를 굴절률이 변화하는 GRIN(Gradient Index) 렌즈로 모델링 하고 또한 안광학 요소의 비구면(aspherical) 굴절면, 곡면 형태의 망막(curved retina) 및 시축(visual axis) 변화와 동공 편심(decentration)을 추가한 모형안이다.
본 발명은 빛의 파동 광학적 파면 전파 방식을 적용함으로써 모형안의 내부 구성 요소를 통과하여 망막에 맺히는 영상의 화질 특성을 분석하고 평가할 수 있는 효과를 달성할 수 있다.
일 실시예에 따른 화질 평가 장치는, 적어도 하나의 프로세서; 및 모형안을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 프로세서는, 디지털 홀로그램으로부터 홀로그램 재현 영상을 복원하고, 사용자의 안구에 대응하는 상기 모형안 및 파면 전파 함수를 설정하고, 상기 파면 전파 함수를 기초로 상기 홀로그램 재현 영상이 상기 모형안을 통과하여 형성되는 망막 영상을 계산하고, 상기 망막 영상의 화질을 평가한다.
상기 모형안은 각막, 방수, 동공, 수정체, 유리체 및 망막을 포함할 수 있다.
상기 파면 전파 함수는 자유 공간의 파면 전파 함수 및 상기 모형안 내에서의 파면 전파 함수를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 투과율 함수를 설정하고, 상기 파면 전파 함수 및 상기 투과율 함수를 기초로 상기 홀로그램 재현 영상이 상기 모형안을 통과하여 형성되는 망막 영상을 계산할 수 있다.
상기 투과율 함수는 각막의 투과율 함수 및 수정체의 투과율 함수를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는, 파면 수차 분석을 통하여 각막을 통과하여 생성되는 각막 영상 및 수정체를 통과하여 생성되는 수정체 영상을 계산할 수 있다.
상기 프로세서는, 변조 전달 함수, 점 퍼짐 함수 또는 스트렐 비율을 이용하여 상기 망막 영상의 화질을 평가할 수 있다.
일 실시예에 따른 화질 평가 방법은, 디지털 홀로그램으로부터 홀로그램 재현 영상을 복원하는 단계; 사용자의 안구에 대응하는 모형안 및 파면 전파 함수를 설정하는 단계; 상기 파면 전파 함수를 기초로 상기 홀로그램 재현 영상이 상기 모형안을 통과하여 형성되는 망막 영상을 계산하는 단계; 및 상기 망막 영상의 화질을 평가하는 단계를 포함한다.
상기 모형안은 각막, 방수, 동공, 수정체, 유리체 및 망막을 포함할 수 있다.
상기 파면 전파 함수는 자유 공간의 파면 전파 함수 및 상기 모형안 내에서의 파면 전파 함수를 포함할 수 있다.
상기 화질 평가 방법은, 투과율 함수를 설정하는 단계를 더 포함하고, 상기 망막 영상을 계산하는 단계는, 상기 파면 전파 함수 및 상기 투과율 함수를 기초로 상기 홀로그램 재현 영상이 상기 모형안을 통과하여 형성되는 망막 영상을 계산할 수 있다.
상기 투과율 함수는 각막의 투과율 함수 및 수정체의 투과율 함수를 포함할 수 있다.
상기 망막 영상을 계산하는 단계는, 파면 수차 분석을 통하여 각막을 통과하여 생성되는 각막 영상 및 수정체를 통과하여 생성되는 수정체 영상을 계산할 수 있다.
상기 화질을 평가하는 단계는, 변조 전달 함수, 점 퍼짐 함수 또는 스트렐 비율을 이용하여 상기 망막 영상의 화질을 평가할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 빛의 파동 광학적 파면 전파 방식을 적용함으로써 모형안의 내부 구성 요소를 통과하여 망막에 맺히는 영상의 화질 특성을 분석하고 평가할 수 있는 솔루션이 제공된다.
도 1은 공간 광 변조기에 의해 생성된 홀로그램 재현 영상이 사용자에게 도달하는 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 화질 평가 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 화질 평가 장치의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 화질 평가부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 모형안 구성부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 화질 평가 장치에 의해 망막 영상이 계산되는 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 화질 평가 장치에 의해 수행된 파면 수차 분석의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 일 실시예에 따른 망막 영상 화질 평가부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 화질 평가 방법의 동작을 도시한 순서도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 공간 광 변조기에 의해 생성된 홀로그램 재현 영상이 사용자에게 도달하는 과정을 도시한 도면이다.
일 실시예에 따르면, 화질 평가 장치는 사람의 시각 시스템(Human Visual System; HVS)에 기반하여 홀로그램 재현 영상의 시각적 품질을 평가할 수 있다. 화질 평가 장치는 사람의 시각 시스템을 모델링한 모형안(Schematic Eye)을 이용하여 홀로그램 재현 영상의 시각적 품질을 평가할 수 있다. 화질 평가 장치는 사람의 시각 시스템에 기반한 모형안을 이용하여 공간에 재현된 홀로그램 3차원 영상으로부터 전파되어 안구의 내부 구성 요소를 통과하여 망막에 맺히는 영상의 화질 특성을 분석하고 평가할 수 있다. 화질 평가 장치는 빛의 파동 광학적 파면 전파 방식을 적용함으로써 사람의 시각 시스템에 기반한 모형안을 이용하여 공간상에 재현된 홀로그램 3차원 영상으로부터 전파되어 안구의 내부 구성 요소를 통과하여 망막에 맺히는 영상의 화질 특성을 분석하고 평가할 수 있다.
홀로그래피 기술은 3차원 객체를 공간 상에 재현하여 관찰자에게 자연스러운 입체감을 제공함으로써 기존 스테레오 방식에서 발생하는 초점-수렴 불일치(vergence-accommodation conflict) 등의 표현의 한계를 해소할 수 있는 3차원 영상 재현 기술이다. 디지털 홀로그래피 기술은 광전자기기와 컴퓨터를 이용하여 3차원 객체 및 실사에 대한 입체 정보를 회절(diffraction) 및 간섭(interference) 원리에 입각하여 컴퓨터 생성 홀로그램(Computer-Generated Hologram; CGH)을 생성하고 광학적 디스플레이 방법에 의해 공간 상에 마치 실재하는 것처럼 입체 영상을 재현할 수 있다.
홀로그램으로부터 공간 상에 재현되는 3차원 체적 영상(volume image)의 대표적인 특징은 깊이(depth) 재현과 연속적인 운동시차(motion parallax)이다. 특히, 공간 상의 임의 거리의 위치에 재현된 홀로그램 영상의 표현 특성 중 깊이 특성은 사람의 수정체의 초점 조절(accommodation) 기능에 의하여 단안 깊이(monocular depth) 및 거리 지각으로서 인지된다. 또한 운동시차는 관찰자와 물체의 상대적인 운동 변화로 발생하고 관찰자가 움직일 경우 가까운 물체가 더 빨리 움직이는 것으로 느껴지는 현상으로서, 홀로그램 영상의 표현 특성 중 입체 특성이다. 홀로그램 재현 영상의 시야각(viewing angle)과 시차(parallax)는 관찰자의 망막에 맺히는 영상의 크기와 시역(viewing zone)에 의하여 실제 보여지는 정도와 범위가 결정된다.
사람의 시각 시스템(HVS)의 구조와 원리를 반영한 모형안(schematic eye)은 실제 사람의 표준 안구를 일종의 광학기기로서 모델링함으로써 이론적인 연구와 함께 각막질환 진단, 인공수정체 삽입, 콘택트렌즈, 라식/라섹 수술 등과 같은 안과적 치료와 임상실험을 위한 모델로서 활용된다.
모형안은 눈의 굴절기능에 관련된 각막(cornea), 수정체(crystalline lens), 방수(aqueous humor), 유리체(초자체, vitreous humor) 등의 굴절률, 각막(retina)과 수정체의 곡률, 비구면계수, 굴절력 등 여러가지 광학상수의 평균값을 적용하여 사람 눈의 형상을 광학적 수치로 구성한 모델이다. 사람 눈의 해부학적 데이터를 획득하기 위하여 검안 굴절력 측정기(keratomery), 오브스캔 각막 지형도(orbscan topography) 시스템, 초음파 각막 두께 측정계(ultrasonic pachymetry) 등과 같은 광학적 방법 또는 초음파를 이용한 방법 및 측정기기를 이용하여 정확한 광학상수가 측정될 수 있다. 예를 들어, 광학 상수는, 각막의 전면과 후면의 굴절력, 굴절률, 중심부 두께, 각막과 수정체 사이의 거리, 수정체와 망막 사이의 거리, 방수와 유리체(초자체)의 굴절률 및 시축(visual axis) 변화와 홍채 편심(decentration) 등을 포함할 수 있다.
다양한 안광학적 상수로 구성된 모형안의 광학적 분석은 기하광학(geometrical optics)에 기반한 광선 추적(ray-tracing) 기법을 적용하여 이루어질 수 있고, 대상 모형안의 성능은 변조전달함수(Modulation Transfer Function; MTF), 스폿 다이어그램(spot diagram) 및 광선팬(Ray Fan) 분석 방법 등에 의하여 평가될 수 있다. 그러나 이러한 광선 추적 기법에 의한 기하광학적 분석에는 많은 계산량과 긴 계산시간이 필요하다는 단점을 가진다. 일 실시예에 따른 화질 평가 장치는 파동 광학(wave optics)적 분석을 채택함으로써 많은 수의 광선들로 표현되어야 하는 홀로그램 재현 영상의 분석 및 평가를 기하광학적 분석을 이용한 경우 보다 잘 수행할 수 있다. 또한 화질 평가 장치는 단순한 굴절 이상(refractive error)과 난시(astigmatism) 외에도 다양하고 복잡한 시각 파면 수차(ocular wavefront aberration)를 적용함으로써 보다 빠르고 효과적으로 화질 평가를 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 화질 평가 장치는 종래의 기하광학적 광선 추적 방법 대신 홀로그래피의 파동 광학적 원리에 기반한 파면 분포(wavefront distribution) 분석에 의한 보다 효과적인 접근 방법을 적용한다. 홀로그래피 영상 재현은 빛의 회절과 간섭이라는 파동 광학적 특성에 의하여 이루어지므로 홀로그램 재현 영상을 구성하는 파면(wavefront)이 인간 눈 내부로까지 전파(propagation)되어 최종적으로 망막에 상에 맺히는 과정은 모두 파면 분포에 의한 통합적 체계로 분석하고 평가될 수 있다. 화질 평가 장치는 파면 분포 분석 과정에 변조전달함수(MTF)뿐 아니라 점퍼짐함수(Point-Spread Function) 및 스트렐비율(Sterhl-Ratio) 기법을 적용할 수 있다.
도 1을 참조하면, 화질 평가 장치는 사람(110)의 시각 시스템(HVS)에 기초하여 홀로그램의 3차원 영상 특성과 시각적 품질을 평가할 수 있다. 홀로그래픽 디스플레이는 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator; 이하 SLM)를 이용하여 입력된 프린지(fringe) 패턴 또는 홀로그램 정보에 따라 레이저와 같은 가간섭성(coherent) 광원으로부터 출력되는 빛(103)의 진폭과 위상을 변조시킴으로써 공간 상에서 연속적인 광 파면(wavefront)들의 간섭에 의해 홀로그램 영상(105)을 재현할 수 있다. 재현된 홀로그램 영상(105)의 화질은 도 1의 공간 광 변조기(SLM)의 샘플링된 평면(101)의 가로/세로 픽셀 수(M*N)와 픽셀 간 간격(pixel-pitch) p에 의한 대역폭의 곱으로 정의되는 공간 대역폭 곱(space-bandwidth product)과 홀로그램 데이터의 특성에 의하여 규정된다.
도 2는 일 실시예에 따른 화질 평가 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다.
일 실시예에 따르면, 화질 평가 장치(200)는 적어도 하나의 프로세서(201) 및 모형안을 저장하는 메모리(203)를 포함한다.
프로세서(201)는 디지털 홀로그램으로부터 홀로그램 재현 영상을 복원한다.
프로세서(201)는 사용자의 안구에 대응하는 모형안 및 파면 전파 함수를 설정한다. 여기서, 모형안은 각막, 방수, 동공, 수정체, 유리체 및 망막을 포함할 수 있다.
프로세서(201)는 파면 전파 함수를 기초로 홀로그램 재현 영상이 모형안을 통과하여 형성되는 망막 영상을 계산한다. 여기서, 파면 전파 함수는 자유 공간의 파면 전파 함수 및 모형안 내에서의 파면 전파 함수를 포함할 수 있다. 프로세서(201)는 투과율 함수를 설정할 수 있다. 프로세서(201)는 파면 전파 함수 및 투과율 함수를 기초로 홀로그램 재현 영상이 모형안을 통과하여 형성되는 망막 영상을 계산할 수 있다. 투과율 함수는 각막의 투과율 함수 및 수정체의 투과율 함수를 포함할 수 있다. 프로세서(201)는 파면 수차 분석을 통하여 각막을 통과하여 생성되는 각막 영상 및 수정체를 통과하여 생성되는 수정체 영상을 계산할 수 있다.
프로세서(201)는 망막 영상의 화질을 평가한다. 프로세서(201)는 변조 전달 함수, 점 퍼짐 함수 또는 스트렐 비율을 이용하여 망막 영상의 화질을 평가할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 화질 평가 장치의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
홀로그램 재현 영상이 갖는 3D 특성 분석과 시각적 품질 평가를 위하여 화질 평가 장치(300)는 사람의 시각 시스템(HVS)에 기반한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행한다. 이때 홀로그래픽 디스플레이와 SLM 기능을 통하여 홀로그램 데이터를 3차원 영상으로 광학적 복원하는 과정은 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션으로서 홀로그램의 수치적 복원(numerical reconstruction) 과정으로 대체된다.
일 실시예에 따르면, 화질 평가 장치(300)는 홀로그램 영상 복원부(310) 및 화질 평가부(320)를 포함한다. 홀로그램 영상 복원부(310)는 디지털 홀로그램(301)을 복원하여 홀로그램 재현 영상(303)을 생성할 수 있다. 화질 평가부(320)는 홀로그램 재현 영상(303)을 분석하고 평가하여 화질 평가 결과(305)를 도출할 수 있다.
홀로그램 영상 복원부(310)에 의하여 수치적으로 복원된 홀로그램 재현 영상(303)은 SLM의 광학적 기능의 컴퓨터 시뮬레이션 결과로 얻어지는 이상적인(ideal) 영상이다. 그러나 실제 사람이 눈으로 보는 영상은 이러한 SLM 기능의 수치적 복원된 영상이 사람의 시각 시스템을 통과하여 시각적으로 인지된 영상이다. 화질 평가부(320)는 수치적 복원 과정으로 얻어진 홀로그램 재현 영상에 사람의 시각 시스템을 모방한 모형안을 적용하여 가상의 망막에 맺히는 망막 영상의 특성을 분석하고 그 품질을 평가할 수 있다.
이를 위하여, 화질 평가 장치(300)는 먼저 실제 사람 눈의 구성요소에 대한 해부학적 데이터를 획득하기 위하여 다양한 안광학적 검안기기를 이용해 안광학 상수를 측정할 수 있다. 화질 평가 장치(300)는 안광학 상수를 사람의 시각 시스템의 핵심요소인 모형안(schematic eye)을 구성하는 서술정보로서 모형안에 입력한다. 화질 평가 장치(300)는 모형안의 내부 안광학적 구성요소들을 순차적으로 통과하는 파동 광학에 기반한 파면 전파(wave propagation) 방법과 관련된 파라미터를 설정할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 화질 평가부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
일 실시예에 따르면, 화질 평가부(320)는 파면 전파 함수 설정부(410), 모형안 구성부(420), 파면 전파부(430), 망막 영상 화질 평가부(440), 모형안 서술 정보부(450) 및 안광학 상수 측정부(460)를 포함할 수 있다.
파면 전파 함수 설정부(410)는 모형안에 대한 종래의 기하광학적 광선 추적 기술과는 완전히 다른 파동 광학적 원리에 입각하여 빛의 파면 분포에 관한 정보를 설정할 수 있다. 파면 전파 함수 설정부(410)는 파면 전파의 회절 함수를 선택하고 회절 계산 과정에서 요구되는 빛의 파장(wavelength) 및 파면 샘플의 픽셀 수 및 크기, 전파 거리 등을 설정할 수 있다.
파면 전파 함수 설정부(410)는 홀로그램 재현 영상(203)의 복소 파면 필드(complex wave-field)로부터 모형안까지, 그리고 모형안 내부에서 각막(cornea), 수정체(crystalline lens), 동공(pupil) 등의 안광학 요소들을 통과하여 최종적으로 망막(retina)까지 전파될 때 적용되는 파면 전파함수의 종류와 특성을 설정할 수 있다. 예를 들어, 파면 전파함수는 프레넬 회절(Fresnel diffraction), 각 스펙트럼(Angular spectrum), 프라운호퍼 회절(Fraunhoeffer diffraction) 및 분수 푸리에 변환(Fractional Fourier Transform) 등을 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 공간 상에 복원된 홀로그램 재현 영상(203)으로부터 관찰자의 눈까지의 자유공간 상에서 전파되는 빛에 적용되는 파면 전파함수는 거리에 따라서 구분될 수 있다. 전파되는 빛의 망막으로부터의 거리가 제1 임계값 보다 큰 거리의 경우는 프라운호퍼 회절 함수가 사용될 수 있고, 전파되는 빛의 망막으로부터의 거리가 제1 임계값 이하이고 제2 임계값 보다 큰 거리의 경우에는 프레넬 회절 함수가 적용될 수 있다. 거리에 따라서 프레넬과 푸리에 변환을 모두 지원하는 분수 푸리에 변환(Fractional Fourier Transform)이 적용될 수도 있다.
모형안 내부의, 각막에서부터 망막까지의 파면 전파의 경우 각 스펙트럼(Angular spectrum) 회절 함수가 적용될 수 있다. 각 스펙트럼 회절 함수의 경우 계산 과정에 있어서 근사(approximation)나 오차 없이 정확한 회절 원리에 의해 계산될 수 있고, 안구 내부와 같이 매우 짧은 거리 내에서 정확한 파면 분포를 얻을 수 있는 장점이 있다. 여기서, 매우 짧은 거리는 전파되는 빛의 망막으로부터의 거리가 제2 임계값보다 작은 거리를 의미할 수 있다.
이처럼, 파면 전파 함수 설정부(410)는 홀로그램 재현 영상(203)으로부터 모형안까지의 자유공간 상에서의 파면 전파의 거리에 따라서 프레넬 회절, 각 스펙트럼, 프라운호퍼 회절 및 분수 푸리에 변환을 선택적으로 적용할 수 있다. 반면에, 화질 평가 장치(300)는 안구 내부에서의 파면 전파(intraocular wave propagation)에 대해 근사 없는 정확한 분석과 화질 평가를 위하여 각 스펙트럼 회절 방법을 적용할 수 있다.
모형안 서술 정보부(450)는 다양한 안광학 요소의 광학적 상수를 포함한 모형안 서술 정보를 효율적으로 저장하고 전달하기 위하여 기계가독 형식(machine-readable format)의 마크업 언어인 XML(eXtensible Markup Language) 서술 구조 체계를 따를 수 있다.
안광학 상수 측정부(460)는 사용자의 안구(403)로부터 모형안에 적용될 파라미터를 측정할 수 있다. 모형안 서술 정보부(450)는 안광학 상수 측정부(460)에 의해 측정된 각 구성의 파라미터를 모형안 서술 정보로 표현할 수 있다. 모형안 구성부(420)는 모형안 서술 정보를 이용하여 모형안의 파라미터를 입력할 수 있다. 모형안 구성부(420)는 모형안 서술 정보에 의하여 각막, 수정체, 동공 등 모형안의 안광학적 주요 구성 요소들의 개수와 구체적인 제원에 대한 광학상수를 설정한다.
도 5는 일 실시예에 따른 모형안 구성부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 모형안 구성부(420)의 구체적인 구성을 도시한다. 모형안 구성부(420)는 각막(501), 방수(aqueous humor)(503), 동공(505), 수정체(507), 유리체(509) 및 망막(511)을 포함할 수 있다. 모형안 구성부(420)는 각막의 2개 굴절면(전면, 후면), 수정체의 2개 굴절면(전면, 후면)을 더 포함할 수 있다.
모형안 구성부(420)는 모형안의 안광학적 주요 구성요소들인 각막, 방수, 동공, 수정체, 유리체(초자체), 망막 각각에 대하여 굴절면의 개수, 굴절면의 곡률반경, 중심두께, 길이 등과 같은 해당 안광학 요소의 광학상수를 설정할 수 있다.
각막(501)의 경우 굴절면의 개수, 구면 또는 비구면 굴절면 여부, 구면 굴절면의 곡률반경, 비구면 굴절면의 곡률반경과 코닉(conic) 계수, 중심두께에 대한 광학상수의 설정이 필요하고, 방수(503)는 굴절률과 두께(길이)에 대한 설정이 필요하고, 동공(505)의 경우, 동공의 Stiles-Crawford 효과에 따른 동공면의 가우시안(Gaussian) 분포 및 동공의 크기(지름) 설정이 필요하다. 수정체(507)의 경우 일정한 균일 굴절면의 렌즈로 구성된다면 굴절면의 개수, 구면 또는 비구면 굴절면 여부, 구면 굴절면의 곡률반경, 비구면 굴절면의 곡률반경과 코닉(conic) 계수, 중심두께에 대한 광학상수의 설정이 필요하다. 만약 수정체가 GRIN 렌즈 형태로 구성된다면 변화되는 GRIN 렌즈의 굴절률 값에 대한 설정이 필요하고, 유리체(509)의 굴절률과 두께(길이)의 설정이 필요하다.
모형안 구성부(420)는 망막(511)의 망막 곡면에 대한 곡률, 크기 등에 대한 안광학적 수치 정보를 설정할 수 있다. 그 외에도 모형안 구성부(420)는 전체 안구의 길이(안축장) 및 시축의 변화된 각도 등의 설정을 통하여 망막 내 중심(fovea)에 대한 위치를 조정할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 화질 평가 장치에 의해 망막 영상이 계산되는 과정을 도시한 도면이다.
상술한 바와 같이 파면 전파 함수 설정부(410)와 모형안 구성부(420)를 통하여 설정된 파라미터에 따라 모형안 기반 순차적 파면 전파 과정은 도 6에 도시된 바와 같이 홀로그램 재현 영상(601)의 복소 파면 필드(complex-wave-field) UH 로부터 시작된다. 먼저 홀로그램 재현 영상 UH(601)에서 관찰자의 눈(모형안)까지 일정거리의 자유공간을 거쳐서 전파된 파면은 U1(603)으로 계산된다. 이때 전파 함수 F1[·]은 상술한 바와 같이 프레넬, 프라운호퍼, 각 스펙트럼, 부분 푸리에 회절 함수 중 하나로 선택될 수 있다.
이후 파면 U1(603)은 두께 d1(631)의 각막(621)을 통과할 때 각막 투과율 함수 tc를 통해 파면 U2(604)로 변환된다. 파면 U2(604)는 두께 d2(633)의 방수를 통과하여 동공 P까지 전파된 파면 U3(605)로 계산된다. 이때 안구 내에서 전파되는 회절 함수 F2[·]은 상술한 바와 같이 각 스펙트럼 회절 함수가 적용될 수 있다. 이와 같은 방식으로 이후 두께 d3(635)의 수정체(625)의 투과율 함수 tL와 두께 d4(637)의 유리체를 통과하여 최종적으로 망막(627)까지 순차적으로 전파(cascaded propagation)된 결과로서 망막 영상 UR(607)이 계산될 수 있다. 이와 같은 안구 내 순차적 파면 전파 과정은 아래의 (식 1) 내지 (식 5)와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019135680917-pat00001
도 7은 일 실시예에 따른 화질 평가 장치에 의해 수행된 시각 파면 수차 분석의 결과를 나타내는 그래프이다.
화질 평가 장치는 각막과 수정체에 대하여 구면 또는 비구면 렌즈로서의 곡률반경, 중심두께, 굴절률 등에 대한 안광학적 상수에 의한 해석적 방법으로서 투과율 함수를 계산할 수 있다. 화질 평가 장치는 검안 굴절력 측정기 등을 이용하여 각막 지형도를 측정하여 위상지도(phase-map) 형태로 각막의 투과율 함수를 직접 획득할 수 있다. 이처럼, 화질 평가 장치는 상술한 투과율 함수를 이용할 수 있을 뿐만 아니라 안구 내 시각 파면 수차(ocular wavefront aberration) 형태로 안광학적 요소의 위상지연 정보를 분석한 후 분석 결과를 기초로 파라미터를 직접 입력함으로써 모형안을 구성할 수 있다.
도 7을 참조하면, 각막과 수정체(710, 720)의 측정, 분석된 위상 분포 지도의 일례(711, 713, 721, 723)가 도시된다. 위상 분포 지도(711)은 원시의 각막에 대한 위상 분포 지도를 나타내며, 위상 분포 지도(713)는 근시의 각막에 대한 위상 분포 지도를 나타내고, 위상 분포 지도(721)는 원시의 수정체에 대한 위상 분포 지도를 나타내고, 위상 분포 지도(723)는 근시의 수정체에 대한 위상 분포 지도를 나타낸다.
이와 같이 사람의 눈으로부터 직접 측정된 정보는 모형안의 근사화된 모델링 보다 훨씬 더 적용한 데이터를 갖게 되며 특히 일반적인 평균값으로서의 모형안이 아니라 특정한 대상자의 정확한 정보를 이용한 맞춤형 응용 등에 활용될 수 있는 장점을 갖는다.
도 8은 일 실시예에 따른 망막 영상 화질 평가부의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
일 실시예에 따르면, 망막 영상 화질 평가부(440)는 망막 영상(801)을 평가하여 화질 평가 결과(401)을 도출할 수 있다. 망막 영상 화질 평가부(440)는 홀로그램 재현 영상의 화질 평가를 수행하기 전에 모형안에 대한 입력을 광학적 성능 분석과 평가에 특화된 신호 패턴에 국한하여 적용함으로써 입력되는 홀로그램 재현 영상 화질에 독립적인 모형안 그 자체에 대한 성능을 평가할 수 있다. 이를 위하여, 망막 영상 화질 평가부(440)는 변조 전달 함수(Modulation Transfer Function; MTF) (811), 점 퍼짐 함수(Point-Spread Function; PSF) (813) 및 스트렐 비율(Strehl-ratio)(815)를 포함할 수 있다.
변조전달함수(MTF)는 광학계의 해상도(resolution)와 대조비(contrast)를 동시에 평가할 수 있는 대표적인 광학적 성능평가 방법이다. 점퍼짐함수(PSF)는 점광원 입력에 대한 회절상으로서 광학계의 성능을 평가하는 유용한 기법이다. 스트렐 비율(SR)은 광학계의 실제 성능을 회절 한계(diffraction-limit) 성능과 비교할 때 사용되는 성능평가방법으로서, 초점에서 실제 측정된 최대 세기를 이상적인 광학계의 최대 세기로 나눈 값으로서 이상적인 경우에 1이 된다.
도 9는 일 실시예에 따른 화질 평가 방법의 동작을 도시한 순서도이다.
단계(901)에 따르면, 화질 평가 장치는 디지털 홀로그램으로부터 홀로그램 재현 영상을 복원할 수 있다.
단계(903)에 따르면, 화질 평가 장치는 사용자의 안구에 대응하는 모형안 및 파면 전파 함수를 설정할 수 있다. 여기서, 모형안은 각막, 방수, 동공, 수정체, 유리체 및 망막을 포함할 수 있다. 파면 전파 함수는 자유 공간의 파면 전파 함수 및 모형안 내에서의 파면 전파 함수를 포함할 수 있다.
단계(905)에 따르면, 화질 평가 장치는 파면 전파 함수를 기초로 홀로그램 재현 영상이 모형안을 통과하여 형성되는 망막 영상을 계산할 수 있다. 화질 평가 장치는 투과율 함수를 설정할 수 있다. 파면 전파 함수 및 투과율 함수를 기초로 홀로그램 재현 영상이 모형안을 통과하여 형성되는 망막 영상을 계산할 수 있다. 투과율 함수는 각막의 투과율 함수 및 수정체의 투과율 함수를 포함할 수 있다.
단계(907)에 따르면, 화질 평가 장치는 망막 영상의 화질을 평가할 수 있다. 화질 평가 장치는 파면 수차 분석을 통하여 각막을 통과하여 생성되는 각막 영상 및 수정체를 통과하여 생성되는 수정체 영상을 계산할 수 있다. 화질 평가 장치는 변조 전달 함수, 점 퍼짐 함수 또는 스트렐 비율을 이용하여 망막 영상의 화질을 평가할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
실시예들에서 설명된 구성요소들은 하나 이상의 DSP (digital signal processor), 프로세서, 컨트롤러, ASIC (application specific integrated circuit), FPGA (field programmable gate array)와 같은 프로그래머블 논리 소자, 다른 전자 기기들 및 이것들의 조합 중 하나 이상을 포함하는 하드웨어 구성 요소에 의해 구현될 수 있다.　 실시예들에 설명된 과정들 또는 기능들 중 적어도 일부는 소프트웨어에 의해 구현될 수 있고, 해당 소프트웨어는 기록 매체에 기록될 수 있다.　 실시예들에서 설명된 구성요소들, 기능들 및 과정들은 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 구현될 수 있다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 프로세서; 및
    모형안을 저장하는 메모리를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    디지털 홀로그램으로부터 홀로그램 재현 영상을 복원하고,
    사용자의 안구에 대응하는 상기 모형안 및 파면 전파 함수를 설정하고,
    상기 사용자 안구에 대응하는 투과율 함수를 설정하고,
    상기 파면 전파 함수 및 상기 투과율 함수를 기초로 상기 홀로그램 재현 영상이 상기 모형안을 통과하여 형성되는 망막 영상을 계산하고,
    상기 망막 영상의 화질을 평가하고,
    상기 투과율 함수는, 각막의 투과율 함수 및 수정체의 투과율 함수를 포함하는,
    화질 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모형안은 각막, 방수, 동공, 수정체, 유리체 및 망막을 포함하는,
    화질 평가 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파면 전파 함수는 자유 공간의 파면 전파 함수 및 상기 모형안 내에서의 파면 전파 함수를 포함하는,
    화질 평가 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    파면 수차 분석을 통하여 각막을 통과하여 생성되는 각막 영상 및 수정체를 통과하여 생성되는 수정체 영상을 계산하는,
    화질 평가 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    변조 전달 함수, 점 퍼짐 함수 또는 스트렐 비율을 이용하여 상기 망막 영상의 화질을 평가하는,
    화질 평가 장치.
  8. 디지털 홀로그램으로부터 홀로그램 재현 영상을 복원하는 단계;
    사용자의 안구에 대응하는 모형안 및 파면 전파 함수를 설정하는 단계;
    상기 사용자 안구에 대응하는 투과율 함수를 설정하는 단계;
    상기 파면 전파 함수 및 상기 투과율 함수를 기초로 상기 홀로그램 재현 영상이 상기 모형안을 통과하여 형성되는 망막 영상을 계산하는 단계; 및
    상기 망막 영상의 화질을 평가하는 단계를 포함하고,
    상기 투과율 함수는, 각막의 투과율 함수 및 수정체의 투과율 함수를 포함하는,
    화질 평가 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 모형안은 각막, 방수, 동공, 수정체, 유리체 및 망막을 포함하는,
    화질 평가 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 파면 전파 함수는 자유 공간의 파면 전파 함수 및 상기 모형안 내에서의 파면 전파 함수를 포함하는,
    화질 평가 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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