KR102404416B1 - 홀로그램 영상의 특성 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

홀로그램 영상의 특성 측정 장치 및 방법을 개시한다. 영상 특성 측정 방법은 동일한 배경에 대해 홀로그램 영상이 있는 상태의 제1 이미지 및 홀로그램 영상이 없는 상태의 제2 이미지를 획득하는 단계; 상기 획득된 제1 이미지의 선택 범위에 대해 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(Dark-noise counted level) 값을 추출하는 단계; 상기 획득된 제2 이미지에 대해서 상기 획득된 제1 이미지의 선택 범위와 동일한 범위에 대해 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(Dark-noise counted level) 값을 추출하는 단계; 및 상기 제1 이미지 및 제2 이미지에서 각각 추출한 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(dark-noise counted level)을 이용하여 상기 재생된 홀로그램 영상의 명암대조비(Holographic contrast ratio, HCR)를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

홀로그램 영상의 특성 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF IMAGE-QUALITY MEASUREMENT FOR HOLOGRAM IMAGES}
본 발명은 홀로그램 영상의 특성 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 3차원 공간 상에 재생된 홀로그램 영상의 화질을 평가하기 위한 객관적인 정량화 및 이를 효율적으로 측정할 수 있는 평가 방법에 관한 장치 및 방법에 관한 것이다.
홀로그래픽 디스플레이 기술은 이상적인 완전실감 3차원 디스플레이 기술로서, 주어진 물체로 발생되는 파면 (wave-front)을 그대로 재생함으로써 사람의 눈에 실제로 그 물체가 존재하는 것과 동일한 효과를 주는 기술이다. 특히, 현재 3차원 디스플레이 산업에서 주로 사용되는 스테레오스코픽 양산 시차 방식과 달리 조절-폭주(accommodation-convergence) 불일치 문제가 없기 때문에 눈의 피로감과 어지러움 증상이 없다. 또한, 홀로그래픽 디스플레이 기술은 시점의 이동에 따라 서로 다른 영상을 관찰할 수 있으며, 시청을 위한 부수적인 장치(예, 안경)가 필요 없는 다수의 시청이 가능하다는 점에서 궁극의 3차원 디스플레이 기술로 여겨진다.
따라서, 현재 세계 각국에서는 디스플레이 소자에 대한 활발한 연구와 함께 현재 상용 가능한 디스플레이 소자와 광학, 기계 시스템을 결합한 새로운 디스플레이 시스템에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 하지만, 이러한 홀로그래픽 디스플레이 기술 구현을 위해서는 몇 가지 요구 사항들이 있다.
이는 양질의 입체 영상을 재생하는 디스플레이 표시 장치 또는 공간광변조기 (spatial light modulator, SLM)의 개발, 광파동 간의 간섭을 유도할 수 있는 결맞음/평행 직진광 특성을 제공하는 조명 광학 장치(optical-wave illumination unit), 그리고 공간에 재생된 입체 영상의 화질을 평가할 수 있는 방법(image quality measures) 등이다.
한편, 현재 상용 가능한 디스플레이 소자만으로 표현할 수 있는 홀로그래픽 이미지의 크기와 시야각의 범위는 매우 작기 때문에 이상적인 3차원 디스플레이로서의 홀로그래픽 디스플레이의 특성(운동 시차, 조절-폭주 일치, 양안 시차)들을 실제로 관찰하기가 쉽지 않다. 이러한 형태의 디스플레이 시스템은 큰 공간을 차지하고 광학적으로 정밀한 배열 과정 등을 필요로 한다. 또한, 홀로그래픽 디스플레이는 레이저와 같은 가간섭성(coherence)을 갖는 조명 광원을 주로 사용하게 되는데, 눈으로 장시간 동안 이러한 조명 광원을 직접 보는 것은 위험하다. 그렇기 때문에 홀로그래픽 디스플레이는 최적의 영상을 준비하기 위해서 대부분 카메라 촬영을 통해 간접적으로만 관측 및 시청을 해야 하는 경우도 발생한다. 그러므로, 홀로그래피 연구자뿐만 아니라 홀로그래피 시청자들에게 공간광변조기를 이용하여 3차원 공간 상에 재생된 입체 영상의 화질 평가를 위해서 객관적인 정량화와 동시에 이를 효율적으로 측정할 수 있는 평가 방법을 제공하는 것이 무엇보다 절실히 필요하다.
본 발명은 3차원 공간 상에 재생된 홀로그램 영상의 명암대조비(Holographic contrast ratio, HCR)를 측정함으로써, 홀로그램 영상의 화질을 효율적으로 평가할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 재생 방법은 공간광변조기(Spatial light modulator, SLM)를 포함하고, 3D 데이터를 재생하려는 디스플레이에 적합하도록 홀로그램 데이터로 변환하여 상기 공간광변조기에 업로드하는 단계; 조명광을 상기 공간광변조기에 조사하는 단계; 및 상기 변환된 홀로그램 데이터와 상기 조명광을 이용하여 활성영역에 홀로그램 영상을 재생하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 재생 방법에서 상기 홀로그램 데이터는 미리 설정된 테스트 패턴(test pattern)을 이용하여 생성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 재생 방법에서 상기 조명광은 가간섭성의 특징을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 재생 방법에서 상기 조명광은 상기 활성영역에 대응되는 크기로 확대되도록 평행한 평면파동(plane wave)의 특징을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 재생 방법에서 상기 조사하는 단계는 상기 조명광을 상기 활성영역에 균일한 광 세기로 조사할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 재생 방법은 상기 재생하는 단계는 상기 조명광을 통과시키거나 반사시킬 때, 상기 활성영역에 빛을 모으거나 퍼지게 함으로써 홀로그램 영상을 재생할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 특성 측정 방법은 동일한 배경에 대해 홀로그램 영상이 있는 상태의 제1 이미지 및 홀로그램 영상이 없는 상태의 제2 이미지를 획득하는 단계; 상기 획득된 제1 이미지의 선택 범위에 대해 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(Dark-noise counted level) 값을 추출하는 단계; 상기 획득된 제2 이미지에 대해서 상기 획득된 제1 이미지의 선택 범위와 동일한 범위에 대해 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(Dark-noise counted level) 값을 추출하는 단계; 및 상기 제1 이미지 및 제2 이미지에서 각각 추출한 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(dark-noise counted level)을 이용하여 상기 재생된 홀로그램 영상의 명암대조비(Holographic contrast ratio, HCR)를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 특성 측정 방법에서 상기 그레이 레벨(Gray level) 값은 로컬 피크(Local peak) 값 및 로컬 딥(Local dip) 값을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 특성 측정 방법에서 상기 획득하는 단계는 이미지 획득용 일반 카메라 또는 디지털 카메라로부터 상기 제1 이미지 및 제2 이미지를 수신할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 특성 측정 방법에서 상기 이미지 획득용 일반 카메라 또는 디지털 카메라는 상기 홀로그램 영상에서 단색 또는 RGB 컬러 화질 정보를 획득할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 재생 장치는 3D 데이터를 재생하려는 디스플레이에 적합하도록 홀로그램 데이터로 변환하여 상기 공간광변조기에 업로드하는 홀로그램 데이터 변환부; 조명광을 상기 공간광변조기에 조사하는 광원부; 및 상기 변환된 홀로그램 데이터와 상기 조명광을 이용하여 활성영역에 홀로그램 영상을 재생하는 공간광변조기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 재생 장치에서 상기 홀로그램 데이터는 미리 설정된 테스트 패턴(test pattern)을 이용하여 생성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 재생 장치에서 상기 조명광은 가간섭성의 특징을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 재생 장치에서 상기 조명광은 상기 활성영역에 대응되는 크기로 확대되도록 평행한 평면파동(plane wave)의 특징을 가질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 재생 장치에서 상기 광원부는 상기 조명광을 상기 활성영역에 균일한 광 세기로 조사할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 재생 장치에서 상기 공간광변조기는 상기 조명광을 통과시키거나 반사시킬 때, 상기 활성영역에 빛을 모으거나 퍼지게 함으로써 홀로그램 영상을 재생할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 특성 측정 장치는 카메라 및 복수의 동작을 수행하는 화질 측정 장치를 포함하고, 상기 복수의 동작들은 동일한 배경에 대해 홀로그램 영상이 있는 상태의 제1 이미지 및 홀로그램 영상이 없는 상태의 제2 이미지를 획득하는 동작; 상기 획득된 제1 이미지의 선택 범위에 대해 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(Dark-noise counted level) 값을 추출하는 동작; 상기 획득된 제2 이미지에 대해서 상기 획득된 제1 이미지의 선택 범위와 동일한 범위에 대해 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(Dark-noise counted level) 값을 추출하는 동작; 및 상기 제1 이미지 및 제2 이미지에서 각각 추출한 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(dark-noise counted level)을 이용하여 상기 재생된 홀로그램 영상의 명암대조비(Holographic contrast ratio, HCR)를 결정하는 동작을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 특성 측정 장치에서 상기 그레이 레벨(Gray level) 값은 로컬 피크(Local peak) 값 및 로컬 딥(Local dip) 값을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 특성 측정 장치에서 상기 화질 측정 장치는 상기 카메라로부터 상기 제1 이미지 및 제2 이미지를 수신할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 영상 특성 측정 장치에서 상기 카메라는 상기 홀로그램 영상에서 단색 또는 RGB 컬러 화질 정보를 획득할 수 있다.
본 발명은 3차원 공간 상에 재생된 홀로그램 영상의 명암대조비(Holographic contrast ratio, HCR)를 측정함으로써, 홀로그램 영상의 화질을 효율적으로 평가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 특성 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광원부, 공간광변조기, 및 화질 측정 장치 간의 배치 방식을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 테스트 패턴(test pattern)을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광학적으로 재생된 홀로그램 영상 및 블랙 배경을 카메라로 촬영한 사진을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도 4의 스캐닝 범위 내에서 그레이 레벨(grey level) 값을 보여주는 측정 그래프를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 영상을 생성하는 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 영상의 화질을 측정하는 방법을 도시한 도면이다.
도 8은 조명 광원의 세기(power)에 따른 홀로그램 영상의 명암대조비(Holographic contrast ratio, HCR)를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 영상 특성 측정 장치를 도시한 도면이다.
본 발명의 영상 특성 측정 장치(100)는 영상 재생 장치(110), 카메라(120), 및 화질 측정 장치(130)로 구성될 수 있다. 영상 재생 장치(110)는 3D 데이터를 이용하여 홀로그램 영상을 재생할 수 있다. 구체적으로 영상 재생 장치(110)는 광원부(111), 홀로그램 데이터 변환부(112), 및 공간광변조기(113)로 구성될 수 있다. 광원부(111)는 조명광을 생성하여 공간광변조기(113)로 조사할 수 있다. 이때, 생성되는 조명광은 가간섭성(coherence) 광의 특징을 가질 수 있다. 가간섭성 광은 단일 주파수 스펙트럼을 가지고, 위상이 일치되며(phase-locked), 균일한 정현파의 특징이 있으며, 장거리에서 간섭이 가능한 광을 의미할 수 있다. 이러한 가간섭성 광을 발생시켜 이용하는 것으로는 주로 레이저나 홀로그래피(holography) 등이 있다.
또한, 광원부(111)에서 생성되는 조명광은 평행 평면파 특성을 가지는 파동장(wave field)을 생성할 수 있다. 따라서, 조명광은 공간광변조기(113)를 통과하여 공간광변조기(113)에 의한 활성영역에 대응되는 크기로 확대되도록 평행한 평면파동(plane wave)의 특징을 가질 수 있다. 이 때, 공간광변조기(113)에 의한 활성영역으로 조사되는 조명광은 균일한 광 세기를 가질 수 있다. 여기서 활성영역이란, 영상 재생 장치(110)에 의해서 홀로그램 영상이 실제로 재생되는 영역을 의미할 수 있으며, 구체적으로 영상 재생 장치(110)의 디스플레이(미도시)에 해당할 수 있다.
홀로그램 데이터 변환부(112)는 재생하고자 하는 3D 데이터를 홀로그램 영상이 재생되는 디스플레이 장치 타입에 적합하도록 홀로그램 데이터로 변환할 수 있다. 3D 데이터는 일반적으로 2D 영상 및 깊이 정보로 구성된다. 홀로그램 데이터는 미리 설정된 테스트 패턴(test pattern)을 이용하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 홀로그램 데이터 변환부(112)는 도 3과 같은 미리 설정된 테스트 패턴을 이용하여 다양한 모양의 홀로그램 영상을 재생할 수 있는 홀로그램 데이터를 생성할 수 있다. 즉, 홀로그램 데이터 변환부는 재생하고자 하는 3D 데이터가 정육면체인 경우 미리 설정된 테스트 패턴을 이용하여 정육면체를 나타낼 수 있는 홀로그램 데이터로 변환할 수 있다. 이러한, 홀로그램 데이터는 사용하는 공간광변조기의 종류 및 특성에 따라 다양하게 제작될 수 있다. 이후, 홀로그램 데이터 변환부(112)는 변환된 홀로그램 데이터를 공간광변조기로 업로드 할 수 있다.
홀로그램 데이터 변환부(112)는 변환된 홀로그램 데이터의 정확성을 확인하기 위하여 사전 검사를 할 수 있다. 이 때, 홀로그램 데이터 변환부(112)는 변환된 홀로그램 데이터를 이용하여 수치적인 방법으로 시뮬레이션을 함으로써 변환된 홀로그램 데이터가 제대로 변환되었는지 확인할 수 있다.
공간광변조기(113)는 홀로그램 데이터 변환부(112)로부터 수신된 홀로그램 데이터와 광원부(111)로부터 조사된 조명광을 이용하여 활성영역에 홀로그램 영상을 재생할 수 있다. 공간광변조기(113)는 광원부(111)로부터 조사된 조명광을 통과시키거나 반사시킬 때, 활성영역에 빛을 모으거나 퍼지게 함으로써 홀로그램 영상을 재생할 수 있다. 이 때, 활성영역은 홀로그램 영상이 재생되는 영역을 의미한다.
카메라(120)는 영상 재생 장치(110)를 통해 재생된 홀로그램 영상의 화질을 평가하기 위하여 재생된 홀로그램 영상의 이미지를 획득할 수 있다. 여기서 카메라는 이미지 획득용 일반 카메라 또는 DSLR과 같은 디지털 카메라를 모두 포함할 수 있다. 이 때, 카메라(120)는 도 4의 (a)와 같이 활성영역에 재생된 홀로그램 영상에 초점을 맞춘 조건에서 홀로그램 영상의 제1 이미지를 획득할 수 있다. 또한, 카메라(120)는 도 4의 (b)와 같이 제1 이미지와 동일한 배경 및 동일한 초점 조건에서 홀로그램 영상이 없는 상태의 제2 이미지를 획득할 수 있다. 여기서 카메라(120)는 홀로그램 영상의 이미지에서 단색 또는 RGB 컬러 화질 정보를 획득할 수 있다. 카메라(120)는 획득한 제1 이미지 및 제2 이미지를 홀로그램 영상의 화질을 측정하기 위하여 화질 측정 장치(130)로 전달할 수 있다.
화질 측정 장치(130)는 카메라(120)를 통해 수신된 홀로그램 영상의 이미지를 이용하여 홀로그램 영상의 화질을 측정할 수 있다. 종래의 2D 디스플레이에서 광의 세기 변조에 대한 명암대조비(contrast ratio, CR)는 백색 상태와 흑색상태 조건에서 광학적 세기 측정장치를 사용하여 측정된 각각의 휘도(luminance) 데이터로부터 정의된다. 즉, 명암대조비(CR)는 백색 상태의 휘도(cd/m2)를 흑색 상태의 휘도(cd/m2)로 나눈 것이다.
한편, 홀로그램 영상과 같은 완전한 3D 입체 영상은 다른 깊이를 갖는 다수의 광점(light points)들로 이루어져 있기 때문에 이러한 종래의 휘도 기반의 명암대조비(CR) 방식의 정의는 효과적으로 홀로그램 영상의 명암 대조 수준을 정량적으로 측정하거나 분석하는데 적합하지 않다. 따라서, 본 발명에서는 그레이 레벨(grey level) 측정에 기반으로 한 새로운 명암대조비(CR)를 아래에서 정의한다.
화질 측정 장치(130)는 카메라(120)로부터 수신된 제1 이미지 및 제2 이미지에서 스캐닝 할 위치 및 범위를 선택하여 지정할 수 있다. 이 때, 화질 측정 장치(130)가 스캐닝 하는 제1 이미지 및 제2 이미지의 위치 및 범위는 서로 동일할 수 있다. 다시 말해서, 화질 측정 장치(130)는 도 4와 같이 서로 동일한 위치에 존재하는 점선 영역을 스캐닝 할 수 있다.
화질 측정 장치(130)는 제1 이미지 및 제2 이미지의 스캐닝 한 영역에 대하여 그레이 레벨(gray level)
Figure 112015070906215-pat00001
의 로컬 피크(local peak) 값 및 로컬 딥(local dip) 값을 추출할 수 있다. 여기서 그레이 레벨은 화상의 각 픽셀에서의 명암 또는 농도를 표현하는 수치로 8비트의 화상을 표현하는 그레이 레벨의 조합은 2의 8제곱, 즉, 256개의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 흑색을 0, 백색을 255에 대응시키고 회색을 흑색과 백색의 명암 정도에 따라서 0에서 255의 사이 값으로 표현할 수 있다. 화질 측정 장치(130)는 스캐닝 한 영역에서 추출한 그레이 레벨(gray level)
Figure 112015070906215-pat00002
의 로컬 피크(local peak) 값 및 로컬 딥(local dip) 값에 대한 통계적인 평균치를 각각 도출하여 홀로그램 영상의 화질을 측정하는데 이용할 수 있다.
화질 측정 장치(130)는 제1 이미지 및 제2 이미지의 스캐닝 한 영역에 대하여 다크-노이즈 카운티드 레벨(Dark-noise counted level) 값을 추출할 수 있다. 일반적인 카메라에 포함된 광센서는 이상적으로 입사광이 전혀 없을 때, 출력되는 신호가 0이 되어야 하지만 실질적으로 광센서 내부에서 발생되는 열전자에 의해 일정한 신호 값을 가지게 되는데 이를 다크-노이즈라고 한다. 다시 말해서, 다크-노이즈는 다크(dark) 상태에서도 배경 잡음들(back-ground noises)에 의해 들어오는 신호의 일종일 수 있다.
화질 측정 장치(130)는 제1 이미지 및 제2 이미지의 스캐닝 한 영역에서 추출한 그레이 레벨(gray level)
Figure 112015070906215-pat00003
의 로컬 피크(local peak) 값 및 로컬 딥(local dip) 값과 다크-노이즈 카운티드 레벨(Dark-noise counted level) 값을 이용하여 영상 재생 장치(110)를 통해 재생된 홀로그램 영상의 홀로그램 명암대조비(Holographic Contrast Ratio, HCR)를 정의할 수 있다. 여기서 명암대조비는 디스플레이의 성능을 표시하는 중요한 사양 중 하나로 디스플레이 화면에서 표시되는 가장 밝은 영역과 가장 어두운 영역의 밝기 차이를 의미한다. 즉, 명암대조비가 높을수록 화질이 뛰어나다는 것을 알 수 있다.
본 발명에서 홀로그램 명암대조비(Holographic Contrast Ratio, HCR)는 아래의 식 1로 정의할 수 있다.
(식 1)
Figure 112015070906215-pat00004
여기서,
Figure 112015070906215-pat00005
는 화이트 스테이트(white state) 조건에서 타겟 픽셀 포인트(target pixel point)(
Figure 112015070906215-pat00006
)에 대한 각각의 그레이 레벨과 다크-노이즈 카운티드 레벨에 해당한다. 그리고,
Figure 112015070906215-pat00007
와
Figure 112015070906215-pat00008
는 블랙 스테이트(black state) 조건에서 타겟 픽셀 포인트(target pixel point)(
Figure 112015070906215-pat00009
)에 대한 각각의 그레이 레벨과 다크-노이즈 카운티드 레벨에 해당한다. 다크-노이즈 카운티드 레벨을 그레이 레벨에서 빼주는 이유는 백그라운드 라이트(background light)의 기여를 제거하기 위해서이다. 여기서 화이트 스테이트 조건은 활성영역에 홀로그램 영상이 있는 상태의 이미지를 의미하고, 블랙 스테이트 조건은 화이트 스테이트 조건에서와 동일한 활성영역에 홀로그램 영상이 없는 상태의 이미지를 의미할 수 있다.
상기 타겟 픽셀 포인트에서 측정된 그레이 레벨 값과 다크-노이즈 카운티드 레벨 값들은 디스플레이의 종류에 따라 서로 다른 범위의 값을 가질 수 있다. 예를 들어 8비트의 해상도를 가지는 디스플레이의 경우 그레이 레벨 값과 다크-노이즈 카운티드 레벨 값들은 0에서 255 사이의 정수 값을 가질 수 있다. 다른 예로 16비트의 해상도를 가지는 디스플레이의 경우 그레이 레벨 값과 다크-노이즈 카운티드 레벨 값들은 0에서 65535 사이의 정수 값을 가질 수 있다.
화질 측정 장치(130)는 식 1을 통해 획득한 홀로그램 명암대조비(Holographic Contrast Ratio, HCR)를 이용하여 재생된 홀로그램 영상의 화질을 평가하는 것이 가능하다. 즉, 재생된 홀로그램 영상의 홀로그램 명암대조비가 비교하여 높을수록 화질이 뛰어나다는 것을 의미할 수 있다.
화질 측정 장치(130)는 홀로그램 명암대조비를 획득하는 과정을 충분히 반복하여 통계적인 평균 홀로그램 명암대조비를 획득함으로써 보다 정확한 홀로그램 영상의 화질을 평가할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광원부, 공간광변조기, 및 화질 측정 장치 간의 배치 방식을 도시한 도면이다.
광원부(111), 공간광변조기(113), 및 화질 측정 장치(130) 간의 배치는 다양한 방법이 있을 수 있다. 일례로, 화질 측정 장치(130)는 도 2의 (a)와 같이 공간광변조기(113)에 대해 대면하도록 배치되고, 광원부(111)는 공간광변조기(113)가 있는 곳에 대하여 반대 영역에 배치될 수 있다. 다른 일례로, 화질 측정 장치(130)는 공간광변조기(113)에 대해 대면하도록 배치되고, 광원부(111)는 공간광변조기(113)가 있는 곳에 대하여 같은 영역에 배치될 수 있다. 이 때, 화질 측정 장치(130)는 도 2의 (b)와 같이 광원부(111) 보다 공간광변조기(113)에 대해 멀리 배치될 수 있다. 또는 화질 측정 장치(130)는 도 2의 (c)와 같이 광원부(111) 보다 공간광변조기(113)에 대해 가까이 배치될 수 있다.
이와 같은 광원부(111), 공간광변조기(113), 및 화질 측정 장치(130) 간의 배치는 공간광변조기(113)의 종류에 따라서 결정될 수 있다. 즉, 공간광변조기(113)가 광원부(111)에서 조사된 조명광을 투과시킬 수 있는 종류의 장치일 경우, 도 2의 (a)와 같은 형태로 배치될 수 있다. 또는 공간광변조기(113)가 광원부(111)에서 조사된 조명광을 반사시킬 수 있는 종류의 장치일 경우, 도 2의 (b) 및 (c)와 같은 형태로 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도 4의 스캐닝 범위 내에서 그레이 레벨(grey level) 값을 보여주는 측정 그래프를 도시한 도면이다.
화질 측정 장치(130)는 카메라로부터 수신한 홀로그램 영상의 이미지에서 스캐닝 범위에 대한 그레이 레벨 값을 추출할 수 있다. 예를 들어, 흑색을 0, 백색을 255에 대응시키고 회색을 백색과 흑색의 명암 정도에 따라서 0에서 255의 사이 값으로 표현하는 그레이 레벨 값을 가정하자. 도 5는 스캐닝 위치(position)에 따라 달라지는 그레이 레벨 값을 가지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 4에서 홀로그램 영상이 있는 위치는 그레이 레벨이 높아져서 회색의 명암을 가지고, 홀로그램 영상이 없는 위치는 그레이 레벨이 0과 가까워져 흑색의 명암을 가지는 것을 확인할 수 있다.
화질 측정 장치(130)는 홀로그램 영상의 이미지에서 스캐닝 범위에 대한 그레이 레벨의 최고 값인 로컬 피크 값 및 최저 값인 로컬 딥 값을 추출하여 이용함으로써 홀로그램 영상의 화질을 측정하는 것이 가능하다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 영상을 생성하는 방법을 도시한 도면이다.
단계(610)에서, 영상 재생 장치(110) 내의 홀로그램 데이터 변환부(112)는 3D 재생하고자 하는 3D 데이터를 홀로그램 영상이 재생되는 디스플레이 장치 타입에 적합하도록 홀로그램 데이터로 변환할 수 있다. 3D 데이터는 일반적으로 2D 영상 및 깊이 정보로 구성된다. 홀로그램 데이터는 미리 설정된 테스트 패턴(test pattern)을 이용하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 홀로그램 데이터 변환부(112)는 도 3과 같은 미리 설정된 테스트 패턴을 이용하여 다양한 모양의 홀로그램 영상을 재생할 수 있는 홀로그램 데이터를 생성할 수 있다. 즉, 홀로그램 데이터 변환부(112)는 재생하고자 하는 3D 데이터가 정육면체인 경우 미리 설정된 테스트 패턴을 이용하여 정육면체를 나타낼 수 있는 홀로그램 데이터로 변환할 수 있다. 이러한, 홀로그램 데이터는 사용하는 공간광변조기의 종류 및 특성에 따라 다양하게 제작될 수 있다.
단계(620)에서, 홀로그램 데이터 변환부(112)는 단계(610)에서 변환된 홀로그램 데이터를 공간광변조기(113)에 업로드 할 수 있다. 홀로그램 데이터 변환부(112)는 변환된 홀로그램 데이터의 정확성을 확인하기 위하여 사전 검사를 할 수 있다. 이 때, 홀로그램 데이터 변환부(112)는 변환된 홀로그램 데이터를 이용하여 수치적인 방법으로 시뮬레이션을 함으로써 변환된 홀로그램 데이터가 제대로 변환되었는지 확인할 수 있다.
단계(630)에서, 영상 재생 장치(110)는 광학적으로 홀로그램 영상을 재생할 수 있다. 영상 재생 장치(110) 내의 공간광변조기(113)는 홀로그램 데이터 변환부(112)로부터 수신된 홀로그램 데이터와 광원부(111)로부터 조사된 조명광을 이용하여 활성영역에 홀로그램 영상을 재생할 수 있다. 공간광변조기(113)는 광원부(111)로부터 조사된 조명광을 통과시키거나 반사시킬 때, 활성영역에 빛을 모으거나 퍼지게 함으로써 홀로그램 영상을 재생할 수 있다. 이 때, 활성영역은 홀로그램 영상이 재생되는 영역을 의미한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 영상의 화질을 측정하는 방법을 도시한 도면이다.
단계(710)에서, 화질 측정 장치(130)는 재생된 홀로그램 영상의 이미지를 카메라(120)를 이용하여 획득할 수 있다. 카메라(120)는 도 4의 (a)와 같이 활성영역에 재생된 홀로그램 영상에 초점을 맞춘 조건에서 홀로그램 영상의 제1 이미지를 획득할 수 있다. 또한, 카메라(120)는 도 4의 (b)와 같이 제1 이미지와 동일한 배경 및 동일한 초점 조건에서 홀로그램 영상이 없는 상태의 제2 이미지를 획득할 수 있다. 여기서 카메라(120)는 홀로그램 영상의 이미지에서 단색 또는 RGB 컬러 화질 정보를 획득할 수 있다. 화질 측정 장치(130)는 카메라로부터 제1 이미지와 제2 이미지를 수신할 수 있다.
단계(720)에서, 화질 측정 장치(130)는 카메라(120)로부터 수신된 제1 이미지 및 제2 이미지에서 스캐닝 할 위치 및 범위를 선택하여 지정할 수 있다. 이 때, 화질 측정 장치(130)가 스캐닝 하는 제1 이미지 및 제2 이미지의 위치 및 범위는 서로 동일할 수 있다. 다시 말해서, 화질 측정 장치(130)는 도 4와 같이 서로 동일한 위치에 존재하는 점선 영역을 스캐닝 할 위치 및 범위로 지정할 수 있다.
단계(730)~단계(740)에서, 화질 측정 장치(130)는 단계(720)에서 지정한 스캐닝 위치 및 범위를 스캐닝 하여 제1 이미지 및 제2 이미지의 스캐닝 한 영역에 대하여 그레이 레벨(gray level)
Figure 112015070906215-pat00010
의 로컬 피크(local peak) 값 및 로컬 딥(local dip) 값을 추출할 수 있다. 여기서 그레이 레벨은 화상의 각 픽셀에서의 명암 또는 농도를 표현하는 수치로 8비트의 화상을 표현하는 그레이 레벨의 조합은 2의 8제곱, 즉, 256개의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 흑색을 0, 백색을 255에 대응시키고 회색을 흑색과 백색의 명암 정도에 따라서 0에서 255의 사이 값으로 표현할 수 있다. 화질 측정 장치(130)는 스캐닝 한 영역에서 추출한 그레이 레벨(gray level)
Figure 112015070906215-pat00011
의 로컬 피크(local peak) 값 및 로컬 딥(local dip) 값에 대한 통계적인 평균치를 각각 도출하여 홀로그램 영상의 화질을 측정하는데 이용할 수 있다.
화질 측정 장치(130)는 제1 이미지 및 제2 이미지의 스캐닝 한 영역에 대하여 다크-노이즈 카운티드 레벨(Dark-noise counted level) 값을 추출할 수 있다. 일반적인 카메라에 포함된 광센서는 이상적으로 입사광이 전혀 없을 때, 출력되는 신호가 0이 되어야 하지만 실질적으로 광센서 내부에서 발생되는 열전자에 의해 일정한 신호 값을 가지게 되는데 이를 다크-노이즈라고 한다. 다시 말해서, 다크-노이즈는 다크(dark) 상태에서도 배경 잡음들(back-ground noises)에 의해 들어오는 신호의 일종일 수 있다.
단계(750)에서, 화질 측정 장치(130)는 미리 설정한 횟수에 따라 단계(720)~단계(740)를 반복할 수 있다. 화질 측정 장치(130)는 단계(720)에서 이전 스캐닝 범위와는 다른 스캐닝 범위를 선택하여 선택된 스캐닝 범위에 대한 그레이 레벨 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨 값을 추출하는 과정을 복수회 반복할 수 있다.
단계(760)에서, 화질 측정 장치(130)는 단계(720)~단계(750)를 통해 추출한 그레이 레벨 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨 값을 통계 처리할 수 있다. 예를 들어 화질 측정 장치(130)는 서로 다른 스캐닝 범위에서 획득된 그레이 레벨 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨 값에 대해 각각의 평균값을 도출할 수 있다.
단계(770)에서, 화질 측정 장치(130)는 단계(760)에서 도출된 그레이 레벨 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨 값의 통계 값을 이용하여 홀로그램 영상의 명암대조비((Holographic Contrast Ratio, HCR)를 정의할 수 있다. 여기서 명암대조비는 디스플레이의 성능을 표시하는 중요한 사양 중 하나로 디스플레이 화면에서 표시되는 가장 밝은 영역과 가장 어두운 영역의 밝기 차이를 의미한다. 즉, 명암대조비가 높을수록 화질이 뛰어나다는 것을 알 수 있다.
본 발명에서 홀로그램 명암대조비(Holographic Contrast Ratio, HCR)는 아래의 식 1로 정의할 수 있다.
(식 1)
Figure 112015070906215-pat00012
여기서,
Figure 112015070906215-pat00013
는 화이트 스테이트(white state) 조건에서 타겟 픽셀 포인트(target pixel point)(
Figure 112015070906215-pat00014
)에 대한 각각의 그레이 레벨과 다크-노이즈 카운티드 레벨에 해당한다. 그리고,
Figure 112015070906215-pat00015
와
Figure 112015070906215-pat00016
는 블랙 스테이트(black state) 조건에서 타겟 픽셀 포인트(target pixel point)(
Figure 112015070906215-pat00017
)에 대한 각각의 그레이 레벨과 다크-노이즈 카운티드 레벨에 해당한다. 다크-노이즈 카운티드 레벨을 그레이 레벨에서 빼주는 이유는 백그라운드 라이트(background light)의 기여를 제거하기 위해서이다.
상기 타겟 픽셀 포인트에서 측정된 그레이 레벨 값과 다크-노이즈 카운티드 레벨 값들은 디스플레이의 종류에 따라 서로 다른 범위의 값을 가질 수 있다. 예를 들어 8비트의 해상도를 가지는 디스플레이의 경우 그레이 레벨 값과 다크-노이즈 카운티드 레벨 값들은 0에서 255 사이의 정수 값을 가질 수 있다. 다른 예로 16비트의 해상도를 가지는 디스플레이의 경우 그레이 레벨 값과 다크-노이즈 카운티드 레벨 값들은 0에서 65535 사이의 정수 값을 가질 수 있다.
화질 측정 장치(130)는 식 1을 통해 획득한 홀로그램 명암대조비(Holographic Contrast Ratio, HCR)를 이용하여 재생된 홀로그램 영상의 화질을 평가하는 것이 가능하다. 즉, 재생된 홀로그램 영상의 홀로그램 명암대조비가 비교하여 높을수록 화질이 뛰어나다는 것을 의미할 수 있다.
도 8은 조명 광원의 세기(power)에 따른 홀로그램 영상의 명암대조비(Holographic contrast ratio, HCR)를 도시한 도면이다.
도 8은 실제 디스플레이에서 조명되는 광원의 세기에 따른 재생된 홀로그램 이미지로부터 획득한 홀로그램 영상의 명암대조비(Holographic contrast ratio, HCR)의 특성 곡선을 보여주고 있다. 도 8의 예에서 사용된 디스플레이는 광원의 세기 조건에 따라 최대 2배 이상의 홀로그램 영상의 명암대조비를 제공할 수 있음을 보여주고 있다. 따라서, 도 8의 예에서 사용된 디스플레이 방식은 약한 세기의 조명 조건에서 상대적으로 더욱 우수한 화질을 표시할 수 있는 홀로그램 재생 장치임을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명은 오늘날 전자 소자 기술의 개발에 따라 점점 고도화되고 있는 공간광변조기에 의해 재생되는 홀로그램 영상의 화질을 정량적으로 측정할 수 있는 객관성을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 3차원 공간에 생성된 홀로그램 영상의 화질 획득 시의 적합성, 그리고 화질 측정 방법을 간소화시킬 수 있는 자동화에 의한 효율성 등을 제공할 수 있는 영상 특성 측정 장치를 구현한다는 점에서 큰 의의가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 영상 특성 측정 장치
110 : 영상 재생 장치
111 : 광원부
112 : 홀로그램 데이터 변환부
113 : 공간광변조기
120 : 카메라
130 : 화질 측정 장치

Claims (20)

  1. 공간광변조기(Spatial light modulator, SLM)를 포함하는 영상 재생 방법에 있어서,
    3D 데이터를 재생하려는 디스플레이에 적합하도록 홀로그램 데이터로 변환하여 상기 공간광변조기에 업로드하는 단계;
    조명광을 상기 공간광변조기에 조사하는 단계; 및
    상기 변환된 홀로그램 데이터와 상기 조명광을 이용하여 활성영역에 홀로그램 영상을 재생하는 단계
    를 포함하고,
    3차원 공간에 복원된 상기 홀로그램 영상은,
    동일한 배경에 대해 상기 복원된 홀로그램 영상이 있는 상태의 제1 이미지 및 상기 복원된 홀로그램 영상이 없는 상태의 제2 이미지 각각에 대해 추출된 그레이 레벨(Gray level) 값과 다크-노이즈 카운티드 레벨(dark-noise counted level)을 이용하여 상기 복원된 홀로그램 영상의 명암대조비(Holographic contrast ratio, HCR)을 결정함으로써 상기 복원된 홀로그램 영상의 화질이 평가되는 영상 재생 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홀로그램 데이터는,
    미리 설정된 테스트 패턴(test pattern)을 이용하여 생성되는 영상 재생 방법
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조명광은, 가간섭성의 특징을 가지는 영상 재생 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조명광은, 상기 활성영역에 대응되는 크기로 확대되도록 평행한 평면파동(plane wave)의 특징을 가지는 영상 재생 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조사하는 단계는,
    상기 조명광을 상기 활성영역에 균일한 광 세기로 조사하는 영상 재생 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 재생하는 단계는,
    상기 조명광을 통과시키거나 반사시킬 때, 상기 활성영역에 빛을 모으거나 퍼지게 함으로써 홀로그램 영상을 재생하는 영상 재생 방법.
  7. 동일한 배경에 대해 홀로그램 영상이 있는 상태의 제1 이미지 및 홀로그램 영상이 없는 상태의 제2 이미지를 획득하는 단계;
    상기 획득된 제1 이미지의 선택 범위에 대해 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(Dark-noise counted level) 값을 추출하는 단계;
    상기 획득된 제2 이미지에 대해서 상기 획득된 제1 이미지의 선택 범위와 동일한 범위에 대해 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(Dark-noise counted level) 값을 추출하는 단계; 및
    상기 제1 이미지 및 제2 이미지에서 각각 추출한 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(dark-noise counted level)을 이용하여 상기 홀로그램 영상의 명암대조비(Holographic contrast ratio, HCR)를 결정하는 단계
    를 포함하는 영상 특성 측정 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 그레이 레벨(Gray level) 값은, 로컬 피크(Local peak) 값 및 로컬 딥(Local dip) 값을 포함하는 영상 특성 측정 방법.
  9. 상기 제7항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는,
    이미지 획득용 일반 카메라 또는 디지털 카메라로부터 상기 제1 이미지 및 제2 이미지를 수신하는 영상 특성 측정 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 이미지 획득용 일반 카메라 또는 디지털 카메라는, 상기 홀로그램 영상에서 단색 또는 RGB 컬러 화질 정보를 획득하는 영상 특성 측정 방법.
  11. 3D 데이터를 재생하려는 디스플레이에 적합하도록 홀로그램 데이터로 변환하여 공간광변조기에 업로드하는 홀로그램 데이터 변환부;
    조명광을 상기 공간광변조기에 조사하는 광원부; 및
    상기 변환된 홀로그램 데이터와 상기 조명광을 이용하여 활성영역에 홀로그램 영상을 재생하는 공간광변조기
    를 포함하고,
    3차원 공간에 복원된 상기 홀로그램 영상은,
    동일한 배경에 대해 상기 복원된 홀로그램 영상이 있는 상태의 제1 이미지 및 상기 복원된 홀로그램 영상이 없는 상태의 제2 이미지 각각에 대해 추출된 그레이 레벨(Gray level) 값과 다크-노이즈 카운티드 레벨(dark-noise counted level)을 이용하여 상기 복원된 홀로그램 영상의 명암대조비(Holographic contrast ratio, HCR)을 결정함으로써 상기 복원된 홀로그램 영상의 화질이 평가되는 영상 재생 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 홀로그램 데이터는,
    미리 설정된 테스트 패턴(test pattern)을 이용하여 생성되는 영상 재생 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 조명광은, 가간섭성의 특징을 가지는 영상 재생 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 조명광은, 상기 활성영역에 대응되는 크기로 확대되도록 평행한 평면파동(plane wave)의 특징을 가지는 영상 재생 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 광원부는,
    상기 조명광을 상기 활성영역에 균일한 광 세기로 조사하는 영상 재생 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 공간광변조기는,
    상기 조명광을 통과시키거나 반사시킬 때, 상기 활성영역에 빛을 모으거나 퍼지게 함으로써 홀로그램 영상을 재생하는 영상 재생 장치.
  17. 카메라 및 복수의 동작을 수행하는 화질 측정 장치
    를 포함하고,
    상기 복수의 동작들은,
    동일한 배경에 대해 홀로그램 영상이 있는 상태의 제1 이미지 및 홀로그램 영상이 없는 상태의 제2 이미지를 획득하는 동작;
    상기 획득된 제1 이미지의 선택 범위에 대해 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(Dark-noise counted level) 값을 추출하는 동작;
    상기 획득된 제2 이미지에 대해서 상기 획득된 제1 이미지의 선택 범위와 동일한 범위에 대해 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(Dark-noise counted level) 값을 추출하는 동작; 및
    상기 제1 이미지 및 제2 이미지에서 각각 추출한 그레이 레벨(Gray level) 값 및 다크-노이즈 카운티드 레벨(dark-noise counted level)을 이용하여 상기 홀로그램 영상의 명암대조비(Holographic contrast ratio, HCR)를 결정하는 동작
    을 포함하는 영상 특성 측정 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 그레이 레벨(Gray level) 값은, 로컬 피크(Local peak) 값 및 로컬 딥(Local dip) 값을 포함하는 영상 특성 측정 장치.
  19. 상기 제17항에 있어서,
    상기 화질 측정 장치는,
    상기 카메라로부터 상기 제1 이미지 및 제2 이미지를 수신하는 영상 특성 측정 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 카메라는, 상기 홀로그램 영상에서 단색 또는 RGB 컬러 화질 정보를 획득하는 영상 특성 측정 장치.
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