KR102503804B1 - 공간 광 변조기를 이용한 계산 고스트 이미징 장치 및 이를 이용한 환경 모사 방법 - Google Patents

공간 광 변조기를 이용한 계산 고스트 이미징 장치 및 이를 이용한 환경 모사 방법 Download PDF

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Abstract

계산 고스트 이미징 장치는 피사체를 이미징하기 위한 초기 패턴을 생성하는 초기 패턴 생성부, 모사하고자 하는 환경에 의한 광 손실을 반영하여 상기 초기 패턴의 밝기를 조절하여 손실 패턴을 생성하는 손실 패턴 생성부, 복수의 픽셀 각각에 대한 임의의 빛의 세기를 가지는 잡음 패턴을 생성하는 잡음 패턴 생성부, 상기 손실 패턴과 상기 잡음 패턴을 합하여 공간 광 변조기 패턴을 생성하는 공간 광 변조기 패턴 생성부, 상기 공간 광 변조기 패턴에 따라 상기 복수의 픽셀의 투과량을 조절하여 광원에서 생성된 빛에 상기 공간 광 변조기 패턴을 부호화시켜 상기 피사체로 보내는 공간 광 변조기, 및 상기 공간 광 변조기 패턴과 상기 피사체에 의해 반사된 빛의 세기를 전달받아 상기 피사체의 이미지를 획득하는 이미지 계산부를 포함한다.

Description

공간 광 변조기를 이용한 계산 고스트 이미징 장치 및 이를 이용한 환경 모사 방법{COMPUTATIONAL GHOST IMAGING DEVICE USING SPATIAL LIGHT MODULATION AND METHOD FOR ENVIRONMENT SIMULATION USING THE SAME}
본 발명은 계산 고스트 이미징 장치 및 이를 이용한 환경 모사 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공간 광 변조기를 이용한 계산 고스트 이미징 장치 및 이를 이용한 환경 모사 방법에 관한 것이다.
기존의 이미징 기술은 물체에서 반사된 빛을 전하결합소자(Charge Coupled Device, CCD)와 같은 빛의 위치와 세기를 측정하는 다중 픽셀 광량 측정기를 이용한다.
이와 달리, 계산 고스트 이미징은 광원과 공간 광 변조기(spatial light modulator), 위치가 고정된 단일 픽셀(single-pixel) 광량 검출기를 이용하여 물체의 이미지를 얻는 방법이다. 계산 고스트 이미징에서는 광원에서 생성된 빛을 공간 광 변조기를 이용하여 공간적 빛의 분포를 변형시킨 후 피사체에 조사한다. 이후 위치가 고정된 단일 픽셀 광량 검출기를 이용하여 피사체에서 반사된 빛의 세기를 측정한다. 여러 종류의 빛의 분포 패턴을 이용하여 반복하여 파사체에 빛을 조사하고 반사된 빛의 세기를 측정하면, 피사체에서 반사된 빛의 위치 정보를 측정하지 않았더라도 피사체의 이미지를 얻을 수 있다.
안개나 비구름이 있는 실제 환경은 계산 고스트 이미징에 영향을 미치게 되므로, 다양한 환경이 미치는 영향에 대한 자료가 있어야 하며, 이를 반영하여 더욱 정확한 계산 고스트 이미징이 가능해진다. 다양한 환경이 미치는 영향을 알아보기 위해서 빛의 산란이 일어나는 물질을 광 경로에 위치시키는 등 실제 환경을 실험실 내에서 모사하고 있다. 하지만, 이러한 방법은 다양한 환경을 모사하는데 있어서 실험 기기 등의 제약이 있을 수밖에 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 다양한 환경 하에서 계산 고스트 이미징 결과를 쉽게 모사할 수 있는 계산 고스트 이미징 장치 및 이를 이용한 환경 모사 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계산 고스트 이미징 장치는 피사체를 이미징하기 위한 초기 패턴을 생성하는 초기 패턴 생성부, 모사하고자 하는 환경에 의한 광 손실을 반영하여 상기 초기 패턴의 밝기를 조절하여 손실 패턴을 생성하는 손실 패턴 생성부, 복수의 픽셀 각각에 대한 임의의 빛의 세기를 가지는 잡음 패턴을 생성하는 잡음 패턴 생성부, 상기 손실 패턴과 상기 잡음 패턴을 합하여 공간 광 변조기 패턴을 생성하는 공간 광 변조기 패턴 생성부, 상기 공간 광 변조기 패턴에 따라 상기 복수의 픽셀의 투과량을 조절하여 광원에서 생성된 빛에 상기 공간 광 변조기 패턴을 부호화시켜 상기 피사체로 보내는 공간 광 변조기, 및 상기 공간 광 변조기 패턴과 상기 피사체에 의해 반사된 빛의 세기를 전달받아 상기 피사체의 이미지를 획득하는 이미지 계산부를 포함한다.
상기 계산 고스트 이미징 장치는 상기 피사체에 의해 반사된 빛의 세기를 측정하고 위치 정보를 측정하지 않는 단일 픽셀 광량 검출기를 더 포함할 수 있다.
상기 초기 패턴은 픽셀의 온에 해당하는 최고 휘도 부분과 픽셀의 오프에 해당하는 최저 휘도 부분으로 이루어진 패턴이고, 상기 손실 패턴 생성부는 상기 최고 휘도 부분의 휘도를 낮추어 상기 손실 패턴을 생성할 수 있다.
상기 손실 패턴 생성부는 상기 최고 휘도 부분의 휘도를 모두 동일하게 낮추어 상기 손실 패턴을 생성할 수 있다.
상기 손실 패턴 생성부는 상기 최고 휘도 부분의 휘도를 픽셀별로 선택적으로 낮추어 상기 손실 패턴을 생성할 수 있다.
상기 잡음 패턴은 광자 수의 확률 분포가 보즈-아인슈타인 분포를 따르는 열적 잡음 또는 광자 수의 확률 분포가 가우시안 분포를 따르는 백색 잡음 중 적어도 하나를 나타낼 수 있다.
상기 잡음 패턴 생성부는 광자 수의 확률 분포와 난수 발생기를 이용하여 상기 복수의 픽셀 각각에 대한 빛의 세기를 생성하여 상기 잡음 패턴을 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 계산 고스트 이미징 장치를 이용한 환경 모사 방법은 피사체를 이미징하기 위한 초기 패턴을 생성하는 단계, 모사하고자 하는 환경에 의한 광 손실을 반영하여 상기 초기 패턴의 밝기를 조절하여 손실 패턴을 생성하는 단계, 복수의 픽셀 각각에 대한 임의의 빛의 세기를 가지는 잡음 패턴을 생성하는 단계, 상기 손실 패턴과 상기 잡음 패턴을 합하여 공간 광 변조기 패턴을 생성하는 단계, 상기 공간 광 변조기 패턴에 따라 상기 복수의 픽셀의 투과량을 조절하여 광원에서 생성된 빛에 상기 공간 광 변조기 패턴을 부호화시켜 피사체로 보내는 단계, 및 상기 공간 광 변조기 패턴과 상기 피사체에 의해 반사된 빛의 세기를 전달받아 상기 피사체의 이미지를 획득하는 단계를 포함한다.
상기 초기 패턴의 밝기를 조절하여 손실 패턴을 생성하는 단계는, 상기 초기 패턴에서 픽셀의 온에 해당하는 최고 휘도 부분의 휘도를 낮추어 상기 손실 패턴을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 최고 휘도 부분의 휘도를 모두 동일하게 낮추어 상기 손실 패턴을 생성할 수 있다.
상기 최고 휘도 부분의 휘도를 픽셀별로 선택적으로 낮추어 상기 손실 패턴을 생성할 수 있다.
상기 잡음 패턴은 광자 수의 확률 분포가 보즈-아인슈타인 분포를 따르는 열적 잡음 또는 광자 수의 확률 분포가 가우시안 분포를 따르는 백색 잡음 중 적어도 하나를 나타낼 수 있다.
상기 잡음 패턴을 생성하는 단계는, 광자 수의 확률 분포와 난수 발생기를 이용하여 상기 복수의 픽셀 각각에 대한 빛의 세기를 생성하여 상기 잡음 패턴을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 환경 하에서 계산 고스트 이미징 결과를 쉽게 모사할 수 있다.
빛의 전파 이론(propagation theory)과 대기 중 산란 이론을 이용하여 장거리 계산 고스트 이미징을 테이블 위에서 모사할 수 있다. 안개나 비구름 등이 있는 경우의 계산 고스트 이미징과 같이 실제 환경을 구현하기 위해서 추가 장치가 필요한 환경 모사의 경우에도 추가 장치 없이 본 발명의 실시예에 따른 계산 고스트 이미징 장치만을 이용하여 모사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계산 고스트 이미징 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 패턴을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 손실 패턴을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시에에 따른 잡음 패턴을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 광 변조기 패턴을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 패턴에 열적 잡음을 추가한 공간 광 변조기 패턴과 광자 수 분포 확률 함수를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 패턴에 백색 잡음을 추가한 공간 광 변조기 패턴과 광자 수 분포 확률 함수를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 계산 고스트 이미징 장치를 이용하여 열적 잡음이 존재하는 상황의 계산 고스트 이미징을 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 계산 고스트 이미징 장치와 이를 이용한 환경 모사 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 계산 고스트 이미징 장치를 나타내는 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 패턴을 나타낸다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 손실 패턴을 나타낸다. 도 4는 본 발명의 일 실시에에 따른 잡음 패턴을 나타낸다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 광 변조기 패턴을 나타낸다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 패턴에 열적 잡음을 추가한 공간 광 변조기 패턴과 광자 수 분포 확률 함수를 나타낸다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기 패턴에 백색 잡음을 추가한 공간 광 변조기 패턴과 광자 수 분포 확률 함수를 나타낸다.
도 1 내지 7을 참조하면, 계산 고스트 이미징 장치(100)는 초기 패턴 생성부(110), 손실 패턴 생성부(120), 잡음 패턴 생성부(130), 공간 광 변조기 패턴 생성부(140), 공간 광 변조기(150), 광원(160), 단일 픽셀 광량 검출기(170) 및 이미지 계산부(180)를 포함한다.
초기 패턴 생성부(110)는 피사체(200)를 이미징하기 위한 초기 패턴을 생성한다. 초기 패턴은 공간 광 변조기(150)의 복수의 픽셀의 온(on)-오프(off)를 제어하는 패턴이다. 초기 패턴은 픽셀의 온에 해당하는 최고 휘도 부분과 픽셀의 오프에 해당하는 최저 휘도 부분으로 이루진 패턴일 수 있다. 일예로, 초기 패턴은 도 2에 예시한 바와 같이 백색의 최고 휘도 부분과 흑색의 최저 휘도 부분으로 이루어진 격자무늬 패턴일 수 있다.
손실 패턴 생성부(120)는 모사하고자 하는 환경에 의한 광 손실을 반영하여 초기 패턴의 밝기를 조절하여 손실 패턴을 생성한다. 손실 패턴 생성부(120)는 초기 패턴의 밝기를 어둡게 하여 손실 패턴을 생성할 수 있다. 손실 패턴 생성부(120)는 도 3에 예시한 바와 같이 초기 패턴에서 픽셀의 온에 해당하는 최고 휘도 부분의 휘도를 낮추어 손실 패턴을 생성할 수 있다. 손실 패턴 생성부(120)는 모사하고자 하는 환경에 따라 초기 패턴에서 최고 휘도 부분의 휘도를 모두 동일하게 낮추거나 또는 픽셀별로 선택적으로 낮추어 손실 패턴을 생성할 수 있다. 광원(160)에서 생성된 빛이 모든 공간에 전반적으로 작용할 수도 있고, 공간적으로 다르게 작용할 수도 있기 때문이다.
예를 들어, 손실 패턴 생성부(120)는 안개 상황을 모사하고자 하는 경우 초기 패턴에서 모든 최고 휘도 부분의 휘도를 동일하게 낮추어 손실 패턴을 생성할 수 있다. 전반적으로 옅은 안개가 낀 환경에서 빛의 손실은 전 영역에서 거의 동일하게 일어날 것이기 때문이다.
손실 패턴 생성부(120)는 바람이 부는 안개 낀 상황을 모사하고자 하는 경우 초기 패턴에서 최고 휘도 부분의 휘도를 픽셀별로 서로 다른 값으로 낮추어 손실 패턴을 생성할 수 있다. 안개 낀 날씨에 바람이 강하게 부는 경우 공간적으로 안개의 밀도가 달라서 공간적으로 빛의 손실이 다르게 일어날 것이기 때문이다.
잡음 패턴 생성부(130)는 모사하고자 하는 광량 분포에 따라 복수의 픽셀 각각에 대한 빛의 세기를 생성하여 잡음 패턴을 생성한다. 도 4에 예시한 바와 같이 잡음 패턴은 복수의 픽셀 각각에 대한 임의의 빛의 세기를 가질 수 있다.
잡음 패턴은 열적 잡음 또는 백색 잡음 중 적어도 하나를 나타낼 수 있다. 열적 잡음은 광자 수의 확률 분포가 보즈-아인슈타인 분포(Bose-Einstein distribution)를 따른다. 백색 잡음은 광자 수의 확률 분포가 가우시안 분포(Gaussian distribution)를 따른다. 잡음 패턴 생성부(130)는 이러한 확률 분포와 난수 발생기를 이용하여 복수의 픽셀 각각에 대한 잡음의 광자 수, 즉 빛의 세기를 생성하여 잡음 패턴을 생성할 수 있다.
공간 광 변조기 패턴 생성부(140)는 손실 패턴 생성부(120)와 잡음 패턴 생성부(130)로부터 손실 패턴 및 잡음 패턴을 수신하고, 이를 종합하여 최종적으로 공간 광 변조기(150)가 형성할 공간 광 변조기 패턴을 생성한다. 공간 광 변조기 패턴 생성부(140)는 도 5에 예시한 바와 같이 손실 패턴과 잡음 패턴을 합하여 공간 광 변조기 패턴을 생성할 수 있다.
도 6은 초기 패턴에 열적 잡음을 추가한 공간 광 변조기 패턴과 광자 수의 확률 분포를 나타낸 것으로, 앞서 언급한 바와 같이 열적 잡음의 광자 수의 확률 분포는 보즈-아인슈타인 분포를 따른다.
도 7은 초기 패턴에 백색 잡음을 추가한 공간 광 변조기 패턴과 광자 수의 확률 분포를 나타낸 것으로, 기기에 전자적인 잡음이 들어가는 환경을 가정하여 백색 잡음으로 전자적인 잡음을 모사할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 백색 잡음의 광자 수의 확률 분포는 가우시안 분포를 따른다.
공간 광 변조기 패턴 생성부(140)는 생성된 공간 광 변조기 패턴을 공간 광 변조기(150)에 제공한다.
광원(160)은 공간 상에서 일정한 밝기를 갖는 빛을 생성하고, 공간 광 변조기(150)는 공간 광 변조기 패턴에 따라 복수의 픽셀의 투과량을 조절하여 광원(160)에서 생성된 빛에 공간 광 변조기 패턴을 부호화시켜 피사체(200)로 보낸다. 공간 광 변조기(150)는 TFT LC(Thin Film Transistor Liquid Crystal), 수동매트릭스의 STN LC(Super Twisted Nematic Liquid Crystal), 강유전성 LC(ferro Liquid Crystal), 고분자 분산 LC(PDLC; Polymer Dispersed Liquid Crystal), 플라즈마 구동형 LC(PALC; Plasma Address Liquid Crystal) 등의 투과형 공간 광 변조기일 수 있다.
단일 픽셀 광량 검출기(170)는 피사체(200)에 의해 반사된 빛의 세기를 측정하여 이미지 계산부(180)에 전달한다.
이미지 계산부(180)는 공간 광 변조기 패턴 생성부(140)로부터 공간 광 변조기 패턴을 전달받고, 단일 픽셀 광량 검출기(170)로부터 피사체(200)에 의해 반사된 빛의 세기를 전달받아 피사체(200)의 이미지를 계산한다. 여러 종류의 초기 패턴에 손실 패턴과 잡음 패턴이 적용되어 생성된 다수의 공간 광 변조기 패턴에 의해 생성된 빛을 반복하여 피사체(200)에 조사하여 피사체(200)에 반사된 빛의 세기를 측정함으로써, 이미지 계산부(180)는 반사된 빛의 위치 정보를 측정하지 않더라도 피사체(200)의 이미지를 획득할 수 있다.
이미지 계산부(180)는 수학식 1을 이용하여 파사체(200)의 이미지를 획득할 수 있다.
Figure 112021008374773-pat00001
여기서, I는 측정된 광량, P(x,y)는 공간 광 변조기 패턴의 (x,y) 위치의 휘도 값, N은 피사체(200)에 빛을 조사하고 반사된 빛의 세기를 측정하는 총 횟수, 윗수 (n)은 n 번째 시행을 나타낸다. G(x,y)는 공간 광 변조기 패턴과 피사체(200)에 의해 반사된 빛의 상관관계를 나타낸다.
이미지 계산부(180)는 공간 광 변조기 패턴과 피사체(200)에 의해 반사된 빛의 상관관계 G(x,y)를 이용하여 피사체(200)의 이미지를 얻을 수 있다. 예를 들어, 단일 색상 이미징의 경우, 이미지 계산부(180)는 상관관계가 클수록 높은 휘도로 표시하고, 상관관계가 작을수록 낮은 휘도로 표시하는 방법으로 피사체(200)의 이미지를 구성할 수 있다. 공간 광 변조기 패턴과 피사체(200)에 의해 반사된 빛의 상관관계를 이용하여 이미지를 얻기 때문에 계산 고스트 이미징 장치(100)는 상관관계가 없는 외부 잡음에 대해서 강인한 특징을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 손실 패턴이나 잡음 패턴과 같은 환경 잡음을 공간 광 변조기(150)의 패턴에 부호화하는 방법으로 다양한 광 채널(실제 환경)을 모사할 수 있다.
빛의 진행과 관련된 이론 연구는 오랜 기간 진행되었으며, 이에 따라 다양한 환경에서 빛이 어떻게 행동하는지에 대해서는 이론적 예측이 가능하다. 예를 들어 광학 주파수대에서 파장보다 매우 작은 입자에 대한 산란은 레일리(Rayleigh) 산란을 이용하여 설명할 수 있으며, 파장과 비슷한 크기의 입자에 대한 산란은 미에(Mie) 산란을 이용하여 설명할 수 있다. 이를 이용하면 특정 공간 패턴을 가진 빛을 물체에 보내는 상황에서 해당 공간 패턴이 물체에 도달하였을 때 어떻게 변화했는지를 계산으로 도출하는 것이 가능하다. 계산된 패턴을 공간 광 변조기(150)로 피사체(200)에 보내고, 패턴이 특정 환경을 통과하여 피사체(200)에 도달한 경우에 계산 고스트 이미징을 통해 얻을 수 있는 이미지가 모사될 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여 계산 고스트 이미징 장치(100)를 이용하여 계산 고스트 이미징을 시뮬레이션한 결과에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 계산 고스트 이미징 장치를 이용하여 열적 잡음이 존재하는 상황의 계산 고스트 이미징을 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 일반적으로 광학 주파수에서 열적 잡음은 매우 작아 영향이 미비하지만, 특수한 상황에서는 열적 잡음이 매우 강해질 수 있다. 예를 들어, 계산 고스트 이미징을 방해하고자 하는 적이 존재한다면, 피사체(200)에 임의의 패턴을 갖는 강한 열적 잡음을 가하는 공격을 할 수 있다. 이러한 공격은 전하결합소자로 물체에 반사된 빛의 위치와 세기를 측정하는 기존의 이미징 기술을 방해하는 공격에 해당한다.
이러한 환경을 실험하기 위해서는 추가적으로 열적 잡음을 생성하는 광원이 필요하다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 계산 고스트 이미징 장치(100)를 이용하면 강한 열적 잡음을 생성하는 광원이 추가적으로 필요하지 않다. 본 발명의 실시예에 따른 계산 고스트 이미징 장치(100)는 잡음 패턴으로 강한 열적 잡음을 모사할 수 있으며, 이러한 잡음 패턴을 적용하여 공간 광 변조기 패턴을 생성함으로써 피사체(200)에 강한 열적 잡음을 가하는 공격을 모사할 수 있다.
도 8은 피사체(200)에 도달한 빛의 세기와 열적 잡음의 세기의 비율(
Figure 112021008374773-pat00002
)에 따라 계산 고스트 이미징으로 얻은 결과 이미지(CGI result)와 사용된 공간 광 변조기 패턴(with pattern example), 그리고 이상적인 상황에서의 전하결합소자를 이용한 기존의 이미징 방법으로 얻은 이미지(Image with noise)를 나타낸다. 여기서,
Figure 112021008374773-pat00003
는 환경 손실을 나타내고,
Figure 112021008374773-pat00004
는 초기 빛의 세기,
Figure 112021008374773-pat00005
는 열적 잡음의 세기이다.
수학식 2를 이용하여 각각의 경우의 대조 대 잡음비(contrast-to-noise ratio, CNR)를 산출할 수 있다. 대조 대 잡음비는 잡음과 비교하여 획득된 이미지의 대조값(contrast)을 나타낸다.
Figure 112021008374773-pat00006
여기서,
Figure 112021008374773-pat00007
는 획득된 이미지의 휘도의 평균값,
Figure 112021008374773-pat00008
는 획득된 이미지의 휘도의 표준편차를 나타내며, 밑수 0은 물체가 없는 경우, 밑수 1은 물체가 있는 경우를 나타낸다.
예시한 바와 같이, 열적 잡음이 피사체(200)에 도달한 빛보다 매우 강한 상황에서 기존의 이미징 기술을 통해서는 좋은 질의 이미지를 얻는 것이 어렵지만, 본 발명의 실시예에 따른 계산 고스트 이미징 장치(100)를 통해서는 질 좋은 이미지를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 계산 고스트 이미징 장치
110: 초기 패턴 생성부
120: 손실 패턴 생성부
130: 잡음 패턴 생성부
140: 공간 광 변조기 패턴 생성부
150: 공간 광 변조기
160: 광원
170: 단일 픽셀 광량 검출기
180: 이미지 계산부

Claims (13)

  1. 피사체를 이미징하기 위한 초기 패턴을 생성하는 초기 패턴 생성부;
    모사하고자 하는 환경에 의한 광 손실을 반영하여 상기 초기 패턴의 밝기를 조절하여 손실 패턴을 생성하는 손실 패턴 생성부;
    복수의 픽셀 각각에 대한 임의의 빛의 세기를 가지는 잡음 패턴을 생성하는 잡음 패턴 생성부;
    상기 손실 패턴과 상기 잡음 패턴을 합하여 공간 광 변조기 패턴을 생성하는 공간 광 변조기 패턴 생성부;
    상기 공간 광 변조기 패턴에 따라 상기 복수의 픽셀의 투과량을 조절하여 광원에서 생성된 빛에 상기 공간 광 변조기 패턴을 부호화시켜 상기 피사체로 보내는 공간 광 변조기; 및
    상기 공간 광 변조기 패턴과 상기 피사체에 의해 반사된 빛의 세기를 전달받아 상기 피사체의 이미지를 획득하는 이미지 계산부를 포함하는 계산 고스트 이미징 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 피사체에 의해 반사된 빛의 세기를 측정하고 위치 정보를 측정하지 않는 단일 픽셀 광량 검출기를 더 포함하는 계산 고스트 이미징 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 초기 패턴은 픽셀의 온에 해당하는 최고 휘도 부분과 픽셀의 오프에 해당하는 최저 휘도 부분으로 이루어진 패턴이고,
    상기 손실 패턴 생성부는 상기 최고 휘도 부분의 휘도를 낮추어 상기 손실 패턴을 생성하는 계산 고스트 이미징 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 손실 패턴 생성부는 상기 최고 휘도 부분의 휘도를 모두 동일하게 낮추어 상기 손실 패턴을 생성하는 계산 고스트 이미징 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 손실 패턴 생성부는 상기 최고 휘도 부분의 휘도를 픽셀별로 선택적으로 낮추어 상기 손실 패턴을 생성하는 계산 고스트 이미징 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 잡음 패턴은 광자 수의 확률 분포가 보즈-아인슈타인 분포를 따르는 열적 잡음 또는 광자 수의 확률 분포가 가우시안 분포를 따르는 백색 잡음 중 적어도 하나를 나타내는 계산 고스트 이미징 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 잡음 패턴 생성부는 광자 수의 확률 분포와 난수 발생기를 이용하여 상기 복수의 픽셀 각각에 대한 빛의 세기를 생성하여 상기 잡음 패턴을 생성하는 계산 고스트 이미징 장치.
  8. 피사체를 이미징하기 위한 초기 패턴을 생성하는 단계;
    모사하고자 하는 환경에 의한 광 손실을 반영하여 상기 초기 패턴의 밝기를 조절하여 손실 패턴을 생성하는 단계;
    복수의 픽셀 각각에 대한 임의의 빛의 세기를 가지는 잡음 패턴을 생성하는 단계;
    상기 손실 패턴과 상기 잡음 패턴을 합하여 공간 광 변조기 패턴을 생성하는 단계;
    상기 공간 광 변조기 패턴에 따라 상기 복수의 픽셀의 투과량을 조절하여 광원에서 생성된 빛에 상기 공간 광 변조기 패턴을 부호화시켜 상기 피사체로 보내는 단계; 및
    상기 공간 광 변조기 패턴과 상기 피사체에 의해 반사된 빛의 세기를 전달받아 상기 피사체의 이미지를 획득하는 단계를 포함하는 계산 고스트 이미징 장치를 이용한 환경 모사 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 초기 패턴의 밝기를 조절하여 손실 패턴을 생성하는 단계는,
    상기 초기 패턴에서 픽셀의 온에 해당하는 최고 휘도 부분의 휘도를 낮추어 상기 손실 패턴을 생성하는 단계를 포함하는 계산 고스트 이미징 장치를 이용한 환경 모사 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 최고 휘도 부분의 휘도를 모두 동일하게 낮추어 상기 손실 패턴을 생성하는 계산 고스트 이미징 장치를 이용한 환경 모사 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 최고 휘도 부분의 휘도를 픽셀별로 선택적으로 낮추어 상기 손실 패턴을 생성하는 계산 고스트 이미징 장치를 이용한 환경 모사 방법.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 잡음 패턴은 광자 수의 확률 분포가 보즈-아인슈타인 분포를 따르는 열적 잡음 또는 광자 수의 확률 분포가 가우시안 분포를 따르는 백색 잡음 중 적어도 하나를 나타내는 계산 고스트 이미징 장치를 이용한 환경 모사 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 잡음 패턴을 생성하는 단계는,
    광자 수의 확률 분포와 난수 발생기를 이용하여 상기 복수의 픽셀 각각에 대한 빛의 세기를 생성하여 상기 잡음 패턴을 생성하는 단계를 포함하는 계산 고스트 이미징 장치를 이용한 환경 모사 방법.
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