KR102529935B1 - 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성 방법 및 장치 - Google Patents

풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

다양한 실시예들은 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성 알고리즘을 제안하며, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치 및 그의 방법은 제안된 알고리즘을 이용하여, 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하도록 구현될 수 있다. 구체적으로, 전자 장치 및 그의 방법은, 상이한 컬러들의 시야창들을 동일한 사이즈로 조절하여, 시야창에 대해 컬러들을 정합시키고, 컬러들이 정합됨에 따라 발생되는 잡음을 제거하기 위해, 시야창에 대한 필터링을 적용하고, 공간 상에서 홀로그래픽 이미지가 관측되는 시야창을 복수의 영역들로 분할하고, 홀로그램 면에 대한 복수의 관측 방향들에 따라, 영역들로부터의 홀로그래픽 이미지에 대한 반송파들을 각각 계산하고, 홀로그램 면에 대해 반송파들을 결합 적용하여, 홀로그램 면에 기록하기 위한 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 시야창에서의 홀로그래픽 이미지는, 홀로그램 면에 대한 관측 방향들의 각각에 대해, 상이하게 관측될 수 있다.

Description

풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성 방법 및 장치{METHOD FOR SYNTHESIS OF FULL-COLOR WIDE-VIEWING COMPUTER-GENERATED HOLOGRAMS AND APPARATUS THEREOF}
다양한 실시예들은 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성 방법 및 장치에 관한 것이다.
컴퓨터 생성 홀로그램은 홀로그래픽 3차원 물체 정보를 공간 상에 재생하기 위해 빛의 간섭과 회절 현상을 수학적 모델링을 통해 디지털 형식으로 계산하는 정보이다. 기본적인 계산 방법으로는 점 기반의 포인트 클라우드, 삼각형 메쉬 기반의 폴리곤, 2차원 이미지와 뎁스 이미지를 활용한 뎁스맵 방법 등이 있다.
컴퓨터 생성 홀로그램 합성 알고리즘을 확립하는데 있어 3차원 물체의 광파 모델을 설계해야 하며 3차원 광파 모델과 관련하여 컴퓨터 생성 홀로그램의 합성 계산 속도 향상과 3차원 물체의 질감, 조명 효과 등의 시각적 표현을 하기 위한 연구들이 활발히 이루어지고 있다.
홀로그램은 픽셀로부터 회절된 광파의 간섭현상을 이용하여 계산하기 때문에 픽셀 주기와 해상도의 영향을 크게 받는 기술이다. 따라서 광 시야각, 대면적, 그리고 고화질 홀로그램을 생성하기 위한 기술 등 한계점을 극복하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
다양한 실시예들은, 기존의 홀로그램에서 문제가 되었던 좁은 시야각 표현과 제한된 해상도를 개선하고, 대면적 계산을 위해 요구되는 고사양 컴퓨터 자원의 문제를 해결하고자 한다.
다양한 실시예들은 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성 방법 및 장치를 제공한다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 방법은, 공간 상에서 홀로그래픽 이미지가 관측되는 시야창을 복수의 영역들로 분할하는 단계, 홀로그램 면에 대한 복수의 관측 방향들에 따라, 상기 영역들로부터의 상기 홀로그래픽 이미지에 대한 반송파들을 각각 계산하는 단계, 및 상기 홀로그램 면에 대해 상기 반송파들을 결합 적용하여, 상기 홀로그램 면에 기록하기 위한 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하는 단계를 포함하고, 상기 시야창에서의 상기 홀로그래픽 이미지는, 상기 홀로그램 면에 대한 상기 관측 방향들의 각각에 대해, 상이하게 관측될 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 비-일시적인 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에는, 상기 방법을 상기 전자 장치에 실행시키기 위한 프로그램이 기록되어 있을 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 메모리, 및 상기 메모리와 연결되고, 상기 메모리에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 공간 상에서 홀로그래픽 이미지가 관측되는 시야창을 복수의 영역들로 분할하고, 홀로그램 면에 대한 복수의 관측 방향들에 따라, 상기 영역들로부터의 상기 홀로그래픽 이미지에 대한 반송파들을 각각 계산하고, 상기 홀로그램 면에 대해 상기 반송파들을 결합 적용하여, 상기 홀로그램 면에 기록하기 위한 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하도록 구성되고, 상기 시야창에서의 상기 홀로그래픽 이미지는, 상기 홀로그램 면에 대한 상기 관측 방향들의 각각에 대해, 상이하게 관측될 수 있다.
다양한 실시예들은, 광 시야각에 대한 3차원 물체 정보를 재생할 수 있는 대면적 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하는 알고리즘을 통해 보다 적은 자원을 활용하여 효율적인 컴퓨터 생성 홀로그램 계산이 가능하다. 그리고, 다양한 실시예들은, 풀-컬러 홀로그램을 계산하기위해 서로 다른 회절각을 갖는 각 파장에 대한 회절 성분을 정합하고, 이 때 발생하는 잡음을 필터링 방법을 통해 제거함으로써, 양질의 대화면 컴퓨터 생성 홀로그램을 합성할 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따라 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성을 위한 전자 장치의 내부 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 시야창 분할을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 필드 매핑을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일반적인 풀-컬러 컴퓨터 생성 홀로그램에 대한 시야창을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일반적인 컴퓨터 생성 홀로그램에 대한 시야창에서의 신호 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 다양한 실시예들에 따른 풀-컬러 컴퓨터 생성 홀로그램에 대한 시야창을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 다양한 실시예들에 따른 풀-컬러 컴퓨터 생성 홀로그램에 대한 시야창에서의 신호 분포를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일반적인 컴퓨터 생성 홀로그램에 대한 이중상 잡음을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 다양한 실시예들에 따른 풀-컬러 컴퓨터 생성 홀로그램에 대한 이중상 잡음 제거를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 다양한 실시예들에 따라 이중상 잡음 제거를 위해 필터링 알고리즘을 적용하기 위한 광학 시스템을 도식화한 도면이다.
도 11은 다양한 실시예들에 따라 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하기 위한 3차원 물체를 도시하는 도면이다.
도 12는 다양한 실시예들에 따라 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성 알고리즘을 통해 계산된 컴퓨터 생성 홀로그램으로부터 관측되는 홀로그래픽 이미지를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 다양한 실시예들에 따른 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성을 위한 전자 장치의 방법을 도시하는 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
다양한 실시예들은 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램(computer-generated hologram; CGH)의 합성 알고리즘에 대한 수행 방법 및 장치를 제공한다. 다양한 실시예들에 따른 알고리즘은 기본 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하는 여러 가지 방법들 중 한가지 방법에 특정하지 않고, 모든 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하는 모든 방법들을 포함하는 알고리즘으로 이해되어야 한다.
도 1은 다양한 실시예들에 따라 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성을 위한 전자 장치(100)의 내부 구성을 도시하는 도면이다. 도 2 내지 도 12는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)의 동작 특징들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 1을 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(100)는 인터페이스 모듈(110), 메모리(120) 또는 프로세서(130) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 전자 장치(100)의 구성 요소들 중 적어도 어느 하나가 생략될 수 있으며, 적어도 하나의 다른 구성 요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예들에서, 전자 장치(100)의 구성 요소들 중 적어도 어느 두 개가 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다.
인터페이스 모듈(110)은 전자 장치(100)를 위한 인터페이스를 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 인터페이스 모듈(110)은 통신 모듈을 포함하며, 통신 모듈은 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 통신 모듈은 전자 장치(100)와 외부 장치 간 통신 채널을 수립하고, 통신 채널을 통해 외부 장치와 통신을 수행할 수 있다. 통신 모듈은 유선 통신 모듈 또는 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유선 통신 모듈은 외부 장치와 유선으로 연결되어, 유선으로 통신할 수 있다. 무선 통신 모듈은 근거리 통신 모듈 또는 원거리 통신 모듈 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 근거리 통신 모듈은 외부 장치와 근거리 통신 방식으로 통신할 수 있다. 원거리 통신 모듈은 외부 장치와 원거리 통신 방식으로 통신할 수 있다. 여기서, 원거리 통신 모듈은 무선 네트워크를 통해 외부 장치와 통신할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 인터페이스 모듈(110)은 입력 모듈 또는 출력 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 입력 모듈은 전자 장치(100)의 적어도 하나의 구성 요소에 사용될 신호를 입력할 수 있다. 입력 모듈은, 사용자가 전자 장치(100)에 직접적으로 신호를 입력하도록 구성되는 입력 장치, 주변 환경을 감지하여 신호를 발생하도록 구성되는 센서 장치, 또는 영상을 촬영하여, 영상 데이터를 생성하도록 구성되는 카메라 모듈 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 출력 모듈은 정보를 시각적으로 표시하기 위한 표시 모듈 또는 정보를 오디오 신호로 출력하기 위한 오디오 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
메모리(120)는 전자 장치(100)의 적어도 하나의 구성 요소에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 예를 들면, 메모리(120)는 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 데이터는 적어도 하나의 프로그램 및 이와 관련된 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 프로그램은 메모리(120)에 적어도 하나의 명령을 포함하는 소프트웨어로서 저장될 수 있다.
프로세서(130)는 메모리(120)의 프로그램을 실행하여, 전자 장치(100)의 적어도 하나의 구성 요소를 제어할 수 있다. 이를 통해, 프로세서(130)는 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 이 때, 프로세서(130)는 메모리(120)에 저장된 명령을 실행할 수 있다. 프로세서(130)는 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램(computer-generated hologram; CGH)의 합성 알고리즘을 기반으로, 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산할 수 있다.
도 2는 다양한 실시예들에 따른 시야창 분할을 설명하기 위한 도면이다. 다양한 실시예들에 따르면, 프로세서(130)는 대면적 계산을 위해 시야창을 분할할 수 있다. 프로세서(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이 공간 주파수 도메인 (u,v)의 시야창을 복수의 영역들로 분할함으로써, 계산량을 줄이고 계산 속도를 빠르게 할 수 있다. 이 방법의 핵심은 각 방향에 대한 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하고 해당 방향의 반송파를 적용하여 결합하는 것이다. 이를 수식으로 나타내면
Figure 112021018306375-pat00001
으로 표현할 수 있으며, 여기서 Fm,n(x,y)는 (m,n)번째 영역에 대한 저 대역 홀로그래픽 이미지 신호이다.
Figure 112021018306375-pat00002
는 홀로그램 이미지 신호를 (m,n)번째 영역으로 전달하는 반송파이다. 이를 통해, 일반적으로 컴퓨터 생성 홀로그램은 공간상의 3차원 물체에 대한 이미지 광파를 공간 도메인에서 계산하여 홀로그램 면(x,y)에 기록한다. 공간 주파수 도메인 (u,v)은 시야창 영역으로써 홀로그래픽 이미지를 관측할 수 있는 영역이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 필드 매핑을 설명하기 위한 도면이다. 다양한 실시예들에 따르면, 프로세서(130)는 도 3에 도시된 바와 같은 필드 매핑을 통해, 시야창의 영역들의 각각으로부터 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산할 수 있다.
Figure 112021018306375-pat00003
는 (m,n)번째 영역에 대한 저 대역 홀로그래픽 이미지에 대한 패턴인데, 이는 각 영역에 국소 좌표계 (x',y')에 대하여 계산된 신호이기 때문에 모든 신호들을 결합하기 위해서는 대역 좌표계 (x,y)로 변환한 후 결합해야 한다. 공간도메인에서 각 국소 좌표계 (x',y')를 대역 좌표계 (x,y)로 나타내고, 주파수 도메인의 국소 좌표계
Figure 112021018306375-pat00004
도 마찬가지로 대역 좌표계
Figure 112021018306375-pat00005
로 표현한다. 미소면적에 대한 변환은 Jacobian matrix를 이용하면
Figure 112021018306375-pat00006
과 같이 나타낼 수 있다.
도 3을 참조하면,
Figure 112021018306375-pat00007
를 푸리에 변환을 통해 주파수 도메인의 이미지 신호로 나타내면
Figure 112021018306375-pat00008
가 된다.
Figure 112021018306375-pat00009
를 matlab 내부 함수인 griddedInterpolant 함수를 사용하여 비기준좌표영역의 국소 좌표계 이미지 신호를 기준좌표 영역의 대역좌표계로 매핑시켜주면
Figure 112021018306375-pat00010
는 비기준좌표영역에 분포되어있는 홀로그램 패턴의 주파수 공간 신호를 기준 좌표계로 표현한 것이다. 이를 빛의 방향을 고려하여
Figure 112021018306375-pat00011
의 값이 양수인 조건에 대하여
Figure 112021018306375-pat00012
를 적용한 후 푸리에 역변환을 해주면 대역 좌표계에서 표현된 홀로그램 패턴 F(x1,y1)이 만들어진다.
도 4는 일반적인 풀-컬러 컴퓨터 생성 홀로그램에 대한 시야창을 나타낸다. 각 컬러의 파장에 따라 시야창의 크기가 달라지며 파장이 제일 긴 빨간 색의 시야창이 가장 크고, 파장이 제일 짧은 파란 색의 시야창이 가장 작다. 도 5는 컴퓨터 생성 홀로그램에 광원을 입사하여 시야창의 신호 분포를 나타낸 시뮬레이션 결과이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 컴퓨터 생성 홀로그램의 시야창 신호 분포는 광원의 파장 길이에 따라 달라지고, 이를 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있다. 따라서 일반적인 풀-컬러 컴퓨터 생성 홀로그램은 시야창의 신호 분포의 크기가 컬러 별로 다르기 때문에 컬러들의 정합이 깨지게 된다.
다양한 실시예들에 따르면, 프로세서(130)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 풀-컬러 컴퓨터 생성 홀로그램을 위해 컬러들을 정합시킬 수 있다. 도 6은 풀-컬러 컴퓨터 생성 홀로그램에서 시야창의 신호 분포의 크기를 똑같이 맞추어 컬러의 정합성을 맞추는 방법에 대한 개략도이다. 도 7은 컬러 정합 방법을 적용한 풀-컬러 컴퓨터 생성 홀로그램의 시야창을 시뮬레이션을 통해 나타냈다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 일반적인 풀-컬러 컴퓨터 생성 홀로그램에서 나타나는 컬러의 부정합을 해결하기 위해, 프로세서(130)는 도2의 반송파를 계산할 때 파란 색의 파장을 모두 적용하여 파란 색 신호 분포의 크기로 맞춤으로써 컬러 정합을 맞출 수 있다.
도 8은 크기가 큰 시야창의 신호 분포를 강제로 작은 영역에 배치하여 인접 신호와 겹쳐짐으로써 이중상 잡음이 생기는 현상을 시뮬레이션으로 나타낸 것이다.
도 9는 각 신호 분포에 대하여 인접한 신호와 겹치지 않게 노란 색 네모 크기로 필터링을 적용하고, 이에 대한 재구성된 이미지를 나타낸다. 이중상 잡음이 사라지는 효과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 도 10은 필터링 알고리즘을 적용하기 위한 광학 시스템을 도식화한 것이다. CGH plane에 위치해 있는 홀로그램 패턴을 Cascaded generalized Fresnel transform을 통해서 Eye lens plane(시야창)으로 전파시키고 필터링을 적용한 후, 다시 backward cascaded generalized Fresnel transform을 통해 잡음이 제거된 CGH 패턴을 만들어낸다. 필터링 알고리즘을 수학적으로 설명하자면, Cascaded generalized Fresnel transform는
Figure 112021018306375-pat00013
로 표현되고, 여기서 F(x1,y1)는 홀로그램 패턴, W(u,v)는 공간 주파수 도메인에서의 분포를 나타낸다. 공간 주파수 도메인에서 표현된 홀로그램 신호를 필터를 적용해 backward cascaded generalized Fresnel transform (
Figure 112021018306375-pat00014
)를 적용하면 잡음이 제거된 CGH 패턴이 만들어진다.
도 11은 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하기 위한 3차원 물체를 나타낸다.
도 12는 5번 항에서 설명한 기술들을 바탕으로 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성 알고리즘을 활용하여 계산한 패턴에 대한 시야창 영역의 필드 분포와 재구성된 이미지를 나타낸다. 이에 사용된 픽셀 길이는 425nm, 파장은 빨강 638nm, 초록 532nm, 파랑 488nm이다.
다양한 실시예들에 따르면, 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성 알고리즘에 따라 계산된 컴퓨터 생성 홀로그램이 홀로그램 면에 기록될 수 있다. 이를 통해, 시야창에서의 홀로그래픽 이미지는, 홀로그램 면에 대한 관측 방향들의 각각에 대해, 상이하게 관측될 수 있다. 예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같은3차원 물체에 대해 계산된 컴퓨터 생성 홀로그램이 홀로그램 면에 기록됨에 따라, 도 12에 도시된 바와 같이 홀로그램 면에 대한 관측 방향들, 즉 ①, ②, ③의 각각에 대해, 시야창에서의 홀로그래픽 이미지가 상이하게 관측될 수 있다.
도 13은 다양한 실시예들에 따른 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성을 위한 전자 장치(100)의 방법을 도시하는 도면이다.
도 13을 참조하면, 전자 장치(100)는 1310 단계에서 시야창에 대해 컬러들을 정합시킬 수 있다. 프로세서(130)는 도 6에 도시된 바와 같이 상이한 컬러들의 시야창들을 동일한 사이즈로 조절하여, 도 2에 도시된 바와 같은 시야창에 대해 컬러들을 정합시킬 수 있다. 이 때 프로세서(130)는 시야창들을 시야창들의 사이즈들 중 가장 작은 사이즈로 조절할 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이 상이한 컬러들의 시야창들이 상이한 사이즈들을 가질 때, 프로세서(130)는 도 6에 도시된 바와 같이 파란 색의 시야창에 대한 사이즈로, 빨간 색 및 초록 색의 시야창들을 조절할 수 있다. 이를 통해, 빨간 색, 초록 색 및 파란 색의 시야창들이 도 2에 도시된 바와 같은 시야창에 정합될 수 있다.
전자 장치(100)는 1320 단계에서 시야창에 대한 필터링을 적용할 수 있다. 프로세서(130)는 컬러들이 정합됨에 따라 발생되는 잡음을 제거하기 위해, 시야창에 대한 필터링을 적용할 수 있다. 예를 들면, 컬러들이 정합됨에 따라 도 8에 도시된 바와 같이 이중상 잡음이 발생될 수 있으므로, 프로세서(130)는 도 9에 도시된 바와 같이 이중상 잡음이 제거되도록, 시야창에 대한 필터링을 적용할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(130)는 먼저 홀로그램 면에서의 홀로그램 패턴을 캐스캐이드 일반화 프레넬 변환(cascaded generalized Fresnel transform)을 통해 시야창으로 전파시킬 수 있다. 이 때, 캐스캐이드 일반화 프레넬 변환은, 하기 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다. 그리고, 프로세서(130)는 시야창에 대해 필터링을 적용하여, 홀로그램 패턴에서의 잡음을 제거할 수 있다. 이 후, 프로세서(130)는 시야창으로부터 홀로그램 면에 대해 역 캐스캐이드 일반화 프레넬 변환(backward cascaded generalized Fresnel transform)을 적용하여, 잡음이 제거된 홀로그램 패턴을 획득할 수 있다. 이 때, 프로세서(130)는 하기 [수학식 2]와 같이 역 캐스캐이드 일반화 프레넬 변환을 적용하여, 잡음이 제거된 홀로그램 패턴을 획득할 수 있다.
Figure 112021018306375-pat00015
여기서, (u,v)는 시야창에 대한 공간 주파수 도메인을 나타내고, W(u,v)는 시야창에 대한 공간 주파수 도메인에서의 공간 주파수 신호를 나타내고, F(x1,y1)은 홀로그램 패턴을 나타냄.
Figure 112021018306375-pat00016
여기서, F(x1,y1)은 잡음이 제거된 홀로그램 패턴을 나타내고, Filter는 필터링을 나타냄.
전자 장치(100)는 1330 단계에서 시야창을 복수의 영역들로 분할할 수 있다. 프로세서(130)는 대면적 계산을 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 시야창을 영역들로 분할할 수 있다.
전자 장치(100)는 1340 단계에서 홀로그램 면에 대한 복수의 관측 방향들에 따라, 시야창의 영역들로부터의 홀로그래픽 이미지에 대한 반송파들을 각각 계산할 수 있다. 여기서,
Figure 112021018306375-pat00017
가 각 영역에 대한 각 반송파를 나타낼 수 있다.
전자 장치(100)는 1350 단계에서 홀로그램 면에 기록하기 위한 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산할 수 있다. 프로세서(130)는 하기 [수학식 3]과 같이 홀로그램 면에 대해 반송파들을 결합 적용하여, 홀로그램 면에 기록하기 위한 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산할 수 있다. 이 때, 프로세서(130)는 도 3에 도시된 바와 같은 필드 매핑을 통해 컴퓨터 생성 홀로그램을 생성할 수 있으며, 컴퓨터 생성 홀로그램은, [수학식 4]와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112021018306375-pat00018
여기서, Fm,n(x,y)는 각 반송파를 통해 각 영역으로 전달되는 공간 주파수 신호를 나타내고, (m, n)은 시야창에서 영역들의 각각에 대한 위치를 나타내고, (x, y)는 홀로그램 면에 대한 공간 도메인에서의 대역 좌표계를 나타내고, z는 홀로그램 면에 직교하는 축 상에서의 홀로그램 면과 시야창 사이의 거리를 나타내고, j 및 k는 반송파들을 계산하기 위한 변수들을 각각 나타냄.
Figure 112021018306375-pat00019
여기서, F(x,y)는 컴퓨터 생성 홀로그램을 나타내고, (x, y)는 홀로그램 면에 대한 공간 도메인에서의 대역 좌표계를 나타내고, IFFT는 역 푸리에 변환을 나타내고, 상기 [수학식 4]는 하기 [수학식 5]와 같은 필드 매핑을 기반으로 정의됨.
Figure 112021018306375-pat00020
여기서, Pm,n(x',y')은 컴퓨터 생성 홀로그램에서 각 영역에 대한 홀로그램 패턴을 나타내고,
Figure 112023006391930-pat00021
는 각 영역에 대한 주파수 도메인에서의 이미지 신호를 나타내고, (x', y')은 각 영역에 대응하는 공간 도메인에서의 국소 좌표계를 나타내고,
Figure 112023006391930-pat00022
는 각 영역에 대응하는 주파수 도메인에서의 국소 좌표계를 나타내고,
Figure 112023006391930-pat00024
는 홀로그램 면에 대한 주파수 도메인에서의 대역 좌표계를 나타냄.
다양한 실시예들에 따르면, 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성 알고리즘에 따라 계산된 컴퓨터 생성 홀로그램이 홀로그램 면에 기록될 수 있다. 이를 통해, 시야창에서의 홀로그래픽 이미지는, 홀로그램 면에 대한 관측 방향들의 각각에 대해, 상이하게 관측될 수 있다. 예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같은3차원 물체에 대해 계산된 컴퓨터 생성 홀로그램이 홀로그램 면에 기록됨에 따라, 도 12에 도시된 바와 같이 홀로그램 면에 대한 관측 방향들, 즉 ①, ②, ③의 각각에 대해, 시야창에서의 홀로그래픽 이미지가 상이하게 관측될 수 있다.
전술한 바와 같이, 다양한 실시예들은, 광 시야각에 대한 3차원 물체 정보를 재생할 수 있는 대면적 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하는 알고리즘을 통해 보다 적은 자원을 활용하여 효율적인 컴퓨터 생성 홀로그램 계산이 가능하다. 그리고, 다양한 실시예들은, 풀-컬러 홀로그램을 계산하기위해 서로 다른 회절각을 갖는 각 파장에 대한 회절 성분을 정합하고, 이 때 발생하는 잡음을 필터링 방법을 통해 제거함으로써, 양질의 대화면 컴퓨터 생성 홀로그램을 합성할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 기술은 필요에 따라 여러 분야에 적용될 수 있는데, 시야창 분할 계산 방법을 활용한 대면적 계산분야, 좌표계 변환을 필요로 하는 기술에는 필드매핑 기술이 적용 가능하다. 또한 풀-컬러 홀로그램 분야에서 컬러 정합 방법과 인접한 신호 분포에 대한 잡음 제거를 위한 필터링 방법을 적용할 수 있다. 나아가, 다양한 실시예들에 따른 기술은 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램을 위한 원천 기술로써 홀로그램을 계산하는 모든 시장에 대하여 적용 가능하다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성 요소, 소프트웨어 구성 요소, 및/또는 하드웨어 구성 요소 및 소프트웨어 구성 요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성 요소는, 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 어플리케이션을 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.
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, 구성 요소(component), 물리적 장치, 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 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.
다양한 실시예들에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터-판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 이 때, 매체는 컴퓨터로 실행 가능한 프로그램을 계속 저장하거나, 실행 또는 다운로드를 위해 임시 저장하는 것일 수도 있다. 그리고, 매체는 단일 또는 수 개의 하드웨어가 결합된 형태의 다양한 기록수단 또는 저장수단일 수 있는데, 어떤 컴퓨터 시스템에 직접 접속되는 매체에 한정되지 않고, 네트워크 상에 분산 존재하는 것일 수도 있다. 매체의 예시로는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical medium), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등을 포함하여 프로그램 명령어가 저장되도록 구성된 것이 있을 수 있다. 또한, 다른 매체의 예시로, 어플리케이션을 유통하는 앱 스토어나 기타 다양한 소프트웨어를 공급 내지 유통하는 사이트, 서버 등에서 관리하는 기록매체 내지 저장매체도 들 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성 요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및/또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", "첫째" 또는 "둘째" 등의 표현들은 해당 구성 요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성 요소를 다른 구성 요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성 요소가 다른(예: 제 2) 구성 요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성 요소가 상기 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성 요소(예: 제 3 구성 요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구성된 유닛을 포함하며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)으로 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 기술한 구성 요소들의 각각의 구성 요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성 요소들 중 하나 이상의 구성 요소들 또는 단계들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성 요소들 또는 단계들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성 요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성 요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성 요소는 복수의 구성 요소들 각각의 구성 요소의 하나 이상의 기능들을 통합 이전에 복수의 구성 요소들 중 해당 구성 요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성 요소에 의해 수행되는 단계들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 단계들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 단계들이 추가될 수 있다.

Claims (15)

  1. 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성을 위한 전자 장치의 방법에 있어서,
    공간 상에서 홀로그래픽 이미지가 관측되는 시야창을 복수의 영역들로 분할하는 단계;
    홀로그램 면에 대한 복수의 관측 방향들에 따라, 상기 영역들로부터의 상기 홀로그래픽 이미지에 대한 반송파들을 각각 계산하는 단계; 및
    상기 홀로그램 면에 대해 상기 반송파들을 결합 적용하여, 상기 홀로그램 면에 기록하기 위한 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하는 단계
    를 포함하고,
    상기 시야창에서의 상기 홀로그래픽 이미지는,
    상기 홀로그램 면에 대한 상기 관측 방향들의 각각에 대해, 상이하게 관측되고,
    상기 컴퓨터 생성 홀로그램은,
    하기 [수학식 i]과 같이 계산되는,
    방법.
    [수학식 i]
    Figure 112023006391930-pat00025

    여기서,
    Figure 112023006391930-pat00026
    는 각 반송파를 나타내고, Fm,n(x,y)는 각 반송파를 통해 각 영역으로 전달되는 공간 주파수 신호를 나타내고, (m, n)은 상기 시야창에서 상기 영역들의 각각에 대한 위치를 나타내고, (x, y)는 상기 홀로그램 면에 대한 공간 도메인에서의 대역 좌표계를 나타내고, z는 상기 홀로그램 면에 직교하는 축 상에서의 상기 홀로그램 면과 상기 시야창 사이의 거리를 나타내고, j 및 k는 상기 반송파들을 계산하기 위한 변수들을 각각 나타냄.
  2. 삭제
  3. 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성을 위한 전자 장치의 방법에 있어서,
    공간 상에서 홀로그래픽 이미지가 관측되는 시야창을 복수의 영역들로 분할하는 단계;
    홀로그램 면에 대한 복수의 관측 방향들에 따라, 상기 영역들로부터의 상기 홀로그래픽 이미지에 대한 반송파들을 각각 계산하는 단계; 및
    상기 홀로그램 면에 대해 상기 반송파들을 결합 적용하여, 상기 홀로그램 면에 기록하기 위한 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하는 단계
    를 포함하고,
    상기 시야창에서의 상기 홀로그래픽 이미지는,
    상기 홀로그램 면에 대한 상기 관측 방향들의 각각에 대해, 상이하게 관측되고,
    상기 컴퓨터 생성 홀로그램은,
    하기 [수학식 ii]와 같이 표현되는,
    방법.
    [수학식 ii]
    Figure 112023006391930-pat00027

    여기서, F(x,y)는 상기 컴퓨터 생성 홀로그램을 나타내고, (x, y)는 상기 홀로그램 면에 대한 공간 도메인에서의 대역 좌표계를 나타내고, IFFT는 역 푸리에 변환을 나타내고, 상기 [수학식 ii]는 하기 [수학식 iii]을 기반으로 정의됨.
    [수학식 iii]
    Figure 112023006391930-pat00028

    여기서, Pm,n(x',y')은 상기 컴퓨터 생성 홀로그램에서 각 영역에 대한 홀로그램 패턴을 나타내고,
    Figure 112023006391930-pat00029
    는 각 영역에 대한 주파수 도메인에서의 이미지 신호를 나타내고, (x', y')은 각 영역에 대응하는 공간 도메인에서의 국소 좌표계를 나타내고,
    Figure 112023006391930-pat00030
    는 각 영역에 대응하는 주파수 도메인에서의 국소 좌표계를 나타내고,
    Figure 112023006391930-pat00031
    는 홀로그램 면에 대한 주파수 도메인에서의 대역 좌표계를 나타냄.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상이한 컬러들의 시야창들을 동일한 사이즈로 조절하여, 상기 시야창에 대해 상기 컬러들을 정합시키는 단계; 및
    상기 컬러들이 정합됨에 따라 발생되는 잡음을 제거하기 위해, 상기 시야창에 대한 필터링을 적용하는 단계
    를 더 포함하는,
    방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컬러들을 정합시키는 단계는,
    상기 시야창들을 상기 시야창들의 사이즈들 중 가장 작은 사이즈로 조절하는 단계
    를 포함하는,
    방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 필터링을 적용하는 단계는,
    홀로그램 면에서의 홀로그램 패턴을 캐스캐이드 일반화 프레넬 변환(cascaded generalized Fresnel transform)을 통해 상기 시야창으로 전파시키고,
    상기 시야창에 대해 필터링을 적용하여, 상기 홀로그램 패턴에서의 잡음을 제거하고,
    상기 시야창으로부터 상기 홀로그램 면에 대해 역 캐스캐이드 일반화 프레넬 변환(backward cascaded generalized Fresnel transform)을 적용하여, 상기 잡음이 제거된 홀로그램 패턴을 획득하는,
    방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항, 또는 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 방법을 상기 전자 장치에 실행시키기 위한 프로그램이 기록되어 있는 비-일시적인 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  9. 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성을 위한 전자 장치에 있어서,
    메모리; 및
    상기 메모리와 연결되고, 상기 메모리에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    공간 상에서 홀로그래픽 이미지가 관측되는 시야창을 복수의 영역들로 분할하고,
    홀로그램 면에 대한 복수의 관측 방향들에 따라, 상기 영역들로부터의 상기 홀로그래픽 이미지에 대한 반송파들을 각각 계산하고,
    상기 홀로그램 면에 대해 상기 반송파들을 결합 적용하여, 상기 홀로그램 면에 기록하기 위한 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하도록 구성되고,
    상기 시야창에서의 상기 홀로그래픽 이미지는,
    상기 홀로그램 면에 대한 상기 관측 방향들의 각각에 대해, 상이하게 관측되고,
    상기 컴퓨터 생성 홀로그램은,
    하기 [수학식 vi]과 같이 계산되는,
    전자 장치.
    [수학식 vi]
    Figure 112023006391930-pat00034

    여기서,
    Figure 112023006391930-pat00035
    는 각 반송파를 나타내고, Fm,n(x,y)는 각 반송파를 통해 각 영역으로 전달되는 공간 주파수 신호를 나타내고, (m, n)은 상기 시야창에서 상기 영역들의 각각에 대한 위치를 나타내고, (x, y)는 상기 홀로그램 면에 대한 공간 도메인에서의 대역 좌표계를 나타내고, z는 상기 홀로그램 면에 직교하는 축 상에서의 상기 홀로그램 면과 상기 시야창 사이의 거리를 나타내고, j 및 k는 상기 반송파들을 계산하기 위한 변수들을 각각 나타냄.
  10. 삭제
  11. 풀-컬러 광 시야각 컴퓨터 생성 홀로그램 합성을 위한 전자 장치에 있어서,
    메모리; 및
    상기 메모리와 연결되고, 상기 메모리에 저장된 적어도 하나의 명령을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    공간 상에서 홀로그래픽 이미지가 관측되는 시야창을 복수의 영역들로 분할하고,
    홀로그램 면에 대한 복수의 관측 방향들에 따라, 상기 영역들로부터의 상기 홀로그래픽 이미지에 대한 반송파들을 각각 계산하고,
    상기 홀로그램 면에 대해 상기 반송파들을 결합 적용하여, 상기 홀로그램 면에 기록하기 위한 컴퓨터 생성 홀로그램을 계산하도록 구성되고,
    상기 시야창에서의 상기 홀로그래픽 이미지는,
    상기 홀로그램 면에 대한 상기 관측 방향들의 각각에 대해, 상이하게 관측되고,
    상기 컴퓨터 생성 홀로그램은,
    하기 [수학식 vii]와 같이 표현되는,
    전자 장치.
    [수학식 vii]
    Figure 112023006391930-pat00036

    여기서, F(x,y)는 상기 컴퓨터 생성 홀로그램을 나타내고, (x, y)는 상기 홀로그램 면에 대한 공간 도메인에서의 대역 좌표계를 나타내고, IFFT는 역 푸리에 변환을 나타내고, 상기 [수학식 vii]는 하기 [수학식 viii]을 기반으로 정의됨.
    [수학식 viii]
    Figure 112023006391930-pat00037

    여기서, Pm,n(x',y')은 상기 컴퓨터 생성 홀로그램에서 각 영역에 대한 홀로그램 패턴을 나타내고,
    Figure 112023006391930-pat00038
    는 각 영역에 대한 주파수 도메인에서의 이미지 신호를 나타내고, (x', y')은 각 영역에 대응하는 공간 도메인에서의 국소 좌표계를 나타내고,
    Figure 112023006391930-pat00039
    는 각 영역에 대응하는 주파수 도메인에서의 국소 좌표계를 나타내고,
    Figure 112023006391930-pat00040
    는 홀로그램 면에 대한 주파수 도메인에서의 대역 좌표계를 나타냄.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상이한 컬러들의 시야창들을 동일한 사이즈로 조절하여, 상기 시야창에 대해 상기 컬러들을 정합시키고,
    상기 컬러들이 정합됨에 따라 발생되는 잡음을 제거하기 위해, 상기 시야창에 대한 필터링을 적용하도록 구성되는,
    전자 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 시야창들을 상기 시야창들의 사이즈들 중 가장 작은 사이즈로 조절하는,
    전자 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    홀로그램 면에서의 홀로그램 패턴을 캐스캐이드 일반화 프레넬 변환을 통해 상기 시야창으로 전파시키고,
    상기 시야창에 대해 필터링을 적용하여, 상기 홀로그램 패턴에서의 잡음을 제거하고,
    상기 시야창으로부터 상기 홀로그램 면에 대해 역 캐스캐이드 일반화 프레넬 변환을 적용하여, 상기 잡음이 제거된 홀로그램 패턴을 획득하도록 구성되는,
    전자 장치.
  15. 삭제
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