KR102532302B1 - 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치 및 방법에 대한 것으로서, 본 개시의 일 실시예에 따른 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법은 대상 물체로부터 전파되는 광선으로부터 추출된 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 각 컬러 채널 별 이미지를 결상하는 단계, 상기 결상된 각각의 이미지를 하나의 컬러 이미지로 합치는 단계를 포함하되, 상기 각 컬러 채널 별 이미지는, 상기 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 도출된 각 컬러 채널 별 최적 복원지점에 결상될 수 있다. 본 개시에 의하면, 색수차를 제거할 수 있어서 보다 선명하고 높은 품질의 홀로그램 이미지를 획득할 수 있다.
Description
본 개시는 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법 및 장치에 대한 것으로서, 홀로그램 광학계를 활용하여 색수차를 제거한 홀로그래픽 이미지를 재생하기 위한 기술에 대한 것이다.
최근 영화, 방송, 오락, 우주항공, 군사, 의료 등을 포함한 다양한 산업에서 가상현실, 증강현실 등과 같은 실감형 미디어에 대한 관심이 증가함에 따라, 3차원 입체 영상 디스플레이 기술에 대한 연구가 진행되고 있다.
사람의 눈에 실제로 물체가 존재하는 것과 동일한 효과를 주기 위하여, 3차원 물체의 파면 정보를 기록 및 재현하는 홀로그래피(Holography) 기술이 고안된 바 있다. 홀로그래피 기술이란 빛의 세기 정보만을 기록하는 일반적인 사진 기술과는 달리 물체에서 전파된 빛의 진폭, 위상 정보를 취득하여 기록하는 것이 특징인 기술이다. 현재까지는 가시광의 진폭 및 위상 정보를 직접 기록할 수 있는 센서가 없기 때문에, 가시광의 진폭 및 위상 정보의 취득 시 빛의 간섭 현상을 통해 관련 정보를 간접적으로 취득하여 홀로그램을 생성한다. 간섭은 물체의 표면으로부터 반사되어 나오는 물체광 및 렌즈로 확산된 참조광의 두 광파가 상호작용해 나타나는 현상을 의미하는데, 인공적으로 진폭과 위상이 정렬된 빛인 레이저를 사용하지 않으면 간섭무늬 획득이 어려우므로, 최근까지 홀로그래피 기술에는 레이저가 주로 사용되었다.
그러나, 이러한 레이저를 사용하는 경우, 레이저 이외의 다른 빛을 모두 차단해야 하므로, 실질적으로 외부 환경에서 홀로그램을 촬영 기록할 수 없다는 문제점이 있다.
종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 개시는 형광등, 전구, LED 및 자연광 조건에서도 촬영이 가능한 홀로그래피 기술을 기반으로 한 이미지 생성 방법 및 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 개시는 회절렌즈를 이용하여, 색수차를 제거한 홀로그램 이미지를 재생하는 데 목적이 있다.
또한, 본 개시는 홀로그램 재생을 위한 소자 수준을 개선하는 데 목적이 있다.
또한, 본 개시는 회절렌즈를 이용한 홀로그래픽(holographic) 이미지 생성 시스템을 통한 광학 계측 장비 및 카메라 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 개시의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 개시의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 개시의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법은 대상 물체로부터 전파되는 광선으로부터 추출된 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 각 컬러 채널 별 이미지를 결상하는 단계, 상기 결상된 각각의 이미지를 하나의 컬러 이미지로 합치는 단계를 포함하되, 상기 각 컬러 채널 별 이미지는, 상기 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 도출된 각 컬러 채널 별 복원지점에 결상될 수 있다.
한편, 상기 복소 홀로그램 데이터는 상기 대상 물체를 촬영한 원본 이미지로부터 추출된 편광 별, 컬러 채널 별 간섭 무늬를 기반으로 생성될 수 있다.
한편, 상기 복소 홀로그램 데이터는 상기 간섭 무늬를 기반으로 각 컬러 채널 별로 광원에 대한 정보 및 쌍영상 정보를 제거함으로써 도출될 수 있다.
한편, 상기 간섭 무늬는 프레넬 회절 기법(Fresnel Diffraction method)을 기반으로 기록될 수 있다.
한편, 상기 간섭 무늬는 각 픽셀별로 서로 다른 위상 값을 갖는 편광판을 포함하는 컬러 편광 이미지 센서에 의해 기록될 수 있다.
한편, 상기 원본 이미지는 raw, bmp 혹은 png 이미지 중 한 이미지일 수 있다.
한편, 상기 각 컬러 채널 별 이미지는, 상기 간섭 무늬를 이용하여 프레넬 회절 기법(Fresnel diffraction method)을 기반으로 결상될 수 있다.
한편, 상기 각 컬러 채널 별 이미지는, 상기 간섭 무늬를 이용하여 각 스펙트럼 기법(Angular Spectrum method)을 기반으로 결상될 수 있다.
한편, 상기 각 채널 별 복원 지점은 다른 컬러 채널의 중심 파장과 결상 거리를 기반으로 도출될 수 있다.
한편, 상기 광선은 하나의 선형 편광 상태를 갖도록 변조될 수 있다.
한편, 상기 하나의 선형 편광 상태를 갖는 광선은, 회절 렌즈에 의해 일부는 양의 곡률을, 일부는 음의 곡률을 갖도록 변조될 수 있다.
한편, 상기 회절 렌즈는, 메타 렌즈 혹은 기하학적 위상 렌즈 중 하나일 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치는 신호를 송수신하는 송수신부, 상기 송수신부를 제어하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는, 대상 물체로부터 전파되는 광선으로부터 추출된 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 각 컬러 채널 별 이미지를 결상하고, 상기 결상된 각각의 이미지를 하나의 컬러 이미지로 합치되, 상기 각 컬러 채널 별 이미지는, 상기 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 도출된 각 컬러 채널 별 복원지점에 결상될 수 있다.
한편, 상기 복소 홀로그램 데이터는 상기 대상 물체를 촬영한 원본 이미지로부터 추출된 편광 별, 컬러 채널 별 간섭 무늬를 기반으로 생성될 수 있다.
한편, 상기 복소 홀로그램 데이터는 상기 간섭 무늬를 기반으로 각 컬러 채널 별로 광원에 대한 정보 및 쌍영상 정보를 제거함으로써 도출될 수 있다.
한편, 상기 간섭 무늬는 각 픽셀별로 서로 다른 위상 값을 갖는 편광판을 포함하는 컬러 편광 이미지 센서에 의해 기록될 수 있다.
한편, 상기 광선은 하나의 선형 편광 상태를 갖도록 변조되고, 회절 렌즈에 의해 일부는 양의 곡률을, 일부는 음의 곡률을 갖도록 변조될 수 있다.
한편, 상기 각 컬러 채널 별 복원 지점은 다른 컬러 채널의 중심 파장과 결상 거리를 기반으로 도출될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템은 대상 물체로부터 전파된 광선을 선형 편광 상태로 정의하기 위한 편광판, 상기 편광판으로부터 상기 선형 편광 상태로 정의된 광선을 양 혹은 음의 곡률을 갖도록 변조하는 회절 렌즈, 상기 변조된 광선을 기반으로 서로 다른 위상을 갖도록 회전된 편광판을 통해 간섭 무늬를 기록하는 컬러 편광 이미지 센서; 및 상기 간섭 무늬를 기반으로 획득된 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 결상된 각 컬러 채널 별 이미지를 합쳐 풀컬러 홀로그램을 생성하는 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치를 포함할 수 있다.
한편, 상기 회절렌즈는 상기 컬러 편광 이미지 센서의 전면에 배치될 수 있다.
본 개시에 따르면, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법 및 장치의 구현을 기대할 수 있다.
또한, 본 개시에 따르면, 렌즈의 색분산 효과가 제거된 풀컬러 홀로그램을 획득할 수 있다.
또한, 본 개시에 따르면, 기존의 렌즈 광학계에 비해 두께와 무게가 현저하게 줄어든 렌즈 광학계를 제공할 수 있다.
또한, 본 개시에 따르면, 메타렌즈 및 기하학적 위상 렌즈를 포함한 차세대 렌즈 소자를 제공할 수 있다.
본 개시의 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 이하의 본 개시의 실시 예들에 대한 기재로부터 본 개시의 기술 구성이 적용되는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시에서 서술하는 구성을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 개시의 실시 예들로부터 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 본 개시에 적용 가능한 회절형 박막 렌즈에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 개시에 적용 가능한 메타렌즈 혹은 기하학적 위상렌즈에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 회절형 박막 렌즈가 적용된 자가 간섭 홀로그래피 시스템에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 단색 편광 이미지 센서의 구조에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 컬러 편광 이미지 센서의 픽셀 배열에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 회절형 박막 렌즈를 이용한 일반 이미지 생성 시스템의 광선 처리 과정에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 회절형 박막 렌즈를 이용한 홀로그래픽 이미지 생성 시스템의 광선 처리 과정에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 회절형 박막 렌즈를 이용한 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 컬러 편광 이미지 센서에서 복소 홀로그램을 획득하는 과정에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 대해 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 개시에 적용 가능한 메타렌즈 혹은 기하학적 위상렌즈에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 회절형 박막 렌즈가 적용된 자가 간섭 홀로그래피 시스템에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 단색 편광 이미지 센서의 구조에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 컬러 편광 이미지 센서의 픽셀 배열에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 회절형 박막 렌즈를 이용한 일반 이미지 생성 시스템의 광선 처리 과정에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 회절형 박막 렌즈를 이용한 홀로그래픽 이미지 생성 시스템의 광선 처리 과정에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 회절형 박막 렌즈를 이용한 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 컬러 편광 이미지 센서에서 복소 홀로그램을 획득하는 과정에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 대해 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치에 대해 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 개시의 실시 예를 설명함에 있어서 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 도면에서 본 개시에 대한 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 개시에 있어서, 서로 구별되는 구성요소들은 각각의 특징을 명확하게 설명하기 위함이며, 구성요소들이 반드시 분리되는 것을 의미하지는 않는다. 즉, 복수의 구성요소가 통합되어 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있고, 하나의 구성요소가 분산되어 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있다. 따라서, 별도로 언급하지 않더라도 이와 같이 통합된 또는 분산된 실시 예도 본 개시의 범위에 포함된다.
본 개시에 있어서, 다양한 실시 예에서 설명하는 구성요소들이 반드시 필수적인 구성요소들을 의미하는 것은 아니며, 일부는 선택적인 구성요소일 수 있다. 따라서, 일 실시 예에서 설명하는 구성요소들의 부분집합으로 구성되는 실시 예도 본 개시의 범위에 포함된다. 또한, 다양한 실시 예에서 설명하는 구성요소들에 추가적으로 다른 구성요소를 포함하는 실시 예도 본 개시의 범위에 포함된다.
본 개시에 있어서, 회절형 박막 렌즈는 회절 렌즈와 혼용될 수 있다.
본 개시에 있어서, 홀로그래피 이미지 생성 기술은 홀로그램 이미지 재생 기술과 혼용될 수 있다.
도 1은 본 개시에 적용 가능한 회절형 박막 렌즈에 대해 설명하기 위한 도면이며 도 2는 본 개시에 적용 가능한 메타렌즈 및 기하학적 위상 렌즈에 대해 설명하기 위한 도면이다. 보다 상세하게는, 회절형 박막 렌즈의 광학적 특성에 따른 색분산 효과의 예를 설명하기 위한 도면이다.
일반적으로, 렌즈는 매질의 두께를 조절해 굴절율의 차이를 만들어 입사하는 파면을 변조하여 광선이 수렴하거나 발산하게 한다. 비록 광선의 파장에 따른 굴절율 변화로 인해 일반 렌즈에서도 색분산 효과에 따른 색수차가 나타나지만 정도가 크게 심하지 않으며, 비구면 설계, 더블릿 렌즈 등으로 색수차를 완화할 수 있다.
한편, 메타렌즈나 기하학적 위상 렌즈와 같은 대표적인 회절형 박막 렌즈는 나노 스케일(nano-scale)의 금속 막대, 혹은 액정의 이차원적 배향각을 공간 별로 달리해 파면의 위상을 변조시키는 것이 특징이다. 회절형 박막 렌즈는 입사하는 빛의 원편광 상태에 따라 볼록 혹은 오목 렌즈와 같은 기능을 수행할 수 있으며, 선형 편광된 빛이 입사하면 절반은 수렴하고 나머지 절반은 발산하는 광학적 특징을 가진다.
이때, 메타렌즈, 기하학적 위상렌즈 등의 회절효과를 이용한 박막렌즈에서는 회절 격자의 주기가 특정 파장에 대해 고정된 값을 가지고 형성되기 때문에, 다른 파장의 빛이 들어올 경우에는 일반 렌즈와 마찬가지로 파장 별로 초점거리가 변하는 색수차 현상을 보인다. 이 때, 색수차 효과는 일반 렌즈를 사용할 때 보다 더 크게 나타날 수 있어서, 이러한 회절형 박막 렌즈를 이미지 생성 용도로 사용하면 삼원색에 따른 결상 위치가 서로 달라져 배율 역시 달라질 수 있다는 문제점이 발생할 수 있다. 삼원색에 따른 결상 위치가 서로 달라져 배율이 달라지면, 홀로그램 이미지의 품질을 저하시키는 원인이 될 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 개시에서는 회절형 박막 렌즈를 사용하면서도 색수차 효과를 제거한 홀로그램 이미지를 재생하기 위한, 홀로그래픽 이미지 생성(홀로그래픽 이미징, Holographic Imaging) 기술을 제안한다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예들에 대해서 상세히 설명한다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 회절형 박막 렌즈가 적용된 자가 간섭 홀로그래피 이미지 생성 시스템에 대해 설명하기 위한 도면이다. 보다 상세하게는, 홀로그래픽(holographic) 이미지를 위한 회절형 박막 렌즈를 파면 변조기로 이용하여 자가간섭 디지털 홀로그래피 이미지 생성 시스템의 구조와 작동 방식에 대해 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예로서, 자가간섭 홀로그래픽 이미지 생성 시스템은 촬영 대상인 물체(301), 회전 편광판(302), 회절형 박막렌즈(303), 고정 편광판(304) 및 이미지 센서(305)를 포함할 수 있다.
촬영 대상인 물체(301)에 반사된 물체광 및 참조광이 회전 편광판(302)에 입사되면, 회전 편광판을 통해 광선에 기하학적 위상의 변화를 부여할 수 있다. 이에 따르면, 위상 지연이 아닌 기하학적 위상의 변화 만으로 파면 분리/변조 및 위상 변이를 모두 구현할 수 있다.
한편, 일 실시예로서 회전 편광판(302) 및/혹은 고정 편광판(304)은 이미지 센서의 픽셀에 대하여 2 x 2의 단위 구성을 가질 수 있다. 또한, 일 실시예로서, 고정 편광판(304)과 이미지 센서(305)는 하나의 편광 이미지 센서로 구현되는 것도 가능한데, 이에 대하여는 도 4 및 도 5를 참조하여 더욱 상세하게 설명할 것이다.
일 실시예로서, 자가간섭(Self-interference) 홀로그래픽 이미지 생성 시스템에 의하면 물체로부터 발광, 반사된 입사광을 공간적, 혹은 편광상태에 따라 나누는 자가 참조 방식으로 간섭 무늬를 획득할 수 있으며, 획득된 간섭 무늬를 기반으로 홀로그래픽 이미지를 생성할 수 있다. 나뉘어진 광파는 간섭계, 혹은 편광 변조기의 영향을 받아 서로 다른 곡률을 가진 파면으로 변조되어 전파되고 이미지 센서 상에서 간섭 무늬를 형성한다. 이때의 간섭은 동일한 시공간에서 출발한 빛에서 기인한 쌍둥이 광파끼리 일어나기 때문에 광원의 조건에서 자유로울 수 있다. 따라서 형광, 전구, LED, 혹은 자연광 조건에서 촬영이 가능할 수 있다.
또한, 자가간섭 홀로그래피 시스템에 의하면, 진행 방향이 동일한 두 광파 간에 간섭이 발생하는 경우, 복소 홀로그램, 광원의 정보, 홀로그램의 쌍영상에 대한 정보가 획득될 수 있다. 일 실시예로서, 이를 식으로서 나타내면, 하기 [식 1]과 같이 나타날 수 있다.
[식 1]
상기 [식 1]에서 
및 
는 진행방향이 동일한 두 광파이고, 
는 복소 홀로그램이며, 
+ 
는 광원의 정보를, 
는 홀로그램의 쌍영상을 나타낼 수 있다.
한편, 홀로그래피 시스템의 이미지 센서의 해상도를 모두 활용하기 위해서는 간섭하는 두 광파(
, 
)의 진행방향이 같아야 상기 [식 1]과 같이 광원과 쌍영상 정보가 취득하고자 하는 복소 홀로그램에 겹쳐서 기록될 수 있다. 광원(
+ 
과 쌍영상 정보(
는 홀로그래픽 이미지, 즉 홀로그램을 재생할 시 마치 노이즈처럼 작용하여, 이미지의 품질을 떨어뜨리는 효과를 가져오는 바, 이를 제거하는 기술이 필요할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 [식 1]에서 필요한 정보, 즉 복소 홀로그램(
만을 추출하기 위해, 위상변이 홀로그래피 이미지 생성 기술을 이용할 수 있다. 위상변이 홀로그래피 이미지 생성 기법은 간섭하는 두 광파의 상대적인 위상차를 다르게 부여한 뒤 이를 합치는 데에 특징이 있다. 일 실시예로서, 간섭하는 두 광파에 위상차를 부여하기 위해서는 광 경로의 차이를 조절하거나, 위상 지연을 부여하거나, 혹은 상기에서 언급한 바와 같은 편광판의 회전을 통한 기하학적 위상을 조절하는 방법을 이용할 수 있다.
한편, 일 실시예로서, 하기 [식 2]는 대표적인 4단계 위상변이 홀로그래피 기법에 대한 식이며, 4단계 위상변이 홀로그래피 기법에 의하면 두 광파의 상대적인 위상차는 0도, 90도, 180도, 270도로 부여될 수 있다.
[식 2]
일 실시예로서, 상기 [식 2]의 
는 상기 [식 1]에서와 마찬가지로 복소 홀로그램을 의미하며, 
는 실수이고, 
는 
만큼의 위상 차를 갖는 간섭 무늬를 의미할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 [식 1] 및 [식 2]를 통해 획득된 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 편광별, 컬러별 간섭 무늬를 생성하고, 생성된 간섭 무늬를 기반으로 홀로그래픽 이미지를 생성할 수 있는데, 이에 대하여는 하기에서 다른 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명할 것이다.
한편, 상기 [식 1], [식 2] 및 위상변이 홀로그래피 기법의 단계는 본 개시의 일 실시예에 해당할 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 단색 편광 이미지 센서의 픽셀 구조를 설명하기 위한 도면이다. 보다 상세하게는, 마이크로 렌즈 배열(401)과 대상 물체의 편광 정보까지 획득하기 위하여 편광판 배열(Polarizer Array)(402)이 부착된, 포토다이오드(Photodiodes)(403)가 2차원으로 배열된 구조를 갖는 이미지 센서의 픽셀 구조를 나타낸 도면이다.
일 실시예로서, 편광판 배열(402) 위에는 마이크로렌즈 배열(Microlens Array)(401)이 부착될 수 있다. 예를 들어, 편광판 배열은 픽셀에 대하여 2 x 2의 구성을 갖도록 구성될 수 있으며, 각각의 편광판은 0도, 45도, -45도, 90도만큼 회전되어 있을 수 있는데, 이는 상기에서 언급한 바와 같이 광파의 기하학적 위상을 조절하기 위한 것이다. 한편, 각각의 편광판이 회전된 정도는 일 실시예에 해당하며, 상기의 예에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예로서, 도 4와 같은 편광 이미지 센서는 홀로그래픽 이미지 생성 시스템 혹은 장치에 포함될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 이미지 생성 시스템 및 장치에 대하여는 하기에서 도 6 내지 도 11을 참조하여 더욱 상세하게 설명할 것이다.
한편, 도 4의 이미지 센서는 단색 편광 이미지 센서로서, 컬러 편광 이미지 센서는, 예를 들어, 도 4의 이미지 센서에 컬러 필터가 추가적으로 부착된 것을 의미할 수 있다. 컬러 편광 이미지 센서에 대하여는 하기에서 도 5를 참조하여 더욱 상세하게 설명할 것이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 편광 이미지 센서의 픽셀 배열을 설명하기 위한 도면이다. 보다 상세하게는, 편광판 배열과 더불어 컬러 필터가 부착된 컬러 편광 이미지 센서의 픽셀 배열을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예로서, 컬러 편광 이미지 센서의 경우 대상 물체에 대한 한번의 촬영으로 네 가지 편광 성분을 세 가지 색상 채널(예를 들어, R, G, B)로 표현할 수 있다(예를 들어, R, G, G, B). 이 때 각각의 색상 채널은 예를 들어 네 개의 픽셀로 구성될 수 있으며 각각의 픽셀은 서로 다른 와이어 그리드(wire-grid) 방향을 기반으로 할 수 있다. 일 실시예로서, 이에 따르면, 총 네 가지 편광 성분은 RGGB로 표현될 수 있으며, 열 여섯 개 픽셀로 이루어질 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 회절형 박막 렌즈를 이용한 일반 이미지 생성 시스템의 광선 처리 과정에 대해 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 회절형 박막 렌즈를 이용한 홀로그래픽 이미지 생성(holographic imaging, holographic image generating) 시스템의 광선 처리 과정에 대해 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예로서, 도 6의 일반 이미지 생성 시스템에는 대상 물체(603)와 입사되는 주 광선(Chief ray)(602), 주변 광선(Marginal ray)(601) 및 회절 렌즈(604)가 도시되어 있다.
일 실시예로서, 대상 물체(603)로부터 물체광이 회절 렌즈(604)에 입사된다고 가정한다. 이 때, 주 광선(602)과 주변 광선(601)이 발생하게 되며, 모두 회절 렌즈(604)에 입사되면서 색분산이 발생할 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 도 6에 나타난 메타렌즈, 기하학적 위상 렌즈와 같은 회절형 박막 렌즈(604)는 회절 특성이 파장 의존성을 갖고 있어 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 과정에서 컬러 채널 별 각 색상(예를 들어, R, G, B)이 동일한 결상 면에 결상되지 못하는(
), 즉 색수차가 있는 결과를 유발할 수 있다. 색수차는 전체적인 이미지의 품질을 저하시키는 요인이 되는 바, 색수차를 상쇄하기 위해, 도 7의 홀로그래픽 이미지 생성 시스템을 구현할 수 있다.
일 실시예로서, 도 7의 홀로그래픽 이미지 생성 시스템은 대상 물체(702), 주 광선(701), 회절 렌즈(703), 이미지 센서(704)를 포함할 수 있다. 이미지 센서 이전의 공간은 홀로그램 기록 공간(Recording Space)일 수 있으며, 이미지 센서 이후로는 복소 홀로그램을 기반으로 한 재생 공간(Reconstruction Space)으로 구성될 수 있다.
도 7의 홀로그래픽 이미지 생성 시스템을 이용하더라도, 회절형 박막 렌즈를 통과한 광파에는 주변 광선(marginal ray)이 발생하게 되는데, 주변 광선의 발산 혹은 수렴 정도는 광선의 파장에 따라 달라질 수 있지만 주 광선(chief ray)은 반드시 렌즈의 중심을 통과하기 때문에 모든 파장에 대한 주 광선은 렌즈를 통과한 이후에도 동일한 경로를 통과할 수 있다. 이 때, 렌즈를 통과한 광선이 이미지 센서에 도달하도록 이미지 센서를 렌즈 이후에 배치하면, 각 파장에 대한 주 광선은 모두 이미지 센서의 동일한 위치에 도달하게 될 수 있다.
일 실시예로서, 모두 동일한 위치에 도달한 각 파장에 대한 주 광선을 프레넬 회절(Fresnel Diffraction)을 기반으로 한 홀로그램으로 기록 시, 간섭 무늬는 프레넬 무늬로서 기록되고, 모두 동일한 지점에 형성될 수 있다. 이를 수치적으로 복원할 경우 모든 색상에 대해 동일한 배율의 이미지를 획득할 수 있으므로, 색수차가 제거된 풀컬러 홀로그래픽 이미지를 획득할 수 있다.
한편, 일 실시예로서, 도 7의 홀로그래픽 이미지 생성 시스템의 이미지 센서는 도 5의 컬러 편광 이미지 센서일 수 있다.
한편, 일 실시예로서, 도 7의 광선 처리 과정을 수행하는 홀로그래픽 이미지 생성 시스템은 도 8 및 도 11의 회절형 박막 렌즈를 이용한 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템일 수 있다.
또한, 일 실시예로서, 도 6 내지 도 7에는 도시되지는 않았으나, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치가 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템에 포함될 수 있는데, 이는 도 8 및 도 11의 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치에 해당할 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 회절형 박막 렌즈를 이용한 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템에 대해 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예로서, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템은 대상 물체와 대물 렌즈(801), 편광판(802), 회절 렌즈(803) 및 컬러 편광 이미지 센서(804) 및 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치(805)를 포함할 수 있다. 이 때, 회절 렌즈는 회절형 박막 렌즈일 수 있으며, 상기에서 언급한 메타렌즈나 기하학적 위상 렌즈를 포함한다.
한편, 도 8은 본 개시의 일 실시예에 해당하므로, 각각의 렌즈, 편광판, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 센서, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치의 기능을 상세하고 명확하게 설명하기 위하여 그 형태나 구성을 임의로 분리하여 나타낸 것이다. 따라서, 도 8에 도시된 여러 요소가 하나의 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치에 포함될 수도 있으며, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치가 수행하는 기능이 풀컬러 홀로그래픽 이미지 센서에 의해 모두 수행되는 것도 가능하다. 즉, 다양한 방식으로 하나 이상의 하드웨어 혹은 소프트웨어적 구성으로 구현되는 것이 가능하다.
한편, 컬러 편광 이미지 센서(804)는 상기에서 도 5를 참조하여 설명한, 컬러 필터를 부착한 편광 이미지 센서 일 수 있다. 또한, 컬러 필터를 제외한 편광 이미지 센서의 구조는 도 4에서 언급한 이미지 센서의 구조를 포함한다.
일 실시예로서, 대상 물체의 촬영이 진행된 후 물체가 존재하는 곳, 즉 물체점에서 출발한 구면파는 대물 렌즈(801)를 거쳐 시스템으로 입사되고 편광판(802)에 의해 하나의 선형 편광 상태로 정의될 수 있다. 회절 렌즈(803)를 거치며 입사된 편광의 절반은 양의, 나머지 절반은 음의 곡률을 갖도록 변조될 수 있다. 이후, 컬러 편광 이미지 센서(804)의 편광판을 통과하면 센서 면 상에서 간섭에 따른 밝기 정보가 원본 이미지로 기록될 수 있다.
일 실시예로서, 컬러 편광 이미지 센서(804)는 편광판을 포함할 수 있으며, 이는 상기에서 도 5를 참조하여 언급한 바와 같이 픽셀에 대하여 2 x 2 구성일 수 있다. 또한, 편광판은 각 픽셀에 대하여 0도, 45도, 90도, 135도로 회전된 것을 포함할 수 있다. 편광판의 상대적인 각도에 따라 서로 다른 위상의 간섭무늬가 원본 이미지에 서로 다른 밝기 값으로 기록된다. 한편, 각 편광판의 서로 다른 설정 각도 값은 일 실시예에 해당하므로, 상기에서 설명한 각도와 다른 각도 값을 가질 수 있다.
이후, 컬러 편광 이미지 센서(804)에 의해 원본 이미지로부터 편광 별, 컬러 채널 별 간섭 무늬를 추출할 수 있다. 이 때, 원본 이미지는, 예를 들어, raw 이미지(raw image)일 수 있으며, bmp, png 이미지 중 하나일 수 있다. 또한 일 실시예로서, 편광 별, 컬러 별 간섭 무늬는 적어도 하나 이상 추출될 수 있으며, 예를 들어, 열 두 장 추출될 수 있다. 일 실시예로서 간섭 무늬는 상기에서 설명한 자가간섭 홀로그래피 이미지 생성 기법을 포함한 홀로그래피 이미지 생성 기법을 기반으로 추출된 것일 수 있다. 일 실시예로서, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 센서(803)는 추출된 편광별, 컬러별 간섭무늬는 각 컬러 채널 별로(예를 들어, R, G, B) 광원에 관련한 정보 및 쌍영상 정보를 제거해 복소의 홀로그램 데이터를 도출할 수 있다. 이는, 상기에서 설명한 [식 1] 및 [식 2]에 근거할 수 있다. 한편, 상기 [식 2]는 일 예로서 4단계 위상변이 기법에 근거하여 작성된 것이므로, 임의의 n 단계 위상변이 기법에 근거하여 작성된 다른 수식에 의해 복소 홀로그램 데이터를 도출하는 것도 가능하다. 컬러 편광 이미지 센서에서 원본 이미지로부터 복소 홀로그램 데이터를 획득하는 과정에 대하여는, 도 9를 참조하여 더욱 상세하게 설명할 것이다.
풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치(805)는 컬러 편광 이미지 센서로부터 획득된 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 풀컬러 홀로그래픽 이미지를 재생(reconstruct)할 수 있다. 예를 들어, 각스펙트럼 기법(angular spectrum method)이나 프레넬 회절 기법(Fresnel diffraction method) 등을 이용하여 각 컬러 채널 별 최적 복원지점에 이미지를 결상시킬 수 있다. 일 실시예로서, 한 컬러 채널의 중심 파장 
에 대한 이미지 결상 거리 
가 획득되었거나, 이미 알려진 값인 경우, 다른 컬러 채널의 중심 파장 
에 대한 이미지 결상 거리 
는 하기의 [식 4]와 같이 결정될 수 있다.
[식 4]
이때, 결상 거리 
, 
및 다른 컬러 채널에 대한 이미지 결상 거리인 
가 각 컬러 채널 별 최적 복원 지점에 해당할 수 있다. 각 컬러 채널 별로 이미지를 결상한 뒤 이들을 하나의 컬러 이미지로 합쳐주면, 색수차 효과가 사라진 선명한 풀컬러 이미지를 획득할 수 있다.
한편, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치의 일 실시예에 대하여는 도 11을 참조하여 더욱 상세하게 설명할 것이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 컬러 편광 이미지 센서에서 복소 홀로그램을 획득하는 과정에 대해 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예로서, 도 9의 컬러 편광 이미지 센서는 도 5의 컬러 편광 이미지 센서일 수 잇으며 도 4의 편광판 어레이를 포함하는 단색 편광 이미지 센서에 더불어 컬러 필터까지 같이 부착된 컬러 편광 이미지 센서일 수 있으며, 도 8의 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템에 포함되는 이미지 센서일 수 있다.
또한, 일 실시예로서, 도 9의 복소 홀로그램이 획득되는 과정이 수행되기 이전에, 도 8에서 설명한 것과 동일한 과정이 앞서 수행되었을 수 있다. 즉, 도 9의 복소 홀로그램은 원본 이미지로부터 추출된 편광별, 컬러별 간섭 무늬를 기반으로 할 수 있다.
대상 물체를 촬영한 원본 이미지는 예를 들어, raw 이미지(raw image)일 수 있으며, bmp, png 이미지 중 하나일 수 있다. 일 실시예로서, 원본 이미지는 상기에서 도 5 및 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이, 간섭에 따른 밝기 정보를 기반으로 생성된 것일 수 있다. 간섭에 따른 밝기 정보는 컬러 편광 이미지 센서에 의해 획득될 수 있다. 일 실시예로서, 컬러 편광 이미지 센서는 네 가지 편광 성분이 세 가지 색상(예를 들어, R, G, B)으로 표현(예를 들어, R, G, G, B)할 수 있다. 이 때, 편광판은 각각 서로 다른 위상 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 0도, 45도, 90도, 135도 위상 값을 각각 가질 수 있다.
일 실시예로서, 컬러 편광 이미지 센서는 동일한 위상을 갖는 편광 성분을 구분하여, 간섭에 따른 밝기 정보를 획득할 수 있다. 일 실시예로서, 간섭에 따른 밝기 정보를 기반으로 획득된 원본 이미지(예를 들어, raw, bmp, png 이미지)를 통해, [식 3]을 이용하여 복소 홀로그램 데이터(
)를 획득할 수 있다. 예를 들어, [식 3]은 [식 2]를 기반으로 하여 하기와 같이 변경될 수 있다.
[식 3]
일 실시예로서, [식 3]의 
는 상기 [식 2]에서와 마찬가지로 복소 홀로그램을 의미하며, 
는 실수이고, 
는 
만큼의 위상 차를 갖는 간섭 무늬를 의미할 수 있다. [식 3]을 기반으로 획득된 복소 홀로그램 데이터는 컬러 채널 별로 광원에 관련한 정보 및 쌍영상 정보가 제거된 상태일 수 있다. 이를 기반으로 컬러 채널 별로 각 성분을 취합할 수 있다(디모자이킹, demosaicing).
이후, 본 개시의 일 실시예에 따른 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치 혹은 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템에 의하면 상기와 같이 컬러 편광 이미지 센서의 각 컬러 채널 별로 취합된 성분을 기반으로, 상기 도 8에서 설명한 각 컬러 채널 별 최적 복원 지점에 따라 이미지를 결상(각 컬러 채널 별로 이미지를 결상)할 수 있다. 이후, 각 컬러 채널 별 결상된 이미지를 하나의 컬러 이미지로 합쳐줄 수 있다. 이에 따르면, 결과적으로 색수차 효과가 사라진 선명한 풀컬러 이미지를 획득할 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예로서, 도 10의 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법은 도 8 내지 도 9의 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템 혹은 도 11의 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 상기의 설명은 도 10의 내용과 배치되지 않는 한, 도 10의 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법에도 적용될 수 있다.
일 실시예로서, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템 혹은 장치는, 대상 물체로부터 전파되는 광선으로부터 추출된 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 각 컬러 채널 별 이미지를 결상(S1001)할 수 있다. 한편, 상기 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 도출된 각 컬러 채널 별 최적 복원지점에 결상될 수 있다.
한편, 결상(S1001) 단계에서의 복소 홀로그램 데이터는 컬러 편광 이미지 센서에 의해 획득된 간섭 무늬를 기반으로 도출된 것일 수 있다. 간섭 무늬는 대상 물체로부터 전파되는 광선을 기반으로 기록된 것일 수 있는데, 예를 들어, 대상 물체로부터 전파된 광선은 대물렌즈, 편광판, 회절 렌즈 및 컬러 편광 이미지 센서를 거친 것일 수 있다. 일 실시예로서, 상기 회절 렌즈는, 메타 렌즈 혹은 기하학적 위상 렌즈 중 하나일 수 있다. 일 실시예로서, 대상 물체에서 출발한 구면파는 대물렌즈를 거쳐 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템으로 입사될 수 있고, 편광판에 의해 하나의 선형 편광 상태로 정의될 수 있다. 이후 회절렌즈를 거치며 절반은 양의, 나머지 절반은 음의 곡률을 갖도록 변조될 수 있다. 이후 편광 이미지 센서의 각 픽셀에 부착된 서로 다른 위상 값(예를 들어, 2 x 2 구성의 0, 45, 90, 135도의 편광판)을 통과하면 센서 면 상에서 간섭에 따른 밝기 정보가 기록될 수 있다. 이러한 간섭에 따른 밝기 정보는, 원본 이미지를 획득하는 데 사용되거나 원본 이미지에 포함될 수 있다.
이후 원본 이미지(예를 들어, raw, bmp 혹은 png 이미지)로부터 편광별, 컬러별 간섭무늬를 추출할 수 있다. 즉, 상기 간섭 무늬는 각 픽셀별로 서로 다른 위상 값을 갖는 편광판을 포함하는 컬러 편광 이미지 센서에 의해 기록될 수 있다. 이때, 간섭 무늬는 프레넬 회절(Fresnel Diffraction)을 기반으로, 프레넬 무늬로서 기록된 것일 수 있다. 간섭 무늬를 기반으로 각 컬러 채널 별(예를 들어, R, G, B)로 광원에 대한 정보 및 쌍영상 정보를 제거해 복소의 홀로그램 데이터를 만들 수 있다.
이후, 예를 들어, 각 스펙트럼 기법(angular spectrum method)이나 프레넬 회절 기법(Fresnel diffraction method) 등을 이용하면 각 컬러별 최적 복원지점에 각 컬러 채널 별 이미지를 결상 시킬 수 있다. 일 실시예로서, 각 컬러별 최적 복원 지점은, 다른 채널의 중심파장과 결상 거리를 기반으로 도출될 수 있으며, 이는 상기 [식 4]와 동일할 수 있다.
각 컬러 채널 별 최적 복원 지점에 이미지가 결상된 이후에는, 결상된 이미지 각각을 하나의 컬러 이미지로 합칠 수 있다(S1002). 각 컬러 채널별로 이미지를 결상한 뒤 이들을 하나의 컬러 이미지로 합쳐주면 색수차 효과가 사라진 풀컬러 이미지를 획득할 수 있다.
한편, 도 10의 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법은 본 개시의 일 실시예에 해당하므로, 다른 과정이 추가되거나 과정의 순서가 변경될 수 있으며, 도 10에 한정되는 것은 아니다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치에 대해 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예로서, 도 11의 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치는 도 8 내지 도 9의 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템에 포함될 수 있으며, 도 10의 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법을 수행할 수 있다. 따라서, 상기의 설명은 도 11의 내용과 배치되지 않는 한, 도 11의 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치에도 적용될 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치(1101)는 신호를 송수신하는 송수신부(1102), 송수신부를 제어하는 프로세서(1103)를 포함할 수 있다. 한편, 도 11은 본 개시의 일 실시예에 해당하므로, 송수신부 및 프로세서는 다른 이름의 하드웨어 및/혹은 소프트웨어로 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로세서가 수행하는 기능들은 이미지 결상부 및/혹은 이미지 결합부 등과 같은 하나 이상의 구성으로도 구현될 수 있다.
일 실시예로서, 신호를 송수신하는 송수신부(1102)는 대상 물체로부터 전파되는 광선과 관련된 신호를 수신하거나, 프로세서(1103)가 각 컬러 채널 별로 이미지를 결상하고, 이를 하나의 컬러 이미지로 합치는데 필요한 신호를 모두 송수신할 수 있다. 예를 들어, 복소 홀로그램 데이터나 간섭 무늬 및 간섭 무늬를 도출하는데 필요한 원본 이미지 등을 수신할 수 있다. 또한, 프로세서(1103)에 의해 도출되는 신호를 송신할 수 있다. 예를 들어, 각 컬러 채널 별로 결상된 이미지나, 결합된 하나의 컬러 이미지 등을 송신할 수 있다.
일 실시예로서, 송수신부를 제어하는 프로세서(1103)는 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템 혹은 장치는, 대상 물체로부터 전파되는 광선으로부터 추출된 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 각 컬러 채널 별 이미지를 결상할 수 있다. 한편, 상기 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 도출된 각 컬러 채널 별 최적 복원지점에 결상될 수 있다. 또한, 각 컬러 채널 별 최적 복원 지점에 이미지가 결상된 이후에는, 결상된 이미지 각각을 하나의 컬러 이미지로 합칠 수 있다. 일 실시예로서, 복소 홀로그램 데이터는 상기 대상 물체를 촬영한 원본 이미지로부터 추출된 편광 별, 컬러 채널 별 간섭 무늬를 기반으로 생성될 수 있으며, 상기 간섭 무늬를 기반으로 각 컬러 채널 별로 광원에 대한 정보 및 쌍영상 정보를 제거함으로써 도출된 것일 수 있다. 또한, 간섭 무늬는 각 픽셀별로 서로 다른 위상 값을 갖는 편광판을 포함하는 컬러 편광 이미지 센서에 의해 기록된 것일 수 있다. 또한, 광선은 하나의 선형 편광 상태를 갖도록 변조된 것일 수 있으며, 회절 렌즈에 의해 일부는 양의 곡률을, 일부는 음의 곡률을 갖도록 변조된 것일 수 있다. 또한, 상기 각 컬러 채널 별 최적 복원 지점은 다른 컬러 채널의 중심 파장과 결상 거리를 기반으로 도출될 수 있다. 프로세서(1103)가 각 컬러 채널 별 이미지를 결상하고, 결상된 이미지를 하나의 컬러 이미지로 합치는 과정에는 상기에서 다른 도면을 참조한 바와 동일한 설명이 적용될 수 있다.
한편, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치에는 컬러 편광 이미지 센서나 회절 렌즈 등이 추가적으로 포함될 수 있으며, 도 11의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 다양한 실시 예는 모든 가능한 조합을 나열한 것이 아니고 본 개시의 대표적인 양상을 설명하기 위한 것이며, 다양한 실시 예에서 설명하는 사항들은 독립적으로 적용되거나 또는 둘 이상의 조합으로 적용될 수도 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예는 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 그들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 또한, 하나의 소프트웨어가 아닌 하나 이상의 소프트웨어의 결합에 의해 구현될 수 있으며, 일 주체가 모든 과정을 수행하지 않을 수 있다. 예를 들어, 고도의 데이터 연산 능력 및 방대한 메모리를 요구하는 기계학습 과정은 클라우드나 서버에서 이루어지고, 사용자 측은 기계학습이 완료된 신경망만을 이용하는 방식으로 구현될 수도 있으며, 이에 한정되지 않음은 자명하다.
하드웨어에 의한 구현의 경우, 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 범용 프로세서(general processor), 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 범용 프로세서를 포함한 다양한 형태를 띨 수도 있다. 하나 혹은 그 이상의 결합으로 이루어진 하드웨어로 개시될 수도 있음은 자명하다.
본 개시의 범위는 다양한 실시 예의 방법에 따른 동작이 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행되도록 하는 소프트웨어 또는 머신-실행 가능한 명령들(예를 들어, 운영체제, 애플리케이션, 펌웨어(firmware), 프로그램 등), 및 이러한 소프트웨어 또는 명령 등이 저장되어 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행 가능한 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체(non-transitory computer-readable medium)를 포함한다.
이상에서 설명한 본 개시는, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 개시의 범위는 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
801: 대물 렌즈
802: 편광판
803: 회절 렌즈
804: 컬러 편광 이미지 센서
805: 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치
802: 편광판
803: 회절 렌즈
804: 컬러 편광 이미지 센서
805: 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치
Claims (20)
- 대상 물체로부터 전파되는 광선으로부터 추출된 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 각 컬러 채널 별 이미지를 결상하는 단계;
상기 결상된 각각의 이미지를 하나의 컬러 이미지로 합치는 단계; 를 포함하되,
상기 각 컬러 채널 별 이미지는,
상기 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 도출된 각 컬러 채널 별 복원지점에 결상되고,
상기 각 채널 별 복원 지점은
다른 컬러 채널의 중심 파장과 결상 거리를 기반으로 도출되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법.
- 제1 항에 있어서,
상기 복소 홀로그램 데이터는
상기 대상 물체를 촬영한 원본 이미지로부터 추출된 편광 별, 컬러 채널 별 간섭 무늬를 기반으로 생성되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 복소 홀로그램 데이터는
상기 간섭 무늬를 기반으로 각 컬러 채널 별로 광원에 대한 정보 및 쌍영상 정보를 제거함으로써 도출되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 간섭 무늬는
프레넬 회절(Fresnel Diffraction method)을 기반으로 프레넬 무늬로 기록되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 간섭 무늬는
각 픽셀별로 서로 다른 위상 값을 갖는 편광판을 포함하는 컬러 편광 이미지 센서에 의해 기록되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 원본 이미지는 raw, bmp, png 이미지 중 하나인, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법.
- 제2 항에 있어서,
상기 각 컬러 채널 별 이미지는,
상기 간섭 무늬를 이용하여 프레넬 회절 기법(Fresnel diffraction method)을 기반으로 결상되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법.
- 제2 항에 있어서
상기 각 컬러 채널 별 이미지는,
상기 간섭 무늬를 이용하여 각 스펙트럼 기법(Angular Spectrum method)을 기반으로 결상되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 광선은
하나의 선형 편광 상태를 갖도록 변조되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법.
- 제10 항에 있어서,
상기 하나의 선형 편광 상태를 갖는 광선은,
회절 렌즈에 의해 일부는 양의 곡률을, 일부는 음의 곡률을 갖도록 변조되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법.
- 제11 항에 있어서,
상기 회절 렌즈는,
메타 렌즈 혹은 기하학적 위상 렌즈 중 하나인, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법.
- 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치에 있어서,
신호를 송수신하는 송수신부;
상기 송수신부를 제어하는 프로세서;를 포함하되,
상기 프로세서는,
대상 물체로부터 전파되는 광선으로부터 추출된 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 각 컬러 채널 별 이미지를 결상하고, 상기 결상된 각각의 이미지를 하나의 컬러 이미지로 합치되,
상기 각 컬러 채널 별 이미지는,
상기 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 도출된 각 컬러 채널 별 복원 지점에 결상되고,
상기 각 채널 별 복원 지점은
다른 컬러 채널의 중심 파장과 결상 거리를 기반으로 도출되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치.
- 제13 항에 있어서,
상기 복소 홀로그램 데이터는
상기 대상 물체를 촬영한 원본 이미지로부터 추출된 편광 별, 컬러 채널 별 간섭 무늬를 기반으로 생성되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치.
- 제14 항에 있어서,
상기 복소 홀로그램 데이터는
상기 간섭 무늬를 기반으로 각 컬러 채널 별로 광원에 대한 정보 및 쌍영상 정보를 제거함으로써 도출되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치.
- 제14 항에 있어서,
상기 간섭 무늬는
각 픽셀별로 서로 다른 위상 값을 갖는 편광판을 포함하는 컬러 편광 이미지 센서에 의해 기록되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치.
- 제13 항에 있어서,
상기 광선은
하나의 선형 편광 상태를 갖도록 변조되고,
회절 렌즈에 의해 일부는 양의 곡률을, 일부는 음의 곡률을 갖도록 변조되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치.
- 삭제
- 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템에 있어서,
대상 물체로부터 전파된 광선을 선형 편광 상태로 정의하기 위한 편광판;
상기 편광판으로부터 상기 선형 편광 상태로 정의된 광선을 양 혹은 음의 곡률을 갖도록 변조하는 회절 렌즈;
상기 변조된 광선을 기반으로 서로 다른 위상을 갖도록 회전된 편광판을 통해 간섭 무늬를 기록하는 컬러 편광 이미지 센서; 및
상기 간섭 무늬를 기반으로 획득된 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 결상된 각 컬러 채널 별 이미지를 합쳐 풀컬러 홀로그램을 생성하는 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 장치;를 포함하고,
상기 각 컬러 채널 별 이미지는,
상기 복소 홀로그램 데이터를 기반으로 도출된 각 컬러 채널 별 복원지점에 결상되고,
상기 각 채널 별 복원 지점은
다른 컬러 채널의 중심 파장과 결상 거리를 기반으로 도출되는,
풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템.
- 제19 항에 있어서,
상기 회절렌즈는 상기 컬러 편광 이미지 센서의 전면에 배치되는, 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/166,424 US20210255584A1 (en) | 2020-02-18 | 2021-02-03 | Method and apparatus for generating full-color holographic image |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20200019498 | 2020-02-18 | ||
| KR1020200019498 | 2020-02-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210105282A KR20210105282A (ko) | 2021-08-26 |
| KR102532302B1 true KR102532302B1 (ko) | 2023-05-12 |
Family
ID=77465762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200157616A KR102532302B1 (ko) | 2020-02-18 | 2020-11-23 | 풀컬러 홀로그래픽 이미지 생성 방법 및 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102532302B1 (ko) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101801941B1 (ko) * | 2015-11-04 | 2017-11-27 | 한국전자통신연구원 | 홀로그램 생성 장치 및 방법 |
| KR20190099859A (ko) * | 2018-02-20 | 2019-08-28 | 경희대학교 산학협력단 | 자가간섭 디지털 홀로그래픽 시스템 |
-
2020
- 2020-11-23 KR KR1020200157616A patent/KR102532302B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20210105282A (ko) | 2021-08-26 |
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