KR102577686B1 - 홀로그램 생성 방법 - Google Patents

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Abstract

홀로그램 생성 방법이 개시된다. 홀로그램 생성 방법에서, 홀로그래픽 기반의 홀로그램을 생성하고, 생성한 홀로그램을 사용자-착용형 VR/AR 타입의 양안식 입체 영상으로 사용자에게 제공함으로써, 사용자에게 실시간 몰입감 및 3D 실감을 제공한다.

Description

홀로그램 생성 방법{HOLOGRAMS RECONSTRUCTION METHOD}
아래의 설명은 홀로그램 생성 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 광파동 간섭을 기반으로 사용자에게 착용이 가능하면서, 동시에 홀로그램을 디스플레이할 수 있는 VR/AR용 홀로그램 생성 방법에 관한 것이다.
홀로그래픽 디스플레이 기술은 물체를 3차원 공간에서 입체적으로 표현하는 것으로, 이상적인 완전 실감 3차원 디스플레이 기술이다. 구체적으로, 홀로그램 디스플레이 기술은 주어진 물체로 발생되는 파면(wave-front)을 그대로 재생함에 따라 사람의 눈에 실제로 그 물체가 존재하는 것과 동일한 효과를 주는 기술이다.
최근에는 3차원 디스플레이 기술이 발전함에 따라 완벽한 시차와 깊이로 물체를 표현함으로써, 조절-폭주(accommodation-convergence) 불일치 문제에 따른 눈의 피로감과 어지러움 증상이 없게 되었다. 더 나아가, 홀로그래픽 디스플레이 기술은 시점의 이동에 따라 실제 세계를 보는 것과 같은 자연스러운 영상을 시청할 수 있기 때문에 궁극의 3차원 디스플레이 기술로까지 발전해오고 있다. 하지만, 이러한 홀로그래픽 디스플레이 기술을 구현하기 위해서는 몇 가지 요구 사항들이 있다.
첫째, 홀로그래피용 360도 영상 콘텐츠는 다양한 실물 또는 CG를 기반으로 제작됨에 따라 데이터 량이 매우 크고, 실시간으로 영상 처리 및 이의 광학적 복원하는 기술이 매우 어렵다.
둘째, 홀로그래픽 디스플레이 기술은 연산 처리량에 대한 큰 부담으로 인해서 기존에 만들어진 영상을 복원하는 방식으로 개발되고 있어서 시청자로 하여금 영상을 수동적인 자세로 관찰할 수 있는 콘텐츠가 제작되고 있는 실정이다. 따라서 사용자와 콘텐츠 간의 상호작용 체험이 가능한 콘텐츠의 개발이 필요한 상태이다.
셋째, 홀로그래픽 디스플레이 기술은 홀로그래피용 콘텐츠를 디스플레이할 수 있는 기존 홀로그래픽 단말기들 또는 공간광변조기들 (SLMs, spatial light modulators)의 세기가 균일하고 가섭성이 우수한 광을 만들기 위해 복잡한 광학시스템이 요구됨에 따라 시스템의 부피가 크며, 일반적으로 광학 테이블 상에서 구축되고 있는 실정이다.
이에, 사용자가 용이하게 손으로 들을 수 있거나 사용자 얼굴에 쓸 수 있는 웨어러벌 타입이면서 무게가 가벼운 모바일형 홀로그래픽 단말기를 개발할 필요가 더욱 증대 되고 있다.
따라서, 개인 휴대형 모바일/웨어러블 디비이스 등에 응용에 적합하면서도 시청자에게 몰입감 및 3D 실감 증대 효과를 제공할 수 있는 사용자-착용형 홀로그램을 생성하는 방법이 요구된다.
본 발명은 3D 데이터 획득 및 사용자-복원되는 영상 간에 상호작용이 가능한 완전 입체 영상을 디스플레이할 수 있는 홀로그래픽 콘텐츠 제작 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치가 수행하는 홀로그램 생성 방법은 홀로그램을 생성하기 위한 장면 또는 객체의 영상 정보를 수집하고, 상기 영상 정보를 전처리하는 단계; 상기 전처리된 영상 정보를 기반으로 퓨리에 기반의 홀로그램을 생성하는 단계; 홀로그램을 복원하는 홀로그래픽 장치의 특성에 따라 상기 홀로그램의 포맷 구조를 보정하는 단계; 및 상기 보정된 홀로그램 중 적어도 2개 이상의 홀로그램이 쌍(Pair)으로 이루어진 홀로그램을 선택하여 상기 홀로그래픽 장치로 전달하는 단계를 포함하고, 상기 홀로그래픽 장치는, 상기 쌍으로 이루어진 홀로그램을 디코딩한 결과로 좌안 홀로그램과 우안 홀로그램을 3차원 공간 상에 각각 복원할 수 있다.
일실시예에 따른 영상 정보를 전처리하는 단계는, 장면 또는 객체에 대응하는 3D 정보, 컬러 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나의 영상 정보를 수집하는 단계; 영상 정보 내 복원 대상을 포함하는 영상 영역을 선택하고, 선택된 영상 영역의 노이즈를 제거하는 단계; 노이즈가 제거된 영상 영역에서 복원 대상의 방향, 위치, 특징 중 적어도 하나를 보정하는 단계; 및 복원 대상의 보정이 완료된 영상 정보를 포인트 클라우드 형태(Point Cloud) 또는, RGB-Depth 형태의 특정 포맷으로 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 홀로그램을 생성하는 단계는 퓨리에 기반의 특정 포맷에 대응하는 상기 전처리된 영상 정보를 컴퓨터에 의한 복소수(complex values) 홀로그램(CGH, computer-generating hologram)을 계산하여 계산된 홀로그램을 생성할 수 있다.
일실시예에 따른 홀로그램의 포맷 구조를 보정하는 단계는 상기 전처리된 영상 정보를 포함하는 3차원 공간을 홀로그램 면(Hologram Plane, H), 사용자의 관측면(Observing view-window Plane, VW) 및 계층화된 복수의 층(Layer)으로 조각화는 단계; 영상 정보를 저장한 특정 포맷을 고려하여 조각화된 영상 정보에 대응하는 퓨리에 기반의 홀로그램을 계산하는 단계; 및 홀로그래픽 장치로 전송하기 위한 전송 형태로 상기 계산된 홀로그램을 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 조각화는 단계는 상기 복원 대상의 표면을 나타내기 위해 연속적으로 분포된 포인트 클라우드의 3차원 좌표계를 이용하여 홀로그램 면, 관측면 및 복수의 층을 서로 평행하도록 조각화할 수 있다.
일실시예에 따른 홀로그래픽 장치로 전달하는 단계는 홀로그램 중에서 공간상의 위치와 광학 장치의 배치를 고려하여 사용자의 좌측 눈과 우측 눈 각각에 대응하는 좌안 및 우안으로 구성되는 한 쌍의 홀로그램을 선택하는 단계; 및 선택한 한 쌍의 홀로그램을 인코딩하여 상기 홀로그래픽 장치로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 인코딩은 상기 홀로그래픽 장치에 포함된 좌안 공간 변조 디스플레이 및 우안 공간 변조 디스플레이의 종류를 고려하여 진폭 변조 또는 위상 변조를 수행할 수 있다.
일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치는 홀로그램을 생성하기 위한 장면 또는 객체의 영상 정보를 수집하고, 상기 영상 정보를 전처리하는 전처리부; 상기 전처리된 영상 정보를 기반으로 퓨리에 기반의 홀로그램을 생성하는 홀로그램 생성부; 홀로그램을 복원하는 홀로그래픽 장치의 특성에 따라 상기 홀로그램의 포맷 구조를 보정하는 홀로그램 보정부; 및 상기 보정된 홀로그램 중 적어도 2개 이상의 홀로그램이 쌍(Pair)으로 이루어진 홀로그램을 선택하여 상기 홀로그래픽 장치로 전달하는 전달부를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 전처리부는 장면 또는 객체에 대응하는 3D 정보, 컬러 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나의 영상 정보를 수집하고, 영상 정보 내 복원 대상을 포함하는 영상 영역을 선택하고, 선택된 영상 영역의 노이즈를 제거하고, 노이즈가 제거된 영상 영역에서 복원 대상의 방향, 위치, 특징 중 적어도 하나를 보정하고, 복원 대상의 보정이 완료된 영상 정보를 포인트 클라우드 형태(Point Cloud) 또는, RGB-Depth 형태의 특정 포맷으로 저장할 수 있다.
일실시예에 따른 홀로그램 생성부는 상기 저장된 영상 정보의 특정 포맷에 대응하는 상기 전처리된 영상 정보를 컴퓨터에 의한 복소수(complex values) 홀로그램(CGH, computer-generating hologram)을 계산하여 계산된 홀로그램을 생성할 수 있다.
일실시예에 따른 홀로그램 보정부는 전처리된 영상 정보를 포함하는 3차원 공간을 홀로그램 면(Hologram Plane, H), 사용자의 관측면(Observing view-window Plane, VW) 및 계층화된 복수의 층(Layer)으로 조각화하고, 영상 정보를 저장한 특정 포맷을 고려하여 조각화된 영상 정보에 대응하는 퓨리에 기반의 홀로그램을 계산하고, 홀로그래픽 장치로 전송하기 위한 전송 형태로 상기 계산된 홀로그램을 결합할 수 있다.
일실시예에 따른 홀로그램 보정부는 복원 대상의 표면을 나타내기 위해 연속적으로 분포된 포인트 클라우드의 3차원 좌표계를 이용하여 홀로그램 면, 관측면 및 복수의 층을 서로 평행하도록 조각화할 수 있다.
일실시예에 따른 전달부는 홀로그램 중에서 공간상의 위치와 광학 장치의 배치를 고려하여 사용자의 좌측 눈과 우측 눈 각각에 대응하는 좌안 및 우안으로 구성되는 한 쌍의 홀로그램을 선택하고, 선택한 한 쌍의 홀로그램을 인코딩하여 상기 홀로그래픽 장치로 전달할 수 있다.
일실시예에 따른 인코딩은 홀로그래픽 장치에 포함된 좌안 공간 변조 디스플레이 및 우안 공간 변조 디스플레이의 종류를 고려하여 진폭 변조 또는 위상 변조를 수행할 수 있다.
일실시예에 따른 홀로그래픽 장치는 쌍으로 이루어진 홀로그램을 디코딩한 결과로 좌안 홀로그램과 우안 홀로그램을 3차원 공간 상에 각각 복원할 수 있다.
일실시예에 따른 홀로그래픽 장치는 홀로그램 생성 장치로부터 수신한 쌍으로 이루어진 홀로그램을 좌안 홀로그램과 우안 홀로그램으로 분리하는 제어 보드; 상기 좌안 공간 변조 디스플레이 및 우안 공간 변조 디스플레이; 상기 좌안 공간 변조 디스플레이 및 우안 공간 변조 디스플레이의 활성 영역으로 좌안 홀로그램과 우안 홀로그램을 균일하게 조명하는 빔 스플리터; 및 상기 빔 스플리터를 통과한 광을 사용자의 좌안 및 우안 각 위치로 수렴시키는 필드 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 홀로그래픽 콘텐츠 제작 방법은 3D 데이터 획득 및 사용자-복원되는 영상 간에 상호작용이 가능한 완전 입체 영상을 디스플레이할 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 전반적인 동작을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치 및 홀로그래픽 장치의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 영상 정보에 포함된 컬러 정보 및 깊이 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도4는 일실시예에 따른 좌안 및 우안에 각각 대응되는 시차를 갖는 컬러 정보 및 깊이 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치 및 홀로그래픽 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 6은 일실시예에 따른 광학적으로 홀로그램이 복원 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 홀로그램 생성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 다른 설명이 없는 한, 각 도면에 제시된 동일한 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 발명의 범위를 설명된 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 출원을 통해 권리로서 청구하고자 하는 범위는 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 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 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
실시예들은 퍼스널 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 스마트 폰, 텔레비전, 스마트 가전 기기, 지능형 자동차, 키오스크, 웨어러블 장치 등 다양한 형태의 제품으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 전반적인 동작을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명은 광파동 간섭에 기반을 한 완전 입체 영상을 위한 콘텐츠 제작 및 영상 처리를 위한 것으로 사용자 착용이 가능하면서, 동시에 입체 영상을 디스플레이할 수 있는 VR/AR 타입의 홀로그램 생성 장치(101) 및 홀로그래픽 장치(102)에 관한 것이다.
홀로그램 생성 장치(101)는 장면(104) 또는 객체(105)의 영상 정보(103)를 이용하여 3차원 공간 상에서 복원 가능한 홀로그램을 생성할 수 있다. 자세하게, 홀로그램 생성 장치(101)는 홀로그램을 생성하기 위한 3D 정보, 컬러 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나의 영상 정보(103)를 수집하고, 영상 정보(103)를 전처리할 수 있다. 그리고, 홀로그램 생성 장치(101)는 전처리된 영상 정보(103)를 기반으로 퓨리에 기반의 홀로그램을 생성하고, 홀로그램을 복원하는 홀로그래픽 장치(102)의 특성에 따라 홀로그램의 포맷 구조를 보정할 수 있다.
구체적으로, 홀로그램 생성 장치(101)는 고속의 홀로그램 생성을 위한 연산 방법으로 RGB-depth map을 입력 정보로 사용할 수 있다. 그리고, 홀로그램 생성 장치(101)는 FFT (fast-Fourier tramsformation) 기반 CGH(computer-generated hologram) 계산식을 이용할 수 있다.
여기서, 홀로그램 생성 장치(101)는3D 장면 (scene)을 포함하는 3차원 공간을 여러 계층으로 조각을 낼 때, 홀로그램 면 (hologram plane, H) 과 시청자의 관측 면(observing view-window plane, VW) 그리고 계층화된 각 층(layer)들은 서로 평행하게 조각화 할 수 있다. 여기서, 홀로그램 생성 장치(101)는 거의 연속적을 분포된 점 구름들은 가장 가까운 곳에 있는 층에 할당할 수 있다. 홀로그램 생성 장치(101)는 홀로그램 면에서의 복소수 필들을 계산 하기 위해서 FFT 알고리즘을 사용하여 불연속적인 Fourier 변환이 수행될 수 있다. 이는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
여기서, (u, v), (xi, yi), Ui, f, λ, 그리고 di 은 시청자의 관측면, 3D 씬의 i-번째 층, i-번째 층의 물체 (object) 필드, 필드 렌즈의 초점 길이, 조명광의 파장, 그리고 홀로그램면으로부터 시청 거리를 각각 나타낼 수 있다. 그리고, 수학식 1을 통해 계산된 RGB컬러-깊이맵 기반의 홀로그램(CGH)은 원래의 3D 장면을 공간 상에 복원시킬 수 있고, view-window 위치에 눈을 두고서 관찰하는 시청자는 광학적으로 복원된 자연스러운 3D 장면을 볼 수 있게 된다.
여기서, 시청자는 홀로그램 생성 장치(101)와 연동하는 사용자-착용형의 홀로그래픽 장치(102)를 이용하여 3D 장면을 볼 수 있게 된다. 홀로그래픽 장치(102)는 홀로그래픽 장치에 창작된 제어 보드(109)를 통해 홀로그램 생성 장치(101)에서 생성된 홀로그램을 수신할 수 있다. 그리고, 제어 보드(109)는 수신한 홀로그램을 좌안 홀로그램 및 우안 홀로그램으로 분할한 후, 좌안 홀로그램 및 우안 홀로그램을 각각에 대응하는 좌안 공간 변조 디스플레이(107) 및 우안 공간 변조 디스플레이(108)에 광학적으로 복원시킬 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 360도의 영상 정보를 기반으로 사용자와 입체 영상을 복원하는 홀로그래픽 장치 간에 상호 작용 기능을 제공하면서 동시에 고속으로 홀로그래피용 콘텐츠를 용이하게 제작할 수 있는 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 개인 휴대형 모바일/웨어러블 디비이스 등에 응용에 적합하면서도 시청자에게 몰입감 및 3D 실감 증대 효과를 제공할 수 있는 사용자-착용형 입체 영상을 제공할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치 및 홀로그래픽 장치의 세부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참고하면, 홀로그램 생성 장치(201)는 전처리부(202), 홀로그램 생성부(203), 홀로그램 보정부(204) 및 전달부(205)를 포함할 수 있다.
전처리부(202)는 홀로그램을 생성하기 위한 장면 또는 객체의 영상 정보(206)를 수집하고, 영상 정보를 전처리할 수 있다. 다시 말해, 전처리부(202)는 홀로그램을 생성하기 위해 선택된 장면(scene) 또는 객체(object)의 3D 정보를 제공할 수 있는 데이터, 또는 RGB 컬러 및 깊이 (depth map) 정보를 수집할 수 있다.
전처리부(202)는 영상 정보 내 복원 대상을 포함하는 영상 영역을 선택하고, 선택된 영상 영역의 노이즈를 제거할 수 있다. 다시 말해, 전처리부(202)는 영상 정보 내 영상 영역을 홀로그램으로의 복원을 원하지 데이터 또는 노이즈를 제거할 수 있다. 그리고, 전처리부(202)는 노이즈가 제거된 영상 영역에서 복원 대상의 방향, 위치, 특징 중 적어도 하나를 보정할 수 있다. 이후, 전처리부(202)는 특정 포맷을 갖는 파일로 영상 정보를 저장할 수 있다. 여기서, 특정 포맷은 포인트 클라우드(point cloud) 형태의 정보로 저장되는 포멧, 또는 RGB-Depth 형태의 정보로 저장되는 포멧을 포함할 수 있다.
홀로그램 생성부(203)는 전처리된 영상 정보를 기반으로 퓨리에 기반의 홀로그램을 생성할 수 있다. 이 때, 홀로그램 생성부(203)는 컴퓨터에 의한 복소수 (complex values) 홀로그램(CGH, computer-generating hologram)을 계산한 후, 계산된 홀로그램을 특정 메모리 폴더에 보관할 수 있다. 여기서, 홀로그램 생성부(203)는 홀로그램을 생성함에 있어, 각각의 특정 포맷을 기반으로 홀로그램을 생성할 수 있다.
1) RGB-Depth 형태의 특정 포멧
홀로그램 생성부(203)는 RGB-Depth 형태의 특정 포멧을 기반으로 컴퓨터에 의한 홀로그램을 생성할 수 있다.
2) 포인트 클라우드 형태의 특정 포맷
홀로그램 생성부(203)는 포인트 클라우드 형태의 특정 포멧을 기반으로 컴퓨터에 의한 홀로그램을 생성할 수 있다.
홀로그램 보정부(204)는 생성된 홀로그램을 홀로그래픽 장치의 특성에 맞도록 보정하거나 또는 전송하기에 용이한 형태로 취합할 수 있다. 다시 말해, 홀로그램 보정부(204)는 전처리된 영상 정보를 포함하는 3차원 공간을 홀로그램 면(Hologram Plane, H), 사용자의 관측면(Observing view-window Plane, VW) 및 계층화된 복수의 층(Layer)으로 조각할 수 있다. 여기서, 홀로그램 보정부(204)는 복원 대상의 표면을 나타내기 위해 연속적으로 분포된 포인트 클라우드의 3차원 좌표계를 이용하여 홀로그램 면, 관측면 및 복수의 층을 서로 평행하도록 조각화할 수 있다.
그리고, 홀로그램 보정부(204)는 영상 정보를 저장한 특정 포맷을 고려하여 조각화된 영상 정보에 대응하는 퓨리에 기반의 홀로그램을 계산할 수 있다. 홀로그램 보정부(204)는 홀로그래픽 장치로 전송하기 위한 전송 형태로 계산된 홀로그램을 결합할 수 있다.
전달부(205)는 저장된 홀로그램 중에서 선택되어진 적어도 2개 이상의 홀로그램이 쌍 (pair)으로 이루어진 홀로그램을 선택하고, 선택한 홀로그래픽 장치에 전달할 수 있다. 다시 말해, 전달부(205)는 홀로그램 중에서 공간상의 위치와 광학 장치의 배치를 고려하여 사용자의 좌측 눈과 우측 눈 각각에 대응하는 좌안 및 우안으로 구성되는 한 쌍의 홀로그램을 선택할 수 있다. 그리고, 전달부(205)는 선택한 한 쌍의 홀로그램을 인코딩하여 상기 홀로그래픽 장치(207)로 전달할 수 있다. 인코딩은 홀로그래픽 장치에 포함된 좌안 공간 변조 디스플레이 및 우안 공간 변조 디스플레이의 종류를 고려하여 진폭 변조 또는 위상 변조를 수행할 수 있다.
이후, 홀로그래픽 장치(207)는 홀로그램 생성 장치(201)로부터 수신한 홀로그램을 홀로그램이 복원될 홀로그래픽 장치(207)에 적합하도록 선택된 홀로그램을 변환할 수 있다. 다시 말해, 홀로그래픽 장치(207)는 홀로그램 생성 장치로부터 수신한 쌍으로 이루어진 홀로그램을 좌안 홀로그램과 우안 홀로그램으로 분리할 수 있다. 홀로그래픽 장치(207)는 사용자의 좌측 눈과 우측 눈에 각각 적합한 홀로그램으로써, 쌍으로 이루어진 홀로그램을 좌안 홀로그램과 우안 홀로그램으로 분리할 수 있다.
이를 위해, 홀로그래픽 장치(207)는 제어 보드(208) 및 좌안 공간 변조 디스플레이(209) 및 우안 공간 변조 디스플레이(210)를 포함할 수 있다. 그리고, 제어 보드(208)는 홀로그램 생성 장치(201)로부터 수신한 홀로그램으로부터 좌안 홀로그램과 우안 홀로그램으로 분리할 수 있다.
이후, 홀로그래픽 장치는 분리된 좌안 홀로그램 및 우안 홀로그램을 각각에 대응하는 좌안 공간 변조 디스플레이(209) 및 우안 공간 변조 디스플레이(210)에 업로드 할 수 있다. 그리고, 좌안 공간 변조 디스플레이(209) 및 우안 공간 변조 디스플레이(210) 각각은 업로드된 좌안 홀로그램 및 우안 홀로그램에 대응하여 적절하게 준비된 광으로 조명하고, 좌안 홀로그램 및 우안 홀로그램을 3D 입체 영상으로 3차원 공간 상에 각각 복원할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 영상 정보에 포함된 컬러 정보 및 깊이 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참고하면, 홀로그램 생성 장치는 한 쌍의 2개 이상의 홀로그램이 쌍(Pair)으로 이루어진 홀로그램을 생성할 수 있다. 여기서, 홀로그램 생성 장치는 두 장의 1920*1080 해상도를 갖는 영상이 하나로 결합된 홀로그램을 생성할 수 있다.
다시 말해, 홀로그램 생성 장치는 두 장의 1920 * 1080 해상도를 갖는 컬러 영상이 하나로 결합되어, 3840 * 1080해상도를 갖는 홀로그램을 생성할 수 있다. 홀로그램 생성 장치는 두 장의 1920 * 1080 해상도를 갖는 깊이 영상이 하나로 결합되어 3840 * 1080해상도를 갖는 홀로그램을 생성 할 수 있다. 즉, 홀로그램 생성 장치는 Dual-view용 컬러 영상 및 깊이 영상을 이용하여 3840 * 1080해상도를 갖는 홀로그램을 생성 할 수 있다.
여기서, 홀로그램 생성 장치는 좌안과 우안의 물리적/기하학적 특성을 고려하여 좌안/우안에 각각 대응되는 시차를 갖는, 한 쌍 (a pair)으로 준비된 홀로그램을 생성할 수 있다. 이때, 좌안/우안 간 시차 각도는 5°에 해당할 수 있다.
도4는 일실시예에 따른 좌안 및 우안에 각각 대응되는 시차를 갖는 컬러 정보 및 깊이 정보를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참고하면, 홀로그램 생성 장치는 홀로그램을 생성하기 위한 장면 또는 객체의 영상 정보를 이용하여 Dual-view용 홀로그램을 생성할 수 있다. 자세하게, 홀로그램 생성 장치는 영상 정보를 전처리하고, 전처리된 영상 정보를 기반으로 퓨리에 기반의 홀로그램을 생성할 수 있다. 여기서, 홀로그램 생성 장치는 좌안/우안에 각각 대응되는 시차를 갖는, 3D 콘텐츠 즉, 컬러 정보 및 깊이 정보를 사용하여3840*1080의 해상도를 갖는 컴퓨터에 의한 복소수 홀로그램을 생성할 수 있다.
이후, 홀로그램 생성 장치는 홀로그램을 복원하는 홀로그래픽 장치의 특성에 따라 홀로그램의 포맷 구조를 보정할 수 있다. 즉, 홀로그램 생성 장치는 3D 콘텐츠를 투영하여 모든 각도에서 입체적인 입체 영상을 비춰주는 홀로그래픽 장치의 특수한 성질을 고려하여 홀로그램의 포맷 구조를 보정할 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치 및 홀로그래픽 장치의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 5를 참고하면, 홀로그램 생성 장치(501)는 홀로그래픽 장치와 연동하여 좌안 홀로그램과 우안 홀로그램을 VR/AR 타입의 입체 영상으로 복원할 수 있다. 다시 말해, 홀로그램 생성 장치(501)는 양안식 입체 홀로그래피의 응용을 위해 착용식 VR/AR타입의 홀로그래픽 3D 콘텐츠를 제작할 수 있다. 그리고, 홀로그램 생정 장치(501)는 VR/AR타입의 홀로그래픽 3D 콘텐츠를 직접 디스플레이할 수 있는 홀로그래픽 장치와 연동할 수 있다.
홀로그래픽 장치는 제어 보드(502), 실리콘 액정 표시 장치(LCoS: Liquid Crystal on Silicon, 503), 필드 렌즈(Field Lens, 504), 콜리메이터(Collimator, 507), 레이저(Fiber-coupled laser, 508), 를 포함할 수 있다. 또한, 홀로그래픽 장치는 공간광변조기(SLM)의 활성 영역(active area)을 균일하게 조명할 수 있는 가간섭성의 일관된(coherent) 빔 스플리터(PBS: polarising beam splitter, 506)를 포함할 수 있다.
여기서, 필드 렌즈(504)는 홀로그래픽 장치를 통과해서 나온 광을 사용자의 좌안 및 우안이 있는 위치로 빔을 수렴시키는 것으로 광학적으로 투명성을 가질 수 있다. 필즈 렌즈(504)는 사용자의 좌안 및 우안이 있는 위치 주변으로 복원된 광 필드(optically reconstructed field)를 전달 하는 기능을 포함할 수 있다. 또한, 필드 렌즈(504)는 공간광변조기의 후 공간 (back space)에 광학적으로 복원된 입체 영상(또는, 입체 영상, 505)을 맺을 수 있도록 하는 기능을 형성하는 구조로 배치될 수 있다.
이러한 구조를 통해 홀로그래픽 장치는 좌안/우안용에 적합하도록 각 공간광변조기의 좌안과 우안 위치에 맞도록 조절할 수 있는 기능이 포함되어 있다. 즉, 홀로그래픽 장치는 사용자 마다 양안 간격이 다르기 때문에 사용자에 적합하도록 좌/우안용 공간 변조 디스플레이의 설계에서 간격의 조절 기능이 포함될 수 있다.
도 6은 일실시예에 따른 광학적으로 홀로그램이 복원 결과를 나타낸 도면이다.
홀로그래픽 장치는 홀로그램 생성 장치로부터 수신한 홀로그램을 홀로그래픽 입체 영상으로 광학적 복원을 수행할 수 있다. 자세하게, 홀로그래픽 장치는 홀로그램 생성 장치로부터 2개 이상의 홀로그램이 쌍(Pair)으로 이루어진 홀로그램을 수신할 수 있다. 홀로그래픽 장치는 홀로그램을 좌안 홀로그램과 우안 홀로그램으로 분리한 후, 빔 스플리터를 통해 분리한 좌안 홀로그램 및 우안 홀로그램을 각각의 공간 변조 디스플레이의 활성 영역으로 균일하게 조명함으로써, 광학적으로 홀로그램을 복원할 수 있다.
이에, 도 6의 도면은 홀로그래픽 장치를 통해 홀로그램에 의한 홀로그래피용 3D 콘텐츠를 이용하여 광학적인 복원을 수행한 결과이다. 즉, 홀로그래픽 장치는 Dual-view용 홀로그램으로부터 홀로그래피용 3D 콘텐츠를 광학적으로 복원할 수 있다.
구체적으로, 도 6의 (a)는 홀로그래픽 장치의 좌안 공간 변조 디스플레이를 이용하여 좌안 홀로그램을 복원한 결과이다. 자세하게, 홀로그래픽 장치는 좌안 홀로그램을 좌안 공간 변조 디스플레이의 활성 영역으로 조명할 수 있다. 이에, 좌안 홀로그램은 좌안 공간 변조 디스플레이의 활성 영역에서, 초점이 좌측 토러스에 맺힘으로써, 복원될 수 있다. 도 6의 (b)는 홀로그래픽 장치의 우안 공간 변조 디스플레이를 이용하여 우안 홀로그램을 복원한 결과이다. 자세하게, 홀로그래픽 장치는 우안 홀로그램을 우안 공간 변조 디스플레이의 활성 영역으로 조명할 수 있다. 이에, 우안 홀로그램은 우안 공간 변조 디스플레이의 활성 영역에서, 초점이 우측 토러스에 맺힘으로써, 복원될 수 있다.
홀로그래픽 장치는 우안 홀로그램과 좌안 홀로그램 각각의 초점을 좌측 토러스 및 우측 토러스에 맺힘으로써, 홀로그래피에서 전형적인 초점 조절 효과(accommodation)를 제공할 수 있다. 본 발명에서 좌안 및 우안에서 관찰된 입체 영상들은 각각 1920*1080 해상도의 CGH(computer-generated hologram)가 각 SLM(Spatial Light Modulator)에 의해서 복원된 결과일 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 홀로그램 생성 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계(701)에서 홀로그램 생성 장치는, 홀로그램을 생성하기 위한 장면 또는 객체의 영상 정보를 수집하고, 영상 정보를 전처리할 수 있다. 구체적으로, 홀로그램 생성 장치는 장면 또는 객체에 대응하는 3D 정보, 컬러 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나의 영상 정보를 수집할 수 있다. 그리고, 홀로그램 생성 장치는 영상 정보 내 복원 대상을 포함하는 영상 영역을 선택하고, 선택된 영상 영역의 노이즈를 제거할 수 있다. 홀로그램 생성 장치는 노이즈가 제거된 영상 영역에서 복원 대상의 방향, 위치, 특징 중 적어도 하나를 보정할 수 있다. 이후, 홀로그램 생성 장치는 복원 대상의 보정이 완료된 영상 정보를 포인트 클라우드 형태(Point Cloud) 또는, RGB-Depth 형태의 특정 포맷으로 저장할 수 있다.
단계(702)에서 홀로그램 생성 장치는, 전처리된 영상 정보를 기반으로 퓨리에 기반의 홀로그램을 생성할 수 있다.
단계(703)에서 홀로그램 생성 장치는, 홀로그램을 복원하는 홀로그래픽 장치의 특성에 따라 홀로그램의 포맷 구조를 보정할 수 있다. 홀로그램 생성 장치는 전처리된 영상 정보를 포함하는 3차원 공간을 홀로그램 면, 사용자의 관측면 및 계층화된 복수의 층으로 조각화할 수 있다. 이때, 홀로그램 생성 장치는 복원 대상의 표면을 나타내기 위해 연속적으로 분포된 포인트 클라우드의 3차원 좌표계를 이용하여 홀로그램 면, 관측면 및 복수의 층을 서로 평행하도록 조각화할 수 있다. 홀로그램 생성 장치는 영상 정보를 저장한 특정 포맷을 고려하여 조각화된 영상 정보에 대응하는 퓨리에 기반의 홀로그램을 계산할 수 있다. 이후, 홀로그램 생성 장치는 홀로그래픽 장치로 전송하기 위한 전송 형태로 상기 계산된 홀로그램을 결합할 수 있다.
단계(704)에서 홀로그램 생성 장치는, 보정된 홀로그램 중 적어도 2개 이상의 홀로그램이 쌍(Pair)으로 이루어진 홀로그램을 선택하여 홀로그래픽 장치로 전달할 수 있다. 자세하게, 홀로그램 생성 장치는 홀로그램 중에서 공간상의 위치와 광학 장치의 배치를 고려하여 사용자의 좌측 눈과 우측 눈 각각에 대응하는 좌안 및 우안으로 구성되는 한 쌍의 홀로그램을 선택할 수 있다. 이후, 홀로그램 생성 장치는 선택한 한 쌍의 홀로그램을 인코딩하여 상기 홀로그래픽 장치로 전달할 수 있다. 여기서, 인코딩은 홀로그래픽 장치에 포함된 좌안 공간 변조 디스플레이 및 우안 공간 변조 디스플레이의 종류를 고려하여 진폭 변조 또는 위상 변조를 수행하는 과정을 의미할 수 있다.
여기서, 홀로그래픽 장치는 적어도 2개 이상의 홀로그램이 쌍으로 이루어진 홀로그램을 디코딩한 결과로 좌안 홀로그램과 우안 홀로그램을 3차원 공간 상에 각각 복원할 수 있다. 다시 말해, 홀로그래픽 장치는 좌안 홀로그램과 우안 홀로그램을 빔 스플리터를 통과한 빔을 수렴하여 광학적으로 입체 영상을 복원할 수 있다.
본 발명은 사용자-착용형으로 구현되는 홀로그래픽 장치를 이용하여 좌안 홀로그램과 우안 홀로그램을 VR/AR 타입의 입체 영상으로 복원함으로써, 홀로그래픽 장치를 통해 사용자들이 궁극의 실감나는 영상을 직접 체험할 수 있도록 제공할 수 있다. 본 발명은 홀로그램 생성 장치와 홀로그래픽 장치를 연동하고, 홀로그램 생성 장치를 통해 입체 영상을 제공하기 위한 연산 처리를 고속화하고, 홀로그래픽 장치를 통해 입체 영상을 디스플레이함으로써, 전반적인 시스템의 경량화가 가능할 수 있다.
이에, 본 발명은 홀로그램 생성 장치와 개인 휴대형 모바일 간 응용에 적합하면서도 사용자에게 실시간으로 몰입감 및 3D실감 증대 효과를 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들 에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤런, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable 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.
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. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 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 광기 록 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 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 홀로그램 생성 장치가 수행하는 홀로그램 생성 방법에 있어서,
    홀로그램을 생성하기 위한 장면 또는 객체의 영상 정보를 수집하고, 상기 영상 정보를 전처리하는 단계 - 상기 영상 정보는 장면 또는 객체에 대응하는 컬러 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나의 정보를 포함함-;
    상기 전처리된 영상 정보를 기반으로 퓨리에 기반의 홀로그램을 생성하는 단계;
    홀로그램을 복원하는 홀로그래픽 장치의 특성을 고려하여 특정 포맷에 따른 듀얼 뷰(Dual-view)가 가능하도록 상기 홀로그램의 포맷 구조를 보정하는 단계 - 상기 홀로그래픽 장치의 특성은 3D 콘텐츠를 투영하여 모든 각도에서 입체적인 입체 영상을 시각화할 때 홀로그래픽 장치에서 나타나는 특수한 성질을 나타내고, 상기 특정 포맷은 RGB-Depth 형태 또는, 포인트 클라우드 형태로 구분됨 - ; 및
    상기 보정된 홀로그램 중 적어도 2개 이상의 홀로그램이 쌍(Pair)으로 이루어진 홀로그램을 선택하여 상기 홀로그래픽 장치로 전달하는 단계
    를 포함하고,
    상기 홀로그램을 생성하는 단계는,
    상기 전처리된 영상 정보 중 제1 해상도를 갖는 두 장의 컬러 영상을 하나의 컬러 영상으로 결합하는 단계;
    상기 전처리된 영상 정보 중 상기 제1 해상도를 갖는 두 장의 깊이 영상을 하나의 깊이 영상으로 결합하는 단계; 및
    상기 제1 해상도를 갖는 결합된 컬러 영상 및 깊이 영상을 이용하여 제2 해상도를 갖는 홀로그램을 생성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 생성된 홀로그램은, 좌안/우안에 각각 대응되는 시차를 갖는, 한 쌍 (a pair)으로 준비된 홀로그램이며,
    상기 제2 해상도의 가로 픽셀은 상기 제1 해상도의 가로 픽셀의 2배이며,
    상기 제2 해상도의 세로 픽셀은 상기 제1 해상도의 세로 픽셀과 동일하며,
    상기 홀로그래픽 장치는,
    상기 쌍으로 이루어진 홀로그램을 디코딩한 결과로 좌안 홀로그램과 우안 홀로그램을 3차원 공간 상에 각각 복원하는 홀로그램 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상 정보를 전처리하는 단계는,
    장면 또는 객체에 대응하는 3D 정보, 컬러 정보 및 깊이 정보 중 적어도 하나의 영상 정보를 수집하는 단계;
    영상 정보 내 복원 대상을 포함하는 영상 영역을 선택하고, 선택된 영상 영역의 노이즈를 제거하는 단계;
    노이즈가 제거된 영상 영역에서 복원 대상의 방향, 위치, 특징 중 적어도 하나를 보정하는 단계; 및
    복원 대상의 보정이 완료된 영상 정보를 포인트 클라우드 형태(Point Cloud) 또는, RGB-Depth 형태의 특정 포맷으로 저장하는 단계
    를 포함하는 홀로그램 생성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 홀로그램을 생성하는 단계는,
    상기 저장된 영상 정보의 특정 포맷에 대응하는 상기 전처리된 영상 정보를 컴퓨터에 의한 복소수(complex values)를 활용한 홀로그램(CGH, computer-generating hologram)을 생성하는 홀로그램 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 홀로그램의 포맷 구조를 보정하는 단계는,
    상기 전처리된 영상 정보를 포함하는 3차원 공간을 홀로그램 면(Hologram Plane, H), 사용자의 관측면(Observing view-window Plane, VW) 및 계층화된 복수의 층(Layer)으로 조각화는 단계;
    영상 정보를 저장한 특정 포맷을 고려하여 조각화된 영상 정보에 대응하는 퓨리에 기반의 홀로그램을 계산하는 단계; 및
    홀로그래픽 장치로 전송하기 위한 전송 형태로 상기 계산된 홀로그램을 결합하는 단계
    를 포함하는 홀로그램 생성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조각화하는 단계는,
    복원 대상의 표면을 나타내기 위해 연속적으로 분포된 포인트 클라우드의 3차원 좌표계를 이용하여 홀로그램 면, 관측면 및 복수의 층을 서로 평행하도록 조각화하는 홀로그램 생성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 홀로그래픽 장치로 전달하는 단계는,
    홀로그램 중에서 공간상의 위치와 광학 장치의 배치를 고려하여 사용자의 좌측 눈과 우측 눈 각각에 대응하는 좌안 및 우안으로 구성되는 한 쌍의 홀로그램을 선택하는 단계; 및
    선택한 한 쌍의 홀로그램을 인코딩하여 상기 홀로그래픽 장치로 전달하는 단계
    를 포함하는 홀로그램 생성 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인코딩은,
    상기 홀로그래픽 장치에 포함된 좌안 공간 변조 디스플레이 및 우안 공간 변조 디스플레이의 종류를 고려하여 진폭 변조 또는 위상 변조를 수행하는 홀로그램 생성 방법.
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