KR102597351B1 - 3차원 동영상 재생이 가능한 홀로그램 프린팅 방법 - Google Patents

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    • G03H2001/0439—Recording geometries or arrangements for recording Holographic Optical Element [HOE]

Abstract

3차원 동영상 재생이 가능한 홀로그램 프린팅 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 동영상 홀로그램 필름 제작 방법은, 동일 열에는 프레임 순번은 동일하되 시점이 다른 영상들을, 동일 행에는 시점은 동일하되 프레임 순번이 다른 영상들을 렌더링하고, 렌더링 결과를 호겔 영상을 구성하는 다수의 호겔들에 매핑하며, 홀로그램 필름에 호겔들을 각각 기록한다. 이에 의해 홀로그램 필름에 3차원 동영상을 기록할 수 있고, 홀로그램 필름으로부터 기록된 3차원 동영상을 재생하는 것이 가능해짐으로써, 홀로그램을 동영상으로 보관하고 감상하는 것이 가능해진다.

Description

3차원 동영상 재생이 가능한 홀로그램 프린팅 방법{Hologram printing method for reproducing 3D video}
본 발명은 홀로그램 프린팅에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 홀로그램 필름에 홀로그램을 기록하는 홀로그램 프린팅 방법에 관한 것이다.
기존의 홀로그래픽 프린터를 이용한 홀로그램 프린팅은 도 1과 같이 공간광변조기(Spatial Light Modulator, SLM)에 표시된 호겔(hogel) 영상을 홀로그래픽 필름면에 광학적으로 축소하여 이미징한 후 도 2와 같이 아날로그 홀로그래피의 방법으로 기준광과의 간섭으로 기록하고, 홀로그래픽 필름을 이동시키며 이러한 호겔들을 타일링하여 기록함으로써 전체적으로 초고해상도의 홀로그램 영상을 홀로그래픽 필름에 기록하는 방법이다.
이렇게 홀로그래픽 프린터를 이용하여 프린팅한 홀로그램은 도 3과 같이 기준광의 방향에서 광원을 제공함으로써 입체감 높은 3차원 영상을 관찰자에게 보여줄 수 있으나, 필름에 프린팅된 결과물이기에 정지 영상 밖에 제공할 수 없는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 홀로그램 필름에 3차원 동영상을 기록하고 재생할 수 있는 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 동영상 홀로그램 필름 제작 방법은 동일 열에는 프레임 순번은 동일하되 시점이 다른 영상들을, 동일 행에는 시점은 동일하되 프레임 순번이 다른 영상들을 렌더링하는 단계; 렌더링 결과를 호겔 영상을 구성하는 다수의 호겔들에 매핑하는 단계; 홀로그램 필름에 호겔들을 각각 기록하는 단계;를 포함한다.
시점이 다른 영상들은, 수평 시차를 갖는 영상들일 수 있다.
매핑 단계는, 렌더링된 영상들을 (J, K)개의 호겔들에 나누어 매핑하고, 각 호겔은, (M, N)개의 픽셀로 구성될 수 있다.
매핑 단계는, 호겔의 (m, n) 번째 픽셀에, n 번째 프레임 순번의 m 번째 시점의 영상을 구성하는 픽셀을 매핑하는 것일 수 있다.
매핑 단계는, 호겔의 (j, k) 번째 호겔의 (m, n) 번째 픽셀에, n 번째 프레임 순번의 m 번째 시점의 영상에 대한 (j, k) 번째 픽셀을 매핑하는 것일 수 있다.
렌더링 단계는, 수평 방향으로 서로 다른 각도로 기울어진 다수의 orthographic 카메라들을 이용하여, 영상들을 렌더링하는 것일 수 있다.
각 orthographic 카메라의 기울어진 각도는, 하나의 호겔이 수평 방향으로 제공하는 ray들의 각도와 일치할 수 있다.
orthographic 카메라들의 대수는, M 대일 수 있다.
최대 시점은, M 개이고, 프레임 수는, N 개일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 동일 열에는 프레임 순번은 동일하되 시점이 다른 영상들을, 동일 행에는 시점은 동일하되 프레임 순번이 다른 영상들을 렌더링하고, 렌더링 결과를 호겔 영상을 구성하는 다수의 호겔들에 매핑하는 컴퓨팅 시스템; 홀로그램 필름에 호겔들을 각각 기록하는 홀로그래픽 프린터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 필름 제작 시스템이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 홀로그램 필름에 기록된 프레임들 중 특정 순번의 프레임만 추출하는 단계; 추출된 프레임에 포함된 시점이 다른 영상들을 특정 방향으로만 산란시키는 단계;를 포함하고, 홀로그램 필름은, 동일 열에는 프레임 순번은 동일하되 시점이 다른 영상들이, 동일 행에는 시점은 동일하되 프레임 순번이 다른 영상들이 렌더링된 후, 렌더링 결과가 매핑된 다수의 호겔들이 각각 기록된 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 재생 방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 홀로그램 필름에 기록된 프레임들 중 특정 순번의 프레임만 추출하는 셔터; 추출된 프레임에 포함된 시점이 다른 영상들을 특정 방향으로만 산란시키는 디퓨저;를 포함하고, 홀로그램 필름은, 동일 열에는 프레임 순번은 동일하되 시점이 다른 영상들이, 동일 행에는 시점은 동일하되 프레임 순번이 다른 영상들이 렌더링된 후, 렌더링 결과가 매핑된 다수의 호겔들이 각각 기록된 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 재생 시스템이 제공된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 홀로그램 필름에 3차원 동영상을 기록할 수 있고, 홀로그램 필름으로부터 기록된 3차원 동영상을 재생하는 것이 가능해짐으로써, 홀로그램을 동영상으로 보관하고 감상하는 것이 가능해진다.
도 1. 홀로그래픽 프린터의 호겔 기록 방법
도 2. 홀로그래픽 프린터의 개념
도 3. 프린팅된 홀로그램을 이용한 3차원 영상의 디스플레이
도 4,5. 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 프린팅 방법
도 6-8. 프레임별 수평시차를 갖는 3차원 영상 렌더링 방법
도 9. 호겔별 영상 매핑 방법
도 10. 홀로그램 프린팅 시스템
도 11. 3차원 동영상 홀로그램 재생 장치
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에서는 3차원 동영상 재생이 가능한 홀로그램 프린팅 방법을 제시한다. 구체적으로 홀로그래픽 프린팅 되는 홀로그램의 수직 방향 시차를 동영상의 프레임 별 정보를 보여주는데 사용함으로써, 프린팅된 홀로그램을 통해 수평 방향 시차를 갖는 3차원 동영상을 기록하고 재생할 수 있는 기술이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 동영상 정보를 담고 있는 홀로그램 필름을 제작하는 방법을 보여준다.
본 발명의 실시예에서 목표로 하는 홀로그램 필름은 도 4의 Top view와 같이 수평 방향으로는 시차(parallax)를 갖는 3차원 영상 정보를 보여주고, 도 5의 Side view와 같이 수직 방향으로는 ray의 방향 별로 동영상의 프레임 별 영상을 순차적으로 보여준다.
따라서 본 발명의 실시예를 통해 기록하는 홀로그램 필름은 각 프레임 별로 수평 시차만을 갖는(horizontal-parallax-only) 3차원 영상을 보여주게 된다. 이러한 홀로그램 필름을 제작하기 위해서는 먼저 프레임 별로 3차원 영상 정보를 렌더링 해야 한다.
도 6 내지 도 8은 홀로그램 필름에 기록될 3차원 동영상 정보의 프레임 별 렌더링 방법을 보여준다. 도 6 내지 도 8과 같이 홀로그램 필름면 근처에 위치한 3차원 모델의 정보를 렌더링하기 위해서는 수평 방향으로 서로 다른 각도로 기울어진 oblique orthographic camera를 여러 대 배치하여 렌더링 해야 한다.
이 때 각 카메라의 기울어진 각도는 하나의 호겔이 수평 방향으로 제공하는 ray들의 각도와 일치하도록 해야 하며, 따라서 카메라의 개수는 하나의 호겔의 수평 방향 픽셀 개수와 같다.
따라서 하나의 호겔이 가로 세로 방향으로 (M, N)개의 픽셀로 구성된다면, 렌더링에 이용할 카메라의 대수는 M 대가 된다. 한편 near와 far는 3차원 모델을 포함할 수 있도록 적절히 설정한다.
그리고 홀로그램 필름을 구성하는 호겔의 개수가 가로 세로 방향으로 (J, K) 개라면, 각 카메라는 가로 세로 방향 픽셀의 개수가 (J, K) 개 이상이 되는 해상도를 갖는 영상들을 렌더링한다.
호겔의 수직 방향으로는 프레임 별 정보를 표시하므로, 홀로그램 필름에 기록 가능한 동영상의 최대 프레임 수는 N 프레임, 즉 최대 프레임 순번은 N이며, 따라서 N 프레임 이하의 프레임 수를 갖는 3차원 동영상을 앞서의 카메라 배치를 통해 렌더링 한다.
결과적으로 렌더링된 결과는 각 프레임 별로 가로 세로 방향으로 J×K의 해상도를 갖는 M개의 시점 별 영상이 될 것이며, 프레임 수가 N 인 동영상이 될 것이다.
도 9는 렌더링된 영상들을 매핑하여 호겔 별 영상을 만드는 방법을 보여준다. 렌더링된 결과의 n 번째 프레임의 m 번째 시점의 렌더링 영상의 (j, k)번째 픽셀을 (j, k)번째 호겔의 (m, n)번째 픽셀에 매핑함으로써 전체적으로 호겔 영상을 준비할 수 있다. 준비된 호겔 영상은 홀로그램 필름에 기록된다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 프린팅 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 프린팅 시스템은, 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 시스템(110)과 홀로그래픽 프린터(120)를 포함하여 구성된다.
컴퓨팅 시스템(110)은 3차원 동영상을 구성할 영상들을 렌더링하고, 렌더링된 영상들을 분할하여 호겔 영상을 구성하는 호겔들에 각각 매핑한다.
구체적으로 컴퓨팅 시스템(110)은 동일 열에는 프레임 순번은 동일하되 시점이 다른 영상들을, 동일 행에는 시점은 동일하되 프레임 순번이 다른 영상들을, 렌더링한다. 여기서 시점이 다른 영상들은 수평 시차를 갖는다.
다음 컴퓨팅 시스템(110)은 렌더링된 영상들을 호겔 영상을 구성하는 (J, K) 개의 호겔들에 나누어 매핑하는데, 각 호겔은 (M, N) 개의 픽셀로 구성된다. 이에 따라 (j, k) 번째 호겔의 (m, n) 번째 픽셀에는 n 번째 프레임 순번의 m 번째 시점의 영상에 대한 (j, k) 번째 픽셀이 매핑된다.
홀로그래픽 프린터(120)는 컴퓨팅 시스템(110)에 의해 생성된 호겔 영상을 홀로그램 필름에 호겔 단위로 기록한다. 이에 의해 홀로그램 필름에 3차원 동영상이 기록된다.
이하에서는 홀로그램 필름에 기록된 3차원 동영상을 재생하는 방법에 대해, 도 11을 참조하여 설명한다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 3차원 동영상 홀로그램 재생 장치의 구성을 도시한 도면이다.
상하 방향으로 기록된 프레임들을 프레임 별로 순차적으로 분리하여 보여주기 위해 4f 시스템을 이용하여 홀로그램 필름(210)이 첫 번째 렌즈(220)를 통과하여 공간 주파수 영역으로 광학적으로 이미징 되도록 하며, 공간주파수 영역에 상하방향으로 순차적으로 개구부가 이동하는 롤링 셔터(rolling shutter, 230)를 배치하여 롤링 셔터(230)의 개구부를 이용하여 특정 프레임의 정보만이 통과할 수 있도록 한다.
이후 4f 시스템의 후면 렌즈(240)를 통과하면 특정 프레임 정보 만이 필터링된 홀로그램 필름(210)의 이미지가 생성되며, 이때 수평 방향 시차 정보를 유지할 수 있도록 수직 방향으로만 산란시키는 이방성 디퓨저(anisotropic diffuser, 250)를 배치하여 관찰자가 특정 프레임의 horizontal-parallax-only 3차원 영상을 관찰할 수 있도록 해준다.
이러한 구성을 이용하여 롤링 셔터(230)의 개구부를 위쪽에서 아래쪽으로, 혹은 아래쪽에서 위쪽으로 순차적으로 이동시킴으로써 동영상이 재생되도록 할 수 있으며, 이 때 프레임 간 크로스톡을 최소화하기 위해, 롤링 셔터(230)의 개구부가 각 프레임 위치에 도달했을때만 광원(260)이 짧은 시간 동안 켜질 수 있도록 동기화부(270)를 이용하여 롤링 셔터(230)의 셔터링과 광원(260)의 점등을 동기화하여 준다.
지금까지 3차원 동영상 재생이 가능한 홀로그램 프린팅 방법 및 홀로그램 필름에 기록된 3차원 동영상을 재생하는 방법에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서는 홀로그램 필름에 3차원 동영상을 기록하고, 홀로그램 필름으로부터 기록된 3차원 동영상을 재생함으로써, 홀로그램을 동영상으로 보관하고 감상하는 것을 가능하게 하였다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110 : 컴퓨팅 시스템
120 : 홀로그래픽 프린터
210 : 홀로그램 필름
220,240 : 렌즈
230 : 롤링 셔터
250 : 이방성 디퓨저
260 : 광원
270 : 동기화부

Claims (12)

  1. 수평 방향으로는 프레임 순번은 동일하되 시점이 다른 영상들을, 수직 방향으로는 시점은 동일하되 프레임 순번이 다른 영상들을, 렌더링하는 단계;
    렌더링 결과를 호겔 영상을 구성하는 다수의 호겔들에 매핑하는 단계;
    홀로그램 필름에 호겔들을 각각 기록하는 단계;를 포함하고,
    프레임 순번은,
    동영상을 구성하는 각 프레임들의 시간적 순서인 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 필름 제작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    시점이 다른 영상들은,
    수평 시차를 갖는 영상들인 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 필름 제작 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    매핑 단계는,
    렌더링된 영상들을 (J, K)개의 호겔들에 나누어 매핑하고,
    각 호겔은,
    (M, N)개의 픽셀로 구성되는 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 필름 제작 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    매핑 단계는,
    호겔의 (m, n) 번째 픽셀에, n 번째 프레임 순번의 m 번째 시점의 영상을 구성하는 픽셀을 매핑하는 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 필름 제작 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    매핑 단계는,
    호겔의 (j, k) 번째 호겔의 (m, n) 번째 픽셀에, n 번째 프레임 순번의 m 번째 시점의 영상에 대한 (j, k) 번째 픽셀을 매핑하는 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 필름 제작 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    렌더링 단계는,
    수평 방향으로 서로 다른 각도로 기울어진 다수의 orthographic 카메라들을 이용하여, 영상들을 렌더링하는 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 필름 제작 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    각 orthographic 카메라의 기울어진 각도는,
    하나의 호겔이 수평 방향으로 제공하는 ray들의 각도와 일치하는 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 필름 제작 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    orthographic 카메라들의 대수는,
    M 대인 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 필름 제작 방법.
  9. 청구항 3에 있어서,
    최대 시점은,
    M 개이고,
    프레임 수는,
    N 개인 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 필름 제작 방법.
  10. 수평 방향으로는 프레임 순번은 동일하되 시점이 다른 영상들을, 수직 방향으로는 시점은 동일하되 프레임 순번이 다른 영상들을 렌더링하고, 렌더링 결과를 호겔 영상을 구성하는 다수의 호겔들에 매핑하는 컴퓨팅 시스템;
    홀로그램 필름에 호겔들을 각각 기록하는 홀로그래픽 프린터;를 포함하고,
    프레임 순번은,
    동영상을 구성하는 각 프레임들의 시간적 순서인 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 필름 제작 시스템.
  11. 홀로그램 필름에 기록된 프레임들 중 특정 순번의 프레임만 추출하는 단계;
    추출된 프레임에 포함된 시점이 다른 영상들을 특정 방향으로만 산란시키는 단계;를 포함하고,
    홀로그램 필름은,
    수평 방향으로는 프레임 순번은 동일하되 시점이 다른 영상들이, 수직 방향으로는 시점은 동일하되 프레임 순번이 다른 영상들이 렌더링된 후, 렌더링 결과가 매핑된 다수의 호겔들이 각각 기록되고,
    프레임 순번은,
    동영상을 구성하는 각 프레임들의 시간적 순서인 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 재생 방법.
  12. 홀로그램 필름에 기록된 프레임들 중 특정 순번의 프레임만 추출하는 셔터;
    추출된 프레임에 포함된 시점이 다른 영상들을 특정 방향으로만 산란시키는 디퓨저;를 포함하고,
    홀로그램 필름은,
    수평 방향으로는 프레임 순번은 동일하되 시점이 다른 영상들이, 수직 방향으로는 시점은 동일하되 프레임 순번이 다른 영상들이 렌더링된 후, 렌더링 결과가 매핑된 다수의 호겔들이 각각 기록되고,
    프레임 순번은,
    동영상을 구성하는 각 프레임들의 시간적 순서인 것을 특징으로 하는 동영상 홀로그램 재생 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002123159A (ja) * 2000-10-16 2002-04-26 Sony Corp ホログラフィックステレオグラム印刷装置及び方法
KR20220077449A (ko) * 2020-12-02 2022-06-09 한국전자기술연구원 스트리밍 방식을 이용한 홀로그래픽 프린팅 콘텐츠 생성 방법

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