KR102660735B1 - Apparatus, Method and System For Generating Three-Dimensional Image Using a Coded Phase Mask - Google Patents
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Abstract
본 개시는 코딩된 마스크를 이용한 3차원 이미지 장치, 방법 및 시스템에 대한 것으로서, 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 이미지 장치는, 신호를 송수신하는 송수신부, 상기 송수신부를 제어하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 객체를 촬영하여 획득된 이미지를 기반으로 객체에 대한 복소 데이터를 합성하고, 상기 객체에 대한 복소 데이터와 점광원에 대한 PSF(Point Spread Function) 이미지를 기반으로 상기 객체의 3차원 이미지를 생성할 수 있다. The present disclosure relates to a three-dimensional imaging device, method, and system using a coded mask. The three-dimensional imaging device according to an embodiment of the present disclosure includes a transceiver for transmitting and receiving signals, and a processor for controlling the transceiver. , the processor synthesizes complex data about the object based on the image obtained by photographing the object, and creates a three-dimensional image of the object based on the complex data about the object and the PSF (Point Spread Function) image for the point light source. can be created.
Description
본 개시는 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 장치, 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present disclosure relates to an apparatus, method, and system for generating a three-dimensional image using a coded phase mask.
카메라는 물체에 반사된 광을 집광하고, 집광된 광을 기록 매체를 통해 피사체의 모양과 색을 표현하는 이미지를 생성한다. 카메라는 렌즈를 이용하여 물체에 반사된 광을 집광하는 것이 일반적인데, 이 때 렌즈 구형의 곡률 등에 의한 여러가지 수차가 발생하게 된다. 이러한 광학 수차는 명확한 이미지를 생성하는 데 방해가 되어 카메라의 성능을 떨어뜨리는 주요 요인이 될 수 있다. 이에 따라, 렌즈의 광학 수차를 제거하기 위한 부수적인 기술을 필요로 하게 되어, 렌즈를 이용한 광학계는 다소 복잡하게 구성되고 있다.The camera focuses light reflected from an object and uses the collected light to create an image that expresses the shape and color of the subject through a recording medium. Cameras generally use a lens to converge light reflected from an object, but at this time, various aberrations occur due to the curvature of the lens sphere, etc. These optical aberrations interfere with the creation of clear images and can be a major factor in degrading camera performance. Accordingly, additional technology is required to remove optical aberrations of the lens, and the optical system using the lens is structured somewhat complicatedly.
이러한 렌즈 기반 카메라의 여러가지 광학적 문제점을 해결하기 위하여, 핀홀 카메라 구조 기반의 다양한 이미지 생성 기술이 제안된 바 있다. 도 1은, 핀홀 카메라 구조를 차용하여 이미지를 생성하는 과정에 관한 도면이다. 핀홀 카메라(pinhole camera)는 렌즈 기반 카메라가 갖는 여러가지 광학적 문제점에서 자유로운, 이상적인 카메라로서, 매우 작은 구멍(핀홀)을 통해 빛이 들어오게 하여 일정한 거리에 있는 기록 매체에 이미지를 생성하는 장치이다. 다만, 핀홀 카메라는 렌즈 카메라에 비해 광량이 비교적 적다는 문제점이 있는데, 이러한 핀홀 카메라의 문제점을 해결하기 위해, 도 1과 같이 핀홀 카메라 구조를 차용하면서도 코딩된 조리개(coded aperture)를 사용하는 카메라가 제안되었다.In order to solve various optical problems of these lens-based cameras, various image generation technologies based on pinhole camera structures have been proposed. Figure 1 is a diagram of the process of generating an image by borrowing a pinhole camera structure. A pinhole camera is an ideal camera that is free from the various optical problems of lens-based cameras. It is a device that lets light enter through a very small hole (pinhole) and creates an image on a recording medium at a certain distance. However, pinhole cameras have a problem in that the amount of light is relatively small compared to lens cameras. In order to solve this problem of pinhole cameras, a camera that uses a coded aperture while adopting the pinhole camera structure as shown in Figure 1 has been developed. It has been suggested.
코딩된 조리개는 임의의 위치에 존재하는 복수 개의 핀홀(pinhole)을 가지는 조리개로서, 물체에 반사된 광이 코딩된 조리개(coded aperture)를 통해 각 핀홀에 집광되어, 기록 매체에 기록된다. 복수 개의 기록된 이미지(패턴)를 기반으로 디코딩 과정이 수행되면, 물체에 대한 하나의 이미지가 생성된다. The coded aperture is an aperture with a plurality of pinholes located at random positions, and light reflected from an object is focused on each pinhole through the coded aperture and recorded on a recording medium. When a decoding process is performed based on a plurality of recorded images (patterns), one image of the object is generated.
본 개시의 목적은 코딩된 위상 마스크를 이용하여 효율적으로 3차원 이미지를 생성하는 데 있다.The purpose of the present disclosure is to efficiently generate a three-dimensional image using a coded phase mask.
본 개시의 목적은 코딩된 위상 마스크를 이용하여 비용이 절감된 3차원 이미지 생성 장치, 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.The purpose of the present disclosure is to provide a cost-reduced three-dimensional image generation device, method, and system using a coded phase mask.
본 개시의 목적은 코딩된 위상 마스크를 이용하여 매우 컴팩트한 사이즈의 3차원 이미지 생성 장치, 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.The purpose of the present disclosure is to provide an apparatus, method, and system for generating a very compact three-dimensional image using a coded phase mask.
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.Other objects and advantages of the present disclosure can be understood by the following description and will be more clearly understood by the examples of the present disclosure. In addition, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present disclosure can be realized by means and combinations thereof as indicated in the claims.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 이미지 생성 장치는 신호를 송수신하는 송수신부, 상기 송수신부를 제어하는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 객체를 촬영하여 획득된 이미지를 기반으로 객체에 대한 복소 데이터를 합성하고, 상기 객체에 대한 복소 데이터와 점광원에 대한 PSF(Point Spread Function) 이미지를 기반으로 상기 객체의 3차원 이미지를 생성할 수 있다.In order to achieve the above object, a three-dimensional image generating device according to an embodiment of the present disclosure includes a transceiver for transmitting and receiving signals, and a processor for controlling the transceiver, wherein the processor produces an image obtained by photographing an object. Based on this, complex data about the object can be synthesized, and a three-dimensional image of the object can be generated based on the complex data about the object and the PSF (Point Spread Function) image of the point light source.
한편, 상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지는 코딩된 위상 마스크(coded phase mask, CPM)를 통해 편광 이미지 센서에 의해 획득될 수 있다.Meanwhile, an image obtained by photographing the object may be acquired by a polarization image sensor through a coded phase mask (CPM).
한편, 상기 코딩된 위상 마스크는 코딩된 반파장판 위상 마스크(coded half-wave phase mask)일 수 있다.Meanwhile, the coded phase mask may be a coded half-wave phase mask.
한편, 상기 코딩된 반파장판 위상 마스크는 스캐닝 방식으로 제작된 기하학적 위상 소자를 기반으로 할 수 있다.Meanwhile, the coded half-wave plate phase mask may be based on a geometric phase element manufactured using a scanning method.
한편, 상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지는 복수 개이고, 상기 편광 이미지 센서를 통한 한 번의 촬영으로 획득되며, 상기 객체에 대한 위상 변조된 밝기 정보를 포함할 수 있다.Meanwhile, there are a plurality of images obtained by photographing the object, acquired through one photographing using the polarization image sensor, and may include phase-modulated brightness information about the object.
한편, 상기 편광 이미지 센서는 컬러 편광 이미지 센서이고, 상기 객체에 대한 위상 변조된 밝기 정보는, 각 컬러 별 밝기 정보를 포함할 수 있다.Meanwhile, the polarization image sensor is a color polarization image sensor, and the phase-modulated brightness information for the object may include brightness information for each color.
한편, 상기 점광원에 대한 PSF 이미지는, 상기 점광원에 대한 PSF 라이브러리로부터 추출된, 상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지의 위치에 대응되는 PSF 이미지일 수 있다.Meanwhile, the PSF image for the point light source may be a PSF image corresponding to the position of the image obtained by photographing the object, extracted from the PSF library for the point light source.
한편, 상기 PSF 라이브러리는, 복수 개의 상기 점광원의 깊이를 변화시켜 획득된 PSF 이미지를 포함할 수 있다.Meanwhile, the PSF library may include PSF images obtained by changing the depth of a plurality of point light sources.
한편, 상기 점광원의 깊이를 변화시켜 획득된 PSF 이미지는, 각각의 깊이에서 상기 점광원을 촬영하여 획득된 이미지를 기반으로 상기 점광원에 대한 복소 데이터를 합성하여 생성될 수 있다.Meanwhile, the PSF image obtained by changing the depth of the point light source may be generated by synthesizing complex data for the point light source based on the image obtained by photographing the point light source at each depth.
한편, 상기 객체의 3차원 이미지는, 상기 PSF 이미지와 상기 객체에 대한 복소 데이터의 컨볼루션 연산을 통해 생성될 수 있다. Meanwhile, the 3D image of the object may be generated through a convolution operation between the PSF image and complex data about the object.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 이미지 생성 방법은 객체를 촬영하여 획득된 이미지를 기반으로 객체에 대한 복소 데이터를 합성하는 단계, 상기 객체에 대한 복소 데이터와 점광원에 대한 PSF(Point Spread Function) 이미지를 기반으로 상기 객체의 3차원 이미지를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a method for generating a 3D image according to an embodiment of the present disclosure includes the steps of synthesizing complex data about an object based on an image obtained by photographing the object, complex data about the object and a point light source It may include generating a three-dimensional image of the object based on a Point Spread Function (PSF) image.
한편, 상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지는 코딩된 위상 마스크(coded phase mask, CPM)를 통해 편광 이미지 센서에 의해 획득될 수 있으며, 상기 코딩된 위상 마스크는 코딩된 반파장판 위상 마스크(coded half-wave phase mask)일 수 있다.Meanwhile, the image obtained by photographing the object may be acquired by a polarization image sensor through a coded phase mask (CPM), and the coded phase mask is a coded half-wave plate phase mask (coded half-wave mask). It may be a wave phase mask).
한편, 상기 코딩된 반파장판 위상 마스크는 스캐닝 방식으로 제작된 기하학적 위상 소자를 기반으로 할 수 있다.Meanwhile, the coded half-wave plate phase mask may be based on a geometric phase element manufactured using a scanning method.
한편, 상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지는 복수 개이고, 상기 편광 이미지 센서를 통한 한 번의 촬영으로 획득되며, 상기 객체에 대한 위상 변조된 밝기 정보를 포함할 수 있다.Meanwhile, there are a plurality of images obtained by photographing the object, acquired through one photographing using the polarization image sensor, and may include phase-modulated brightness information about the object.
한편, 상기 편광 이미지 센서는 컬러 편광 이미지 센서이고, 상기 객체에 대한 위상 변조된 밝기 정보는, 각 컬러 별 밝기 정보를 포함할 수 있다.Meanwhile, the polarization image sensor is a color polarization image sensor, and the phase-modulated brightness information for the object may include brightness information for each color.
한편, 상기 점광원에 대한 PSF 이미지는, 상기 점광원에 대한 PSF 라이브러리로부터 추출된, 상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지의 위치에 대응되는 PSF 이미지일 수 있다.Meanwhile, the PSF image for the point light source may be a PSF image corresponding to the position of the image obtained by photographing the object, extracted from the PSF library for the point light source.
한편, 상기 PSF 라이브러리는, 복수 개의 상기 점광원의 깊이를 변화시켜 획득된 PSF 이미지를 포함할 수 있다.Meanwhile, the PSF library may include PSF images obtained by changing the depth of a plurality of point light sources.
한편, 상기 점광원의 깊이를 변화시켜 획득된 PSF 이미지는, 각각의 깊이에서 상기 점광원을 촬영하여 획득된 이미지를 기반으로 상기 점광원에 대한 복소 데이터를 합성하여 생성될 수 있다.Meanwhile, the PSF image obtained by changing the depth of the point light source may be generated by synthesizing complex data for the point light source based on the image obtained by photographing the point light source at each depth.
한편, 상기 객체의 3차원 이미지는, 상기 PSF 이미지와 상기 객체에 대한 복소 데이터의 컨볼루션 연산을 통해 생성될 수 있다.Meanwhile, the 3D image of the object may be generated through a convolution operation between the PSF image and complex data about the object.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 일 실시예에 따른 3차원 이미지 생성 시스템은 객체의 반사광의 위상을 변조하는 코딩된 위상 마스크(coded phase mask, CPM), 상기 코딩된 위상 마스크로부터 위상이 변조된 상기 객체의 반사광을 기반으로 상기 객체의 밝기 정보를 이미지로 기록하는 편광 이미지 센서 및 상기 객체의 이미지를 기반으로 상기 객체에 대한 복소 데이터를 합성하고, 상기 객체에 대한 복소 데이터와 점광원에 대한 PSF(Point Spread Function) 이미지를 기반으로 상기 객체의 3차원 이미지를 생성하는, 3차원 이미지 생성 장치를 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, a three-dimensional image generation system according to an embodiment of the present disclosure includes a coded phase mask (CPM) that modulates the phase of reflected light of an object, and a phase modulation from the coded phase mask. A polarization image sensor that records the brightness information of the object as an image based on the reflected light of the object, and synthesizes complex data about the object based on the image of the object, and complex data about the object and the point light source It may include a 3D image generating device that generates a 3D image of the object based on a Point Spread Function (PSF) image.
본 개시에 따르면, 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 장치, 방법, 및 시스템을 기대할 수 있다. According to the present disclosure, an apparatus, method, and system for generating a three-dimensional image using a coded phase mask can be expected.
본 개시에 따르면, 코딩된 위상 마스크를 이용하여 절감된 비용으로 3차원 이미지를 생성할 수 있다.According to the present disclosure, a three-dimensional image can be generated at reduced cost using a coded phase mask.
본 개시에 따르면, 코딩된 위상 마스크를 이용하여 효율적이고 또렷한 3차원 이미지를 생성할 수 있다. According to the present disclosure, an efficient and clear three-dimensional image can be generated using a coded phase mask.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects that can be obtained from the present disclosure are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. will be.
도 1은 종래 핀홀 카메라 구조를 차용하여 코딩된 조리개를 기반으로 이미지를 생성하는 과정에 관한 도면이다.
도 2는 본 개시에 적용 가능한 3차원 이미지를 생성할 수 있는 COACH(Coded Aperture Correlation Holography) 시스템에 관한 도면이다.
도 3은 본 개시에 적용 가능한 도 2에 사용되는 코딩된 위상 마스크(coded phase mask, CPM)와 핀홀의 밝기 정보와 물체의 밝기 정보에 관한 도면이다.
도 4는 본 개시에 적용 가능한 단색 편광 이미지 센서에 관한 도면이다.
도 5는 본 개시에 적용 가능한 컬러 편광 이미지 센서에 관한 도면이다.
도 6은 본 개시에 적용 가능한 컬러 편광 이미지 센서를 이용하여 복소 데이터를 얻는 과정에 관한 도면이다.
도 7은 본 개시에 적용 가능한 스캐닝 방식 기하학적 위상 소자를 제작하는 시스템에 관한 도면이다.
도 8은 본 개시에 적용 가능한 기하학적 위상 소자에 관한 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 시스템에 관한 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 시스템의 데이터 처리 프로세스에 관한 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 방법에 관한 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 장치에 관한 도면이다.
도 13은 본 개시의 다른 일 실시예에 따른 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 장치에 관한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the process of generating an image based on a coded aperture by borrowing a conventional pinhole camera structure.
FIG. 2 is a diagram of a Coded Aperture Correlation Holography (COACH) system capable of generating a three-dimensional image applicable to the present disclosure.
FIG. 3 is a diagram of a coded phase mask (CPM) used in FIG. 2 applicable to the present disclosure, pinhole brightness information, and object brightness information.
4 is a diagram of a monochromatic polarization image sensor applicable to the present disclosure.
Figure 5 is a diagram of a color polarization image sensor applicable to the present disclosure.
FIG. 6 is a diagram illustrating a process for obtaining complex data using a color polarization image sensor applicable to the present disclosure.
Figure 7 is a diagram of a system for manufacturing a scanning-type geometric phase element applicable to the present disclosure.
8 is a diagram of a geometric phase element applicable to the present disclosure.
FIG. 9 is a diagram of a 3D image generation system using a coded phase mask according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 10 is a diagram illustrating a data processing process of a 3D image generation system using a coded phase mask according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 11 is a diagram of a method for generating a 3D image using a coded phase mask according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 12 is a diagram of a 3D image generating device using a coded phase mask according to an embodiment of the present disclosure.
FIG. 13 is a diagram of a 3D image generating device using a coded phase mask according to another embodiment of the present disclosure.
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. Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present disclosure will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice them. However, the present disclosure may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
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.In describing embodiments of the present disclosure, if it is determined that detailed descriptions of known configurations or functions may obscure the gist of the present disclosure, detailed descriptions thereof will be omitted. In addition, in the drawings, parts that are not related to the description of the present disclosure are omitted, and similar parts are given similar reference numerals.
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. In the present disclosure, distinct components are intended to clearly explain each feature, and do not necessarily mean that the components are separated. That is, a plurality of components may be integrated to form one hardware or software unit, or one component may be distributed to form a plurality of hardware or software units. Accordingly, even if not specifically mentioned, such integrated or distributed embodiments are also included in the scope of the present disclosure.
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. In the present disclosure, components described in various embodiments do not necessarily mean essential components, and some may be optional components. Accordingly, embodiments consisting of a subset of the elements described in one embodiment are also included in the scope of the present disclosure. Additionally, embodiments that include other components in addition to the components described in the various embodiments are also included in the scope of the present disclosure.
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. In the present disclosure, components described in various embodiments do not necessarily mean essential components, and some may be optional components. Accordingly, embodiments consisting of a subset of the elements described in one embodiment are also included in the scope of the present disclosure. Additionally, embodiments that include other components in addition to the components described in the various embodiments are also included in the scope of the present disclosure.
본 개시에 있어서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 특별히 언급되지 않는 한 구성요소들 간의 순서 또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 따라서, 본 개시의 범위 내에서 일 실시 예에서의 제1 구성요소는 다른 실시 예에서 제2 구성요소라고 칭할 수도 있고, 마찬가지로 일 실시예에서의 제2 구성요소를 다른 실시예에서 제1 구성요소라고 칭할 수도 있다.In the present disclosure, terms such as first and second are used only for the purpose of distinguishing one component from other components, and do not limit the order or importance of the components unless specifically mentioned. Therefore, within the scope of the present disclosure, the first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment, and similarly, the second component in one embodiment may be referred to as the first component in another embodiment. It may also be called.
본 개시의 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있으나, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나, "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component of the present disclosure is referred to as being “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in between. It must be understood that it may be possible. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.
한편, 본 개시에서 3차원 이미지는 복소 홀로그램을 포함할 수 있다. Meanwhile, in the present disclosure, the 3D image may include a complex hologram.
한편, 본 개시에서 이미지 생성, 이미징 및 이미지 복원은 혼용될 수 있다. Meanwhile, in the present disclosure, image generation, imaging, and image restoration may be used interchangeably.
한편, 본 개시에서 이미징과 이미지 생성은 혼용될 수 있다. Meanwhile, in the present disclosure, imaging and image generation may be used interchangeably.
한편, 본 개시에서 점광원과 핀홀은 혼용될 수 있다. Meanwhile, in the present disclosure, point light source and pinhole may be used interchangeably.
한편, 본 개시에서 복소 홀로그램, 복소 홀로그램 데이터와 복소 데이터는 혼용될 수 있다.Meanwhile, in the present disclosure, complex hologram, complex hologram data, and complex data may be used interchangeably.
이하, 본 개시의 다양한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
도 2는 본 개시에 적용 가능한 3차원 이미지를 생성할 수 있는 COACH(Coded Aperture Correlation Holography) 시스템에 관한 도면이며, 도 3은 본 개시에 적용 가능한 도 2의 시스템의 공간 광 변조기에서 사용되는 코딩된 위상 마스크(coded phase mask, CPM)와, 점광원의 밝기 정보와, 물체의 밝기 정보에 관한 도면이다. FIG. 2 is a diagram of a Coded Aperture Correlation Holography (COACH) system capable of generating a three-dimensional image applicable to the present disclosure, and FIG. 3 is a diagram of a coded aperture correlation holography (COACH) system used in the spatial light modulator of the system of FIG. 2 applicable to the present disclosure. This is a diagram of a coded phase mask (CPM), brightness information of a point light source, and brightness information of an object.
보다 상세하게는, 도 2는 도 1의 원리를 계산 사진학(computational photography)에 도입해 코딩된 조리개(coded aperture)에 의한 디포커스(defocus) 패턴을 인식하여 디지털 3차원 이미지를 생성하는 시스템을 제안하고 있다. 또한, 도 3의 (a)는 코딩된 위상 마스크의 일 예를, (b)는 (a)와 같은 코딩된 위상 마스크에 따른 점광원의 밝기 정보를, (c)는 (a)와 같은 코딩된 위상 마스크에 따른 물체의 밝기 정보에 관한 도면이다.More specifically, Figure 2 proposes a system that generates a digital three-dimensional image by introducing the principle of Figure 1 into computational photography and recognizing the defocus pattern by coded aperture. I'm doing it. In addition, (a) in Figure 3 shows an example of a coded phase mask, (b) shows brightness information of a point light source according to the coded phase mask as in (a), and (c) shows coding as in (a). This is a diagram about the brightness information of an object according to the phase mask.
도 2는 주로 계산 사진학 분야에서 쓰이던 이진(binary) 타입의 코딩된 마스크(coded mask)를 위상 전용(phase-only) 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM) 상의 랜덤 위상 마스크(random phase mask)로 이용해 3차원 이미지(홀로그램)을 생성하는 COACH라 명명된 시스템에 관한 도면이다. Figure 2 shows a binary type coded mask, mainly used in the field of computational photography, as a random phase mask on a phase-only spatial light modulator (SLM). This is a drawing of a system named COACH that generates a 3D image (hologram) using .
도 2의 시스템은 3차원 이미지 복원을 위한 고부하의 반복 알고리즘이 필요한 종래 계산 사진학의 코딩된 조리개를 이용하는 카메라(coded aperture camera)와 달리, 최초 점광원에 의한 점확산 함수(point spread function, PSF) 라이브러리를 이용하는 것이 특징으로서, 대물렌즈(L2, 201), 편광판(P1, 202), 공간 광 변조기(SLM, 203), 그리고 이미지 센서(204)를 포함할 수 있다. 여기서, 공간 광 변조기는 위상 전용 공간 광 변조기일 수 있다. Unlike the coded aperture camera of conventional computational photography, which requires a high-load iterative algorithm for 3D image restoration, the system of Figure 2 uses a point spread function (PSF) using an initial point light source. It is characterized by using a library and may include an objective lens (L2, 201), a polarizer (P1, 202), a spatial light modulator (SLM, 203), and an image sensor (204). Here, the spatial light modulator may be a phase-only spatial light modulator.
대물렌즈(201)를 통해 외부광이 집광되면 특정한 극성의 광 성분만을 걸러주는 편광판(202)을 거쳐, 공간 광 변조기(203)로 빛이 입력된다. When external light is collected through the objective lens 201, the light is input to the spatial light modulator 203 through the polarizer 202, which filters only light components of a specific polarity.
이후, 공간 광 변조기(203)에 0에서 360도 까지의 다양한 위상각을 나타내는 코딩된 위상 마스크(CPM)를 띄워 이미지 센서(204)로부터 점광원에 대한 밝기 정보를 포함하는 이미지를 얻을 수 있다. 여기서, 코딩된 위상 마스크는 도 3의 (a)와 같을 수 있고, 이미지 센서로부터 획득된 이미지는 도 3의 (b)와 같을 수 있다. 또한, 점광원은 광축(optical axis) 상에서 깊이 방향으로 이동될 수 있으며, 각 위치에 대한 점광원의 밝기 정보를 포함하는 이미지가 생성될 수 있다. 즉, 점광원의 밝기 정보를 포함하는 이미지는 위치 간격에 따라 생성될 수 있으므로, 복수 개일 수 있다. 이러한 이미지를 묶어 해당 점광원에 대한 PSF 라이브러리를 구축할 수 있다.Thereafter, an image including brightness information about a point light source can be obtained from the image sensor 204 by floating a coded phase mask (CPM) representing various phase angles from 0 to 360 degrees on the spatial light modulator 203. Here, the coded phase mask may be as shown in (a) of FIG. 3, and the image acquired from the image sensor may be as shown in (b) of FIG. 3. Additionally, the point light source can be moved in the depth direction on the optical axis, and an image containing brightness information of the point light source for each location can be generated. That is, since images containing brightness information of a point light source can be generated according to positional intervals, there may be a plurality of images. These images can be grouped to build a PSF library for that point light source.
PSF 라이브러리가 구축되면, 점광원이 이동한 공간 상에 물체를 놓고, 앞서 사용한 코딩된 위상 마스크를 공간 광 변조기에 띄워 도 3의 (c)와 같은 해당 지점에 대한 물체의 밝기 정보가 기록된 이미지를 생성할 수 있다. 여기서, 균일하지 못한 점광원의 밝기 분포에 의해 나타나는 노이즈 성분을 제거하기 위해, 서로 다른 3 개의 코딩된 위상 마스크를 이용하여, 이미지 센서로부터 생성된 3 개의 밝기 정보를 기반으로 할 수 있다. 또한, 코딩된 위상 마스크의 위상각 분포는 기본적으로 랜덤 함수의 형태로 정해질 수 있다. 물체에 대한 밝기 정보가 기록된 세 장의 밝기 정보가 기록된 이미지는 한 장의 복소 데이터로 합쳐질 수 있다. 한 장의 복소 데이터는 하기 수식에 의해 생성된다.Once the PSF library is built, an object is placed in the space where the point light source moved, and the previously used coded phase mask is floated on the spatial light modulator to create an image in which the brightness information of the object is recorded for that point, as shown in (c) of Figure 3. can be created. Here, in order to remove the noise component that appears due to the non-uniform brightness distribution of the point light source, three different coded phase masks can be used, based on three brightness information generated from the image sensor. Additionally, the phase angle distribution of the coded phase mask can be basically determined in the form of a random function. Three images with recorded brightness information about an object can be combined into one piece of complex data. One sheet of complex data is generated by the following formula.
여기서 는 k번째 노출로 얻은, 각 픽셀 위치 벡터 와 깊이 값 에 해당하는 밝기 정보이다. here is the position vector of each pixel, obtained with the kth exposure. and depth value This is the brightness information corresponding to .
물체에 대한 한 장의 복소 데이터는 앞서 구축한 PSF 라이브러리의 특정 위치에 해당하는 점광원의 밝기 정보가 기록된 PSF 이미지(예를 들어, 도 3의 (b))와 컨볼루션 연산되어, 해당 지점의 물체에 대한 3차원 이미지를 생성할 수 있다. One piece of complex data about an object is convolutioned with a PSF image (e.g., (b) in Figure 3) in which the brightness information of a point light source corresponding to a specific position in the previously constructed PSF library is recorded, and the corresponding point is calculated. It is possible to create a 3D image of an object.
한편, 상기의 이미지 센서는 도 4의 단색 편광 이미지 센서이거나, 도 5의 컬러 편광 이미지 센서일 수 있는데, 이에 대하여는 하기에서 도 4 및 도 5를 참조하여 더욱 상세하게 설명할 것이다. Meanwhile, the image sensor may be the monochromatic polarization image sensor of FIG. 4 or the color polarization image sensor of FIG. 5, which will be described in more detail with reference to FIGS. 4 and 5 below.
도 4는 본 개시에 적용 가능한 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.FIG. 4 is a diagram illustrating the pixel structure of a monochromatic polarization image sensor applicable to the present disclosure. More specifically, a structure in which photodiodes 403, to which a micro lens array 401 and a polarizer array 402 are attached, are arranged in two dimensions to obtain polarization information of the target object is used. This is a diagram showing the pixel structure of an image sensor.
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.As an example, a microlens array 401 may be attached on the polarizer array 402. For example, the polarizer array may be configured to have a 2 x 2 configuration for the pixels, and each polarizer may be rotated by 0 degrees, 45 degrees, -45 degrees, and 90 degrees, as mentioned above. As shown, this is to control the geometric phase of the light wave. Meanwhile, the degree to which each polarizing plate is rotated corresponds to one embodiment and is not limited to the above example.
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.Meanwhile, the image sensor in FIG. 4 is a monochromatic polarization image sensor, and the color polarization image sensor may mean that, for example, a color filter is additionally attached to the image sensor in FIG. 4. The color polarization image sensor will be described in more detail with reference to FIG. 5 below.
도 5는 본 개시에 적용 가능한 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.FIG. 5 is a diagram illustrating the pixel arrangement of a polarization image sensor applicable to the present disclosure. More specifically, this is a diagram to explain the pixel arrangement of a color polarization image sensor with a color filter attached along with the polarizer arrangement.
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 있다. As an example, in the case of a color polarization image sensor, four polarization components can be expressed in three color channels (e.g., R, G, and B) with one shot of the target object (e.g., R, G, B). G, G, B). At this time, each color channel may consist of, for example, four pixels, and each pixel may be based on a different wire-grid direction. As an example, according to this, a total of four polarization components can be expressed as RGGB.
도 6은 본 개시에 적용 가능한 컬러 편광 이미지 센서를 이용하여 복소 데이터를 얻는 과정에 관한 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating a process for obtaining complex data using a color polarization image sensor applicable to the present disclosure.
일 실시예로서, 도 6의 컬러 편광 이미지 센서는 도 5의 컬러 편광 이미지 센서일 수 있으며, 도 4의 편광판 어레이를 포함하는 단색 편광 이미지 센서에 더불어 컬러 필터까지 같이 부착된 컬러 편광 이미지 센서일 수 있으며, 본 개시의 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 장치, 방법, 시스템에서 사용되는 센서일 수 있다.As an example, the color polarization image sensor of FIG. 6 may be the color polarization image sensor of FIG. 5, and may be a color polarization image sensor with a color filter attached in addition to the monochromatic polarization image sensor including the polarizer array of FIG. 4. and may be a sensor used in a 3D image generating device, method, and system using a coded phase mask of the present disclosure.
컬러 편광 이미지 센서에 의해 기록된 대상 물체에 대한 밝기 정보 이미지는 raw 이미지(raw image)일 수 있다. 일 실시예로서, 컬러 편광 이미지 센서는 네 가지 편광 성분을 세 가지 색상(예를 들어, R, G, B)으로 표현할 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. An image of brightness information about a target object recorded by a color polarization image sensor may be a raw image. As an example, a color polarization image sensor can express four polarization components as three colors (eg, R, G, and B). At this time, the polarizers may each have different phase values. For example, they may have phase values of 0 degrees, 45 degrees, 90 degrees, and 135 degrees, respectively.
컬러 편광 이미지 센서는 위상에 따른 편광 성분을 구분하여, 복소 홀로그램 데이터 재결합(complex hologram recombination)을 수행할 수 있다. 이를 기반으로, 컬러 채널 별로 각 성분을 취합할 수 있다(디모자이킹, demosaicing).A color polarization image sensor can distinguish polarization components according to phase and perform complex hologram data recombination. Based on this, each component can be collected for each color channel (demosaicing).
도 7은 본 개시에 적용 가능한 스캐닝 방식 기하학적 위상 소자를 제작하는 시스템에 관한 도면이다. 기하학적 위상은 광경로 혹은 편광이 투사되는 축에 따라 발생하는 광학적 지연(optical retardation)의 변화 없이 파라미터 공간 상의 기하학적인 이동에 의해 영향을 받는 위상을 말한다. 주로, 광학에서는 편광 상태의 변화에 따라 발생하는 위상을 의미하며, PB(panchartnam-berry) 위상이라고도 불린다. 최근, 소개된 액정을 이용한 기하학적 위상소자에 따르면 액정의 배향각에 따라 위상이 달라질 수 있어, 액정의 2차원 배향 각 정보만 있다면 원하는 위상 소자가 자유자재로 생성될 수 있다. 여러가지 제작 시스템이 있으나 본 개시에 적용 가능한 시스템 중 하나는, 도 7와 같은 스캐닝 방식이다. 광 배향 물질이 코팅된 기판을 도 7의 홀로그램(701) 위치에 두고, 2D 포지셔닝 시스템(positioning system)(702)으로 구획을 움직여가며 1D 편광 제어 스테이지(polarization control stage)를 이용해 해당 구획에 배정된 배향각도로 입사광의 편광 상태를 정의할 수 있다. 이에 따르면 기판 상 광 배향 막에 선형의 배향 정보가 생길 수 있고, 이후 액정을 코팅하면 자가 배열에 의해 공간적으로 배향각도가 다른 위상소자가 제작될 수 있다.Figure 7 is a diagram of a system for manufacturing a scanning-type geometric phase element applicable to the present disclosure. Geometric phase refers to the phase affected by geometric movement in parameter space without change in optical retardation that occurs along the optical path or the axis on which polarized light is projected. Mainly in optics, it refers to a phase that occurs due to a change in polarization state, and is also called a PB (panchartnam-berry) phase. According to the recently introduced geometric phase device using liquid crystal, the phase can vary depending on the orientation angle of the liquid crystal, so a desired phase device can be freely created as long as there is information on the two-dimensional orientation angle of the liquid crystal. There are various manufacturing systems, but one of the systems applicable to this disclosure is the scanning method as shown in FIG. 7. A substrate coated with a photo-alignment material is placed at the position of the
도 8은 본 개시에 적용 가능한 기하학적 위상 소자에 관한 도면이다.8 is a diagram of a geometric phase element applicable to the present disclosure.
보다 상세하게는, 도 7과 같은 스캐닝 방식의 위상 소자 제작 시스템의 1D 편광 제어 스테이지에 입력 값으로 도 3의 (a)와 같은 코딩된 위상 마스크 정보를 입력하면, 생성될 수 있는 랜덤 위상 리타더(random phase retarder)를 나타낸 도면이다. 도 8의 랜덤 위상 리타더는 무작위의 위상값 배열을 가지며, 액정의 층을 조절하면 각 구획별 액정은 동일하게 반파장판 특성을 가질 수 있다. 따라서 기하학적 위상의 특성에 의해 0부터 360도까지의 위상 변조가 가능해질 수 있다. 도 8은 코딩된 위상 마스크를 기반으로 하는 공간별 액정의 배향각 혹은 이에 따른 위상지연 값을 색상을 이용해 보여주고 있다.More specifically, a random phase retarder that can be generated by inputting coded phase mask information as shown in (a) of FIG. 3 as an input value to the 1D polarization control stage of the scanning type phase device manufacturing system as shown in FIG. 7. This is a diagram showing (random phase retarder). The random phase retarder of FIG. 8 has a random phase value arrangement, and by adjusting the layers of the liquid crystal, the liquid crystal in each section can have the same half-wave plate characteristics. Therefore, phase modulation from 0 to 360 degrees can be possible depending on the characteristics of the geometric phase. Figure 8 shows the orientation angle of the liquid crystal for each space based on the coded phase mask or the phase delay value accordingly using color.
도 9은 본 개시의 일 실시예에 따른 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 시스템에 관한 도면이며, 도 10은 본 개시의 일 실시예에 따른 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 시스템의 데이터 처리 프로세스에 관한 도면이다. FIG. 9 is a diagram of a 3D image generation system using a coded phase mask according to an embodiment of the present disclosure, and FIG. 10 is a diagram of a 3D image generation system using a coded phase mask according to an embodiment of the present disclosure. This is a diagram of the data processing process.
일 실시예로서, 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 시스템은, 촬영 대상 객체(901), 대물렌즈(902), 위상 마스크(903), 편광 이미지 센서(904)와 3차원 이미지 생성 장치(905)를 포함할 수 있다.As an embodiment, a 3D image generation system using a coded phase mask includes an object to be captured 901, an
일 실시예로서, 도 10의 데이터 처리 프로세스를 설명할 때에는 설명의 명확함을 위해 도 9의 3차원 이미지 생성 시스템을 기반으로 설명하나, 3차원 이미지 생성 시스템은 본 개시의 일 실시예에 불과하므로, 반드시 도 9와 같이 구성되어야 하는 것은 아니다. As an example, when explaining the data processing process of FIG. 10, the explanation is based on the 3D image generation system of FIG. 9 for clarity of explanation. However, since the 3D image generation system is only an embodiment of the present disclosure, It does not necessarily have to be configured as shown in Figure 9.
또한, 도 10의 데이터 처리 프로세스는 3차원 이미지 생성 시스템뿐 아니라 3차원 이미지 생성 장치 등에 의해 수행될 수 있으며, 3차원 이미지 생성 장치는 도 12와 같을 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. Additionally, the data processing process of FIG. 10 may be performed by a 3D image generating device as well as a 3D image generating system, and the 3D image generating device may be as shown in FIG. 12 . However, it is not limited to this.
일 실시예로서, 3차원 이미지 생성 시스템은 도 10의 데이터 처리 프로세스 및/혹은 도 11의 3차원 이미지 생성 방법을 수행할 수 있으며, 도 12의 3차원 이미지 생성 장치를 본 도면의 3차원 이미지 생성 장치(905)로 포함할 수 있다. As an embodiment, the 3D image generation system may perform the data processing process of FIG. 10 and/or the 3D image generation method of FIG. 11, and may perform the 3D image generation method of the 3D image generation device of FIG. 12. It may be included as
3차원 이미지 생성에 앞서, 3차원 이미지 생성 시스템은 도 10과 같이 최초 1회 점광원에 대한 복소 데이터를 취득하는 과정(1001)을 수행할 수 있다. 먼저, 3차원 이미지 생성 시스템이 구성(1000)되면, 점광원(핀홀)을 설치(1010)하여 촬영(1011)하고, 점광원에 대한 촬영 이미지를 기반으로 편광 이미지를 분리하여 복소 데이터를 합성(1012)할 수 있다. 편광 이미지 분리는 위상 마스크(도 9, 903)를 거쳐, 한 번의 촬영으로 얻은 점광원에 대한 이미지를 기반으로 네 장의 변조된 밝기 정보를 포함하는 이미지를 이미지 센서(도 9, 904)를 이용하여 생성하는 과정을 포함할 수 있다. 한편, 이 과정은 점광원(핀홀)을 광축 상에서 깊이 방향으로 일정 간격을 이동(1013)하면서 반복될 수 있다. 예를 들어, 깊이 위치 z0에서 zN까지 Δz의 간격으로 점광원을 이동해 가며 촬영함에 따라 PSF 이미지를 생성할 수 있으며, 이 때 설정한 깊이범위와 간격이 곧 해당 시스템의 깊이 취득범위 및 깊이 해상도가 될 수 있다. 이에 따라, 각 위치에서 합성된 복소 데이터를 기반으로 하는 점광원에 대한 PSF 이미지를 생성할 수 있다. 따라서, 점광원에 대한 PSF 이미지는 복수 개일 수 있다. 복수 개의 점광원에 대한 PSF 이미지를 기반으로 PSF 라이브러리(1002)를 생성할 수 있다. 각 점광원에 대한 시스템의 응답특성에 해당하는 PSF 라이브러리는 이후 물체에 대한 복소 데이터에서 삼차원 이미지를 복원하는데 사용될 수 있다. Prior to generating a 3D image, the 3D image generation system may perform a process (1001) of acquiring complex data for a point light source for the first time, as shown in FIG. 10. First, when the 3D image generation system is configured (1000), a point light source (pinhole) is installed (1010) and photographed (1011), and the polarized image is separated based on the captured image of the point light source to synthesize complex data ( 1012) You can. Polarization image separation is performed through a phase mask (FIG. 9, 903), and an image containing four modulated brightness information based on an image of a point light source obtained in one shooting is obtained using an image sensor (FIG. 9, 904). It may include a creation process. Meanwhile, this process can be repeated while moving the point light source (pinhole) at a certain interval in the depth direction on the optical axis (1013). For example, a PSF image can be created by moving a point light source from the depth position z0 to zN at an interval of Δz, and the set depth range and interval are the depth acquisition range and depth resolution of the system. It can be. Accordingly, it is possible to generate a PSF image for a point light source based on complex data synthesized at each location. Therefore, there may be multiple PSF images for a point light source. A PSF library 1002 can be created based on PSF images for a plurality of point light sources. The PSF library corresponding to the system's response characteristics for each point light source can then be used to restore a three-dimensional image from complex data about the object.
앞선 PSF 라이브러리 구축 과정 이후, 촬영 대상 객체가 설치(1003)되어, 촬영(1004)되고, 객체의 반사광이 대물렌즈(902)에 입사되면, 광 정보가 집광되어 위상 마스크(903)를 통과할 수 있다. 이 때, 객체의 반사광의 위상을 변조하는 위상 마스크(903)는 코딩된 위상 마스크(coded phase mask, CPM)일 수 있으며, 코딩된 반파장판 위상 마스크(coded half-wave phase mask)를 포함할 수 있다. 여기서, 코딩된 반파장판 위상 마스크는 도 8에 도시된 것을 포함하며, 도 7에 의해 생성된 기하학적 위상 소자를 포함할 수 있다. 위상 마스크(903)는 입력된 빛의 위상 정보를 무작위로 변조할 수 있다.After the preceding PSF library construction process, the object to be photographed is installed (1003), photographed (1004), and when the reflected light of the object is incident on the
이후, 편광 이미지 센서(904)는 코딩된 위상 마스크로부터 위상이 변조된 상기 객체의 반사광을 기반으로 상기 객체의 밝기 정보를 이미지로 기록할 수 있다. 객체가 촬영(1004)됨에 따라 생성되는 이미지를 기반으로, 각 편광 이미지를 분리할 수 있으며, 이를 기반으로 3차원 이미지 생성 장치(905)가 객체에 대한 복소 데이터를 합성(1005)할 수 있다. 보다 상세하게는, 편광 이미지 센서(904)는 각 픽셀에 대응되는 편광 판의 할당 각도를 기반으로 해당 픽셀에 대응되는 위치의 입력된 빛의 위상 정보를 고유의 밝기 정보로 변환하여 픽셀에 기록할 수 있다. 여기서, 편광 이미지 센서(904)는 도 4의 단색 편광 이미지 센서 및/혹은 도 5의 컬러 편광 이미지 센서를 포함할 수 있다. 3차원 이미지 생성 장치(905)에 의해 합성된 복소 데이터는 객체 데이터(1006)에 포함될 수 있는데, 편광 이미지 센서(904)가 컬러 편광 이미지 센서인 경우, 합성된 복소 데이터는 도 6의 복소 데이터 변환 과정이 수행되어 생성된 것일 수 있다. 3차원 이미지 생성 장치(905)는 객체의 이미지를 기반으로 상기 객체에 대한 복소 데이터를 합성하고, 합성된, 객체에 대한 복소 데이터와 점광원에 대한 PSF(Point Spread Function) 이미지를 기반으로 상기 객체의 3차원 이미지를 생성할 수 있다. 편광 이미지 센서(904)가 컬러일 경우 각 컬러별 밝기정보가 픽셀에 기록되기 때문에 3차원 이미지 생성 장치(905)는 객체에 대한 풀컬러 3차원 이미지를 복원할 수 있다.Thereafter, the
이 때, 3차원 이미지 생성 장치(905)는, 객체가 특정 깊이 zk에서 촬영된 경우, PSF 라이브러리에 포함된, 특정 깊이(예를 들어, 카)에서 촬영된 점광원에 대한 PSF 이미지와 객체의 합성된 복소 데이터를 기반으로 객체의 3차원 이미지를 복원(1007)할 수 있다. 이 때, 점광원에 대한 PSF 이미지와 객체의 합성된 복소 데이터는 컨볼루션 연산 될 수 있다. At this time, when the object is photographed at a specific depth zk, the 3D
한편, 상기에서 렌즈(902), 위상 마스크(903), 편광 이미지 센서(904) 및 3차원 이미지 생성 장치(905)는 설명의 명료함을 위해서 구분한 것이므로, 위상 마스크(903)와 편광 이미지 센서(904)가 하나의 장치로 구성되거나, 위상 마스크(903) 및/혹은 편광 이미지 센서(904)가 3차원 이미지 생성 장치(905)에 포함될 수 있다. 다만, 이는 일 실시예에 해당하므로, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. Meanwhile, in the above, the
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따른 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 방법에 관한 도면이다.FIG. 11 is a diagram of a method for generating a 3D image using a coded phase mask according to an embodiment of the present disclosure.
일 실시예로서, 도 11의 3차원 이미지 생성 방법은 도 9의 3차원 이미지 생성 시스템이나 도 12의 3차원 이미지 생성 장치에 의해 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As an example, the 3D image generating method of FIG. 11 may be performed by the 3D image generating system of FIG. 9 or the 3D image generating device of FIG. 12, but is not limited thereto.
다른 일 실시예로서, 도 11의 3차원 이미지 생성 방법은 도 10의 데이터 처리 프로세스 중 1001 과정이 수행된 이후에 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As another example, the method of generating a 3D image of FIG. 11 may be performed after step 1001 of the data processing process of FIG. 10 is performed, but is not limited thereto.
일 실시예로서, 객체를 촬영하여 획득된 이미지를 기반으로 객체에 대한 복소 데이터를 합성(S1101)할 수 있다. 여기서 객체를 촬영하여 획득된 이미지란 상기에서 다른 도면을 참조하여 설명한, 객체를 촬영하여 위상 마스크를 거쳐 변조된 위상 변조 정보를 포함하는 이미지를 포함할 수 있다. 여기서, 위상 마스크는 코딩된 위상 마스크를 포함하며, 코딩된 위상 마스크는 코딩된 반파장판 위상 마스크를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 코딩된 반파장판 위상 마스크는 스캐닝 방식으로 제작된 기하학적 위상 소자를 기반으로 할 수 있다. 일 실시예로서, 객체를 촬영하여 획득된 이미지는 복수 개일 수 있고, 편광 이미지 센서를 통한 한 번의 촬영으로 획득된 것일 수 있으며, 객체에 대한 위상 변조된 밝기 정보를 포함할 수 있다. 또한, 사용된 편광 이미지 센서는 도 4의 단색 편광 이미지 센서이거나 도 5의 컬러 편광 이미지 센서일 수 있다. 사용된 편광 이미지 센서가 컬러 편광 이미지 센서인 경우, 객체에 대한 위상 변조된 밝기 정보는, 각 컬러 별 밝기 정보를 포함할 수 있다. 또한, 객체에 대한 복소 데이터의 합성은 앞서 설명한 도 6의 복소 데이터 합성 과정에 의할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 객체를 촬영하여 획득된 이미지를 기반으로 객체에 대한 복소 데이터를 합성(S1101)하는 과정은 물체를 촬영(도 10, 1004)하여 편광 이미지를 분리하고 복소 데이터를 합성(도 10, 1005)하는 과정을 포함할 수 있다. As an example, complex data about an object may be synthesized (S1101) based on an image obtained by photographing the object. Here, the image acquired by photographing an object may include an image including phase modulation information obtained by photographing an object and modulating it through a phase mask, as described above with reference to other drawings. Here, the phase mask includes a coded phase mask, and the coded phase mask may include a coded half-wave plate phase mask. Here, the coded half-wave plate phase mask may be based on a geometric phase element manufactured using a scanning method. As an example, there may be a plurality of images obtained by photographing an object, may be acquired through a single photographing using a polarization image sensor, and may include phase-modulated brightness information about the object. Additionally, the polarization image sensor used may be the monochromatic polarization image sensor of FIG. 4 or the color polarization image sensor of FIG. 5. If the polarization image sensor used is a color polarization image sensor, the phase-modulated brightness information for the object may include brightness information for each color. Additionally, the synthesis of complex data for an object may be based on the complex data synthesis process of FIG. 6 described above, but is not limited thereto. In addition, the process of synthesizing complex data about an object based on an image acquired by photographing the object (S1101) involves photographing the object (FIG. 10, 1004), separating the polarized image, and synthesizing complex data (FIG. 10, 1005). It may include the process of:
객체에 대한, 합성된 복소 데이터와 점광원에 대한 PSF 이미지를 기반으로 객체의 3차원 이미지를 생성(S1102)할 수 있다. 점광원에 대한 PSF 이미지는 점광원에 대한 PSF 라이브러리로부터 추출된, 상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지의 위치에 대응되는 PSF 이미지일 수 있다. PSF 라이브러리를 구축하는 과정은 도 9 및 10을 참조하여 설명한 과정과 동일할 수 있으며, 도 10의 1001 과정 및 1002에 해당할 수 있다. 보다 상세하게는, PSF 라이브러리는, 상기에서 언급한 바와 같이, 점광원의 깊이를 변화시켜 획득된 복수 개의 PSF 이미지를 포함할 수 있다. 점광원의 깊이를 변화시켜 획득된 PSF 이미지는 각각의 깊이에서 점광원을 촬영하여 획득된 이미지를 기반으로 점광원에 대한 복소 데이터를 합성하여 생성된 것일 수 있다. 여기서, 복소 데이터는 도 10의 1006의 물체 데이터에 포함될 수 있다. 또한, 객체의 3차원 이미지는, 점광원에 대한 PSF 이미지와 객체에 대한 복소 데이터의 컨볼루션 연산을 통해 생성될 수 있다. 이는, 도 10의 1007에 해당할 수 있다. A three-dimensional image of the object can be generated (S1102) based on the synthesized complex data for the object and the PSF image for the point light source. The PSF image for a point light source may be a PSF image extracted from a PSF library for a point light source and corresponding to the position of the image obtained by photographing the object. The process of building the PSF library may be the same as the process described with reference to FIGS. 9 and 10, and may correspond to processes 1001 and 1002 of FIG. 10. More specifically, the PSF library may include a plurality of PSF images obtained by changing the depth of a point light source, as mentioned above. A PSF image obtained by changing the depth of a point light source may be generated by synthesizing complex data about the point light source based on images obtained by photographing the point light source at each depth. Here, complex data may be included in object data 1006 of FIG. 10. Additionally, a 3D image of an object can be generated through a convolution operation between a PSF image for a point light source and complex data for the object. This may correspond to 1007 in FIG. 10.
한편, 도 11은 본 개시의 일 실시예에 불과하므로, 도 11의 순서가 변경되거나 도 11의 단계 외에 다른 단계가 더 포함되거나 일부 단계가 제외될 수 있다.Meanwhile, since FIG. 11 is only an example of the present disclosure, the order of FIG. 11 may be changed, steps other than those of FIG. 11 may be included, or some steps may be excluded.
도 12는 본 개시의 일 실시예에 따른 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 장치에 관한 도면이다. FIG. 12 is a diagram of a 3D image generating device using a coded phase mask according to an embodiment of the present disclosure.
일 실시예로서, 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 장치(1200)는 신호를 송수신하는 송수신부(1202) 및 송수신부(1202)를 제어하는 프로세서(1201)를 포함할 수 있다. As an embodiment, the
일 실시예로서, 도 12의 3차원 이미지 생성 장치는 도 11의 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 방법을 실행할 수 있고, 도 9의 시스템에 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. As an example, the 3D image generating device of FIG. 12 may execute the 3D image generating method using the coded phase mask of FIG. 11 and may be included in the system of FIG. 9, but is not limited thereto.
일 실시예로서, 프로세서(1201)는 객체를 촬영하여 획득된 이미지를 기반으로 객체에 대한 복소 데이터를 합성하고, 상기 객체에 대한 복소 데이터와 점광원에 대한 PSF(Point Spread Function) 이미지를 기반으로 상기 객체의 3차원 이미지를 생성할 수 있다. 객체를 촬영하여 획득된 이미지는 코딩된 위상 마스크(coded phase mask, CPM)를 통해 편광 이미지 센서에 의해 획득될 수 있다. 코딩된 위상 마스크는 코딩된 반파장판 위상 마스크(coded half-wave phase mask)일 수 있으며, 코딩된 반파장판 위상 마스크는 스캐닝 방식으로 제작된 기하학적 위상 소자를 기반으로 할 수 있으며, 이는 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한 내용을 포함할 수 있다. 객체를 촬영하여 획득된 이미지는 복수 개이고, 편광 이미지 센서를 통한 한 번의 촬영으로 획득되며, 객체에 대한 위상 변조된 밝기 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 언급한 편광 이미지 센서는 도 4 및 도 5의 편광 이미지 센서를 포함할 수 있는데, 컬러 편광 이미지 센서인 경우, 객체에 대한 위상 변조된 밝기 정보는, 각 컬러 별 밝기 정보를 포함할 수 있다. 점광원에 대한 PSF 이미지는, 점광원에 대한 PSF 라이브러리로부터 추출된, 객체를 촬영하여 획득된 이미지의 위치에 대응되는 PSF 이미지일 수 있다. PSF 라이브러리는, 복수 개의 상기 점광원의 깊이를 변화시켜 획득된 PSF 이미지를 포함할 수 있다. 점광원의 깊이를 변화시켜 획득된 PSF 이미지는, 각각의 깊이에서 상기 점광원을 촬영하여 획득된 이미지를 기반으로 점광원에 대한 복소 데이터를 합성하여 생성될 수 있다. 객체의 3차원 이미지는 PSF 이미지와 객체에 대한 복소 데이터의 컨볼루션 연산을 통해 생성될 수 있다. As an embodiment, the
한편, 도 12에는 도시되지 않았으나, 코딩된 위상 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 장치에는 RAM(Random Access Memory) 및 ROM(Read Only Memory)을 포함하는 메모리, 사용자 인터페이스 입력 장치, 사용자 인터페이스 출력 장치, 스토리지, 네트워크 인터페이스, 버스를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, although not shown in FIG. 12, the 3D image generating device using a coded phase mask includes memory including RAM (Random Access Memory) and ROM (Read Only Memory), a user interface input device, a user interface output device, and storage. , may further include a network interface and a bus.
또한, 도 12의 프로세서(1201)는 하나 이상 존재할 수 있으며, 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리 및/또는 스토리지에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리 및 스토리지는 다양한 종류의 휘발성 또는 비휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. Additionally, there may be one or
기존 시스템에서는 부호화된 위상 마스크를 표현하기 위하여 위상 전용 공간 광 변조기를 이용하였으나, 이는 능동 소자이기에 구동 회로와 추가 전력을 요구하고, 개구의 지름을 늘리는데 한계가 있으며, 현재 수천만원 대의 가격을 유지하고 있다. 그러나 본 개시에 의하면, 기하학적 위상 소자를 이용한 부호화된 반파장판 위상 마스크를 이용함으로써 시스템을 간편하고 저렴하게 구성할 수 있다.The existing system used a phase-only spatial light modulator to express the encoded phase mask, but since it is an active device, it requires a driving circuit and additional power, and there is a limit to increasing the diameter of the aperture, and the price is currently in the tens of millions of won. there is. However, according to the present disclosure, the system can be constructed simply and inexpensively by using an encoded half-wave plate phase mask using a geometric phase element.
뿐만 아니라, 본 개시에 의하면, 편광 이미지 센서를 이용하여 시배열(time-sequential)로 코딩된 위상 마스크(CPM)를 이용하여 이미지를 취득하는 대신 한 번의 노출로 네 장의 변조된 밝기 정보를 얻을 수 있으므로, 보다 효율적인 동영상 취득이 가능할 수 있다. In addition, according to the present disclosure, instead of acquiring an image using a time-sequential coded phase mask (CPM) using a polarization image sensor, four pieces of modulated brightness information can be obtained with a single exposure. Therefore, more efficient video acquisition may be possible.
또한, 본 개시에 의하면, 렌즈에 의한 수차, 회절의 파장 의존성에 의한 색분산 효과가 없는 매우 컴팩트한 사이즈의 3차원 이미지 생성 시스템을 별도의 소비전력 없이 양산성 높은 소자로 제작할 수 있다.In addition, according to the present disclosure, a very compact 3D image generation system without aberration caused by a lens or chromatic dispersion effect due to the wavelength dependence of diffraction can be manufactured as a highly mass-producible device without additional power consumption.
본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리 및/또는 스토리지)에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.The steps of the method or algorithm described in connection with the embodiments disclosed herein may be implemented directly in hardware, software modules, or a combination of the two executed by a processor. Software modules may reside in a storage medium (i.e., memory and/or storage) such as RAM memory, flash memory, ROM memory, EPROM memory, EEPROM memory, registers, hard disk, removable disk, CD-ROM. An exemplary storage medium is coupled to a processor, the processor capable of reading information from and writing information to the storage medium. Alternatively, the storage medium may be integral with the processor. The processor and storage medium may reside within an application specific integrated circuit (ASIC). The ASIC may reside within the user terminal. Alternatively, the processor and storage medium may reside as separate components within the user terminal.
본 개시의 예시적인 방법들은 설명의 명확성을 위해서 동작의 시리즈로 표현되어 있지만, 이는 단계가 수행되는 순서를 제한하기 위한 것은 아니며, 필요한 경우에는 각각의 단계가 동시에 또는 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 본 개시에 따른 방법을 구현하기 위해서, 예시하는 단계에 추가적으로 다른 단계를 포함하거나, 일부의 단계를 제외하고 나머지 단계를 포함하거나, 또는 일부의 단계를 제외하고 추가적인 다른 단계를 포함할 수도 있다.Exemplary methods of the present disclosure are expressed as a series of operations for clarity of explanation, but this is not intended to limit the order in which the steps are performed, and each step may be performed simultaneously or in a different order, if necessary. In order to implement the method according to the present disclosure, other steps may be included in addition to the exemplified steps, some steps may be excluded and the remaining steps may be included, or some steps may be excluded and additional other steps may be included.
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. The various embodiments of the present disclosure do not list all possible combinations but are intended to explain representative aspects of the present disclosure, and matters described in the various embodiments may be applied independently or in combination of two or more.
또한, 본 개시의 다양한 실시 예는 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 그들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 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, 종단 혹은 에지에서 사용될 수 있는 비 일시적 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장된 프로그램의 형식이나, 에지 혹은 클라우드에서 사용될 수 있는 비 일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장된 프로그램의 형식으로도 구현될 수 있음은 자명하다. 또한, 다양한 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로도 구현될 수 있다. Additionally, various embodiments of the present disclosure may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof. For hardware implementation, one or more ASICs (Application Specific Integrated Circuits), DSPs (Digital Signal Processors), DSPDs (Digital Signal Processing Devices), PLDs (Programmable Logic Devices), FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), general purpose It can be implemented by a processor (general processor), controller, microcontroller, microprocessor, etc. For example, it is obvious that it can be implemented in the form of a program stored in a non-transitory computer-readable medium that can be used at the end or edge, or in the form of a program stored in a non-transitory computer-readable medium that can be used at the edge or in the cloud. do. Additionally, it can be implemented by combining various hardware and software.
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. The scope of the present disclosure is software or machine-executable instructions (e.g., operating system, application, firmware, program, etc.) that allow operations according to the methods of various embodiments to be executed on a device or computer, and such software or It includes non-transitory computer-readable medium in which instructions, etc. are stored and can be executed on a device or computer.
예를 들어, 본 개시의 일 실시예에 따른 코딩된 마스크를 이용한 3차원 이미지 생성 프로그램은 컴퓨터에서, 객체를 촬영하여 획득된 이미지를 기반으로 객체에 대한 복소 데이터를 합성하고, 합성된 복소 데이터와 점광원에 대한 PSF 이미지를 기반으로 객체의 3차원 이미지를 생성하는 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 프로그램일 수 있다.For example, a 3D image generation program using a coded mask according to an embodiment of the present disclosure synthesizes complex data about an object based on an image obtained by photographing the object on a computer, and combines the synthesized complex data and It may be a program stored on a non-transitory computer-readable medium that generates a three-dimensional image of an object based on a PSF image for a point light source.
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.The present disclosure described above may be subject to various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present disclosure to those skilled in the art to which the present disclosure pertains. Therefore, the scope of the present disclosure is limited to the above. It is not limited to one embodiment and the attached drawings.
901: 촬영 대상 객체
902: 대물렌즈
903: 위상 마스크
904: 편광 이미지 센서
905: 3차원 이미지 생성 장치901: Object to be photographed
902: Objective lens
903: Phase mask
904: Polarization image sensor
905: 3D image generating device
Claims (20)
상기 송수신부를 제어하는 프로세서;를 포함하되,
상기 프로세서는
객체를 촬영하여 획득된 이미지를 기반으로 객체에 대한 복소 데이터를 합성하고, 상기 객체에 대한 복소 데이터와 점광원에 대한 PSF(Point Spread Function) 이미지를 기반으로 상기 객체의 3차원 이미지를 생성하되,
상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지는 코딩된 위상 마스크(coded phase mask, CPM)를 통해 편광 이미지 센서에 의해 획득되는 이미지이고,
상기 점광원에 대한 PSF(Point Spread Function) 이미지는 상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지의 위치에 대응되는 PSF 이미지이며,
상기 편광 이미지 센서는,
복수의 픽셀에 대하여 서로 다른 각도의 복수의 편광판으로 구성된 편광판 어레이를 포함하는 컬러 편광 이미지 센서이고,
상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지는 상기 객체에 대한 각 컬러 별 밝기 정보를 포함하는 위상 변조된 밝기 정보를 포함하는,
3차원 이미지 생성 장치.
A transceiver unit that transmits and receives signals;
Including a processor that controls the transceiver unit,
The processor is
Complex data for the object is synthesized based on the image obtained by photographing the object, and a three-dimensional image of the object is generated based on the complex data for the object and the PSF (Point Spread Function) image for the point light source,
The image obtained by photographing the object is an image acquired by a polarization image sensor through a coded phase mask (CPM),
The PSF (Point Spread Function) image for the point light source is a PSF image corresponding to the position of the image obtained by photographing the object,
The polarization image sensor,
A color polarization image sensor comprising a polarizer array composed of a plurality of polarizers at different angles for a plurality of pixels,
The image obtained by photographing the object includes phase-modulated brightness information including brightness information for each color of the object,
3D image generating device.
상기 코딩된 위상 마스크는
코딩된 반파장판 위상 마스크(coded half-wave phase mask)인, 3차원 이미지 생성 장치.
According to claim 1,
The coded phase mask is
A three-dimensional image generating device, a coded half-wave phase mask.
상기 코딩된 반파장판 위상 마스크는
스캐닝 방식으로 제작된 기하학적 위상 소자를 기반으로 하는, 3차원 이미지 생성 장치.
According to clause 3,
The coded half-wave plate phase mask is
A three-dimensional image generating device based on a geometric phase element manufactured by scanning method.
상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지는 복수 개이고,
상기 편광 이미지 센서를 통한 한 번의 촬영으로 획득되는, 3차원 이미지 생성 장치.
According to claim 1,
There are multiple images obtained by photographing the object,
A three-dimensional image generating device obtained through one shot using the polarization image sensor.
상기 점광원에 대한 PSF 이미지는,
상기 점광원에 대한 PSF 라이브러리로부터 추출된 PSF 이미지인, 3차원 이미지 생성 장치.
According to claim 1,
The PSF image for the point light source is,
A three-dimensional image generating device, which is a PSF image extracted from the PSF library for the point light source.
상기 PSF 라이브러리는,
복수 개의 상기 점광원의 깊이를 변화시켜 획득된 PSF 이미지를 포함하는, 3차원 이미지 생성 장치.
According to clause 7,
The PSF library is,
A three-dimensional image generating device comprising a PSF image obtained by changing the depth of a plurality of point light sources.
상기 점광원의 깊이를 변화시켜 획득된 PSF 이미지는,
각각의 깊이에서 상기 점광원을 촬영하여 획득된 이미지를 기반으로 상기 점광원에 대한 복소 데이터를 합성하여 생성되는, 3차원 이미지 생성 장치.
According to clause 7,
The PSF image obtained by changing the depth of the point light source is,
A three-dimensional image generating device that is generated by synthesizing complex data about the point light source based on images obtained by photographing the point light source at each depth.
상기 객체의 3차원 이미지는,
상기 PSF 이미지와 상기 객체에 대한 복소 데이터의 컨볼루션 연산을 통해 생성되는, 3차원 이미지 생성 장치.
According to claim 1,
The three-dimensional image of the object is,
A three-dimensional image generating device generated through a convolution operation of the PSF image and complex data about the object.
상기 객체에 대한 복소 데이터와 점광원에 대한 PSF(Point Spread Function) 이미지를 기반으로 상기 객체의 3차원 이미지를 생성하는 단계;를 포함하되,
상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지는 코딩된 위상 마스크(CPM)를 통해 편광 이미지 센서에 의해 획득되는 이미지이고,
상기 점광원에 대한 PSF 이미지는 상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지의 위치에 대응되는 PSF 이미지이며,
상기 편광 이미지 센서는,
복수의 픽셀에 대하여 서로 다른 각도의 복수의 편광판으로 구성된 편광판 어레이를 포함하는 컬러 편광 이미지 센서이고,
상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지는 상기 객체에 대한 각 컬러 별 밝기 정보를 포함하는 위상 변조된 밝기 정보를 포함하는,
3차원 이미지 생성 방법.
synthesizing complex data about an object based on an image obtained by photographing the object;
Generating a three-dimensional image of the object based on complex data for the object and a Point Spread Function (PSF) image for a point light source,
The image obtained by photographing the object is an image acquired by a polarization image sensor through a coded phase mask (CPM),
The PSF image for the point light source is a PSF image corresponding to the position of the image obtained by photographing the object,
The polarization image sensor,
A color polarization image sensor including a polarizer array composed of a plurality of polarizers at different angles for a plurality of pixels,
The image obtained by photographing the object includes phase-modulated brightness information including brightness information for each color of the object,
How to create a 3D image.
상기 코딩된 위상 마스크는
코딩된 반파장판 위상 마스크(coded half-wave phase mask)인, 3차원 이미지 생성 방법.
According to claim 11,
The coded phase mask is
A method of creating a three-dimensional image, a coded half-wave phase mask.
상기 코딩된 반파장판 위상 마스크는
스캐닝 방식으로 제작된 기하학적 위상 소자를 기반으로 하는, 3차원 이미지 생성 방법.
According to claim 12,
The coded half-wave plate phase mask is
A three-dimensional image generation method based on geometric phase elements produced by scanning.
상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지는 복수 개이고,
상기 편광 이미지 센서를 통한 한 번의 촬영으로 획득되는, 3차원 이미지 생성 방법.
According to claim 11,
There are multiple images obtained by photographing the object,
A method of generating a three-dimensional image, obtained through one shot using the polarization image sensor.
상기 점광원에 대한 PSF 이미지는,
상기 점광원에 대한 PSF 라이브러리로부터 추출된, 상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지의 위치에 대응되는 PSF 이미지인, 3차원 이미지 생성 방법.
According to claim 11,
The PSF image for the point light source is,
A method of generating a three-dimensional image, which is a PSF image corresponding to the position of the image obtained by photographing the object, extracted from the PSF library for the point light source.
상기 PSF 라이브러리는,
복수 개의 상기 점광원의 깊이를 변화시켜 획득된 PSF 이미지를 포함하는, 3차원 이미지 생성 방법.
According to claim 16,
The PSF library is,
A three-dimensional image generation method comprising a PSF image obtained by changing the depth of a plurality of point light sources.
상기 점광원의 깊이를 변화시켜 획득된 PSF 이미지는,
각각의 깊이에서 상기 점광원을 촬영하여 획득된 이미지를 기반으로 상기 점광원에 대한 복소 데이터를 합성하여 생성되는, 3차원 이미지 생성 방법.
According to claim 16,
The PSF image obtained by changing the depth of the point light source is,
A three-dimensional image generation method that is generated by synthesizing complex data about the point light source based on images obtained by photographing the point light source at each depth.
상기 객체의 3차원 이미지는,
상기 PSF 이미지와 상기 객체에 대한 복소 데이터의 컨볼루션 연산을 통해 생성되는, 3차원 이미지 생성 방법.
According to claim 11,
The three-dimensional image of the object is,
A three-dimensional image generation method generated through a convolution operation of the PSF image and complex data for the object.
상기 코딩된 위상 마스크로부터 위상이 변조된 상기 객체의 반사광을 기반으로 상기 객체의 밝기 정보를 이미지로 기록하는 편광 이미지 센서; 및
상기 객체의 이미지를 기반으로 상기 객체에 대한 복소 데이터를 합성하고, 상기 객체에 대한 복소 데이터와 점광원에 대한 PSF(Point Spread Function) 이미지를 기반으로 상기 객체의 3차원 이미지를 생성하는 3차원 이미지 생성 장치;를 포함하되,
상기 편광 이미지 센서는,
복수의 픽셀에 대하여 서로 다른 각도의 복수의 편광판으로 구성된 편광판 어레이를 포함하는 컬러 편광 이미지 센서이고,
상기 객체를 촬영하여 획득된 이미지는 상기 객체에 대한 각 컬러 별 밝기 정보를 포함하는 위상 변조된 밝기 정보를 포함하는,
3차원 이미지 생성 시스템.A coded phase mask (CPM) that modulates the phase of reflected light from an object;
a polarization image sensor that records brightness information of the object as an image based on reflected light of the object whose phase has been modulated from the coded phase mask; and
A three-dimensional image that synthesizes complex data about the object based on the image of the object and generates a three-dimensional image of the object based on complex data about the object and a PSF (Point Spread Function) image for a point light source. Including a generating device;
The polarization image sensor,
A color polarization image sensor comprising a polarizer array composed of a plurality of polarizers at different angles for a plurality of pixels,
The image obtained by photographing the object includes phase-modulated brightness information including brightness information for each color of the object,
3D image generation system.
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