KR102683828B1 - 홀로그래픽 디스플레이의 최적화 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

홀로그래픽 디스플레이의 최적화 방법 및 그 장치가 개시된다. 홀로그래픽 디스플레이 최적화 장치는 목표 영상의 세기에 랜덤 위상을 조합하여 목표 홀로그래픽이미지를 계산하고, 목표 홀로그래픽이미지를 역전파하여 공간광변조기 평면에서의 예측 복소광파프로파일을 획득하고, 예측 복소광파프로파일로부터 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 위상프로파일을 생성하고, 제1 위상프로파일과 제2 위상프로파일에 각각의 가중치를 곱합 후 합산하여 홀로그램을 생성하고, 홀로그램을 전파하여 예측 홀로그래픽이미지를 생성하고, 예측 홀로그래픽이미지와 목표 홀로그래픽이미지의 오차를 계산하고, 오차가 기 정의된 임계값 미만이 될 때까지 경사하강법을 이용하여 예측 복소광프로파일과 예측 홀로그래픽이미지를 생성하는 과정을 반복 수행한다.

Description

홀로그래픽 디스플레이의 최적화 방법 및 그 장치{Method and apparatus for optimization of holographic display}

본 발명의 실시 예는 홀로그래픽 디스플레이의 최적화 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 위상 랜덤성 조절을 통해 재생 영상의 품질을 향상시키킬 수 있는 홀로그래픽 디스플레이 최적화 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

홀로그래픽 디스플레이(Holographic display)는 빛의 파면을 변조하여 3차원 입체 정보를 복원하여 표시하는 기술이다. 컴퓨터 생성 홀로그램(이하, 홀로그램)은 홀로그래픽 디스플레이에 재생되어 빛의 파면을 픽셀 단위로 변조할 수 있게 하는 간섭 패턴이다. 홀로그래픽 디스플레이는 빛의 파면을 직접적으로 변조할 수 있어, 사용자에게 3차원 영상을 제공할 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 목표 영상을 재생하기 위한 홀로그램을 생성할 때 많은 양의 계산이 필요하며, 기존의 단순한 광학적 전파 방법으로 홀로그램을 생성할 경우 재생된 영상의 품질이 좋지 못하다는 치명적인 단점을 가지고 있다.

도 1은 종래의 광학적 전파 방법으로 홀로그램을 생성한 경우의 일 예를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 생성하고자 하는 목표 영상(100과 광학적 전파 방법을 활용하여 생성한 홀로그램으로 재생한 영상(110)이 표시되어 있다. 목표 영상과 재생 영상의 확대 그림이 좌측하단(102,104)과 우측하단(112,114) 아래에 각각 도시되어 있다. 종래의 광학적 전파 방법으로 재생된 영상(110)이 목표 영상(100)에 비하여 품질이 열화되어 있음을 알 수 있다.

본 발명의 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 컴퓨터 생성 홀로그램의 위상 랜덤성 조절을 통해 홀로그래픽 디스플레이를 최적화하는 방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 최적화 방법의 일 예는, 목표 영상의 세기에 랜덤 위상을 조합하여 목표 홀로그래픽이미지를 계산하는 단계; 상기 목표 홀로그래픽이미지를 역전파하여 공간광변조기 평면에서의 예측 복소광파프로파일을 획득하는 단계; 상기 예측 복소광파프로파일로부터 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 위상프로파일을 생성하는 단계; 상기 제1 위상프로파일과 상기 제2 위상프로파일에 각각의 가중치를 곱합 후 합산하여 홀로그램을 생성하는 단계; 상기 홀로그램을 전파하여 예측 홀로그래픽이미지를 생성하는 단계; 상기 예측 홀로그래픽이미지와 상기 목표 홀로그래픽이미지의 오차를 계산하는 단계; 상기 예측 홀로그래픽이미지를 역전파하여 새로운 예측 복소광파프로파일을 생성하는 단계; 상기 오차가 기 정의된 임계값 미만이 될 때까지 경사하강법을 이용하여 상기 위상프로파일을 생성하는 단계부터 상기 새로운 예측 복소광파프로파일을 생성하는 단계까지를 반복 수행하는 단계;를 포함한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 최적화 장치의 일 예는, 목표 영상의 세기에 랜덤 위상을 조합하여 목표 홀로그래픽이미지를 계산하는 목표영상생성부; 상기 목표 홀로그래픽이미지를 역전파하여 공간광변조기 평면에서의 예측 복소광파프로파일을 획득하는 역전파부; 상기 예측 복소광파프로파일에 대한 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 위상프로파일을 생성하고, 상기 제1 위상프로파일과 상기 제2 위상프로파일에 각각의 가중치를 곱합 후 합산하여 홀로그램을 생성하는 홀로그램생성부; 상기 홀로그램을 전파하여 생성한 예측 홀로그래픽이미과 상기 목표 홀로그래픽이미지의 오차가 기 정의된 임계값 미만이 될 때까지 상기 예측 홀로그래픽이미지를 역전파하여 새로운 예측 복소광파프로파일을 생성하는 과정을 반복 수행하는 최적화부;를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 컴퓨터 생성 홀로그램의 위상 랜덤성을 조절하여 재생 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 광학적 전파 방법으로 홀로그램을 생성한 경우의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 경사하강법을 이용한 컴퓨터 생성 홀로그램의 최적화 방법의 일 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그래픽 디스플레이의 최적화 방법의 일 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 생성 방법의 일 예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 최적화 장치의 일 예의 구성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 최적화된 홀로그램을 이용하여 영상을 재생한 실험 예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 위상 랜덤성을 조절하는 예를 도시한 도면, 그리고,
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 최적화 방법의 실험을 위한 장치 및 실험 결과의 일 예를 도시한 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 최적화 방법 및 그 장치에 대해 상세히 살펴본다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 경사하강법을 이용한 컴퓨터 생성 홀로그램의 최적화 방법의 일 예를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 공간광변조기는 홀로그램을 이용하여 공간상에 홀로그래픽 이미지를 표시한다. 홀로그래픽 이미지가 표시되는 재생면을 영상평면(210)(image plane)이라고 하고, 공간광변조기의 복소 평면을 홀로그램 평면(200)(hologram plane)이라고 한다.

본 실시 예는 컴퓨터를 이용하여 영상평면(210)에 표시할 목표 영상에 해당하는 컴퓨터 생성 홀로그램(이하, 홀로그램)을 생성한다. 홀로그램을 이용하여 재생 영상을 만들어내는 일련의 과정을 미분 가능한(fully differentiable) 과정으로 모델링할 수 있다. 홀로그램 평면(200)의 홀로그램 프로파일과 영상 평면(2100의 홀로그래픽 이미지의 전파 및 역전파를 위한 미분 가능한 모델은 종래의 다양한 방법으로 정의될 수 있다. 이하에서는 전파 및 역전파를 위한 홀로그래픽 디스플레이의 미문 가능한 모델은 미리 정의되어 있다고 가정한다.

목표 영상에 대해 생성한 첫 번째 홀로그램을 전파하여 홀로그래픽 이미지를 생성하였을 때 도 1과 같이 홀로그래픽 이미지와 목표 영상 사이에 많은 오차가 존재한다. 본 실시 예는 그 오차를 최소하하는 방법으로 경사하강법(Gradient Descent)을 이용한다. 예를 들어, 본 실시 예는 홀로그래픽 디스플레이의 홀로그램 프로파일을 최적화 변수로 설정하고, 재생 영상(즉, 영상 평면의 홀로그래픽 이미지)와 목표 영상 사이의 차이가 최소화할 수 있는 홀로그램을 경사하강법(Gradient Descent)으로 찾는다.

다만, 경사하강법을 이용한 홀로그램의 생성은 홀로그래픽 디스플레이의 재생 영상 품질을 향상할 수 있다는 장점은 가지만, 재생된 광파의 위상 랜덤성을 원하는 대로 조절하기 힘든 단점이 있다. 홀로그래픽 디스플레이에서 위상 랜덤성은 디스플레이의 관측 영역인 아이박스(eye box)의 크기 및 3차원 영상의 심도(depth-of-field)를 결정하는 중요한 요소(factor)이다. 따라서 이하에서는 사용처에 맞게 홀로그래픽 디스플레이의 위상 랜덤성을 조절할 수 있으면서 동시에 영상 품질을 향상시킬 수 있는 방법에 대해 살펴본다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그래픽 디스플레이의 최적화 방법의 일 예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 홀로그래픽 디스플레이 최적화 장치(이하, '장치'라 함)는 기 정의된 목표 영상의 세기(intensity)에 랜덤 위상(random phase) 프로파일을 조합하여 영상평면(image plane)에서의 목표 홀로그래픽이미지(300)를 계산한다. 장치는 목표 홀로그래픽이미지(300)를 도 2에서 설명한 바와 같이 역전파하여 공간광변조기 평면에서의 복소광파프로파일(이하, '예측 복소광파프로파일'이라 함)을 획득한다. 예측 복소광파프로파일(320)은 해상도에 따른 복수의 픽셀로 구성되고, 각 픽셀은 광 세기와 위상의 복소값을 가진다.

장치는 예측 복소광파프로파일(320)로부터 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 위상프로파일을 생성하여 홀로그램(330)을 생성한다. 예를 들어, 장치는 복소광파프로파일(320)로부터 제1 위상프로파일과 제2 위상프로파일을 구한 후 가중치를 곱하고 합산하여 홀로그램9330)을 생성할 수 있다. 복소광파프로파일(320)로부터 홀로그램(330)을 생성하는 구체적인 방법에 대해서는 도 4에서 다시 살펴본다.

장치는 도 2에서 설명한 미분 가능한 광학계 모델을 이용하여 홀로그램(330)을 영상평면에 전파한 홀로그래픽이미지(이하, '예측 홀로그래픽이미지(350)'라 함)를 생성한다.

장치는 예측 홀로그래픽이미지(350)와 목표 홀로그래픽이미지(300) 사이의 오차(즉, 손실함수의 값)을 계산한다. 예를 들어, 장치는 예측 홀로그래픽이미지(350)와 목표 홀로그래픽이미지(300)의 각 픽셀의 제곱근에러(MSE, Mean Square Error)를 합산하여 오차를 구할 수 있다. 이 외에도 오차를 구하기 위하여 다양한 종류의 손실함수가 본 실시 예에 적용될 수 있다.

장치는 오차(즉, 손실함수의 값)가 기 정의된 임계값 이상이면 예측 홀로그래픽이미지(350)를 손실함수가 최소가 되도록 역전파(310)하여 새로운 예측 복소광파프로파일(320)을 생성한다. 이때, 장치는 도 2에서 설명한 방법과 같이 경사하강법을 이용하여 손실함수가 작아지도록 하는 새로운 예측 복소광파프로파일(320)을 생성할 수 있다. 장치는 오차가 기 정의된 임계값 미만이 될 때까지 경사하강법을 이용하여 예측 복소광파프로파일(3200과 예측 홀로그래픽이미지(350)를 생성하는 과정을 반복 수행한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 생성 방법의 일 예를 도시한 도면이다.

도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 장치는 목표 영상(400)에 램덤 위상(402)을 더한 목표 홀로그래픽이미지(410+412)를 생성한다. 목표 홀로그래픽이미지(410+412)는 각 픽셀에 대한 광 세기와 위상을 가진다.

장치는 목표 홀로그래픽이미지(300)를 역전파하여 공간광변조기의 평면에서의 예측 복소광파프로파일(320)을 구한다. 본 실시 예는 이해를 돕기 위하여 예측 복소광파프로파일(320)을 세기(intensity) 프로파일(410)과 위상(phase) 프로파일(412)을 각각 도시하고 있으나, 예측 복소광파프로파일(320)은 공간광변조기의 복소 평면에서 픽셀 단위의 광 세기 및 위상값을 나타내는 복소수 값으로 구성된다. 목표 홀로그래픽이미지(300)를 역전파하여 예측 복소광파프로파일(320)을 생성하는 과정을 수학식으로 표현하면 다음과 같다.

여기서, u_t는 영상평면(도 2의 210)에서 목표 영상에 대한 복소광파프로파일인 목표 홀로그래픽이미지(300)을 나타내고, u_s는 공간광변조기 평면에서의 복소광파프로파일(320)을 나타낸다. F는 푸리에 변화(fourier transform), F^-1은 푸리에 역변환을 각각 나타낸다. H는 공간광변조기 평면과 영상 평면 사이의 전파를 위한 전달함수(trnasfer funtion)를 나타내며, 이를 수학식으로 표현하면 다음과 같다.

여기서, λ는 빛의 파장(wavelength), f_x와 f_y는 각각 공간 주파수(spatial frequency)를 나타낸다. z는 공간광변조기와 영상평면 사이의 거리를 나타낸다.

장치는 복소광파프로파일(320)로부터 서로 다른 위상을 가지는 제1 위상프로파일(420)과 제2 위상프로파일(422)을 생성한다. 예를 들어, 장치는 예측 복소광파프로파일(320)의 각 픽셀의 세기와 위상을 가지는 복소수 값으로부터 각도를 추출하고, 그 각도에 각 픽셀의 크기를 반영하여 제1 위상프로파일(420)과 제2 위상프로파일(4220)을 생성할 수 있다. 제1 및 제2 위상프로파일(420,422)의 생성방법을 수학식으로 표현하면 다음과 같다.

여기서, h_p1 및 h_p2는 제1 위상프로파일(420)과 제2 위상프로파일(422)을 나타내고, u_s는 예측 복소광파프로파일(320)의 각 픽셀의 복소수 값을 의미하고, ∠는 각도 추출 함수를 나타낸고, ∥는 절대값 추출 함수를 나타낸다. '^'는 기 정의된 범위(예를 들어, 0~1) 내의 값으로 정규화한 값을 의미한다. 수학식 3을 참조하면, 제1 및 제2 위상프로파일(420,422)의 각 픽셀의 값은 각 픽셀의 크기값을 각 픽셀의 각도값에 ±하여 생성될 수 있다.

장치는 제1 위상프로파일(420)과 제2 위상프로파일(422)에 각각 가중치(430,432)를 곱하고 합산하여 홀로그램(440)을 생성한다. 제1 위상프로파일(420)에 곱하는 제1 가중치(430)와 제2 위상프로파일(422)에 곱하는 제2 가중치(432)의 합은 일정한 값일 수 있다. 예를 들어, 제1 가중치(430)와 제2 가장치(432)의 합은 항상 '1'일 수 있다.

일 실시 예로, 장치는 가중치를 생성하기 위하여 임의의 값 M을 생성한 후 해당 M 값이 기 정의된 범위 내의 값으로 맵핑하는 맵핑함수를 이용할 수 있다. 즉, 맵핑함수에 M을 입력하여 출력되는 일정 범위(예를 들어, 0~1 사이)의 값을 제1 가중치(430)로 결정하고, (1-제1 가중치)를 제2 가중치(432)로 결정할 수 있다. 맵핑함수는 값을 일정 범위 내로 맵핑하는 함수이면 되므로 특정함수로 한정되는 것은 아니다. 이해를 돕기 위하여 맵핑함수(예를 들어, 시그모이드(sigmoid)함수(S))의 일 예를 제시하면 다음 수학식과 같다.

맵핑함수(S)를 이용하여 생성한 가중치(430,432)를 제1 및 제2 위상프로파일(420,422)에 곱하고 합산하여 생성한 홀로그램(440)을 수학식으로 나타내면 다음과 같다.

여기서, M은 임의의 값이고, S는 수학식 2와 같이 M을 0~1 사이로 맵핑하는 함수를 나타낸다.

장치는 홀로그램(440)을 이용하여 영상평면의 예측 홀로그래픽이미지(350)를 생성할 수 있다. 예측 홀로그래픽이미지(350)의 광파프로파일을 수학식으로 나타내면 다음과 같다.

여기서, u_r은 예측 홀로그래픽이미지(350)의 광파프로파일을 나타내고, h_p는 수학식 5의 위상변조 홀로그램을 나타낸다.

영상 평면에 재생된 영상이 목표 영상과 최대한 비슷하도록 다음 수학식과 같이 최적화하는 과정을 수행한다. 다음 수학식의 최적화 해를 구하는 과정에 경사하강법이 적용될 수 있다.

여기서, s는 공간광변조기 평면에서의 에너지와 영상 평면에서의 에너지가 동일하도록 맞춰주는 스케일링 팩터(scaling factor)이다. 수학식 7의 방정식을 해결하여 위상 변조 홀로그램을 얻어낼 경우, 직접적으로 위상 랜덤성을 고려하지 않아도 위상 변조 홀로그램을 생성할 당시 사용한 두 위상 프로파일에 위상 랜덤성 정보가 함유되어 있기 때문에 위상 랜덤성을 변조할 수 있다. 또한 손실함수를 영상평면의 영상에 대하여 구성하므로 우수한 재생 영상 품질을 확보할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 최적화 장치의 일 예의 구성을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 홀로그래픽 디스플레이 최적화 장치(500)는 목표영상생성부(510), 역전파부(520), 홀로그램생성부(530) 및 최적화부(540)를 포함한다. 본 실시 예의 장치(500)는 메모리, 프로세서, 입출력장치를 포함하는 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있다. 이 경우 각 구성은 소프트웨어어 구현되어 메모리에 탑재된 후 프로세서에 의해 수행될 수 있다.

목표영상생성부(510)는 목표 영상의 세기에 랜덤 위상을 조합하여 목표 홀로그래픽이미지를 계산한다.

역전파부(520)는 목표 홀로그래픽이미지를 역전파하여 공간광변조기 평면에서의 예측 복소광파프로파일을 획득한다. 역전파부(520)는 오차가 감소하도록 경사하강법을 이용하여 상기 예측 홀로그래픽이미지에 대한 공간광변조기 평면에서의 예측 복소광파프로파일을 계산할 수 있다.

홀로그램생성부(530)는 예측 복소광파프로파일에 대한 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 위상프로파일을 생성하고, 제1 위상프로파일과 상기 제2 위상프로파일에 각각의 가중치를 곱합 후 합산하여 홀로그램을 생성한다. 홀로그램을 생성하는 방법의 예가 도 4에 도시되어 있다.

최적화부(540)는 홀로그램을 전파하여 생성한 예측 홀로그래픽이미과 목표 홀로그래픽이미지의 오차가 기 정의된 임계값 미만이 될 때까지 예측 홀로그래픽이미지를 역전파하여 새로운 예측 복소광파프로파일을 생성하는 과정을 반복 수행한다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 최적화된 홀로그램을 이용하여 영상을 재생한 실험 예를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 종래의 대표적인 위상 변조 홀로그램 생성 알고리즘을 통해 재생한 영상 품질과 본 실시 예의 위상 랜덤성을 조절한 홀로그램으로 재생한 영상 품질의 비교 결과가 도시되어 있다. 종래의 위상 변조 홀로그램 생성 알고리즘은 Double phase-amplitude encoding, Gerchberg-Saxton 알고리즘, 확률경사하강(SGD, stochastic gradient descent) 기반 홀로그램 최적화 방법 등이다.

재생 영상의 품질은 PSNR(Peak Signal-toNoise Ratio)과 SSIM(Structural Similarity Index Map) 수치로 비교하였으며, 위상 랜덤성은 σ_r로 비교하였다. σ_r은 재생된 위상 프로파일의 스탠다드베리에이션(standard variation)값으로, 그 값이 높을수록 랜덤성이 높다는 것을 의미한다. 종래 방법 중 SGD 방법은 영상 품질이 우수하지만, 높은 위상 랜덤성을 확보하지 못하는 것을 알 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 위상 랜덤성을 조절하는 예를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 실시 예의 방법은 재생된 위상의 랜덤성을 자유롭게 조절할 수 있음을 알 수 있다. 도 7a는 초기의 두 위상프로파일을 생성할 때 목표 위상 랜덤성을 조절함에 따라 재생된 위상 랜덤성도 같이 변조된다는 것을 나타낸다. 도 7의 결과는 총 20개의 영상에 대하여 평균 계산된 결과이다. 도 7c는 목표 위상 랜덤성에 따라 재생 위상 프로파일의 히스토그램이 어떻게 변하는지를 나타낸다. 도 7b는 각각 다른 재생 위상 랜덤성에 따라 달라지는 3차원 영상을 보여준다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 최적화 방법의 실험을 위한 장치 및 실험 결과의 일 예를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 홀로그래픽 디스플레이 장치는 레이저, 대물렌즈(objective lens), 편광판(polarizer), 공간광변조기(SLM), 콜리메이션렌즈(collimation lens), 빔스플리터(bean splitter) 등으로 구성될 수 있다. 도 8a에서 실험 셋업은 레이저로부터 빛이 대물 렌즈에 의해 퍼지게 되고, 이 빛이 콜리메이션렌즈를 통해 평행광으로 변환된다. 편광판은 공간광변조기를 통해 위상을 변조하는데 사용된다. 콜리메이션렌즈를 통과한 평행광의 위상이 공간광변조기에 의해 변조된 후 반사되어, 카메라 센서에 조사되고 재생 영상을 확인할 수 있다.

공간광변조기를 이용하여 홀로그래픽 디스플레이 셋업을 구축하고, 위상 변조 홀로그램을 생성하는 각기 다른 알고리즘에 대해 재생한 영상의 비교 결과가 도시되어 있다. 본 실시 예의 방법은 재생 영상 결과가 우수하면서도 도 8c에서 확인할 수 있듯이 다른 방법에 비해 우수한 위상 랜덤성을 확보할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 각 실시 예는 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, SSD, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

1. 목표 영상의 세기에 랜덤 위상을 조합하여 목표 홀로그래픽이미지를 계산하는 단계;
   상기 목표 홀로그래픽이미지를 역전파하여 공간광변조기 평면에서의 예측 복소광파프로파일을 획득하는 단계;
   상기 예측 복소광파프로파일로부터 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 위상프로파일을 생성하는 단계;
   상기 제1 위상프로파일과 상기 제2 위상프로파일에 각각의 가중치를 곱합 후 합산하여 홀로그램을 생성하는 단계;
   상기 홀로그램을 전파하여 예측 홀로그래픽이미지를 생성하는 단계;
   상기 예측 홀로그래픽이미지와 상기 목표 홀로그래픽이미지의 오차를 계산하는 단계;
   상기 예측 홀로그래픽이미지를 역전파하여 새로운 예측 복소광파프로파일을 생성하는 단계;
   상기 오차가 기 정의된 임계값 미만이 될 때까지 경사하강법을 이용하여 상기 위상프로파일을 생성하는 단계부터 상기 새로운 예측 복소광파프로파일을 생성하는 단계까지를 반복 수행하는 단계;를 포함하고,
   상기 위상프로파일을 생성하는 단계는,
   상기 예측 복소광파프로파일의 각 픽셀의 위상에 각 픽셀의 세기값에 해당하는 위상변이값을 더한 제1 위상프로파일과 각 픽셀의 위상에 상기 위상변이값을 뺀 제2 위상프로파일을 각각 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이의 최적화 방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 홀로그램을 생성하는 단계는,
   0과 1사이의 임의의 가중치를 생성하는 단계;
   상기 제1 위상프로파일에 상기 가중치를 곱하는 단계;
   상기 제2 위상프로파일에 (1 - 상기 가중치)를 곱하는 단계; 및
   각각의 가중치가 곱해진 제1 위상프로파일과 제2 위상프로파일을 합산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이의 최적화 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 새로운 예측 복소광파프로파일을 생성하는 단계는,
   상기 오차가 감소하도록 경사하강법을 이용하여 상기 예측 홀로그래픽이미지에 대한 공간광변조기 평면에서의 예측 복소광파프로파일을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이의 최적화 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 예측 홀로그래픽이미지를 생성하는 단계는,
   상기 예측 홀로그래픽이미지의 에너지가 상기 목표 홀로그래픽 에너지와 동일하도록 조정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이의 최적화 방법.
6. 목표 영상의 세기에 랜덤 위상을 조합하여 목표 홀로그래픽이미지를 계산하는 목표영상생성부;
   상기 목표 홀로그래픽이미지를 역전파하여 공간광변조기 평면에서의 예측 복소광파프로파일을 획득하는 역전파부;
   상기 예측 복소광파프로파일에 대한 서로 다른 위상을 가지는 제1 및 제2 위상프로파일을 생성하고, 상기 제1 위상프로파일과 상기 제2 위상프로파일에 각각의 가중치를 곱합 후 합산하여 홀로그램을 생성하는 홀로그램생성부;
   상기 홀로그램을 전파하여 생성한 예측 홀로그래픽이미지와 상기 목표 홀로그래픽이미지의 오차가 기 정의된 임계값 미만이 될 때까지 상기 예측 홀로그래픽이미지를 역전파하여 새로운 예측 복소광파프로파일을 생성하는 과정을 반복 수행하는 최적화부;를 포함하고,
   상기 홀로그램생성부는, 상기 예측 복소광파프로파일의 각 픽셀의 위상에 각 픽셀의 세기값에 해당하는 위상변이값을 더한 제1 위상프로파일과 각 픽셀의 위상에 상기 위상변이값을 뺀 제2 위상프로파일을 각각 계산하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 최적화 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 역전파부는,
   상기 오차가 감소하도록 경사하강법을 이용하여 상기 예측 홀로그래픽이미지에 대한 공간광변조기 평면에서의 예측 복소광파프로파일을 계산하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 디스플레이 최적화 장치.
8. 제 1항에 기재된 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
   

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