KR20050116013A - Ｈｄｄｓ 시스템에서 재생 시 디스토션 이미지 오버샘플링방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 HDDS 시스템에서 이미지 데이터가 왜곡되어가는 경향을 실시간으로 모니터링하여 오버 샘플링방식으로 처리할 수 없었던 디스토션 왜곡을 보정하는 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 이미지 데이터 블록의 왜곡 경향 분석에 있어서, 좌측상단의 이미지 데이터 시작점으로부터 검출되는 이미지 데이터 블록에서 각 픽셀의 오버샘플링 영역내 가로/세로방향의 왜곡을 산출하여 이를 보상하는 다음 이미지 데이터 블록의 픽셀 검출 위치를 설정함으로써, 다음 이미지 데이터 블록의 픽셀 검출 위치가 이전 이미지 데이터 블록의 왜곡 경향 분석에 따라 재설정되어 디스토션이 발생한 이미지 데이터 라인을 추적하도록 하여 디스토션과 같이 불규칙하게 일그러진 이미지에 대해서도 효과적인 오버샘플링이 가능하게 된다.

Description

ＨＤＤＳ 시스템에서 재생 시 디스토션 이미지 오버샘플링 방법{METHOD FOR OVER-SAMPLING DISTORTION IMAGE ON REPRODUCING HOLOGRAPHIC DATA IN A HDDS}

본 발명은 HDDS(Holographic Digital Data Storage) 시스템에 관한 것으로, 특히 HDDS 시스템에서 이미지 데이터가 왜곡되어 가는 경향을 실시간으로 모니터링(monitoring)하여 오버샘플링(over-sampling) 방식으로 처리할 수 없었던 디스토션(distortion)과 같이 불규칙적으로 일그러지는 이미지에 대해서도 왜곡 보정이 가능하도록 하는 디스토션 이미지 오버샘플링 방법에 관한 것이다.

통상적으로 HDDS 시스템은 데이터 기록/재생의 원리상 체적 홀로그램의 원리를 이용하는 페이지 지향적인 메모리(Page-oriented Memory)로써 입출력 방식으로 병렬 데이터 처리 방식을 사용하여 입출력 속도를 1Gbps 이상으로 초고속화 시킬 수 있으며, 기계적인 구동 부를 배제한 시스템 구성이 가능하므로 데이터 접근 시간도 100㎲ 이하로 매우 빠르게 구현할 수 있는 등 차세대 메모리로 각광받고 있다.

한편, 상기한 HDDS 시스템에서는 재생시 저장매체에 기록된 페이지 단위 정보 이미지를 CCD에 의해 검출하여 디코딩하게 된다. 도 1은 HDDS 시스템에서 재생시 페이지 단위로 정보가 저장된 저장매체로부터 CCD에 의해 검출되는 1024*1024 픽셀 이미지(pixel image)(100)를 예시한 도면으로, 종래 CCD에서 검출된 1024*1024 픽셀 이미지 데이터에는 240*240 픽셀 원(Original) 데이터를 오버샘플링한 720*720 픽셀의 데이터 영역(104)가 존재하며, 또한 상기 1024*1024 픽셀 중에는 상하좌우로 데이터 영역(104)을 둘러싸고 있는 데이터 픽셀 부분을 검지하기 위한 기준 프레임(Frame)(102)이 존재한다.

따라서 종래에는 재생 시 상기 기준 프레임을 찾아내어 데이터 영역을 알아내고, 상하좌우 프레임 정보로부터 재생된 데이터의 확대 또는 축소율을 계산해내어 각각의 확대/축소율에 따라 여러 경우로 분리한다. 이렇게 분리해 놓은 경우에 따라 한 개의 온(On) 혹은 오프(Off) 정보를 가진 오버 샘플링된 3*3 픽셀 중에서 1 픽셀만 추출하여, 추출된 데이터를 HDDS 시스템의 신호처리부를 통해 On-Off 정보를 복원하게 된다.

즉, 종래 오버 샘플링 방법에서는 예를 들어 재생 이미지가 도 2에서 보여지는 바와 같이 x, y 방향으로 각각 1픽셀만큼 확대된 경우에는 중간에 한 픽셀을 건너뛰고, 데이터를 얻으며, 축소된 경우에는 확대 시와는 반대로 1픽셀을 되돌아와서 데이터를 얻음으로써, 재생 오류를 피하도록 하고 있다.

또한 예를 들어 재생 이미지가 도 3에서 보여지는 바와 같이 로테이션(rotation)된 경우에는 상기한 이미지의 확대 및 축소에서와 마찬가지로 재생 이미지가 로테이션된 크기만큼 데이터를 검출해내는 위치를 변화시켜 디코딩을 수행하게 된다. 즉, 예들 들어 x, y 방향으로 각각 1픽셀만큼 로테이션된 경우 상기 도 3에서와 같이 로테이션된 x, y 방향에 따라 데이터를 검출하게 된다.

그러나 상기한 바와 같이 재생 이미지의 4개의 모서리를 찾고, 모서리 간 크기 차이를 분석하여 오버샘플링을 수행하는 종래 오버샘플링 방법은 비교적 정확한 데이터를 얻을 수는 있지만, 이미지가 왜곡되기 시작했을 것으로 추정되는 적당한 위치에서 임의로 이미지 왜곡을 보정함에 따라, 이미지가 왜곡된 것으로 추정된 위치가 정확하지 않은 경우에는 오류가 발생하는 문제점이 있었다. 또한 도 4에서와 같이 이미지 4개의 모서리(S1, S2, S3, S4) 중간에서 왜곡이 발생하는 등과 같이 불규칙적인 디스토션이 발생하는 경우 종래 오버샘플링 방법으로는 이미지 왜곡 보정이 거의 불가능하며, 이러한 경우 좌측 상단의 y 좌표와 우측 상단의 y좌표가 동일하게 나타나기 때문에 중앙 부분이 왜곡되었다는 사실조차 파악이 어려웠던 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 HDDS 시스템에서 이미지 데이터가 왜곡되어가는 경향을 실시간으로 모니터링하여 오버샘플링 방식으로 처리할 수 없었던 디스토션과 같이 불규칙적으로 일그러지는 이미지에 대해서도 왜곡 보정이 가능하도록 하는 디스토션 이미지 오버샘플링 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 HDDS 시스템에서 재생 시 디스토션 이미지 오버샘플링 방법으로서, (a)CCD로부터 재생되는 오버샘플링된 이미지 데이터로부터 기준 프레임을 검출하여 좌측상단의 이미지 데이터 시작점을 검출하는 단계와, (b)시작점으로부터 검출되는 이미지 데이터를 코딩 시 변조방식 및 오버샘플링율에 대응되게 블록화시키는 단계와, (c)블록화된 이미지 데이터 픽셀간 가로/세로 방향의 왜곡 비율을 산출하여 각 블록별로 디스토션 및 왜곡된 경향을 분석하는 단계와, (d)분석된 이전 이미지 데이터의 왜곡을 보상할 다음 이미지 데이터 블록의 픽셀 검출 위치를 설정하는 단계와, (e)설정된 픽셀 검출 위치로 이동하여 다음 이미지 데이터 블록의 이미지 데이터 검출을 수행하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예의 동작을 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시 예가 적용되는 HDDS 시스템 블록 구성을 도시한 것이다. 이하 상기 도 5를 참조하여 HDDS 시스템에서 홀로그래픽 데이터 기록/재생 동작을 살펴보면,

먼저 광 분리기(502)에서는 광원(500)으로부터 입사되는 레이저광을 기준 광과 물체 광으로 분기하는 데, 여기에서 분기된 수직 편광의 기준 광은 기준 광 처리 경로(S1)로 제공되고 분기된 물체 광은 물체 광 처리 경로(S2)로 제공된다. 그리고 기준 광 처리 경로(S1)상에는 셔터(504), 반사경(506)이 기준광의 출사 방향으로 구비되며, 이러한 광 전달 경로를 통해 기준 광 처리 경로(S1)에서는 홀로그램 데이터의 기록 또는 재생에 필요한 기준 광을 기설정된 소정의 편향 각으로 반사시켜 저장 매체(516)에 제공한다.

따라서, 광 분리기(502)로부터 분기되어 셔터(504)의 개구를 통해 입사되는 수직 편광된 기준 광은 광학 렌즈(도시하지 않았음) 등을 통해 조정되고 임의의 크기로 확장(즉, 후술하는 물체 광 처리 경로(S2)에서 빔 확장기를 통해 확장되는 물체광의 크기를 커버하기에 충분한 정도의 크기로 확장)되며, 반사경(506)을 통해 기설정된 소정 각도, 예를 들면 기록시의 기록 각 또는 재생을 위해 기 설정된 재생 각으로 편향된 후 저장 매체(516)로 입사된다. 여기에서, 기록 또는 재생 시에 이용되는 기준 광은 각 페이지 단위의 2진 데이터를 저장 매체(516)에 기록할 때마다 반사경(506)을 회전시켜 그 편향각도(θ)를 변화시키는 방법으로 제어되는데, 이러한 기준 광 편향 기법을 통해 수백 내지 수천 개의 홀로그램 데이터를 저장 매체(516)에 저장하거나 혹은 저장된 홀로그램 데이터를 재생할 수 있다.

한편, 물체 광 처리 경로(S2)상에는 셔터(510), 반사경(512) 및 공간 광 변조기(514)가 물체광의 출사 방향으로 순차 구비되는 데, 셔터(510)는 기록모드 시에는 개방 상태를 유지하고, 재생모드 시에는 차단 상태를 유지한다. 광 분리기(502)로부터 분기되어 셔터(510)의 개구를 통해 입사되는 물체 광은 반사경(512)을 통해 소정의 편향 각으로 반사된 후 공간 광 변조기(514)로 전달된다.

이어서, 공간 광 변조기(514)에서는 반사경(512)으로부터 전달되는 물체 광을 데이터 코딩부(524)로부터 제공되는 입력 데이터에 따라 픽셀들이 이루는 명암으로 된 2진 데이터의 한 페이지 단위로 변조, 즉 일 예로서 입력 데이터가 영상의 한 프레임 단위로 된 화상 데이터일 때 공간 광 변조기(514)로 입사되는 물체 광은 한 프레임 단위의 신호 광으로 변조된 후, 기준 광 처리 경로(S1)의 반사경(506)에서 입사되는 기준 광과 동기를 맞추어 저장 매체(516)로 입사된다. 따라서, 저장 매체(516)에서는, 기록모드 시에, 공간 광 변조기(514)로부터 제공되는 2진 데이터의 페이지 단위로 변조된 신호 광과 이에 대응하는 편향각도(θ)를 가지고 반사경(506)으로부터 입사되는 기록용 기준 광간의 간섭을 통해 얻어지는 간섭 무늬가 기록된다. 즉, 변조된 물체 광과 기준 광간의 간섭에 의해 얻어지는 간섭 무늬의 강도에 따라 저장 매체(516) 내부에서 운동 전하의 광 유도 현상이 발생하는 데, 이러한 과정을 통해 저장 매체(516)에 3차원 상 홀로그램 데이터의 간섭 무늬가 기록된다.

이어 저장 매체(516)에 기록된 홀로그래픽 데이터를 재생하는 경우에는 물체 광 처리 경로(S2)측의 셔터(510)는 차단 상태로 되고 기준 광 처리 경로(S1)측의 셔터(504)는 개방 상태로 된다. 그러면 광 분리기(502)로부터 분기된 기준 광(재생용 기준 광)은 반사경(506)을 통해 반사되어 저장 매체(516)로 조사되며, 그 결과 저장 매체(516)에서는 판독용 기준 광에 의해 기록된 간섭 무늬가 입사된 판독용 기준 광을 회절시켜 원래의 픽셀 명암으로 구성되는 한 페이지의 2진 데이터로 복조되며, 복조된 재생 신호는 CCD(518)로 조사된다. 이에 따라 CCD(518)에서는 저장 매체(516)로부터 조사되는 재생 출력을 원래의 데이터, 즉 전기신호로 복원되며, 여기에서 복원된 재생 신호는 데이터 디코딩부(520)를 통해 재생 출력된다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 HDDS 시스템의 디코딩부(520)에서 이미지 왜곡 경향에 따른 오버샘플링 방법의 처리 흐름을 도시한 것으로, 이하 상기 도 5 및 도 6을 참조하여 데이터 디코딩부(520)에서 본 발명에 따른 이미지 왜곡 경향을 따라가는 오버샘플링 방법을 상세히 설명하기로 한다.

먼저 이미지는 어느 순간 갑자기 왜곡되지 않으며, 천천히 왜곡되는 경향이 나타나는데, 본 발명의 HDDS 디코딩부(520)에서는 이러한 이미지의 왜곡 경향을 분석하여 실시간으로 왜곡된 만큼 보정을 수행하게 된다.

예를 들어 이미지가 x 축 방향으로 1 픽셀만큼 확대되는 경우 도 7에서 보여지는 바와 같이, 이미지의 중간정도 부분에서부터 빛이 점점 옆의 픽셀로 이동하는 것을 볼 수 있는데, 상기 도 7에서와 같은 왜곡 경향을 보이는 이미지에 대해 본 발명의 디코딩부(520)에서는 먼저 종래의 에지(edge)를 검출하는 방식을 이용해서 도 8에서와 같이 좌측 상단의 기준 프레임 영역의 기준 포인트(800)와 데이터의 시작위치를 검출한 후(S600), 데이터의 시작위치(802)에서부터 이미지 데이터를 블록화하여(S602) 1블럭(804)씩 읽어가면서 이미지 왜곡 실시간 보정을 위한 각 블록별 변조 및 왜곡된 경향을 분석하게 된다(S604).

즉, 상기에서 이미지 데이터를 6 : 8 코드 변조하여 코딩시킨 후, 디코딩 시 3*3 오버샘플링을 통해 재생한다고 가정하면, 예를 들어 이미지 데이터 1블럭은 상기 도 7에서 보여지는 바와 같이 x축 방향으로 8*3=24개, y축 방향으로는 3개인 직사각형의 모양이 되는데, 이때 상기와 같이 데이터 시작 위치로부터 계산된 이미지 데이터 1블럭으로부터의 데이터 검출을 위해서는 먼저 3*3 오버샘플링 영역내 9개의 픽셀 중 가장 밝은 픽셀을 하나씩 골라내어 상대적으로 밝은 4개의 픽셀을 온(on) 픽셀로 선택하게 된다.

그런 후, 3*3 오버샘플링 영역내 가장 밝은 픽셀을 하나 골라낼 때 도 10 및 도 11에서 예시된 바와 같이 왼쪽, 중앙, 우측의 경향을 분석하기 위해 각 위치별로 픽셀의 데이터 값을 더해준다.

즉, 상기 도 10에서와 같이 첫 번째 예에서는 오버샘플링 영역내 중앙에 위치한 픽셀들의 데이터 값의 합이 가장 큰 것으로 볼 때 왜곡이 일어나지 않은 것으로 판단할 수 있으며, 이와 달리 도 11에서와 같이 두 번째 예에서는 오버샘플링 영역내 우측으로 치우쳐 위치한 픽셀들의 데이터 값의 합이 가장 큰 것으로 나타나므로 이미지 데이터 블록이 우측으로 1픽셀이 밀린 것으로 판단하는 등과 같이 각 블록별 왜곡된 경향을 분석하게 되며, 이를 다음 이미지 데이터 블록의 디코딩시 반영하여 다음 이미지 데이터 블록부터는 1픽셀을 건너뛰어 데이터를 리드하는 방식으로 이전 이미지 데이터 블록의 왜곡을 보상하게 되는 것이다(S608).

한편, 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다.

특히 상술한 본 발명의 실시 예에서는 이미지 데이터 블록의 왜곡 경향 분석에 있어서, 좌측상단의 이미지 데이터 시작점으로부터 검출되는 이미지 데이터 블록에서 각 픽셀의 오버샘플링 영역내 가로방향 좌/우측 치우침 위치에 따라 이미지 데이터 블록의 가로방향의 왜곡을 산출하여 이를 보상하는 다음 이미지 데이터 블록의 픽셀 검출 위치를 설정하는 것을 설명하였으나, 이미지 데이터 블록에서 각 픽셀의 오버샘플링 영역내 세로방향 상/하측 치우침 위치에 따라 이미지 데이터 블록의 세로방향의 왜곡을 산출하여 이를 보상하는 다음 블록의 픽셀 검출 위치를 설정하는 경우에도 동일하게 적용 가능하다.

즉, 도 11에서와 같이 모서리 중간 부분에서 디스토션이 발생한 경우, 다음 이미지 데이터 블록의 픽셀 검출 위치가 이전 이미지 데이터 블록의 왜곡 경향 분석에 따라 재설정되어 디스토션이 발생한 데이터 라인을 추적하도록 구현됨으로써, 디스토션과 같이 불규칙하게 일그러진 이미지에 대해서도 효과적인 오버샘플링이 가능하게 된다. 따라서 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위에 의해 정하여져야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 이미지 데이터 블록의 왜곡 경향 분석에 있어서, 좌측상단의 이미지 데이터 시작점으로부터 검출되는 이미지 데이터 블록에서 각 픽셀의 오버샘플링 영역내 가로/세로방향의 왜곡을 산출하여 이를 보상한 다음 이미지 데이터 블록의 픽셀 검출 위치를 설정함으로써, 다음 이미지 데이터 블록의 픽셀 검출 위치가 이전 이미지 데이터 블록의 왜곡 경향 분석에 따라 재설정되어 디스토션이 발생한 이미지 데이터 라인을 추적하도록 하여 디스토션과 같이 불규칙하게 일그러진 이미지에 대해서도 효과적인 오버샘플링이 가능하게 되는 이점이 있다.

도 1은 종래 HDDS 시스템에서 CCD에 의해 검출된 이미지 예시도,

도 2는 종래 HDDS 시스템에서 x, y 방향으로 1픽셀만큼 확대된 오버샘플링 이미지 예시도,

도 3은 종래 HDDS 시스템에서 x, y 방향으로 1픽셀만큼 로테이션된 오버샘플링 이미지 예시도,

도 4는 종래 HDDS 시스템에서 모서리간 디스토션이 발생한 오버샘플링 이미지 예시도,

도 5는 본 발명의 실시 예가 적용되는 HDDS 시스템의 개략적인 블록 구성도,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 HDDS 시스템에서 디스토션 발생한 이미지의 오버샘플링 처리 흐름도,

도 7은 종래 HDDS 시스템에서 이미지 데이터 블록의 x 방향 확대 오버샘플링 예시도,

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 HDDS 시스템에서 재생 시 이미지 데이터 블록화 처리 흐름도,

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 데이터 블록에서 데이터 픽셀 검출 예시도,

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 데이터 블록에서 오버샘플링 영역내 픽셀 위치 검출에 따른 왜곡 경향 분석 예시도,

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 데이터 블록의 왜곡을 실시간으로 보정하는 오버샘플링 처리 예시도.

Claims (3)

1. HDDS 시스템에서 재생 시 디스토션 이미지 오버샘플링 방법으로서,

   (a)CCD로부터 재생되는 오버샘플링된 이미지 데이터로부터 기준 프레임을 검출하여 좌측상단의 이미지 데이터 시작점을 검출하는 단계와,

   (b)상기 시작점으로부터 검출되는 이미지 데이터를 코딩 시 변조방식 및 오버샘플링율에 대응되게 블록화시키는 단계와,

   (c)상기 블록화된 이미지 데이터 픽셀간 가로/세로 방향의 왜곡 비율을 산출하여 각 블록별로 디스토션 및 왜곡된 경향을 분석하는 단계와,

   (d)상기 분석된 이전 이미지 데이터의 왜곡을 보상할 다음 이미지 데이터 블록의 픽셀 검출 위치를 설정하는 단계와,

   (e)상기 설정된 픽셀 검출 위치로 이동하여 다음 이미지 데이터 블록의 이미지 데이터 검출을 수행하는 단계

   를 포함하는 HDDS 시스템에서 재생 시 디스토션 이미지 오버샘플링 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 (c)단계는, (c1)상기 블록화된 이미지 데이터 각 픽셀의 오버샘플링 영역에서 가장 큰 데이터 값을 갖는 픽셀을 리드하는 단계와,

   (c2)상기 리드된 픽셀의 오버샘플링 영역내 위치를 검출하는 단계와,

   (c3)상기 리드된 픽셀의 오버샘플링 영역내 검출된 위치 경향에 따라 블록화된 이미지 데이터의 가로/세로 방향 치우침 정도를 산출하여 왜곡 경향을 분석하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 HDDS 시스템에서 재생 시 디스토션 이미지 오버샘플링 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 이미지 데이터 블록은, 6 : 8 코드 변조되어 3*3 오버샘플링된 데이터 블록인 것을 특징으로 하는 HDDS 시스템에서 재생 시 디스토션 이미지 오버샘플링 방법.