KR20120110218A - 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법 및 그 광학적 재생 장치 - Google Patents

다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법 및 그 광학적 재생 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20120110218A
KR20120110218A KR1020110027944A KR20110027944A KR20120110218A KR 20120110218 A KR20120110218 A KR 20120110218A KR 1020110027944 A KR1020110027944 A KR 1020110027944A KR 20110027944 A KR20110027944 A KR 20110027944A KR 20120110218 A KR20120110218 A KR 20120110218A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
image
fourier hologram
hologram
point
orthogonal projection
Prior art date
Application number
KR1020110027944A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101218151B1 (ko
Inventor
김민수
Original Assignee
삼성탈레스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성탈레스 주식회사 filed Critical 삼성탈레스 주식회사
Priority to KR1020110027944A priority Critical patent/KR101218151B1/ko
Publication of KR20120110218A publication Critical patent/KR20120110218A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101218151B1 publication Critical patent/KR101218151B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
    • G03H1/16—Processes or apparatus for producing holograms using Fourier transform
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/26—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/26—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique
    • G03H1/268—Holographic stereogram
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2225/00—Active addressable light modulator
    • G03H2225/10—Shape or geometry
    • G03H2225/13—3D SLM

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

물체를 전방위에서 촬영하여 복수의 2D 영상을 생성하는 단계와, 상기 생성된 2D 영상을 하나의 3D 영상으로 변환하는 단계와, 상기 변환된 3D 영상 상의 물체의 각 점 O(x,y,z)을 직교 투영면 상에 투영되는 점 Ps ,t(xp, yp)으로 변환하여 산출하는 단계와, 상기 물체의 각 점 O(x,y,z)으로부터 위상항 Bs ,t(xp, yp)를 산출하는 단계와, 상기 산출된 Ps ,t(xp, yp) 및 상기 산출된 Bs ,t(xp, yp)를 곱하고 곱한 값을 상기 xp 및 yp에 대하여 각각 이중 적분하여 푸리에 홀로그램 H(s,t)를 산출하는 단계를 구성한다. 상술한 바에 따르면, 평행 투영(parallel projection) 내지는 직교 투영(orthographic projection)에 기초하여 홀로그램을 생성하고 재생함으로써, 재생 거리나 각도의 제한이 없어진다. 이에, 재생 거리를 임의로 변경하거나 상을 회전 내지는 역전할 수 있는 효과가 있다. 또한, 컴퓨터 생성 홀로그램(computer generated hologram, CGH) 방식에 따라 홀로그램을 생성함으로써, 광학적 시스템의 미세한 진동이나 기록 매질에 장시간 노출되어야 하는 광학적 방식의 문제점이 제거된다. 한편, 2D 영상이 아닌 3D 영상을 이용하여 홀로그램을 생성함으로써, 물체의 앞면뿐만 아니라 물체의 전면에 대하여 입체감을 갖는 홀로그램을 생성할 수 있는 효과가 있다.

Description

다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법 및 그 광학적 재생 장치{METHOD FOR GENERATING FOURIER HOLOGRAM OF 3D OBJECT USING MULTIPLE ORTHOGRAPHIC VIEW IMAGE AND OPTICAL APPARATUS FOR LOADING THE FOURIER HOLOGRAM}
본 발명은 홀로그램 생성 방법 및 그 광학적 재생 장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법과 그 광학적 재생 장치에 관한 것이다.
종래의 홀로그램은 2 개의 레이저 광에 의한 가간섭성을 이용하는 입체적 영상으로서, 기록 매질에 기록되는 피사체의 반사광에 대한 진폭 정보와 위상 정보로 구성된다고 볼 수 있다. 이와 같은 종래의 홀로그램 생성 방식은 광학 시스템을 이용하는 방식이어서 작은 진동에도 간섭 무늬가 파괴될 수 있으므로, 매우 안정적이고 정교해야 한다는 단점이 있다. 또한, 기록 매질인 필름에 장시간 노출되어 현상되어야 한다는 문제점이 있다.
한편, 종래의 홀로그래피 방식은 원근 투영 내지는 투시 투영(perspective projection)에 기초하고 있으므로, 소실점(vanishing point)이 생긴다. 그리하여 재생 거리나 각도에 제약이 발생한다는 문제점이 있다. 이에, 수식적인 근사화가 요구된다.
본 발명의 목적은 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램의 광학적 재생 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법은, 물체를 전방위에서 촬영하여 복수의 2D 영상을 생성하는 단계와, 상기 생성된 2D 영상을 하나의 3D 영상으로 변환하는 단계와, 상기 변환된 3D 영상 상의 물체의 각 점 O(x, y, z)을 직교 투영면 상에 투영되는 점 Ps,t(xp, yp)으로 변환하여 산출하는 단계와, 상기 물체의 각 점 O(x,y,z)으로부터 위상항 Bs ,t(xp, yp)를 산출하는 단계와, 상기 산출된 Ps ,t(xp, yp) 및 상기 산출된 Bs ,t(xp, yp)를 곱하고 곱한 값을 상기 xp 및 yp에 대하여 각각 이중 적분하여 푸리에 홀로그램 H(s, t)를 산출하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 변환된 3D 영상 상의 물체의 각 점 O(x,y,z)을 직교 투영면 상에 투영되는 점 Ps,t(xp, yp)로 변환하여 산출하는 단계는, [수학식]
Figure pat00001
,
Figure pat00002
, 상기 수학식에 따라 상기 Ps ,t(xp, yp)를 산출하고, 여기에서, 상기 θx는 x축 투영 각도이고, 상기 θy는 y축 투영 각도이고, 상기 ㅣ은 고정 거리이다. 한편, 상기 물체의 각 점 O(x,y,z)으로부터 위상항 Bs ,t(xp, yp)를 산출하는 단계는, [수학식]
Figure pat00003
, 상기 수학식에 따라 상기 위상항 Bs ,t(xp, yp)를 산출하고, 여기에서, b =
Figure pat00004
이다. 그리고 상기 θx 및 θy는, 각각 - 5° 내지 + 5°의 범위 내인 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 다른 목적에 따른 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램의 광학적 재생 장치는, 레이저 광을 방사하는 레이저 광원부와, 상기 방사된 레이저 광을 투과시켜 평면파(plane wave)를 형성하는 제1 렌즈부와, 상기 형성된 평면파를 반사하는 미러(mirror)부와, 상기 반사된 평면파를 수신하여 방사하는 SLM(spatial light modulator)부와, 3D 영상으로부터 푸리에 홀로그램(Fourier hologram)을 합성하고, 합성된 푸리에 홀로그램을 상기 SLM부 상에 형성하는 홀로그램 합성부와, 상기 SLM부를 통해 방사되는 평면파를 투과시켜 소정의 초점 거리를 형성하는 제2 렌즈부와, 상기 제2 렌즈부와의 거리에 따라 상을 형성하는 CCD(charge coupled device)부와, 상기 형성된 상을 디스플레이에 표시하는 CCD 제어부를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 홀로그램 합성부는, [수학식]
Figure pat00005
, 상기 수학식에 따라 푸리에 홀로그램 H(s, t)를 합성하고, 여기에서, 상기 Ps ,t(xp, yp)는 상기 3D 영상 상의 물체의 한 점 O(x, y, z)로부터 직교 투영면 상에 투영된 점으로서 하기 수학식에 따라 산출되고, [수학식]
Figure pat00006
,
Figure pat00007
, 여기에서, 상기 θx는 x축 투영 각도이고, 상기 θy는 y축 투영 각도이고, 상기 l은 고정 거리이고, 상기 Bs ,t(xp, yp)는 위상항으로서 하기 수학식에 따라 산출되고, [수학식]
Figure pat00008
, 여기에서,
Figure pat00009
이다. 그리고 상기 CCD 제어부는, 상기 CCD부의 위치를 변경하여 상기 푸리에 홀로그램의 재생 거리 및 회전을 임의로 제어하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 레이저 광원부는, 405 nm, 532 nm 또는 633 nm의 파장을 갖는 레이저 광을 방사하도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법에 따르면, 평행 투영(parallel projection) 내지는 직교 투영(orthographic projection)에 기초하여 홀로그램을 생성하고 재생함으로써, 재생 거리나 각도의 제한이 없어진다. 이에, 재생 거리를 임의로 변경하거나 상을 회전 내지는 역전할 수 있는 효과가 있다. 또한, 컴퓨터 생성 홀로그램(computer generated hologram, CGH) 방식에 따라 홀로그램을 생성함으로써, 광학적 시스템의 미세한 진동이나 기록 매질에 장시간 노출되어야 하는 광학적 방식의 문제점이 제거된다. 아울러 겹쳐져 있는 두 물체에 대해서도 홀로그램을 생성 및 재생할 수 있는 효과가 있다.
한편, 2D 영상이 아닌 3D 영상을 이용하여 홀로그램을 생성함으로써, 물체의 앞면뿐만 아니라 물체의 전면에 대하여 입체감을 갖는 홀로그램을 생성할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 직교 투영의 개념도이고, 도 1b는 투시 투영의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 투영 좌표계의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법의 흐름도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 거리에 있는 두 물체의 푸리에 홀로그램의 크기이고, 도 4b는 푸리에 홀로그램의 위상이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 실제 거리 550 mm에 있는 물체의 재생 영상이고, 도 5b는 실제 거리 650 mm에 있는 물체의 재생 영상이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 역전된 거리 200 mm에 있는 물체의 재생 영상이고, 도 6b는 역전된 거리 300 mm에 있는 물체의 재생 영상이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전된 거리 200 mm에 있는 물체의 재생 영상이고, 도 7b는 회전된 거리 300 mm에 있는 물체의 재생 영상이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램의 광학적 재생 장치의 블록 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1a는 직교 투영이고, 도 1b는 투시 투영의 개념도이다.
본 발명에 따른 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 및 재생 방법은 도 1a에서 도시된 평행 투영(parallel projection) 내지는 직교 투영(orthographic projection) 방식에 기초하여 컴퓨터 생성 홀로그램(computer generated hologram)을 생성한다. 기존에는 도 1b와 같이 원근 투영 내지는 투시 투영(perspective projection) 방식에 기초하고 있으므로, 소실점(vanishing point) 내지는 소실면(vanishing plane)이 존재한다. 그리하여, 상이 형성될 수 있는 거리 상의 제한이 있었다. 그러나, 본 발명에서는 무한대 거리에 존재하는 하나의 레이저 광으로부터 형성되는 홀로그램을 컴퓨터로 시뮬레이션하여 생성하므로, 소실점 내지는 소실면이 존재하지 않는다. 이에, 재생 시 재생 거리에 제한이 없다는 장점이 있다. 또한, 정교한 광학적 구성이나 기록 매질이 필요치 않다는 장점이 있음은 물론이다.
한편, 본 발명에 따른 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 및 재생 방법은 물체의 전방위에서 촬영한 복수의 2D 영상을 3D 영상으로 합성한 후, 이를 기초로 컴퓨터 생성 홀로그램을 생성한다. 이에, 기존에는 물체의 한 면에서만 입체적 영상을 생성할 수 있었지만, 본 발명에서는 물체의 전면에서 홀로그램을 생성하고 재생할 수 있는 특징이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직교 투영 좌표계의 구조도이다.
도 2를 참조하면, 영상 내 물체의 각 점 O(x, y, z)가 x 축과 y 축 상의 투영면(projection plane)에 투영되는 것을 나타내고 있다. 이때, z 축은 물체와 투영면 간의 거리를 나타내는 축이 될 수 있다.
한편, Ps ,t(xp, yp)는 물체의 각 점 O(x, y, z)가 투영면 상에 투영도니 각 점을 나타낸다. 여기에서, s 및 t는 x 축 및 y 축 상의 각 픽셀 좌표에 해당된다. 이하에서는 이러한 직교 투영 좌표계를 기초하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법의 흐름도이다. 이하, 세부적인 단계에 대하여 설명한다.
먼저, 물체를 물체의 전방위에 대하여 복수의 2D 영상을 생성한다(S110). 이때, 일정한 간격으로 배치된 수많은 마이크로렌즈 어레이(microlens array)를 이용하여 물체에 대한 복수의 2D 영상을 생성하도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 앞서 생성된 복수의 2D 영상을 하나의 3D 영상으로 변환한다(S120). 이와 같이, 하나의 3D 영상으로 합성함으로써, 물체의 전면에 대하여 홀로그램을 생성할 수 있게 된다.
다음으로, 앞서 변환된 3D 영상 상의 물체의 각 점 O(x, y, z)를 직교 투영면 상에 투영되는 점 Ps ,t(xp, yp)로 변환하여 산출한다(S130). 여기에서, Ps ,t(xp, yp)는 하기 수학식 1로부터 산출될 수 있다.
Figure pat00010
Figure pat00011
여기에서, 상기 θx는 x축 투영 각도이고, 상기 θy는 y축 투영 각도이고, 상기 ㅣ은 고정 거리이다. 이때, θx 및 θy는 각각 - 5° 내지 + 5°의 범위 내에서 조정 가능하도록 구성될 수 있다.
고정 거리 l이 5미터이고, 투영 각도 θx 및 θy가 각각 - 5° 내지 + 5°인 경우, 투영 각도의 최소값과 최대값 사이의 간격이 87개가 되도록 나눈 경우 87 X 87 픽셀의 홀로그램이 생성될 수 있다. 즉, 홀로그램의 픽셀 사이즈는 다중 직교 투영 영상의 개수와 관련되어 있다.
다음으로, 물체의 각 점 O(x, y, z)로부터 위상항 Bs ,t(xp, yp)를 산출한다(S140). 이때, Bs ,t(xp, yp)는 하기 수학식 2로부터 산출될 수 있다.
Figure pat00012
여기에서,
Figure pat00013
이다.
다음으로, 앞서 산출된 Ps ,t(xp, yp) 및 Bs ,t(xp, yp)를 곱하고 곱한 값을 xp 및 yp에 대하여 각각 이중 적분하여 푸리에 홀로그램 H(s, t)를 산출한다(S150). 수학적으로 표현하면 하기의 수학식 3과 같다.
Figure pat00014
상기 수학식 3은 푸리에 홀로그램 H(s, t)는 각 픽셀이 직교 투영면의 한 점인 Ps ,t(xp, yp)와 위상항 Bs ,t(xp, yp)를 곱하여 이중 적분한 것으로서, s는 홀로그램의 가로 픽셀의 개수와 일치하고, t는 홀로그램의 세로 픽셀의 개수와 일치한다. 이는 홀로그램 픽셀 수의 총합이 다중 직교 투영 여상 수의 총합과 같다는 의미이기도 한다.
이와 같은 산출은 컴퓨터 상에서 미리 구현된 프로그램을 통해 구현될 수 있음은 앞서 언급한 바와 같다. 이와 같이 푸리에 홀로그램 생성 방법은 컴퓨터 상에서 구현되어 참조광(reference light)을 필요로 하지 않으며, 간섭성을 요하지도 않으면서 정확한 푸리에 홀로그램을 생성한다.
한편, 시뮬레이션된 푸리에 홀로그램은 컴퓨터 상에서 그대로 재생이 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 푸리에 홀로그램의 재생 방법은 푸리에 홀로그램 H(s, t)를 하기 수학식 4에 따라 컴퓨터 상에서 시뮬레이션하도록 구성될 수 있다.
Figure pat00015
여기에서,
Figure pat00016
이고,
Figure pat00017
이다. 이때, z1 및 z2는 서로 다른 물체의 거리, f는 초점 거리, d1 및 d2는 서로 다른 물체의 재생 거리이다.
이러한 푸리에 홀로그램은 평행 투영법에 기초하고 있으므로, 임의의 재생 거리 d에서 재생할 수 있음은 앞서 언급된 바와 같다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 거리에 있는 두 물체의 푸리에 홀로그램의 크기이고, 도 4b는 푸리에 홀로그램의 위상이다.
도 4a 및 도 4b에는 서로 다른 거리에 있는 두 물체에 대한 푸리에 홀로그램의 크기값과 위상값이 각각 캡쳐되어 있다. 이러한 두 물체에 대한 푸리에 홀로그램을 실제 거리와 회전 각도에 따라 재생한 영상이 도 5a 내지 도 7b에 도시되어 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 실제 거리 550 mm에 있는 물체의 재생 영상이고, 도 5b는 실제 거리 650 mm에 있는 물체의 재생 영상이다. 그리고 도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 역전된 거리 200 mm에 있는 물체의 재생 영상이고, 도 6b는 역전된 거리 300 mm에 있는 물체의 재생 영상이다. 그리고 도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전된 거리 200 mm에 있는 물체의 재생 영상이고, 도 7b는 회전된 거리 300 mm에 있는 물체의 재생 영상이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 푸리에 홀로그램은 서로 다른 거리에 있는 물체를 정확하게 재생해 낼 수 있으며, 회전 각도도 자유롭게 제어할 수 있다. 또한, 두 물체가 겹쳐진 경우에도 정확하게 각각 재생해 낼 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램의 광학적 재생 장치의 블록 구성도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램의 광학적 재생 장치(100)(이하, '광학적 재생 장치'라 함)는 광원부(110), 제1 렌즈부(120), 미러부(130), SLM부(140)(spatial light modulator), 홀로그램 합성부(150), 제2 렌즈부(160), CCD부(170) 및 CCD 제어부(180)를 포함하도록 구성될 수 있다.
광학적 재생 장치(100)는 컴퓨터 생성 홀로그램인 H(s, t)를 광학적으로 재생하기 위한 장치로서, 상이 맺히는 재생 거리를 임의로 조정 가능하도록 구성된다. 이때, 평면파(plane wave)에 의해 투영되도록 구성된다. 이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
레이저 광원부(110)는 레이저 광을 방사한다. 여기에서, 레이저 광원부(110)는 405 nm, 532 nm 또는 633 nm의 파장을 갖는 레이저 광을 방사하도록 구성될 수 있다. 기존에는 532 nm의 광원만 이용되고 있으나, 본 발명에서는 다양한 파장의 레이저 광원이 이용될 수 있는 특징이 있다.
제1 렌즈부(120)는 레이저 광원부(110)에서 방사된 레이저 광을 투과시켜 평면파(plane wave)를 형성한다. 기존의 광학적 홀로그래피 시스템은 주로 원근 투영에 따른 레이저 광이 이용되고 있으나, 본 발명에서는 평행 투영에 따른 평면파가 요구된다.
미러(mirror)부(130)는 제1 렌즈부(120)에서 형성된 평면파를 반사한다.
SLM부(140)는 미러부(130)에서 반사된 평면파를 수신하여 방사한다. SLM부(140)는 홀로그램의 진폭만을 이용하도록 구성될 수도 있다.
홀로그램 합성부(150)는 3D 영상으로부터 푸리에 홀로그램(Fourier hologram)을 합성하고, 합성된 푸리에 홀로그램을 SLM부(140) 상에 형성한다. 홀로그램 합성부(150)는 하기 수학식 5에 따라서 푸리에 홀로그램 H(s, t)를 합성하도록 구성될 수 있다.
Figure pat00018
여기에서, Ps ,t(xp, yp)는 3D 영상 상의 물체의 한 점 O(x, y, z)로부터 직교 투영면 상에 투영된 점으로서 하기 수학식 6에 따라 산출될 수 있다.
Figure pat00019
Figure pat00020
여기에서, θx는 x축 투영 각도이고, θy는 y축 투영 각도이고, l은 고정 거리이다.
또한, 수학식 5의 Bs ,t(xp, yp)는 위상항으로서 하기 수학식 7에 따라 산출되도록 구성될 수 있다.
Figure pat00021
여기에서,
Figure pat00022
이다.
제2 렌즈부(160)는 SLM부(140)를 통해 방사되는 평면파를 투과시켜 소정의 초점 거리를 형성한다.
CCD부(170)는 제2 렌즈부(160)와의 거리에 따라 상을 형성한다.
CCD 제어부(180)는 CCD부(170)에서 형성된 상을 디스플레이에 표시한다. CCD 제어부(180)는 재생 거리에 따른 상을 캡쳐하여 CCD 제어부(180)에 구성되는 소정의 디스플레이에 표시하도록 구성될 수 있다. 그리고 CCD 제어부(180)는 CCD부(170)의 위치를 변경하여 푸리에 홀로그램의 재생 거리 및 회전을 임의로 제어하도록 구성될 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 레이저 광원부
120: 제1 렌즈부
130: 미러부
140: SLM부
150: 홀로그램 합성부
160: 제2 렌즈부
170: CCD부
180: CCD 제어부

Claims (8)

  1. 물체를 전방위에서 촬영하여 복수의 2D 영상을 생성하는 단계;
    상기 생성된 2D 영상을 하나의 3D 영상으로 변환하는 단계;
    상기 변환된 3D 영상 상의 물체의 각 점 O(x, y, z)을 직교 투영면 상에 투영되는 점 Ps ,t(xp, yp)으로 변환하여 산출하는 단계;
    상기 물체의 각 점 O(x,y,z)으로부터 위상항 Bs ,t(xp, yp)를 산출하는 단계 및
    상기 산출된 Ps ,t(xp, yp) 및 상기 산출된 Bs ,t(xp, yp)를 곱하고 곱한 값을 상기 xp 및 yp에 대하여 각각 이중 적분하여 푸리에 홀로그램 H(s, t)를 산출하는 단계를 포함하는 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변환된 3D 영상 상의 물체의 각 점 O(x,y,z)을 직교 투영면 상에 투영되는 점 Ps ,t(xp, yp)로 변환하여 산출하는 단계는,
    [수학식]
    Figure pat00023

    Figure pat00024
    ,
    상기 수학식에 따라 상기 Ps ,t(xp, yp)를 산출하고,
    여기에서, 상기 θx는 x축 투영 각도이고, 상기 θy는 y축 투영 각도이고, 상기 ㅣ은 고정 거리인 것을 특징으로 하는 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 물체의 각 점 O(x,y,z)으로부터 위상항 Bs ,t(xp, yp)를 산출하는 단계는,
    [수학식]
    Figure pat00025
    ,
    상기 수학식에 따라 상기 위상항 Bs ,t(xp, yp)를 산출하고,
    여기에서, b =
    Figure pat00026
    인 것을 특징으로 하는 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 θx 및 θy는,
    각각 - 5° 내지 + 5°의 범위 내인 것을 특징으로 하는 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법.
  5. 레이저 광을 방사하는 레이저 광원부;
    상기 방사된 레이저 광을 투과시켜 평면파(plane wave)를 형성하는 제1 렌즈부;
    상기 형성된 평면파를 반사하는 미러(mirror)부;
    상기 반사된 평면파를 수신하여 방사하는 SLM(spatial light modulator)부;
    3D 영상으로부터 푸리에 홀로그램(Fourier hologram)을 합성하고, 합성된 푸리에 홀로그램을 상기 SLM부 상에 형성하는 홀로그램 합성부;
    상기 SLM부를 통해 방사되는 평면파를 투과시켜 소정의 초점 거리를 형성하는 제2 렌즈부;
    상기 제2 렌즈부와의 거리에 따라 상을 형성하는 CCD(charge coupled device)부 및
    상기 형성된 상을 디스플레이에 표시하는 CCD 제어부를 포함하는 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 재생 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 홀로그램 합성부는,
    [수학식]
    Figure pat00027

    상기 수학식에 따라 푸리에 홀로그램 H(s, t)를 합성하고,
    여기에서, 상기 Ps ,t(xp, yp)는 상기 3D 영상 상의 물체의 한 점 O(x, y, z)로부터 직교 투영면 상에 투영된 점으로서 하기 수학식에 따라 산출되고,
    [수학식]
    Figure pat00028

    Figure pat00029
    ,
    여기에서, 상기 θx는 x축 투영 각도이고, 상기 θy는 y축 투영 각도이고, 상기 l은 고정 거리이고,
    상기 Bs ,t(xp, yp)는 위상항으로서 하기 수학식에 따라 산출되고,
    [수학식]
    Figure pat00030

    여기에서,
    Figure pat00031
    인 것을 특징으로 하는 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 재생 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 CCD 제어부는,
    상기 CCD부의 위치를 변경하여 상기 푸리에 홀로그램의 재생 거리 및 회전을 임의로 제어하는 것을 특징으로 하는 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 재생 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 레이저 광원부는,
    405 nm, 532 nm 또는 633 nm의 파장을 갖는 레이저 광을 방사하는 것을 특징으로 하는 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 재생 장치.
KR1020110027944A 2011-03-29 2011-03-29 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법 및 그 광학적 재생 장치 KR101218151B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110027944A KR101218151B1 (ko) 2011-03-29 2011-03-29 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법 및 그 광학적 재생 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110027944A KR101218151B1 (ko) 2011-03-29 2011-03-29 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법 및 그 광학적 재생 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120110218A true KR20120110218A (ko) 2012-10-10
KR101218151B1 KR101218151B1 (ko) 2013-01-03

Family

ID=47281069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110027944A KR101218151B1 (ko) 2011-03-29 2011-03-29 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법 및 그 광학적 재생 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101218151B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160104363A (ko) * 2015-02-26 2016-09-05 삼성전자주식회사 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법, 3차원 영상 표시 방법 및 장치
US10996626B2 (en) 2017-03-28 2021-05-04 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for capturing Fourier hologram

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160104363A (ko) * 2015-02-26 2016-09-05 삼성전자주식회사 3차원 영상 표시용 광 변조 신호 형성 방법, 3차원 영상 표시 방법 및 장치
US10996626B2 (en) 2017-03-28 2021-05-04 Electronics And Telecommunications Research Institute Apparatus and method for capturing Fourier hologram

Also Published As

Publication number Publication date
KR101218151B1 (ko) 2013-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3238755B2 (ja) ホログラムの作成および立体表示方法並びに立体表示装置
JP3155263B2 (ja) コンピュータ・エイデッド・ホログラフィおよびホログラフィック・コンピュータ・グラフィックス
US9500470B2 (en) Apparatus and method for measuring quality of holographic image
Smithwick et al. Interactive holographic stereograms with accommodation cues
KR101665238B1 (ko) 산란층을 이용하여 3차원 홀로그래픽 영상을 형성하는 장치 및 방법
JP2018525659A (ja) 動的ホログラフィ焦点深度プリンティング装置
KR102304225B1 (ko) 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 측정 및 평가하는 방법 및 장치
US10884378B2 (en) Apparatus and method for forming 3-dimensional holographic image using aperiodically structured optical elements
US9013773B2 (en) Back light unit providing direction controllable collimated light beam and 3D display using the same
WO2020056408A1 (en) Holographic display system
KR20230024982A (ko) 카메라 고유 교정
JP2010200188A (ja) 多視点画像生成装置、多視点画像生成方法および多視点画像生成プログラム
US9811052B2 (en) Hologram generation apparatus and method
CN111176094B (zh) 一种激光全息投影显示方法和装置
US20220334392A1 (en) Holographic virtual reality display
KR101218151B1 (ko) 다중 직교 투영 영상을 이용한 3차원 물체의 푸리에 홀로그램 생성 방법 및 그 광학적 재생 장치
US9964924B2 (en) Holographic 3D recording device, reproducing device and display apparatus
KR102095088B1 (ko) 비주기적으로 설계된 광학 소자를 이용하여 3차원 홀로그래픽 영상을 형성하는 장치 및 방법
JP2013054068A (ja) ホログラム生成装置およびホログラム生成方法
CN105051621A (zh) 用于小型和中型媒体设备的全息图像显示器
JP2009540353A (ja) エレクトロホログラフィックディスプレイにおける実効画素ピッチを低減する方法及び低減された実効画素ピッチを含むエレクトロホログラフィックディスプレイ
CN110874047A (zh) 一种将内镜下图像全息化的方法及装置
US7057779B2 (en) Holographic stereogram device
JP2007279221A (ja) ホログラムデータ作成装置、ホログラムデータ作成方法及びホログラムデータ作成プログラム
JP6607491B2 (ja) ホログラムデータ生成装置及びそのプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151126

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161129

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181128

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191125

Year of fee payment: 8