KR20130137825A - 홀로그램 ｄｃ 노이즈 제거 방법 및 이를 적용한 홀로그램 장치 - Google Patents

홀로그램 ｄｃ 노이즈 제거 방법 및 이를 적용한 홀로그램 장치 Download PDF

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Abstract

홀로그램 ＤＣ 노이즈 제거 방법 및 이를 적용한 홀로그램 장치가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 처리 방법은, 홀로그램 데이터를 입력받아 미분 연산한다. 이에 의해, 홀로그램 데이터를 미분 연산하여 홀로그램 데이터를 처리하게 되어, 홀로그램 복원시 발생하는 DC 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

Description

홀로그램 ＤＣ 노이즈 제거 방법 및 이를 적용한 홀로그램 장치{Method for eliminating hologram DC noise and hologram device using the same}
본 발명은 홀로그램 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 홀로그램에서 발생하는 DC(Direct Current) 노이즈를 제거하기 위한 홀로그램 처리에 관한 것이다.
홀로그램 데이터의 화질을 열화시키는 요인에는 여러 가지가 있지만, 특히 DC 노이즈에 의한 화질 열화는 매우 심각하며, 이는 도 2와 도 6을 통해 확인가능하다.
도 2는 좌측 상부에 DC 노이즈가 하얗게 나타난 홀로그램 이미지이고, 도 6은 중앙에 DC 노이즈가 하얗게 나타난 홀로그램 이미지이다.
따라서, 홀로그램 복원시 DC 노이즈 제거를 위한 많은 기법들이 연구되고 논의되어 왔는데, 대표적인 기법으로 HPF(High Pass Filter)를 이용한 DC 성분 제거 기법과 평균 차감(Mean subtraction) 방식에 의한 DC 성분 제거 기법이 알려져 있다.
하지만, 위 기법들에 의한 DC 노이즈 제거는 만족할 만한 수준이 아니다. 뿐만 아니라, 위 기법들은 홀로그램 데이터의 노이즈 성분이 아닌 영상 성분에도 영향을 미쳐 복원된 홀로그램의 왜곡 내지 열화를 발생시킨다는 문제도 아울러 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 고화질의 홀로그램을 획득/제공하기 위한 방안으로, 홀로그램 데이터를 미분 연산하는 홀로그램 처리 방법 및 이를 적용한 홀로그램 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 홀로그램 복원시 발생하는 DC 노이즈를 효과적으로 제거하기 위한 방안으로, 홀로그램 데이터를 미분 연산하는 홀로그램 처리 방법 및 이를 적용한 홀로그램 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 홀로그램 처리 방법은, 홀로그램 데이터를 입력받는 단계; 및 홀로그램 데이터를 미분 연산하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 미분 연산은, 홀로그램에서 발생하는 DC(Direct Current) 노이즈를 제거하기 위해 수행하는 연산일 수 있다.
또한, 홀로그램 데이터는, 스칼라 함수로 표현되고, 상기 미분 연산은, 스칼라 함수를 편미분 하면서 벡터 함수로 변환하는 벡터 미분 연산일 수 있다.
그리고, 상기 벡터 미분 연산은, ∇(그레디언트 : gradient) 연산일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 처리 방법은, 상기 연산단계에서 미분 연산된 홀로그램 데이터를 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 처리 방법은, 상기 연산단계에서 미분 연산된 홀로그램 데이터를 복원하여 홀로그램을 생성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 홀로그램 장치는, 홀로그램 데이터를 제공하는 제공부; 및 상기 제공부에 의해 제공된 홀로그램 데이터를 미분 연산하는 처리부;를 포함한다.
그리고, 상기 미분 연산은, 홀로그램에서 발생하는 DC(Direct Current) 노이즈를 제거하기 위해 수행하는 연산일 수 있다.
또한, 홀로그램 데이터는, 스칼라 함수로 표현되고, 상기 미분 연산은, 스칼라 함수를 편미분 하면서 벡터 함수로 변환하는 벡터 미분 연산일 수 있다.
그리고, 상기 벡터 미분 연산은, ∇(그레디언트 : gradient) 연산일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 장치는, 상기 처리부에서 미분 연산된 홀로그램 데이터를 저장하는 저장부;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 홀로그램 장치는, 상기 처리부에서 미분 연산된 홀로그램 데이터를 복원하여 홀로그램을 생성하는 복원부;를 더 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 홀로그램 데이터를 미분 연산하여 홀로그램 데이터를 처리하게 되어, 홀로그램 복원시 발생하는 DC 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 홀로그램 데이터를 구성하는 성분들 중 DC 성분들을 제외한 나머지 성분들을 변화시키지 않으므로, 화질의 왜곡이나 열화가 발생하지 않은 고화질의 홀로그램을 복원하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 처리 방법의 흐름도,
도 2는 좌측 상부에 DC 노이즈가 하얗게 나타난 홀로그램 이미지,
도 3은 기존의 기법 중 하나인 HPF를 이용하여, 도 2의 홀로그램으로부터 DC 성분을 제거하여 복원한 홀로그램 이미지,
도 4는 기존의 기법 중 다른 하나인 평균 차감 방식으로, 도 2의 홀로그램으로부터 DC 성분을 제거하여 복원한 홀로그램 이미지이며,
도 5는, 도 1에 도시된 알고리즘에 따라, 도 2의 홀로그램으로부터 DC 성분을 제거하여 복원한 홀로그램 이미지,
도 6은 중앙에 DC 노이즈가 하얗게 나타난 홀로그램 이미지,
도 7은 기존의 기법 중 하나인 HPF를 이용하여, 도 6의 홀로그램으로부터 DC 성분을 제거하여 복원한 홀로그램 이미지,
도 8은 기존의 기법 중 다른 하나인 평균 차감 방식으로, 도 6의 홀로그램으로부터 DC 성분을 제거하여 복원한 홀로그램 이미지,
도 9는, 도 1에 도시된 알고리즘에 따라, 도 6의 홀로그램으로부터 DC 성분을 제거하여 복원한 홀로그램 이미지,
도 10은 본 발명이 적용가능한 홀로그램 생성 장치의 블럭도, 그리고,
도 11은 본 발명이 적용가능한 홀로그램 복원 장치의 블럭도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 홀로그램 처리 방법의 흐름도이다. 도 1에 도시된 홀로그램 처리는, 홀로그램에서 발생하는 DC(Direct Current) 노이즈를 제거하기 위해 홀로그램 데이터를 처리하는 과정에 해당한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 홀로그램 데이터 I(x,y)가 입력되는데(S110), 홀로그램 데이터 I(x,y)는 아래의 수학식 1과 같은 스칼라 함수로 표현된다.
Figure pat00001
여기서, EO(x,y)는 홀로그램 기록시에 물체에서 반사되는 사용되는 물체파(Object Wave)이고, ER(x,y)은 홀로그램 기록시에 사용되는 기준파(Reference Wave)이다. 즉, 홀로그램 데이터는 물체파와 기준파의 간섭으로 정의되며, 물체파와 기준파 각각은 아래의 수학식 2로 표현된다.
Figure pat00002
Figure pat00003
여기서, aO와 φO(x,y)는 물체파의 진폭과 위상이고, aR과 φR(x,y)은 기준파의 진폭과 위상이다.
수학식 2에 의해 표현된 물체파 EO(x,y)와 기준파 ER(x,y)를 홀로그램 데이터를 표현한 수학식 1에 대입하면 홀로그램 데이터 I(x,y)는 아래의 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure pat00004
수학식 3에서 aR 2과 aO 2은 홀로그램 데이터의 상수 부분으로, 홀로그램의 DC 노이즈를 발생시키는 성분에 해당한다.
DC 노이즈를 발생시키는 DC 성분을 홀로그램에서 제거하기 위해, S110단계에서 입력되는 홀로그램 데이터 I(x,y)에 대해 ∇(그레디언트 : gradient) 연산을 적용한 I'(x,y)을 산출한다(S120). I'(x,y)은 아래의 수학식 4와 같이 표현가능하다.
Figure pat00005
∇ 연산은 스칼라 함수인 홀로그램 데이터를 편미분 하면서 벡터 함수로 변환하는 벡터 미분 연산의 일종으로, 상수(constant)는 0(zero)으로 변환시킨다. 따라서, ∇ 연산에 의해 aR 2과 aO 2은 0으로 변환된다.
한편, ∇ 연산은 지수함수(exponential function)와 삼각함수에 대해, 진폭은 변환시키지 않고 위상만 변화시킨다.
수학식 4를 전개하면 아래의 수학식 5와 같이 정리된다.
Figure pat00006
수학식 5에 따르면, ∇ 연산에 의해 DC 성분이었던 aR 2과 aO 2은 0으로 변환되어 사라졌음을 확인할 수 있으며, 이에 의해 홀로그램에서 DC 노이즈가 제거될 것임을 예측할 수 있다.
한편, ∇ 연산에 의해 홀로그램 데이터의 영상 성분에 해당하는 물체파와 기준파의 진폭은 변환되지 않았고, 다만 위상에 대해서는 물체파와 기준파의 위상 외에 π/2가 더해졌음을 확인할 수 있다.
하지만, 홀로그램을 복원함에 있어, 홀로그램의 화질에 영향을 미치는 것은 홀로그램 데이터의 진폭이지 위상이 아니다. 즉, 홀로그램 데이터의 위상 변화는 복원되는 홀로그램의 화질에 영향을 미치지 않는다.
S120단계를 통해 생성된 I'(x,y)[=∇I(x,y)]는 저장매체에 저장될 수도 있고 홀로그램으로 복원될 수도 있다(S130). I'(x,y)를 저장할지 복원할지 여부는, 도 1에 도시된 알고리즘을 수행하는 홀로그램 장치의 종류에 따라 달라진다.
홀로그램 장치가 홀로그램 생성 장치인 경우 S130단계에서는 I'(x,y) 저장이 수행될 것이고, 홀로그램 장치가 홀로그램 복원 장치인 경우 S130단계에서는 I'(x,y) 복원이 수행될 것이다.
저장이 수행되는 경우에는 홀로그램에서 DC 노이즈를 발생시키는 DC 성분이 제거된 홀로그램 데이터가 저장될 것이고, 복원이 수행되는 경우에는 DC 노이즈가 제거된 홀로그램이 복원될 것이다.
도 2는 좌측 상부에 DC 노이즈가 하얗게 나타난 홀로그램 이미지이고, 도 3은 기존의 기법 중 하나인 HPF를 이용하여 DC 성분을 제거하여 복원한 홀로그램 이미지이며, 도 4는 기존의 기법 중 다른 하나인 평균 차감 방식으로 DC 성분을 제거하여 복원한 홀로그램 이미지이며, 도 5는 도 1에 도시된 알고리즘에 따라 DC 성분을 제거하여 복원한 홀로그램 이미지이다.
도 3 내지 도 5를 비교하면, 기존의 기법들 보다 본 발명의 실시예에 따른 기법에 따라 DC 노이즈를 제거한 홀로그램이 DC 노이즈도 적게 나타나고 영상 부분이 더욱 선명하게 나타났음을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기법은, 홀로그램 데이터의 영상 성분에 대한 진폭을 변환하지 않고 그대로 유지시키기 때문에, 기존의 기법들 보다 영상 부분이 더욱 선명하게 나타난 것으로 볼 수 있다.
다른 종류의 홀로그램에 대해 위와 같은 기법들로 DC 노이즈 제거를 수행한 결과가 도 6 내지 도 9에 나타나 있다.
도 6은 중앙에 DC 노이즈가 하얗게 나타난 홀로그램 이미지이고, 도 7은 기존의 기법 중 하나인 HPF를 이용하여 DC 성분을 제거하여 복원한 홀로그램 이미지이며, 도 8은 기존의 기법 중 다른 하나인 평균 차감 방식으로 DC 성분을 제거하여 복원한 홀로그램 이미지이며, 도 9는 도 1에 도시된 알고리즘에 따라 DC 성분을 제거하여 복원한 홀로그램 이미지이다.
도 7 내지 도 9를 비교하면, 기존의 기법들 보다 본 발명의 실시예에 따른 기법에 따라 DC 노이즈를 제거한 홀로그램이 DC 노이즈도 적게 나타나고 영상 부분이 더욱 선명하게 나타났음을 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기법은, 홀로그램 데이터의 영상 성분에 대한 진폭을 변환하지 않고 그대로 유지시키기 때문에, 기존의 기법들 보다 영상 부분이 더욱 선명하게 나타난 것으로 볼 수 있다.
이하에서, 도 1에 도시된 홀로그램 처리 방법이 적용될 수 있는 홀로그램 장치들에 대해 상세히 설명한다.
도 10은 본 발명이 적용가능한 홀로그램 생성 장치의 블럭도이다. 본 발명이 적용가능한 홀로그램 생성 장치(200)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 홀로그램 데이터 생성부(210), 홀로그램 처리부(220) 및 저장부(230)를 구비한다.
홀로그램 데이터 생성부(210)는 이미지 센서를 이용하여 홀로그램 데이터 I(x,y)를 생성하고, 생성된 홀로그램 데이터를 홀로그램 처리부(220)로 제공하는 홀로그램 데이터 제공부로 기능한다.
홀로그램 처리부(220)는 홀로그램 데이터 생성부(210)가 제공하는 홀로그램 데이터 I(x,y)에 대해 ∇ 연산을 적용하여 I'(x,y)을 생성함으로서, 홀로그램 데이터에 존재하는 영상 성분의 변환 없이 DC 성분만 제거하여, 홀로그램 복원시에 발생하는 DC 노이즈를 제거한다.
저장부(230)는 홀로그램 처리부(220)에서 생성된 I'(x,y)를 저장한다.
도 11은 본 발명이 적용가능한 홀로그램 복원 장치의 블럭도이다. 본 발명이 적용가능한 홀로그램 복원 장치(300)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 홀로그램 데이터 저장부(310), 홀로그램 처리부(320) 및 홀로그램 복원부(330)를 구비한다.
홀로그램 데이터 저장부(310)는 홀로그램 데이터 I(x,y)를 저장하고 있으며, 저장된 홀로그램 데이터를 홀로그램 처리부(320)로 제공하는 홀로그램 데이터 제공부로 기능한다.
홀로그램 데이터 저장부(310)에 저장된 홀로그램 데이터 I(x,y)는 이미지 센서를 이용하여 생성한 것일 수도 있고, 다른 저장매체, 다른 장치, 통신망 등을 통해 전달받은 것일 수도 있다.
홀로그램 처리부(320)는 홀로그램 데이터 저장부(310)에 의해 제공되는 홀로그램 데이터 I(x,y)에 대해 ∇ 연산을 적용하여 I'(x,y)을 생성함으로서, 홀로그램 데이터에 존재하는 영상 성분의 변환 없이 DC 성분을 제거하여, 홀로그램 복원시에 발생하는 DC 노이즈를 제거한다.
홀로그램 복원부(330)는 홀로그램 처리부(220)에서 생성된 I'(x,y)를 복원하여 홀로그램을 생성한다.
지금까지, 홀로그램 복원시 발생하는 DC 노이즈를 제거하기 위한 홀로그램 처리 방법 및 이를 적용할 수 있는 홀로그램 장치들에 대해, 바람직한 실시예들을 들어 상세히 설명하였다.
위 실시예에서, 홀로그램에서 발생할 수 있는 DC 노이즈를 제거하기 위해 이용한 ∇ 연산은 스칼라 함수를 편미분 하면서 벡터 함수로 변환하는 벡터 미분 연산의 일종으로, 이와 동일한 역할의 다른 연산으로 대체가능하다.
뿐만 아니라, ∇ 연산은 홀로그램 데이터를 미분 연산하여 DC 성분을 제거할 수 있는 다른 종류의 연산으로 대체되는 것도 가능함은 물론이다.
또한, ∇ 연산, 벡터 미분 연산 및 다른 미분 연산을 수행하기 위한 모듈은 H/W는 물론 S/W로 구현가능하며, 설계 및 프로그래밍은 다양한 방법으로 이루어질 수 있고, 특정한 방법에 한정되는 것은 아님에 유념하여야 한다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
200 : 홀로그램 생성 장치 210 : 홀로그램 데이터 생성부
220 : 홀로그램 처리부 230 : 저장부
300 : 홀로그램 복원 장치 310 : 홀로그램 데이터 저장부
320 : 홀로그램 처리부 330 : 홀로그램 복원부

Claims (12)

  1. 홀로그램 데이터를 입력받는 단계; 및
    홀로그램 데이터를 미분 연산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 처리 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 미분 연산은,
    홀로그램에서 발생하는 DC(Direct Current) 노이즈를 제거하기 위해 수행하는 연산인 것을 특징으로 하는 홀로그램 처리 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    홀로그램 데이터는, 스칼라 함수로 표현되고,
    상기 미분 연산은, 스칼라 함수를 편미분 하면서 벡터 함수로 변환하는 벡터 미분 연산인 것을 특징으로 하는 홀로그램 처리 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 벡터 미분 연산은,
    ∇(그레디언트 : gradient) 연산인 것을 특징으로 하는 홀로그램 처리 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 연산단계에서 미분 연산된 홀로그램 데이터를 저장하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 처리 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 연산단계에서 미분 연산된 홀로그램 데이터를 복원하여 홀로그램을 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 처리 방법.
  7. 홀로그램 데이터를 제공하는 제공부; 및
    상기 제공부에 의해 제공된 홀로그램 데이터를 미분 연산하는 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 미분 연산은,
    홀로그램에서 발생하는 DC(Direct Current) 노이즈를 제거하기 위해 수행하는 연산인 것을 특징으로 하는 홀로그램 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    홀로그램 데이터는, 스칼라 함수로 표현되고,
    상기 미분 연산은, 스칼라 함수를 편미분 하면서 벡터 함수로 변환하는 벡터 미분 연산인 것을 특징으로 하는 홀로그램 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 벡터 미분 연산은,
    ∇(그레디언트 : gradient) 연산인 것을 특징으로 하는 홀로그램 장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 처리부에서 미분 연산된 홀로그램 데이터를 저장하는 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 장치.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 처리부에서 미분 연산된 홀로그램 데이터를 복원하여 홀로그램을 생성하는 복원부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230091371A (ko) 2021-12-16 2023-06-23 주식회사 셀코스 공간 광 변조기 및 그의 제조방법

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