KR20140071638A - 영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(dhp) 광학 렌즈 왜곡 보정 방법 및 장치 - Google Patents

영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(dhp) 광학 렌즈 왜곡 보정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 왜곡 영상을 획득하는 단계; 상기 획득한 왜곡 영상으로부터 렌즈의 왜곡 함수를 생성하는 단계; 상기 렌즈의 왜곡 함수로부터 렌즈 왜곡함수의 역함수를 생성하는 단계; 및 상기 렌즈 왜곡함수의 역함수를 사용하여 렌즈 왜곡을 보정하는 단계;를 포함하여, 광학렌즈에 의한 왜곡 현상을 줄여 실재감 있는 홀로그램 영상 기록이 가능한 DHP 시스템을 구축할 수 있게 하는 DHP 시스템에서의 광학 렌즈 왜곡 보정 방법 및 장치를 제공한다.

Description

영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(DHP) 광학 렌즈 왜곡 보정 방법 및 장치{IMAGE-BASED METHODS AND APPARATUS FOR COMPENSATING OPTICAL LENS DISTORTION OF DIGITAL HOLOGRAPHIC PRINTER SYSTEM}
본 발명은 3 차원 입체 영상 재현 방식에 관련된 것으로, DHP 광학 렌즈에 관한 것이다.
근래에 다양한 3차원 입체 영상 재현 방식들이 개발되고 상용화 되어 일반 소비자들의 3차원 영상에 대한 욕구가 증대되고 있다. 그 중에서 3차원 입체 영상 관련 전문가들로부터 가장 최선의 재현 방법으로 인정받고 있는 홀로그램 기반 입체 영상 재현 기법은 그 원리상 3차원 입체 영상을 실제와 가장 똑같이 정확하게 재현할 수 있는 기법으로 요사이 다시 연구 개발이 활발히 이루어 지고 있는 기술이다. 최근에는 기존의 아날로그 홀로그램 기반 방식에서 탈피하여 디지털 홀로그램에 기반한 재현 방법들이 활발히 연구 개발되고 있다.
그러나 아직까지 디지털 홀로그램에 기반하여 충분한 3차원 입체 영상 해상도를 가지면서 3차원 입체 동영상 재현을 위해서는 처리해야 할 데이터량이 방대하여 현재의 기술 수준으로는 상용화에 무리가 있다. 따라서 데이터 량이 방대한 동영상 기반 방식이 아닌 3차원 정지 영상에 기반한 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(Digital Holographic Printer; DHP)이 주목을 받고 있고, 그 응용 및 활용에 대한 연구가 진행되고 있다. DHP 시스템은 재현 영상 해상도를 높일 수 있어 동영상 기반 홀로그램에 비해 고품질의 3차원 입체 영상 재현이 가능한 시스템으로 현재 미국의 Zebra Imaging, 유럽의 Geola 사 등에서 관련 상용 제품을 출시하였다. 그러나 이러한 DHP 시스템으로 생성된 3차원 홀로그램 영상 재현시 3차원 영상 왜곡이 발생하는 문제가 여전히 발생한다.
한국 공개 10-2011-0112886 ("렌즈 식별 번호를 이용한 렌즈 왜곡 보정 장치, 이를 포함하는 카메라 및 렌즈 왜곡 보정 방법”, 한국과학기술원, 2011.10.14 공개)
본 발명의 목적은 광학 렌즈에 의해 발생되는 영상 왜곡을 보정하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상술한 문제를 해결하기 위한 광학 렌즈의 왜곡을 보정하는 방법은 왜곡 영상을 획득하는 단계; 상기 획득한 왜곡 영상으로부터 렌즈의 왜곡 함수를 생성하는 단계; 상기 렌즈의 왜곡 함수로부터 렌즈 왜곡함수의 역함수를 생성하는 단계; 및 상기 렌즈 왜곡함수의 역함수를 사용하여 렌즈 왜곡을 보정하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(Digital Holographic Printer System; DHP System)의 광학 렌즈 왜곡 보정 방법 및 장치는 DHP 시스템의 광학 렌즈 왜곡을 모델링 하는 왜곡 함수를 설계 및 적용함으로써 광학렌즈에 의한 왜곡 현상을 줄여 실재감 있는 홀로그램 영상 기록이 가능한 DHP 시스템을 구축할 수 있게 하는 효과를 가진다.
도 1은 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(DHP) 구성의 블록도이다.
도 2a는 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(DHP)에서 나타나는 배럴 왜곡을 도시한 도면이다.
도 2b는 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(DHP)에서 나타나는 핀쿠션 왜곡을 도시한 도면이다.
도 3은 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(DHP)의 광학 장치부에 의해 발생하는 왜곡을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(DHP) 광학 렌즈 왜곡 보정 장치의 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(DHP) 광학 렌즈 왜곡 보정 장치의 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 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.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 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 실시 예를 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 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 DHP 시스템(Digital Holographic Printer System; DHP System)의 블록도이다. DHP 장치는 기본적으로 콘텐츠 영상 생성부(100), 광학 장치부(200) 및 기록 매질 이송을 위한 기록 매질 스테이지부(300)을 포함한다. 도 3은 광학 장치부(200)에 의해 발생하는 왜곡을 도시한 도면이다. 광학 장치부(200)는 레이져 백 라이트(210), SLM(220) 및 렌즈(230)를 포함한다. SLM(220)은 DHP 장치에 의해 기록되는 2차원 영상열(101)을 빛(221)으로 변환한다.
DHP 시스템은 콘텐츠 영상 생성부(100)에서 홀로그램 기법을 이용하여 기록하기를 원하는 3차원 모델을 생성하여 이로부터 2차원 영상열(101)을 생성한다. 이렇게 생성된 2차원 영상열(101)은 SLM(220)에 순차적으로 로딩되고, 레이져 백라이이트 빛(211)에 의해 투과된 빛 형태(221)로 광학 장치부(200)를 거쳐 최종적으로 기록 매질 스테이지부(300)에 기록된다.
도 2a는 DHP 시스템에서 나타나는 배럴 왜곡(barrel distortion)을 도시한 도면이고, 도 2b는 종래의 DHP 시스템에서 나타나는 핀쿠션 왜곡(pincushion distortion)을 도시한 도면이다.
도 2a, 도 2b 및 도 3 을 참조하여 광학 장치부(200)에 의해 왜곡이 발생하는 과정을 설명한다. DHP 장치에 의해 기록되는 2차원 영상열(101)은 SLM(220)에 의해 빛으로 변환되어 렌즈(230)를 통과한 후 기록 매질 스테이지부(300)에 기록된다. 이때 렌즈(230)를 통과하면서 광학 렌즈(230)의 왜곡으로 인한 빛(201)의 경로 왜곡이 발생하여 기록 매질에 기록되는 영상에 왜곡이 발생한다. 이러한 영상 왜곡을 보정하지 않으면 3차원 홀로그램 입체 영상 재현 시 왜곡이 발생되어 영상의 실재감이 현저히 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
일반적으로 광학 렌즈(230)를 통과하면서 발생하는 왜곡은 대표적으로 배럴 왜곡(barrel distortion)과 핀쿠션 왜곡(pincushion distortion)으로 모델링할 수 있다. 또한 DHP 광학 렌즈(230)의 왜곡을 잘 표현할 수 있도록 광학 렌즈 왜곡 함수를 따로 새로이 설계하여 모델할 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 배럴 왜곡의 경우 정규 그리드(regular grid)가 볼록 거울에서 반사되는 것처럼 영상 왜곡이 발생하며, 도 3b에 도시된 바와 같이 핀쿠션 왜곡의 경우 오목 거울에서 반사되는 것처럼 영상 왜곡이 발생한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(Digital Holographic Printer System; DHP System)의 광학 렌즈 왜곡 보정 장치의 블록도이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(Digital Holographic Printer System; DHP System)의 광학 렌즈 왜곡 보정 장치는 도 1에 도시된 종래의 DHP 시스템의 구성에 왜곡 영상 획득 모듈(250), 광학 렌즈 왜곡 함수 계산 모듈(260) 및 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)을 더 포함하여 구성된다.
왜곡 영상 획득 모듈(250)은 광학 렌즈(230)에 의한 왜곡을 보정하기 위해 광학 렌즈(230)에서 생성되는 왜곡 영상(201)을 획득한다. 왜곡 영상 획득 모듈(250)은 영상 획득용 카메라로 구성되어 있으며 카메라 방향은 렌즈(230)의 광학 시선(optical axis) 방향과 가능한 일치하게 위치한다. 광학 장치부(200)에서 생성되는 왜곡 영상(201)은 일정한 간격을 갖는 격자 패턴(grid pattern) 영상을 생성한다. 왜곡 영상 획득 모듈(250)은 광학 장치부(200)에서 생성된 왜곡 영상(201)을 입력으로 받아 이에 응답하여 왜곡 영상(201)을 획득한다.
광학 렌즈 왜곡 함수 계산 모듈(260)은 왜곡 영상 획득 모듈(250)로부터 얻어진 왜곡된 격자 패턴 영상을 이용하여 렌즈(230)의 왜곡 함수를 얻는다. 렌즈(230) 왜곡 함수의 예로는 배럴 왜곡 함수 및 핀쿠션 왜곡 함수가 있으며, 상기 왜곡 함수 외에 다른 왜곡 함수 또한 얻을 수 있다. 기존의 대표적인 왜곡 함수들 중에서 구성된 DHP 시스템에 적당한 왜곡 함수를 선정하고, 왜곡된 패턴 영상을 분석함으로써 광학 렌즈(230)의 왜곡 함수를 계산할 수 있다. 이러한 왜곡된 영상을 이용하여 렌즈(230)의 왜곡 함수를 구하는 방법은 공지의 알고리즘을 사용할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에서는 별도로 DHP 광학 시스템에 적합한 왜곡 함수를 별도로 설계하고 이를 적용하여 함수를 계산할 수 있다.
렌즈 왜곡 보정 모듈(240)은 광학 렌즈 왜곡 함수 계산 모듈(260)로부터 구해진 렌즈(230)의 왜곡 함수의 역함수(inverse function)를 구한다. 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)은 렌즈(230)의 왜곡 역함수를 콘텐츠 영상 생성부(100)로부터 생성된 2D 영상열(101)에 적용하여 전치 왜곡(predistortion)된 영상열(241)을 생성한다. 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)은 전치 왜곡된 영상열(241)을 광학 장치부(200)로 출력한다. 전치 왜곡된 영상열(241)로 SLM(220)에서 생성된 빛(221)이 광학 렌즈(230)를 통과하여 생성된 영상은 렌즈(230)의 왜곡이 없는 원래의 2D 영상열(101)에 해당되는 영상을 기록 매질 스테이지부(300)에 기록할 수 있다.
도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(Digital Holographic Printer System; DHP System)의 광학 렌즈 왜곡 보정 방법을 설명한다. 먼저, 왜곡 영상 획득 모듈(250)이 광학 렌즈(230)에서 생성되는 왜곡 영상(201)을 획득한다. 왜곡 영상 획득 모듈(250)은 광학 장치부(200)에서 생성된 왜곡 영상(201)을 입력으로 받아 이에 응답하여 왜곡 영상(201)을 획득한다. 즉, 광학 장치부(260)에서 출력되는 영상은 기록 매질 스테이지부(300)에 출력되나 일부는 왜곡 영상 획득 모듈(250)에 의해 획득된다.
다음으로, 광학 렌즈 왜곡 함수 계산 모듈(260)이 왜곡 영상 획득 모듈(250)로부터 얻어진 왜곡된 격자 패턴 영상을 이용하여 렌즈(230)의 왜곡 함수를 얻는다. 렌즈(230) 왜곡 함수의 예로는 배럴 왜곡 함수 및 핀쿠션 왜곡 함수가 있으며, 상기 왜곡 함수 외에 다른 왜곡 함수 또한 얻을 수 있다. 기존의 대표적인 왜곡 함수들 중에서 구성된 DHP 시스템에 적당한 왜곡 함수를 선정하고, 왜곡된 패턴 영상을 분석함으로써 광학 렌즈(230)의 왜곡 함수를 계산할 수 있다. 이러한 왜곡된 영상을 이용하여 렌즈(230)의 왜곡 함수를 구하는 방법은 공지의 알고리즘을 사용할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예에서는 별도로 DHP 광학 시스템에 적합한 왜곡 함수를 설계하고 이를 적용하여 함수를 계산할 수 있다.
다음으로, 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)이 렌즈(230)의 왜곡 함수의 역함수(inverse function)를 구한다. 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)은 렌즈(230)의 왜곡 역함수를 콘텐츠 영상 생성부(100)로부터 생성된 2D 영상열(101)에 적용하여 전치 왜곡(predistortion)된 영상열(241)을 생성한다. 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)은 전치 왜곡된 영상열(241)을 광학 장치부(200)로 출력한다. 전치 왜곡된 영상열(241)로 SLM(220)에서 생성된 빛(221)이 광학 렌즈(230)를 통과하여 생성된 영상은 렌즈(230)의 왜곡이 없는 원래의 2D 영상열(101)에 해당되는 영상을 기록 매질 스테이지부(300)에 기록할 수 있다. 전치 왜곡을 통하여 선보정된 영상열(241)이 SLM(220)에서 레이져 빛(221)으로 변환되고, 레이져 빛(221)은 광학 렌즈(230)를 통하여 진행하며 왜곡된다. 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)이 광학 렌즈 왜곡 함수 계산 모듈(260)이 생성한 왜곡함수를 사용하여 2차원 영상열(101)을 레이져 빛(201)이 광학렌즈(230)를 지난 후 왜곡되는 정도로 전치 왜곡 시켜 선보정 시키므로, 광학 렌즈(230)을 통과하여 진행하는 왜곡된 레이져 빛 (201)은 본래 2차원 영상열이 출력하고자 하는 영상과 같은 영상을 가지게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(DHP) 광학 렌즈(230) 왜곡 보정 장치의 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(DHP)의 광학 렌즈(230)의 왜곡 보정 장치는 전술한 바와 같이 렌즈(230) 왜곡 함수의 역함수를 구하고 난 후 DHP 시스템에 상기 역함수에 해당하는 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)만 장착함으로써 왜곡 현상을 보정하는 DHP 시스템을 구성할 수 있다. 이는 DHP 시스템이 왜곡 영상 획득 모듈(250) 및 광학 렌즈 왜곡 함수 계산 모듈(260)을 제외하고 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)만을 장치하더라도 왜곡 현상을 보정할 수 있게 한다. 전술한 바와 같이 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)은 기존 왜곡 함수뿐만 아니라 DHP 광학 렌즈의 왜곡 특성에 맞는 왜곡 함수를 포함한 다른 함수 또한 채택할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(DHP)의 광학 렌즈(230)의 왜곡 보정 방법은 광학 렌즈에 의한 영상 왜곡 함수를 모델링하고, 영상에 존재하는 특징 정보(예를 들면 직선 특징 정보)를 분석하여 영상 왜곡 함수를 계산한 후에 이의 역함수를 콘텐츠에 선적용함으로써(predistortion) DHP 시스템에 별도의 모듈을 추가하지 않고도 홀로그램 영상 왜곡을 최대한 줄일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(DHP)의 광학 렌즈(230)의 왜곡 보정 장치에서 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)은 광학 장치부(200)에 구비되어 SLM(220)과 광학 렌즈(230) 사이의 레이져 빛(221)에 전치 왜곡을 수행할 수 있다. 또는, 상기 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)은 광학 장치부(200)에 구비되어 SLM(220)에 입력되는 2차원 영상열(101)에 전치왜곡을 수행하거나 광학렌즈(230)에서 출력되는 왜곡된 레이져 빛(201)의 왜곡을 보정할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(DHP)의 광학 렌즈(230)의 왜곡 보정 장치에서 전술한 왜곡 영상 획득 모듈(250), 광학 렌즈 왜곡 함수 계산 모듈(260) 및 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)은 둘 이상의 모듈이 하나의 모듈로 구현될 수 있다. 일 실시 예에서, 왜곡 영상 획득 모듈(250), 광학 렌즈 왜곡 함수 계산 모듈(260) 및 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)은 하나의 모듈로 구성되어 광학 장치부(200)의 출력을 입력받아 왜곡된 레이져 빛(201)의 왜곡을 보정하여 기록 매질 스테이지부(300)로 출력할 수 있다. 다른 일 실시 예에서, 왜곡 영상 획득 모듈(250) 및 광학 렌즈 왜곡 함수 계산 모듈(260)이 하나의 모듈로 구성되어 왜곡 영상을 획득하여 생성된 왜곡 함수를 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)에 출력할 수 있다. 또한, 다른 일 실시 예에서는 광학 렌즈 왜곡 함수 계산 모듈(260) 및 렌즈 왜곡 보정 모듈(240)이 하나의 모듈로 구성되어 왜곡 영상 획득 모듈(250)로부터 전달받은 왜곡 영상으로 2차원 영상열(101)에 대한 전치 왜곡을 수행할 수 있다.

Claims (1)

  1. 광학 렌즈의 왜곡을 보정하는 방법에 있어서,
    왜곡 영상을 획득하는 단계;
    상기 획득한 왜곡 영상으로부터 렌즈의 왜곡 함수를 생성하는 단계;
    상기 렌즈의 왜곡 함수로부터 렌즈 왜곡함수의 역함수를 생성하는 단계; 및
    상기 렌즈 왜곡함수의 역함수를 사용하여 렌즈 왜곡을 보정하는 단계;를 포함하는 광학 렌즈 왜곡 보정 방법.
KR1020120139439A 2012-12-04 2012-12-04 영상 기반 디지털 홀로그래픽 기록 시스템(dhp) 광학 렌즈 왜곡 보정 방법 및 장치 KR20140071638A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20160216690A1 (en) * 2015-01-27 2016-07-28 Electronics And Telecommunications Research Institute Method and apparatus for correcting distortion of 3d hologram
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