KR20160078099A - 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치 및 그 방법 - Google Patents

시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수평시차 360도 모든 범위내의 일정 시야영역에 홀로그램 영상을 생성할 수 있는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성장치 및 그 방법에 관한 것으로, 광원부, 광간 광 변조부, 회전 미러부, 시선 추적부, 제어부, 반사경부를 포함 할 수 있으며, 이를 통해 관찰자의 시선을 추적하여 360도 어느 방향에서든 관찰자는 그에 맞는 시야영역에서 홀로그램 영상을 관찰할 수 있다.

Description

시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치 및 그 방법{Full range holographic image Generating apparatus through eye line-tracking system and method therefor}
본 발명은 홀로그램 영상 구현 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수평시차 360도 모든 범위내의 일정 시야영역에 홀로그램 영상을 생성 할 수 있는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
디지털 홀로그램 영상은 컴퓨터로 생성 처리할 수 있기 때문에 재생 물체에 대한 완전 시차를 구현하기에 적합한 기술이다. 즉 물체에 대한 깊이 정보만 확보하면 360도 입체 영상을 보여 줄 수 있는 홀로그램 영상을 만들 수 있다. 최근에 컴퓨팅 기술이 비약적으로 발전하여 실시간으로 완전 시차를 갖는 디지털 홀로그램 영상을 생성 처리하는 기술이 개발되고 있다.
하지만, 홀로그래픽 디스플레이(Holographic display) 기술은 표시소자가 가지는 한계 때문에 완전 시차를 갖는 홀로그램 재생 영상을 구현하기가 어렵다. 홀로그램 재생 영상 크기와 시야 각은 디스플레이 표시소자 픽셀크기에 의존하는 상충관계에 놓여 있으므로, 상용 공간 광 변조기(spatial light modulator)로는 수 센티미터 크기의 홀로그램 영상을 수 도의 시야 각으로 재생할 수 있을 뿐이다.
본 발명은 전방위에서 관찰할 수 있는 홀로그램 영상을 구현하는데 있어, 관찰자의 시선을 추적하여 360도 어느 방향에 관찰자가 위치하던지 그에 맞는 시야영역에 홀로그램 영상을 구현할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명인 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치는 수신한 가간섭성 광의 위상, 진폭, 복소진폭 중 적어도 하나를 변조하여 광원을 회절 시키고, 회절 된 광을 다중화를 통해 재생영상으로 생성한 후 상기 생성된 재생영상의 시야 각을 확대하는 공간 광 변조부; 관찰자가 홀로그램 영상을 관찰하는 시선이 닿는 위치를 추적하여 홀로그램 영상을 생성해야 할 시야영역에 대한 위치정보를 생성하는 시선 추적부; 상기 공간 광 변조부로부터 수신한 다중화된 회절 광을 반사경부의 일부의 반사경에 조사하도록 회전 미러를 회전 및 고정하는 회전 미러부; 원통형으로 배치된 복수의 반사경을 통해 상기 회전 미러부로부터 수신한 다중화된 회절 광을 홀로그램 영상 구현 지점으로 반사시키는 복수의 반사경을 포함하는 반사경부; 및 상기 시선 추적부로부터 위치정보를 수신하여 상기 반사경부로 상기 다중화된 회절 광을 조사하도록, 상기 회전 미러부를 움직여 조사 방향을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 공간 광 변조부는, 수신한 입사광의 가간섭성 광의 위상, 진폭, 및 복소진폭 중에서 적어도 하나를 변조함으로써 광을 회절하여 홀로그램 영상을 생성하는 복수의 공간 광 변조기; 상기 광 변조기로부터 수신한 회절 된 광을 다중화하여 재생되는 홀로그램 영상을 이음매 없이 확대하는 공간 다중화부; 및 상기 홀로그램 영상의 재생영상의 시야 각을 확대하는 시야 각 확대부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 공간 광 변조기는, 디지털 홀로그램 간섭무늬를 표시하는 패널로서 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 DMD(Digital Micromirror Device)와 같은 디스플레이 패널 소자를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 공간 다중화부는, 경통형 구조를 가지며, 픽셀구조 홀로그램 영상 재생 시에 발생하는 DC항과 고차 회절 항을 제거하는 필터를 갖는 4f 이미징 시스템을 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 시야 각 확대부는, 상기 홀로그램 영상을 탈 축 홀로그램 영상으로 변환하여 재생 영상의 시야 각을 확대하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 회전 미러부는, 360도로 회전이 가능한 미러(mirror)를 포함하며, 상기 광 변조 부로부터 수신한 다중화된 회절 광을 상기 제어부의 제어를 받아 반사경부의 일부인 임의의 반사경으로 조사하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 시선 추척부는, 관찰자의 시야 영역에 홀로그램 영상을 생성하도록 관찰자가 홀로그램 영상을 관찰하는 시선이 닿는 위치를 추적하여 홀로그램 영상을 생성해야 할 시야영역에 대한 위치정보를 생성하고, 생성한 위치정보를 제어부로 송신하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 반사경부는, 상기 회전 미러부가 조사한 다중화된 회절 광을 홀로그램 영상 재생 지점으로 반사가 가능하도록 소정의 각도를 가지고 원형으로 부착된 복수의 반사경을 포함하며, 상기 반사경을 통해 홀로그램 영상 재생 지점으로 상기 다중화된 회절 광을 반사하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 제어부는, 상기 광 변조부로부터 수신한 다중화된 회절 광을 관찰자의 시선 위치가 포함되는 시야영역에 입체영상이 생성 되도록 수신한 상기 위치정보에 따라 상기 회전 미러부를 제어하여 상기 반사경부의 일부인 임의의 반사경 조사하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 적색, 녹색 및 청색 레이저 장치 또는 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드 장치 중에서 적어도 하나를 이용하여 평행광을 생성시키는 광원부를 더 포함하는 것을 특징할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 백색광 레이저 및 발광 다이오드 중에서 적어도 하나의 백색 광원 광원부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
수신한 광원의 가간섭성 광의 위상, 진폭, 복소진폭 중 적어도 하나를 변조하여 광원을 회절시키고, 회절 된 광원을 다중화를 통해 재생영상으로 생성한 후 상기 생성된 재생영상의 시야 각을 확대하는 단계;
본 발명의 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성방법은 관찰자가 홀로그램 영상을 관찰하는 시선이 닿는 위치를 추적하여 홀로그램 영상을 생성해야 할 시야영역에 대한 위치정보를 생성하는 단계; 상기 위치정보를 수신 받아 상기 다중화된 회절 광을 임의의 반사경으로 조사하도록 회전 미러를 조정하여 조사 방향을 제어하는 단계; 및 상기 시선 추적부로부터 전달받은 위치정보에 따라 상기 다중화된 회절 광을 관찰자의 시야영역에 홀로그램 영상이 구현되도록 임의의 반사경에 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 재생영상의 시야 각을 확대하는 단계는, 수신한 입사광의 가간섭성 광의 위상, 진폭, 및 복소진폭 중에서 적어도 하나를 변조함으로써 광을 회절하여 홀로그램 영상을 생성하는 단계; 수신한 상기 회절 된 광을 다중화하여 재생되는 홀로그램 영상을 이음매 없이 확대하는 단계; 및 상기 홀로그램의 재생영상의 시야 각을 확대하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 조사 방향을 제어하는 단계는, 상기 다중화된 회절 광을 수신하여 상기 위치정보를 반영하여 관찰자의 시선 위치에 맞는 시야영역에 입체영상을 생성하도록 360도로 회전이 가능한 회전 미러를 조정하여 조사방향을 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 위치정보를 생성하는 단계는, 관찰자의 시야 영역에 홀로그램 영상을 구현하기 위해서 관찰자 시선 위치를 추적하여 수집한 상기 위치정보를 제어부에 제공하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 상기 반사시키는 단계는, 소정의 각도를 가지고 원형으로 부착된 복수의 반사경의 일부에 상기 수신한 다중화된 회절 광을 홀로그램 영상 재생 지점으로 반사하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 적색, 녹색 및 청색 레이저 장치 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드 장치 중에서 적어도 하나 또는 백색광 레이저 및 발광 다이오드 중에서 적어도 하나의 백색 광원 장치를 이용하여 광원을 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성장치의 구성도이다
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성장치의 실제구현 예를 도시한 도면이다.
도 3는 도 1에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 공간 광 변조모듈의 세부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다수 회절 빔을 다중화하는 공간 광 다중화부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 시선추적을 이용한 시야영역별 홀로그램 영상 생성 및 소멸 동작을 나타낸 도면이다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 관찰자의 시선이동에 따른 시야영역별 홀로그램 영상 생성과정의 알고리즘을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 트래킹 방식 전방위 홀로그램 영상 구현장치 및 그 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성장치(1000)의 구성도이다
도 1을 참조하면, 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성장치는 광원부(1100), 공간 광 변조부(1200), 회전 미러부(1300), 시선 추적부(1400), 제어부 (1500), 반사경부(1600)을 포함 할 수 있다.
광원부(1100)는 적색, 녹색 및 청색 레이저 장치 또는 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드 장치 중 적어도 하나를 이용하여 평행 광을 생성시킬 수 있으며, 백색광 레이저 및 발광 다이오드 중 적어도 하나의 백색 광원 장치를 더 포함할 수 있다
공간 광 변조부(1200)는 광원부(1100)로부터 전달받은 광원을 변조하여 홀로그램 영상을 생성하고, 생성한 홀로그램 영상을 회절하여 회절 광을 생성하고, 이를 다중화하여 이음매 없이 재생되는 홀로그램의 영상을 일정한 시야영역 내에 생성하며, 이러한 홀로그램 영상의 시야 각을 확대 할 수 있다. 공간 광 변조부(1200)의 세부적인 구성 및 내용은 도3을 참조하며 설명하도록 하겠다.
회전 미러부(1300)는 360도로 회전할 수 있는 미러(Mirror)를 회전 또는 고정하여 수신한 광원을 반사경부(1600)에 조사할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 360도로 미러를 회전 또는 고정하기 위해 미러를 스텝모터(stepper motor)에 특정각도로 회전 및 고정 될 수 있도록 부착할 수 있으며, 이를 조정하여 관찰자 시야 위치에 맞게 시야 영역을 형성할 수 있도록 임의의 반사경에 다중화된 회절 빔을 조사시킬 수 있다.
또한, 관찰자가 이동하여 기존의 시야영역을 벗어날 때 인접한 반사경으로 회절 빔을 조사하여 새로운 시야영역에 홀로그램 영상을 구현할 수 있도록 스텝모터를 회전시켜 조사방향을 조정할 수 있다.
여기서 스텝모터(stepper motor)는 펄스 입력에 의해서 동작하는 일종의 디지털 전동기로서, 회전 각도, 회전 속도는 입력된 펄스의 수와 펄스 반복 레이트(Rate)에 비례하고 하고, 모터는 일종의 리액턴스 모터인데, 고정자에 다상 권선을 채용하고 이것에 일정한 시퀀스로 펄스를 부여함으로써 회전자는 리액턴스가 낮은 안정 위치를 구하여 스텝상으로 회전하는 모터를 의미한다.
본 실시 예에서는 편의상 스텝모터를 예를 들어 설명하였으나, 이를 회전하게 하는 모터는 회전 미러의 회전 및 일정한 회전위치에서의 고정을 할 수 있다면 어떤 종류의 모터 및 장치도 사용가능하고 스텝모터로만 제한되지는 아니한다.
시선 추적부(1400)는 시야 영역을 새롭게 선정하여 홀로그램 영상을 생성하기 위해서 홀로그램 영상을 관찰하는 관찰자 시선 위치를 추적하여 관찰자의 시선이 닿는 시야영역에 대한 위치정보를 수집하고, 이 정보를 제어부(1500)에 제공할 수 있다.
여기서 관찰자의 시선위치를 추적하여 관찰자의 시야영역에 대한 위치정보를 수집하는 방법은 일반적으로 먼저 카메라를 이용해 사용자에 대한 영상을 취득한 후 이 영상으로부터 얼굴부분을 검출한다. 여기에서 얼굴부분이 존재하는 것으로 판단되면, 다음의 눈 검출 단계로 이행하고, 얼굴부분을 검출하지 못하면 다시 영상 취득단계로 복귀한다. 만약 눈이 된다면 이로부터 동공 영역을 검출하고, 이로부터 반사광을 검출하고. 검출된 반사광 정보를 이용해 시선 위치를 계산하고 이를 미리 설정한 시간마다 반복하여 그 이동을 추적할 수 있다.
여기서 반사광 정보를 이용해 시선 위치를 계산하는 방법은 반사광의 위치 및 동공의 중심을 통해 시선 위치를 계산할 수 있도록 반사광이 이루는 왜곡된 형태의 사각형과 4개의 조명이 이루는 직사각형간의 대응관계를 기하적 변환(geometric transform) 방법을 사용하며 정의해서 계산할 수 있다.
이러한 시선위치 추적방법은 상술한 방법에 제한되지 아니하고, 시선 위치를 통해 관찰자의 위치를 특정하여 측정 할 수 있는 방법이라면 제한 없이 사용 될 수 있다.
또한 여기서 위치정보는 카메라 등을 통하여 관찰자의 시선위치의 이동을 추적하여 관찰자의 시야영역의 변화에 대한 정보를 포함할 수 있다.
제어부(1500)는 시선 추적부(1400)로부터 위치정보를 수신 하여 관찰자의 시야영역에 홀로그램 영상을 구현할 수 있도록 반사경부(1600)으로 공간 광 변조부(1200)로부터 수신한 다중화된 회절 광을 조사할 수 있게 회전 미러부(1300)를 조정하여 조사 방향을 제어할 수 있다.
제어부(1500)가 수신한 위치정보를 활용하여 회전 미러부(1300)을 제어하는 방법에 대해서는 도 5를 참조하며 자세히 설명하도록 하겠다.
반사경부(1600)은 디스플레이 상부에 원통형으로 복수의 반사경을 배치되어 공간 광 변조부(1200)에 의해 다중화 된 회절 광을 홀로그램 영상 재생 지점으로 조사시킬 수 있다.
여기서 반사경부(1600)에 원통형으로 배치되어 부착된 복수의 반사경들은 반사경부(1600)의 중앙에 위치한 홀로그램 영상 재생 지점으로 회전 미러부(1300)로부터 수신한 다중화 된 회절 광을 반사할 수 있도록, 일정한 각도로 기울어져 부착되어 있으며 전방위로 홀로그램 영상을 구현 할 수 있도록 일정한 간격을 두고 원을 이루며 부착 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성장치의 실제구현 예를 도시한 도면이다.
도2를 참조하면 광원부(1100)에서 광원을 공간 변조부(1200)로 송신할 수 있다. 이때 광원부(1100)는 레이저 장치 또는 발광 다이오드 장치 중 적어도 하나를 이용하여 광원을 생성할 수 있고, 도2에 도시된 것과 같이 반사경부(1600)가 상단에 원형으로 위치한 원통형 구조를 가진 홀로그램 영상 디스플레이 장치의 내부에 위치할 수 있다.
공간 광 변조부(1200)는 광원부(1100)로부터 수신한 광원을 회절하고 다중화 하여 이음매 없는 영상을 생성하고 그 영상의 시야 각을 확대하여 회전 미러부(1300)로 보낼 수 있다.
여기서 공간 광 변조부(1200)는 도시된 바와 같이 일 실시 예에 따르면 광원부(1100)로부터 평행으로 수신한 광원의 진로 방향을 수직으로 바꾸기 위해 일정한 각도로 기울어진 미러를 더 포함할 수 있으며, 광원은 미러에서 반사되어 공간 광 변조기로 전달될 수 있다.
또한 시선 추적부(1400)는 도 2에 도시된 바와 같이, 카메라 등을 통하여 홀로그램 영상을 관찰하는 관찰자의 시선위치에 대한 위치정보를 생성하여 제어부(1500)에 전달 할 수 있다.
제어부(1500)는 이 위치정보를 바탕으로 관찰자 시선이 시야영역을 벗어날 때 재생 영상 시차에 맞는 관찰자의 시선이 위치하는 인접한 시야영역에 홀로그램 영상을 구현할 수 있도록 회전 미러부(1300)을 제어하여 반사경부(1600)내의 임의의 반사경에게 다중화된 회절 광을 조사하게 할 수 있다.
여기서 제어부는 도 2에 도시된 바와 같이 PC를 이용할 수 있으며, 정보를 수신하고 수신한 정보를 타당으로 홀로그램 영상 생성이 필요한 시야영역을 산출 및 그 시야영역에 홀로그램 영상을 생성하도록 회전미러를 회전 및 고정하도록 제어할 수 있는 연산장치(서버, 모바일 디바이스 등)가 있다면 어떤 것이던지 사용가능하고 PC에 한정되지는 아니한다.
반사경부(1600)는 도2에 도시된 바와 같이 원형으로 위치한 원통형 구조를 가진 홀로그램 영상 디스플레이 장치의 상단에 복수의 반사경들이 원을 이루며 광원을 반사하여 홀로그램 영상을 생성하기에 필요한 각도로 기울어져 부착되어 있을 수 있다.
여기서 복수의 반사경은 일정한 수가 정해져 있지는 않으나 적어도 구분된 시야영역의 수보다는 많아야 하고, 수가 많을수록 홀로그램 영상 생성위치를 좀더 미세하게 조절할 수 있다.
다중화된 회절 광을 조사받은 임의의 반사경은 원통형 구조를 가진 홀로그램 영상 디스플레이 장치의 상단 중앙에 위치한 홀로그램 영상 재생 지점으로 반사하여 관찰자의 시야영역에 홀로그램 영상을 생성하게 할 수 있다.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 도 1에 도시된 공간 광 변조모듈(1200)의 세부 구성도이다.
도 3을 참조하면 공간 광 변조모듈(1200)은 적어도 하나의 공간 광 변조기(1210), 공간 다중화부(1220), 시야 각 확대부(1230)을 포함할 수 있다.
공간 광 변조기(1210)는 수신한 입사광의 가간섭성 광의 위상, 진폭 및 복소진폭 중에서 적어도 하나를 변조함으로써 광을 회절하여 홀로그램 영상을 생성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 공간 광 변조기(1210)는 디지털 홀로그램 간섭무늬를 표시하는 패널로서 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 DMD(Digital Micromirror Device)와 같은 디스플레이 패널 소자를 포함할 수 있다.
공간 다중화부(1220)는 공간 광 변조부(1210)로부터 수신한 회절 된 광을 다중화하여 재생되는 홀로그램 영상을 이음매 없이 확대할 수 있다.
일 실시 예에 따르면 픽셀구조 홀로그램 영상 재생시에 발생하는 DC항과 고차 회절항을 제거하는 필터를 갖는 4f 이미징 시스템을 사용하여 개개의 단일 공간 광 변조기에 대응되어 효율적으로 재생 영상을 이음매 없이 확대할 수 있다.
시야 각 확대부(1230)는 공간 다중화부(1220)에서 다중화된 회절 광을 홀로그램 영상으로 재생할 때 탈 축(off-axis) 홀로그램 영상으로 변환하여 그 재생 영상의 시야 각을 확대 할 수 있다.
여기서 탈 축(off-axis) 홀로그램 영상은 참조 파면을 물체 파면에 대해 어떤 각도로 입사시켜 생성하는 방식의 홀로그램 영상을 의미하며, 두 파면의 사이에 각도를 붙임으로써 재생 시 직진하는 광파와 직접파, 공액상(共??像)을 공간적으로 분리할 수 있는 것을 의미한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다수 회절 빔을 다중화하는 공간 광 다중화부(1220)를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따르면 공간 광 변조부(1200)는 다수의 공간 광 변조기(1210)을 통해 홀로그램 영상을 생성시키고 이를 회절하며, 공간 광 다중화부(1220)을 통해 다중화하여 이음매 없이 영상을 확대하고, 시야 각 확대부(1230)에서 시야영역의 너비에 맞게 시야 각 또한 확대시킬 수 있다.
공간 다중화부(1220)는 각 공간 광 변조기에 대한 경통형으로 제조되어 도면과 같이 복수의 경통들이 결합되는 방식으로 광 변조기와 매칭(matching)되어 복수의 전체 홀로그램 영상을 이음매 없이 확대할 수 있다.
또 다른 일 실시 예에 따르면 공간 다중화부(1220)는 픽셀구조 홀로그램 영상의 재생 시 발생하는 DC항과 고차 회절항을 제거하는 필터를 갖는 4f 이미징 시스템을 적용 할 수 있으며, 이는 개개의 단일 공간 광 변조기에 대응되어 효율적으로 재생 영상을 확대할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 시선추적을 이용한 시야영역별 홀로그램 영상 생성 및 소멸 동작을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 관찰자의 시선위치를 우선 파악하고, 이러한 시선위치가 관찰자의 이동으로 인하여 변화하여 특정 시야영역(viewing zone, 홀로그램 영상이 구현되어 관찰 가능한 영역)을 벗어나게 되면 관찰자가 움직이는 방향의 그 다음 시야영역에 홀로그램 영상을 구현하여 관찰자가 어느 방향에서 관찰하던지 홀로그램 영상을 관찰할 수 있도록 할 수 있다.
여기서 일정 시야영역을 벗어나게 되면 관찰자가 움직이는 방향의 그 다음 시야영역에 홀로그램 영상을 구현하는 것은 관찰자 시선이 단일 공간 광 변조부(1200)로 생성된 시야 영역을 벗어날 때 시선추적 기술을 접목하여, 벗어난 시야영역의 홀로그램 영상의 구현은 소멸시키고, 이동된 관찰자의 시선의 위치가 존재하는 시야영역에는 홀로그램 영상을 구현시키는 방법을 사용 할 수 있다.
예를 들어 관찰자가 시야영역 1에 시선에 위치가 있다가 시야영역 2로 시선의 위치가 이동 된 경우, 시선 추적부(1400)는 관찰자의 시선위치의 변동을 감지하여 정보를 생성하고, 이 정보를 제어부(1500)에 전달하여 회전 미러부(1300)을 제어하여 다중화된 회절 광을 반사경부(1600)의 임의의 반사경에 조사하는 방향을 바꾸어 시야영역 2에 홀로그램 영상이 구현될 수 있도록 한다.
이와 같이 관찰자가 어느 방향으로 움직인다고 하더라도, 관찰자의 움직임에 따라서 관찰자의 시선이 위치하게 되는 미리 나누어진 시야영역에 홀로그램 영상이 구현되도록 회전 미러부(1300)을 제어할 수 있다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 관찰자의 시선이동에 따른 시야영역별 홀로그램 영상 생성과정의 알고리즘을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 우선 시선 추적부(1400)로부터 관찰자의 시선이 위치하는 시야영역에 대한 정보를 수신한다(S10).
이때 위치정보는 시선 추적부(1400)에서 관찰자의 시선을 추적하여 그 시선이 닿는 시야영역에 대한 위치를 포함하는 정보를 의미하다.
수신한 위치정보를 통하여 관찰자의 시선이 위치하는 해당 시야영역에 홀로그램 영상을 생성한다(S20).
홀로그램 영상을 생성하는 시야영역은 홀로그램 영상을 생성할 수 있는 360도 전방위에 대한 영역을 복수의 구역으로 나눈 것을 의미하며, 이런 시야영역들 중 관찰자의 시선이 위치하는 시야영역에만 홀로그램 영상을 생성하고, 위치하지 않은 시야영역에는 생성했던 홀로그램 영상을 소멸시킴으로써, 관찰자가 어느 위치에 있던지 관찰자에게 효율적으로 홀로그램 영상을 제공할 수 있다.
그 다음 관찰자의 시선이 위치하는 시야영역이 기존에 홀로그램 영상을 생성했던 시야영역이 아닌 다른 시야 영역에 위치하는지 여부를 판단한다(S30),
관찰자의 시선의 위치가 다른 시야영역에 위치하는지 여부를 판단하기 위해서는 상술한 바와 같이 시선추적방법을 통하여 관찰자의 시선의 위치정보를 수집하고 이동으로 통해 그 시선의 위치가 다른 시야영역으로 이동되는지를 기준으로 판단할 수 있다.
만약 홀로그램 영상을 구현했던 시야영역이 같은 시야 영역에 위치하는 경우에는 관찰자가 기존의 시야영역에 생성된 홀로그램 영상을 통해서도 충분히 영상을 관찰할 수 있으므로 기존의 시야영역에 구현되어 있던 홀로그램 영상을 그대로 유지하고(S40), 만약 기존의 시야영역과 다른 시야영역으로 관찰자의 시선의 위치가 이동된 경우에는 기존의 시야영역이 홀로그램 영상을 유지하여봤자 관찰자가 영상을 관찰하는 것에는 아무런 이득이 없으므로 기존의 시야영역에 생성되었던 홀로그램 영상은 소멸시키고 관찰자의 시선이 이동된 시야영역에 홀로그램 영상을 생성하여 관찰 할 수 있도록 한다(S45).
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성방법을 나타낸 흐름도이다.
가장 먼저 광원부(1100)로부터 전달받은 광원을 변조하여 홀로그램 영상의 생성하고 생성한 홀로그램 영상을 회절 및 다중화하여 이음매 없이 재생되는 홀로그램의 영상을 시야 각을 확대한다(S110).
이때 광 변조기를 통해 수신한 입사광의 가간섭성 광의 위상, 진폭 및 복소진폭 중에서 적어도 하나를 변조함으로써 광을 회절하여 홀로그램 영상을 생성할 수 있으며, 일 실시 예에 따르면 공간 광 변조부(1210)는 디지털 홀로그램 영상 간섭무늬를 표시하는 패널로서 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 DMD(Digital Micromirror Device)와 같은 디스플레이 패널 소자를 포함하여 홀로그램 영상을 생성 할 수 있다.
또한 일 실시 예에 따르면, 수신한 회절 된 광을 다중화하여 재생되는 홀로그램 영상을 이음매 없이 확대하기 위해 픽셀구조 홀로그램 영상 생성시에 발생하는 DC항과 고차 회절항을 제거하는 필터를 갖는 4f 이미징 시스템을 사용하여 개개의 단일 공간 광 변조기에 대응되어 효율적으로 재생 영상을 확대할 수 있다.
이어서 관찰자의 시선위치를 추적하여 관찰자의 시선이 닿는 시야영역에 대한 위치정보를 생성한다(S120).
그리고 다중화된 회절 광을 홀로그램 영상으로 재생할 때 탈 축(off-axis) 홀로그램 영상으로 변환하여 그 재생 영상의 시야 각을 확대 할 수 있다.
위치정보는 카메라 등을 통하여 관찰자가 홀로그램 영상을 관찰하는 시선에 대한 관찰자의 시선위치의 이동을 추적하여 관찰자의 시야영역의 변화에 대한 정보를 포함할 수 있다.
위치정보를 수신 받아 상기 다중화된 회절 광을 임의의 반사경으로 조사하도록 회전 미러를 조종하여 조사 방향을 제어한다(S130).
여기서 회전 미러의 제어는 관찰자가 홀로그램 영상을 관찰하는 시선에 대한 위치정보를 바탕으로 관찰자 시선이 시야영역을 벗어날 때 기존의 시야영역의 홀로그램 영상은 소멸시키고 재생 영상 시차에 맞는 인접한 새로운 시야영역에 생성할 수 있도록 회전 미러모듈(1300)을 제어하여 반사경 시스템(1600) 내의 임의의 반사경에게 다중화된 회절 광을 조사가 가능하도록 한다.
다중화된 회절 광을 수신하여 상기 시선 추적부(1400)로부터 전달받은 위치정보에 따라 관찰자의 시야영역에 홀로그램 영상을 생성하도록 반사경부(1600)의 일부인 임의의 반사경에 조사한다(S140). 임의의 반사경에 조사하는 것은 위에서 살펴본 것과 같이 회전 미러부(1300)을 제어할 수 있다.
여기서 반사경은 수신한 다중화 된 회절 광을 반사할 수 있도록, 일정한 각도로 기울어져 부착되어 있으며 전방위로 홀로그램 영상을 재생 할 수 있도록 일정한 간격을 두고 원을 이루며 부착된 것을 의미한다.
원통형으로 배치되어 회전 미러부로부터 수신한 다중화된 회절 광을 홀로그램 영상 생성 지점으로 반사시킨다(S150).
그리고 마지막으로 반사된 다중화된 회절 광을 통해 관찰자의 시야영역 내에 홀로그램 영상을 생성한다(S160).
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1000 : 전방위 홀로그램 영상 생성 장치
1100 : 광원부
1200 : 공간 광 변조부
1210 : 공간 광 변조기
1220 : 공간 다중화부
1230 : 시야 각 확대부
1300 : 회전 미러부
1400 : 시선 추적부
1500 : 제어부
1600 : 반사경부

Claims (17)

  1. 수신한 가간섭성 광의 위상, 진폭, 복소진폭 중 적어도 하나를 변조하여 광원을 회절 시키고, 회절 된 광을 다중화를 통해 재생영상으로 생성한 후 상기 생성된 재생영상의 시야 각을 확대하는 공간 광 변조부;
    관찰자가 홀로그램 영상을 관찰하는 시선이 닿는 위치를 추적하여 홀로그램 영상을 생성해야 할 시야영역에 대한 위치정보를 생성하는 시선 추적부;
    상기 공간 광 변조부로부터 수신한 다중화된 회절 광을 반사경부의 일부의 반사경에 조사하도록 회전 미러를 회전 및 고정하는 회전 미러부;
    원통형으로 배치된 복수의 반사경을 통해 상기 회전 미러부로부터 수신한 다중화된 회절 광을 홀로그램 영상 구현 지점으로 반사시키는 복수의 반사경을 포함하는 반사경부; 및
    상기 시선 추적부로부터 위치정보를 수신하여 상기 반사경부로 상기 다중화된 회절 광을 조사하도록, 상기 회전 미러부를 움직여 조사 방향을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서 상기 공간 광 변조부는,
    수신한 입사광의 가간섭성 광의 위상, 진폭, 및 복소진폭 중에서 적어도 하나를 변조함으로써 광을 회절하여 홀로그램 영상을 생성하는 복수의 공간 광 변조기;
    상기 광 변조기로부터 수신한 회절 된 광을 다중화하여 재생되는 홀로그램 영상을 이음매 없이 확대하는 공간 다중화부; 및
    상기 홀로그램의 재생영상의 시야 각을 확대하는 시야 각 확대부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치.
  3. 제 2 항에 있어서 상기 공간 광 변조기는,
    디지털 홀로그램 간섭무늬를 표시하는 패널로서 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 DMD(Digital Micromirror Device)와 같은 디스플레이 패널 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치.
  4. 제 2 항에 있어서 상기 공간 다중화부는,
    경통형 구조를 가지며, 픽셀구조 홀로그램 영상 재생 시에 발생하는 DC항과 고차 회절 항을 제거하는 필터를 갖는 4f 이미징 시스템을 사용하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치.
  5. 제 2 항에 있어서 상기 시야 각 확대부는,
    상기 홀로그램 영상을 탈 축 홀로그램 영상으로 변환하여 재생 영상의 시야 각을 확대하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치.
  6. 제 1 항에 있어서 상기 회전 미러부는,
    360도로 회전이 가능한 미러(mirror)를 포함하며, 상기 광 변조 부로부터 수신한 다중화된 회절 광을 상기 제어부의 제어를 받아 반사경부의 일부인 임의의 반사경으로 조사하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치.
  7. 제 1 항에 있어서 상기 시선 추척부는,
    관찰자의 시야 영역에 홀로그램 영상을 생성하도록 관찰자가 홀로그램 영상을 관찰하는 시선이 닿는 위치를 추적하여 홀로그램 영상을 생성해야 할 시야영역에 대한 위치정보를 생성하고, 생성한 위치정보를 제어부로 송신하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치.
  8. 제 1 항에 있어서 상기 반사경부는,
    상기 회전 미러부가 조사한 다중화된 회절 광을 홀로그램 영상 재생 지점으로 반사가 가능하도록 소정의 각도를 가지고 원형으로 부착된 복수의 반사경을 포함하며, 상기 반사경을 통해 홀로그램 영상 재생 지점으로 상기 다중화된 회절 광을 반사하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치.
  9. 제 1 항에 있어서 상기 제어부는,
    상기 광 변조부로부터 수신한 다중화된 회절 광을 관찰자의 시선 위치가 포함되는 시야영역에 입체영상이 생성 되도록 수신한 상기 위치정보에 따라 상기 회전 미러부를 제어하여 상기 반사경부의 일부인 임의의 반사경 조사하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    적색, 녹색 및 청색 레이저 장치 또는 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드 장치 중에서 적어도 하나를 이용하여 평행광을 생성시키는 광원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    백색광 레이저 및 발광 다이오드 중에서 적어도 하나의 백색 광원 광원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성 장치.
  12. 수신한 광원의 가간섭성 광의 위상, 진폭, 복소진폭 중 적어도 하나를 변조하여 광원을 회절시키고, 회절 된 광원을 다중화를 통해 재생영상으로 생성한 후 상기 생성된 재생영상의 시야 각을 확대하는 단계;
    관찰자가 홀로그램 영상을 관찰하는 시선이 닿는 위치를 추적하여 홀로그램 영상을 생성해야 할 시야영역에 대한 위치정보를 생성하는 단계;
    상기 위치정보를 수신 받아 상기 다중화된 회절 광을 임의의 반사경으로 조사하도록 회전 미러를 조정하여 조사 방향을 제어하는 단계; 및
    상기 시선 추적부로부터 전달받은 위치정보에 따라 상기 다중화된 회절 광을 관찰자의 시야영역에 홀로그램 영상이 구현되도록 임의의 반사경에 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성방법.
  13. 제 12 항에 있어서 상기 재생영상의 시야 각을 확대하는 단계는,
    수신한 입사광의 가간섭성 광의 위상, 진폭, 및 복소진폭 중에서 적어도 하나를 변조함으로써 광을 회절하여 홀로그램 영상을 생성하는 단계;
    수신한 상기 회절 된 광을 다중화하여 재생되는 홀로그램 영상을 이음매 없이 확대하는 단계; 및
    상기 홀로그램의 재생영상의 시야 각을 확대하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성방법.
  14. 제 12 항에 있어서 상기 조사 방향을 제어하는 단계는,
    상기 다중화된 회절 광을 수신하여 상기 위치정보를 반영하여 관찰자의 시선 위치에 맞는 시야영역에 입체영상을 생성하도록 360도로 회전이 가능한 회전 미러를 조정하여 조사방향을 제어하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성방법.
  15. 제 12 항에 있어서 상기 위치정보를 생성하는 단계는,
    관찰자의 시야 영역에 홀로그램 영상을 구현하기 위해서 관찰자 시선 위치를 추적하여 수집한 상기 위치정보를 제어부에 제공하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성방법.
  16. 제 12 항에 있어서 상기 반사시키는 단계는,
    소정의 각도를 가지고 원형으로 부착된 복수의 반사경의 일부에 상기 수신한 다중화된 회절 광을 홀로그램 영상 재생 지점으로 반사하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성방법.
  17. 제12항에 있어서,
    적색, 녹색 및 청색 레이저 장치 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드 장치 중에서 적어도 하나 또는 백색광 레이저 및 발광 다이오드 중에서 적어도 하나의 백색 광원 장치를 이용하여 광원을 송신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시선추적 방식 전방위 홀로그램 영상 생성방법.
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WO2019225776A1 (ko) * 2018-05-23 2019-11-28 광운대학교 산학협력단 중심 대칭형 멀티 주파수 대역 필터링 방법을 기반으로 하는 전 방향 시야각을 갖는 단순 구조의 인라인 홀로그램 기반 3 차원 비디오 디스플레이 시스템

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