KR20180128303A - 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 측정 및 평가하는 방법 및 장치 - Google Patents

홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 측정 및 평가하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

공간 상에 광학적으로 복원되는 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 측정하는 장치가 제공된다. 상기 측정 장치는, 상기 홀로그램 재현 영상의 시야각 범위 내에서 수평 및 수직 방향으로 소정의 간격을 가지는 제1 공간적 위치들에서, 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제1 공간 주파수 분해능과 상기 홀로그램 재현 영상의 수직 방향을 위한 제2 공간 주파수 분해능을 측정하는 측정부; 및 상기 제1 공간적 위치들 각각에서 측정된 상기 제1 공간 주파수 분해능과 상기 제2 공간 주파수 분해능을 이용해, 상기 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 평가하는 평가부를 포함한다.

Description

홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 측정 및 평가하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING AND EVALUATING SPATIAL RESOLUTION OF HOLOGRAM RECONSTRUCTED IMAGE}
본 발명은 홀로그램 복원 영상이 가지는 공간 해상도(spatial resolution)를 측정하고 홀로그램 복원 영상의 품질을 평가하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
홀로그래피 기술은 3차원 객체를 공간 상에 재현하여 관찰자에게 자연스러운 입체감을 제공하는 3차원 입체 영상 재현 기술이다. 홀로그래피 기술은, 기존의 스테레오 방식에서 발생하는 초점-수렴 불일치 등의 표현 한계를 해소할 수 있다.
특히, 디지털 홀로그래피 기술은 광전자기기와 컴퓨터를 이용한다. 구체적으로 디지털 홀로그래피 기술은, 3차원 객체 및 실사에 대한 입체 정보에 광학적 회절 및 간섭 원리를 적용하여, 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH: computer-generated hologram)을 생성한다. 그 후, 디지털 홀로그래피 기술은 광학적 디스플레이 방법을 통해, 공간 상에 객체가 마치 실재하는 것처럼 입체 영상을 재현할 수 있다.
홀로그램의 광학적 복원을 통해 공간 상에 재현되는 3차원 입체 영상의 품질을 규정하는 주요 요소로써, 홀로그램 재현 영상의 크기, 밝기, 해상도, 선명도, 잡음, 시야각, 깊이감 등이 고려될 수 있다. 이들 중 해상도(resolution)는, 2D(two dimensional) 영상 화질의 평가를 위해 가장 보편적으로 활용되는 화질 요소이다. 일반적으로 2차원 디스플레이 장치(예, TV 화면, 컴퓨터 모니터 등)의 해상도는 표시 화면의 정밀도를 나타내는 전체 화소(pixel)의 수로 표기된다. Full-HD(high definition) TV의 경우에, (1,920x1,080)과 같이, 수평 및 수직 방향 각각으로 1,920개와 1,080개의 화소들로 화면이 구성된다. 여기서, 각 화소는 개별적인 밝기(휘도) 또는 컬러를 표시하기 위해 지정가능한(addressable) 정보 표시의 최소 기본단위이다. 디스플레이 화면의 화소 수가 많을수록 보다 세밀한 정보가 제공될 수 있으므로, 더 높은 해상도의 영상 정보가 표현될 수 있다.
한편, 홀로그램의 광학적 복원을 통해 공간 상에 이미징되는 홀로그램 재현 영상의 화질을 해상도 측면에서 평가하는 것은, 일반적인 2D 디스플레이의 화소 수에 따른 해상도와 매우 다르다.
홀로그램의 광학적 재현 과정에서, 회절광(diffracted light)은 홀로그래픽 디스플레이의 핵심 기능 요소인 공간광변조기(SLM: spatial light modulator)를 통해, 홀로그램 데이터에 기록된 패턴에 따라 파동 광학적(wave optics)으로 전파(propagation)된다. 이러한 회절광(diffracted light)에 의해 공간 상에 형성되는 광파면(wavefront)을 통해 영상이 표시된다.
즉, 홀로그램 재현 영상은 공간 상에서 연속적인 광파면을 통해 표현되므로, 일반적인 디스플레이의 화소라는 것이 존재하지 않는다. 따라서, 홀로그램 재현 영상의 해상도는 2D 디스플레이의 화소 수에 따른 해상도와 다르다.
수평과 수직 방향으로 쉽게 계량이 가능한 화소들의 개수로써 정의되는 종래의 디스플레이 해상도와는 달리, 공간상에서 광학적으로 복원되는 홀로그램 재현 영상의 해상도를 표현하기 위해서는, 종래 기술과는 다른 개념적 접근과 정의가 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)에 의해 제공되는 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 효율적으로 측정하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 홀로그램 재현 영상의 품질을 평가하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공간 상에 광학적으로 복원되는 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도(spatial resolution)를 측정하는 장치가 제공된다. 상기 측정 장치는, 상기 홀로그램 재현 영상의 시야각(viewing angle) 범위 내에서 수평 및 수직 방향으로 소정의 간격을 가지는 제1 공간적 위치들에서, 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제1 공간 주파수 분해능(resolving power)과 상기 홀로그램 재현 영상의 수직 방향을 위한 제2 공간 주파수 분해능을 측정하는 측정부; 및 상기 제1 공간적 위치들 각각에서 측정된 상기 제1 공간 주파수 분해능과 상기 제2 공간 주파수 분해능을 이용해, 상기 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 평가(evaluate)하는 평가부를 포함한다.
상기 홀로그램 재현 영상에 대응하는 제1 홀로그램 데이터에, 수평 및 수직 방향으로의 공간적 위상 천이(phase shift)가 적용될 수 있다.
상기 측정부는, 상기 제1 공간적 위치들 각각에서 측정된 상기 제1 공간 주파수 분해능에 대응하는 제1 대조 변조(contrast modulation) 값을 평균하여, 제1 평균값을 구할 수 있다.
상기 측정부는, 상기 홀로그램 재현 영상이 가지는 다수의 복원 거리들 각각에 대하여, 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제3 공간 주파수 분해능과 상기 홀로그램 재현 영상의 수직 방향을 위한 제4 공간 주파수 분해능을 측정할 수 있다.
상기 측정부는, 상기 다수의 복원 거리들 각각에 대해 측정된 상기 제3 공간 주파수 분해능에 대응하는 제1 대조 변조(contrast modulation) 값을 평균하여, 제1 평균값을 구할 수 있다.
상기 평가부는, 상기 제1 평균값을 이용해, 공간 주파수와 대조 변조 간의 관계를 나타내는 변조전달함수(modulation transfer function)를 선형 보간(linear interpolation)하여 제1 함수를 구하고, 기 설정된 대상(target) 대조 변조 값에 대응하는 제1 유효 공간 주파수를 상기 제1 함수를 이용해 구할 수 있다.
상기 평가부는, 상기 제1 공간적 위치들 각각에 대한 상기 제1 대조 변조 값을 이용해 상기 공간 주파수의 평균 pm과 표준편차 pδ를 계산할 수 있다.
상기 제1 유효 공간 주파수는 [pm-kpδ, pm+kpδ] 구간(단, k는 상수) 내에 존재할 수 있다.
상기 평가부는, 상기 홀로그램 재현 영상을 복원하는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 포함된 공간광변조기(spatial light modulator)의 해상도와 상기 제1 유효 공간 주파수를 이용해, 상기 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 평가할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 공간 해상도 측정 장치가 공간 상에 광학적으로 복원되는 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도(spatial resolution)를 측정하는 방법이 제공된다. 상기 측정 방법은, 상기 홀로그램 재현 영상의 시야각(viewing angle) 범위 내에서 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 소정의 간격을 가지는 공간적 위치들에서, 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제1 공간 주파수 분해능(resolving power)을 측정하는 단계; 상기 공간적 위치들 각각에서 측정된 상기 제1 공간 주파수 분해능을 이용해, 공간 주파수와 대조 변조 간의 관계를 가지는 제1 함수를 구하는 단계; 및 상기 제1 함수를 이용해, 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제1 공간 해상도를 평가(evaluate)하는 단계를 포함한다.
상기 측정하는 단계는, 상기 공간적 위치들 각각에서 측정된 상기 제1 공간 주파수 분해능에 대응하는 제1 대조 변조 값을 평균하여, 제1 평균값을 구하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 함수를 구하는 단계는, 상기 제1 평균값을 이용해, 변조전달함수(modulation transfer function)를 선형 보간(linear interpolation)하여 상기 제1 함수를 구하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 공간 해상도를 평가하는 단계는, 기 설정된 대상(target) 대조 변조 값에 대응하는 제1 유효 공간 주파수를, 상기 제1 함수를 이용해 구하는 단계; 및 상기 홀로그램 재현 영상을 복원하는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 속하는 공간광변조기(spatial light modulator)의 수평 방향 해상도와 상기 제1 유효 공간 주파수를 이용해, 상기 제1 공간 해상도를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 측정 방법은, 상기 홀로그램 재현 영상이 가지는 다수의 복원 거리들 각각에 대하여, 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제2 공간 주파수 분해능을 측정하는 단계; 및 상기 다수의 복원 거리들 각각에 대해 측정된 상기 제2 공간 주파수 분해능에 대응하는 제1 대조 변조 값을 평균하여, 제1 평균값을 구하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 공간 상에 광학적으로 복원되는 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도(spatial resolution)를 측정하는 장치가 제공된다. 상기 측정 장치는, 상기 홀로그램 재현 영상이 가지는 다수의 복원 거리들 각각에 대하여, 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제1 공간 주파수 분해능을 측정하는 측정부; 및 상기 다수의 복원 거리들 각각에 대해 측정된 상기 제1 공간 주파수 분해능을 이용해 공간 주파수와 대조 변조 간의 관계를 가지는 제1 함수를 구하고, 상기 제1 함수를 이용해 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제1 공간 해상도를 평가하는 평가부를 포함한다.
상기 측정부는, 상기 다수의 복원 거리들 각각에 대해 측정된 상기 제1 공간 주파수 분해능에 대응하는 제1 대조 변조 값을 평균하여, 제1 평균값을 구할 수 있다.
상기 평가부는, 상기 제1 평균값을 이용해, 변조전달함수(modulation transfer function)를 선형 보간(linear interpolation)하여 상기 제1 함수를 구할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 홀로그램의 재현 영상에 대한 공간 해상도 측정 방법 및 장치, 그리고 홀로그램의 재현 영상에 대한 공간 해상도 평가 방법 및 장치가 제공된다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 홀로그램 데이터로부터 광학적으로 복원되는 3차원 입체 재현 영상의 수평 및 수직 방향의 해상도를 측정할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 3차원 입체 재현 영상의 수평 및 수직 방향의 해상도를 홀로그래픽 디스플레이 장치의 공간광변조기(SLM) 해상도와 비교함으로써, 홀로그래픽 디스플레이 장치의 홀로그램 재현 영상의 화질을 객관적으로 평가할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 이렇게 평가 분석된 홀로그램 재현 영상 화질은 홀로그래픽 디스플레이 장치의 공간광변조기(SLM)의 성능 평가 등을 위해 효과적으로 활용될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 이렇게 평가 분석된 홀로그램 재현 영상 화질은 홀로그래픽 디스플레이 장치의 광학적 구성 장치의 성능 평가 등을 위해서도 효과적으로 활용될 수 있다.
도 1은 홀로그래픽 디스플레이에 의해 공간 상에서 광학적으로 복원되는 홀로그램 재현 영상을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 공간 해상도 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 공간 주파수 분해능 측정부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 측정 시점 위치 이동 기능을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 측정 거리 위치 이동 기능을 나타내는 도면이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른, 공간 주파수 분해능 측정을 위한 수평 분해능 측정 입력 패턴과 이에 대한 촬영 결과 영상을 나타내는 도면이다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른, 수직적 공간 주파수 분해능 측정을 위한 수직 분해능 측정 입력 패턴과 이에 대한 촬영 결과 영상을 나타내는 도면이다.
도 8는 본 발명의 실시예에 따른, 변조전달함수(MTF: modulation transfer function)의 파형을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 공간 주파수 분해능 측정 평균값에 근거하여 통계적으로 유의미한 공간 주파수 구간을 도출하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 10는 본 발명의 실시예에 따른, 통계적으로 유의미한 공간 주파수 구간 내에서, 국소적 선형 보간법을 통해 유효 공간 주파수를 구하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서, 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 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
이하에서는, 홀로그램의 광학적 복원을 통해 재현되는 홀로그램 재현 영상의 품질을 측정 및 평가하는 방법, 장치, 및 시스템에 대하여 설명한다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 방법, 장치, 및 시스템은, 홀로그램 재현 영상의 수평 및 수직 방향의 해상도를 측정하고, 측정된 해상도를 홀로그램의 광학적 복원을 위해 이용된 공간광변조기(SLM)의 해상도 정보와 비교 계산하고, 비교 계산된 결과에 따라 홀로그램 복원 영상의 재현 품질을 평가한다. 본 명세서에서, 홀로그램 복원 영상은 홀로그램 재현 영상을 의미한다.
홀로그램 재현 영상과 같이 연속적인 광파면 공간에서 존재하는 입체 영상의 화질을 표현하는 해상도를 정의하기 위해서, 해상도가 가지는 본래의 의미인 '분해능(resolving power)' 개념이 이용된다. 구체적으로, 홀로그램 재현 영상을 구성하는 최소 표현 요소인 점(또는 선)에 대하여, 인접한 점(또는 선)을 분별하는 분리능(분리능력)에 근거하여 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도(spatial resolution)가 정의될 수 있다. 공간 해상도는 홀로그램 재현 영상이 공간 상에 얼마나 자세하게 표현되는지를 의미하고, 공간 분해능은 아주 작은 공간적 차이를 분별하는 능력을 의미한다.
홀로그램 재현 영상의 해상도를 정의함에 있어서, 홀로그램이 가지는 대표적인 특징인 3차원 영상의 깊이(depth) 재현이 고려된다. 구체적으로, 공간 상의 특정 위치가 아닌 일정한 홀로그램 재현 공간을 모두 포괄하는 개념에서, 홀로그램 재현 영상의 해상도가 다루어진다. 따라서, 홀로그램이 재현되는 전체 공간 상의 특정 위치에서의 해상도뿐만 아니라, 공간 전체의 평균적 해상도 정보가 모두 제공될 수 있다.
또한, 홀로그램 재현 영상의 해상도를 정의함에 있어서, 홀로그램이 가지는 특징인 연속적 운동 시차(motion parallax)가 고려된다. 구체적으로, 공간 상에서 깊이(또는 거리)뿐만 아니라, 일정 시야각(viewing angle)을 가지는 시역 범위 내 임의 시점(viewpoint)에서의 해상도 정보가 제공될 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)에 의해 제공되는 서로 다른 깊이(거리)와 함께 연속(운동) 시차를 가지는 시야각 범위(시역) 내 임의의 시점에서, 관찰되는 홀로그램 재현 영상의 수평 및 수직 방향의 공간 해상도를 효과적으로 측정하는 방법 및 장치에 대하여 설명한다. 그리고 홀로그램이 재현하는 3차원 영상의 공간 해상도 기반의 화질을 측정 및 평가하는 방법 및 장치에 대하여 설명한다.
상술한 바와 같이, 홀로그램 재현 영상의 해상도 개념은, 종래의 디스플레이에서 쉽게 계량될 수 있는 지정가능 화소들(addressable pixels)의 개수와는 다르다. 하지만, 홀로그램 재현 영상의 해상도는 일반인들에게 익숙한 종래의 디스플레이 해상도 표현 방식인 '수평x수직' 해상도 표현과 유사하게 정의됨으로써, 종래의 디스플레이 해상도와의 비교 또는 공간광변조기(SLM)의 해상도와의 비교가 용이해진다.
도 1은 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)에 의해 공간 상에서 광학적으로 복원되는 홀로그램 재현 영상을 나타내는 도면이다.
홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)는 공간광변조기(SLM)을 포함한다. 공간광변조기(SLM)는 지정가능한 화소(addressable pixels)를 가지며, 도 1에는 공간광변조기(SLM)의 해상도가 MxN 인 경우가 예시되어 있다.
홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)에 의해 공간상에서 광학적으로 복원되는 홀로그램 재현 영상의 화질 중에서 공간 해상도(spatial resolution)를 측정하는 방법 및 장치에 대하여 설명한다. 공간 해상도는 수평 공간 해상도와 수직 공간 해상도를 포함한다.
홀로그램 재현 영상은 공간 상에서 연속적 광파면들에 의해 형성되는 영상이므로, 종래의 디스플레이 화소 수에 따른 해상도처럼 쉽게 계량화될 수 없다.
홀로그램 재현 영상은 수평, 수직, 거리, 및 시야각의 공간적 요소에 의해 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)로부터 일정 거리만큼 떨어진 공간 상에 위치한다. 이러한 홀로그램 재현 영상을 구성하는 최소 표현 요소인 점(또는 선)에 대하여, 인접한 점 또는 선을 분별하는 분리 능력(resolving power)에 근거하여 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도가 정의된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 공간 해상도 측정 장치(또는 시스템)를 나타내는 도면이다.
구체적으로 공간 해상도 측정 장치(1000)는 공간 주파수 분해능 측정부(100) 및 공간 주파수 분해능 평가부(200)를 포함할 수 있다. 공간 해상도 측정 장치(1000)는 홀로그래픽 디스플레이 장치와 다른 별개의 장치일 수 있다.
공간 주파수 분해능 측정부(100)는 공간 상에서 광학적으로 복원되는 홀로그램 재현 영상을 입력 받는다. 그리고 공간 주파수 분해능 측정부(100)는, 입력된 홀로그램 재현 영상의 공간적 주파수 분해능 정보를 측정한다.
공간 주파수 분해능 평가부(200)는 측정된 공간적 주파수 분해능 정보를 입력 받아, 홀로그램 재현 영상의 공간적 주파수 분해능 정보를 평가한다. 그리고 이를 통해, 공간 주파수 분해능 평가부(200)는 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 출력한다. 구체적으로, 공간 주파수 분해능 평가부(200)는 공간적 위치들 각각에서 측정된 공간 주파수 분해능들(예, 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 공간 주파수 분해능들, 홀로그램 재현 영상의 수직 방향을 위한 공간 주파수 분해능들)을 이용해, 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 평가(evaluate)할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른, 공간 주파수 분해능 측정부를 나타내는 도면이다.
홀로그램 재현 영상의 공간 주파수 분해능을 측정하기 위한 공간 주파수 분해능 측정부(100)는, 제1 위치 이동부(101), 제2 위치 이동부(102), 제1 분해능 측정부(103), 제2 분해능 측정부(104), 및 기록 제어부(105)를 포함할 수 있다.
제1 위치 이동부(101)는 측정 시점 위치 이동 기능을 가진다. 구체적으로 제1 위치 이동부(101)는, 홀로그래픽 디스플레이 시스템(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)의 출사동(exit pupil)의 중심 광축을 기준으로, 수평 또는 수직 방향으로 일정한 시야각 범위 내에서의 시점이 지정될 수 있도록, 측정기의 위치를 이동시킬 수 있다. 여기서, 측정기(예, 카메라, 센서 등)는 공간 주파수 분해능 측정부(100)에 포함될 수 있다.
제2 위치 이동부(102)는 측정 거리 위치 이동 기능을 가진다. 구체적으로 제2 위치 이동부(102)는, 홀로그램의 복원 거리에 따른 공간 주파수 분해능이 측정될 수 있도록, 홀로그램 재현 영상의 복원 거리에 따라 측정 위치를 변경할 수 있다. 예를 들어, 각 위치의 영상에 초점이 맞추어지도록, 제2 위치 이동부(102)는 측정 위치를 변경할 수 있다. 측정기의 물리적인 위치가 조절되거나, 혹은 측정기에 포함된 렌즈의 초점 거리가 조절될 수 있다. 여기서, 홀로그램의 복원 거리는 홀로그래픽 디스플레이 시스템(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)의 출사동으로부터 홀로그램 재현 영상까지의 거리를 의미한다. 본 명세서에서, 복원 거리는 재현 거리를 의미한다.
제1 분해능 측정부(103)는 수평 방향 주파수 분해능 측정 기능을 가진다. 구체적으로 제1 분해능 측정부(103)는, 홀로그램 재현 영상에 대하여 수평 방향에서의 공간 주파수 분해능을 측정할 수 있다.
제2 분해능 측정부(104)는 수평 방향 주파수 분해능 측정 기능을 가진다. 구체적으로 제2 분해능 측정부(104)는, 홀로그램 재현 영상에 대하여 수직 방향에서의 공간 분해능을 측정할 수 있다.
기록 제어부(105)는 공간 주파수 분해능 기록 제어 기능을 가진다. 구체적으로 기록 제어부(105)는, 제1 위치 이동부(101)를 통해 결정된 시점과 제2 위치 이동부(102)를 통해 결정된 거리에 있어서, 각 특정 위치에서 제1 분해능 측정부(103)와 제2 분해능 측정부(104)에 의해 측정된 공간 주파수 분해능 정보들을 기록할 수 있다. 여기서, 측정된 공간 주파수 분해능 정보들은 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 공간 주파수 분해능 정보와 홀로그램 재현 영상의 수직 방향을 위한 공간 주파수 분해능 정보를 포함할 수 있다. 그 후에 기록 제어부(105)는, 또 다시 일정한 시점 및 거리만큼 위치 이동이 반복된 후 홀로그램 재현 영상의 공간 주파수 분해능 측정이 반복 진행되도록, 이를 위한 제어를 수행할 수 있다.
공간 주파수 분해능 측정부(100)는 홀로그램 재현 영상의 공간 주파수 분해능측정값을 출력한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른, 측정 시점 위치 이동 기능을 나타내는 도면이다. 구체적으로 도 4에는, 수평 방향 시역 내의 임의 시점에 대한 구성이 예시되어 있다.
상술한 측정 시점 위치 이동 기능은, 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)에 의해 제공되는 특징들 중 하나인 연속적 운동 시차(motion parallax)를 가지는 시야각 범위(시역) 내에서, 공간 해상도 측정 장치(1000)가 효과적인 공간 주파수 분해능 분석을 통해 공간 해상도를 측정하기 위한 것이다. 도 4에는, 수평 방향으로 변화하는 측정 시점의 개수가 N 이고, 수평 방향으로의 위치 이동을 위한 각도(측정이 수행되는 공간적 위치들 간의 소정 간격에 대응하는 각도)가 θ 인 경우가 예시되어 있다. 도 4에서, x축은 홀로그래픽 디스플레이(또는 SLM)의 수평 방향(또는 가로 방향)을 나타내고, y축은 홀로그래픽 디스플레이(또는 SLM)의 수직 방향(또는 세로 방향)을 나타내고, z축은 거리(예, SLM의 중심으로부터 측정기까지의 거리)를 나타낸다. 도 1에 예시된 SLM은, x축 방향(또는 가로 방향)으로 M개의 화소를, y축 방향(또는 세로 방향)으로 N개의 화소를 가진다.
홀로그램의 운동 시차는 시역 내의 서로 다른 수평 및 수직 위치에서 바라본 시점의 영상에서, 연속적인 시차를 가진다. 그러나 실제로는 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)의 광학적 성능 한계로 인해, 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)의 홀로그램 영상 재현 성능은 시역 범위 내에서도 상이한 화질 차이를 가질 수 있다. 따라서, 공간 주파수 분해능 측정부(100)는 효과적인 공간 해상도 측정을 위해서, 시역 내 수평 및 수직 방향에서 일정한 간격을 가지는 공간적 위치들에서 해상도 측정을 수행한다.
도 4에는, 수평 시야각 범위 내에서 수평 방향으로 변화하는 시점의 위치 이동이 예시되어 있다. 도 4에 예시된 방법과 동일 또는 유사하게, 수직 시야각 범위 내에서 수직 방향으로 변화하는 시점의 위치 이동도 함께 고려될 수 있다.
수평 및 수직 방향 각각에서 변화된 시야각 위치의 시점에서 측정되는 홀로그램 재현 영상의 평면과 측정기의 광축(예, 카메라의 렌즈 중심축)이 서로 직각을 이루면, 더욱 정확한 측정이 이루어질 수 있다. 여기서, 측정기는 공간 주파수 분해능 측정부(100)에 포함될 수 있다. 이를 위해, 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)가 홀로그램을 광학적으로 복원하는 경우에, 수평 및 수직 방향으로 공간적 위상 천이(phase-shift)가 이루어지도록 홀로그램 데이터를 처리할 수 있다. 즉, 홀로그램 데이터에 수평 및 수직 방향으로의 공간적 위상 천이가 적용될 수 있다. 이를 통해, 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)의 중심 광축으로부터 비축(off-axis)으로, 홀로그램 복원의 광파가 전파될 수 있다. 홀로그래픽 디스플레이 장치가 공간적 위상 천이된 홀로그램 데이터를 재현하면, 공간 해상도 측정 장치(1000)가 이를 측정한다. 아래의 수학식 1은 홀로그램 데이터에 대해 수평 및 수직 방향으로의 공간적 위상 천이를 발생시키는 수치적 계산 처리 과정을 나타낸다.
Figure pat00001
수학식 1에서, h( u,v )는 홀로그램 데이터를 나타내고, p x 와 p y 는 수평 및 수직 방향의 위상 천이값을 나타내고, h'( u,v )는 공간적으로 위상 천이된 홀로그램 데이터를 나타내고,
Figure pat00002
는 콘볼루션(convolution) 연산자를 나타낸다. 수학식 1에서, (x, y)는 수평 및 수직 방향의 화소 좌표를 나타내고, λ는 광원의 파장을 나타낸다. 즉, 홀로그램 데이터 h( u,v )는 수학식 1에 기초해, 홀로그램 데이터 h'( u,v )로 변환된다.
공간 주파수 분해능 측정부(100)는 홀로그램 재현 영상의 시야각 범위 내에서 수평 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 소정의 간격을 가지는 공간적 위치들(측정 위치들)에서, 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 공간 주파수 분해능과 홀로그램 재현 영상의 수직 방향을 위한 공간 주파수 분해능을 측정할 수 있다. 구체적으로, 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)가 가지는 운동 시차의 시역 내에서, 수평 및 수직 방향으로 일정 간격을 가지는 공간적 위치들에서 측정된 공간 주파수 분해능 측정 데이터는, 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다. 즉, 공간 주파수 분해능 측정부(100)는 공간적 위치들(측정 위치들)에서 측정된 공간 주파수 분해능들에 대응하는 대조 변조(contrast modulation) 값들을 평균하여, 평균값을 구할 수 있다.
Figure pat00003
여기서, 시야각 θ(예, 도 4의 θ)는 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)에 의해 제공되는 최대 시야각 범위(시역) [-θv θv] 내에서 운동 시차를 가진다.
홀로그램의 복원파들에는, 각 시야각에 해당하는 광축이 홀로그램 재현 영상 평면의 법선을 이루도록, 위상 천이가 적용된다. 홀로그램 복원 영상의 분해능은 공간 주파수 p를 가지는 구형파(square wave) 입력 패턴에 대한 대조 변조(contrast modulation) 출력값 C(p)로 평가(또는 대응)될 수 있다. 수학식 2에서, Cθ(p)는 각기 다른 시야각에 따른 C(p)의 값을 나타내고, Aθ(p)는 시역 내에서의 시야각 변화에 따른 Cθ(p)들의 평균값을 나타낸다. 수학식 2에서, Nθ는 수평 방향(또는 수직 방향)으로 변화하는 측정 시점의 개수(또는 공간적 측정 위치들의 개수)를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른, 측정 거리 위치 이동 기능을 나타내는 도면이다. 구체적으로 도 5에는, 유효 복원 거리 내에서의 홀로그램 재현 영상에 대한 구성이 예시되어 있다. 도 5에서, x축은 홀로그래픽 디스플레이(또는 SLM)의 수평 방향(또는 가로 방향)을 나타내고, y축은 홀로그래픽 디스플레이(또는 SLM)의 수직 방향(또는 세로 방향)을 나타내고, z축은 거리(예, SLM의 중심으로부터 측정기까지의 거리)를 나타낸다.
공간 해상도 측정 장치(1000)(또는 공간 주파수 분해능 측정부(100))는 공간 해상도 측정을 위해, 공간 상에서 광학적으로 복원되는 홀로그램 재현 영상의 거리를 변경(예, 측정기의 위치를 변경)할 수 있다. 이를 통해, 공간 해상도 측정 장치(1000)(또는 공간 주파수 분해능 측정부(100))는 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)로부터의 복원 거리에 따라 변화될 수 있는 공간 주파수 분해능 측정을 통해, 홀로그램 재현 영상에 대해 통계적으로 유의미한 평균적 공간 해상도 값을 얻을 수 있다.
홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)는 이론적으로 무한대의 홀로그램 복원 거리를 가질 수 있다. 하지만 실제 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)는 광학적 구성 부품 및 구성 장치의 성능 한계와 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)의 구조 특성 등으로 인해, 제한된 복원 거리 내에서만 일정 품질 이상의 홀로그램 재현 영상을 제공할 수 있다.
공간 해상도 측정 장치(1000)(또는 공간 주파수 분해능 측정부(100))는 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)의 홀로그램 재현 영상 복원 거리 변화에 따른 공간 주파수 분해능 차이를 고려하여, 유효한 복원 거리 내에서 일정 거리 간격 마다 복수의 홀로그램 재현 영상의 공간 주파수 분해능을 측정할 수 있다. 그 후, 공간 해상도 측정 장치(1000)(또는 공간 주파수 분해능 측정부(100))는 통계적으로 다양한 복원 거리에서의 평균적 공간 해상도 값을 얻을 수 있다.
도 5에 예시된 방법은, 도 4에 예시된 방법(즉, 홀로그래픽 디스플레이의 연속적인 운동 시차를 가지는 시야각 범위(시역) 내에서 공간 주파수 분해능 측정치의 평균값을 고려하는 방법)과 동일한 원리(또는 접근 방법)를 가진다.
공간 주파수 분해능 측정부(100)는 홀로그램 재현 영상이 가지는 다수의 복원 거리들 각각에 대하여, 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 공간 주파수 분해능과 홀로그램 재현 영상의 수직 방향을 위한 공간 주파수 분해능을 측정할 수 있다. 구체적으로, 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)가 가지는 유효 복원 거리 구간 [Lmin Lmax] 내에서 일정 거리 간격 마다 측정된 공간 주파수 분해능 측정 데이터는, 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
즉, 공간 주파수 분해능 측정부(100)는 다수의 복원 거리들에 대해 측정된 공간 주파수 분해능들에 대응하는 대조 변조(contrast modulation) 값들을 평균하여, 평균값을 구할 수 있다.
Figure pat00004
수학식 3에서, 복원 거리 L의 범위는 [Lmin Lmax] 이다. 수학식 3에서, CL(p)는 각기 다른 복원 거리 위치에서의 공간 분해능 측정값을 나타내고, AL(p)는 유효 복원 거리 구간 내에서 복원 거리 변화에 따른 CL(p)들의 평균값을 나타낸다. 수학식 3에서, NL는 위치 이동에 따라 변화하는 측정 거리의 개수(또는 복원 거리들의 개수)를 나타낸다.
도 6은 수평적 공간 주파수 분해능 측정을 위한 수평 분해능 측정 입력 패턴과 이에 대한 촬영 결과 영상을 나타내는 도면이다. 도 7은 수직적 공간 주파수 분해능 측정을 위한 수직 분해능 측정 입력 패턴과 이에 대한 촬영 결과 영상을 나타내는 도면이다. 도 8은 변조전달함수(MTF: modulation transfer function)의 파형을 나타내는 도면이다. 구체적으로 도 8에는, 공간 주파수 변화에 따른 대조 변조값 또는 변조전달함수(MTF)의 곡선이 예시되어 있다.
구체적으로, 도 6의 (a)에는 수평 방향에서 일정한 선폭(line-width)을 가지는 검은색 막대와 흰색 막대의 한쌍(line-pair)으로 구성되는 대조 변조(contrast modulation) 측정용 패턴이 예시되어 있고, 도 6의 (b)에는 이러한 대조 변조 측정용 패턴에 대한 홀로그램 재현 영상 결과가 예시되어 있다.
구체적으로, 도 7의 (a)에는 수직 방향에서 일정한 선폭을 가지는 검은색 막대와 흰색 막대의 한쌍(line-pair)으로 구성되는 대조 변조 측정용 패턴이 예시되어 있고, 도 7의 (b)에는 이러한 대조 변조 측정용 패턴에 대한 홀로그램 재현 영상 결과가 예시되어 있다.
검은색 막대와 흰색 막대의 폭(예, 수평 폭 Ph 및 수직 폭 Pv)이 변화되면, 수평 및 수직 방향에서의 변화된 공간 주파수 패턴이 생성된다. 공간 주파수는 공간 상에서 명암의 변화율을 의미하고, 구체적으로 검은색 막대와 흰색 막대가 수평 방향 또는 수직 방향으로 분포하는 변화율을 의미할 수 있다. 이러한 패턴에 대해서 출력되는 대조 변조값 C(p)는 흰색 막대의 대조값(contrast) Iw과 검은색 막대의 대조값 Ik에 기초해, 아래의 수학식 4와 같이 정의된다.
Figure pat00005
공간 주파수 p의 변화에 따른 대조 변조값 출력은, 변조전달함수(MTF: modulation transfer function)로 불리며, MTF의 일반적인 파형은 도 8에 예시된 바와 같다. 변조전달함수(MTF)는 공간 주파수와 대조 변조 간의 관계를 나타낸다.
홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)에서 대조 변조값의 공간 주파수 입력은, 대상 객체가 위치하는 공간 상에서 mm당 한 쌍의 막대 패턴의 개수(lp/mm) 이다. 흰색 또는 검은색 막대 패턴의 크기는 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)의 공간광변조기(SLM)의 픽셀피치(pixel-pitch)와 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)의 영상 출력 배율(예, 확대되는 영상 출력 배율 또는 축소되는 영상 출력 배율)에 따라, 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)에 입력되는 홀로그램 데이터 상의 화소 개수로 환산될 수 있다.
홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 측정하는 공간 해상도 측정 장치(1000)에 포함되는 공간 주파수 분해능 평가부(200)는, 서로 다른 시야각과 서로 다른 복원 거리의 위치에서 수평 방향 및 수직 방향으로 나뉘어 입력되는 구형파 패턴의 공간 분해능 측정 결과를, 변조전달함수(MTF) 형태로 입력 받는다. 구체적으로, 공간 주파수 분해능 평가부(200)는 공간 주파수 분해능 측정부(100)로부터 홀로그램 재현 영상의 수평 방향 및 수직 방향 각각에 대하여, 수학식 2의 Aθ(p) 또는 수학식 3의 AL(p)를 입력 받을 수 있다. 그 후, 공간 주파수 분해능 평가부(200)는 입력 받은 정보에 대한 통계적 평가 과정을 통해, 홀로그램 재현 영상의 유의미한 평균적 공간 해상도 값을 계산한다.
홀로그램 재현 영상의 복원 가능한 전체 공간에 있어서 시야각 및 복원 거리에 따라 서로 다른 공간 상 위치에서 측정된 수평 및 수직 공간 주파수 분해능 측정값을 이용해, 공간 주파수 분해능 평가부(200)는 의미있는 공간 해상도 값을 도출할 수 있다. 이를 위해, 공간 주파수 분해능 평가부(200)는 대조변조(contrast modulation)를 기준으로, 대상 품질(target quality)을 지정할 수 있다. 여기서, 지정된 대상 품질에 대응하는 대조 변조 값을, CT 라 가정한다.
공간 주파수 분해능 평가부(200)는 시야각(예, 도 4) 및 복원 거리(예, 도 5)에 따른 공간 주파수 분해능 측정값들(또는 공간 주파수 분해능 측정값들에 대응하는 대조 변조 값들) 중에서, 대상 품질값 CT 에 가장 가까운(nearest) 측정값들(또는 측정값들에 대응하는 대조 변조 값들)을 정할 수 있고, 정해진 측정값들(또는 측정값들에 대응하는 대조 변조 값들)에 해당하는 공간 주파수들 p의 평균 pm과 표준 편차 pδ를 구할 수 있다. 즉, 측정된 공간 주파수 분해능들에 대응하는 대조 변조 값들은, 평균값 pm과 표준편차 pδ를 계산하는데 사용될 수 있다. 공간 주파수 분해능 평가부(200)는 평균값 pm과 표준편차 pδ를, 홀로그램 재현 영상의 수평 방향 및 수직 방향 각각에 대해서 구할 수 있다.
평균값 pm과 표준편차 pδ에 대한 표준정규확률분포에 따라 약 95%의 데이터가 존재하는 구간은, k=2 의 경우에 [pm-2pδ, pm + 2pδ] 이다. k=1 의 경우에, [pm-pδ, pm + pδ] 구간 내에 약 68%의 데이터가 존재한다. 도 9에는 이러한 과정이 예시되어 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 공간 주파수 분해능 측정 평균값에 근거하여 통계적으로 유의미한 공간 주파수 구간을 도출하는 방법을 나타내는 도면이다.
평균값 pm과 표준편차 pδ에 대한 표준정규확률분포에 따라, 소정의 데이터가 존재하는 공간 주파수 구간은 [pm-kpδ, pm + kpδ] 이다. 여기서, k는 상수일 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른, 통계적으로 유의미한 공간 주파수 구간 내에서, 국소적 선형 보간법을 통해 유효 공간 주파수를 구하는 방법을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 10에는 선형 보간(linear interpolation)을 위한 대조 변조값 Cm이 예시되어 있다.
공간 주파수 분해능 평가부(200)는 측정된 공간 주파수 분해능들 이용해, 함수 f(p)를 구할 수 있다. 구체적으로, 공간 주파수 분해능 평가부(200)는 k=1의 경우 또는 k=2의 경우에 해당하는 공간 주파수 구간 내에서 실제 측정된 공간 주파수 분해능 측정 평균값들(예, 수학식 2의 Aθ(p), 수학식 3의 AL(p) 등)을 이용해, 국소적으로 집중된(locally-focused) 구간 내에서 선형 보간된 함수 f(p)를 구할 수 있다. 예를 들어, 공간 주파수 분해능 평가부(200)는 공간 주파수 분해능 측정 평균값들(예, 수학식 2의 Aθ(p), 수학식 3의 AL(p) 등)을 이용해, 변조전달함수(MTF)를 선형 보간하여 함수 f(p)를 구할 수 있다. 공간 주파수 분해능 평가부(200)는 함수 f(p)를, 홀로그램 재현 영상의 수평 방향 및 수직 방향 각각에 대해서 구할 수 있다.
공간 주파수 분해능 평가부(200)는 CT = f(pT)의 함수 관계를 이용해, 유효 공간 주파수 pT를 구할 수 있다. 구체적으로 공간 주파수 분해능 평가부(200)는 유효 공간 주파수 pT를, 홀로그램 재현 영상의 수평 방향 및 수직 방향 각각에 대해서 구할 수 있다.
이러한 유효 공간 주파수 pT를 구하는 방법이 도 10에 예시되어 있다.
도 10에 예시된 바와 같이, 도 9에 예시된 [pm-kpδ, pm+kpδ] 구간에 국한된 공간 주파수 분해능 측정값들로부터 선형 보간함수 f(p)가 구해지고, 선형 보간함수 f(p)로부터 유효 공간 주파수 pT가 구해진다.
공간 주파수 분해능 평가부(200)는 상술한 방식을 통해 수평 방향 및 수직 방향에서 측정된 공간 주파수 분해능 측정값들과 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)에 속하는 공간광변조기(SLM)의 수평 및 수직 해상도를 고려하여, 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 최종적으로 구할 수 있다. 구체적으로 공간 주파수 분해능 평가부(200)는 공간광변조기(SLM)의 해상도와 홀로그램 재현 영상의 유효 공간 주파수를 이용해, 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 최종적으로 평가할 수 있다.
예를 들어, 공간 주파수 분해능 평가부(200)는 아래의 수학식 5에 기초해, 홀로그램 재현 영상의 최종적인 공간 해상도를 구할 수 있다.
Figure pat00006
수학식 5에서, M과 N은 도 1에 예시된 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)에 속하는 공간광변조기(SLM)의 수평 및 수직 해상도를 나타내며, 이때의 해상도는 상술한 바와 같이, 지정가능한(addressable)의 전체 화소들 개수를 의미한다.
수학식 5에서,
Figure pat00007
는 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 유효 공간 주파수를 나타내고,
Figure pat00008
는 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 유효 공간 주파수를 나타낸다.
Figure pat00009
와
Figure pat00010
는, 도 10에 예시된 방법을 통해 구해질 수 있다.
수학식 5에서, 최종적으로 구해진 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)의 공간 해상도 HxV는, 공간광변조기(SLM)를 비롯한 구성 광학계의 광학적 성능 한계와 제한된 회절 효율 등으로 인해, 일반적으로 H<M, V<N의 공간 해상도 값을 가진다.
상술한 파라미터인 CT와 k은 해당 홀로그래픽 디스플레이(홀로그래픽 디스플레이 장치)의 응용 분야와 활용 목적에 따라, 적절한 값으로 선정(설정)될 수 있다.
상술한 바와 같이, 공간 해상도 측정 장치(1000)는, 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)의 특징인 연속적인 운동 시차가 제공되는 일정 시역 범위 내에서 복원 거리의 자유로운 지정을 통해, 깊이감을 가지는 3차원 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 측정 및 평가할 수 있다. 이를 위해, 공간 해상도 측정 장치(1000)는 시야각 및 복원 거리에 따른 임의의 시점과 위치에서 복원된 홀로그램 재현 영상의 공간 주파수 분해능 측정값들을 이용해, 수평 및 수직 방향에서의 유효 공간 주파수들을 구할 수 있다. 구체적으로, 공간 해상도 측정 장치(1000)는 공간 주파수 분해능 측정값들에 대하여, 통계적으로 유의미한 구간 범위 내 국소적으로 집중된 구간 내에서의 선형 보간 방법을 통해, 수평 및 수직 방향에서의 유효 공간 주파수들을 구할 수 있다. 그 후, 공간 해상도 측정 장치(1000)는 유효 공간 주파수들을 이용해, 홀로그램 공간 해상도를 최종적으로 계산할 수 있다.
즉, 공간 해상도 측정 장치(1000)는, 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)로부터 광학적으로 복원된 홀로그램 재현 영상을 입력 받고, 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 측정 및 평가할 수 있다. 구체적으로, 공간 해상도 측정 장치(1000)에 포함되는 공간 주파수 분해능 측정부(100)는 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)로부터 입력된 홀로그램 재현 영상에 대하여, 홀로그래픽 디스플레이(또는 홀로그래픽 디스플레이 장치)의 시야각(및 복원 거리)을 다르게 하여, 임의의 시점과 거리에서 수평 및 수직 방향의 공간 주파수 분해능을 측정할 수 있다. 공간 해상도 측정 장치(1000)에 포함되는 공간 주파수 분해능 평가부(200)는 수평 및 수직 방향의 공간 주파수 분해능 측정값들을 입력 받고, 이에 대한 통계적 특성을 분석 및 평가한 후, 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 구할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 11의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 공간 해상도 측정 장치(1000), 공간 주파수 분해능 측정부(100), 공간 주파수 분해능 평가부(200), 홀로그래픽 디스플레이 장치 등에 해당할 수 있다.
도 11의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110) 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행하는 송수신 장치(TN120), 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법들을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 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.

Claims (20)

  1. 공간 상에 광학적으로 복원되는 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도(spatial resolution)를 측정하는 장치로서,
    상기 홀로그램 재현 영상의 시야각(viewing angle) 범위 내에서 수평 및 수직 방향으로 소정의 간격을 가지는 제1 공간적 위치들에서, 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제1 공간 주파수 분해능(resolving power)과 상기 홀로그램 재현 영상의 수직 방향을 위한 제2 공간 주파수 분해능을 측정하는 측정부; 및
    상기 제1 공간적 위치들 각각에서 측정된 상기 제1 공간 주파수 분해능과 상기 제2 공간 주파수 분해능을 이용해, 상기 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 평가(evaluate)하는 평가부
    를 포함하는 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 홀로그램 재현 영상에 대응하는 제1 홀로그램 데이터에, 수평 및 수직 방향으로의 공간적 위상 천이(phase shift)가 적용되는
    측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 홀로그램 데이터는 아래의 수학식 1에 기초해 제2 홀로그램 데이터로 변환되는
    측정 장치.
    [수학식 1]
    Figure pat00011

    (h(u,v): 상기 제1 홀로그램 데이터, px: 수평 방향으로의 위상 천이 값, py: 수직 방향으로의 위상 천이 값, h'(u,v): 상기 제2 홀로그램 데이터,
    Figure pat00012
    : 콘볼루션(convolution) 연산자, λ: 광원의 파장, (x, y): 수평 방향 및 수직 방향의 화소 좌표)
  4. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 제1 공간적 위치들 각각에서 측정된 상기 제1 공간 주파수 분해능에 대응하는 제1 대조 변조(contrast modulation) 값을 평균하여, 제1 평균값을 구하는
    측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 측정부는,
    아래의 수학식 1에 기초해 상기 제1 평균값을 구하는
    측정 장치.
    [수학식 1]
    Figure pat00013

    (Aθ(p): 상기 제1 평균값, Nθ: 제1 공간적 위치들의 개수, p: 공간 주파수, Cθ(p): p에 따른 상기 제1 대조 변조 값)
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 홀로그램 재현 영상이 가지는 다수의 복원 거리들 각각에 대하여, 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제3 공간 주파수 분해능과 상기 홀로그램 재현 영상의 수직 방향을 위한 제4 공간 주파수 분해능을 측정하는
    측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 다수의 복원 거리들 각각에 대해 측정된 상기 제3 공간 주파수 분해능에 대응하는 제1 대조 변조(contrast modulation) 값을 평균하여, 제1 평균값을 구하는
    측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 측정부는,
    아래의 수학식 1에 기초해 상기 제1 평균값을 구하는
    측정 장치.
    [수학식 1]
    Figure pat00014

    (AL(p): 상기 제1 평균값, NL: 상기 다수의 복원 거리들의 개수, p: 공간 주파수, CL(p): p에 따른 상기 제1 대조 변조 값)
  9. 제4항에 있어서,
    상기 평가부는,
    상기 제1 평균값을 이용해, 공간 주파수와 대조 변조 간의 관계를 나타내는 변조전달함수(modulation transfer function)를 선형 보간(linear interpolation)하여 제1 함수를 구하고, 기 설정된 대상(target) 대조 변조 값에 대응하는 제1 유효 공간 주파수를 상기 제1 함수를 이용해 구하는
    측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 평가부는,
    상기 제1 공간적 위치들 각각에 대한 상기 제1 대조 변조 값을 이용해 상기 공간 주파수의 평균 pm과 표준편차 pδ를 계산하고,
    상기 제1 유효 공간 주파수는 [pm-kpδ, pm+kpδ] 구간(단, k는 상수) 내에 존재하는
    측정 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 평가부는,
    상기 홀로그램 재현 영상을 복원하는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 포함된 공간광변조기(spatial light modulator)의 해상도와 상기 제1 유효 공간 주파수를 이용해, 상기 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도를 평가하는
    측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도는 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제1 공간 해상도와 상기 홀로그램 재현 영상의 수직 방향을 위한 제2 공간 해상도를 포함하고,
    상기 평가부는,
    아래의 수학식 1에 기초해 상기 제1 공간 해상도를 구하는
    측정 장치.
    [수학식 1]
    Figure pat00015

    (H: 상기 제1 공간 해상도,
    Figure pat00016
    : 상기 제1 유효 공간 주파수, M: 상기 공간광변조기의 수평 방향 해상도)
  13. 공간 해상도 측정 장치가 공간 상에 광학적으로 복원되는 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도(spatial resolution)를 측정하는 방법으로서,
    상기 홀로그램 재현 영상의 시야각(viewing angle) 범위 내에서 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 소정의 간격을 가지는 공간적 위치들에서, 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제1 공간 주파수 분해능(resolving power)을 측정하는 단계;
    상기 공간적 위치들 각각에서 측정된 상기 제1 공간 주파수 분해능을 이용해, 공간 주파수와 대조 변조 간의 관계를 가지는 제1 함수를 구하는 단계; 및
    상기 제1 함수를 이용해, 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제1 공간 해상도를 평가(evaluate)하는 단계
    를 포함하는 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는,
    상기 공간적 위치들 각각에서 측정된 상기 제1 공간 주파수 분해능에 대응하는 제1 대조 변조 값을 평균하여, 제1 평균값을 구하는 단계를 포함하는
    측정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 함수를 구하는 단계는,
    상기 제1 평균값을 이용해, 변조전달함수(modulation transfer function)를 선형 보간(linear interpolation)하여 상기 제1 함수를 구하는 단계를 포함하는
    측정 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 공간 해상도를 평가하는 단계는,
    기 설정된 대상(target) 대조 변조 값에 대응하는 제1 유효 공간 주파수를, 상기 제1 함수를 이용해 구하는 단계; 및
    상기 홀로그램 재현 영상을 복원하는 홀로그래픽 디스플레이 장치에 속하는 공간광변조기(spatial light modulator)의 수평 방향 해상도와 상기 제1 유효 공간 주파수를 이용해, 상기 제1 공간 해상도를 계산하는 단계를 포함하는
    측정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 공간 해상도를 계산하는 단계는,
    아래의 수학식 1에 기초해 상기 제1 공간 해상도를 계산하는 단계를 포함하는
    측정 방법.
    [수학식 1]
    Figure pat00017

    (H: 상기 제1 공간 해상도,
    Figure pat00018
    : 상기 제1 유효 공간 주파수, M: 상기 공간광변조기의 수평 방향 해상도)
  18. 제13항에 있어서,
    상기 홀로그램 재현 영상이 가지는 다수의 복원 거리들 각각에 대하여, 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제2 공간 주파수 분해능을 측정하는 단계; 및
    상기 다수의 복원 거리들 각각에 대해 측정된 상기 제2 공간 주파수 분해능에 대응하는 제1 대조 변조 값을 평균하여, 제1 평균값을 구하는 단계
    를 더 포함하는 측정 방법.
  19. 공간 상에 광학적으로 복원되는 홀로그램 재현 영상의 공간 해상도(spatial resolution)를 측정하는 장치로서,
    상기 홀로그램 재현 영상이 가지는 다수의 복원 거리들 각각에 대하여, 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제1 공간 주파수 분해능을 측정하는 측정부; 및
    상기 다수의 복원 거리들 각각에 대해 측정된 상기 제1 공간 주파수 분해능을 이용해 공간 주파수와 대조 변조 간의 관계를 가지는 제1 함수를 구하고, 상기 제1 함수를 이용해 상기 홀로그램 재현 영상의 수평 방향을 위한 제1 공간 해상도를 평가하는 평가부
    를 포함하는 측정 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 다수의 복원 거리들 각각에 대해 측정된 상기 제1 공간 주파수 분해능에 대응하는 제1 대조 변조 값을 평균하여, 제1 평균값을 구하고,
    상기 평가부는,
    상기 제1 평균값을 이용해, 변조전달함수(modulation transfer function)를 선형 보간(linear interpolation)하여 상기 제1 함수를 구하는
    측정 장치.

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