KR20220118984A - An On-Axis and Off-Axis Digital Hologram Generating Device and Method - Google Patents

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Abstract

Disclosed in the present invention are an on-axis and off-axis digital hologram generation apparatus and method. The on-axis and off-axis digital hologram generation apparatus according to the present invention includes: an object phase generation unit that accesses a phase file of an object stored in a storage device and generates object phase information from the phase file of the object; a digital object light generation unit generating digital object light information based on light characteristics of object light input by a user and the object phase information generated by the object phase generation unit; a digital reference light generation unit for generating digital reference light information based on light characteristics of the reference light input by the user; and a digital hologram generation unit for generating a digital hologram based on hologram characteristic information input by the user, the digital object light information generated by the digital object light generation unit, and the digital reference light information generated by the digital reference light generation unit. It is possible to significantly reduce waste of time and manpower.

Description

정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치 및 방법{An On-Axis and Off-Axis Digital Hologram Generating Device and Method}An On-Axis and Off-Axis Digital Hologram Generating Device and Method}

본 발명은 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for generating positive and axial digital holograms.

좀 더 구체적으로, 본 발명은 홀로그램의 생성이 요구되는 물체의 위상 정보를 가진 가상의 물체광 및 가상의 기준광을 디지털적으로 합성하여 파동 광학(wave optics) 기반의 디지털 홀로그램의 간섭 무늬를 시뮬레이션하고 또한 디지털 홀로그램을 생성함으로써, 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH) 기술을 사용하는 종래 디지털 홀로그램 복원 장치와 비교하여 복잡하고 고가인 광학장치를 사용하지 않고도 홀로그램의 복원이 가능하고, 광학적으로 획득한 실제 홀로그램과 동일한 홀로그램의 생성이 가능하며, 홀로그램 생성 시간이 단축되고, 컴퓨터의 고용량 메모리 사용의 문제점을 해결할 수 있으며, 홀로그램을 이용한 연구 및/또는 실험 진행 시 사전에 홀로그램 생성을 위한 시뮬레이션을 이용하여 연구 및/또는 실험의 실패 유무 판단 또는 최종 결과의 예측과 같은 사전 가능성 테스트(pre-feasibility test)의 수행이 가능하므로 불필요한 반복 연구 및/또는 실험 수행에 따른 시간 및 인력 낭비를 현저하게 감소시킬 수 있고, 홀로그램 전문 인력 양성 교육 및 학생들의 교육에 대한 높은 활용성을 기대할 수 있는 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치 및 방법에 관한 것이다. More specifically, the present invention simulates an interference fringe of a digital hologram based on wave optics by digitally synthesizing a virtual object light and a virtual reference light having phase information of an object requiring generation of a hologram, In addition, by generating a digital hologram, it is possible to restore the hologram without using a complicated and expensive optical device compared to a conventional digital hologram restoration device using computer-generated hologram (CGH) technology. Hologram generation is possible, hologram generation time is shortened, problems of using high-capacity memory of computer can be solved, and research and/or using simulation for hologram generation in advance when conducting research and/or experiments using holograms Since it is possible to perform a pre-feasibility test such as determining whether an experiment has failed or predicting the final result, it is possible to significantly reduce the waste of time and manpower caused by unnecessary repeated research and/or experimentation. It relates to an apparatus and method for generating a digital hologram of livestock and cattle that can be expected to be highly useful for human resource training and education of students.

디지털 홀로그래피 현미경이란 디지털 홀로그래피 기술을 활용하여 물체의 형상을 측정하는 현미경을 말한다.A digital holographic microscope refers to a microscope that measures the shape of an object using digital holography technology.

일반적인 현미경이 통상 일반 광원을 물체에 비추어 물체로부터 반사 또는 투과되는 빛의 세기를 측정함으로 물체의 형상을 측정하는 장치라면, 디지털 홀로그래피 현미경은 빛이 물체에 비추어졌을 경우 일어나는 빛의 간섭과 회절현상을 측정하고 이를 디지털 방식으로 기록하여, 이들 정보로부터 물체의 형상정보를 복원하는 장치이다.While a general microscope is a device that measures the shape of an object by measuring the intensity of light reflected or transmitted from the object by illuminating it with a general light source, a digital holographic microscope can reduce the interference and diffraction of light that occurs when light is illuminated on an object. It is a device that measures and records it digitally, and restores the shape information of an object from this information.

즉, 디지털 홀로그래피 기술은 레이저와 같은 단일 파장의 빛을 생성하고, 이를 광분할기를 이용하여 2개의 빛으로 분할하여, 하나의 빛은 이미지 센서에 직접 비추고(기준광이라 한다), 다른 빛은 측정 대상 물체에 비추어 상기 측정 대상 물체로부터 반사되는 빛을 이미지 센서에 비추면(물체광이라 한다), 이미지 센서에서 상기 기준광과 물체광이 간섭현상을 일으키게 되는데, 이러한 빛의 간섭무늬 정보를 디지털 이미지 센서로 기록하고, 상기 기록된 간섭무늬 정보를 가지고 컴퓨터를 활용하여 측정 대상 물체의 형상을 복원하는 기술이다. 그리고 이때 상기 기록되는 간섭무늬 정보를 통상 홀로그램이라고 지칭한다.That is, digital holography technology generates light of a single wavelength like a laser, splits it into two lights using a light splitter, and illuminates one light directly on the image sensor (referred to as reference light), and the other light is When the light reflected from the object to be measured is irradiated onto the object and reflected on the image sensor (referred to as object light), the reference light and the object light interfere with each other in the image sensor. It is a technique of recording and restoring the shape of a measurement target using a computer with the recorded interference fringe information. In this case, the recorded interference fringe information is generally referred to as a hologram.

한편, 디지털 홀로그래피가 아닌 기존의 광학적 홀로그래피 기술의 경우는, 상기 빛의 간섭무늬 정보를 특수 필름으로 기록하고, 상기 측정 대상 물체의 형상을 복원하기 위하여 상기 기준광을 간섭무늬가 기록된 특수필름에 비추면 본래 측정 대상 물체가 위치하던 자리에 가상의 측정 대상 물체의 형상이 복원되는 방식이다.On the other hand, in the case of conventional optical holography technology other than digital holography, the interference fringe information of the light is recorded with a special film, and the reference light is irradiated onto the special film on which the interference fringe is recorded in order to restore the shape of the object to be measured. This is a method in which the shape of the virtual measurement object is restored to the position where the measurement object was originally located.

디지털 홀로그래피 현미경은 기존의 광학적 홀로그래피 방식과 비교하였을 때, 빛의 간섭무늬 정보를 디지털 이미지 센서로 측정하고 디지털 방식으로 저장하고, 상기 저장된 간섭무늬 정보를 광학적 방식이 아닌 컴퓨터 장치 등을 이용한 수치연산 방식을 통하여 가공해서 측정 대상 물체의 형상을 복원한다는 점에서 차이가 있다.Compared with the conventional optical holography method, the digital holographic microscope measures the interference fringe information of light with a digital image sensor and stores it digitally, and the stored interference fringe information is numerically calculated using a computer device rather than an optical method. It is different in that it restores the shape of the object to be measured by processing it.

기존의 디지털 홀로그래피 현미경으로는 먼저 단일 파장의 레이저 광원을 사용하는 경우가 있다. 그러나 단일 레이저 광원을 사용하는 경우는 물체의 측정 해상도, 즉 최소측정 단위가 사용하는 레이저 광원의 파장으로 제한된다는 문제점이 있다. 또한 기존의 디지털 홀로그래피 현미경 중 2파장 또는 다중 파장의 레이저 광원을 사용하는 경우는, 서로 다른 파장을 가지는 광원들을 사용함으로 비용이 증가하거나, 또는 서로 다른 파장의 광원을 이용하여 홀로그램 영상을 순차적으로 획득하기 때문에 측정하고자 하는 물체의 3차원적인 변화정보를 실시간으로 측정하기 어려운 문제점이 있다.In a conventional digital holographic microscope, a laser light source of a single wavelength may be used first. However, when using a single laser light source, there is a problem in that the measurement resolution of the object, that is, the minimum unit of measurement is limited by the wavelength of the laser light source used. In addition, in the case of using a laser light source of two or multiple wavelengths among existing digital holographic microscopes, the cost increases by using light sources having different wavelengths, or holographic images are sequentially acquired using light sources of different wavelengths. Therefore, there is a problem in that it is difficult to measure the three-dimensional change information of the object to be measured in real time.

또한, 상술한 종래 디지털 홀로그래피 기술에서는 측정 대상 물체의 형상을 복원하기 위해 컴퓨터로 CGH(Computer Generated Hologram)을 생성한 후 이를 공간광변조기(Spatial Light Modulator: SLM) 상에 디스플레이한 후 기준광을 비추면, 기준광의 회절에 의해 물체의 3차원 홀로그램 영상이 얻어진다.In addition, in the above-described conventional digital holography technology, a computer generated hologram (CGH) is generated with a computer to restore the shape of a measurement target object, it is displayed on a spatial light modulator (SLM), and then the reference light is irradiated. , a three-dimensional holographic image of an object is obtained by diffraction of the reference light.

좀 더 구체적으로, 도 1a는 종래 디지털 홀로그래피 기술에 따른 홀로그래픽의 기록 및 홀로그램 생성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 1b는 종래 디지털 홀로그래피 기술에 처리 단계를 도식화한 도면이다.More specifically, FIG. 1A is a diagram schematically illustrating holographic recording and hologram generation according to the conventional digital holography technology, and FIG. 1B is a diagram schematically illustrating processing steps in the conventional digital holography technology.

먼저, 도 1a를 참조하면, 종래 디지털 홀로그래피 기술은 빛의 간섭을 기반으로 하여 데이터를 획득-복원-생성-디스플레이 기술로 구성된다. 즉, 종래 디지털 홀로그래피 기술은 3차원 물체로부터 반사된 물체광과 기준광 간의 프린지 패턴(간섭무늬)을 기록하고(도 1a의 좌측 도면), 획득된 프린지 패턴(간섭무늬)을 다시 회절 및 굴절시켜서 물체의 영상을 3차원으로 복원하는 기술이다. 도 1a에서, 프린지 패턴(간섭 무늬)는 도 1a의 좌측 도면 하부에 도시된 패턴 기록이고, 3차원으로 복원한 영상은 도 1a의 우측 하부에 도시된 입체감을 갖는 영상이다.First, referring to FIG. 1A , the conventional digital holography technology consists of data acquisition-restore-generation-display technology based on light interference. That is, the conventional digital holography technique records a fringe pattern (interference pattern) between an object light reflected from a three-dimensional object and a reference light (left side view of FIG. 1A), and diffracts and refracts the obtained fringe pattern (interference pattern) again It is a technology that reconstructs images in 3D. In FIG. 1A , a fringe pattern (interference pattern) is a pattern recording shown in the lower left of the drawing of FIG. 1A , and the 3D reconstructed image is an image having a three-dimensional effect shown in the lower right of FIG. 1A .

도 1b를 참조하면, 상술한 종래 디지털 홀로그래피 기술에서는, 기존의 광학적 홀로그래피 기술을 이용하여 대상 물체에 대한 3차원 영상 정보를 획득한다. 그 후, 획득된 3차원 영상 정보는 CCD 또는 CMOS를 포함한 디지털 이미지 센서에 저장된다. 그 후, 저장된 3차원 영상 정보는 디지털 처리 단계를 거친다. 이러한 디지털 처리 단계는 1) 3차원 모델 데이터를 획득하는 단계; 2) 획득된 3차원 모델 데이터로부터 CGH를 생성하도록 처리하는 단계; 및 3) 상기 생성된 CGH로부터 홀로그램 데이터를 획득하는 단계를 포함한다. 여기서, 최종 획득된 홀로그램 데이터는 CCD 또는 CMOS를 포함한 광전자 기기에 의해 획득되거나 또는 수학적 모델에 의해 생성된 홀로그래피 프린지 패턴(간섭 무늬)이 중첩된 홀로그램으로, 3차원 물체 데이터에 대한 정보를 포함한다. 그 후, 최종 획득된 홀로그램 데이터는 공간광변조기(SLM)의 사용하여 대상 물체를 3차원 영상으로 복원한다.Referring to FIG. 1B , in the above-described conventional digital holography technology, 3D image information of a target object is acquired by using an existing optical holography technology. Thereafter, the obtained 3D image information is stored in a digital image sensor including a CCD or CMOS. Thereafter, the stored 3D image information is subjected to a digital processing step. These digital processing steps include 1) acquiring three-dimensional model data; 2) processing to generate CGH from the obtained three-dimensional model data; and 3) obtaining hologram data from the generated CGH. Here, the finally obtained hologram data is a hologram obtained by an optoelectronic device including a CCD or CMOS or a hologram with a holographic fringe pattern (interference fringe) generated by a mathematical model, and includes information about 3D object data. Thereafter, the finally obtained hologram data is used to reconstruct the target object as a 3D image using a spatial light modulator (SLM).

상술한 종래 디지털 홀로그래피 기술에 사용되는 CGH는 프린지 패턴(간섭 무늬)을 생성하기 위해 포인트 소스 기반의 프린지 패턴 알고리즘을 사용한다. 이러한 포인트 소스 기반의 프린지 패턴 알고리즘을 사용하기 위해서는 컴퓨터가 상당한 용량의 메모리 사용이 요구될 뿐만 아니라, 홀로그램의 생성 속도가 느려 상당한 시간이 소요된다. CGH의 일반적인 기존 방법에 따르면 1 포인트당 계산속도가 60.67밀리초(ms)이고, 이를 바탕으로 1024*1024 해상도의 홀로그램을 생성할 때 63617.10초가 소요되며 메모리 사용량은 6GB(1024 * 1024 * 8bit + 1024 * 1024 * 8bit * 768 6GB)이다. 메모리의 사용량과 속도를 개선하기 위해 제안된 CGH의 최근 논문(Accelerated one-step generation of full-color holographic videos using a color-tunable novel-look-up-table method for holographic three-dimensional television broadcasting, Seung-Cheol, Kim et.al. Scientific Reports, September 2015)에 따르면 1 포인트당 계산속도가 2.55밀리초(ms)이고, 이를 바탕으로 상기 조건과 동일한 해상도의 홀로그램을 생성할 때 2673.86초가 소요되며 사용되는 메모리는 12KB(1024 * 1024 * 8bit + 1024 * 1 * 8bit * 1024 = 12KB)이다.The CGH used in the conventional digital holography technique described above uses a point source-based fringe pattern algorithm to generate a fringe pattern (interference fringe). In order to use such a point source-based fringe pattern algorithm, a computer needs to use a significant amount of memory, and it takes a considerable amount of time because of the slow generation speed of the hologram. According to the general existing method of CGH, the calculation speed per point is 60.67 milliseconds (ms), and based on this, it takes 63617.10 seconds to create a hologram with 1024*1024 resolution, and the memory usage is 6GB (1024 * 1024 * 8bit + 1024). * 1024 * 8bit * 768 6GB). CGH's recent paper (Accelerated one-step generation of full-color holographic videos using a color-tunable novel-look-up-table method for holographic three-dimensional television broadcasting, Seung- According to Cheol, Kim et.al. Scientific Reports, September 2015), the calculation speed per point is 2.55 milliseconds (ms), and based on this, it takes 2673.86 seconds to generate a hologram with the same resolution as the above conditions, and the memory used is 12KB (1024 * 1024 * 8bit + 1024 * 1 * 8bit * 1024 = 12KB).

또한, 종래 디지털 홀로그래피 기술에서는 홀로그램의 복원이 SLM을 이용하여 광학적으로 이루어지며, SLM을 사용하기 위해서는 레이저, 광학 시스템 등과 같은 추가 광학 장치의 사용이 요구된다. 따라서, 종래 디지털 홀로그래피 기술에서는 고가의 SLM의 사용이 요구되고, 장치 전체가 여전히 복잡한 구조를 갖는다.In addition, in the conventional digital holography technology, the restoration of the hologram is optically performed using the SLM, and in order to use the SLM, the use of an additional optical device such as a laser or an optical system is required. Therefore, in the conventional digital holography technology, the use of an expensive SLM is required, and the entire device still has a complex structure.

또한, 종래 디지털 홀로그래피 기술에서는 서로 다른 물체의 홀로그램을 복원하기 위해서는 서로 다른 물체 각각에 대해 상술한 바와 같이 물체광과 기준광 간의 프린지 패턴(간섭무늬)을 기록하고(도 1a의 좌측 도면), CGH 기술을 이용하여 획득된 프린지 패턴(간섭무늬)을 다시 회절 및 굴절시켜서 물체의 영상을 3차원으로 복원하는 동작을 각각 수행하여야 한다. 그에 따라, 서로 다른 물체의 홀로그램을 생성하기 위한 동일한 동작의 반복 수행에 따른 상당한 시간 및 인력이 요구된다.In addition, in the conventional digital holography technology, in order to restore the holograms of different objects, a fringe pattern (interference pattern) between the object light and the reference light is recorded for each of the different objects as described above (the left side of FIG. 1A), and the CGH technology The operation of reconstructing the image of the object in three dimensions by diffraction and refraction of the fringe pattern (interference pattern) obtained using Accordingly, considerable time and manpower are required for repeatedly performing the same operation to generate holograms of different objects.

또한, 종래 디지털 홀로그래피 기술에서는 예를 들어 홀로그램을 이용한 연구 및/또는 실험 진행 시 해당 연구 및/또는 실험의 실패 유무 판단 또는 최종 결과의 예측과 같은 사전 가능성 테스트(pre-feasibility test)를 수행하는 것이 불가능하다.In addition, in the conventional digital holography technology, for example, when conducting research and/or experiments using holograms, performing a pre-feasibility test such as determining whether the research and/or experiment has failed or predicting the final result is to be performed. impossible.

따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위한 새로운 방안이 요구된다.Therefore, a new method for solving the above problems is required.

1. 대한민국 특허 제10-2108001호1. Korean Patent No. 10-2108001 2. 대한민국 특허 제10-1308011호2. Korean Patent No. 10-1308011 3. 대한민국 특허 제10-1379327호3. Korean Patent No. 10-1379327 4. 대한민국 특허 제10-1412053호4. Korean Patent No. 10-1412053 5. 대한민국 특허 제10-1421984호5. Korean Patent No. 10-1421984 6. 대한민국 특허 제10-1489356호6. Korean Patent No. 10-1489356 7. 대한민국 특허 제10-1499804호7. Korean Patent No. 10-1499804 8. 대한민국 특허 제10-154178호8. Korean Patent No. 10-154178 9. 대한민국 특허 제10-1573362호9. Korean Patent No. 10-1573362

Accelerated one-step generation of full-color holographic videos using a color-tunable novel-look-up-table method for holographic three-dimensional television broadcasting, Seung-Cheol, Kim et.al. Scientific Reports, September 2015Accelerated one-step generation of full-color holographic videos using a color-tunable novel-look-up-table method for holographic three-dimensional television broadcasting, Seung-Cheol, Kim et.al. Scientific Reports, September 2015

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 홀로그램의 생성이 요구되는 물체의 위상 정보를 가진 가상의 물체광 및 가상의 기준광을 디지털적으로 합성하여 파동 광학(wave optics) 기반의 디지털 홀로그램의 간섭 무늬를 시뮬레이션하고 또한 디지털 홀로그램을 생성함으로써, 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH) 기술을 사용하는 종래 디지털 홀로그램 복원 장치와 비교하여 복잡하고 고가인 광학장치를 사용하지 않고도 홀로그램의 복원이 가능하고, 광학적으로 획득한 실제 홀로그램과 동일한 홀로그램의 생성이 가능하며, 홀로그램 생성 시간이 단축되고, 컴퓨터의 고용량 메모리 사용의 문제점을 해결할 수 있으며, 홀로그램을 이용한 연구 및/또는 실험 진행 시 사전에 홀로그램 생성을 위한 시뮬레이션을 이용하여 연구 및/또는 실험의 실패 유무 판단 또는 최종 결과의 예측과 같은 사전 가능성 테스트(pre-feasibility test)의 수행이 가능하므로 불필요한 반복 연구 및/또는 실험 수행에 따른 시간 및 인력 낭비를 현저하게 감소시킬 수 있고, 홀로그램 전문 인력 양성 교육 및 학생들의 교육에 대한 높은 활용성을 기대할 수 있는 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, and by digitally synthesizing a virtual object light and a virtual reference light having phase information of an object requiring generation of a hologram, a wave optics-based digital By simulating the interference fringes of the hologram and generating a digital hologram, it is possible to restore the hologram without using a complicated and expensive optical device compared to the conventional digital hologram restoration device using computer-generated hologram (CGH) technology. It is possible to create a hologram identical to the actual hologram obtained by It is possible to perform pre-feasibility tests such as determining whether research and/or experiments have failed or predicting the final result using It is to provide an apparatus and method for generating holograms and off-axis digital holograms that can be reduced, and can be expected to be highly useful for hologram professional training and education of students.

본 발명의 제 1 특징에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치는 저장 장치 내에 저장된 물체의 위상 파일에 접속하여 상기 물체의 위상 파일로부터 물체 위상 정보를 생성하는 물체 위상 생성부; 사용자에 의해 입력된 물체광의 빛 특성 및 상기 물체 위상 생성부에서 생성된 상기 물체 위상 정보를 기초로 디지털 물체광 정보를 생성하는 디지털 물체광 생성부; 상기 사용자에 의해 입력된 기준광의 빛 특성을 기초로 디지털 기준광 정보를 생성하는 디지털 기준광 생성부; 및 상기 사용자에 의해 입력된 홀로그램 특성 정보, 상기 디지털 물체광 생성부로부터 생성된 상기 디지털 물체광 정보, 및 상기 디지털 기준광 생성부로부터 생성된 상기 디지털 기준광 정보를 기초로 디지털 홀로그램을 생성하는 디지털 홀로그램 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for generating a positive-axis and off-axis digital hologram, comprising: an object phase generator configured to access a phase file of an object stored in a storage device and generate object phase information from the phase file of the object; a digital object light generator configured to generate digital object light information based on light characteristics of the object light input by a user and the object phase information generated by the object phase generator; a digital reference light generation unit generating digital reference light information based on the light characteristics of the reference light input by the user; and generating a digital hologram for generating a digital hologram based on the hologram characteristic information input by the user, the digital object light information generated from the digital object light generation unit, and the digital reference light information generated from the digital reference light generation unit It is characterized by including wealth.

본 발명의 제 2 특징에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 방법은 a) 저장 장치 내에 저장된 물체의 위상 파일에 접속하여 상기 물체의 위상 파일로부터 물체 위상 정보를 생성하는 단계; b) 사용자에 의해 입력된 물체광의 물리적 정보, 및 상기 물체 위상 정보로부터 디지털 물체광을 생성할 수 있는 물체 위상 정보 데이터(data)로 변환된 물체 위상 정보 데이터에 기초하여 디지털 물체광 및 정보를 생성하는 단계; c) 상기 사용자에 의해 입력된 기준광의 물리적 정보에 기초하여 디지털 기준광 및 정보를 생성하는 단계; 및 d) 상기 사용자에 의해 입력된 홀로그램 특성 정보, 상기 생성된 디지털 물체광 정보, 및 상기 생성된 디지털 기준광 정보에 기초하여 디지털 홀로그램을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method for generating a positive-axis and off-axis digital hologram according to a second aspect of the present invention comprises the steps of: a) accessing a phase file of an object stored in a storage device and generating object phase information from the phase file of the object; b) Generating digital object light and information based on physical information of object light input by a user and object phase information data converted from the object phase information into object phase information data capable of generating digital object light to do; c) generating a digital reference light and information based on the physical information of the reference light input by the user; and d) generating a digital hologram based on the hologram characteristic information input by the user, the generated digital object light information, and the generated digital reference light information.

상술한 본 발명에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치 및 방법을 사용하면 종래 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH) 기술을 사용하는 종래 디지털 홀로그램 복원 장치와 비교하여 다음과 같은 장점이 달성된다.When the apparatus and method for generating a positive axis and an off axis digital hologram according to the present invention described above are used, the following advantages are achieved compared to a conventional digital hologram restoration apparatus using a conventional computer generated hologram (CGH) technology.

1. 복잡하고 고가인 광학장치를 사용하지 않고도 홀로그램의 복원이 가능하다.1. It is possible to restore holograms without using complex and expensive optical devices.

2. 광학적으로 획득한 실제 홀로그램과 동일한 홀로그램의 생성이 가능하다.2. It is possible to create a hologram identical to an optically acquired real hologram.

3. 홀로그램 생성 시간이 단축되고, 컴퓨터의 고용량 메모리 사용의 문제점을 해결할 수 있다.3. The hologram generation time is shortened, and the problem of using a high-capacity memory of the computer can be solved.

4. 홀로그램을 이용한 연구 및/또는 실험 진행 시 사전에 홀로그램 생성을 위한 시뮬레이션을 이용하여 연구 및/또는 실험의 실패 유무 판단 또는 최종 결과의 예측과 같은 사전 가능성 테스트(pre-feasibility test)의 수행이 가능하므로 불필요한 반복 연구 및/또는 실험 수행에 따른 시간 및 인력 낭비를 현저하게 감소시킬 수 있다.4. When conducting research and/or experiments using holograms, pre-feasibility tests such as judging the failure of research and/or experiments or prediction of final results by using simulations for generating holograms in advance Therefore, it is possible to significantly reduce the waste of time and manpower due to unnecessary repetitive studies and/or conducting experiments.

5. 홀로그램 전문 인력 양성 교육 및 학생들의 교육에 대한 높은 활용성을 기대할 수 있다.5. High utility for hologram professional training and education of students can be expected.

본 발명의 추가적인 장점은 동일 또는 유사한 참조번호가 동일한 구성요소를 표시하는 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명으로부터 명백히 이해될 수 있다.Further advantages of the present invention may become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings in which like or like reference numerals denote like elements.

도 1a는 종래 디지털 홀로그래피 기술에 따른 홀로그래픽의 기록 및 홀로그램 생성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1b는 종래 디지털 홀로그래피 기술에 처리 단계를 도식화한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치의 블록도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치의 물체 위상 생성부의 상세 블록도이다.
도 2c는 도 2a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치의 디지털 물체광 생성부의 상세 블록도이다.
도 2d는 도 2a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치의 디지털 기준광 생성부의 상세 블록도이다.
도 2e는 도 2a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치의 디지털 홀로그램 생성부의 상세 블록도이다.
도 2f는 USAF(구체적으로는, 1951 USAF resolution test chart) 타겟에 대한 기존의 광학적으로 획득된 홀로그램 및 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치를 사용하여 획득된 홀로그램에 대한 해상도의 차이를 보여주는 도면이다.
도 2g는 동일한 타겟(구체적으로는, 3단계의 상이한 두께를 갖는 계단(stair))에 대해 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치를 사용하여 3가지 간섭 모드(정축 간섭 모드, 탈축 간섭 모드, 및 공간 이동 탈축 방식)에 의해 획득된 홀로그램을 보여주는 도면이다.
도 2h는 동일한 타겟에 대해 기존의 광학적으로 획득된 홀로그램 및 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치를 사용하여 획득된 홀로그램을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 방법의 플로우차트이다.1A is a diagram schematically illustrating recording of a hologram and generation of a hologram according to a conventional digital holography technique.
1B is a diagram schematically illustrating processing steps in a conventional digital holography technique.
2A is a block diagram of an apparatus for generating positive-axis and off-axis digital holograms according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2B is a detailed block diagram of an object phase generator of the apparatus for generating positive-axis and off-axis digital holograms according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2A.
FIG. 2C is a detailed block diagram of a digital object light generator of the apparatus for generating positive-axis and off-axis digital holograms according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2A.
FIG. 2D is a detailed block diagram of a digital reference light generator of the apparatus for generating positive-axis and off-axis digital holograms according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2A.
FIG. 2E is a detailed block diagram of a digital hologram generator of the apparatus for generating positive-axis and off-axis digital holograms according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2A.
2F is a conventional optically acquired hologram for a USAF (specifically, a 1951 USAF resolution test chart) target and a resolution for a hologram acquired using a positive-axis and off-axis digital hologram generating apparatus according to an embodiment of the present invention. A diagram showing the difference between
FIG. 2G shows three interference modes (a axial interference mode) using the axial and off-axis digital hologram generating apparatus according to an embodiment of the present invention for the same target (specifically, a stair having three different thicknesses). .
FIG. 2H is a view showing a conventional optically acquired hologram for the same target and a hologram acquired using an apparatus for generating positive-axis and off-axis digital holograms according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of a method for generating a positive axis and an off axis digital hologram according to an embodiment of the present invention.

이하에서 본 발명의 실시예 및 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 기술한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments and drawings of the present invention.

도 2a는 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치의 블록도이다.FIG. 2A is a block diagram of an apparatus for generating positive-axis and off-axis digital holograms according to an exemplary embodiment.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)는 저장 장치(미도시) 내에 저장된 물체의 위상 파일에 접속하여 상기 물체의 위상 파일로부터 물체 위상 정보를 생성하는 물체 위상 생성부(110); 사용자에 의해 입력된 물체광의 빛 특성 및 상기 물체 위상 생성부(110)에서 생성된 상기 물체 위상 정보를 기초로 디지털 물체광 정보를 생성하는 디지털 물체광 생성부(120); 상기 사용자에 의해 입력된 기준광의 빛 특성을 기초로 디지털 기준광 정보를 생성하는 디지털 기준광 생성부(130); 상기 사용자에 의해 입력된 홀로그램 특성 정보, 상기 디지털 물체광 생성부(120)로부터 생성된 상기 디지털 물체광 정보, 및 상기 디지털 기준광 생성부(130)로부터 생성된 상기 디지털 기준광 정보를 기초로 디지털 홀로그램을 생성하는 디지털 홀로그램 생성부(140); 및 상기 물체 위상 생성부(110), 상기 디지털 물체광 생성부(120), 상기 디지털 기준광 생성부(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 2A , the positive-axis and off-axis digital hologram generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention accesses a phase file of an object stored in a storage device (not shown) and obtains object phase information from the phase file of the object. an object phase generating unit 110 to generate; a digital object light generating unit 120 that generates digital object light information based on the light characteristics of the object light input by a user and the object phase information generated by the object phase generating unit 110; a digital reference light generation unit 130 for generating digital reference light information based on the light characteristics of the reference light input by the user; A digital hologram is generated based on the hologram characteristic information input by the user, the digital object light information generated by the digital object light generation unit 120 , and the digital reference light information generated by the digital reference light generation unit 130 . a digital hologram generating unit 140 for generating; and the object phase generator 110 , the digital object light generator 120 , and the digital reference light generator 130 .

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)를 구성하는 각각의 구성요소(즉, 물체 위상 생성부(110), 디지털 물체광 생성부(120), 디지털 기준광 생성부(130), 및 디지털 홀로그램 생성부(140))의 전체 동작을 제어하는 기능을 수행하는 제어부(150), 및 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)를 구성하는 각각의 구성요소(즉, 물체 위상 생성부(110), 디지털 물체광 생성부(120), 디지털 기준광 생성부(130), 디지털 홀로그램 생성부(140), 및 제어부(150))에 전원을 공급하는 기능을 수행하는 전원부(160)가 포함된다.In the above-described positive and off-axis digital hologram generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, each component (that is, The control unit 150 for controlling the entire operation of the object phase generating unit 110, the digital object light generating unit 120, the digital reference light generating unit 130, and the digital hologram generating unit 140), and Each of the components (that is, the object phase generator 110, the digital object light generator 120, the digital reference light generator ( 130), a digital hologram generating unit 140, and a power supply unit 160 performing a function of supplying power to the control unit 150) are included.

이하에서는 도 2a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)를 구성하는 물체 위상 생성부(110), 디지털 물체광 생성부(120), 디지털 기준광 생성부(130), 및 디지털 홀로그램 생성부(140)의 구체적인 구성 및 동작을 상세히 기술한다.Hereinafter, the object phase generating unit 110, the digital object light generating unit 120, and the digital reference light generating unit ( 130), and a specific configuration and operation of the digital hologram generating unit 140 will be described in detail.

도 2b는 도 2a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치의 물체 위상 생성부의 상세 블록도이고, 도 2c는 도 2a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치의 디지털 물체광 생성부의 상세 블록도이며, 도 2d는 도 2a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치의 디지털 기준광 생성부의 상세 블록도이고, 도 2e는 도 2a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치의 디지털 홀로그램 생성부의 상세 블록도이다.FIG. 2B is a detailed block diagram of an object phase generator of an apparatus for generating a positive-axis and off-axis digital hologram according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2A, and FIG. 2C is a positive axis according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2A. and a detailed block diagram of the digital object light generation unit of the off-axis digital hologram generation device, and FIG. 2D is a detailed block diagram of the digital reference light generation unit of the positive axis and off-axis digital hologram generation device according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2A; FIG. 2E is a detailed block diagram of a digital hologram generator of the apparatus for generating positive-axis and off-axis digital holograms according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 2A.

먼저, 도 2b를 도 2a와 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)의 물체 위상 생성부(110)는 물체 위상 파일 위치 선택부(111), 물체 위상 파일 변환부(112), 및 물체 위상 정보 생성부(113)를 포함하고 있다. 물체 위상 파일 위치 선택부(111)는 저장 장치(미도시)에 저장된 물체의 위상 파일을 선택하여 상기 물체의 위상 파일을 불러온다. 이 경우, 물체의 위상 파일은 예를 들어, 사용자의 개인용 컴퓨터(PC)의 내의 저장 장치(미도시) 내의 데이터베이스 또는 별도의 외부 서버 상의 저장 장치(미도시) 내의 데이터베이스에 저장될 수 있다. 여기서, 상기 선택된 물체의 위상 파일은 예를 들어, 표시부(display unit: 미도시) 상에 표시될 수 있다. 이러한 표시부는 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)가 구현되는 개인용 컴퓨터(PC) 또는 데스크탑 등의 모니터, 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)가 구현되는 랩탑, 팜탑, 개인 휴대 단말 장치(PDA), 휴대폰 등의 디스플레이 장치; 또는 TV 스크린 등과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)와는 별개로 연결되어 제공되는 외부 모니터 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.First, referring to FIG. 2B together with FIG. 2A , the object phase generating unit 110 of the positive-axis and off-axis digital hologram generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes an object phase file position selection unit 111, an object It includes a phase file conversion unit 112 and an object phase information generation unit 113 . The object phase file location selection unit 111 selects a phase file of an object stored in a storage device (not shown) and calls the phase file of the object. In this case, the phase file of the object may be stored in, for example, a database in a storage device (not shown) in the user's personal computer (PC) or a database in a storage device (not shown) on a separate external server. Here, the phase file of the selected object may be displayed, for example, on a display unit (not shown). Such a display unit is, for example, a personal computer (PC) or a monitor such as a desktop in which the digital hologram generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is implemented, or a direct axis and an off axis according to an embodiment of the present invention a display device such as a laptop, a palmtop, a personal digital assistant (PDA), a mobile phone, etc. in which the digital hologram generating device 100 is implemented; Alternatively, an external monitor provided separately from the positive and negative digital hologram generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, such as a TV screen, etc. may be included, but the present invention is not limited thereto.

상기 물체 위상 파일 위치 선택부(111)에서 선택된 물체의 위상 파일은 물체 위상 파일 변환부(112)로 전송된다. 물체 위상 파일 변환부(112)는 상기 물체의 위상 파일을 물체 위상 정보 생성부(113)에서 사용할 수 있는 형태의 위상 정보 데이터(data)로 변환하여, 물체 위상 정보 생성부(113)로 전송한다. 물체 위상 정보 생성부(113)는 후술하는 디지털 물체광 생성부(120)의 물체 위상 정보 입력부(122)에서 사용될 수 있는 형태의 물체 위상 정보를 생성한다. 여기서, 위상 정보 데이터는 물체의 배율 위상 정보, 물체의 배율 위상 정보가 기록될 때 사용된 대물렌즈의 배율 정보, 데이터를 저장 장치에 저장하고 불러오기 위한 헤더 정보를 포함하고 있는 것을 의미한다. 또한, 물체 위상 정보는 상기 위상 정보 데이터에서 획득한 물체의 배율 위상 정보, 물체의 배율 위상 정보가 기록될 때 사용된 대물렌즈의 배율 정보를 바탕으로 대물렌즈를 사용하지 않은 물체 본연의 위상 정보를 의미한다.The phase file of the object selected by the object phase file position selection unit 111 is transmitted to the object phase file conversion unit 112 . The object phase file conversion unit 112 converts the phase file of the object into phase information data in a form usable by the object phase information generation unit 113 and transmits it to the object phase information generation unit 113 . . The object phase information generating unit 113 generates object phase information in a form that can be used by the object phase information input unit 122 of the digital object light generating unit 120 to be described later. Here, the phase information data means that it includes the magnification phase information of the object, the magnification information of the objective lens used when the magnification phase information of the object is recorded, and header information for storing and retrieving the data in the storage device. In addition, the object phase information is based on the magnification phase information of the object obtained from the phase information data and the magnification information of the objective lens used when the magnification phase information of the object is recorded. it means.

한편, 도 2c를 도 2a와 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)의 디지털 물체광 생성부(120)는 물체광 빛 특성 입력부(121); 물체 위상 정보 변환부(122); 및 디지털 정보 물체광 생성부(123)를 포함한다. 물체광 빛 특성 입력부(121)는 사용자가 원하는 물체광의 물리적 정보를 입력할 수 있는 물체광 정보 입력창을 표시부(미도시) 상에 제공한다. 그에 따라, 사용자는 디지털적으로 빛을 생성하는데 필요한 자신이 원하는 물체광의 빛의 파장 정보(Wavelength), 파수 정보(Wavenumber), 진폭 정보(Amplitude) 등을 포함한 물체광의 물리적 정보의 조건을 입력할 수 있다. 또한, 물체 위상 정보 변환부(122)는 도 2b에 도시된 물체 위상 입력부(110)의 물체 위상 정보 생성부(113)에 접속하여 획득된 물체 위상 정보를 실제 디지털 물체광을 생성할 수 있는 물체 위상 정보 데이터(data)로 변환한다. 여기서, 물체 위상 정보는 상기 물체 위상 정보 생성부(113)에서 생성된 대물렌즈를 사용하지 않은 물체 본연의 위상 정보를 의미하며, 물체 위상 정보 생성부(122)에서 변환된 물체 위상 정보 데이터는 물체광 빛 특성부(121)에서 사용자가 입력한 물리적 정보를 바탕으로 재가공된 것을 의미한다. 물체광 빛 특성 입력부(121)를 통해 입력된 물체광의 물리적 정보 및 물체 위상 정보 입력부(122)에 의해 변환된 물체 위상 정보 데이터는 디지털 물체광 및 정보 생성부(123)로 입력되고, 디지털 물체광 및 정보 생성부(123)는 입력된 물체광의 물리적 정보 및 변환된 물체 위상 정보 데이터에 기초하여 디지털 물체광 및 정보를 생성한다. 디지털 물체광 및 정보 생성부(123)에 의해 생성된 디지털 물체광 정보는 물체의 위치 정보(Object recorded position), 물체의 위상 정보(Object phase), 빛의 특성 정보(Light property)를 포함하고 있다. 이를 수식으로 나타내면 하기의 식 1과 같이 나타낼 수 있다.Meanwhile, referring to FIG. 2C together with FIG. 2A , the digital object light generation unit 120 of the apparatus 100 for generating positive-axis and off-axis digital holograms according to an embodiment of the present invention includes an object light characteristic input unit 121; an object phase information conversion unit 122; and a digital information object light generating unit 123 . The object light light characteristic input unit 121 provides an object light information input window on the display unit (not shown) in which the user can input the desired physical information of the object light. Accordingly, the user can input the conditions of the physical information of the object light, including wavelength information, wavenumber information, amplitude information, etc. have. In addition, the object phase information conversion unit 122 connects to the object phase information generation unit 113 of the object phase input unit 110 shown in FIG. 2B and converts the obtained object phase information into an object capable of generating an actual digital object light. It is converted into phase information data (data). Here, the object phase information means the original phase information of the object without using the objective lens generated by the object phase information generation unit 113 , and the object phase information data converted by the object phase information generation unit 122 is the object It means that it is reprocessed based on the physical information input by the user in the optical light characteristic unit 121 . The physical information of the object light input through the object light light characteristic input unit 121 and the object phase information data converted by the object phase information input unit 122 are input to the digital object light and information generation unit 123 , and the digital object light and the information generating unit 123 generates digital object light and information based on the input physical information of the object light and the converted object phase information data. The digital object light information generated by the digital object light and information generating unit 123 includes object position information (Object recorded position), object phase information (Object phase), and light property information (Light property). . This can be expressed as Equation 1 below.

식 1: U DO (x,y)= U L (x,y)U O (x,y)U OP (x,y)Equation 1: U DO (x,y)= U L (x,y) U O (x,y) U OP (x,y)

상기 식 1에서 U DO (x,y)는 디지털 물체광, U L (x,y)는 상기 물체광의 빛의 특성 정보, U O (x,y)는 변환된 물체의 위상 정보, U OP (x,y)는 물체의 위치정보를 나타낸다.In Equation 1 above, U DO (x,y) is digital object light, U L (x,y) is light characteristic information of the object light, U O (x,y) is phase information of the converted object, U OP ( x, y) represents the position information of the object.

또한, 도 2d를 도 2a와 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)의 디지털 기준광 생성부(130)는 기준광 빛 특성 입력부(131) 및 디지털 기준광 및 정보 생성부(132)를 포함한다. 기준광 빛 특성 입력부(131)는 사용자가 원하는 기준광의 물리적 정보를 입력할 수 있는 기준광 정보 입력창을 표시부(미도시) 상에 제공한다. 그에 따라, 사용자는 디지털적으로 빛을 생성하는데 필요한 자신이 원하는 기준광의 빛의 파장 정보(Wavelength), 파수 정보(Wavenumber), 진폭 정보(Amplitude) 등을 포함한 기준광의 물리적 정보의 조건을 입력할 수 있다. 기준광 빛 특성 입력부(131)를 통해 입력된 기준광의 물리적 정보는 디지털 기준광 및 정보 생성부(132)로 전송되고, 디지털 기준광 및 정보 생성부(132)는 입력된 기준광의 물리적 정보에 기초하여 디지털 기준광 및 정보를 생성한다.In addition, referring to FIG. 2D together with FIG. 2A , the digital reference light generation unit 130 of the positive-axis and off-axis digital hologram generation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a reference light light characteristic input unit 131 and a digital reference light and and an information generating unit 132 . The reference light light characteristic input unit 131 provides a reference light information input window on the display unit (not shown) in which the user can input the desired physical information of the reference light. Accordingly, the user can input the conditions of the physical information of the reference light, including wavelength information, wavenumber information, amplitude information, etc. of the light of the reference light required for digitally generating light. have. The physical information of the reference light input through the reference light light characteristic input unit 131 is transmitted to the digital reference light and information generation unit 132, and the digital reference light and information generation unit 132 is a digital reference light based on the physical information of the input reference light. and generating information.

상술한 바와 같은 도 2c에 도시된 디지털 물체광 및 정보 생성부(123)에서 생성된 디지털 물체광 정보 및 도 2d에 도시된 디지털 기준광 및 정보 생성부(132)에서 생성된 디지털 기준광 정보는 후술하는 도 2a 및 도 2e에 도시된 디지털 홀로그램 생성부(140)로 입력되어 디지털 홀로그램을 생성하는데 사용된다.As described above, the digital object light information generated by the digital object light and information generating unit 123 shown in FIG. 2C and the digital reference light information generated by the digital reference light and information generating unit 132 shown in FIG. 2D will be described later. It is input to the digital hologram generator 140 shown in FIGS. 2A and 2E and is used to generate a digital hologram.

좀 더 구체적으로, 도 2e를 도 2a 내지 도 2d와 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)의 디지털 홀로그램 생성부(140)는 홀로그램 특성 입력부(141), 디지털 물체광 정보 입력부(142), 디지털 기준광 정보 입력부(143), 및 홀로그램 생성부(144)를 포함한다.More specifically, referring to FIG. 2E together with FIGS. 2A to 2D , the digital hologram generating unit 140 of the positive-axis and off-axis digital hologram generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a hologram characteristic input unit 141 . ), a digital object light information input unit 142 , a digital reference light information input unit 143 , and a hologram generation unit 144 .

먼저, 도 2e에 도시된 홀로그램 특성 입력부(141)는 사용자가 원하는 홀로그램 특성 정보를 입력할 수 있는 홀로그램 특성 정보 입력창을 표시부(미도시) 상에 제공한다. 그에 따라, 사용자는 자신이 원하는 홀로그램의 해상도(Resolution), 비트 깊이(Bit-depth), 픽셀 크기(Pixel size) 등과 같은 디지털 홀로그램이 생성되어 기록될 이미지 센서(예를 들어, CMOS, CCD 등)(미도시)의 특성 파라미터(parameter), 및 간섭 모드 파라미터(parameter)를 포함한 디지털 홀로그램 특성 정보의 조건을 입력할 수 있다. 이 경우, 간섭 모드 파라미터(parameter)는 물체광과 기준광이 동일한 축으로 입사하는 정축(On-Axis) 방식과 물체광과 기준광이 서로 일정한 각도로 입사하는 탈축(Off-Axis) 간섭 모드를 제어하는 파라미터이다. 또한, 탈축 간섭 모드 중 특이한 경우에 속하는 간섭 모드인, 두 개의 빛이 공간 차이에 의해 간섭이 일어나는 공간 이동 탈축 간섭 모드를 제어하는 간섭 모드 파라미터가 추가적으로 사용될 수 있다. 보다 상세하게는, 정축 간섭 모드는 홀로그램을 복원하였을 때 DC 정보와 실상 및 허상 정보가 한 지점에서 나타나는 방식으로, 홀로그램으로 생성하였을 때 대체적으로 프린지 패턴(간섭무늬 패턴)이 나타난다. 반면에, 탈축 간섭 모드는 홀로그램을 복원하였을 때 DC 정보와 실상 및 허상 정보가 각각 분리되어 나타나는 방식으로, 홀로그램으로 생성하였을 때 대체적으로 라인 패턴(Line pattern)이 나타난다. 따라서, 사용자는 디지털 홀로그램 특성 정보의 조건의 입력 시, 상술한 바와 같은 2가지의 간섭 모드(정축 간섭 모드, 탈축 간섭 모드) 중 원하는 하나의 간섭 모드를 선택할 수 있다. 또한, 사용자는 2가지의 간섭 모드(정축 간섭 모드, 탈축 간섭 모드) 대신 공간 이동 탈축 방식을 추가적으로 선택할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)의 디지털 홀로그램 생성부(140)의 홀로그램 특성 입력부(141)에서는, 간섭 모드 파라미터로 2가지의 간섭 모드(정축 간섭 모드, 탈축 간섭 모드) 중 어느 하나 또는 3가지의 간섭 모드(정축 간섭 모드, 탈축 간섭 모드, 및 공간 이동 탈축 모드) 중 어느 하나를 선택하여 입력하는 것이 가능하다.First, the hologram characteristic input unit 141 shown in FIG. 2E provides a hologram characteristic information input window on the display unit (not shown) in which a user can input desired hologram characteristic information. Accordingly, the user desires an image sensor (eg, CMOS, CCD, etc.) to generate and record digital holograms such as resolution, bit-depth, and pixel size of the hologram desired by the user. A condition of digital hologram characteristic information including a characteristic parameter (not shown) and an interference mode parameter may be input. In this case, the interference mode parameter controls the on-axis method in which the object light and the reference light are incident on the same axis and the off-axis interference mode in which the object light and the reference light are incident at a constant angle. parameter. In addition, an interference mode parameter for controlling a spatially moving offaxial interference mode in which two lights are interfered by a spatial difference, which is an interference mode belonging to a specific case among offaxial interference modes, may be additionally used. More specifically, the axial interference mode is a method in which DC information and real image and virtual image information appear at one point when a hologram is reconstructed, and a fringe pattern (interference pattern pattern) appears generally when a hologram is generated. On the other hand, the off-axis interference mode is a method in which DC information and real image and virtual image information are displayed separately when a hologram is reconstructed, and a line pattern generally appears when a hologram is generated. Accordingly, when the condition of digital hologram characteristic information is input, the user can select a desired one of the two interference modes (a axial interference mode and an off-axis interference mode) as described above. In addition, the user can additionally select a spatial movement off-axis method instead of two interference modes (a axial interference mode and an off-axis interference mode). That is, in the hologram characteristic input unit 141 of the digital hologram generation unit 140 of the apparatus 100 for generating a positive axis and an off axis digital hologram according to an embodiment of the present invention, there are two interference modes (constant axis interference mode) as an interference mode parameter. .

한편, 디지털 홀로그램 생성부(140)의 디지털 물체광 정보 입력부(142)는 디지털 물체광 생성부(120)(구체적으로는, 디지털 물체광 및 정보 생성부(123))에 접속하여 가져 온 디지털 물체광 정보가 입력된다. 또한, 디지털 홀로그램 생성부(140)의 디지털 기준광 정보 입력부(143)는 디지털 기준광 생성부(130)(구체적으로는, 디지털 기준광 및 정보 생성부(132))에 접속하여 가져 온 디지털 기준광 정보가 입력된다. 그 후, 홀로그램 특성 입력부(141)에 입력된 홀로그램 특성 정보, 디지털 물체광 정보 입력부(142)에 입력된 디지털 물체광 정보, 및 디지털 기준광 정보 입력부(143)에 입력된 디지털 기준광 정보는 홀로그램 생성부(144)로 전송되고, 홀로그램 생성부(144)는 전송받은 홀로그램 특성 정보, 디지털 물체광 정보, 및 디지털 물체광 정보에 기초하여 디지털 홀로그램을 생성한다. 이를 수식으로 나타내면 하기 식 2와 같다.On the other hand, the digital object light information input unit 142 of the digital hologram generation unit 140 connects to the digital object light generation unit 120 (specifically, the digital object light and information generation unit 123) and brings the digital object. Optical information is input. In addition, the digital reference light information input unit 143 of the digital hologram generation unit 140 is connected to the digital reference light generation unit 130 (specifically, the digital reference light and information generation unit 132), and the digital reference light information obtained is input. do. Thereafter, the hologram characteristic information input to the hologram characteristic input unit 141, the digital object light information input to the digital object light information input unit 142, and the digital reference light information input to the digital reference light information input unit 143 are converted into a hologram generating unit 144, the hologram generator 144 generates a digital hologram based on the received hologram characteristic information, digital object light information, and digital object light information. If this is expressed as a formula, it is shown in Equation 2 below.

식 2: U H (x,y)= U DO (x,y)U RS (x,y)+U DR (x,y)U RS (x,y)U I (x,y)Equation 2: U H (x,y)= U DO (x,y) U RS (x,y)+ U DR (x,y) U RS (x,y) U I (x,y)

상기 식 2에서, U H (x,y)는 생성된 디지털 물체 홀로그램, U DO (x,y)는 디지털 물체광, U DR (x,y)은 디지털 기준광, U RS (x,y)는 사용자가 입력한 홀로그램을 기록할 때 사용되는 이미지 센서의 물리적인 정보인 특성 파라미터 정보, U I (x,y)는 사용자가 입력한 간섭 모드 파라미터 정보이다.In Equation 2, U H (x,y) is the generated digital object hologram, U DO (x,y) is digital object light, U DR (x,y) is digital reference light, U RS (x,y) is The characteristic parameter information, U I (x,y), which is physical information of the image sensor used to record the hologram input by the user, is interference mode parameter information input by the user.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)를 사용하면, 홀로그램의 생성이 요구되는 물체의 위상 정보를 가진 가상의 물체광 및 가상의 기준광을 디지털적으로 합성하여 파동 광학(wave optics) 기반의 디지털 홀로그램 생성이 가능해진다.As described above, by using the positive-axis and off-axis digital hologram generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, a virtual object light and a virtual reference light having phase information of an object for which generation of a hologram is required are digitally generated. It is possible to create a digital hologram based on wave optics.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)를 사용하여 획득된 홀로그램과 기존의 광학적으로 획득된 홀로그램의 차이점을 기술하기로 한다.Hereinafter, a difference between a hologram obtained using the positive-axis and off-axis digital hologram generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention and a conventional optically obtained hologram will be described.

도 2f는 USAF(구체적으로는, 1951 USAF resolution test chart) 타겟에 대한 기존의 광학적으로 획득된 홀로그램 및 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)를 사용하여 획득된 홀로그램에 대한 해상도의 차이를 보여주는 도면이고, 도 2g는 동일한 타겟(구체적으로는, 3단계의 상이한 두께를 갖는 계단(stair))에 대해 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)를 사용하여 3가지 간섭 모드(정축 간섭 모드, 탈축 간섭 모드, 및 공간 이동 탈축 모드)에 의해 획득된 홀로그램을 보여주는 도면이다.FIG. 2F shows a conventional optically acquired hologram for a USAF (specifically, a 1951 USAF resolution test chart) target and a hologram acquired using the positive-axis and off-axis digital hologram generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. It is a view showing the difference in resolution with respect to , and FIG. 2G is an apparatus for generating a normal axis and an off axis digital hologram according to an embodiment of the present invention for the same target (specifically, a stair having three different thicknesses) 100) is a diagram showing a hologram obtained by three interference modes (a axial interference mode, an off-axis mode, and a spatially shifted off-axis mode).

먼저, USAF 타겟에 대한 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)를 사용하여 획득된 홀로그램을 획득하기 위해 사용된 물체(즉, USAF 타겟) 위상 정보, 디지털 물체광 생성부(120)의 물체광 빛 특성 입력부(121)에서 사용된 물체광의 물리적 정보(즉, 물체광의 빛의 파장 정보(Wavelength), 파수 정보(Wavenumber), 진폭 정보(Amplitude) 등), 디지털 기준광 생성부(130)의 기준광 빛 특성 입력부(131)에서 사용된 기준광의 물리적 정보(즉, 기준광의 빛의 파장 정보(Wavelength), 파수 정보(Wavenumber), 진폭 정보(Amplitude) 등), 디지털 홀로그램 생성부(140)의 홀로그램 특성 입력부(141)에 사용자가 입력할 수 있는 홀로그램 특성 정보는 각각 간섭 모드 정보, 홀로그램 기록 거리 정보, 기록하는 이미지 센서 장치의 픽셀 크기(Pixel size), 기록하는 이미지 센서 장치의 비트 깊이(Bit depth), 기록하는 이미지 센서 장치의 해상도(Resolution) 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니라는 점에 유의하여야 한다.First, object (that is, USAF target) phase information used to obtain a hologram obtained by using the apparatus 100 for generating positive-axis and off-axis digital holograms according to an embodiment of the present invention for a USAF target (that is, USAF target) phase information, and digital object light generation Physical information of the object light used in the object light light characteristic input unit 121 of the unit 120 (ie, wavelength information of the object light, wavenumber information, amplitude information, etc.), digital reference light generation Physical information of the reference light used in the reference light light characteristic input unit 131 of the unit 130 (ie, wavelength information of the reference light, wavenumber information, amplitude information, etc.), digital hologram generator The hologram characteristic information that the user can input into the hologram characteristic input unit 141 of 140 is interference mode information, hologram recording distance information, pixel size of the recording image sensor device, and the recording image sensor device, respectively. It should be noted that it may include, but is not limited to, a bit depth, a resolution of a recording image sensor device, and the like.

또한, 기존의 광학적으로 획득된 홀로그램을 획득하는데 사용된 장치 및/또는 정보는 레이저(광원), 대물렌즈, 광 분할기, 광학 거울, 이미지 센서, 시준기 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니라는 점에 유의하여야 한다.Further, the device and/or information used to acquire the conventional optically acquired hologram may include, but is not limited to, a laser (light source), an objective lens, a light splitter, an optical mirror, an image sensor, a collimator, and the like. point should be noted.

도 2f에 도시된 바와 같이, 기존의 광학적으로 획득된 홀로그램의 해상도에 비해 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)를 사용하여 획득된 홀로그램의 해상도가 명확히 개선되었음을 시각적으로 확인할 수 있다.As shown in FIG. 2F, the resolution of the hologram obtained by using the positive-axis and off-axis digital hologram generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is clearly improved compared to the resolution of the conventional optically obtained hologram. can be checked with

또한, 도 2g로부터 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)를 사용하여 3가지 간섭 모드(정축 간섭 모드, 탈축 간섭 모드, 및 공간 이동 탈축 모드)에 의해 획득된 홀로그램들은 각각 서로 다른 차이 또는 특징을 갖는 것임을 확인할 수 있다. 여기서, 정축 간섭 모드는 물체광과 기준광의 경로가 공간적으로 평행하고 일치하는 경우로서, 원형의 프린지 패턴(Fringe pattern)의 간섭무늬가 생성되며 물체광과 기준광의 곡률(Curvature) 정도에 따라 간섭무늬 간격이 결정된다. 탈축 간섭 모드는 물체광과 기준광의 경로가 공간적으로 기울어진 각(Tilt Angle)이 존재하는 경우로서, 직선 모양의 간섭무늬가 생성되며 기울어진 각도에 따라 간섭무늬 간격이 결정된다. 공간이동 탈축 모드는 물체광과 기준광이 서로 평행하게 진행하지만 동일한 경로로 진행하지 않는 경우로서, 직선 모양의 간섭무늬가 생성되며, 물체광과 기준광의 경로차에 따라 간섭무늬의 간격이 결정된다.In addition, from FIG. 2G, a hologram obtained by three interference modes (a axial interference mode, an off-axis interference mode, and a space shift off-axis mode) using the apparatus 100 for generating positive and off-axis digital holograms according to an embodiment of the present invention. It can be confirmed that each of them has different differences or characteristics. Here, the axial interference mode is a case in which the paths of the object light and the reference light are spatially parallel and coincide, and a circular fringe pattern interference pattern is generated, and the interference pattern depends on the degree of curvature between the object light and the reference light. spacing is determined. The off-axis interference mode is a case in which the path of the object light and the reference light has a spatially tilted angle, and a linear interference fringe is generated, and the interferogram interval is determined according to the tilted angle. In the spatial shift off-axis mode, the object light and the reference light travel parallel to each other but do not travel in the same path, and a linear interference fringe is generated.

도 2h는 동일한 타겟에 대해 기존의 광학적으로 획득된 홀로그램 및 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치를 사용하여 획득된 홀로그램을 보여주는 도면이다.FIG. 2H is a view showing a conventional optically acquired hologram for the same target and a hologram acquired using an apparatus for generating positive-axis and off-axis digital holograms according to an embodiment of the present invention.

도 2h에 도시된 바와 같이, 기존의 광학적으로 획득된 홀로그램의 해상도에 비해 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)를 사용하여 획득된 홀로그램이 동일함을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 종래 기술의 복잡하고 고가인 광학장치를 사용하지 않고도 광학적으로 획득한 실제 홀로그램과 동일한 홀로그램의 생성이 가능하다.As shown in FIG. 2H , it can be confirmed that the holograms obtained using the positive-axis and off-axis digital hologram generating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention are the same as compared to the resolution of the conventional optically obtained hologram. . Accordingly, in the present invention, it is possible to generate a hologram identical to an optically acquired real hologram without using a complicated and expensive optical device of the prior art.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 홀로그램 생성 방법의 플로우차트이다.3 is a flowchart of a digital hologram generating method according to an embodiment of the present invention.

도 3을 도 2a 내지 도 2f와 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 방법(300)은 a) 저장 장치(미도시) 내에 저장된 물체의 위상 파일에 접속하여 상기 물체의 위상 파일로부터 물체 위상 정보를 생성하는 단계(310); b) 사용자에 의해 입력된 물체광의 물리적 정보, 및 상기 물체 위상 정보로부터 디지털 물체광을 생성할 수 있는 물체 위상 정보 데이터(data)로 변환된 물체 위상 정보 데이터에 기초하여 디지털 물체광 및 정보를 생성하는 단계(320); c) 상기 사용자에 의해 입력된 기준광의 물리적 정보에 기초하여 디지털 기준광 및 정보를 생성하는 단계(330); 및 d) 상기 사용자에 의해 입력된 홀로그램 특성 정보, 상기 생성된 디지털 물체광 정보, 및 상기 생성된 디지털 기준광 정보에 기초하여 디지털 홀로그램을 생성하는 단계(340)를 포함한다.Referring to FIG. 3 together with FIGS. 2A to 2F , the method 300 for generating a positive-axis and off-axis digital hologram according to an embodiment of the present invention a) connects to a phase file of an object stored in a storage device (not shown), generating (310) object phase information from the phase file of the object; b) Generating digital object light and information based on physical information of object light input by a user and object phase information data converted from the object phase information into object phase information data capable of generating digital object light step 320; c) generating (330) a digital reference light and information based on the physical information of the reference light input by the user; and d) generating a digital hologram based on the hologram characteristic information input by the user, the generated digital object light information, and the generated digital reference light information ( 340 ).

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 방법(300)에서, 상기 a) 단계는 a1) 물체 위상 파일 위치 선택부(111)에서 상기 저장 장치(미도시)에 저장된 상기 물체의 위상 파일을 선택하여 물체 위상 파일 변환부(112)로 전송하는 단계; a2) 상기 물체 위상 파일 변환부(112)에서 상기 물체의 위상 파일을 물체 위상 정보 생성부(113)에서 사용할 수 있는 형태의 위상 정보 데이터(data)로 변환하여, 상기 물체 위상 정보 생성부(113)로 전송하는 단계; 및 a3) 상기 물체 위상 정보 생성부(113)에서 상기 물체 위상 정보를 생성하는 단계를 포함한다.In the method 300 for generating a positive-axis and off-axis digital hologram according to an embodiment of the present invention described above, step a) is a1) selecting the phase file of the object stored in the storage device (not shown) in the object phase file location selection unit 111 and transmitting the selected phase file to the object phase file conversion unit 112; a2) The object phase file conversion unit 112 converts the phase file of the object into phase information data that can be used by the object phase information generation unit 113, and the object phase information generation unit 113 ) to transmit; and a3) generating the object phase information in the object phase information generating unit 113 .

또한, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 방법(300)에서, 상기 b) 단계는 b1) 물체광 빛 특성 입력부(121)에서 상기 물체광 정보를 입력하고, 물체 위상 정보 변환부(122)에서 획득된 상기 물체 위상 정보를 상기 디지털 물체광을 생성할 수 있는 물체 위상 정보 데이터(data)로 변환하는 단계; b2) 상기 입력된 물체광의 물리적 정보 및 상기 변환된 물체 위상 정보 데이터를 디지털 물체광 및 정보 생성부(123)로 입력하는 단계; 및 b3) 상기 디지털 물체광 및 정보 생성부(123)에서 상기 입력된 물체광의 물리적 정보 및 변환된 물체 위상 정보 데이터에 기초하여 상기 디지털 물체광 및 정보를 생성하는 단계를 포함한다.In addition, in the method 300 for generating a positive axis and an off axis digital hologram according to an embodiment of the present invention, the step b) is b1) The object light information is input in the object light light characteristic input unit 121, and the object phase information obtained by the object phase information conversion unit 122 is converted into object phase information data capable of generating the digital object light. converting; b2) inputting the input physical information of the object light and the converted object phase information data to the digital object light and information generating unit 123; and b3) generating the digital object light and information by the digital object light and information generating unit 123 based on the input physical information of the object light and the converted object phase information data.

또한, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 방법(300)에서, 상기 c) 단계는 c1) 기준광 빛 특성 입력부(131)에 상기 사용자가 원하는 기준광의 물리적 정보를 입력하는 단계; 및 c2) 디지털 기준광 및 정보 생성부(132)에서 상기 기준광 빛 특성 입력부(131)로부터 상기 기준광의 물리적 정보를 전송받아 상기 기준광의 물리적 정보에 기초하여 디지털 기준광 및 정보를 생성하는 단계를 포함한다.In addition, in the method 300 for generating a positive-axis and off-axis digital hologram according to an embodiment of the present invention, the step c) includes c1) inputting physical information of the reference light desired by the user into the reference light light characteristic input unit 131 . ; and c2) the digital reference light and information generating unit 132 receives the physical information of the reference light from the reference light light characteristic input unit 131 and generates digital reference light and information based on the physical information of the reference light.

또한, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 방법(300)에서, 상기 디지털 물체광은 U DO (x,y)= U L (x,y)U O (x,y)U OP (x,y)으로 표시되고, 여기서 U DO (x,y)는 상기 디지털 물체광, U L (x,y)는 상기 물체광의 빛의 특성 정보, U O (x,y)는 변환된 상기 물체의 위상 정보, U OP (x,y)는 상기 물체의 위치정보를 나타낸다.In addition, in the method 300 for generating a positive-axis and off-axis digital hologram according to an embodiment of the present invention, the digital object light is U DO (x,y)= U L (x,y) U O (x,y) It is expressed as U OP (x,y), where U DO (x, y) is the digital object light, U L (x, y) is the light characteristic information of the object light, and U O (x, y) is the conversion The phase information of the object, U OP (x,y), indicates the position information of the object.

또한, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 방법(300)에서, 상기 물체광의 물리적 정보는 디지털적으로 빛을 생성하는데 필요한 상기 물체광의 빛의 파장 정보(Wavelength), 파수 정보(Wavenumber), 및 진폭 정보(Amplitude)를 포함하고, 상기 기준광의 물리적 정보는 디지털적으로 빛을 생성하는데 필요한 상기 기준광의 빛의 파장 정보(Wavelength), 파수 정보(Wavenumber), 및 진폭 정보(Amplitude)를 포함하며, 상기 홀로그램 특성 정보는 상기 디지털 홀로그램이 생성되어 기록될 이미지 센서의 특성 파라미터(parameter), 및 간섭 모드 파라미터(parameter)이다. 여기서, 상기 이미지 센서의 특성 파라미터는 해상도(Resolution), 비트 깊이(Bit-depth), 및 픽셀 크기(Pixel size)를 포함하고, 상기 간섭 모드 파라미터는 정축 간섭 모드, 탈축 간섭 모드, 및 공간 이동 탈축 간섭 모드 중 어느 하나이다.In addition, in the method 300 for generating a positive-axis and off-axis digital hologram according to an embodiment of the present invention, the physical information of the object light includes wavelength information and wavenumber information of the object light required to digitally generate light. (Wavenumber) and amplitude information (Amplitude), wherein the physical information of the reference light is wavelength information (Wavelength) of the reference light required to digitally generate light, wavenumber information (Wavenumber), and amplitude information (Amplitude) ), wherein the hologram characteristic information is a characteristic parameter of an image sensor in which the digital hologram is to be generated and recorded, and an interference mode parameter. Here, the characteristic parameter of the image sensor includes a resolution, a bit-depth, and a pixel size, and the interference mode parameter is an axial interference mode, an off-axis interference mode, and a spatial shift off-axis. any of the interference modes.

또한, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 방법(300)에서, 상기 d) 단계는 d1) 홀로그램 특성 입력부(141)에 사용자가 원하는 상기 홀로그램 특성 정보를 입력하는 단계; d2) 디지털 물체광 정보 입력부(142)에 상기 디지털 물체광 정보를 입력하는 단계; d3) 디지털 기준광 정보 입력부(143)에 상기 디지털 기준광 정보를 입력하는 단계; d4) 상기 홀로그램 특성 정보, 상기 디지털 물체광 정보, 및 상기 디지털 기준광 정보를 홀로그램 생성부(144)로 전송하는 단계; 및 d5) 상기 홀로그램 생성부(144)에서 상기 홀로그램 특성 정보, 상기 디지털 물체광 정보, 및 상기 디지털 기준광 정보에 기초하여 상기 디지털 홀로그램을 생성하는 단계를 포함한다.In addition, in the method 300 for generating positive and negative axial digital holograms according to an embodiment of the present invention, step d) includes: d1) inputting the hologram characteristic information desired by the user into the hologram characteristic input unit 141; d2) inputting the digital object light information into the digital object light information input unit 142; d3) inputting the digital reference light information to the digital reference light information input unit 143; d4) transmitting the hologram characteristic information, the digital object light information, and the digital reference light information to the hologram generating unit 144; and d5) generating the digital hologram by the hologram generating unit 144 based on the hologram characteristic information, the digital object light information, and the digital reference light information.

또한, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 방법(300)에서, 상기 생성된 디지털 홀로그램은 U H (x,y)= U DO (x,y)U RS (x,y)+U DR (x,y)U RS (x,y)U I (x,y)로 표시되고, 여기서 U H (x,y)는 상기 생성된 디지털 물체 홀로그램, U DO (x,y)는 상기 디지털 물체광, U DR (x,y)은 상기 디지털 기준광, U RS (x,y)는 사용자가 입력한 홀로그램을 기록할 때 사용되는 이미지 센서의 물리적인 정보인 특성 파라미터 정보, U I (x,y)는 사용자가 입력한 간섭 모드 파라미터 정보이다.In addition, in the method 300 for generating positive-axis and off-axis digital holograms according to an embodiment of the present invention, the generated digital hologram is U H (x, y) = U DO (x, y) U RS (x, y) )+ U DR (x,y) U RS (x,y) U I (x,y), where U H (x,y) is the generated digital object hologram, U DO (x,y) is the digital object light, U DR (x,y) is the digital reference light, U RS (x,y) is the characteristic parameter information that is physical information of the image sensor used to record the hologram input by the user, U I (x,y) is interference mode parameter information input by the user.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발명에 따른 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100 및 방법(300)을 사용하면, 홀로그램의 생성이 요구되는 물체의 위상 정보를 가진 가상의 물체광 및 가상의 기준광을 디지털적으로 합성하여 파동 광학(wave optics) 기반의 디지털 홀로그램의 생성이 가능하다. 구체적으로, 본 발명에서는 다음과 같은 효과가 달성될 수 있다.As described above, when the positive and/or off-axis digital hologram generating apparatus 100 and the method 300 according to the present invention are used, a virtual object light and a virtual reference light having phase information of an object for which generation of a hologram is required It is possible to create a digital hologram based on wave optics by digitally synthesizing the .

1. 복잡하고 고가인 광학장치를 사용하지 않고도 홀로그램의 복원이 가능하다,1. It is possible to restore holograms without using complex and expensive optical devices.

2. 광학적으로 획득한 실제 홀로그램과 동일한 홀로그램의 생성이 가능하다. 구체적으로, 동일한 물체를 기록한 광학적으로 획득한 홀로그램과 시뮬레이션을 이용하여 생성된 홀로그램을 동일한 조건으로 물체의 3차원 정보를 복원하면 동일한 결과가 나오는 것을 확인할 수 있다(도 2h 참조).2. It is possible to create a hologram identical to an optically acquired real hologram. Specifically, it can be confirmed that the same result is obtained when the three-dimensional information of the object is restored under the same conditions using the optically acquired hologram recording the same object and the hologram generated using simulation (see FIG. 2H ).

3. 홀로그램 생성 시간이 단축된다. 구체적으로, 상술한 CGH의 일반적인 기존 방법에 따른 1024*1024 해상도의 홀로그램을 생성할 때 63617.10초가 소요되고, Seung-Cheol, Kim et.al의 CGH 논문에서 제안하는 방법에 따르면 동일한 해상도의 홀로그램을 생성할 때 2673.86초가 소요된다. 반면에, 본 발명의 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)를 사용하는 경우, 1 포인트당 계산속도가 0.92마이크로초(s)이고, 이를 바탕으로 동일한 조건의 해상도(즉, 1024*1024 해상도)의 홀로그램을 생성할 때 0.966초가 소요된다.3. The hologram generation time is shortened. Specifically, it takes 63617.10 seconds to generate a hologram with 1024*1024 resolution according to the general existing method of CGH described above, and according to the method proposed in the CGH thesis of Seung-Cheol and Kim et. It takes 2673.86 seconds. On the other hand, in the case of using the positive-axis and off-axis digital hologram generating apparatus 100 of the present invention, the calculation speed per point is 0.92 microseconds (s), and based on this, the resolution under the same conditions (ie, 1024*1024 resolution) It takes 0.966 seconds to generate a hologram of

5. 컴퓨터의 고용량 메모리 사용의 문제점을 해결할 수 있다. 구체적으로, CGH의 일반적인 기존 방법에 따르면 1024*1024 해상도의 홀로그램을 생성할 때 소요되는 메모리는 6GB이고, Seung-Cheol, Kim et.al의 CGH 논문에서 제안하는 방법에 따르면 상기 조건과 동일한 해상도의 홀로그램을 생성할 때 소요되는 메모리는 12KB이다. 반면에, 본 발명의 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치(100)를 사용하는 경우, 상기 조건과 동일한 해상도의 홀로그램을 생성할 때 소요되는 메모리는 6KB이다.5. It can solve the problem of using high-capacity memory of the computer. Specifically, according to the general existing method of CGH, the memory required to generate a hologram with 1024*1024 resolution is 6GB, and according to the method proposed in the CGH paper of Seung-Cheol and Kim et.al, The memory required to create a hologram is 12KB. On the other hand, in the case of using the apparatus 100 for generating a positive-axis and off-axis digital hologram of the present invention, the memory required to generate a hologram having the same resolution as the above conditions is 6 KB.

6. 홀로그램을 이용한 연구 및/또는 실험 진행 시 사전에 홀로그램 생성을 위한 시뮬레이션을 이용하여 연구 및/또는 실험의 실패 유무 판단 또는 최종 결과의 예측과 같은 사전 가능성 테스트(pre-feasibility test)의 수행이 가능하므로 불필요한 반복 연구 및/또는 실험 수행에 따른 시간 및 인력 낭비를 현저하게 감소시킬 수 있다.6. When conducting research and/or experiments using holograms, pre-feasibility tests such as judging the failure of research and/or experiments or prediction of final results by using simulations for generating holograms in advance Therefore, it is possible to significantly reduce the waste of time and manpower due to unnecessary repetitive studies and/or conducting experiments.

7. 홀로그램 전문 인력 양성 교육 및 학생들의 교육에 대한 높은 활용성을 기대할 수 있다.7. High utility for hologram professional training and education of students can be expected.

다양한 변형예가 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 명세서에 기술되고 예시된 구성 및 방법으로 만들어질 수 있으므로, 상기 상세한 설명에 포함되거나 첨부 도면에 도시된 모든 사항은 예시적인 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술한 예시적인 실시예에 의해 제한되지 않으며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정해져야 한다.Since various modifications may be made in the constructions and methods described and illustrated herein without departing from the scope of the invention, it is intended that all matter contained in the above detailed description or shown in the accompanying drawings be illustrative and not intended to limit the invention. it is not Accordingly, the scope of the present invention is not limited by the above-described exemplary embodiments, and should be defined only in accordance with the following claims and their equivalents.

100: 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치 110: 물체 위상 생성부
111: 위상 파일 위치 선택부 112: 물체 위상 파일 변환부
113: 물체 위상 정보 생성부 120: 디지털 물체광 생성부
121: 물체광 빛 특성 입력부 122: 물체 위상 정보 변환부
123: 디지털 정보 물체광 생성부 130: 디지털 기준광 생성부
131: 기준광 빛 특성 입력부 132: 디지털 기준광 및 정보 생성부
140: 디지털 홀로그램 생성부 141: 홀로그램 특성 입력부
142: 디지털 물체광 정보 입력부 143: 디지털 기준광 정보 입력부
144; 홀로그램 생성부 150: 제어부 160: 전원부100: positive axis and off axis digital hologram generating device 110: object phase generating unit
111: phase file position selection unit 112: object phase file conversion unit
113: object phase information generation unit 120: digital object light generation unit
121: object light light characteristic input unit 122: object phase information conversion unit
123: digital information object light generating unit 130: digital reference light generating unit
131: reference light light characteristic input unit 132: digital reference light and information generating unit
140: digital hologram generating unit 141: hologram characteristic input unit
142: digital object light information input unit 143: digital reference light information input unit
144; Hologram generating unit 150: control unit 160: power unit

Claims (1)

정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치에 있어서,
저장 장치 내에 저장된 물체의 위상 파일에 접속하여 상기 물체의 위상 파일로부터 물체 위상 정보를 생성하는 물체 위상 생성부;
사용자에 의해 입력된 물체광의 빛 특성 및 상기 물체 위상 생성부에서 생성된 상기 물체 위상 정보를 기초로 디지털 물체광 정보를 생성하는 디지털 물체광 생성부;
상기 사용자에 의해 입력된 기준광의 빛 특성을 기초로 디지털 기준광 정보를 생성하는 디지털 기준광 생성부; 및
상기 사용자에 의해 입력된 홀로그램 특성 정보, 상기 디지털 물체광 생성부로부터 생성된 상기 디지털 물체광 정보, 및 상기 디지털 기준광 생성부로부터 생성된 상기 디지털 기준광 정보를 기초로 디지털 홀로그램을 생성하는 디지털 홀로그램 생성부;를 포함하는 정축 및 탈축 디지털 홀로그램 생성 장치.An apparatus for generating positive and/or offaxial digital holograms, the apparatus comprising:
an object phase generator that accesses a phase file of an object stored in a storage device and generates object phase information from the phase file of the object;
a digital object light generator configured to generate digital object light information based on light characteristics of the object light input by a user and the object phase information generated by the object phase generator;
a digital reference light generation unit generating digital reference light information based on the light characteristics of the reference light input by the user; and
A digital hologram generating unit generating a digital hologram based on the hologram characteristic information input by the user, the digital object light information generated by the digital object light generating unit, and the digital reference light information generated by the digital reference light generating unit ; Positive axis and off axis digital hologram generating device, including.
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Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0154178B1 (en) 1993-10-15 1998-11-02 기타오카 다카시 Method and apparatus for surface treatment by electrical discharge
KR100808540B1 (en) * 2006-06-14 2008-02-29 한국과학기술연구원 A method of phase information extraction at digital hologram
KR20120118621A (en) * 2011-04-19 2012-10-29 전자부품연구원 Hologram recording device and hologram display
KR101308011B1 (en) 2011-04-19 2013-09-12 전자부품연구원 fast holographic fringe pattern generation
KR101379327B1 (en) 2012-02-28 2014-04-14 주식회사 울프슨랩 Generating Method and System for Digital Hologram, Authoring Method and System for Digital Hologram and Computer-readable Recording Medium for the same
KR101412053B1 (en) 2011-06-13 2014-06-26 광운대학교 산학협력단 Apparatus and method for generating hologram
KR101421984B1 (en) 2012-10-16 2014-07-28 목포해양대학교 산학협력단 A Fast Generation Method of Digital Hologram Using Depth Difference Temporal Filtering
KR101489356B1 (en) 2012-12-20 2015-02-03 (주)컨텐츠삼점영 System for providing digital hologram contents through the communication network
KR101499804B1 (en) 2013-04-18 2015-03-09 광운대학교 산학협력단 A High-Speed Generation Device of Digital holographic Contents based on GPGPU
KR101573362B1 (en) 2014-03-04 2015-12-02 전자부품연구원 Fast and Flexible Digital Hologram Generation Method and Apparatus
KR101839368B1 (en) * 2016-08-29 2018-03-16 주식회사 내일해 An On-Axis and Off-Axis Digital Hologram Generating Device and Method
KR102108001B1 (en) 2013-06-13 2020-05-07 인포뱅크 주식회사 Recording Medium, Device and Method for Processing Parking Fee by Using Message

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0154178B1 (en) 1993-10-15 1998-11-02 기타오카 다카시 Method and apparatus for surface treatment by electrical discharge
KR100808540B1 (en) * 2006-06-14 2008-02-29 한국과학기술연구원 A method of phase information extraction at digital hologram
KR20120118621A (en) * 2011-04-19 2012-10-29 전자부품연구원 Hologram recording device and hologram display
KR101308011B1 (en) 2011-04-19 2013-09-12 전자부품연구원 fast holographic fringe pattern generation
KR101412053B1 (en) 2011-06-13 2014-06-26 광운대학교 산학협력단 Apparatus and method for generating hologram
KR101379327B1 (en) 2012-02-28 2014-04-14 주식회사 울프슨랩 Generating Method and System for Digital Hologram, Authoring Method and System for Digital Hologram and Computer-readable Recording Medium for the same
KR101421984B1 (en) 2012-10-16 2014-07-28 목포해양대학교 산학협력단 A Fast Generation Method of Digital Hologram Using Depth Difference Temporal Filtering
KR101489356B1 (en) 2012-12-20 2015-02-03 (주)컨텐츠삼점영 System for providing digital hologram contents through the communication network
KR101499804B1 (en) 2013-04-18 2015-03-09 광운대학교 산학협력단 A High-Speed Generation Device of Digital holographic Contents based on GPGPU
KR102108001B1 (en) 2013-06-13 2020-05-07 인포뱅크 주식회사 Recording Medium, Device and Method for Processing Parking Fee by Using Message
KR101573362B1 (en) 2014-03-04 2015-12-02 전자부품연구원 Fast and Flexible Digital Hologram Generation Method and Apparatus
KR101839368B1 (en) * 2016-08-29 2018-03-16 주식회사 내일해 An On-Axis and Off-Axis Digital Hologram Generating Device and Method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Accelerated one-step generation of full-color holographic videos using a color-tunable novel-look-up-table method for holographic three-dimensional television broadcasting, Seung-Cheol, Kim et.al. Scientific Reports, September 2015

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