KR20240008116A - 합성 개구 복소 진폭 측정기술을 이용한 홀로그램 영상의 평가 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

합성 개구 복소 진폭 측정기술을 이용한 홀로그램 영상의 평가 장치 및 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 기 설정된 파장 대역의 레이저 광을 제공하는 광원과 상기 레이저 광을 면광원 형태로 변환하여 제공하는 광학계와 상기 광학계에서 변환된 면광원 형태의 레이저 광을 상기 홀로그래픽 데이터에 대응하는 형태로 회절시켜 홀로그램 영상 신호를 생성하여 기 설정된 제1 초점면에 제공하는 홀로그램 생성기와 상기 홀로그램 생성기에서 출력되는 홀로그램 영상 신호를 제2 초점면에 제공하는 렌즈와 상기 제2 초점면을 중심으로 기 설정된 측정 위치에 재생되는 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 센싱하는 위상 측정센서 및 상기 위상 측정센서에서 센싱된 센싱값으로부터 홀로그램 영상을 복원하며, 복원한 홀로그램 영상의 해상도, 균일도, 시야각 또는 영상면 왜곡 상태를 포함한 평가항목을 평가하는 영상 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치를 제공한다.

Description

합성 개구 복소 진폭 측정기술을 이용한 홀로그램 영상의 평가 장치 및 방법{Apparatus and Method for Evaluating Hologram Image Using Measurement Technology of Synthetic Aperture Complex Amplitude}
본 발명은 합성 개구 복소 진폭 측정기술을 이용하여 재생되고 있는 홀로그램 영상의 화질을 평가하기 위한 홀로그램 영상의 평가 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 3차원(Three Dimension, 3D) 영상과 영상 재생 기술에 대한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 3차원 영상 관련 미디어는 시각 정보의 수준을 한 차원 더 높여주는 새로운 개념의 실감 영상 미디어로서 차세대 영상장치를 주도할 것으로 예상된다. 기존의 2차원 영상 시스템은 평면 영상을 제공하지만 3차원 영상 시스템은 물체가 가지고 있는 실제 이미지 정보를 관찰자에게 보여주는 관점에서 궁극적인 영상 구현 기술이라고 할 수 있다.
3차원 입체 영상을 재생하기 위한 방법으로는 크게, 스테레오스코피(stereoscopy), 홀로그래피(holography) 및 집적 영상(integral imaging) 등의 방법들이 연구 개발되고 있다. 이 중에서 홀로그래피 방식은 빛의 진폭과 위상을 제어하여 공중에 영상이 맺히도록 하여 자연스러운 3차원 영상을 구현할 수 있다.
홀로그램은 관찰자로 하여금 안경 등의 별도 장비 없이 마치 실제 물체가 존재하는 것과 같은 자연스러운 입체감을 제공하는 3차원 영상 기술이다. 디지털 기술의 발달과 더불어 디지털 홀로그램 기술이 급속도로 발전하고 있다. 특히, 물체에서 발생하는 광파를 수치적으로 계산하여 홀로그램을 생성하는 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH: Computer Generated Hologram) 기술이 활발히 연구되고 있다. CGH의 가장 큰 장점은 가상의 모델에 대한 홀로그램을 생성할 수 있다는 것이다. CGH는 아날로그 홀로그램과 달리 디지털 디스플레이 기기인 공간 광 변조기(SLM: Spatial Light Modulator)에 의해 광학적으로 재생될 수 있다.
현재 홀로그래피는 동화상 촬영을 위한 펄스 홀로그래피, 넓은 공간광경의 표시와 광 시역각을 가능하게 하는 스테레오 홀로그램, 대량 생산이 가능한 엠보스 홀로그램, 자연색을 표시하는 천연색 홀로그램, 디지털 장비를 이용한 디지털 홀로그래피, 그리고 전자적인 홀로그램의 표시를 위한 전자 홀로그래피 등 여러 가지 기술이 개발되어 있고, 그 응용도 영상, 광학소자, 계측, 보안, 정보처리 등으로 다양화되어 물리 및 광학분야는 물론, 우주항공, 기계, 의료, 생물학, 전자, 통신 등 많은 과학기술 및 산업, 교육분야에서 이용되고 있다.
일반적으로 인간은 대상 물체에서 반사되어 나오는 빛을 봄으로써 보고자 하는 대상 물체의 3차원 형태를 인지하게 된다. 홀로그래피 방식은 파면 복원 방식을 사용함으로써 실제 대상 물체의 형상을 재현한다는 기본 원리를 가지고 있다. 현재 이의 실현을 위하여 여러 대학이나 연구소 등에서 활발한 연구가 진행 중이다. 그러나 SLM 등의 홀로그램 생성 소자를 통해 표현되는 3D 영상 및 홀로그램 영상의 화질을 평가할 수 있는 항목을 정량화하는 연구는 아직 진행이 되지 않고 있으며, 또한 홀로그램 영상의 평가 기술에 대한 체계적인 연구 또한 없는 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 홀로그램 생성 소자에 의해 재현되는 3차원 영상 및 홀로그램 영상의 화질을 공간 위상측정을 이용하여 평가하기 위한 홀로그램 영상의 평가 장치 및 방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 기 설정된 파장 대역의 레이저 광을 제공하는 광원과 상기 레이저 광을 면광원 형태로 변환하여 제공하는 광학계와 3차원 정보 또는 홀로그래픽 신호로부터 홀로그래픽 데이터를 생성하고, 상기 면광원 형태의 레이저 광을 상기 홀로그래픽 데이터에 대응하는 형태로 회절시켜 홀로그램 영상 신호를 생성하여 기 설정된 제1 초점면에 제공하는 홀로그램 생성기와 상기 홀로그램 영상 신호에서 광학적 노이즈 성분을 제거하여 상기 홀로그램 영상 신호를 기설정된 제2 초점면에 제공하는 공간 필터와 상기 공간 필터의 전면 방향에 상기 제1 초점면에 위치하고, 상기 홀로그램 영상 신호의 광 경로를 상기 공간 필터로 집속시키는 제1 렌즈와 상기 공간 필터의 후면에 설치되어 상기 공간 필터에 집속된 상기 홀로그램 영상 신호의 광 경로를 상기 제2 초점면으로 확산시키는 제2 렌즈와 상기 제2 초점면을 중심으로 기 설정된 측정 위치에 재생되는 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 센싱하는 위상 측정센서 및 상기 위상 측정센서에서 센싱된 센싱값으로부터 홀로그램 영상을 복원하며, 복원한 홀로그램 영상의 해상도, 균일도, 시야각 또는 영상면 왜곡 상태를 포함한 평가항목을 평가하는 영상 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 광학계는 상기 광원에서 조사된 레이저 광의 빔 폭을 조정하는 확장기와 상기 확장기를 거쳐 입사되는 광을 시준하는 시준기 및 상기 시준기를 통과한 레이저 광은 홀로그램 생성기(130)로 반사시키고, 상기 홀로그램 생성기에서 출력되는 레이저 광은 상기 제1 렌즈로 통과시키는 빔 스플리터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 확장기는 광 경로 상에서 레이저 광을 상기 시준기 이전에 포커싱함으로써, 상기 확장기와 상기 시준기 간 간격에 따라 레이저 광의 빔 폭을 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 위상 측정센서는 지그 및 지지부와 연결되며, 상기 제2 초점면의 전면적에서의 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 위상 측정센서는 상기 제2 초점면의 각 지점에서 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 위상 측정센서는 상기 제2 초점면의 각 지점에서 홀로그램 영상 신호의 기 설정된 각도에 대한 위상 성분을 측정함으로써 위상을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 기 설정된 파장 대역의 레이저 광을 제공하는 광원과 상기 레이저 광을 면광원 형태로 변환하여 제공하는 광학계와 상기 광학계에서 변환된 면광원 형태의 레이저 광을 상기 홀로그래픽 데이터에 대응하는 형태로 회절시켜 홀로그램 영상 신호를 생성하여 기 설정된 제1 초점면에 제공하는 홀로그램 생성기와 상기 홀로그램 생성기에서 출력되는 홀로그램 영상 신호를 제2 초점면에 제공하는 렌즈와 상기 제2 초점면을 중심으로 기 설정된 측정 위치에 재생되는 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 센싱하는 위상 측정센서 및 상기 위상 측정센서에서 센싱된 센싱값으로부터 홀로그램 영상을 복원하며, 복원한 홀로그램 영상의 해상도, 균일도, 시야각 또는 영상면 왜곡 상태를 포함한 평가항목을 평가하는 영상 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 광학계는 상기 광원에서 조사된 레이저 광의 빔 폭을 조정하는 확장기와 상기 확장기를 거쳐 입사되는 광을 시준하는 시준기 및 상기 시준기를 통과한 레이저 광은 홀로그램 생성기(130)로 반사시키고, 상기 홀로그램 생성기에서 출력되는 레이저 광은 상기 제1 렌즈로 통과시키는 빔 스플리터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 확장기는 광 경로 상에서 레이저 광을 상기 시준기 이전에 포커싱함으로써, 상기 확장기와 상기 시준기 간 간격에 따라 레이저 광의 빔 폭을 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 위상 측정센서는 지그 및 지지부와 연결되며, 상기 제2 초점면의 전면적에서의 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 기 설정된 파장 대역의 레이저 광을 제공하는 광원과 상기 레이저 광을 면광원 형태로 변환하여 제공하는 광학계와 상기 광학계에서 변환된 면광원 형태의 레이저 광을 상기 홀로그래픽 데이터에 대응하는 형태로 회절시켜 홀로그램 영상 신호를 생성하여 기 설정된 제1 초점면에 제공하는 홀로그램 생성기와 상기 홀로그램 생성기에서 출력되는 홀로그램 영상 신호를 제2 초점면에 제공하는 렌즈와 상기 제2 초점면을 중심으로 기 설정된 측정 위치에 재생되는 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 센싱하는 위상 측정센서와 상기 위상 측정센서와 탈착가능하며, 장착된 위상 측정센서를 상기 제2 초점면을 기준으로 기 설정된 방향으로 이동시키는 회전 지그와 상기 회전 지그를 지지하며, 기 설정된 축 상에서 회전시키는 지지부 및 상기 위상 측정센서에서 센싱된 센싱값으로부터 홀로그램 영상을 복원하며, 복원한 홀로그램 영상의 해상도, 균일도, 시야각 또는 영상면 왜곡 상태를 포함한 평가항목을 평가하는 영상 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치를 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 방향은 높이방향 및 수평방향인 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 축은 3차원 상에서 높이방향 및 수평방향을 제외한 나머지 방향을 향하는 축인 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 홀로그램 영상을 재생하기 위한 광학계를 포함하는 홀로그램 영상 평가 장치에 의해 수행되는 홀로그램 영상의 평가 방법에 있어서, 기 설정된 파장 대역의 레이저 광을 조사하는 조사과정과 상기 레이저 광을 면광원 형태로 변환하여 홀로그램 영상 신호를 생성하는 홀로그램 생성기의 전면에 조사하는 제2 조사과정과 상기 홀로그램 생성기에서 3차원 정보 또는 홀로그램 신호로부터 홀로그램 데이터를 생성하고, 상기 면광원 형태의 레이저 광을 상기 홀로그램 데이터에 대응하는 형태로 회절시켜 홀로그램 영상 신호를 생성하여 기 설정된 제1 초점면에 제공하는 제공과정과 상기 홀로그램 영상 신호에서 광학적 노이즈 성분을 제거하여 상기 홀로그램 영상 신호를 기 설정된 제2 초점면에 제공하는 제2 제공과정과 상기 제2 초점면을 중심으로 기 설정된 측정 위치에 재생되는 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 센싱하는 센싱과정 및 상기 센싱과정에서 센싱된 센싱값으로부터 홀로그램 영상을 복원하며, 복원한 홀로그램 영상의 해상도, 균일도, 시야각 또는 영상면 왜곡 상태를 포함한 평가항목을 평가하는 평가과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 방법을 제공한다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 홀로그램 생성 소자에 의해 재현되고 있는 홀로그램 영상(허상)의 화질을 평가하기 위해 공간 위상 측정을 이용하여 영상면의 왜곡, 해상도, 균일도, 시야각을 포함한 평가 항목을 정량화하고, 평가 항목의 결과값에 근거하여 홀로그램 영상의 화질 뿐만 아니라 영상 재생 능력을 평가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 영상의 평가 장치의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 영상의 평가 장치의 구성을 설명하는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 영상의 평가 장치의 구성을 설명하는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 영상 평가 장치의 구성을 설명하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 4f 광학 시스템을 이용한 홀로그램 영상의 구현예를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 분석기의 평가 항목 중 영상면의 왜곡을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 분석기의 평가 항목 중 해상도와 균일도를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 영상의 평가 방법을 설명하는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아니다. 따라서 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 동일 범위의 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 영상의 평가 장치의 구성을 설명하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 영상의 평가 장치의 구성을 설명하는 정면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 영상의 평가 장치의 구성을 설명하는 측면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 영상 평가 장치의 구성을 설명하는 사시도이다.
홀로그램 영상의 평가 장치(100)는 광원(110), 광학계(120), 홀로그램 생성기(130), 공간 필터(140), 제1 및 제2 렌즈(141, 142), 위상 측정센서(150), 지지부(171), 회전 지그(172) 및 영상 분석기(미도시)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
광원(110)은 기 설정된 파장 대역의 레이저 광을 제공한다. 이때 광원(110)은 532nm의 레이저를 사용할 수 있고, 레이저의 빔 폭은 2mm 이하가 될 수 있다.
광학계(120)는 광원(110)으로부터 방출되는 레이저 광을 면광원 형태로 변환하여 홀로그램 생성기(130)의 전면에 조사되도록 다수의 광학 소자들로 구성된다. 광학계(120)는 확장기(121), 시준기(122) 및 빔 스플리터(123)를 포함한다.
확장기(121)는 광원(110)에서 조사된 레이저 광의 빔 폭을 조정한다. 확장기(121)는 입사되는 레이저 광을 (광 경로상에서) 시준기(122) 이전에서 포커싱한다. 확장기(121)에 의해 포커싱된 레이저 광은 시준기(122)까지 다시 발산한다. 확장기(121)와 시준기(122) 간 간격에 따라 레이저 광의 빔 폭이 조정될 수 있다.
시준기(122)는 확장기(121)를 거쳐 입사되는 광을 시준(Collimating)한다.
빔 스플리터(123)는 시준기(122)를 통과한 레이저 광(참조광)은 홀로그램 생성기(130)로 반사시키며, 홀로그램 생성기(130)에서 출력되는 레이저 광(물체광)은 제1 렌즈(141)로 통과시킨다.
홀로그램 생성기(130)는 3차원 정보 또는 홀로그램 신호로부터 홀로그램 데이터를 생성하고, 면광원 형태의 레이저 광을 홀로그램 데이터에 대응하는 형태로 회절시켜 홀로그램 영상 신호를 생성하여 기 설정된 제1 초점면에 제공한다. 홀로그램 생성기(130)는 공간 광변조기(Spatial Light Modulator, SLM), 홀로그래픽 광학 요소(Holographic Optical Element, HOE), 회절 광학 요소(Diffractive optical element, DOE) 등의 홀로그램 이미지를 생성하는 광학 부품을 사용할 수 있다.
공간 필터(140)는 홀로그램 영상 신호에서 광학적 노이즈 성분을 제거하여 홀로그램 영상 신호를 기 설정된 제2 초점면에 제공한다. 공간 필터(140)는 원형 조리개 형태, 사각형 형태 등 필터링하고자 하는 주파수 성분에 따라 개구 모양이 달라질 수 있다.
제1 렌즈(141)는 홀로그램 생성기(130)와 공간 필터(140)의 사이에서 제1 초점면에 위치하여, 홀로그램 영상 신호의 광 경로를 공간 필터(140)로 집속시킨다. 제2 렌즈(142)는 광 경로 상에서 공간 필터(140)의 후단에 배치되어 공간 필터(140)에 집속된 후 발산하는 홀로그램 영상 신호를 제2 초점면으로 시준한다. 이때, 제2 초점면(160)에는 가상의 홀로그램 생성기(예를 들어, SLM)가 형성된다.
위상 측정센서(150)는 제2 초점면(160)을 중심으로 기 설정된 측정 위치에 재생되는 홀로그램 영상 신호(레이저 광)의 위상 및 진폭을 센싱한다. 위상 측정센서(150)는 후술할 회전 지그(172) 및 지지부(171)와 연결되며, 제2 초점면(160)을 중심으로 3차원 상에서 이동할 수 있다. 위상 측정센서(150)는 회전 지그(172) 및 지지부(171)에 의해 제2 초점면(160) 전면적의 각 지점에서의 위상을 측정한다. 위상 측정센서(150)는 제2 초점면(160)의 각 지점에서 홀로그램 영상 신호의 0°위상성분, 45°위상성분, 90°위상성분 및 135°위상성분을 측정한다. 위상 측정센서(150)는 측정한 위상성분을 이용하여, 해당 지점에서의 홀로그램 영상 신호의 위상을 다음과 같이 연산하여 획득한다.
Figure pat00001
여기서, φ는 홀로그램 영상 신호의 위상을, In은 n°의 위상성분을 의미한다.
위상 측정센서(150)는 전술한 수식을 이용하여 해당 지점에서의 홀로그램 영상 신호의 위상을 획득한다.
또한, 위상 측정센서(150)는 측정된 각 위상성분을 이용하여 해당 지점에서의 홀로그램 영상 신호의 진폭을 연산한다.
위상 측정센서(150)는 이처럼 각 지점에서 홀로그램 영상 신호의 위상과 진폭을 센싱하며, 회전 지그(172) 및 지지부(171)에 의해 홀로그램 영상 신호의 모든 지점에서 위상과 진폭을 센싱한다. 이처럼, 위상 측정센서는 홀로그램 영상 신호의 위상과 진폭을 센싱하기에, 허상으로 만들어지는 홀로그램 영상의 특성을 센싱할 수 있다.
영상 분석기(미도시)는 위상 측정센서(150)의 센싱값을 토대로 홀로그램 영상을 복원하여, 홀로그램 영상의 화질을 평가한다.
영상 분석기(미도시)는 위상 측정센서(150)의 센싱값을 토대로, 홀로그램 영상을 복원한다. 영상 분석기(미도시)는 다음의 수식을 이용하여 각 지점에서의 위상 및 진폭값을 이용하여 영상을 복원한다.
여기서, U(x, y, z)는 복원된 영상을, x 및 y는 (오리지널) 홀로그램 영상에서 위상 및 진폭이 측정된 각 지점의 좌표를, z는 전파거리를, x' 및 y'은 복원된 영상에서의 좌표, λ는 파장을, k는 파수(Wavenumber, 2π/λ)를 각각 의미한다.
전술한 수식에 따라, 영상 분석기(미도시)는 위상 측정센서(150)의 센싱값을 토대로 센싱된 홀로그램 영상을 복원할 수 있다.
영상 분석기(미도시)는 도 6 및 7를 참조하여 후술할 바와 같이, 복원된 홀로그램 영상에 대한 해상도, 균일도, 시야각 또는 영상면 왜곡 상태를 포함한 평가항목의 결과값을 제공한다. 영상 분석기(미도시)는 일반적인 의미의 서버용 컴퓨터 본체일 수 있고, 그 외에 서버 역할을 수행할 수 있는 다양한 형태의 장치로 구현될 수 있다. 구체적으로, 영상 분석기는 각각 통신 모듈(미도시), 메모리(미도시), 프로세서(미도시) 및 데이터베이스(미도시)를 포함하는 컴퓨팅 장치에 구현될 수 있는데, 일례로 휴대폰이나 TV, PDA, 태블릿 PC, PC, 노트북 PC 및 기타 사용자 단말 장치 등으로 구현될 수 있다.
회전 지그(172)는 위상 측정센서(150)를 탈착시키며, 장착된 위상 측정센서(150)를 제2 초점면(160)을 기준으로 기 설정된 방향으로 이동시킨다. 회전 지그(172)는 위상 측정센서(150)를 높이방향(z축) 및 수평방향(x축)으로 이동시키며 위치를 조정한다. 이를 위해, 회전지그(172)는 지면과 높이 방향(z축)으로 배치되는 제1 레일(미도시), 지면과 수평 방향으로 배치되는 제2 레일(미도시) 및 스토퍼(미도시)를 포함할 수 있다.
지지부(171)는 회전 지그(172)를 지지하며, 회전 지그(172)를 수직방향(y축, 3차원 상에서 높이방향 및 수평방향을 제외한 나머지 방향의 축) 상에서 회전시킨다. 지지부(171)는 제2 초점면(160)을 중심(회전축)으로 하여 회전 지그(172)를 지지하며, 별도의 동력 공급수단(미도시), 예를 들어, 모터 등을 포함하여 회전 지그(172)를 회전시킨다. 이에 따라, 회전 지그(172)에 의해 위상 측정센서(150)가 높이방향 및 수평방향으로 이동하는 것과는 별개로, 지지부(171)의 회전에 따라 위상 측정센서(150)는 수직방향으로도 이동할 수 있다. 지지부(171) 및 회전 지그(172)에 의해, 위상 측정센서(150)는 제2 초점면(160) 전면적의 각 지점에서의 위상 및 진폭을 센싱할 수 있다. 이때, 제2 초점면(160)은 지지부(171)의 중심축(또는 회전축) 상에 형성되고, 제2 초점면(160)에 투명 디스플레이 등이 설치될 수 있다.
따라서, 영상 분석기(미도시)는 지지부(171)의 구동 수단에 위상 측정센서(150)의 위치 이동 신호를 제공하고, 지지부(171)의 구동 수단은 위치 이동 신호에 따라 위상 측정센서(150)의 수직 길이 또는 수평 길이를 조정하고, 위상 측정센서(150)는 수직 길이 또는 수평 길이가 조정된 각 지점에서 홀로그램 영상의 위상과 진폭을 센싱할 수 있다. 이때, 위상 측정센서(150)의 수직 길이 또는 수평 길이는 작업자에 의해 수동으로 조정될 수도 있다.
도 2 내지 4에는 위상 측정센서(150)가 회전지그(172) 및 지지부(171)에 의해 원통좌표계의 각 축 상에서 이동하거나 회전하는 것으로 도시되어 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 지지부(171) 및 회전지그(172)의 구조는 경우에 따라 변형될 수 있으며, 이에, 위상 측정센서(150)는 카티지언 좌표계(Cartesian Coordinate System)의 각 축 상에서 이동(직선 왕복운동)하거나, 구 좌표계의 각 축 상에서 이동하거나 회전할 수 있다. 카티지언 좌표계를 예를 들면, 위상 측정센서(150)는 수평방향, 수직방향 및 높이방향 모두로 직선 왕복운동할 수 있으며, 구 좌표계를 예를 들먼, 위상 측정센서(150)는 수평방향은 직선 왕복운동하되, 수직방향 및 높이방향은 회전할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 4f 광학 시스템을 이용한 홀로그램 영상의 구현예를 설명하는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 공간 필터(140)의 전면과 후면에 각각 위치하는 제1 렌즈(141)와 제2 렌즈(142)는 푸리에 변환을 응용하여 홀로그램 영상을 제1 초점면에서 제2 초점면으로 전달하는 4F 광학계(4f optical system)를 구현할 수 있다.
제1 렌즈(141)는 제1 초점 거리(f1)를 형성하고, 제2 렌즈(142)는 제2 초점거리(f2)를 형성하는 경우에, 제1 렌즈(141)와 제2 렌즈(142) 간의 총 초점거리는 홀로그램 생성기(130)에서 제1 렌즈(141)까지의 초점 거리(f1), 제1 렌즈(141)에서 제2 렌즈(142)까지의 초점 거리(f1+f2), 제2 렌즈(142)에서 제2 초점면(160)까지의 초점거리(f2)를 합친 2(f1+f2)가 된다. 이때, 제1 초점 거리(f1)와 제2 초점거리(f2)는 동일한 길이를 갖고, 두 개의 렌즈(141, 142)로 구성되는 4f 광학계에 의해서 홀로그램 영상을 확대할 수 있다.
제1 렌즈(141)와 제2 렌즈(142)를 구비하는 4f 광학계는 푸리에 변환을 응용하여 제1 렌즈(141)의 전 초점 거리에 물체(SLM 등)가 위치하고 후 초점 거리(공간 필터)에 상이 위치할 때 물체와 상은 공간적으로 푸리에 변환관계에 놓이게 되며, 동일한 원리에 의하여 제2 렌즈(142)의 전 초점 거리(공간 필터)에 위치한 상은 제2 렌즈(142)를 거쳐 제2 렌즈(142)의 후 초점 거리에 위치한 제2 초점면(160)에는 동일 공간의 상이 맺히는 원리를 이용하며, 4f 광학계를 통해 확대된 저 잡음비를 가진 상(홀로그램 영상)을 획득하는 것이 가능하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 분석기의 평가 항목 중 영상면의 왜곡을 설명하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 분석기의 평가 항목 중 해상도와 균일도를 설명하는 도면이다.
홀로그램 영상의 크기, 밝기, 선명도, 잡음, 시야각, 깊이감 등의 화질에 직접 또는 간접적으로 영향을 끼치는 요소에는 홀로그램 생성기 뿐만 아니라 광학계와 광원 등이 있다. 특히, 공간 광 변조기(SLM)는 그 성능에 기인하여 재생되는 홀로그램 영상의 시야각, 깊이 표현 능력, 해상도 등의 변화를 가져오기 때문에 가시광 대역에서 어떤 특성을 가지는지 분석해야 한다. 최종 홀로그램 영상을 재생하기 위해 사용되는 홀로그래픽 광학계(광원, 렌즈, 공간 필터 등)의 구성으로 인하여 수차(Optical Aberration), 색 분산(Color dispersion) 등의 효과가 발생하는데 이러한 효과 또한 영상 분석기에서 분석되어야 하는 주요 평가항목이 된다.
따라서, 영상 분석기(미도시)는 홀로그램 영상의 화질을 평가하기 위해 평가 항목을 설정하고, 평가항목의 결과값을 지표화하여 제공한다. 평가 항목에는 영상면의 왜곡, 시야각, 해상도, 균일도(Uniformity) 등이 있지만 이에 한정되지 않고, 계조 및 색상 관련 지표를 추가할 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 영상면의 왜곡에 대한 평가 항목은 가상의 기준선(좌표 정보)과 대응되는 (복원된) 홀로그램 영상의 검출선을 비교하여, 가상의 기준선과 검출선과의 차이를 지표화하여 현재 재생되고 있는 홀로그램 영상면의 왜곡 정도를 표현할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 해상도는 공간 광 변조기(SLM)의 크기나 화소(Pixel)의 크기로부터 유도되어 나온 수치들을 이용하여 복원된 홀로그램 영상이 원본과 비교하여 몇 개의 픽셀로 구현되었는지로 평가된다. 균일도는 복원된 홀로그램 영상의 각 픽셀의 색(파장)에 따른 광 세기를 측정하고, 각 픽셀 간 세기 차이를 비교하여 평가될 수 있다. 이때, 영상 분석기(미도시)는 포토 다이오드, CCD, CMOS 등 광 세기를 측정 할 수 있는 모든 센서로 구현될 수 있다.
이와 같이, 영상 분석기(미도시)는 평가항목의 결과값을 지표화하여 객관성을 높일 수 있고, 출력되는 홀로그램 영상이 얼마나 정확하게 원본 영상을 재현하고 있는지를 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그램 영상의 평가 방법을 설명하는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 홀로그램 영상의 평가 장치는 크게 광원(110)을 포함한 광원부, 공간 광변조기(130)를 포함한 디스플레이 광학부, 위상 측정센서(150)를 포함한 영상 평가부로 구분될 수 있다. 광원부에는 레이저의 빔의 폭을 공간 광 변조기 보다 크게 하기 위한 광학계(120)를 포함한다.
광원(110)에서 레이저 광이 조사되면(S1), 광학계(120)를 통해 기 설정된 직경의 크기로 확대된 평행 빔은 빔 스플리터(123)를 통해 공간 광 변조기(130)에 조사된다(S2). 공간 광 변조기(130)에서 변조된 광은 빔 스플리터(123)를 통해 제1 렌즈(141) 방향으로 출광된다(S3). 빔 스플리터(123)는 광학계(120)를 통해 확대된 평행 빔을 물체광과 기준광으로 분리하고, 물체광은 공간 광 변조기(130)에 입사되어 반사 또는 투과된 광이 제1 렌즈(141)를 통해 공간 필터(140)로 입사된다. 기준광은 원광 그대로 입사되어 물체광과 간섭을 일으킨다.
홀로그램 생성기인 공간 광 변조기(130)는 홀로그램 영상의 재생 화질 및 선명도(휘도)와 밀접한 관련이 있으며 투과형 또는 반사형의 SLM이 사용될 수 있다.
제1 렌즈(141)는 홀로그램 영상 신호를 공간 필터(140)로 집속시키고, 공간 필터(140)에서는 홀로그램 영상 신호의 광학적 노이즈 성분을 제거한 후 4f 광학계에 의해 노이즈 성분이 제거된 홀로그램 영상을 확대하여 제2 초점면에 투사한다(S4, S5).
회전축에 형성된 제2 초점면을 중심으로 홀로그램 영상 신호에 대응되는 3차원 영상이 재생되고, 위상 측정센서(150)는 재생되는 3차원 영상 신호를 일정한 회전속도로 360도 회전하면서 촬영한다(S6).
영상 분석기는 위상 측정센서(150)에서 촬영된 영상 신호를 분석하여 해상도, 균일도, 시야각, 영상면 왜곡을 포함한 평가항목의 결과값을 지표화하여 제공한다(S7). 따라서, 지표화된 평가항목의 결과값을 이용하여 얼마나 정확하게 홀로그램 영상이 재현되고 있는지를 확인할 수 있다. 이와 같이, 영상 분석기는 재생되는 디지털 홀로그램 영상을 360도 전방위로 측정하여 흡수, 산란, 반사, 투과 및 공간 광 변조기를 통해 만들어지는 디지털 홀로그램 영상의 화질을 평가할 수 있다.
한편, 도 8의 단계 S1 내지 S7은 본 발명의 구현예에 따라서 추가적인 단계들로 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계간의 순서가 변경될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하며, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함하며, 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 홀로그램 영상의 평가 장치
110 : 광원
120 : 광학계
130 : 홀로그램 생성기
140 : 공간 필터
141, 142 : 제1 및 제2 렌즈
150 : 영상 검출기
171 : 지지부
172 : 회전 지그

Claims (14)

  1. 기 설정된 파장 대역의 레이저 광을 제공하는 광원;
    상기 레이저 광을 면광원 형태로 변환하여 제공하는 광학계;
    3차원 정보 또는 홀로그래픽 신호로부터 홀로그래픽 데이터를 생성하고, 상기 면광원 형태의 레이저 광을 상기 홀로그래픽 데이터에 대응하는 형태로 회절시켜 홀로그램 영상 신호를 생성하여 기 설정된 제1 초점면에 제공하는 홀로그램 생성기;
    상기 홀로그램 영상 신호에서 광학적 노이즈 성분을 제거하여 상기 홀로그램 영상 신호를 기설정된 제2 초점면에 제공하는 공간 필터;
    상기 공간 필터의 전면 방향에 상기 제1 초점면에 위치하고, 상기 홀로그램 영상 신호의 광 경로를 상기 공간 필터로 집속시키는 제1 렌즈;
    상기 공간 필터의 후면에 설치되어 상기 공간 필터에 집속된 상기 홀로그램 영상 신호의 광 경로를 상기 제2 초점면으로 확산시키는 제2 렌즈;
    상기 제2 초점면을 중심으로 기 설정된 측정 위치에 재생되는 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 센싱하는 위상 측정센서; 및
    상기 위상 측정센서에서 센싱된 센싱값으로부터 홀로그램 영상을 복원하며, 복원한 홀로그램 영상의 해상도, 균일도, 시야각 또는 영상면 왜곡 상태를 포함한 평가항목을 평가하는 영상 분석기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학계는,
    상기 광원에서 조사된 레이저 광의 빔 폭을 조정하는 확장기;
    상기 확장기를 거쳐 입사되는 광을 시준하는 시준기; 및
    상기 시준기를 통과한 레이저 광은 홀로그램 생성기(130)로 반사시키고, 상기 홀로그램 생성기에서 출력되는 레이저 광은 상기 제1 렌즈로 통과시키는 빔 스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 확장기는,
    광 경로 상에서 레이저 광을 상기 시준기 이전에 포커싱함으로써, 상기 확장기와 상기 시준기 간 간격에 따라 레이저 광의 빔 폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위상 측정센서는,
    지그 및 지지부와 연결되며, 상기 제2 초점면의 전면적에서의 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 측정하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 위상 측정센서는,
    상기 제2 초점면의 각 지점에서 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 측정하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 위상 측정센서는,
    상기 제2 초점면의 각 지점에서 홀로그램 영상 신호의 기 설정된 각도에 대한 위상 성분을 측정함으로써 위상을 연산하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치.
  7. 기 설정된 파장 대역의 레이저 광을 제공하는 광원;
    상기 레이저 광을 면광원 형태로 변환하여 제공하는 광학계;
    상기 광학계에서 변환된 면광원 형태의 레이저 광을 상기 홀로그래픽 데이터에 대응하는 형태로 회절시켜 홀로그램 영상 신호를 생성하여 기 설정된 제1 초점면에 제공하는 홀로그램 생성기;
    상기 홀로그램 생성기에서 출력되는 홀로그램 영상 신호를 제2 초점면에 제공하는 렌즈;
    상기 제2 초점면을 중심으로 기 설정된 측정 위치에 재생되는 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 센싱하는 위상 측정센서; 및
    상기 위상 측정센서에서 센싱된 센싱값으로부터 홀로그램 영상을 복원하며, 복원한 홀로그램 영상의 해상도, 균일도, 시야각 또는 영상면 왜곡 상태를 포함한 평가항목을 평가하는 영상 분석기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광학계는,
    상기 광원에서 조사된 레이저 광의 빔 폭을 조정하는 확장기;
    상기 확장기를 거쳐 입사되는 광을 시준하는 시준기; 및
    상기 시준기를 통과한 레이저 광은 홀로그램 생성기(130)로 반사시키고, 상기 홀로그램 생성기에서 출력되는 레이저 광은 상기 제1 렌즈로 통과시키는 빔 스플리터를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 확장기는,
    광 경로 상에서 레이저 광을 상기 시준기 이전에 포커싱함으로써, 상기 확장기와 상기 시준기 간 간격에 따라 레이저 광의 빔 폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 위상 측정센서는,
    지그 및 지지부와 연결되며, 상기 제2 초점면의 전면적에서의 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 측정하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치.
  11. 기 설정된 파장 대역의 레이저 광을 제공하는 광원;
    상기 레이저 광을 면광원 형태로 변환하여 제공하는 광학계;
    상기 광학계에서 변환된 면광원 형태의 레이저 광을 상기 홀로그래픽 데이터에 대응하는 형태로 회절시켜 홀로그램 영상 신호를 생성하여 기 설정된 제1 초점면에 제공하는 홀로그램 생성기;
    상기 홀로그램 생성기에서 출력되는 홀로그램 영상 신호를 제2 초점면에 제공하는 렌즈;
    상기 제2 초점면을 중심으로 기 설정된 측정 위치에 재생되는 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 센싱하는 위상 측정센서;
    상기 위상 측정센서와 탈착가능하며, 장착된 위상 측정센서를 상기 제2 초점면을 기준으로 기 설정된 방향으로 이동시키는 회전 지그;
    상기 회전 지그를 지지하며, 기 설정된 축 상에서 회전시키는 지지부; 및
    상기 위상 측정센서에서 센싱된 센싱값으로부터 홀로그램 영상을 복원하며, 복원한 홀로그램 영상의 해상도, 균일도, 시야각 또는 영상면 왜곡 상태를 포함한 평가항목을 평가하는 영상 분석기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기 설정된 방향은,
    높이방향 및 수평방향인 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상의 평가장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기 설정된 축은,
    3차원 상에서 높이방향 및 수평방향을 제외한 나머지 방향을 향하는 축인 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가장치.
  14. 홀로그램 영상을 재생하기 위한 광학계를 포함하는 홀로그램 영상 평가 장치에 의해 수행되는 홀로그램 영상의 평가 방법에 있어서,
    기 설정된 파장 대역의 레이저 광을 조사하는 조사과정;
    상기 레이저 광을 면광원 형태로 변환하여 홀로그램 영상 신호를 생성하는 홀로그램 생성기의 전면에 조사하는 제2 조사과정;
    상기 홀로그램 생성기에서 3차원 정보 또는 홀로그램 신호로부터 홀로그램 데이터를 생성하고, 상기 면광원 형태의 레이저 광을 상기 홀로그램 데이터에 대응하는 형태로 회절시켜 홀로그램 영상 신호를 생성하여 기 설정된 제1 초점면에 제공하는 제공과정;
    상기 홀로그램 영상 신호에서 광학적 노이즈 성분을 제거하여 상기 홀로그램 영상 신호를 기 설정된 제2 초점면에 제공하는 제2 제공과정;
    상기 제2 초점면을 중심으로 기 설정된 측정 위치에 재생되는 홀로그램 영상 신호의 위상 및 진폭을 센싱하는 센싱과정; 및
    상기 센싱과정에서 센싱된 센싱값으로부터 홀로그램 영상을 복원하며, 복원한 홀로그램 영상의 해상도, 균일도, 시야각 또는 영상면 왜곡 상태를 포함한 평가항목을 평가하는 평가과정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 평가 방법.

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