KR20240105039A - Method and apparatus for converting reconstruction wavelength for hologram pattern - Google Patents

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이주현
이병호
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이시우
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서울대학교산학협력단
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Abstract

홀로그램 패턴의 재현 파장 변환방법 및 그 장치가 개시된다. 재현 파장 변환장치는 제1 파장의 홀로그램패턴을 입력받으면, 재현 파장을 변환하도록 학습된 인공신경망을 통해 제1 파장의 홀로그램 패턴을 제2 파장의 홀로그램패턴으로 변환하여 출력한다. 이로써, 서로 다른 홀로그래픽 디스플레이에 대한 개별 연산을 효과적으로 줄일 수 있다.A method and device for converting wavelengths to reproduce holographic patterns are disclosed. When the reproduction wavelength converter receives a hologram pattern of a first wavelength, it converts the hologram pattern of the first wavelength into a hologram pattern of a second wavelength through an artificial neural network learned to convert the reproduction wavelength and outputs it. This can effectively reduce individual calculations for different holographic displays.

Description

홀로그램 패턴의 재현 파장 변환방법 및 그 장치{Method and apparatus for converting reconstruction wavelength for hologram pattern}Method and apparatus for converting wavelength for hologram pattern reproduction

본 발명의 실시 예는 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 딥러닝 기술을 활용하여 홀로그램 패턴의 재현 파장을 변환하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a method and device for converting the reproduction wavelength of a holographic pattern, and more specifically, to a method and device for converting the reproduction wavelength of a holographic pattern using deep learning technology.

홀로그램이란 빛의 간섭현상을 이용하여 물체광을 기록 및 재생하는 기술이다. 최근 주로 사용되는 컴퓨터 생성 홀로그램(computer generated hologram)은 홀로그래픽 디스플레이에서 일정 깊이만큼 떨어진 타겟 이미지를 상정하고 빛의 수치적 전파 모델을 이용하여 홀로그램 패턴을 연산하는 방식으로 생성한다. 이때 수치적 전파 모델이란 다양한 방법이 있지만 타겟 이미지의 각 픽셀을 점 광원으로 가정하고 발산하는 회절 패턴을 모두 더하는 방식이 대표적이며 그 중에서도 Angular spectrum method가 가장 대표적이다. Hologram is a technology that records and reproduces object light using the interference phenomenon of light. Computer generated holograms, which are commonly used recently, are created by assuming a target image at a certain depth from a holographic display and calculating a hologram pattern using a numerical propagation model of light. At this time, there are various methods of numerical propagation model, but the most representative method is to assume each pixel of the target image as a point light source and add all the diverging diffraction patterns. Among them, the Angular spectrum method is the most representative.

수치적 전파 모델을 연산할 때는 광원의 파장이나 디스플레이의 픽셀 간격 등 홀로그래픽 디스플레이 시스템의 사양을 고려해야 한다. 이 때문에 한 가진 콘텐츠를 서로 다른 홀로그래픽 디스플레이 시스템에 재생하려면 같은 연산 과정을 시스템마다 개별적으로 수행하여야 하는 단점이 존재한다. 홀로그램 패턴 합성은 타겟 이미지의 픽셀 개수와 홀로그래픽 디스플레이 확산 각의 곱에 비례하는 막대한 연산량을 병목으로 가지므로 이는 불필요한 연산에 해당한다. When calculating a numerical propagation model, the specifications of the holographic display system, such as the wavelength of the light source and the pixel spacing of the display, must be considered. For this reason, in order to reproduce the same content on different holographic display systems, there is a disadvantage that the same calculation process must be performed individually for each system. Holographic pattern synthesis has as a bottleneck a huge computational amount proportional to the product of the number of pixels in the target image and the diffusion angle of the holographic display, so this is an unnecessary computation.

본 발명의 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 딥러닝 기술을 이용하여 반복적인 연산을 대체하고 기 보유한 홀로그램 패턴에서 재생 이미지 정보를 추출 및 해석하여 다른 홀로그래픽 디스플레이 사양을 반영한 홀로그램 패턴을 합성할 수 있는 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the embodiment of the present invention is to replace repetitive calculations using deep learning technology and to synthesize hologram patterns that reflect other holographic display specifications by extracting and interpreting playback image information from existing hologram patterns. The object is to provide a wavelength conversion method and device for reproducing holographic patterns.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환방법의 일 예는, 제1 파장의 홀로그램패턴을 입력받는 단계; 재현 파장을 변환하도록 학습된 상기 인공신경망을 통해 상기 제1 파장의 홀로그램 패턴을 제2 파장의 홀로그램패턴으로 변환하는 단계; 및 상기 제2 파장의 홀로그램패턴을 출력하는 단계;를 포함한다.An example of a method for converting wavelengths to reproduce a holographic pattern according to an embodiment of the present invention to achieve the above technical problem includes receiving a holographic pattern of a first wavelength; Converting the hologram pattern of the first wavelength into a hologram pattern of the second wavelength through the artificial neural network learned to convert the reproduced wavelength; and outputting a hologram pattern of the second wavelength.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환장치의 일 예는, 재현 파장을 변환하도록 학습된 인공신경망; 및 상기 인공신경망을 통해 제1 파장의 홀로그램패턴을 제2 파장의 홀로그램패턴으로 변환하는 변환부;를 포함한다.An example of a holographic pattern reproduction wavelength conversion device according to an embodiment of the present invention to achieve the above technical problem includes an artificial neural network learned to convert the reproduction wavelength; and a conversion unit that converts a hologram pattern of a first wavelength into a hologram pattern of a second wavelength through the artificial neural network.

본 발명의 실시 예에 따르면, 서로 다른 홀로그래픽 디스플레이에 대한 개별 연산을 효과적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 딥러닝 알고리즘을 활용한 홀로그램 전송 속도 증강에서 사용될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, not only can individual calculations for different holographic displays be effectively reduced, but it can also be used to enhance hologram transmission speed using a deep learning algorithm.

도 1은 본 발명에 사용되는 수치적 전파 모델의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 홀로그램의 재현 파장에 따른 홀로그램 재생 시뮬레이션 결과의 일 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 패턴 생성 방법의 일 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 인공신경망의 일 예를 도시한 도면,
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인공신경망의 훈련데이터를 생성하는 방법의 일 예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환 장치의 일 예의 구성을 도시한 도면, 그리고,
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 다른 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환 방법의 실험 예를 도시한 도면이다.
1 is a diagram showing an example of a numerical propagation model used in the present invention;
Figure 2 is a diagram showing an example of a hologram reproduction simulation result according to the reproduction wavelength of the hologram;
3 is a diagram illustrating an example of a hologram pattern generation method according to an embodiment of the present invention;
Figure 4 is a diagram showing an example of an artificial neural network according to an embodiment of the present invention;
5 and 6 are diagrams showing an example of a method for generating training data for an artificial neural network according to an embodiment of the present invention;
Figure 7 is a diagram showing the configuration of an example of a wavelength conversion device for reproducing a holographic pattern according to an embodiment of the present invention, and
8 to 10 are diagrams showing experimental examples of a wavelength conversion method for reproducing a hologram pattern according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환방법 및 그 장치에 대하여 상세히 살펴본다.Hereinafter, a method and device for converting wavelengths to reproduce holographic patterns according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명에 사용되는 수치적 전파 모델의 일 예를 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing an example of a numerical propagation model used in the present invention.

도 1을 참조하면, 홀로그래픽 디스플레이는 빛의 파면을 변조하여 3차원 입체 정보를 복원할 수 있는 기술이다. 컴퓨터 생성 홀로그램(이하, 홀로그램)은 홀로그래픽 디스플레이에 재생되어 빛의 파면을 픽셀 단위로 변조할 수 있게 하는 간섭 패턴이다. 타겟 이미지 평면으로부터 홀로그램 평면까지의 자유공간 전파를 수치적으로 계산하여 홀로그램을 생성할 수 있다. 이때 사용할 수 있는 수치적 전파 모델에는 Angular spectrum method, Fresnel propagation, Fourier transform 등이 있다. 본 실시 예는 홀로그램 합성 모델로 Angular spectrum method를 사용하나 이는 홀로그램 합성 방법 중 하나일 뿐 다른 수치적 전파 모델을 사용할 수 있다.Referring to Figure 1, holographic display is a technology that can restore three-dimensional information by modulating the wavefront of light. A computer-generated hologram (hereinafter referred to as a hologram) is an interference pattern that is reproduced on a holographic display, allowing the wavefront of light to be modulated on a pixel-by-pixel basis. A hologram can be generated by numerically calculating the free space propagation from the target image plane to the hologram plane. Numerical propagation models that can be used at this time include Angular spectrum method, Fresnel propagation, and Fourier transform. This embodiment uses the Angular spectrum method as a hologram synthesis model, but this is only one of the hologram synthesis methods and other numerical propagation models can be used.

수치적 전파 모델을 이용하여 홀로그램을 생성할 때는 디스플레이 시스템의 물리적인 요소가 고려된다. 예를 들어, 홀로그램 패턴의 최대 회절 각은 디스플레이 픽셀 간격과 광원의 파장 비율에 비례한다. 이 때문에 한 개의 콘텐츠를 서로 다른 사양을 가진 홀로그래픽 디스플레이에서 재생하려면 개별 시스템마다 수치만 다르고 연산 과정은 같은 홀로그램 수치적 전파 모델을 반복해서 수행하여야 한다. 만약 연산을 반복하지 않고 파장 λ1에 대해 생성한 홀로그램을 파장 λ2로 재생할 경우 목표한 깊이가 달라져 정확한 초점 조절을 제공할 수 없다.When generating a hologram using a numerical propagation model, the physical elements of the display system are considered. For example, the maximum diffraction angle of a holographic pattern is proportional to the ratio of the display pixel spacing and the wavelength of the light source. For this reason, in order to reproduce one piece of content on a holographic display with different specifications, only the values are different for each individual system, and the same computational process must be performed repeatedly using the holographic numerical propagation model. If the hologram created for wavelength λ 1 is reproduced with wavelength λ 2 without repeating the calculation, the target depth will vary and accurate focus control cannot be provided.

도 2는 홀로그램의 재현 파장에 따른 홀로그램 재생 시뮬레이션 결과의 일 예를 도시한 도면이다.Figure 2 is a diagram showing an example of a hologram reproduction simulation result according to the reproduction wavelength of the hologram.

도 2를 참조하면, 홀로그램을 생성 파장과 동일한 파장으로 재생했을 때와 다른 파장으로 재생했을 때의 시뮬레이션 결과가 도시되어 있다. 타겟 파장을 638㎚로 설정하여 홀로그램을 생성하고, (a) 및 (b) 두 가지 경우 모두 홀로그램 평면에서 동일한 깊이로 재생하였다. (a)의 경우 타겟 파장인 638㎚로 재생한 결과이고 (b)의 경우 520㎚로 재생한 결과이다. 일부분의 확대이미지를 살펴보면, (a)는 초점이 맞아 선명하고 (b)는 초점이 맞지 않아 선이 뚜렷하지 않은 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 2, simulation results are shown when the hologram is reproduced at the same wavelength as the generation wavelength and when the hologram is reproduced at a different wavelength. A hologram was generated by setting the target wavelength to 638 nm, and both (a) and (b) were reproduced at the same depth in the hologram plane. (a) is the result of reproduction at the target wavelength of 638 nm, and (b) is the result of reproduction at 520 nm. If you look at a partial enlarged image, you can see that (a) is in focus and clear, while (b) is out of focus, so the lines are not clear.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 패턴 생성 방법의 일 예를 도시한 도면이다.Figure 3 is a diagram illustrating an example of a method for generating a hologram pattern according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 인공신경망(300)을 이용하여 홀로그램 패턴의 재현 파장을 변환한다. 인공신경망(300)은 CNN(Convolutional Nerual Network) 등 종래의 다양한 심층신경망으로 구현될 수 있다. 본 실시 예를 위한 인공신경망(300)의 일 예가 도 4에 도시되어 있다.Referring to FIG. 3, the reproduction wavelength of the hologram pattern is converted using the artificial neural network 300. The artificial neural network 300 can be implemented with various conventional deep neural networks such as CNN (Convolutional Neural Network). An example of the artificial neural network 300 for this embodiment is shown in FIG. 4.

인공신경망(300)은 훈련데이터를 이용한 학습과정이 필요하다. 인공신경망(300)은 제1 파장의 입력 홀로그램패턴과 제2 파장의 정답 홀로그램패턴의 데이터셋을 포함하는 훈련데이터를 이용하여 지도학습방법으로 훈련될 수 있다. 학습 완료된 인공신경망(300)은 제1 파장의 홀로그램 패턴(310)을 입력받으면, 제2 파장의 홀로그램 패턴(320)을 출력한다. The artificial neural network 300 requires a learning process using training data. The artificial neural network 300 can be trained using a supervised learning method using training data including a dataset of the input hologram pattern of the first wavelength and the correct hologram pattern of the second wavelength. When the trained artificial neural network 300 receives the hologram pattern 310 of the first wavelength, it outputs the hologram pattern 320 of the second wavelength.

홀로그램 패턴은 실수부와 허수부로 나누어질 수 있다. 따라서 인공신경망(300)에 입력하는 데이터는 홀로그램 패턴의 실수부와 허수부를 채널 방향으로 결합(concatenation)한 데이터일 수 있다. 현재 사용되는 홀로그래픽 디스플레이(즉, 공간광변조기)의 경우에는 복소 변조가 불가능하므로 실수 형태의 패턴으로 인코딩해주어야 하는데, 본 실시 예의 인공신경망(300)은 복소 홀로그램을 출력하므로 사용자가 원하는 형태의 인코딩을 사용할 수 있다.A holographic pattern can be divided into a real part and an imaginary part. Therefore, the data input to the artificial neural network 300 may be data obtained by concatenating the real part and the imaginary part of the hologram pattern in the channel direction. In the case of currently used holographic displays (i.e., spatial light modulators), complex modulation is not possible and must be encoded as a real number pattern. However, the artificial neural network 300 of this embodiment outputs a complex hologram, so encoding in the form desired by the user can be used.

지도학습기반의 딥러닝 기술은 여러 이미지로부터 내재된 통계 분포를 학습하는 형식이므로 대량의 데이터셋이 필요하다. 특히 본 실시 예에서는 다중 심도 홀로그램을 대상으로 하고 있으므로 대량의 RGB 이미지와 그에 상응하는 깊이 지도 데이터, 즉 3차원 데이터가 필요하다. 인공신경망(300)의 훈련을 위한 대량의 데이터셋을 생성하는 방법에 대해서는 도 5 및 도 6에서 다시 살펴본다.Supervised learning-based deep learning technology is a form of learning inherent statistical distributions from multiple images, so it requires large datasets. In particular, since this embodiment targets a multi-depth hologram, a large amount of RGB images and corresponding depth map data, that is, 3D data, are required. The method of generating a large dataset for training the artificial neural network 300 is reviewed again in FIGS. 5 and 6.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 인공신경망의 일 예를 도시한 도면이다.Figure 4 is a diagram illustrating an example of an artificial neural network according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 홀로그램 패턴의 재현 파장을 변환하기 위한 인공신경망의 네트워크(400)는 1개의 컨볼루션 레이어(convolutional layer), 5개의 잔차블록(residual block) 및 1개의 출력 브랜치(output branck)를 포함할 수 있다. 각 잔차블록(410)은 2개의 컨볼루션 레이어(convolutional layer), 배치 정규화 레이어(batch normalization layer), 활성화 함수(activation function)을 포함할 수 있다. 출력 브랜치(420)는 컨볼루션 레이어를 포함하여 구성될 수 있다. 본 실시 예는 이해를 돕기 위한 하나의 예일 뿐 홀로그램 패턴의 재현 파장을 변환하는 인공신경망은 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 실시 예로 한정되는 것은 아니다.Referring to FIG. 4, the artificial neural network network 400 for converting the reproduction wavelength of the holographic pattern includes one convolutional layer, five residual blocks, and one output branch. may include. Each residual block 410 may include two convolutional layers, a batch normalization layer, and an activation function. The output branch 420 may be configured to include a convolutional layer. This embodiment is only an example to aid understanding, and the artificial neural network that converts the reproduction wavelength of the hologram pattern can be implemented in various forms and is not limited to this embodiment.

도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인공신경망의 훈련데이터를 생성하는 방법의 일 예를 도시한 도면이다. Figures 5 and 6 are diagrams showing an example of a method for generating training data for an artificial neural network according to an embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6을 함께 참조하면, 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환장치(이하, '장치'라 함)는 무작위로 분포한 점 또는 도형의 세기-지도(intensity map)(600)와 깊이-지도(depth map)(610)를 생성한다(S500). 예를 들어, 장치는 일정 크기의 이미지에 무작위로 점, 원, 사각형, 다이아몬드 등을 배치한 세기-지도(600)를 생성하고, 각 세기-지도(600)에 해당하는 깊이-지도(610)를 생성한다. 세기-지도(600)와 깊이-지도(610)를 생성하는 방법 그 자체는 종래의 다양한 방법을 사용할 수 있다. 본 실시 예는 점, 원 등의 다양한 도형을 무작위로 배치한 세기-지도(600) 및 깊이-지도(610)를 포함하는 3차원 이미지를 생성하는 데 특징이 있다.Referring to FIGS. 5 and 6 together, a holographic pattern reproduction wavelength conversion device (hereinafter referred to as 'device') includes an intensity map 600 and a depth map (600) of randomly distributed points or shapes. Create a depth map (610) (S500). For example, the device generates an intensity-map 600 in which dots, circles, squares, diamonds, etc. are randomly placed in an image of a certain size, and a depth-map 610 corresponding to each intensity-map 600. creates . The method itself of generating the intensity-map 600 and the depth-map 610 can use various conventional methods. This embodiment is characterized by generating a three-dimensional image including an intensity-map 600 and a depth-map 610 in which various shapes such as dots and circles are randomly arranged.

장치는 세기-지도(600)와 깊이-지도(610)를 기반으로 제1 파장의 입력 홀로그램 패턴과 제2 파장의 정답 홀로그램 패턴을 포함하는 훈련데이터를 생성한다(S510). 장치는 타겟이미지 평면에 위치한 세기-지도(600) 및 깊이-지도(610)에 수치적 전파 방법을 적용하여 공간광변조기 평면(즉, 홀로그램 평면)에서의 홀로그램 패턴(즉, 복소 홀로그램 패턴)을 생성할 수 있다. 이때 장치는 다양한 파장에 대한 홀로그램 패턴을 생성하여 훈련데이터로 사용한다. 장치는 훈련데이터를 이용하여 인공신경망을 지도학습방법으로 훈련시킨다(S520).The device generates training data including an input hologram pattern of the first wavelength and a correct answer hologram pattern of the second wavelength based on the intensity-map 600 and the depth-map 610 (S510). The device applies a numerical propagation method to the intensity-map 600 and depth-map 610 located on the target image plane to generate a hologram pattern (i.e., complex hologram pattern) in the spatial light modulator plane (i.e., hologram plane). can be created. At this time, the device generates hologram patterns for various wavelengths and uses them as training data. The device uses training data to train an artificial neural network using a supervised learning method (S520).

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환 장치의 일 예의 구성을 도시한 도면이다.Figure 7 is a diagram showing the configuration of an example of a wavelength conversion device for reproducing a hologram pattern according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 장치(700)는 훈련데이터생성부(710), 학습부(720), 인공신경망(730) 및 변환부(740)를 포함한다. 일 실시 예로, 장치(700)는 메모리, 프로세서 및 입출력장치를 포함하는 컴퓨팅장치로 구현될 수 있다. 이 경우에 각 구성은 소프트웨어로 구현되어 메모리에 탑재된 후 프로세서에 의해 수행될 수 있다.Referring to FIG. 7, the device 700 includes a training data generation unit 710, a learning unit 720, an artificial neural network 730, and a transformation unit 740. In one embodiment, the device 700 may be implemented as a computing device including a memory, a processor, and an input/output device. In this case, each configuration can be implemented as software, loaded into memory, and then performed by a processor.

훈련데이터생성부(710)는 인공신경망(730)의 훈련을 위한 데이터셋을 생성한다(S710). 예를 들어, 훈련데이터생성부(710)는 도 5 및 도 6에서 살핀 방법으로 훈련데이터를 생성할 수 있다. 다른 실시 예로, 훈련데이터가 미리 정의되어 있다면, 훈련데이터생성부(710)는 생략될 수 있다.The training data generator 710 generates a dataset for training the artificial neural network 730 (S710). For example, the training data generator 710 may generate training data using the method shown in FIGS. 5 and 6. In another embodiment, if training data is predefined, the training data generator 710 may be omitted.

학습부(720)는 훈련데이터를 이용하여 인공신경망(730)을 훈련시킨다. 학습부(720)는 지도학습방법으로 인공신경망(730)을 훈련시킬 수 있다. The learning unit 720 trains the artificial neural network 730 using training data. The learning unit 720 can train the artificial neural network 730 using a supervised learning method.

변환부(740)는 학습 완료된 인공신경망을 이용하여 제1 파장의 홀로그램 패턴을 제2 파장의 홀로그램 패턴으로 변환한다. 다시 말해, 변환부(740)는 제1 파장과 제2 파장 사이의 재현 파장 변환을 수행하는 인공신경망(730)에 제1 파장의 홀로그램을 입력하고, 인공신경망(730)으로부터 제2 파장의 홀로그램 패턴을 획득한다.The conversion unit 740 converts the hologram pattern of the first wavelength into a hologram pattern of the second wavelength using a trained artificial neural network. In other words, the conversion unit 740 inputs a hologram of the first wavelength to the artificial neural network 730, which performs reproducible wavelength conversion between the first wavelength and the second wavelength, and converts the hologram of the second wavelength from the artificial neural network 730. Obtain a pattern.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 다른 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환 방법의 실험 예를 도시한 도면이다.8 to 10 are diagrams showing experimental examples of a wavelength conversion method for reproducing a hologram pattern according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 실험에 사용된 광원의 파장은 red, green, blue 순서로 638㎚, 532㎚, 460㎚이고, 공간광변조기(SLM)의 픽셀 크기는 8㎛이다. 실험 결과에서 사용된 테스트 데이터의 깊이 범위 분포는 공간광변조기에서 5mm 떨어진 평면부터 15mm 떨어진 평면까지 총 5개의 깊이 평면을 상정하였다.Referring to FIG. 8, the wavelengths of the light source used in the experiment were 638 nm, 532 nm, and 460 nm in the order of red, green, and blue, and the pixel size of the spatial light modulator (SLM) was 8 μm. The depth range distribution of the test data used in the experimental results assumed a total of five depth planes, from a plane 5 mm away from the spatial light modulator to a plane 15 mm away.

도 9를 참조하면, 본 실시 예의 인공신경망을 이용하여 테스트 이미지에 대한 시험 추론(inference)를 진행한 결과가 도시되어 있다. 본 발명은 2D 뿐만 아니라 3D 객체에 대한 홀로그램 패턴까지 활용대상으로 삼고 있으므로 3D 객체에 대해 시험 추론을 진행하였다. 종래의 수치적 전파 모델(ASM)을 사용하여 변환 타겟 파장인 638㎚에 맞게 생성한 홀로그램 패턴을 재생한 결과(900)와, 본 실시 예의 인공신경망을 이용하여 재현 파장을 638㎚로 변환한 홀로그램 패턴을 재생한 결과(910)가 도시되어 있다. 각 깊이에서 초점이 맞은 부분의 확대 그림(902,904,906,912,914,916)이 표시되어 있다. 본 실시 예의 인공신경망을 이용하여 홀로그램 패턴의 재현 파장을 변환한 결과(910)와 종래의 수치적 전파 모델을 이용하여 재현 파장의 변환한 결과(900)가 거의 유사함을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, the results of test inference on a test image using the artificial neural network of this embodiment are shown. Since the present invention targets not only 2D but also hologram patterns for 3D objects, test inference was conducted on 3D objects. The result (900) of reproducing a hologram pattern generated according to the conversion target wavelength of 638 nm using a conventional numerical propagation model (ASM), and a hologram with the reproduced wavelength converted to 638 nm using the artificial neural network of this embodiment. The result 910 of reproducing the pattern is shown. Enlarged pictures of the in-focus portion at each depth (902, 904, 906, 912, 914, 916) are shown. It can be seen that the result 910 of converting the reproduction wavelength of the hologram pattern using the artificial neural network of this embodiment and the result 900 of converting the reproduction wavelength using the conventional numerical propagation model are almost similar.

도 10을 참조하면, 본 실시 예의 인공신경망을 이용하여 생성한 홀로그램 패턴을 광학 실험을 통해 재생한 결과가 도시되어 있다. 수치적 전파 모델(ASM)을 통해 재현 파장을 변환한 홀로그램 패턴을 광학 재생한 결과(1000)와, 본 실시 예의 인공신경망을 통해 재현 파장을 변환한 홀로그램 패턴을 광학 재생한 결과(1010)가 거의 유사함을 알 수 있다. 각 깊이에서 초점이 맞은 부분의 확대 그림(1002,1004,1006,1008,1012,1014,1016,1018)이 표시되어 있다. Referring to FIG. 10, the results of reproducing a hologram pattern generated using the artificial neural network of this embodiment through an optical experiment are shown. The result of optically reproducing a hologram pattern whose reproduction wavelength was converted through a numerical propagation model (ASM) (1000) and the result of optically reproducing a hologram pattern whose reproduction wavelength was converted through the artificial neural network of this embodiment (1010) are almost identical. You can see the similarity. Enlarged pictures of the in-focus portion at each depth (1002, 1004, 1006, 1008, 1012, 1014, 1016, 1018) are shown.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 프로그램 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can also be implemented as computer-readable program code on a computer-readable recording medium. Computer-readable recording media include all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage devices. Additionally, computer-readable recording media can be distributed across networked computer systems so that computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been examined focusing on its preferred embodiments. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.

Claims (9)

홀로그램 패턴의 재현 파장 변환장치가 수행하는 재현 파장 변환 방법에 있어서,
제1 파장의 홀로그램패턴을 입력받는 단계;
재현 파장을 변환하도록 학습된 상기 인공신경망을 통해 상기 제1 파장의 홀로그램 패턴을 제2 파장의 홀로그램패턴으로 변환하는 단계; 및
상기 제2 파장의 홀로그램패턴을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환방법.
In the reproduction wavelength conversion method performed by the reproduction wavelength conversion device of the holographic pattern,
Receiving a hologram pattern of a first wavelength;
Converting the hologram pattern of the first wavelength into a hologram pattern of the second wavelength through the artificial neural network learned to convert the reproduced wavelength; and
A method for converting wavelengths to reproduce a hologram pattern, comprising: outputting a hologram pattern of the second wavelength.
제 1항에 있어서, 상기 변환하는 단계는,
상기 제1 파장의 홀로그램패턴의 실수부와 허수부를 채널 방향으로 결합한 데이터를 상기 인공신경망에 입력하여 상기 제2 파장의 홀로그램패턴을 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환방법.
The method of claim 1, wherein the converting step includes:
Generating a holographic pattern of the second wavelength by inputting data obtained by combining the real and imaginary parts of the holographic pattern of the first wavelength in the channel direction into the artificial neural network; converting the reproduction wavelength of the holographic pattern, comprising: method.
제 1항에 있어서,
제1 파장의 입력 홀로그램패턴과 제2 파장의 정답 홀로그램패턴의 데이터셋을 포함하는 훈련데이터를 이용하여 상기 인공신경망을 지도학습방법으로 훈련시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환방법.
According to clause 1,
Reproducing the holographic pattern further comprising training the artificial neural network using a supervised learning method using training data including a dataset of the input holographic pattern of the first wavelength and the correct holographic pattern of the second wavelength. Wavelength conversion method.
제 3항에 있어서,
무작위로 분포한 점 또는 도형의 세기-지도와 깊이-지도를 기반으로 상기 훈련데이터의 입력 홀로그램패턴 및 정답 홀로그램패턴을 생성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환방법.
According to clause 3,
Generating an input hologram pattern and a correct answer hologram pattern of the training data based on an intensity-map and a depth-map of randomly distributed points or shapes. A method for converting wavelengths of a holographic pattern to reproduce the hologram pattern, further comprising:
재현 파장을 변환하도록 학습된 인공신경망; 및
상기 인공신경망을 통해 제1 파장의 홀로그램패턴을 제2 파장의 홀로그램패턴으로 변환하는 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환장치.
An artificial neural network trained to convert reproduced wavelengths; and
A conversion unit that converts a holographic pattern of a first wavelength into a holographic pattern of a second wavelength through the artificial neural network.
제 5항에 있어서, 상기 변환부는,
상기 제1 파장의 홀로그램패턴의 실수부와 허수부를 채널 방향으로 결합한 데이터를 상기 인공신경망에 입력하여 상기 제2 파장의 홀로그램패턴을 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환장치.
The method of claim 5, wherein the conversion unit,
A wavelength conversion device for reproducing a holographic pattern, characterized in that the holographic pattern of the second wavelength is generated by inputting data obtained by combining the real and imaginary parts of the holographic pattern of the first wavelength in the channel direction into the artificial neural network.
제 5항에 있어서,
제1 파장의 입력 홀로그램패턴과 제2 파장의 정답 홀로그램패턴의 데이터셋을 포함하는 훈련데이터를 이용하여 상기 인공신경망을 지도학습방법으로 훈련시키는 학습부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환장치.
According to clause 5,
A learning unit that trains the artificial neural network using a supervised learning method using training data including a dataset of the input hologram pattern of the first wavelength and the correct answer hologram pattern of the second wavelength; Reproduction wavelength converter.
제 7항에 있어서,
무작위로 분포한 점 또는 도형의 세기-지도와 깊이-지도를 기반으로 상기 훈련데이터의 입력 홀로그램패턴 및 정답 홀로그램패턴을 생성하는 훈련데이터생성부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 패턴의 재현 파장 변환장치.
According to clause 7,
A training data generator that generates an input hologram pattern and a correct answer hologram pattern of the training data based on an intensity-map and a depth-map of randomly distributed points or shapes; a reproduction wavelength of the hologram pattern, characterized in that it further includes a. converter.
제 1항에 기재된 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium recording a computer program for performing the method described in claim 1.
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