WO2018105786A1 - Holographic image processing device and method - Google Patents

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WO2018105786A1
WO2018105786A1 PCT/KR2016/014400 KR2016014400W WO2018105786A1 WO 2018105786 A1 WO2018105786 A1 WO 2018105786A1 KR 2016014400 W KR2016014400 W KR 2016014400W WO 2018105786 A1 WO2018105786 A1 WO 2018105786A1
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WO
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fringe pattern
image processing
user
fringe
holographic image
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Application number
PCT/KR2016/014400
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French (fr)
Korean (ko)
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홍지수
김영민
홍성희
강훈종
신춘성
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전자부품연구원
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    • G03H1/00Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/04Processes or apparatus for producing holograms
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03HHOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
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    • GPHYSICS
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    • G03H1/00Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/26Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique
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    • G03H2225/00Active addressable light modulator
    • G03H2225/10Shape or geometry
    • G03H2225/133D SLM

Definitions

  • the present invention relates to a holographic image processing apparatus and method, and more particularly, to a holographic image processing technology capable of generating a hologram at high speed without reducing the resolution of the holographic reproduction image.
  • a holography method is a method of recognizing a real stereoscopic image without wearing special glasses when observing a hologram produced using a laser. Accordingly, the holography method is known to be the most ideal way for the viewer to feel the three-dimensional image without fatigue and excellent stereoscopic feeling.
  • the holography method uses a principle of recording and reproducing an interference signal obtained by superposing an interference light (object wave) and an interference light (reference wave).
  • the recording of an interference fringe (fringe pattern) formed by causing an object wave that collides with an object using a highly coherent laser light and meets a reference wave incident in another direction is called a hologram.
  • an interference fringe is formed by the interference, and the amplitude and phase information of the object are recorded together with the interference fringe.
  • the holography is a method of restoring a stereoscopic image recorded on a hologram to a stereoscopic image by irradiating the reference light onto the interference fringes thus recorded.
  • a computer generated hologram has been developed as a method for generating a hologram by a computer for storing, transmitting and image processing.
  • the computer-generated hologram (CGH) generates hologram interference pattern data by calculating an interference pattern between the object light and the reference light using a computer, and transmits the generated hologram interference pattern data to a spatial light modulator (SLM). Then, the reference light using the laser is irradiated to the spatial light modulator (SLM) to restore and reproduce the stereoscopic image corresponding to the hologram interference pattern implemented in the spatial light modulator.
  • SLM spatial light modulator
  • CGH generation technology is largely divided into a three-dimensional information-based point source method and an integrated image-based light field method.
  • the point light source CGH generation technique assumes a three-dimensional graphic object as a set of three-dimensional points (Point cloud), calculates and adds a hologram pattern for each point.
  • Point cloud three-dimensional points
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method and a system capable of generating holograms at high speed without reducing the resolution of the holographic playback image.
  • the present invention provides a real-time video hologram by providing a technique for generating a hologram at high speed.
  • a holographic image processing apparatus for a 3D graphic object for implementing a 3D graphic object in a point cloud method
  • the holographic image processing apparatus comprising: an area setting unit for dividing a user's field of view into a plurality of areas; A sampling unit for sampling points for each of the divided regions from the three-dimensional graphic object within the viewing range of the user, wherein the point density of the sampled points is different for each of the divided regions; And a fringe pattern preparing unit which creates a fringe pattern corresponding to each of the sampled points.
  • the holographic image processing apparatus may further include a fringe pattern interpolator configured to copy at least one of the created fringe patterns to interpolate the created fringe patterns.
  • the interpolation of the fringe patterns may be performed on an area in which the point density of the points is smaller than a preset value.
  • interpolation of the fringe patterns may be performed by shifting the copied fringe pattern by a predetermined distance from a position of the copy target fringe pattern.
  • the holographic image processing apparatus may further include a fringe pattern synthesis unit for synthesizing the fringe patterns.
  • the plurality of regions may be separated by concentric circles.
  • the point density may be lower in the area farther from the center of the concentric circles.
  • the holographic image processing apparatus may further include a tracking unit that tracks the gaze point of the user.
  • the plurality of areas may be divided by concentric circles around the gaze point of the user.
  • a holographic image processing apparatus for implementing a 3D graphic object in a point cloud method, the sampling unit for sampling points from the 3D graphic object; A fringe pattern generator which creates a fringe pattern corresponding to each of the sampled points; And a fringe pattern interpolator configured to copy at least one of the created fringe patterns to interpolate the created fringe patterns.
  • a holographic image processing method for implementing a 3D graphic object in a point cloud method, the method comprising: dividing a field of view of a user into a plurality of regions; Sampling points per segmented area from a three-dimensional graphic object within the viewing range of the user, wherein the point density of the sampled points differs for each segmented area; And creating a fringe pattern corresponding to each of the sampled points.
  • the present invention can generate holograms at high speed without degrading the resolution of the holographic playback image.
  • the present invention can provide a real-time video hologram by providing a technique for generating a hologram at high speed.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a holographic image processing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a holographic image processing flow according to an embodiment of the present invention.
  • 3 illustrates an example of a forbidden rendering technique.
  • FIG. 4 is a view for explaining a hole peeling technique.
  • 5 is a view showing an image to which the hole peeling technique is applied.
  • FIG 6 illustrates an interpolated fringe pattern according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between time and point density for creating and synthesizing a fringe pattern according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a holographic image processing method performed in a holographic image processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a holographic display system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a holographic image processing flow according to an embodiment of the present invention.
  • the holographic display system 100 includes a holographic image processing apparatus 110, a gaze information acquirer 120, and a display 130.
  • the holographic image processing apparatus 110 analyzes a 3D graphic object to create and synthesize a fringe pattern. The detailed operation and configuration of the holographic image processing apparatus 110 will be described later.
  • the display 130 performs a function of reproducing a 3D holographic image.
  • the display unit 130 may be a spatial light modulator (SLM), a light emitting diode (LED) display, or the like, and any device having a function of reproducing other 3D holographic images may be applied without limitation.
  • the spatial light modulator may be an acoustooptic modulator (AOM), a liquid crystal display (LCD), a digital micromirror display (DMD), or the like.
  • the gaze information acquirer 120 performs a function of acquiring gaze information of a user looking at the display 130.
  • the gaze information acquirer 120 may be a camera.
  • the gaze information acquisition unit 120 is a camera
  • the gaze information is image information obtained through the camera.
  • the gaze information acquisition unit 120 may be a camera array composed of a plurality of cameras.
  • the camera array may acquire a plurality of channel images in all directions based on the display 130 using a plurality of cameras.
  • a plurality of cameras may be arranged in a circular shape to obtain image information at an angle of 360 degrees.
  • each camera has channel information, and the intervals between the cameras may be uniformly arranged at a predetermined distance or at a predetermined angle.
  • the camera may be concentrated in a predetermined area depending on the situation.
  • the gaze information acquisition unit 120 may be applied without limitation as long as the device can acquire gaze information of the user in addition to the camera.
  • the system may include a light (eg, infrared light) emitter and a light receiver, a system configured by an ultrasonic emitter and a sound pressure sensor, and the like.
  • the gaze information acquisition unit 120 is a camera, and the gaze information is described as an example of image information acquired through the camera.
  • the holographic image processing apparatus 110 includes an area setting unit 112, a sampling unit 113, and a fringe pattern preparing unit 114.
  • the holographic image processing apparatus 110 may further include one or more of the tracking unit 111, the fringe pattern interpolation unit 115, and the fringe pattern synthesis unit 116, according to various modified embodiments.
  • the holographic image processing apparatus 110 is limited to include all the above-described configurations for convenience of clear understanding and explanation of the invention, and it will be described according to the reference numeral order.
  • the tracking unit 111 analyzes the image information obtained from the camera 120 to track the gaze point of the user. For example, the tracking unit 111 may track the gaze point of the user by interpreting the position of the user's pupil and the information to which the pupil is directed from the image information. At this time, the gaze point may be the center of a field of view of use.
  • the area setting unit 112 divides the user's view toward the display 130 into a plurality of areas.
  • each region may have various shapes (eg, circles, polygons, etc.) and various arrangements (eg, vertical arrangement, horizontal arrangement, overlapping arrangement, rectangular arrangement, etc.).
  • the plurality of regions may be regions separated by concentric circles having different radii.
  • the shape and arrangement of the plurality of regions will be described with reference to the example illustrated in FIG. 2, but the present invention is not limited thereto.
  • the user's field of view is a rectangle 220, and the field of view may be divided into two concentric circles inside the rectangle. Accordingly, the user's field of view is divided into three center regions 221, an intermediate region 222, and an outer region 223.
  • the sampling unit 113 performs a function of sampling points from the 3D graphic object 210, and the sampling may be downsampling.
  • the sampling unit 113 samples the points by the respective areas 221, 222, and 223 from the 3D graphic object 210 within the user's field of view, and the point density of the sampled points is determined by the respective areas 221,. 222, 223) may be different.
  • the point density of the sampled points may be lowered from the central area 221 to the outer area 223.
  • a result of sampling the point density differently for each of the plurality of regions 221, 222, and 223 based on the point light source method is shown at 230.
  • the point density of the points decreases as the user moves away from the gaze point (ie, the center of the field of view).
  • the fringe pattern generator 114 creates a fringe pattern corresponding to each of the sampled points. Creating a fringe pattern corresponding to each point light source based on the point light source method includes a Rayleigh Sommerfeld approach, Fresnel and Fraunhofer approximation. The method of preparation is well known in the art and will be apparent to those skilled in the art, so detailed description thereof will be omitted.
  • the fringe pattern synthesizing unit 116 performs a function of synthesizing the created fringe pattern. Synthesis results according to one embodiment are shown at 240.
  • the synthesized fringe pattern of reference numeral 240 is displayed on the display unit 130, and when the reference light is irradiated thereto, the user can see the 3D holographic image.
  • the biggest problem in implementing a 3D holographic image is that it takes too much time to create a fringe pattern, which acts as an obstacle in reproducing the 3D holographic image in real time.
  • the computation time for CGH generation is increased.
  • the number of points is decreased, the computation time is also reduced.
  • the number of sampled points is calculated to generate the CGH of the 3D graphic object 210.
  • the resolution of the 3D holographic image decreases.
  • the downsampling is performed to decrease the point density from the center of the user's field of view to the outside, the change of the resolution actually felt by the user is insignificant compared to the decrease of the point, and the reason for this is already known. This can be seen in the Focused Rendering technology.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a embedded rendering technique.
  • the quality of the images provided within the human field of view need not all be the same. That is, the resolution of the image felt by the human being does not show a big difference when the quality of the image provided within the human field of view is provided as a whole as high as the whole from the center of the field of view and lower as the outer area.
  • the image 310 when the image 310 is divided into three regions 321, 322, and 333, and the resolution is decreased from the center to the outside, the image is synthesized, and the image is a reference number 330.
  • the process is called forbidden rendering. If the gaze point of the user is aimed at the center of the images 310 and 330, the user may not feel a difference in resolution between the image of the reference numeral 310 and the image of the reference numeral 330.
  • the holographic image processing apparatus 110 further includes a fringe pattern interpolator 115.
  • the fringe pattern interpolator 115 performs a function of interpolating the created fringe patterns by copying at least one of the created fringe patterns. At this time, interpolation of the fringe pattern is to shift the copied fringe pattern by a predetermined distance from the position of the fringe pattern to be copied.
  • interpolation of the fringe pattern is to shift the copied fringe pattern by a predetermined distance from the position of the fringe pattern to be copied.
  • FIG 4 is a view for explaining the hole peeling method
  • Figure 5 is a view showing an image to which the hole peeling method is applied
  • Figure 6 is a view showing an interpolated fringe pattern according to another embodiment of the present invention.
  • the hole peeling method performs downsampling on the reference image 410 (1/2 downsampling in the embodiment shown in FIG. 4, 420), and then disappears the pixels 412 through downsampling. Copy and fill the pixel 411 adjacent to the position of.
  • the user may apply the image to the image 430 after the hole peeling technique is applied rather than the image 420 before the hole peeling technique is applied. A more dramatic effect can be achieved if the hole-filling technique is applied at the periphery of the field of vision, which is poorly perceived.
  • reference numeral 510 is a reference image
  • reference numeral 520 is an image to which the hole peeling technique is applied after 1/2 downsampling
  • reference numeral 530 is an image to which the hole peeling technique is applied after 1/3 downsampling
  • 540 is an image to which the hole peeling technique is applied after 1/4 downsampling.
  • the hole peeling technique is applied to the fringe pattern corresponding to each of the downsampled points, rather than being applied to the downsampled points to lower the point density. This is because, if the hole-filling technique is applied to the downsampled points, the point density lowered through downsampling is returned to the original state, and the CGH generation time is not reduced if there is no change in the number of points. However, if a fringe pattern is first created for the downsampled points, and then the fringe pattern of points adjacent to the disappeared points is copied and positioned at the positions of the missing points through downsampling (see FIG. 6), a fringe pattern should be created.
  • the CGH generation time can be greatly reduced while reducing the possibility of the user noticing that the resolution of the 3D holographic image is greatly reduced. Especially in the periphery of the field of vision, which has poor vision, a more dramatic effect can be seen.
  • FIG. 7 is a graph illustrating a relationship between time and point density for preparing and synthesizing a fringe pattern according to an embodiment of the present invention.
  • the x axis represents the density of the points to be sampled
  • the y axis represents the normalized CGH calculation time. Looking at the graph in the area 710, it can be seen that the CGH calculation time is dramatically reduced as the point density of the sampled points decreases. The slight increase in CGH computation time in the graph within area 720 is due to the involvement of the process of interpolating fringe patterns according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a holographic image processing method performed in a holographic image processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the gazing point of the user may be tracked by interpreting the image information acquired from the camera 120.
  • the tracking unit 111 may track the gaze point of the user by interpreting the position of the user's pupil and the information to which the pupil is directed from the image information.
  • the gaze point may be the center of a field of view of use.
  • the holographic image processing apparatus 110 divides a user's view toward the display 130 into a plurality of regions.
  • the plurality of regions may be regions divided by concentric circles having different radii.
  • the holographic image processing apparatus 110 performs sampling of points for each area divided from a 3D graphic object within a user's field of view.
  • the point density of the sampled points may be different for each divided region.
  • the holographic image processing apparatus 110 In operation S840, the holographic image processing apparatus 110 generates a fringe pattern corresponding to each of the sampled points.
  • Methods of creating a fringe pattern corresponding to each point light source based on the point light source method include a Rayleigh Sommerfeld approach, Fresnel and Fraunhofer approximation.
  • the holographic image processing apparatus 110 performs an interpolation of the created fringe patterns by copying at least one of the created fringe patterns.
  • interpolation of the fringe pattern is to shift the copied fringe pattern by a predetermined distance from the position of the fringe pattern to be copied.
  • the holographic image processing apparatus 110 performs a step of synthesizing the created fringe pattern.
  • holographic image processing method has been sequentially described from S810 to S860 in the order shown in FIG. 8, the holographic image processing method may be combined with some steps of S810 to S860 with reference to various embodiments described with reference to FIGS. 1 to 7. Embodiments may be derived and it is obvious that such combination embodiments are within the scope of the present invention.

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Abstract

A holographic image processing device is disclosed. The holographic image processing device for a three-dimensional graphic object, according to the present invention, whereby a three-dimensional graphic object is realized by means of a point cloud method, comprises: a region configuration unit for dividing the visual field of a user into multiple regions; a sampling unit for sampling, per each divided region, points from a three-dimensional graphic object within the visual field of the user, wherein the point density of the sampled points is different per each divided region; and a fringe pattern generation unit for generating a fringe pattern corresponding to each of the sampled points. The present invention has an effect whereby a hologram may be generated at a high speed without degrading the resolution of a holographic reproduction image.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 16.02.2017] 홀로그래픽 영상처리 장치 및 방법[Revision 16.02.2017] under Rule 26 Holographic Image Processing Apparatus and Method
본 발명은 홀로그래픽 영상처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 홀로그래픽 재생 영상의 해상도를 떨어뜨리지 않으면서도 고속으로 홀로그램을 생성할 수 있는 홀로그래픽 영상처리 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a holographic image processing apparatus and method, and more particularly, to a holographic image processing technology capable of generating a hologram at high speed without reducing the resolution of the holographic reproduction image.
최근, 입체(3차원) 영상과 영상 재생 기술에 대한 연구들이 활발히 이루어지고 있다. 입체 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 영상 정보를 관찰자에게 보여주는 관점에서 궁극적인 영상 구현 기술이라고 할 수 있다.Recently, studies on stereoscopic (3D) image and image reproduction technology have been actively conducted. Stereoscopic media is expected to lead the next generation of video devices as a new concept of visual media that raises the level of visual information. Conventional 2D imaging systems provide planar images, but 3D imaging systems can be said to be the ultimate image realization technology in view of showing the actual image information of an object to an observer.
입체 영상을 재생하기 위한 방법 중에서 홀로그래피(Holography) 방식은 레이저를 이용하여 제작한 홀로그램을 관측시 특수 안경을 장착하지 않고도 실물과 동일한 입체 영상을 느낄 수 있는 방식이다. 이에 따라, 홀로그래피 방식은 입체감이 뛰어나며 관측자가 피로감 없이 입체 영상을 느낄 수 있는 가장 이상적인 방식으로 알려져 있다.Among the methods for reproducing a stereoscopic image, a holography method is a method of recognizing a real stereoscopic image without wearing special glasses when observing a hologram produced using a laser. Accordingly, the holography method is known to be the most ideal way for the viewer to feel the three-dimensional image without fatigue and excellent stereoscopic feeling.
홀로그래피 방식은 물체에서 반사된 광(물체파)과 간섭성이 있는 광(기준파)을 겹쳐서 얻어지는 간섭 신호를 기록하고, 이를 재생하는 원리를 이용하는 것이다. 가간섭성이 높은 레이저 광을 사용하여 물체에 부딪쳐 산란되는 물체파를 또 다른 방향에서 입사된 기준파와 만나게 하여 형성된 간섭 무늬(프린지 패턴)를 사진 필름에 기록하는 것을 홀로그램이라고 한다. 물체파와 기준파가 만날 때, 간섭에 의한 간섭 무늬를 형성하는데, 이 간섭 무늬에 물체의 진폭과 위상 정보가 함께 기록된다. 이렇게 기록된 간섭 무늬에 참조 광을 조사하여 홀로그램에 기록된 입체성을 입체 영상으로 복원하는 것을 홀로그래피라 한다.The holography method uses a principle of recording and reproducing an interference signal obtained by superposing an interference light (object wave) and an interference light (reference wave). The recording of an interference fringe (fringe pattern) formed by causing an object wave that collides with an object using a highly coherent laser light and meets a reference wave incident in another direction is called a hologram. When the object wave and the reference wave meet, an interference fringe is formed by the interference, and the amplitude and phase information of the object are recorded together with the interference fringe. The holography is a method of restoring a stereoscopic image recorded on a hologram to a stereoscopic image by irradiating the reference light onto the interference fringes thus recorded.
홀로그램을 저장, 전송 및 영상처리를 위해 컴퓨터에 의해 생성하는 방법으로서, 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH: Computer Generated Hologram)이 개발되었다. 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)은 컴퓨터를 이용하여 물체 광과 참조 광 사이의 간섭 패턴을 계산하여 홀로그램 간섭 패턴 데이터를 생성하고, 생성된 홀로그램 간섭 패턴 데이터를 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator; SLM)에 전송한 후, 레이저를 이용한 참조 광을 공간 광 변조기(SLM)에 조사하여 공간 광 변조기에서 구현되는 홀로그램 간섭 패턴에 대응되는 입체 영상을 복원하여 재생하게 된다.A computer generated hologram (CGH) has been developed as a method for generating a hologram by a computer for storing, transmitting and image processing. The computer-generated hologram (CGH) generates hologram interference pattern data by calculating an interference pattern between the object light and the reference light using a computer, and transmits the generated hologram interference pattern data to a spatial light modulator (SLM). Then, the reference light using the laser is irradiated to the spatial light modulator (SLM) to restore and reproduce the stereoscopic image corresponding to the hologram interference pattern implemented in the spatial light modulator.
일반적으로, CGH 생성 기술은 크게 3차원 정보기반 점광원(point source) 방식과 집적영상기반 광필드(light field) 방식으로 나뉘어진다. 점광원 방식의 CGH 생성 기술은 3차원 그래픽 객체를 3차원 포인트의 집합(Point cloud)으로 가정하고, 각각의 포인트들에 대한 홀로그램 패턴을 계산하여 모두 합하는 방식이다. 이때, 3차원 그래픽 객체가 세밀하거나 복잡할수록 3차원 그래픽 객체에 포함된 포인트의 개수가 증가하게 되고, 이는 연산량의 급격한 증가에 따라 고속으로 홀로그램을 생성하지 못하는 문제점을 야기한다.In general, CGH generation technology is largely divided into a three-dimensional information-based point source method and an integrated image-based light field method. The point light source CGH generation technique assumes a three-dimensional graphic object as a set of three-dimensional points (Point cloud), calculates and adds a hologram pattern for each point. At this time, the more detailed or complex the 3D graphic object is, the more the number of points included in the 3D graphic object increases, which causes a problem in that the hologram cannot be generated at high speed as the amount of computation increases rapidly.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 홀로그래픽 재생 영상의 해상도를 떨어뜨리지 않으면서도 고속으로 홀로그램을 생성할 수 있는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method and a system capable of generating holograms at high speed without reducing the resolution of the holographic playback image.
또한, 본 발명은 고속으로 홀로그램을 생성하는 기술 제공함으로써 실시간 동영상 홀로그램을 제공하는 것이다.In addition, the present invention provides a real-time video hologram by providing a technique for generating a hologram at high speed.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 바람직한 실시예들을 통하여 보다 명확해질 것이다. Other objects of the present invention will become more apparent through the preferred embodiments described below.
본 발명의 일 측면에 따르면, 3차원 그래픽 객체를 포인트 클라우드 방식으로 구현하는 3차원 그래픽 객체에 대한 홀로그래픽 영상처리 장치에 있어서, 사용자의 시야를 복수의 영역으로 분할하는 영역 설정부; 상기 사용자의 시야 범위 내의 상기 3차원 그래픽 객체로부터 상기 분할된 영역 별로 포인트들을 샘플링하는 샘플링부 - 여기서, 상기 샘플링된 포인트들의 점밀도는 상기 분할된 영역 별로 상이함-; 및 상기 샘플링된 포인트들 각각에 대응하는 프린지 패턴을 작성하는 프린지 패턴 작성부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a holographic image processing apparatus for a 3D graphic object for implementing a 3D graphic object in a point cloud method, the holographic image processing apparatus comprising: an area setting unit for dividing a user's field of view into a plurality of areas; A sampling unit for sampling points for each of the divided regions from the three-dimensional graphic object within the viewing range of the user, wherein the point density of the sampled points is different for each of the divided regions; And a fringe pattern preparing unit which creates a fringe pattern corresponding to each of the sampled points.
일 실시예에서, 홀로그래픽 영상처리 장치는, 상기 작성된 프린지 패턴 중 적어도 하나를 복사하여 작성된 프린지 패턴들을 보간하는 프린지 패턴 보간부를 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the holographic image processing apparatus may further include a fringe pattern interpolator configured to copy at least one of the created fringe patterns to interpolate the created fringe patterns.
일 실시예에서, 상기 프린지 패턴들의 보간은, 포인트들의 점밀도가 미리 설정된 값 보다 작은 영역에 대해 수행될 수 있다.In an embodiment, the interpolation of the fringe patterns may be performed on an area in which the point density of the points is smaller than a preset value.
일 실시예에서, 상기 프린지 패턴들의 보간은, 상기 복사한 프린지 패턴을 상기 복사 대상 프린지 패턴의 위치에서 소정의 거리만큼 시프팅 시켜 수행될 수 있다.In an exemplary embodiment, interpolation of the fringe patterns may be performed by shifting the copied fringe pattern by a predetermined distance from a position of the copy target fringe pattern.
일 실시예에서, 홀로그래픽 영상처리 장치는, 상기 프린지 패턴들을 합성하는 프린지 패턴 합성부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the holographic image processing apparatus may further include a fringe pattern synthesis unit for synthesizing the fringe patterns.
일 실시예에서, 상기 복수의 영역은 동심원에 의해 구분될 수 있다.In one embodiment, the plurality of regions may be separated by concentric circles.
일 실시예에서, 상기 점밀도는 상기 동심원의 중심에서 멀리 있는 영역일수록 낮아질 수 있다.In one embodiment, the point density may be lower in the area farther from the center of the concentric circles.
일 실시예에서, 홀로그래픽 영상처리 장치는, 사용자의 응시점을 추적하는 트래킹부를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the holographic image processing apparatus may further include a tracking unit that tracks the gaze point of the user.
일 실시예에서, 상기 복수의 영역은 사용자의 응시점을 중심으로 하는 동심원에 의해 구분될 수 있다.In one embodiment, the plurality of areas may be divided by concentric circles around the gaze point of the user.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 3차원 그래픽 객체를 포인트 클라우드 방식으로 구현하는 홀로그래픽 영상처리 장치는, 상기 3차원 그래픽 객체로부터 포인트들을 샘플링하는 샘플링부; 상기 샘플링된 포인트들 각각에 대응하는 프린지 패턴을 작성하는 프린지 패턴 작성부; 및 상기 작성된 프린지 패턴 중 적어도 하나를 복사하여 작성된 프린지 패턴들을 보간하는 프린지 패턴 보간부를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a holographic image processing apparatus for implementing a 3D graphic object in a point cloud method, the sampling unit for sampling points from the 3D graphic object; A fringe pattern generator which creates a fringe pattern corresponding to each of the sampled points; And a fringe pattern interpolator configured to copy at least one of the created fringe patterns to interpolate the created fringe patterns.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 3차원 그래픽 객체를 포인트 클라우드 방식으로 구현하는 홀로그래픽 영상처리 방법에 있어서, 사용자의 시야를 복수의 영역으로 분할하는 단계; 상기 사용자의 시야 범위 내의 3차원 그래픽 객체로부터 상기 분할된 영역 별로 포인트들을 샘플링하는 단계-여기서, 샘플링된 포인트들의 점밀도는 상기 분할된 영역 별로 상이함-; 및 상기 샘플링된 포인트들 각각에 대응하는 프린지 패턴을 작성하는 단계를 포함할 수 있다.According to still another aspect of the present invention, there is provided a holographic image processing method for implementing a 3D graphic object in a point cloud method, the method comprising: dividing a field of view of a user into a plurality of regions; Sampling points per segmented area from a three-dimensional graphic object within the viewing range of the user, wherein the point density of the sampled points differs for each segmented area; And creating a fringe pattern corresponding to each of the sampled points.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 본 발명은 홀로그래픽 재생 영상의 해상도를 떨어뜨리지 않으면서도 고속으로 홀로그램을 생성할 수 있다.As described above, according to embodiments of the present invention, the present invention can generate holograms at high speed without degrading the resolution of the holographic playback image.
또한, 본 발명은 고속으로 홀로그램을 생성하는 기술 제공함으로써 실시간 동영상 홀로그램을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a real-time video hologram by providing a technique for generating a hologram at high speed.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 영상처리 방법에 대한 흐름도.1 is a flowchart illustrating a holographic image processing method according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 영상 처리 흐름을 나타낸 도면도.2 is a diagram illustrating a holographic image processing flow according to an embodiment of the present invention.
도 3은 포비티드 렌더링 기술의 일 예를 나타낸 도면.3 illustrates an example of a forbidden rendering technique.
도 4는 홀필링기법을 설명하기 위한 도면.4 is a view for explaining a hole peeling technique.
도 5는 홀필링기법이 적용된 이미지를 나타낸 도면.5 is a view showing an image to which the hole peeling technique is applied.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 보간된 프린지 패턴을 나타낸 도면.6 illustrates an interpolated fringe pattern according to another embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프린지 패턴을 작성하여 합성하는 시간과 포인트 밀도와의 관계를 나타낸 그래프.7 is a graph showing the relationship between time and point density for creating and synthesizing a fringe pattern according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 영상처리 장치에서 수행되는 홀로그래픽 영상처리 방법을 나타낸 순서도.8 is a flowchart illustrating a holographic image processing method performed in a holographic image processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 디스플레이 시스템의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 영상 처리 흐름을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a holographic display system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a holographic image processing flow according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 홀로그래픽 디스플레이 시스템(100)은 홀로그래픽 영상처리 장치(110), 시선정보 획득부(120) 및 디스플레이부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the holographic display system 100 includes a holographic image processing apparatus 110, a gaze information acquirer 120, and a display 130.
홀로그래픽 영상처리 장치(110)는 3차원 그래픽 객체를 해석하여 프린지 패턴을 작성하고 합성하는 기능을 수행한다. 홀로그래픽 영상처리 장치(110)의 구체적인 동작 및 구성은 후술하기로 한다.The holographic image processing apparatus 110 analyzes a 3D graphic object to create and synthesize a fringe pattern. The detailed operation and configuration of the holographic image processing apparatus 110 will be described later.
디스플레이부(130)는 3차원 홀로그래픽 영상을 재현하는 기능을 수행한다. 디스플레이부(130)는 공간 광변조기(Spatial Light Modulator : SLM), LED(Light Emitting Diode) 디스플레이 등이 일 수 있고, 기타 3차원 홀로그래픽 영상을 재현할 수 있는 기능을 가진 장치라면 제한없이 적용될 수 있다. 또한, 공간 광변조기는 음향 광 변조기 (AOM: acoustooptic modulator), 액정 디스플레이(LCD: liquid crystal display), DMD(Digital micromirror display) 등 일 수 있다.The display 130 performs a function of reproducing a 3D holographic image. The display unit 130 may be a spatial light modulator (SLM), a light emitting diode (LED) display, or the like, and any device having a function of reproducing other 3D holographic images may be applied without limitation. have. In addition, the spatial light modulator may be an acoustooptic modulator (AOM), a liquid crystal display (LCD), a digital micromirror display (DMD), or the like.
시선정보 획득부(120)는 디스플레이부(130)를 바라보는 사용자의 시선정보를 획득하는 기능을 수행한다. 예를 들어, 시선정보 획득부(120)는 카메라일 수 있다. 시선정보 획득부(120)가 카메라인 경우 시선정보는 카메라를 통해 획득된 영상정보이다. 여기서, 시선정보 획득부(120)는 다수의 카메라로 구성된 카메라 어레이일 수 있다. 카메라 어레이는 다수의 카메라를 이용하여 디스플레이부(130)를 기준으로 전 방향에서 다수의 채널 영상을 획득할 수 있다. 일 실시예에 따른 카메라 어레이는 다수의 카메라가 원형으로 배열되어 360도 전체 각도에서 영상 정보를 획득할 수 있다. 이때, 각 카메라는 채널 정보를 가지며, 카메라간 간격은 일정한 거리 또는 일정한 각도로 균일하게 배열될 수 있다. 또는 상황에 따라 소정의 영역에 카메라가 집중적으로 배열될 수도 있다.The gaze information acquirer 120 performs a function of acquiring gaze information of a user looking at the display 130. For example, the gaze information acquirer 120 may be a camera. When the gaze information acquisition unit 120 is a camera, the gaze information is image information obtained through the camera. Here, the gaze information acquisition unit 120 may be a camera array composed of a plurality of cameras. The camera array may acquire a plurality of channel images in all directions based on the display 130 using a plurality of cameras. In the camera array according to an exemplary embodiment, a plurality of cameras may be arranged in a circular shape to obtain image information at an angle of 360 degrees. In this case, each camera has channel information, and the intervals between the cameras may be uniformly arranged at a predetermined distance or at a predetermined angle. Alternatively, the camera may be concentrated in a predetermined area depending on the situation.
또한, 시선정보 획득부(120)는 카메라 외에도 사용자의 시선정보를 획득할 수 있는 장치라면 제한 없이 적용될 수 있다. 예를 들어, 광(예를 들어, 적외선 등) 방출부와 수광부로 구성된 시스템, 초음파 방출부와 음압센서로 구성된 시스템 등일 수 있다.In addition, the gaze information acquisition unit 120 may be applied without limitation as long as the device can acquire gaze information of the user in addition to the camera. For example, the system may include a light (eg, infrared light) emitter and a light receiver, a system configured by an ultrasonic emitter and a sound pressure sensor, and the like.
다만, 이하 본 발명의 명확한 이해와 설명의 편의를 위해 시선정보 획득부(120)는 카메라이고, 시선정보는 카메라를 통해 획득된 영상정보인 것을 예로 들어 설명하기로 한다. However, for the sake of clarity of understanding and explanation of the present invention, the gaze information acquisition unit 120 is a camera, and the gaze information is described as an example of image information acquired through the camera.
홀로그래픽 영상처리장치(110)는 영역 설정부(112), 샘플링부(113) 및 프린지 패턴 작성부(114)를 포함한다. 그리고, 홀로그래픽 영상처리장치(110)는 다양한 변형 실시예에 따라 트래킹부(111), 프린지 패턴 보간부(115) 및 프린지 패턴 합성부(116) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이하, 발명의 명확한 이해와 설명의 편의를 위해 홀로그래픽 영상처리 장치(110)는 상기한 모든 구성을 포함하는 것으로 한정하고, 참조번호 순서에 따라 설명하기로 한다.The holographic image processing apparatus 110 includes an area setting unit 112, a sampling unit 113, and a fringe pattern preparing unit 114. The holographic image processing apparatus 110 may further include one or more of the tracking unit 111, the fringe pattern interpolation unit 115, and the fringe pattern synthesis unit 116, according to various modified embodiments. Hereinafter, the holographic image processing apparatus 110 is limited to include all the above-described configurations for convenience of clear understanding and explanation of the invention, and it will be described according to the reference numeral order.
트래킹부(111)는 카메라(120)로부터 획득된 영상정보를 해석하여 사용자의 응시점을 추적하는 기능을 수행한다. 예를 들어, 트래킹부(111)는 영상정보로부터 사용자의 동공의 위치 및 동공이 향하는 정보를 해석하여 사용자의 응시점을 추적할 수 있다. 이때, 응시점은 사용의 시야(Field of view)의 중심일 수 있다.The tracking unit 111 analyzes the image information obtained from the camera 120 to track the gaze point of the user. For example, the tracking unit 111 may track the gaze point of the user by interpreting the position of the user's pupil and the information to which the pupil is directed from the image information. At this time, the gaze point may be the center of a field of view of use.
영역 설정부(112)는 디스플레이부(130)를 향하는 사용자의 시야를 복수의 영역으로 분할하는 기능을 수행한다. 이때, 각각의 영역은 다양한 모양(예를 들어, 원, 다각형 등) 및 다양한 배열(예를 들어, 세로 배열, 가로 배열, 중첩 배열, 사각 배열 등)을 가질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 복수의 영역은 서로 다른 반지름을 가지는 동심원에 의해 구분되는 영역일 수 있다. 이하, 복수의 영역의 모양 및 배열은 도 2에 도시된 예를 통해 설명하기로 하지만 본 발명이 이에 한정되지 않음은 물론이다.The area setting unit 112 divides the user's view toward the display 130 into a plurality of areas. In this case, each region may have various shapes (eg, circles, polygons, etc.) and various arrangements (eg, vertical arrangement, horizontal arrangement, overlapping arrangement, rectangular arrangement, etc.). According to an embodiment, the plurality of regions may be regions separated by concentric circles having different radii. Hereinafter, the shape and arrangement of the plurality of regions will be described with reference to the example illustrated in FIG. 2, but the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이 사용자의 시야는 사각형(220)이고, 시야는 사각형 내부의 2개의 동심원으로 분할 될 수 있다. 이에 따라, 사용자의 시야는 중심 영역(221), 중간 영역(222) 및 외곽 영역(223) 3개로 구분된다.According to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the user's field of view is a rectangle 220, and the field of view may be divided into two concentric circles inside the rectangle. Accordingly, the user's field of view is divided into three center regions 221, an intermediate region 222, and an outer region 223.
샘플링부(113)는 3차원 그래픽 객체(210)로부터 포인트들을 샘플링하는 기능을 수행하며, 샘플링은 다운샘플링일 수 있다. 이때, 샘플링부(113)는 사용자의 시야 범위 내의 3차원 그래픽 객체(210)로부터 각각의 영역(221, 222, 223) 별로 포인트들을 샘플링하며, 샘플링된 포인트들의 점밀도는 각각의 영역(221, 222, 223) 별로 상이할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 샘플링된 포인트들의 점밀도는 중심 영역(221)에서 외곽 영역(223)로 갈수록 낮아질 수 있다.The sampling unit 113 performs a function of sampling points from the 3D graphic object 210, and the sampling may be downsampling. In this case, the sampling unit 113 samples the points by the respective areas 221, 222, and 223 from the 3D graphic object 210 within the user's field of view, and the point density of the sampled points is determined by the respective areas 221,. 222, 223) may be different. As shown in FIG. 2, the point density of the sampled points may be lowered from the central area 221 to the outer area 223.
도 2를 참조하면, 3차원 그래픽 객체(210, 3차원 토끼 모양)를 점광원법에 기반하여 복수의 영역(221, 222, 223) 별로 점밀도를 다르게 샘플링한 결과가 참조번호 230에 도시되어 있다. 참조번호 230에서 사용자의 응시점(즉, 시야의 중심)에서 벗어날수록 포인트들의 점밀도가 낮아지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, a result of sampling the point density differently for each of the plurality of regions 221, 222, and 223 based on the point light source method is shown at 230. have. In reference numeral 230, the point density of the points decreases as the user moves away from the gaze point (ie, the center of the field of view).
프린지 패턴 작성부(114)는 샘플링된 포인트들 각각에 대응하는 프린지 패턴을 작성하는 기능을 수행한다. 점광원 방식에 기초하여 각각의 점광원에 대응하는 프린지 패턴을 작성하는 방법은 레일레이 좀머펠드(Rayleigh Sommerfeld) 접근법, 프레넬(Fresnel) 및 프라운호프(Fraunhofer) 근사화 등이 있으며, 이러한 프린지 패턴 작성법은 공지된 기술 내용이고 당업자에게 자명한 사항이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.The fringe pattern generator 114 creates a fringe pattern corresponding to each of the sampled points. Creating a fringe pattern corresponding to each point light source based on the point light source method includes a Rayleigh Sommerfeld approach, Fresnel and Fraunhofer approximation. The method of preparation is well known in the art and will be apparent to those skilled in the art, so detailed description thereof will be omitted.
프린지 패턴 합성부(116)는 작성된 프린지 패턴을 합성하는 기능을 수행한다. 일 실시예에 따른 합성 결과가 참조번호 240에 나타나 있다. 참조번호 240의 합성된 프린지 패턴이 디스플레이부(130)에 표현되고, 여기에 참조광을 조사하면 사용자는 3차원 홀로그래픽 영상을 볼 수 있게 된다.The fringe pattern synthesizing unit 116 performs a function of synthesizing the created fringe pattern. Synthesis results according to one embodiment are shown at 240. The synthesized fringe pattern of reference numeral 240 is displayed on the display unit 130, and when the reference light is irradiated thereto, the user can see the 3D holographic image.
3차원 홀로그래픽 영상을 구현함에 있어서 가장 문제가 되는 것은 프린지 패턴을 작성하는데 너무 많은 시간이 걸린다는 것이고, 이는 3차원 홀로그래픽 영상을 실시간으로 재현하는 것에 있어서 장애물로 작용한다. 점광원 방식의 CGH 생성 기술에서 3차원 그래픽 객체(210)로부터 샘플링되는 포인트의 개수가 증가하면 CGH 생성을 위한 연산시간도 증가하고, 반대로 포인트의 개수가 감소하면 그 연산시간도 감소한다.The biggest problem in implementing a 3D holographic image is that it takes too much time to create a fringe pattern, which acts as an obstacle in reproducing the 3D holographic image in real time. In the point light source CGH generation technique, when the number of points sampled from the 3D graphic object 210 is increased, the computation time for CGH generation is increased. On the contrary, when the number of points is decreased, the computation time is also reduced.
앞서 설명된 본 발명의 일 실시예에 따르면 3차원 그래픽 객체(210)로부터 샘플링된 포인트들에 대해 프린지 패턴을 작성하기 때문에 샘플링된 포인트들의 개수는 3차원 그래픽 객체(210)의 CGH를 생성하는 연산시간에 중요한 영향을 미친다. 다만, 3차원 그래픽 객체(210)로부터 샘플링된 포인트의 개수가 줄어들수록 3차원 홀로그래픽 영상의 해상도가 떨어지는 2차적인 문제가 발생한다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에서는 사용자 시야의 중심에서 외곽으로 갈수록 점밀도를 떨어뜨리는 다운샘플링을 실시하였기 때문에 실제로 사용자가 느끼는 해상도의 변화는 포인트의 감소에 비해 미미하며, 이에 대한 근거는 이미 공지된 포비티드 렌더링(Foveated Rendering) 기술에서 확인할 수 있다.According to one embodiment of the present invention described above, since the fringe pattern is created for the points sampled from the 3D graphic object 210, the number of sampled points is calculated to generate the CGH of the 3D graphic object 210. Significant impact on time However, as the number of points sampled from the 3D graphic object 210 decreases, a secondary problem occurs in which the resolution of the 3D holographic image decreases. However, in the exemplary embodiment of the present invention, since the downsampling is performed to decrease the point density from the center of the user's field of view to the outside, the change of the resolution actually felt by the user is insignificant compared to the decrease of the point, and the reason for this is already known. This can be seen in the Focused Rendering technology.
도 3은 포비티드 렌더링 기술의 일 예를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating an example of a embedded rendering technique.
인간의 망막에서 수용체(receptors)의 분포로 인해 인간의 시력은 시야의 중심(즉, 응시점)에서 가장 높고, 주변부로 갈수록 떨어진다. 따라서, 인간의 시야 범위 내에 제공되는 이미지의 질은 모두가 같을 필요가 없다. 즉, 인간의 시야 범위 내에 제공되는 이미지의 질이 전체적으로 높게 제공되는 경우와 시야 중심에서 높고 외곽으로 갈수록 낮게 제공되는 경우를 비교할 때, 인간이 느끼는 이미지의 해상도는 큰 차이를 보이지 않는다는 것이다.Due to the distribution of receptors in the human retina, human vision is highest in the center of the field of vision (ie, the gaze point), and drops toward the periphery. Thus, the quality of the images provided within the human field of view need not all be the same. That is, the resolution of the image felt by the human being does not show a big difference when the quality of the image provided within the human field of view is provided as a whole as high as the whole from the center of the field of view and lower as the outer area.
도 3을 참조하면, 이미지(310)를 3개의 영역(321, 322, 333)으로 구분하고, 중심으로부터 외곽으로 갈수록 해상도를 떨어뜨린 후 이미지를 합성하면 참조번호 330의 이미지가 되며, 이러한 일련의 과정을 포비티드 렌더링이라고 한다. 만약 사용자의 응시점이 이미지(310, 330)의 중심에 조준되어 있다면, 사용자는 참조번호 310의 이미지와 참조번호 330의 이미지의 해상도 차이를 잘 느끼지 못하게 된다.Referring to FIG. 3, when the image 310 is divided into three regions 321, 322, and 333, and the resolution is decreased from the center to the outside, the image is synthesized, and the image is a reference number 330. The process is called forbidden rendering. If the gaze point of the user is aimed at the center of the images 310 and 330, the user may not feel a difference in resolution between the image of the reference numeral 310 and the image of the reference numeral 330.
결국, CGH 생성기술에 포비티드 렌더링 기술을 적용한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 3차원 홀로그래픽 영상의 해상도를 거의 떨어뜨리지 않으면서도 연산속도는 상당한 수준으로 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만, 본 실시예에서 사용자 시야의 가장자리(주변부)에서 다운샘플링이 과도하게 이루어지는 경우 사용자가 해상도가 급격히 떨어지게 된 것을 인지할 위험이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 다른 실시예에서 홀로그래픽 영상처리장치(110)는 프린지 패턴 보간부(115)를 더 포함한다.As a result, according to an embodiment of the present invention in which the forbidden rendering technique is applied to the CGH generation technique, the computation speed may be considerably reduced without substantially reducing the resolution of the 3D holographic image. However, in the present embodiment, if downsampling is excessively performed at the edge (peripheral portion) of the user's view, there is a risk that the user perceives that the resolution is sharply dropped. In order to solve this problem, in another embodiment of the present invention, the holographic image processing apparatus 110 further includes a fringe pattern interpolator 115.
프린지 패턴 보간부(115)는 작성된 프린지 패턴 중 적어도 하나를 복사하여 작성된 프린지 패턴들을 보간하는 기능을 수행한다. 이때, 프린지 패턴의 보간은 복사한 프린지 패턴을 복사 대상 프린지 패턴의 위치에서 소정의 거리만큼 시프팅 시켜서 위치시키는 것이다. 보다 구체적인 설명을 위해 도2를 참조하면, 사용자의 시력은 외곽 영역(223)에서 가장 낮기 때문에 외곽 영역(223)에서의 점밀도를 특정 수준 이상으로만 유지한다면 사용자는 이를 통해 재현되는 3차원 홀로그래픽 영상의 해상도 차이를 잘 인지하지 못한다. 하지만, 점밀도를 특정 수준 아래로 낮추지 못한다면 CGH 생성 시간도 더 이상 줄일 수 없다는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 구성요소인 프린지 패턴 보간부(115)는 공지의 홀필링기법(hole filling method)이 가지는 기술적 사상을 참조한 것이다.The fringe pattern interpolator 115 performs a function of interpolating the created fringe patterns by copying at least one of the created fringe patterns. At this time, interpolation of the fringe pattern is to shift the copied fringe pattern by a predetermined distance from the position of the fringe pattern to be copied. Referring to Figure 2 for a more detailed description, since the user's vision is the lowest in the outer region 223, if the point density in the outer region 223 is maintained only above a certain level, the user is reproduced through this three-dimensional holo The resolution difference of the graphic image is not well recognized. However, if the point density is not lowered below a certain level, a problem arises that the CGH generation time can no longer be reduced. The fringe pattern interpolator 115, which is a component for solving such a problem, refers to a technical idea of a known hole filling method.
도 4는 홀필링기법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 홀필링기법이 적용된 이미지를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 보간된 프린지 패턴을 나타낸 도면이다.4 is a view for explaining the hole peeling method, Figure 5 is a view showing an image to which the hole peeling method is applied, Figure 6 is a view showing an interpolated fringe pattern according to another embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 홀필링기법은 기준 이미지(410)에서 다운샘플링을 실시(도 4에도시된 실시예에서는 1/2 다운샘플링임, 420)한 후, 다운샘플링을 통해 사라진 픽셀(412)의 위치에 인접한 픽셀(411)을 복사하여 채워 넣는 것이다. 이 경우 복사하여 채워 넣은 픽셀(411)이 다운샘플링을 통해 사라진 픽셀(412)과 동일하지 않을 지라도 사용자는 홀필링기법이 적용되기 전의 이미지(420) 보다 홀필링기법이 적용된 후의 이미지(430)에 대한 시각적 인지가 떨어지고, 특히 시력이 떨어지는 시야의 주변부에서 홀필링기법이 적용된다면 더 극적이 효과를 볼 수 있다.Referring to FIG. 4, the hole peeling method performs downsampling on the reference image 410 (1/2 downsampling in the embodiment shown in FIG. 4, 420), and then disappears the pixels 412 through downsampling. Copy and fill the pixel 411 adjacent to the position of. In this case, although the copied and filled pixel 411 is not the same as the pixel 412 disappeared through downsampling, the user may apply the image to the image 430 after the hole peeling technique is applied rather than the image 420 before the hole peeling technique is applied. A more dramatic effect can be achieved if the hole-filling technique is applied at the periphery of the field of vision, which is poorly perceived.
도 5에서 참조번호 510 이미지는 기준 이미지이고, 참조번호 520은 1/2 다운샘플링 후 홀필링기법이 적용된 이미지이고, 참조번호 530은 1/3 다운샘플링 후 홀필링기법이 적용된 이미지이며, 참조번호 540은 1/4 다운샘플링 후 홀필링기법이 적용된 이미지이다.In FIG. 5, reference numeral 510 is a reference image, reference numeral 520 is an image to which the hole peeling technique is applied after 1/2 downsampling, and reference numeral 530 is an image to which the hole peeling technique is applied after 1/3 downsampling. 540 is an image to which the hole peeling technique is applied after 1/4 downsampling.
프린지 패턴 보간부(115)가 적용된 실시예에서, 홀필링기법은 점밀도가 낮아지도록 다운샘플링된 포인트들에 적용되는 것이 아니라 다운샘플링된 포인트들 각각에 대응하는 프린지 패턴에 적용되는 것이다. 왜냐하면, 다운샘플링된 포인트들에 대해 홀필링기법이 적용된다면 다운샘플링을 통해 낮아진 점밀도가 다시 원래의 상태로 돌아가게 되고, 포인트들의 개수 변화가 없다면 CGH 생성시간 역시 줄어들지 않기 때문이다. 하지만, 다운샘플링된 포인트들에 대해 프린지 패턴을 먼저 작성한 후에, 다운샘플링을 통해 사라진 포인트들의 위치에 사라진 포인트들에 인접한 포인트들의 프린지 패턴을 복사하여 위치시킨다면(도 6 참조), 프린지 패턴이 작성되어야 하는 포인트들의 개수는 줄이면서 포인트들이 사라진 위치에 프린지 패턴을 채울 수 있기 때문에 사용자가 3차원 홀로그래픽 영상의 해상도가 크게 떨어졌음을 인지할 가능성을 낮추면서 CGH 생성시간을 크게 줄일 수 있다. 특히 시력이 떨어지는 시야의 주변부에서는 더 극적인 효과를 볼 수 있다.In an embodiment to which the fringe pattern interpolator 115 is applied, the hole peeling technique is applied to the fringe pattern corresponding to each of the downsampled points, rather than being applied to the downsampled points to lower the point density. This is because, if the hole-filling technique is applied to the downsampled points, the point density lowered through downsampling is returned to the original state, and the CGH generation time is not reduced if there is no change in the number of points. However, if a fringe pattern is first created for the downsampled points, and then the fringe pattern of points adjacent to the disappeared points is copied and positioned at the positions of the missing points through downsampling (see FIG. 6), a fringe pattern should be created. Since the number of points can be reduced and the fringe pattern can be filled at the position where the points disappear, the CGH generation time can be greatly reduced while reducing the possibility of the user noticing that the resolution of the 3D holographic image is greatly reduced. Especially in the periphery of the field of vision, which has poor vision, a more dramatic effect can be seen.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 프린지 패턴을 작성하여 합성하는 시간과 포인트 밀도와의 관계를 나타낸 그래프이다.7 is a graph illustrating a relationship between time and point density for preparing and synthesizing a fringe pattern according to an embodiment of the present invention.
도 7에서 x축은 샘플링되는 포인트들의 밀도를 나타낸 것이고, y축은 규준화된 CGH 연산시간을 나타낸 것이다. 참조번호 710의 영역 내의 그래프를 살펴 보면, 샘플링된 포인트들의 점밀도가 감소함에 따라 CGH 연산시간이 극적으로 줄어드는 것을 볼 수 있다. 참조번호 720의 영역 내의 그래프에서 약간의 CGH 연산시간의 증가는 본 발명의 실시예에 따른 프린지 패턴을 보간하는 프로세스의 관여로 인한 것이다.In FIG. 7, the x axis represents the density of the points to be sampled, and the y axis represents the normalized CGH calculation time. Looking at the graph in the area 710, it can be seen that the CGH calculation time is dramatically reduced as the point density of the sampled points decreases. The slight increase in CGH computation time in the graph within area 720 is due to the involvement of the process of interpolating fringe patterns according to embodiments of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 홀로그래픽 영상처리 장치에서 수행되는 홀로그래픽 영상처리 방법을 나타낸 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a holographic image processing method performed in a holographic image processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
단계 S810에서, 카메라(120)로부터 획득된 영상정보를 해석하여 사용자의 응시점을 추적하는 단계가 수행된다. 예를 들어, 트래킹부(111)는 영상 정보로부터 사용자의 동공의 위치 및 동공이 향하는 정보를 해석하여 사용자의 응시점을 추적할 수 있다. 이때, 응시점은 사용의 시야(Field of view)의 중심일 수 있다.In operation S810, the gazing point of the user may be tracked by interpreting the image information acquired from the camera 120. For example, the tracking unit 111 may track the gaze point of the user by interpreting the position of the user's pupil and the information to which the pupil is directed from the image information. At this time, the gaze point may be the center of a field of view of use.
단계 S820에서, 홀로그래픽 영상처리 장치(110)는 디스플레이부(130)를 향하는 사용자의 시야를 복수의 영역으로 분할하는 단계를 수행한다. 일 실시예에 따르면, 복수의 영역은 반지름이 서로 다른 동심원으로 구분되는 영역일 수 있다.In operation S820, the holographic image processing apparatus 110 divides a user's view toward the display 130 into a plurality of regions. According to an embodiment, the plurality of regions may be regions divided by concentric circles having different radii.
단계 S830에서, 홀로그래픽 영상처리 장치(110)는 사용자의 시야 범위 내의 3차원그래픽 객체로부터 분할된 영역 별로 포인트들을 샘플링하는 단계를 수행한다. 이때, 샘플링된 포인트들의 점밀도는 분할된 영역 별로 상이할 수 있다.In operation S830, the holographic image processing apparatus 110 performs sampling of points for each area divided from a 3D graphic object within a user's field of view. In this case, the point density of the sampled points may be different for each divided region.
단계 S840에서, 홀로그래픽 영상처리 장치(110)는 샘플링된 포인트들 각각에 대응하는 프린지 패턴을 작성하는 단계를 수행한다. 점광원 방식에 기초하여 각각의 점광원에 대응하는 프린지 패턴을 작성하는 방법은 레일레이 좀머펠드(Rayleigh Sommerfeld) 접근법, 프레넬(Fresnel) 및 프라운호프(Fraunhofer) 근사화 등이 있다.In operation S840, the holographic image processing apparatus 110 generates a fringe pattern corresponding to each of the sampled points. Methods of creating a fringe pattern corresponding to each point light source based on the point light source method include a Rayleigh Sommerfeld approach, Fresnel and Fraunhofer approximation.
단계 S850에서, 홀로그래픽 영상처리 장치(110)는 작성된 프린지 패턴 중 적어도 하나를 복사하여 작성된 프린지 패턴들을 보간하는 단계를 수행한다. 이때, 프린지 패턴의 보간은 복사한 프린지 패턴을 복사 대상 프린지 패턴의 위치에서 소정의 거리만큼 시프팅 시켜서 위치시키는 것이다.In operation S850, the holographic image processing apparatus 110 performs an interpolation of the created fringe patterns by copying at least one of the created fringe patterns. At this time, interpolation of the fringe pattern is to shift the copied fringe pattern by a predetermined distance from the position of the fringe pattern to be copied.
단계 S860에서, 홀로그래픽 영상처리 장치(110)는 작성된 프린지 패턴을 합성하는 단계를 수행한다.In operation S860, the holographic image processing apparatus 110 performs a step of synthesizing the created fringe pattern.
상술한 홀로그래픽 영상처리 방법은 도 8에 도시된 순서에 따라 S810부터 S860까지 순차적으로 설명하였으나, 도 1 내지 도 7을 통해 설명된 다양한 실시예를 참조하여 S810 내지 S860의 일부 단계를 조합하여 다양한 실시예가 도출될 수 있고, 이러한 조합 실시예가 본 발명의 범위에 속함은 자명하다.Although the above-described holographic image processing method has been sequentially described from S810 to S860 in the order shown in FIG. 8, the holographic image processing method may be combined with some steps of S810 to S860 with reference to various embodiments described with reference to FIGS. 1 to 7. Embodiments may be derived and it is obvious that such combination embodiments are within the scope of the present invention.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.While the above has been shown and described with respect to preferred embodiments of the present invention, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, it is usually in the technical field to which the invention belongs without departing from the spirit of the invention claimed in the claims. Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or prospect of the present invention.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art will be able to make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. Additions should be considered to be within the scope of the following claims.

Claims (11)

  1. 3차원 그래픽 객체를 포인트 클라우드 방식으로 구현하는 3차원 그래픽 객체에 대한 홀로그래픽 영상처리 장치에 있어서,In the holographic image processing apparatus for a three-dimensional graphics object that implements a three-dimensional graphics object in a point cloud method,
    사용자의 시야를 복수의 영역으로 분할하는 영역 설정부;An area setting unit dividing a field of view of the user into a plurality of areas;
    상기 사용자의 시야 범위 내의 상기 3차원 그래픽 객체로부터 상기 분할된 영역 별로 포인트들을 샘플링하는 샘플링부 - 여기서, 상기 샘플링된 포인트들의 점밀도는 상기 분할된 영역 별로 상이함-; 및A sampling unit for sampling points for each of the divided regions from the three-dimensional graphic object within the viewing range of the user, wherein the point density of the sampled points is different for each of the divided regions; And
    상기 샘플링된 포인트들 각각에 대응하는 프린지 패턴을 작성하는 프린지 패턴 작성부를 포함하는 홀로그래픽 영상처리 장치.And a fringe pattern creating unit for creating a fringe pattern corresponding to each of the sampled points.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 작성된 프린지 패턴 중 적어도 하나를 복사하여 작성된 프린지 패턴들을 보간하는 프린지 패턴 보간부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 영상처리 장치.And a fringe pattern interpolator configured to copy at least one of the created fringe patterns to interpolate the created fringe patterns.
  3. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 프린지 패턴들의 보간은,Interpolation of the fringe patterns,
    포인트들의 점밀도가 미리 설정된 값 보다 작은 영역에 대해 수행되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 영상처리 장치.The holographic image processing apparatus according to claim 1, wherein the point density of the points is smaller than a preset value.
  4. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 프린지 패턴들의 보간은,Interpolation of the fringe patterns,
    상기 복사한 프린지 패턴을 상기 복사 대상 프린지 패턴의 위치에서 소정의 거리만큼 시프팅 시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 영상처리 장치.And copying the copied fringe pattern by a predetermined distance from a position of the copy target fringe pattern.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4,
    상기 프린지 패턴들을 합성하는 프린지 패턴 합성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 영상처리 장치.And a fringe pattern synthesis unit for synthesizing the fringe patterns.
  6. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 복수의 영역은 동심원에 의해 구분되는 영역인 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 영상처리 장치.And the plurality of areas are areas separated by concentric circles.
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 점밀도는 상기 동심원의 중심에서 멀리 있는 영역일수록 낮아지는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 영상처리 장치.And the point density is lower in an area farther from a center of the concentric circle.
  8. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    사용자의 응시점을 추적하는 트래킹부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 영상처리 장치.Holographic image processing apparatus further comprises a tracking unit for tracking the gaze point of the user.
  9. 제8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 복수의 영역은 사용자의 응시점을 중심으로 하는 동심원에 의해 구분되는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 영상처리 장치.And the plurality of areas are divided by concentric circles around a gaze point of a user.
  10. 3차원 그래픽 객체를 포인트 클라우드 방식으로 구현하는 홀로그래픽 영상처리 장치에 있어서,A holographic image processing apparatus which implements a 3D graphic object in a point cloud method,
    상기 3차원 그래픽 객체로부터 포인트들을 샘플링하는 샘플링부;A sampling unit for sampling points from the 3D graphic object;
    상기 샘플링된 포인트들 각각에 대응하는 프린지 패턴을 작성하는 프린지 패턴 작성부; 및A fringe pattern generator which creates a fringe pattern corresponding to each of the sampled points; And
    상기 작성된 프린지 패턴 중 적어도 하나를 복사하여 작성된 프린지 패턴들을 보간하는 프린지 패턴 보간부를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그래픽 영상처리 장치.And a fringe pattern interpolator configured to copy at least one of the created fringe patterns to interpolate the created fringe patterns.
  11. 3차원 그래픽 객체를 포인트 클라우드 방식으로 구현하는 홀로그래픽 영상처리 방법에 있어서,A holographic image processing method for implementing a 3D graphic object in a point cloud method,
    사용자의 시야를 복수의 영역으로 분할하는 단계;Dividing a field of view of the user into a plurality of regions;
    상기 사용자의 시야 범위 내의 3차원 그래픽 객체로부터 상기 분할된 영역 별로 포인트들을 샘플링하는 단계-여기서, 샘플링된 포인트들의 점밀도는 상기 분할된 영역 별로 상이함-; 및Sampling points per segmented area from a three-dimensional graphic object within the viewing range of the user, wherein the point density of the sampled points differs for each segmented area; And
    상기 샘플링된 포인트들 각각에 대응하는 프린지 패턴을 작성하는 단계를 포함하는 홀로그래픽 영상처리 방법.And creating a fringe pattern corresponding to each of the sampled points.
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