WO2019225776A1 - 중심 대칭형 멀티 주파수 대역 필터링 방법을 기반으로 하는 전 방향 시야각을 갖는 단순 구조의 인라인 홀로그램 기반 3 차원 비디오 디스플레이 시스템 - Google Patents

중심 대칭형 멀티 주파수 대역 필터링 방법을 기반으로 하는 전 방향 시야각을 갖는 단순 구조의 인라인 홀로그램 기반 3 차원 비디오 디스플레이 시스템 Download PDF

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hologram
msbs
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Inventor
김은수
임술봉
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광운대학교 산학협력단
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/26—Processes or apparatus specially adapted to produce multiple sub- holograms or to obtain images from them, e.g. multicolour technique

Definitions

  • the present invention relates to a simple structure inline hologram-based three-dimensional video display system with an omnidirectional viewing angle based on a centrally symmetric multi-frequency band filtering method.
  • Simple structure with omni-directional viewing angle based on a centrally symmetric multi-frequency band filtering method that can be made into a set of granular viewing areas despite half of the total viewing angle area and eliminates conjugation while eliminating distribution across all directions Relates to an inline hologram based three dimensional video display system.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2018-0029595 discloses a lens assembly for converting a spherical wave type object beam into planar wave type light; A light splitter configured to split the plane wave light into first light and second light to reflect the first light and to transmit the second light; A light reflecting unit reflecting the transmitted second light in the same direction as a traveling direction of the first light; And a hologram image acquisition unit for obtaining a hologram image of an object based on the combination of the first light and the second light.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2018-0035012 includes a first lens assembly for converting a waveform of the first light reflected from the object when the first light split from the output light is reflected from the object; A light splitter configured to transmit a second light split from the output light and reflect the first light having a waveform converted in the same direction as a traveling direction of the second light; And a hologram image acquisition unit which acquires a hologram image of the object based on the combination of the first light and the second light.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and the present invention is based on the center symmetric multi-frequency band (CS-MSB) filtering method, a simple structure having an omni-directional viewing angle without using an additional optical device It is to propose an inline hologram based 3D video display system.
  • CS-MSB center symmetric multi-frequency band
  • the present invention relates to a simple structure inline hologram-based three-dimensional video display system with an omnidirectional viewing angle based on a centrally symmetric multi-frequency band filtering method, wherein the complex holograms for real 3D objects are generated by calculation and the spatial frequency spectrum Centrally symmetrically subdivided into even-numbered sectoral spectral regions here called multi-side bands (MSBs), alternately selected for each group, divided into two groups of MSBs, after which one group of MSBs is stored and the other is digital Removed with the filter mask, the stored MSB is then inverse Fourier transformed into the spatial domain, and also the encoded hologram pattern of the transformed complex hologram is loaded into the SLM and converted into the frequency domain, where the MSB set of the conjugate image is Remove using the optical version
  • the MSB for the real object is inverted Fourier transformed, the real object image is finally reconstructed without conjugation terms, and viewed from almost any direction consisting of a subset of angle divisions, many angle-divided regions
  • the complex hologram pattern for the actual 3-D object image is initially generated by the novel-look-up-table (NLUT) method, and in the next step, the complex hologram generated by the computer has its spatial frequency It is transformed into the spatial frequency domain to obtain a spectrum, which is then subdivided into even-numbered fan-shaped frequency spectral regions centrally symmetrically, then these MSBs are selected at an angle, one for each group, clockwise. Thereby splitting into two halves, such as Group-1 and Group-2, where the MSB for each of Group-1 and Group-2 can be distributed throughout the spectral region,
  • the third step half of the MSBs belonging to Group-1 are stored for reconstruction of the actual image, the other half belonging to Group-2 is reserved for the corresponding potential MSB area using a digital filter mask, and based on SLM Applied to conjugated images in the optical reconstruction process of, only the MSB of group -1 is inverted Fourier transformed into another form of complex hologram representing a complex hologram for pure real image, where the intensity pattern of the filtered complex hologram (FCH) is Stored for optical reconstruction,
  • the optical process of luminance-type FCH is performed in a 4-f lens system, where the intensity pattern of the FCH is loaded onto the SLM, optically Fourier transformed into the space-frequency domain, where the optically transformed FCH
  • the frequency spectrum includes not only the MSB of group -1 corresponding to the real image, but also the MSB of group -2 corresponding to the conjugate image due to the symmetric Fourier transform characteristic
  • the MSB corresponding to the conjugate image is a digital filter used in digital processes.
  • the present invention has the significant effect that the total viewing angle area can be made into a set of granular fields of view despite half of the total viewing angle area, as with conventional single sideband holography, and eliminate conjugation while removing the distribution across all directions. There is.
  • FIG. 1 is an operational block diagram of a proposed inline electronic hologram 3D video display system based on the Center-Symmetric Multi-Sideband (CS-MSB) filtering method consisting of the digital and optical processes of the present invention.
  • CS-MSB Center-Symmetric Multi-Sideband
  • Figure 3 shows the FCH generation from the complex hologram calculated by performing frequency filtering with a fan-shaped digital filter mask
  • the total viewing angle area of the proposed system can be made into a set of granular fields of view, despite half of the total viewing angle area, as with conventional single sideband holography, and eliminating conjugation by removing the distribution across all directions.
  • a complex hologram for a real 3D object is generated by calculation and the spatial frequency spectrum is subdivided into even numbered sectors of spectral regions called multi-side bands (MSB) here in central symmetry, alternately selected for each group. Thereby divided into two groups of MSBs. Then the MSB of one group is saved and the other group is removed with digital filter mask. The stored MSB is then inverse Fourier transformed into the spatial domain.
  • MSB multi-side bands
  • the MSB set of conjugated images is removed using an optical version of the digital filter mask.
  • the MSB for the real object is inverted Fourier transformed, the real object image is finally reconstructed without the conjugate terms, and looks in almost all directions consisting of a subset of angle divisions.
  • the target image was extracted from many angle-segmented regions of the space-frequency spectrum.
  • FIG. 1 is an operational block diagram of a proposed inline electronic hologram 3D video display system based on the Center-Symmetric Multi-Sideband (CS-MSB) filtering method consisting of the digital and optical processes of the present invention.
  • CS-MSB Center-Symmetric Multi-Sideband
  • Figure 3 shows the FCH generation from the complex hologram calculated by performing frequency filtering with a fan-shaped digital filter mask
  • Figure 1 shows a working block diagram of a proposed inline electronic hologram 3D video display system based on Center-Symmetric Multi-Sideband (CS-MSB) filtering method consisting of digital and optical processes.
  • CS-MSB Center-Symmetric Multi-Sideband
  • the complex hologram pattern for the actual 3-D object image is initially generated by the novel-look-up-table (NLUT) method.
  • the complex hologram generated by the computer is converted into the spatial frequency domain to obtain its spatial frequency spectrum.
  • This spatial frequency spectrum is here subdivided into even-numbered fan-shaped frequency spectrum regions with central symmetry. This region is called a multi-side band (MSB).
  • MSBs are then divided into two halves, such as Group-1 and Group-2, by selecting an angle one for each group in the clockwise direction.
  • the MSBs for each of Group-1 and Group-2 can be distributed throughout the spectral region without being limited to two half-spectral regions (up or down), as with conventional single-side band holography
  • the third step half of the MSBs belonging to Group-1 are stored for reconstruction of the actual image, and the other half belonging to Group-2 is reserved for the corresponding potential MSB area using a digital filter mask.
  • Applied to conjugated images in SLM-based optical reconstruction processes Only the MSB of group -1 is inverted Fourier transformed into another form of complex hologram representing complex holograms for pure real images. This complex hologram is referred to herein as a filtered complex hologram (FCH).
  • FCH filtered complex hologram
  • the optical process of luminance-type FCH is performed in a 4-f lens system. That is, the intensity pattern of the FCH is loaded onto the SLM and optically Fourier transformed into the space-frequency domain.
  • the optically transformed frequency spectrum of the FCH includes not only the MSB of group -1 corresponding to the actual image, but also the MSB of group -2 corresponding to the conjugate image due to the symmetric Fourier transform characteristic. Therefore, the MSB corresponding to the conjugate image must be filtered with an optical version of the digital filter mask used in the digital process.
  • a number of granular MSBs corresponding to real images are selected in almost all angular directions, which means the field of view of the real images reconstructed in the proposed system, and the viewing angles are distributed in all angular directions.
  • the half colored in white matches the actual image, and the other half filled in black matches the conjugate term.
  • the number of subdivided MSBs associated with the real image is reduced from the lower half regions, (b), (c) and (d).
  • the reconstructed object region images are discretely divided into sets of reconstructed partition regions, the observation regions of the reconstructed object images can be distributed over all angular directions. Also, as the number of MSBs increases, corresponding viewing zones can be made substantially continuous in all angular directions.
  • Figure 3 shows the three stages of the digital process.
  • half of the MSBs in group-1 are stored and the remaining groups are removed to reserve potential MSB regions corresponding to the conjugated images to be generated during the optical reconstruction process.
  • only half of the MSBs belonging to group -1 are filtered with an MSB filter mask, and inverse Fourier transformed into other forms of complex holograms, the so-called filtered complex holograms (FCH), whose intensity patterns undergo optical reconstruction on an amplitude type SLM.
  • FCH filtered complex holograms
  • hCH represents the complex hologram pattern calculated by the NLUT method, so its space-frequency spectrum can be obtained by FFT algorithm as follows.
  • the parameters M, N, X and Y represent the image size and frequency in the horizontal and vertical directions, respectively.
  • the transfer function of the MSB filter mask is MSB (x, y)
  • the FCH pattern, hFCH is represented by equation (3).
  • the FCH needs to be transformed into intensity or phase-type holograms.
  • the hologram is encoded as an intensity-type having a value range from 0 to 255.
  • the gray level, the final intensity-type FCH pattern encoded by hFCH-Intensity, is equation (4).
  • R ⁇ represents a plurality of rounding operators
  • F ⁇ and F-1 ⁇ represent Fourier transform and inverse Fourier transform operators, respectively.
  • the luminance-type FCH of formula (2) is as follows. 4 is loaded onto the SLM and optically transformed into a Fourier domain. However, as described above, since the FCH is encoded into luminance type holograms for loading on an amplitude type SLM, the MSB set corresponding to the conjugate image is reproduced along with that corresponding to the actual image.
  • the digital process only recorded half of the MSB for the actual image, while removing the other half of the conjugate image that was set to center symmetry for the actual image.
  • the MSB for the conjugate image is regenerated centrally symmetrically in the area corresponding to the removed MSB.
  • the optically reproduced MSB for the conjugate image can be separated from that for the actual image using the optical version of the digital filter mask used in the digital process.

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Abstract

본발명은 중심 대칭형 멀티 주파수 대역 필터링 방법을 기반으로 하는 전 방향 시야각을 갖는 단순 구조의 인라인 홀로그램 기반 3 차원 비디오 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 실제 3D 물체에 대한 복소 홀로그램은 계산으로 생성되며 공간 주파수 스펙트럼은 중앙 대칭으로 여기에 다중 측 파대(MSB)라고 불리는 짝수 개의 부채꼴 스펙트럼 영역으로 세분화되며, 각 그룹에 대해 교대로 선택됨으로써 MSB의 두 그룹으로 나뉘어지며, 이후 한 그룹의 MSB가 저장되고 다른 그룹은 디지털 필터 마스크로 제거되며, 이후 저장된 MSB는 공간 도메인으로 역 푸리에 변환되며, 또한 변환 된 복소 홀로그램의 인코딩 된 홀로그램 패턴을 SLM에 로드하고 주파수 도메인으로 변환하되, 여기서 공액 이미지의 MSB 세트는 디지털 필터 마스크의 광학 버전을 사용하여 제거되며, 실제 물체에 대한 MSB는 반전 푸리에 변환되고, 실제 물체 이미지는 공액 항을 갖지 않고 최종적으로 재구성되고, 각도 분할 서브 세트로 구성된 거의 모든 방향에서 보는 것으로 공간 - 주파수 스펙트럼의 많은 각도 - 세분화 된 영역들로부터 대상 이미지가 추출되는 것으로, 본발명은 총 시야각 영역이 기존의 단일 측 파대 홀로그래피와 마찬가지로 전체 시야각 영역의 절반에도 불구하고 세분화 된 시야 영역 집합으로 만들 수 있으며 모든 각 방향에 걸쳐 분포를 제거하면서 공액을 제거 할 수 있는 현저한 효과가 있다.

Description

중심 대칭형 멀티 주파수 대역 필터링 방법을 기반으로 하는 전 방향 시야각을 갖는 단순 구조의 인라인 홀로그램 기반 3 차원 비디오 디스플레이 시스템
본발명은 중심 대칭형 멀티 주파수 대역 필터링 방법을 기반으로 하는 전 방향 시야각을 갖는 단순 구조의 인라인 홀로그램 기반 3 차원 비디오 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 총 시야각 영역이 기존의 단일 측 파대 홀로그래피와 마찬가지로 전체 시야각 영역의 절반에도 불구하고 세분화 된 시야 영역 집합으로 만들 수 있으며 모든 각 방향에 걸쳐 분포를 제거하면서 공액을 제거 할 수 있는 중심 대칭형 멀티 주파수 대역 필터링 방법을 기반으로 하는 전 방향 시야각을 갖는 단순 구조의 인라인 홀로그램 기반 3 차원 비디오 디스플레이 시스템에 관한 것이다.
홀로그래피는 1948 년 처음으로 데니스가 보르(Dennis Gabor)에 의해 발명 된 이후, 홀로그램 방식은 어떠한 감정도 없이 실제와 같은 3 차원 이미지를 제공 할 수 있기 때문에 3 차원(3D) 이미징 및 디스플레이 분야에서 많은 주목을 받아 왔다. 불편함과 시각적 피로. 실제로, 인라인 홀로그래피에서, 중앙의 재구성 된 이미지는 0 차 및 공액 이미지 용어와 완전히 중첩되어 재구성 된 실제 이미지의 품질을 심각하게 저하시킨다. 따라서 인라인(in-line) 홀로그래피의 실제 사용을 위해서는 0 차 및 공액 이미지 용어를 실제 이미지에서 제거해야 한다.
이와 관련되어 종래기술인 공개특허공보 공개번호 10-2018-0029595호에는 구면파 형태의 물체광(Object beam)을 평면파 형태의 광으로 변환시키는 렌즈 조립체; 상기 평면파 형태의 광을 제1 광과 제2 광으로 분할하여 상기 제1 광을 반사시키고 상기 제2 광을 투과시키는 광 분할부; 투과된 상기 제2 광을 상기 제1 광의 진행 방향과 동일한 방향으로 반사시키는 광 반사부; 및 상기 제1 광과 상기 제2 광의 결합을 기초로 물체에 대한 홀로그램 영상을 획득하는 홀로그램 영상 획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치가 공개되어 있다.
또한, 공개특허공보 공개번호 10-2018-0035012호에는 출력광으로부터 분할된 제1 광이 물체로부터 반사되면 상기 물체로부터 반사된 상기 제1 광의 파형을 변환시키는 제1 렌즈 조립체; 상기 출력광으로부터 분할된 제2 광을 투과시키며, 파형이 변환된 상기 제1 광을 상기 제2 광의 진행 방향과 동일한 방향으로 반사시키는 광 분할부; 및 상기 제1 광과 상기 제2 광의 결합을 기초로 상기 물체에 대한 홀로그램 영상을 획득하는 홀로그램 영상 획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 영상 획득 장치가 공개되어 있다.
그리고 지금까지, 인 - 라인 홀로그래피(in-line holography)에서 실제 이미지로부터 공액 이미지를 제거하기 위한 수단으로 하프 존 플레이트(half-zone-plate) 처리를 갖는 단일 측 대역 기술이 제안되었다. 이 방법은 홀로그램 기록 프로세스에서 송신 된 신호로부터 공간 주파수 스펙트럼의 절반을 차단하는 것만으로 공액 이미지를 제거 할 수 있고 동시에 공액 주파수 성분이 나머지의 반대쪽에 위치하도록 차단할 수 있다 반 - 평면 마스크를 사용하여 재구성 과정에서 반 - 공간 - 주파수 스펙트럼을 생성한다.
정확한 싱글 사이드 밴드 처리로 인해 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH) 기반 인라인 전기 홀로그래피에서 특히 유용함이 입증되었다. 그러나, 단측 파대 홀로그래피의 이 하프 존 플레이트 처리는 대상의 공간 주파수 스펙트럼의 절반이 의도적으로 차단되어 기록 영역이 절반으로 절단되게 한다. 그러므로, 재구성 된 대상 이미지는 완전히 재구성 된 관찰 영역의 절반 구역 내에서만 관찰 될 수 있는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본발명은 중심 대칭형 멀티 주파수 대역(CS-MSB) 필터링 방법을 기반으로 하는, 추가 광학 장치를 사용하지 않고 전 방향 시야각을 갖는 단순 구조의 인라인 홀로그램 기반 3 차원 비디오 디스플레이 시스템을 제안하고자 하는 것이다.
본발명은 중심 대칭형 멀티 주파수 대역 필터링 방법을 기반으로 하는 전 방향 시야각을 갖는 단순 구조의 인라인 홀로그램 기반 3 차원 비디오 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 실제 3D 물체에 대한 복소 홀로그램은 계산으로 생성되며 공간 주파수 스펙트럼은 중앙 대칭으로 여기에 다중 측 파대(MSB)라고 불리는 짝수 개의 부채꼴 스펙트럼 영역으로 세분화되며, 각 그룹에 대해 교대로 선택됨으로써 MSB의 두 그룹으로 나뉘어지며, 이후 한 그룹의 MSB가 저장되고 다른 그룹은 디지털 필터 마스크로 제거되며, 이후 저장된 MSB는 공간 도메인으로 역 푸리에 변환되며, 또한 변환 된 복소 홀로그램의 인코딩 된 홀로그램 패턴을 SLM에 로드하고 주파수 도메인으로 변환하되, 여기서 공액 이미지의 MSB 세트는 디지털 필터 마스크의 광학 버전을 사용하여 제거되며, 실제 물체에 대한 MSB는 반전 푸리에 변환되고, 실제 물체 이미지는 공액 항을 갖지 않고 최종적으로 재구성되고, 각도 분할 서브 세트로 구성된 거의 모든 방향에서 보는 것으로 공간 - 주파수 스펙트럼의 많은 각도 - 세분화 된 영역들로부터 대상 이미지가 추출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 디지털 프로세스에서 실제 3-D 오브젝트 이미지에 대한 복소 홀로그램 패턴은 초기에 NLUT(novel-look-up-table) 방법으로 생성되며, 다음 단계에서, 컴퓨터에 의해 생성 된 복소 홀로그램은 그것의 공간 주파수 스펙트럼을 얻기 위해 공간 주파수 도메인으로 변환되고, 이 공간 주파수 스펙트럼은 여기에서 중심 대칭으로 짝수 개의 부채꼴 모양의 주파수 스펙트럼 영역으로 세분화되고, 그 후, 이들 MSB는 시계 방향으로 각 그룹에 대해 하나씩 각도로 선택됨으로써 Group-1 및 Group-2와 같은 두 개의 절반으로 나누어지되, 여기서 Group-1 및 Group-2 각각에 대한 MSB는 스펙트럼 영역 전체에 분산 될 수 있는 것이며,
제 3 단계에서, Group-1에 속하는 MSB들의 절반은 실제 이미지의 재구성을 위해 저장되고, Group-2에 속하는 나머지 절반은 디지털 필터 마스크를 사용하여 상응하는 잠재적 인 MSB 영역을 위해 예약되며, SLM 기반의 광학 재구성 프로세스에서 공액 이미지에 적용하며, 상기 그룹 -1의 MSB만이 순수한 실제 이미지에 대한 복소 홀로그램을 나타내는 복잡한 홀로그램의 다른 형태로 반전 푸리에 변환되며, 여기서 필터링 된 복소 홀로그램(FCH)의 강도 패턴은 광학 재구성을 위해 저장되며,
실제로, 휘도 - 타입 FCH의 광학 프로세스는 4-f 렌즈 시스템에서 수행되는 것으로, FCH의 세기 패턴은 SLM 상에 로딩되고, 공간 - 주파수 영역으로 광학적으로 푸리에 변환되며, 여기서, FCH의 광학적으로 변환 된 주파수 스펙트럼은 실제 이미지에 대응하는 그룹 -1의 MSB뿐만 아니라 대칭 푸리에 변환 특성으로 인해 공액 이미지에 대응하는 그룹 -2의 MSB를 포함하게 되므로, 공액 이미지에 해당하는 MSB는 디지털 프로세스에서 사용되는 디지털 필터 마스크의 광학 버전으로 필터링되며, 그 후, 그룹 1의 광학적으로 필터링 된 MSB 스펙트럼 만이 4-f 렌즈 시스템에서 역 푸리에 변환되고, 이로부터 실체 이미지만이 공액 이미지 없이 광학적으로 재구성되고 모든 방향에서 각도별로 세분화 된 뷰잉 영역 세트로 보이는 것을 특징으로 한다.
따라서 본발명은 총 시야각 영역이 기존의 단일 측 파대 홀로그래피와 마찬가지로 전체 시야각 영역의 절반에도 불구하고 세분화 된 시야 영역 집합으로 만들 수 있으며 모든 각 방향에 걸쳐 분포를 제거하면서 공액을 제거 할 수 있는 현저한 효과가 있다.
도 1은 본발명의 디지털 및 광학 프로세스로 구성된 CS-MSB(Center-Symmetric Multi-Sideband) 필터링 방법을 기반으로 한 제안 된 인라인 전자 홀로그램 3D 비디오 디스플레이 시스템의 작동 블록 다이어그램
도 2는 n의 정수에 따른 MSB의 수 : (a) n = 0에 대한 두 개의 측 파대, (b) n = 1에 대한 6 개의 측 파대, (c) n = 2에 대한 10 개의 측 파대 및 (d) n = 3 인 경우 (흰색 및 검은 색 측 파대의 각 집합은 각각 Group-1 및 Group-2로 지정된다)도면
도 3은 부채 모양의 디지털 필터 마스크로 주파수 필터링을 수행하여 계산 된 복소 홀로그램에서 FCH 생성도
도 4는 4-f 렌즈 시스템에서의 강도 형 FCH 패턴의 광학 필터링 및 재구성 과정도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 렌즈 200 : BS
300 : SLM 400 : 거울
500 : 팬형상의 MSB 필터
600 : 재구성 이미지 700 : 퓨리에 평면
본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
제안 된 시스템의 총 시야각 영역은 기존의 단일 측 파대 홀로그래피와 마찬가지로 전체 시야각 영역의 절반에도 불구하고 세분화 된 시야 영역 집합으로 만들 수 있으며 모든 각 방향에 걸쳐 분포를 제거하면서 공액을 제거 할 수 있다.
제안 된 시스템에서, 실제 3D 물체에 대한 복소 홀로그램은 계산으로 생성되며 공간 주파수 스펙트럼은 중앙 대칭으로 여기에 다중 측 파대(MSB)라고 불리는 짝수 개의 부채꼴 스펙트럼 영역으로 세분화되며, 각 그룹에 대해 교대로 선택됨으로써 MSB의 두 그룹으로 나뉘어진다. 그런 다음 한 그룹의 MSB가 저장되고 다른 그룹은 디지털 필터 마스크로 제거됩니다. 그런 다음 저장된 MSB는 공간 도메인으로 역 푸리에 변환된다.
또한 변환 된 복소 홀로그램의 인코딩 된 홀로그램 패턴을 SLM에 로드하고 주파수 도메인으로 변환한다. 여기서 공액 이미지의 MSB 세트는 디지털 필터 마스크의 광학 버전을 사용하여 제거된다. 실제 물체에 대한 MSB는 반전 푸리에 변환되고, 실제 물체 이미지는 공액 항을 갖지 않고 최종적으로 재구성되고, 각도 분할 서브 세트로 구성된 거의 모든 방향에서 본다. 공간 - 주파수 스펙트럼의 많은 각도 - 세분화 된 영역들로부터 대상 이미지가 추출되었다.
도 1은 본발명의 디지털 및 광학 프로세스로 구성된 CS-MSB(Center-Symmetric Multi-Sideband) 필터링 방법을 기반으로 한 제안 된 인라인 전자 홀로그램 3D 비디오 디스플레이 시스템의 작동 블록 다이어그램
도 2는 n의 정수에 따른 MSB의 수 : (a) n = 0에 대한 두 개의 측 파대, (b) n = 1에 대한 6 개의 측 파대, (c) n = 2에 대한 10 개의 측 파대 및 (d) n = 3 인 경우 (흰색 및 검은 색 측 파대의 각 집합은 각각 Group-1 및 Group-2로 지정된다)도면
도 3은 부채 모양의 디지털 필터 마스크로 주파수 필터링을 수행하여 계산 된 복소 홀로그램에서 FCH 생성도
도 4는 4-f 렌즈 시스템에서의 강도 형 FCH 패턴의 광학 필터링 및 재구성 과정도
도 1 순서도는 디지털 및 광학 프로세스로 구성된 CS-MSB(Center-Symmetric Multi-Sideband) 필터링 방법을 기반으로 한 제안 된 인라인 전자 홀로그램 3D 비디오 디스플레이 시스템의 작동 블록 다이어그램을 보여준다. 디지털 프로세스에서 실제 3-D 오브젝트 이미지에 대한 복소 홀로그램 패턴은 초기에 NLUT(novel-look-up-table) 방법으로 생성된다. 다음 단계에서, 컴퓨터에 의해 생성 된 복소 홀로그램은 그것의 공간 주파수 스펙트럼을 얻기 위해 공간 주파수 도메인으로 변환된다. 이 공간 주파수 스펙트럼은 여기에서 중심 대칭으로 짝수 개의 부채꼴 모양의 주파수 스펙트럼 영역으로 세분화된다.이 영역을 멀티 사이드 밴드(MSB)라고 한다. 그 후, 이들 MSB는 시계 방향으로 각 그룹에 대해 하나씩 각도로 선택됨으로써 Group-1 및 Group-2와 같은 두 개의 절반으로 나누어진다. 여기서 Group-1 및 Group-2 각각에 대한 MSB는 기존의 단일 측 파대 홀로그래피와 마찬가지로 하프 스펙트럼 영역 2 개(위 또는 아래)로 제한적으로 축소되지 않고 스펙트럼 영역 전체에 분산 될 수 있다.
제 3 단계에서, Group-1에 속하는 MSB들의 절반은 실제 이미지의 재구성을 위해 저장되고, Group-2에 속하는 나머지 절반은 디지털 필터 마스크를 사용하여 상응하는 잠재적 인 MSB 영역을 위해 예약된다. SLM 기반의 광학 재구성 프로세스에서 공액 이미지에 적용한다. 그룹 -1의 MSB만이 순수한 실제 이미지에 대한 복소 홀로그램을 나타내는 복잡한 홀로그램의 다른 형태로 반전 푸리에 변환된다. 이 복소 홀로그램은 여기서 필터링 된 복소 홀로그램(FCH)이라고 한다. FCH의 강도 패턴은 광학 재구성을 위해 저장된다.
실제로, 휘도 - 타입 FCH의 광학 프로세스는 4-f 렌즈 시스템에서 수행된다. 즉, FCH의 세기 패턴은 SLM 상에 로딩되고, 공간 - 주파수 영역으로 광학적으로 푸리에 변환된다. 여기서, FCH의 광학적으로 변환 된 주파수 스펙트럼은 실제 이미지에 대응하는 그룹 -1의 MSB뿐만 아니라 대칭 푸리에 변환 특성으로 인해 공액 이미지에 대응하는 그룹 -2의 MSB를 포함하게 된다. 따라서, 공액 이미지에 해당하는 MSB는 디지털 프로세스에서 사용되는 디지털 필터 마스크의 광학 버전으로 필터링되어야 한다. 그 후, 그룹 1의 광학적으로 필터링 된 MSB 스펙트럼 만이 4-f 렌즈 시스템에서 역 푸리에 변환되고, 이로부터 실체 이미지만이 공액 이미지없이 광학적으로 재구성되고 거의 모든 방향에서 각도별로 세분화 된 뷰잉 영역 세트로 보인다.
제 2의 디지털 프로세스에서, 실제 3D 물체를 위한 컴퓨터 생성 복합 홀로그램은 공간 - 주파수 영역으로 변환된다. 복합 홀로그램의 전체 공간 주파수 스펙트럼은 2(2n + 1) 방정식에 따라 짝수 개의 부채꼴 다중 측 대역(MSB)으로 중앙 대칭으로 세분되며, 여기서 n은 정수(n = 0, 1, 2, .... 2 (b), (c) 및 (d). 그 팬 모양의 MSB는 실제와 공액 이미지에 각각 대응하는 각도 방향을 따라 그룹마다 하나씩 교대로 선택됨으로써 Group-1과 Group-2와 같은 두 그룹으로 더 나눈다.
그런 다음 흰색으로 채색 된 MSB의 절반이 Group-1로 지정되며 이는 실제 개체 이미지로 재구성 될 주파수 스펙트럼에 해당한다. 반면 검정색으로 채색 된 MSB의 나머지 절반은 그룹 -2로 지정되며, 이는 공액 이미지로 재구성 될 주파수 스펙트럼에 해당한다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 그룹 1과 그룹 2의 모든 MSB는 중심 대칭으로 배치되어 있으며 두 그룹의 MSB가 공액 쌍이 된다는 것을 의미한다.
제안 된 CS-MSB 필터링 방법에서는 실제 영상에 해당하는 다수의 세분화 된 MSB를 거의 모든 각도 방향에서 선택하여 제안 된 시스템에서 재구성 된 실제 영상의 시역을 의미하며, 시야각은 모든 각도 방향으로 분포되어 있다. n = 1, 2 및 3 인 경우, 공간 주파수 스펙트럼은 Fig. 5와 6에서 볼 수 있듯이 각각 6, 10 및 14 개의 부채 모양 MSB로 중심 대칭으로 나뉘어진다. 2 (b), (c) 및 (d). 여기에서 흰색으로 채색 된 반은 실제 이미지와 일치하고 검은 색으로 채워진 나머지 반은 공액항과 일치한다.
그림 2 (a)와 같이 실제 영상에 상반부 측 대역 만 저장하는 기존의 단측 파대 기법과 달리 제안 된 방법에서는 실제 영상과 관련된 세분화 된 MSB의 개수가 상반부 영역들뿐만 아니라 하부 절반 영역들로부터도, 2 (b), (c) 및 (d). 비록 재구성 된 대상 영역 이미지들이 재구성 된 분할 영역들의 세트들로 이산 적으로 분할되더라도 재구성 된 대상 이미지들의 관찰 영역들이 모든 각도 방향들에 걸쳐 분포 될 수 있게 한다. 또한, MSB의 수가 증가함에 따라, 대응하는 시역 존이 모든 각도 방향에서 사실상 연속적으로 이루어질 수 있다.
그림 3은 디지털 프로세스의 3 단계를 보여준다. 여기서, 그룹 -1의 MSB의 절반은 저장되고, 나머지 그룹은 광학 재구성 프로세스 동안 생성 될 공액 이미지에 대응하는 잠재적 인 MSB 영역을 예약하기 위해 제거된다. 이제, 그룹 -1에 속하는 MSB의 절반 만이 MSB 필터 마스크로 필터링되고, 소위 필터링 된 복소 홀로그램(FCH) 인 다른 형태의 복소 홀로그램으로 역 푸리에 변환되고, 그 강도 패턴은 진폭 타입 SLM 상에 광학 재구성을 위해 저장된다.
식 (1)에서, hCH는 NLUT 방법으로 계산 된 복소 홀로그램 패턴을 나타내므로, 그것의 공간 - 주파수 스펙트럼은 다음과 같이 FFT 알고리즘으로 얻어 질 수 있다.
(1)
Figure PCTKR2018005852-appb-I000001
(2)
Figure PCTKR2018005852-appb-I000002
여기서, 파라미터 M, N, X 및 Y는 각각 수평 및 수직 방향의 이미지 크기 및 주파수를 나타낸다. MSB 필터 마스크의 전달 함수는 MSB(x, y)라고 가정하고, FCH 패턴, hFCH는 식 (3).
(3)
Figure PCTKR2018005852-appb-I000003
또한, FCH의 단일 SLM- 기반 광학 재구성을 위해, FCH는 강도 또는 위상 - 타입 홀로그램으로 변형 될 필요가 있다. 이 발명에서 홀로그램은 0에서 255까지의 값 범위를 갖는 intensity-type으로 부호화된다. 따라서, 그레이 레벨, hFCH-Intensity로 인코딩 된 최종 intensity-type FCH 패턴은 식 (4).
(4)
Figure PCTKR2018005852-appb-I000004
여기서 R {}은 복수의 반올림 연산자를 나타내고, F {} 및 F-1 {}은 각각 푸리에 변환 및 역 푸리에 변환 연산자를 의미한다.
광학 프로세스에서, 식 (2)의 휘도 - 타입 FCH는 다음과 같다. (4)는 SLM 상에로드되고 광학적으로 푸리에 도메인으로 변환된다. 그러나, 전술 한 바와 같이, FCH가 진폭 형 SLM 상에 로딩되기 위해 휘도 형 홀로그램으로 인코딩되기 때문에, 공액 이미지에 대응하는 MSB 세트는 실제 이미지에 대응하는 것과 함께 재생되게 된다.
디지털 프로세스에서는 실제 이미지에 대해서만 MSB의 절반을 기록한 반면, 실제 이미지에 대해서는 중심 대칭으로 설정된 컨쥬 게이트 이미지의 다른 절반을 제거했다. 광학 프로세스에서, 공액 이미지에 대한 MSB는 제거 된 MSB에 해당하는 영역에서 바로 중심 대칭으로 재생성된다. 따라서, 공액 이미지에 대한 광학적으로 재생 된 MSB는 디지털 프로세스에서 사용되는 디지털 필터 마스크의 광학 버전을 사용하여 실제 이미지에 대한 것과 분리 될 수 있다.

Claims (2)

  1. 실제 3D 물체에 대한 복소 홀로그램은 계산으로 생성되며 공간 주파수 스펙트럼은 중앙 대칭으로 여기에 다중 측 파대(MSB)라고 불리는 짝수 개의 부채꼴 스펙트럼 영역으로 세분화되며, 각 그룹에 대해 교대로 선택됨으로써 MSB의 두 그룹으로 나뉘어지며, 이후 한 그룹의 MSB가 저장되고 다른 그룹은 디지털 필터 마스크로 제거되며, 이후 저장된 MSB는 공간 도메인으로 역 푸리에 변환되며, 또한 변환 된 복소 홀로그램의 인코딩 된 홀로그램 패턴을 SLM에 로드하고 주파수 도메인으로 변환하되, 여기서 공액 이미지의 MSB 세트는 디지털 필터 마스크의 광학 버전을 사용하여 제거되며, 실제 물체에 대한 MSB는 반전 푸리에 변환되고, 실제 물체 이미지는 공액 항을 갖지 않고 최종적으로 재구성되고, 각도 분할 서브 세트로 구성된 거의 모든 방향에서 보는 것으로 공간 - 주파수 스펙트럼의 많은 각도 - 세분화 된 영역들로부터 대상 이미지가 추출되는 것을 특징으로 하는 중심 대칭형 멀티 주파수 대역 필터링 방법을 기반으로 하는 전 방향 시야각을 갖는 단순 구조의 인라인 홀로그램 기반 3 차원 비디오 디스플레이 시스템
  2. 제1항에 있어서, 디지털 프로세스에서 실제 3-D 오브젝트 이미지에 대한 복소 홀로그램 패턴은 초기에 NLUT(novel-look-up-table) 방법으로 생성되며, 다음 단계에서, 컴퓨터에 의해 생성 된 복소 홀로그램은 그것의 공간 주파수 스펙트럼을 얻기 위해 공간 주파수 도메인으로 변환되고, 이 공간 주파수 스펙트럼은 여기에서 중심 대칭으로 짝수 개의 부채꼴 모양의 주파수 스펙트럼 영역으로 세분화되고, 그 후, 이들 MSB는 시계 방향으로 각 그룹에 대해 하나씩 각도로 선택됨으로써 Group-1 및 Group-2와 같은 두 개의 절반으로 나누어지되, 여기서 Group-1 및 Group-2 각각에 대한 MSB는 스펙트럼 영역 전체에 분산 될 수 있는 것이며,
    제 3 단계에서, Group-1에 속하는 MSB들의 절반은 실제 이미지의 재구성을 위해 저장되고, Group-2에 속하는 나머지 절반은 디지털 필터 마스크를 사용하여 상응하는 잠재적 인 MSB 영역을 위해 예약되며, SLM 기반의 광학 재구성 프로세스에서 공액 이미지에 적용하며, 상기 그룹 -1의 MSB만이 순수한 실제 이미지에 대한 복소 홀로그램을 나타내는 복잡한 홀로그램의 다른 형태로 반전 푸리에 변환되며, 여기서 필터링 된 복소 홀로그램(FCH)의 강도 패턴은 광학 재구성을 위해 저장되며,
    실제로, 휘도 - 타입 FCH의 광학 프로세스는 4-f 렌즈 시스템에서 수행되는 것으로, FCH의 세기 패턴은 SLM 상에 로딩되고, 공간 - 주파수 영역으로 광학적으로 푸리에 변환되며, 여기서, FCH의 광학적으로 변환 된 주파수 스펙트럼은 실제 이미지에 대응하는 그룹 -1의 MSB뿐만 아니라 대칭 푸리에 변환 특성으로 인해 공액 이미지에 대응하는 그룹 -2의 MSB를 포함하게 되므로, 공액 이미지에 해당하는 MSB는 디지털 프로세스에서 사용되는 디지털 필터 마스크의 광학 버전으로 필터링되며, 그 후, 그룹 1의 광학적으로 필터링 된 MSB 스펙트럼 만이 4-f 렌즈 시스템에서 역 푸리에 변환되고, 이로부터 실체 이미지만이 공액 이미지없이 광학적으로 재구성되고 모든 방향에서 각도별로 세분화 된 뷰잉 영역 세트로 보이는 것을 특징으로 하는 중심 대칭형 멀티 주파수 대역 필터링 방법을 기반으로 하는 전 방향 시야각을 갖는 단순 구조의 인라인 홀로그램 기반 3 차원 비디오 디스플레이 시스템
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