본 논문에서는 추가적인 광학부품 및 조립공정 없이 차량용 헤드램프의 cut-off line에서 발생하는 색수차를 보정하는 방법과 이를 평가하는 방법을 제안한다. 기하학적인 방법으로 색수차를 보정하기 위해 비구면 프로젝션 렌즈의 볼록면에 tilt를 적용하여 파장별 최대 출사각도의 차이를 줄였으며, 색수차를 평가하기 위한 위치와 광도를 정하고 색 좌표를 통해 색수차 기준을 제시하였다. 이러한 기하학적인 방법을 이용하여 설계된 자동차용 헤드램프를 평가한 결과 cut-off line의 색수차가 상당히 감소되었음을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 여러 매의 렌즈들로 구성된 광학계의 색수차 보정을 위해 색수차 보정 지도에서 대칭 그래픽 방식을 제시한다. 광학계를 구성하는 렌즈의 공기간격과 매수를 고려하여 대칭 그래픽 방식을 적용하기 위해 각 렌즈에서 근축광선의 상대적인 높이 비와 등가 단일렌즈 개념을 이용한다. 임의의 광학계를 여러 종류의 이중렌즈 광학계들로 변경한 다음, 소재선택과 굴절능재분배를 통해 색수차 보정에 가장 효과적인 이중렌즈를 선택한다. 이러한 설계방법을 가시광선 영역의 어안렌즈 설계에 적용한 결과 색수차가 보정된 광학계를 효과적으로 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 이중 색지움 렌즈와 삼중 색지움 렌즈의 종색수차 보정식을 이용하여 가시광선 전대역에서 수차를 보정할 수 있는 유리 조합을 연구하고 수차가 보정된 두 렌즈를 결합하여 산업 현장에서 광범위하게 이용되고 있는 비전검사용 텔레센트릭 렌즈를 설계하였다. 그 결과 매우 넓은 파장대역 380 nm ~ 780 nm에서 파면수차를 $0.057{\lambda}$ 를 갖는 광학적 성능을 확보하였으며, 이는 기존에 시판중인 486.1 nm ~ 656.2 nm에서 수차가 보정된 텔레센트릭 렌즈들보다 우수하다는 것을 볼 수 있었다.
본 논문은 영상 획득 장치에서 발생하는 색수차를 영상의 국부적 특성을 고려하여 보정하는 알고리즘을 제안한다. 색수차는 파장에 따른 렌즈의 회절률 차이로 인해 발생하며, 그 결과 영상의 강한 에지 영역에서 RGB 채널이 어긋나 색 결함이 생기게 된다. 제안하는 알고리즘은 이러한 색수차가 발생하는 특성을 이용하여 먼저 영상의 에지 영역과 그 주변부를 색수차가 발생되는 영역으로 검출한다. 이 후, 검출된 에지 영역에서 RGB 채널의 에지를 일치시키는 방법을 이용하여 색수차를 제거한다. 그 결과 기존의 색수차 제거 방법으로 널리 사용되는 전역적인 영상 와핑 방법으로는 제거하지 못하는 축상 색수차와 이미징 센서로부터 발생하는 purple fringing 결함까지도 저감시킬 수 있다. 실험 결과를 통해 제안하는 방법이 기존 방법에 비해 수치적인 면과 시각적인 면에서 뛰어난 결과를 보임을 확인할 수 있다.
lens를 통과하는 두 광선(paraxial ray, marginal ray)이 lens의 축이나 focal plane과 만나는 지점이 서로 일치하지 않을 때, 두 개의 서로 다른 교차점 사이의 거리나 높이를 종, 횡 구면수차 (Lateral, Longitudinal Spherical aberration)이라 한다. 수차의 크기는 lens의 굽어짐 (bending)형태에 따라 달라지는데 3차 근사 lens 공식으로 유도한 식은 다음과 같으며, 그 결과의 그래프는 그림.1 과 같다. (중략)
본 논문에서는 Head Mounted Display(HMD)용 광학계의 기하학적인 특징과 회절광학소자를 이용한 HMD용 광학계 설계의 개념에 대해 논의하였다. 사용자가 영상을 볼 때 편안함을 갖도록 HMD용 광학계는 경량화, 소형화 및 고해상도를 만족해야 한다. 이러한 요구조건들을 만족시키기 위해 본 논문에서는 회절광학소자와 양면 비구면화를 적용하여 색수차와 단색수차를 보정하였다. 또한 인간의 눈을 모델링하여 일반화한 모형안을 HMD용 광학계의 설계 및 성능평가에 적용하였다.
초고속 띄움-들띄움 광학 실험에서 자외선과 가시광선을 쓸 때, 이들의 군속도 차이에 의한 두 펄스 겹침의 불일치를 계산하는 방법을 제시하여 이 효과에 의한 시간 분해능 및 실험 신호 세기의 제한을 논하였다. 이 결과에 의하면 단일 집속 렌즈를 사용하는 실험에서는 나쁜 시간 분해능과 약한 실험 신호를 야기시킨다. 색수차 보정 렌즈 쌍을 이용하는 실험의 해답은 비현실적이다. 그렇지만 각 펼스에 개별 렌즈를 사용하는 실험이나 잘려진 보조 렌즈를 주 렌즈와 함께 사용하는 실험에서는 단일 렌즈를 사용하는 실험에 비해 시간 분해능 및 실험 신호 세기의 현저한 개선을 기대할 수 있다.
본 논문에서는 효과적인 3차원 영상 디스플레이를 위한 다시점 영상왜곡 보정처리 시스템 구현을 제안한다. 본 논문에서 제안한 보정처리 시스템은 기존의 스테레오 방식에서 확장된 4시점으로 카메라를 구성하여 영상을 획득하고 다시점 영상 간에 발생할 수 있는 렌즈의 왜곡, 카메라 오차 및 크기, 카메라 간 밝기 및 색상, 영상 간 밝기 균일도 등의 영상의 보정 신호처리에 대한 방법을 제시한다. 본 논문에서 제안된 시스템에서는 카메라 간 밝기 및 색상 보상은 각 영상의 특징점과 대응점을 찾아 영상 전체에 대한 대응점을 추출하여 색 변환을 통해 영상을 보정하였고 밝기 및 균일도 처리는 각 영상의 밝기차이 맵을 생성하여 보상하였다. 또한 렌즈의 구면수차로 인한 왜곡은 각 영상의 패턴을 검출한 후 렌즈 왜곡을 보정하고 카메라의 오차 및 크기 보상을 통해 다시점 3차원 디스플레이시 발생되는 왜곡현상을 해결하여 보다 효과적인 3차원 입체 디스플레이가 가능하도록 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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