본 논문에서는 패턴생성을 위한 최적의 이진 위상 컴퓨터형성 홀로그램을 설계하기 위해 합성된 SA알고리듬 및 유전 알고리듬을 이용하였다. 제안된 방법의 탐색과정에서 sGA를 사용하여 BPCGH를 생성하고. 결과 홀로그램 패턴을 SA 알고리듬의 초기 랜덤 투과함수로 이용하여 최적의 BPCGH를 설계하였다. 컴퓨터 시뮬레이션에서 독립적으로 사용된 SA 알고리듬과 유전 알고리듬을 비교한 결과 제안한 알고리듬이 회절 효율이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
이미지 업스케일링 분야에서 보간법을 이용하는 것보다 딥러닝을 이용한 방법이 우수한 결과를 보이고 있다. 그리고 홀로그램 업스케일링도 일반적인 보간법보다 딥러닝을 사용하는 것이 더 좋은 결과를 보이고 있다. 본 논문에서는 이에 대한 네트워크 구조 및 학습 결과를 분석한다. 동일한 가중치에서 네트워크의 깊이와 채널 수를 조절하여 학습한 결과를 비교한다.
특히 디스크형 기록 매질에 홀로그래픽 데이터를 저장함에 있어서 뒤틀린 니매틱 액정디스플레이를 사용하여 세기와 위상을 동시에 변조하는 이진 데이터 표현 방법을 제안한다. 세기 변조만을 생각하면 제안한 방법을 이진 비트 값 0과 1이 액정디스플레이 픽셀의 어둡고(off) 밝은(on) 상태로 (또는 그 반대로) 각각 표현되기 때문에 기존의 방법과는 다르지 않다. 그러나 제안한 방법에서는 on 픽셀을 통과하는 빔들이 두 가지의 서로 다른 위상 지연을 가지도록 제어된다. 만약 이 두 종류의 빔들 간의 위상지연 차이가 180도에 가까우면 Fourier 면 홀로그램 기록 시 기록 면에서 데이터 영상의 dc 성분을 감소시킬 수 있으며 따라서 빔 세기분포를 향상 시킬 수 있다. 그리고 제안한 방법의 유용성을 실험적으로도 입증하였다.
본 논문에서는 고속으로 홀로그램을 생성할 수 있는 하드웨어의 구조를 제안하고 이를 구현하였다. 제안한 하드웨어는 홀로그램 평면의 행 단위로 병렬 연산을 수행할 수 있는 구조를 가지고 있고, 한 행의 각 홀로그램 화소들이 독립적으로 연산될 수 있는 알고리즘을 이용하였다. 이러한 연산 방법을 통해서 홀로그램 생성 하드웨어서 가장 문제가 되는 메모리 접근량을 대폭 감소시킴으로써 하드웨어 처리능력의 실시간성을 대폭 향상시켰다. 제안한 하드웨어는 입력 인터페이스, 초기 파라미터 연산기, 홀로그램 화소 연산기, 라인 버퍼, 그리고 메모리 제어기로 구성된다. 제안한 하드웨어는 기존의 하드웨어와 동일한 처리 능력을 가지면서도 메모리 접근횟수는 약 20,000배 감소시킬 수 있었다. 구현한 하드웨어는 198MHz에서 안정적으로 동작할 수 있었고, 168,960개의 LUT, 153,944개의 레지스터, 그리고 19,212개의 DSP 블록을 사용하였다.
본 논문에서는 고속으로 홀로그램을 생성하기 위해 새로운 컴퓨터 생성 홀로그램(computer-generated hologram, CGH) 수식을 제안하고, 셀 기반의 VLSI(very large scale integrated circuit) 구조를 제안하였다. 기본 CGH 수식에서 가로 또는 세로 방향의 연산 규칙을 찾아낸 후 가로 또는 세로 방향의 홀로그램 화소를 병렬적으로 구할 수 있는 수식을 유도하였다. 제안한 수식을 바탕으로 초기 파라미터 연산기(initial parameter calculator)와 업데이트-위상 연산기(update-phase calculator)로 구성된 CGH 셀의 구조를 제안하고 하드웨어로 구현하였다. 수식의 변형을 통해서 하드웨어를 간략화 시킬 수 있었고, CGH의 확장을 통해 가로 방향으로 병렬화시킬 수 있는 하드웨어 구조도 보였다. 실험에서는 하드웨어에 사용된 자원을 분석하였다. CGH 커널과 프로세서의 구조는 이전 연구에서 사용된 플랫폼을 그대로 사용하였다.
지금까지의 힐버트 변환은 대부분 코히어런트 이미징에서만 활용되어 왔을 뿐 인코히어런트 이미징에 대해서는 그 적용이 미비했다. 본래의 광원 영역에서는 인코히어런트 물체의 힐버트 변환이 일정하게 중첩되는 문제가 발생하기 때문이다. 본 논문에서는 음이 아닌 강도(intensity) 분포 함수의 합성을 수행함으로써 인코히러언트 이미징의 문제점을 보완한 two-pupil 시스템을 적극 활용하여 코히어런트 이미징 대비 낮은 노이즈 특성, 물체의 위상 변화에 대한 강건함, 유연한 필터의 설계 등의 장점을 극대화한다. 제안하는 이미징 방식은 공간영역에서 광학 전달 함수를 분할하여 필터링한 후 인코히어런트 물체의 힐버트 변환을 수행한다. 이를 바탕으로 광학 시스템에서의 두 pupil을 수학적으로 분석하고 디자인하여 two-pupil 광학 헤테로다인 스캐닝 시스템을 구현할 수 있다. 모의실험을 통해 제안하는 시스템을 바탕으로 2-D 홀로그램을 도출함으로써 인코히어런트 이미징에서도 힐버트 변환의 적용이 유효함을 확인할 수 있다. 또한 복소홀로그램의 복원을 통해 힐버트 변환만을 이용한 홀로그램에 비해 공간 영역에서 선명도가 개선된 홀로그램 영상도 획득할 수 있다.
본 논문에서는 변형된 삼각 및 마하젠더 간섭계를 이용한 인코히어런트 홀로그래픽 3D 디스플레이 시스템의 광 입출력 장치를 구현하고 실험하였다. 먼저, 변형된 삼각 간섭계 기반의 광 입력장치를 구성하여 3차원 물체에 대한 인코히어런트 복소 홀로그램을 생성하고, LCD 공간광변조기와 위상 지연기가 추가된 마하젠더 간섭계 기반의 광 출력장치 구성을 통해 홀로그램의 실시간적 복원을 수행하였다. 즉, 100mm의 깊이감을 갖는 두 점광원에 대한 인코히어런트 홀로그램의 생성과 복원 실험을 통해 바이어스와 공액영상이 제거되고 초점에 따라 깊이감이 다른 두 영상의 복원이 가능함을 확인하였으며, 구현된 광 입출력 장치를 통해 서로 30 mm의 깊이감을 갖는 3차원 물체인 두개의 주사위에 대한 홀로그램을 실시간적으로 생성하고 복원시킴으로서 변형된 삼각 간섭계에 기반한 홀로그래픽 3차원 영상디스플레이 시스템의 광학적 구현 가능성을 제시하였다.
본 논문에서는 원 영상의 컴퓨터 생성 홀로그램(computer generated hologram; CGH) 패턴을 위상 변조한 후, 위상 부호화한 무작위 키 영상들의 프레넬 회절(Fresnel difftaction) 위상 패턴과 곱하여 암호화함으로써 외부 교란이나 절단에 강하고, 암호화 수준이 높은 광 암호화 방법을 제안하였다. 암호화시 원 영상의 이진 CGH패턴을 위상 변조한 후, 이를 위상 키 영상들의 프레넬 회절 공액 위상정보와 곱하며, 복호화시 암호화 영상에 위상 키 영상들의 프레넬 회절 위상 정보를 다시 곱한 후 푸리에 변화시켜 원 영상 정보를 얻는다. 암호화 영상은 CGH 패턴 특성을 가지므로, 절단이나 외부 잡음에 강하며 프레넬 회절 정보를 이용하여 암호화함으로 높은 암호화 수준을 가진다. 컴퓨터 모의 실험을 통해 제안한 방법의 타당성을 확인하였으며 절단과 잡음에 대한 영향을 분석하였고, 위상 변조 특성이 있는 LCD를 사용하여 광학적으로 구현하였다.
A digital watermark is an invisible mark embedded in a digital image which used for copyright protection. In this paper, we propose a new optical watermarking system. A optical watermarking system is applied for digital watermarking by phase hologram and Mach-Zehnder interferometer. A optical watermarking technique to be hidden is phase modulated in a random patten, and its Fourier-transformed hologram image is superposed on a content image. The autentication information extract by using Mach-zehnder interferometer.
디지털 홀로그래피는 가간섭성 광원을 이용하여 광파의 진폭 정보뿐만 아니라 위상 정보를 기록 또는 재생하는 기술이다. 이러한 홀로그래피 방식의 광파 재생은 광파를 산란시키는 3차원 대상물을 정확하게 표현할 수 있어서 이상적인 디스플레이 방법으로 여겨진다. 본고에서는 디지털 홀로그래픽 디스플레이와 기존의 홀로그래픽 디스플레이가 갖고 있는 제한된 시야각을 확장하여 360도 방향에서 홀로그램 입체영상을 자유자재로 즐길 수 있는 테이블탑 형태의 홀로그래픽 디스플레이 기술을 소개한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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