• Journal of Broadcast Engineering
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• v.28 no.1
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• pp.21-30
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• 2023

Computer-generated holography requires much more computation costs and memory space rather than image processing. We implemented the diffraction calculation with low-precision and mixed-precision floating point numbers and compared the processing time and quality of the hologram with various precision. We compared diffraction quality with double, single and bfloat16 precision. bfloat16 shows 5.94x and 1.52x times faster performance than double precision and single precision. Also, bfloat16 shows lower PSNR and SSIM and higher MSE than other precision. However, there is no significant effect on reconstructed images. These results show low precision, like bfloat16, can be utilized for computer-generated holography.

• Proceedings of the Korean Society of Broadcast Engineers Conference
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• 2011.07a
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• pp.335-336
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• 2011

홀로그램은 레이저 빔의 간섭을 이용하여 입체영상을 광학적으로 기록하는 방법으로 동영상의 기록 및 재생에는 여러 제약 조건이 따른다. 때문에 광학적 방법으로는 홀로그램 TV 시스템을 구현하기 힘들다. 이런 단점을 극복하기 위해 컴퓨터를 이용해 홀로그램을 구현할 수 있다. 즉, 광학적인 신호들을 근사화한 후 컴퓨터에서 수학적인 연산을 거쳐 간섭 무늬를 계산하는 Computer generated hologram(CGH) 방법을 사용하여 패턴을 생성한다. 하지만 CGH 기법의 경우 상당한 연산을 필요로 하기 때문에 연산을 최적화하여 홀로그램 생성에 걸리는 시간과 비용을 최소화하려는 연구들이 많이 진행되고 있다. 본 논문에서는 이전에 연구된 CGH 고속 연산을 위한 알고리즘을 정리하며 연산 식의 최적화를 통해 연산을 횟수를 줄이는 방법과 look-up table 을 이용한 방식의 연산량과 하드웨어 비용을 계산하여 multi-processor 에 적용 시 어떤 알고리즘이 유리할지 제안한다.

• Journal of Broadcast Engineering
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• v.28 no.1
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• pp.3-20
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• 2023

A computer-generated hologram (CGH) is a digitally calculated and recorded hologram in which the amplitude and phase information of an image is transmitted in free space. The CGH is in the form of a complex hologram, but it is converted into a phase-only hologram to display through a phase-only spatial light modulator (SLM). In this paper, in the process of including the amplitude information of an object in the phase information, when a technique that includes subsampling such as DPAC is used, we showed experimentally that the bandwidth of the phase-only hologram increases, and as a result, aliasing that was not present in the complex hologram can occur. In addition, it was experimentally shown that it is possible to generate a high-quality phase-only hologram by restricting the spatial frequency range even at a distance where the numerical reconstruction performance is degraded by aliasing.

• Broadcasting and Media Magazine
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• v.24 no.2
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• pp.32-38
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• 2019

컴퓨터 생성 홀로그래피(CGH)는 광파의 진행을 수치적으로 시뮬레이션하여 홀로그램 영상을 합성하는 연구분야이다. 실물 기반 홀로그램으로는 제작하기 어려운 다양한 가상 장면을 다룰 수 있으며 복잡한 광학계 구축 문제로부터 자유로운 장점 등으로 인하여 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 대규모 병렬 처리가 가능한 범용 GPU의 발전은 CGH 실용화의 견인차가 되고 있다. 본 고에서는 CGH의 원리 소개와 함께 GPU에 기반한 CGH 고속화의 이슈 및 향후 전망을 살펴보고자 한다.

• Proceedings of the Korean Society of Broadcast Engineers Conference
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• 2020.07a
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• pp.311-313
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• 2020

컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)에서 시야각은 매우 중요한 특성이다. 시야각에 따라 홀로그램을 볼 수 있는 영역이 결정되며 시야각을 넘어가게 되면 재구성된 오브젝트가 잘려 보이게 된다. CGH의 최대 시야각은 회절 격자 방정식에 의해 결정이 되며, 해당 수식에 따르면 홀로그램 재생 장치인 공간 광 변조기(SLM)의 픽셀 피치에 반비례한다. SLM의 픽셀 피치를 줄이는 것은 어렵고 비용이 많이 들기 때문에 본 논문에서는 고해상도 랜덤 바이너리 위상 마스크를 SLM에 부착하여 CGH의 시야각을 확장하는 방법을 제안한다. CGH를 계산하는데 자주 사용되는 반복 푸리에 변환 알고리즘(IFTA)에 위상 평균화 단계를 도입하여 SLM과 위상 마스크간의 픽셀 크기 및 개수의 차이를 극복하였다. 또한 스칼라 회절 이론을 바탕으로 한 홀로그램 시뮬레이션에 제안한 방법을 적용 후 가상 눈 모델을 도입하여 두 개의 물체로 이루어진 홀로그램을 재구성하고 여러 각도에서 관찰하여 시야각이 향상되는것을 검증하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Broadcast Engineers Conference
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• 2016.06a
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• pp.364-365
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• 2016

컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)는 방대한 계산 량을 가지고 있어, 고해상도의 홀로그램을 생성하기 위하여 고속 홀로그램 생성 방법이 필요하다. 본 논문에서는 다중 GPGPU의 스케쥴링 기법을 이용하여 고속화 하는 방법을 제안한다. 첫 번째로는 커널 내에서 공유 메모리를 이용한 스케쥴링 기법을 통하여 고속화를 하고, 두 번째로는 GPGPU간의 P2P(peer-to-peer)데이터 전송을 이용한 스케쥴링을 했다. nVidia의 GTX680 2개 GPGPU를 이용하여 기존의 방법보다 약 50%의 속도 향상을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Society for Industrial Systems Conference
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• 2006.05a
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• pp.205-210
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• 2006

본 논문에서는 간섭계와 직렬 위상 카드를 이용한 광 보안 시스템을 제안하였다. 먼저 원영상을 암호화하기 위해 원영상을 암호화하는 것이 아니라 원영상에 대한 이진 위상 컴퓨터형성홀로그램을 반복 알고리즘을 이용하여 구하고, 이진 위상 컴퓨터형성홀로그램과 무작위 생성된 위상 키 영상과의 XOR 연산을 통해 암호화된 영상을 구한다. 홀로그램의 복호화 과정은 암호화된 영상과 암호화시에 사용된 무작위 위상 영상 키를 직렬 정합시킨 후, 기준파와의 간섭에 의해 수행된다. 이때, 간섭패턴은 주위 환경에 상당히 민감하다. 그래서 광굴절매질의 자기위상공액성질을 이용하여 안정된 간섭패턴을 얻는다. 그리고 원영상은 복원된 홀로그램을 위상 변조한 후, 역푸리에 변환하여 최종적으로 구한다. 제안된 시스템에서는 암호화시에 사용된 무작위 키 영상 정보가 없으면 전혀 복원이 되지 않고, 키 영상을 달리함에 따라 복원되는 홀로그램의 패턴을 달리할 수 있으므로 차별화된 인증 시스템에 활용할 수 있다. 그리고 홀로그램의 성질에 의해 암호화된 영상이 일부 절단되더라도 원래의 영상을 복원할 수 있다.

• Journal of Broadcast Engineering
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• v.16 no.3
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• pp.403-415
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• 2011

In this paper, we proposed a hardware architecture to generate digital holograms at high speed. It used the modified computer-generated hologram (CGH) algorithm and adapted the pipeline-based hardware to be able to remove memory bottleneck problem. It uses not the method which generates a hologram by accumulating intermittent holograms but the one which independently generates a pixel of a final hologram and uses the appropriate CGH algorithm for the selected method. Based on the CGH algorithm we proposed the architecture of the digital hologram generator which consists of input interface part, calculating part, and normalizing part. The hardware can decrease memory usage because it repeatedly use object light sources which is stored in the internal buffer. It is also operationally parallelized by vertically adding unit cells. It can generate 86 frames of HD digital hologram per 1 second for 1K light sources.

• Journal of Broadcast Engineering
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• v.24 no.3
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• pp.452-462
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• 2019

A digital hologram, which is one of the next generation visual systems, can be generated and displayed in various formats, and a digital hologram is created in accordance with the characteristics of the system for display. Diffraction efficiency can be used as a measure of the characteristics of digital holograms generaged under various conditions in various display environments. In this paper, diffraction efficiency for computer-generated hologram (CGH) under various conditions was measured. This paper discusses the generation conditions that should be considered in hologram display. We compared each condition by measuring the intensity of the first order diffraction pattern of the fringe generated under the Fresnel condition for the phase hologram. Through this paper, we showed the tend about characteristics of the diffraction efficiency according to object point, reconstruction distance, laser and SLM.

• Journal of Broadcast Engineering
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• v.20 no.5
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• pp.706-717
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• 2015

The computer generated hologram (CGH) method is the technology which can generate a hologram by using only a personal computer (PC) commonly used. However, the CGH method requires a huge amount of calculational time for the 3D object with a super multi-light source or a high-definition hologram. Hence, some solutions are obviously necessary for reducing the computational complexity of a CGH algorithm or increasing the computing performance of hardware. In this paper, we propose a method which can generate a digital hologram of the 3D object with a super multi-light source using parallel distributed computing. The traditional methods has the limitation of improving CGH performance by using a single PC. However, the proposed method where a server PC efficiently uses the computing power of client PCs can quickly calculate the CGH method for 3D object with super multi-light source. In the experimental result, we verified that the proposed method can generate the digital hologram with 1,5361,536 resolution size of 3D object with 157,771 light source in 121 ms. In addition, in the proposed method, we verify that the proposed method can reduce generation time of a digital hologram in proportion to the number of client PCs.