• 한국광학회지
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• 제31권6호
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• pp.281-289
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• 2020

본 논문은 하이브리드 굴절/회절광학소자를 이용한 초슬림 모바일 카메라 렌즈를 보고한다. 먼저 앞서 보고된 23개의 광학 설계 사양 분석을 통해 전장길이(total track length) 최소화를 위하여, 광시야 렌즈 설계에서 일반적으로 적용되는 음(-)의 렌즈를 제1렌즈로 사용하는 리트로포커스(retrofocus) 타입이 아닌, 양(+)의 렌즈가 제일 먼저 선행하는 텔레포토(telephoto) 타입을 선택하였다. 이후 초기 최적 설계 및 제르니케 다항식 기반 수차 분석을 통한 보정 설계를 진행하였으며, 보정 설계 과정에서 잔여 구면색수차(chromatic spherical aberration)의 효과적 제거를 위하여 굴절 및 회절이 결합된 하이브리드 렌즈 1매를 적용하였다. 적용된 최종 설계는 하이브리드 렌즈 1매 포함 총 6매의 렌즈를 이용하여 F/2.0, 화각 90°, 유효초점길이 2.23 mm, 전장길이 3.7 mm를 달성하였고, 결과적으로 1.7의 낮은 전장길이 대 초점길이 비 즉, 텔레포토비(telephoto ratio)를 달성하였다. 동일 전장길이를 갖는 하이브리드 렌즈 미적용 비교 설계 대비, 공간주파수 180 cycles/mm에서 MTF 값이 중심 시야에서는 63%에서 71~73%로 약 8~10% 개선되었고, 0.5, 0.7, 0.9 시야에서도 2~3% 개선되었다. 또한, 가공성 및 회절 패턴에 의한 산란 등을 고려하였을 때 조리개에 위치한 렌즈가 하이브리드 렌즈로 적절함을 알 수 있었고, 이 경우 2개의 회절존으로도 성능 개선이 확인되었다.

• 한국엔터테인먼트산업학회논문지
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• 제15권4호
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• pp.73-87
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• 2021

특수상영관은 일반상영관보다 차별화된 스크린, 음향, 좌석 시설과 고급화된 서비스, 확장된 화면으로 인한 몰입감과 스펙터클을 제공하기 위해 생겨난 상영관이다. 본 연구에서는 특수상영관에서 상영되는 포맷인 3D 영화, 4DX, 아이맥스, 스크린X, VR의 기술적 특성에 대해 비교 분석해보고 이를 바탕으로 제작 기술 한계점을 파악, 극복 방향에 대해 제언해 보고자 한다. 다양한 포맷은 상영 기술에 따라 화각에서 차이점을 보이게 되고 이러한 차이점은 영화의 미장센, 내러티브, 편집을 달라지게 해 결과적으로 제작 환경과 과정에까지 변화를 가져온다. 따라서 연출, 창작자들은 새로운 포맷들의 이전과는 다른 기술적 특징과 한계를 충분히 인지하고 접근해야 한다. 그러나 새 포맷은 대부분 기술 교육과 계승의 폐쇄성으로 인해 각 제작 현장에서 결국 한계에 부딪히고 만다. 특수 카메라 촬영이 필수적인 상황에서 기획단계에서부터 각 포맷의 특징을 충분히 고려한 제작이 이루어져야 하는데, 제작 기간, 제작비의 증가로 인해 재정적 문제도 발생하게 된다. 이러한 다양한 장애를 극복하기 위해서는 먼저 포맷별 제작 현장에 대한 깊이 있는 연구를 통해 문제점 파악과 대안 제시가 필수적이다. 또한, 일반적인 2D 영화가 오랜 역사를 쓰며 행했던 심도 있는 미학적, 영화적 사유를 새 포맷에서도 할 수 있도록 각 포맷에 맞는 내러티브를 만드는 노력이 필요하다. 본 연구를 통해 각 포맷의 원형인 기술에 대해 알아보고 제작 기술의 현주소를 파악하며, 이를 바탕으로 어떻게 포맷이 변화되는지 분석하고자 한다.

• 한국광학회지
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• 제32권6호
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• pp.286-295
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• 2021

RGB/NIR CMOS 센서를 사용하여 가시광에서의 정면 시야각과 가시광(RGB) 및 근적외선(near-infrared, NIR)에서의 측면 시야각을 갖는 캡슐 내시경용 개선된 반사굴절식 전방위 광학계(modified catadioptric omnidirectional optical system, MCOOS)를 설계한다. 전방 시야각 내의 영상은 반사굴절식 전방위 광학계(catadioptric omnidirectional optical system, COOS)의 부경 뒤에 배치된 3개의 추가된 렌즈와 COOS의 결상 렌즈계로 구성된 MCOOS의 전방 결상 렌즈계로 결상한다. 측면 영상은 COOS로부터 얻어진다. 이 센서에 대한 가시광과 근적외선에서의 나이퀴스트 주파수는 각각 90 lp/mm와 180 lp/mm이다. 설계 사양에서 전장길이, F-수, 전방과 측면 반화각은 각각 12 mm, 3.5, 70°, 50°-120°로 결정하였다. MCOOS의 COOS에 대한 변조전달함수 0.3에서의 공간주파수, 초점심도, 가시광과 근적외선 영역에서의 공차에 따른 누적 확률은 각각 154 lp/mm, -0.051-+0.052 mm, 99%이다. MCOOS의 정면 결상광학계의 변조전달함수 0.3에서의 공간주파수, 초점 심도, 가시광 영역에서 공차에 따른 누적 확률은 각각 170 lp/mm, -0.035-0.051 mm, 99.9%이다.

• 문화기술의 융합
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• 제8권5호
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• pp.713-721
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• 2022

LED 비디오월을 방송 현장에서 사용하기 위해서는 몇 가지 알아두어야 할 사항이 있다. 첫째, 픽셀이 촘촘히 배열되어 있기 때문에 짧은 배열 주기로 인한 무아레 현상이 나타날 수 있고, 둘째, 픽셀 간의 거리(픽셀피치)가 촬영하는 카메라 이미지 센서에 기록될 수 있다. 무아레 현상이 발생하거나 픽셀피치가 관찰되게 되면 시청자의 입장에서는 불편함을 느끼게 된다. 무아레 현상은 카메라의 촬영거리나 각도를 조정하면서 감소시킬 수 있지만, 픽셀피치가 이미지 센서에 녹화되는 걸 방지하기 위해서는 LED 비디오월과 카메라와의 거리를 충분히 확보하거나, 거리가 확보된 상태에서도 픽셀피치가 녹화되지 않도록 방송 현장에서 사용되는 줌렌즈의 배율을 적절하게 변화시켜 운용해야 한다. 원하는 화각을 얻기 위해 배율을 변경시켜 초점거리를 변동시키게 되면 의도치 않게 픽셀피치가 녹화되는 결과를 초래할 수 있다. 본 논문에서는 비디오월과의 거리가 충분히 확보된 상태에서 줌렌즈의 배율을 변경하면서 픽셀피치가 관찰되지 않는 범위에 대해 알아보았다. LED 비디오월에 영상을 재생시켜 B4 마운트 줌렌즈를 장착한 HD 카메라와 서버를 사용해 LED 비디오월 상태를 녹화하였고, TV 화면으로 재생하여 픽셀피치가 관찰되는지 확인해 보았다.

• 한국광학회지
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• 제34권4호
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• pp.157-169
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• 2023

헤드 마운티드 디스플레이(head mounted display, HMD)를 이용한 증강 현실(augmented reality, AR)은 군사, 의료, 제조, 게임 및 교육 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 본 논문에서는 HMD에 가장 필수적인 AR 광학계의 설계 및 제작에 대해 논의한다. HMD용 AR 광학계는 디스플레이의 증강 영상과 현실 세계를 동시에 볼 수 있는 넓은 투명 영역이 필요하다. 이를 위해, AR 광학계를 각각의 특성에 따라 세 부분으로 나누어 설계 및 제작하였다. 그리고 3개의 광학계를 하나의 완전한 AR 광학계로 만들기 위해 필요한 ultra-violet (UV) 접착층의 굴절률을 고려해 설계함으로써 입력 광원이 UV 접착 층을 통과할 때의 광경로 이동(shift) 현상을 최소화하였다. 또한, AR 광학계를 설계할 때 축외 수차를 보정하고 양산에 적합하도록 2개의 비구면을 사용했다. 끝으로 HMD 양산을 위해 두께 11 mm, 대각선 화각(diagonal field of view) 40°, 무게 11.3 g의 비구면 AR 광학계를 설계하고 제작하였다.

• 한국안광학회지
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• 제16권4호
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• pp.409-415
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• 2011

목적: 초점거리의 비가 3:1인 아나모픽 렌즈를 적용하여 탐지거리를 증대시키는 열상 광학계를 설계하였다. 방법: 화각이 $50^{\circ}{\sim}60^{\circ}$, 초점거리는 수평방향 36 mm, 수직방향 12 mm로 구속조건을 정하였다. 구속조건으로 f-number는 4, 화소 크기는 $15{\mu}m{\times}15{\mu}m$, 한계 분해능은 33l p/mm에서 25% 이상으로 제한하였다. 재질은 Si, ZnS, ZnSe를 사용하였으며 파장영역은 4.8 ${\mu}m$, 4.2 ${\mu}m$, 3.7 ${\mu}m$로 설정하였다. 설계한 열상 카메라의 광학적 성능 및 탐지거리와 나르시서스, 비열화를 분석하였다. 결과: 열상 광학계의 초점거리는 Y축 방향이 12 mm, X축 방향이 36 mm를 만족하였으며 f-number는 4를 만족하였다. 전장의 길이는 76 mm로 시스템의 전반적인 부피를 감소시켰다. 구면수차와 비점수차는 ${\pm}$0.10내로 2 pixel 크기보다 작게 나타났다. 왜곡수차는 10%이내로써 열상 카메라로 사용하는데 문제가 없음을 확인하였다. 광학계 MTF 성능은 33l p/mm에서 full field 까지 25%이상으로 구속조건을 만족하였다. 설계된 열상 광학계는 2.9 km까지 탐지할 수 있으며 4면을 제외한 나머지 면들의 나르시서스 값을 줄여 상 번짐이 감소하였다. 민감도 분석을 통해 5번째 렌즈를 보상자로 선택하여 온도 변화에 따른 MTF 해상력을 높였다. 결론: 아나모픽 렌즈를 적용해서 설계한 열상 광학계의 광학적 성능은 구속조건을 만족하였으며 더 긴 탐지거리와 나르시서스의 감소, 온도에 따른 해상력이 증가됨을 확인하였다.

• 전자공학회논문지
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• 제51권4호
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• pp.144-159
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• 2014

다중의 영상을 이용하여 하나의 파노라마 영상을 제작하는 기법은 컴퓨터 비전, 컴퓨터 그래픽스 등과 같은 여러 분야에서 널리 연구되고 있다. 파노라마 영상은 하나의 카메라에서 얻을 수 있는 영상의 한계, 즉 예를 들어 화각, 화질, 정보량 등의 한계를 극복할 수 있는 좋은 방법으로서 가상현실, 로봇비전 등과 같이 광각의 영상이 요구되는 다양한 분야에서 응용될 수 있다. 파노라마 영상은 단일 영상과 비교하여 보다 큰 몰입감을 제공한다는 점에서 큰 의미를 갖는다. 현재 다양한 파노라마 영상 제작 기법들이 존재하지만, 대부분의 기법들이 공통적으로 파노라마 영상을 구성할 때 각 영상에 존재하는 특징점 및 대응점을 검출하는 방식을 사용하고 있다. 또한, 대응점을 이용한 RANSAC(RANdom SAmple Consensus) 알고리즘을 사용, Homography Matrix를 구하여 영상을 변환하는 방법을 사용한다. 본 논문에서 사용한 SURF(Speeded Up Robust Features) 알고리즘은 영상의 특징점을 검출할 때 영상의 흑백정보와 지역 공간 정보를 활용하는데, 영상의 크기 변화와 시점 검출에 강하며 SIFT(Scale Invariant Features Transform) 알고리즘에 비해 속도가 빠르다는 장점이 있어서 널리 사용되고 있다. SURF 알고리즘은 대응점 검출 시 잘못된 대응점을 검출하는 경우가 생긴다는 단점이 존재하는데 이는 RANSAC 알고리즘의 수행속도를 늦추며, 그로인해 CPU 사용 점유율을 높이기도 한다. 대응점 검출 오류는 파노라마 영상의 정확성 및 선명성을 떨어뜨리는 핵심 요인이 된다. 본 논문에서는 이러한 대응점 검출의 오류를 최소화하기 위하여 대응점 좌표 주변 $3{\times}3$ 영역의 RGB값을 사용하여 잘못된 대응점들을 제거하는 중간 필터링 과정을 수행하고, 문제해결을 시도하는 동시에 파노라마 이미지구성 처리 속도 및 CPU 사용 점유율 등의 성능 향상 결과와 추출된 대응점 감소율, 정확도 등과 관련한 분석 및 평가 결과를 제시하였다.

• 한국안광학회지
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• 제19권4호
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• pp.479-485
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• 2014

목적: 본 연구는 열영상 카메라가 결합된 프리즘 도트사이트의 개발에 관한 것이다. 방법: 우리는 BS(beam splitting) 프리즘 전방에 doublet 형태로 설계된 반사경을 배치하고, BS프리즘의 반사면의 상하에는 도트시표 발생부와 OLED 패널을 배치하며, BS 프리즘과 관찰자 사이에 OLED 패널의 영상을 확대해 볼 수 있도록 하는 착탈식 확대경을 배치하였다. 이렇게 함으로써 새로운 형태의 열영상 카메라가 결합된 프리즘 도트사이트의 광학계를 구성할 수 있었다. 결과: 새로운 타입으로 설계되어진 착탈식 확대경을 BS 프리즘과 관찰자 사이에 배치함으로서 주간에는 착탈식 확대경을 제거하여 도트사이트 역할을 하며, 야간에는 착탈식 확대경을 부착하여 열영상 카메라의 확대된 영상을 BS 프리즘을 통해서 볼 수 있도록 하여 야시경 역할을 하는 새로운 형태의 도트사이트 광학계를 설계하였다. 결론: 본 연구에서 우리는 초점거리 44 mm, 화각 ${\pm}7.0^{\circ}$, 50 lp/mm 기준으로 0.7 Field에서는 0.5 이상의 MTF를 가지도록 설계되어진 확대경을 BS 프리즘과 관찰자 사이에서 배치함으로서 선택적으로 주야 조준경 역할을 할 수 있는 열영상 카메라가 결합된 프리즘 도트사이트를 개발하였다. 이렇게 함으로써 우리는 기존의 도트사이트와 야간조준경의 착탈식 조합보다 사격의 신속성을 더욱 높일 수 있으며 총기류에의 장착에 있어서 보다 편리함을 제공해주는 새로운 형태의 열영상 카메라가 결합된 프리즘 도트사이트의 광학계를 설계 개발할 수 있었다.

• 한국시뮬레이션학회논문지
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• 제18권3호
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• pp.73-82
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• 2009

CMOS 카메라는 저가격, 저전력, 소형화의 장점을 이용해 휴대폰카메라, 자동차 산업, 의학 및 센서 네트워크, 로봇제어, 보안 분야의 연구에서 이용되고 있다. 특히 다중카메라(Multi-Camera)기반의 $360^{\circ}$ 전방향 카메라(Omni-directional Camera)의 소프트웨어, 통신간섭 및 지연과 복잡한 영상제어 문제가 있으며, 하드웨어 분야에서는 다중카메라의 효율적인 관리 및 소형화의 문제를 지닌다. 기존 시스템은 다수 카메라를 제어하고 카메라 영상을 송수신하기 위해 카메라별 고성능 MCU로 구성된 임베디드 시스템(embedded system)과 별도의 제어 시스템(control system) 같이 다계층 시스템(Multi-layer system)으로 구성된다. 하지만 본 시스템은 단일구조로 저성능 MCU 기반에 고속 동기화기법으로 카메라 제어 및 영상 수집이 가능하도록 SLAVS(Small size/Low power Around View System)을 제안하였다. 화각 $110^{\circ}$ CMOS 카메라 여러 대를 이용하여 $360^{\circ}$전방향을 촬영하는 저성능 MCU로 카메라의 제어 및 영상 수집이 가능한 전방향 카메라 초기모형이다. 결과적으로 저전력 CMOS 카메라 4대를 하나의 MCU에 연결하여 개별 카메라에 대한 동기 유지, 제어 및 송수신을 구현하고 이를 기존의 시스템과 비교하였다. MCU를 통한 개별 인터럽트 처리로 카메라별 동기를 제어, 기억하여 Target과 CMOS 카메라와 MCU간의 재동기를 최소화하여 데이터 전송의 효율성을 높였다. 또한, 사용자 선택에 따라 4개의 영역으로 구분된 영상을 각기 또는 하나로 Target에 제공할 수 있도록 하였다. 마지막으로 개발된 카메라 시스템의 동기 및 데이터 전송 시간, 이미지 데이터 유실 등의 성능 비교, 분석을 하였다.