KR101207105B1

KR101207105B1 - 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램을 연산하기 위한 방법 및장치

Info

Publication number: KR101207105B1
Application number: KR1020077015364A
Authority: KR
Inventors: 아르민 슈베르드트너
Original assignee: 씨리얼 테크놀로지스 게엠베하
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2012-12-03
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: CN102063046A; US20150036199A1; TW201124805A; JP5502113B2; DE602005015996D1; US11392085B2; CA2588738A1; CN102063046B; US20190377301A1; TW200634455A; US7636184B2; JP2008525832A; IL183455A; EP2290473A2; JP6797746B2; KR101713392B1; KR101835289B1; JP6349282B2; US20090290203A1; EP1828853B1

Abstract

홀로그래픽적으로 재구성되는(3D-S) 오브젝트를 정의하는 데이터가 먼저 다수의 가상 구획층(Lm)에서 배열되고, 각각의 층은 2차원 오브젝트 데이터 집합(OSm)을 정의하며, 이로써 비디오 홀로그램 데이터 집합(HS)이 상기 2차원 오브젝트 데이터 집합의 일부 또는 전부로부터 계산될 수 있다. 제1 단계는 각각의 2차원 오브젝트 데이터 집합을 2차원 파동장 분포로 변환하는 것이다. 이 파동장 분포는 구획층(Lm)으로부터의 유한 거리(Dm)에서 기준층(RL) 내 가상 관측자 창(OW)에 대하여 계산된다. 다음에, 가상 관측자 창에 대한 계산된 2차원 파동장 분포는, 구획층의 모든 2차원 오브젝트 데이터 집합에 대해서, 집성된 관측자 창 데이터 집합을 정의하도록 부가된다. 그 다음에, 집성된 관측자 창 데이터 집합은 기준층(RL)으로부터 비디오 홀로그램층(HL)으로 변환되어 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램에 대한 비디오 홀로그램 데이터 집합(HS)을 생성한다.

Description

컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램을 연산하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR COMPUTING COMPUTER-GENERATED VIDEO HOLOGRAMS}

1. 발명의 분야

본 발명은 각각의 셀이 복소수 값 데이터를 디스플레이하는 개별적으로 제어가능한 홀로그램 셀들로 구성된 컴퓨터 생성형 홀로그램(computer-generated holograms; CGH), 특히 실시간 또는 거의 실시간 홀로그램, 예를 들면 비디오 홀로그램을 연산하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 스틸 외에, 실시간 비디오 홀로그램은 특히 흥미가 있는 것이다. 일렉트로 홀로그래피(electro-holography)는 비디오 홀로그램을 실시간으로 실현하는데 도움을 준다. 일렉트로 홀로그램 디스플레이는 조명광을 공간 변조(spatial modulating)시킴으로써 오브젝트 포인트(object point)를 재구성하는 제어가능 픽셀들을 가진 공간 광 변조기(SLM)가 효과적이다. 이 명세서 전체에 걸쳐서 우리는 실시간 홀로그램을 비디오 홀로그램이라고 부르겠다. 당업자라면 비디오 홀로그램이 별도로 배열된 셀들을 나타내지 않는 광학적으로 취급가능한 SLM, 음향 광학 광변조기(AOM) 등을 또한 포함한다는 것을 알 것이다.

간섭 패턴의 형태로 사진식으로 또는 다른 적당한 방법으로 저장되는 클래식 홀로그램과는 대조적으로, 비디오 홀로그램은 3차원 화면(scene)의 시퀀스로부터 이산(discrete) 홀로그램 데이터의 연산 결과로서 존재한다. 연산 처리 중에, 중간 데이터는 예를 들면 컴퓨터의 전자식 저장 매체, 그래픽 프로세서, 그래픽 어댑터 또는 다른 하드웨어 요소와 같은 전자 수단에 의해 저장된다. 3D 화면 데이터는 예를 들면 간섭 패턴 또는 2D 데이터의 3D 변환에 의해 임의의 방법으로 생성될 수 있다.

2. 배경기술의 개념

공간 광변조기(SLM)는 복소수 값 데이터, 즉 광의 각 색 성분의 진폭의 크기와 위상을 공간적으로 제어하는 장치이다. 색은 공간적으로 또는 임시로 다중화됨으로써 인코드될 수 있다. SLM은 제어가능한 홀로그램 셀들을 포함하고, 각 셀들은 홀로그램 데이터의 이산 값 집합(discrete value set)에 의해 개별적으로 취급되고 제어된다. SLM은 또한 연속적일 수 있고 이산 셀들을 포함하지 않을 수 있다. 셀 기반 SLM에서 공간 다중화에 의한 색 인코딩을 달성하기 위해, 셀 내의 각 픽셀은 색 서브 픽셀(sub-pixel)을 포함할 수 있고, 각 서브 픽셀은 3원색 또는 그 이상의 색 중의 하나를 디스플레이한다. 사용하는 비디오 홀로그램 인코딩의 종류에 따라서, 각각의 원색을 인코딩하기 위해 추가의 서브 픽셀을 사용할 수 있다. 예를 들어서, 공지의 부르크하르트(Burckhardt) 인코딩과 같은 우회 위상 인코딩(detour phase encoding)은 각각의 색 성분에 대하여 3개의 서브 픽셀 배열을 필요로 한다. 3개의 색 성분을 고려하면, 하나의 홀로그램 셀에 대하여 서브 픽셀의 총 수는 9로 된다. 예를 들어서, 3원색이 있으면 이들 3원색 각각에 대하여 3개의 서브 픽셀이 있기 때문에 서브 픽셀의 총 수는 9가 된다. 이와 대조적으로, 역시 공지되어 있는 리 인코딩(Lee encoding)은 4개의 서브 픽셀을 필요로 하고, 2상 인코딩(two-phase encoding)은 하나의 홀로그램 셀의 각 색에 대하여 2개의 서브 픽셀을 필요로 한다.

각 홀로그램 셀은 주어진 색 성분의 적어도 진폭 및 위상 정보를 포함하는 홀로그램 데이터의 하나의 이산 집합에 의해 인코드되고, 상기 데이터는 제로이거나 표준값을 가질 수 있고, 또는 임의로 선택될 수 있다. 비디오 홀로그램의 홀로그램 데이터는 SLM을 구동하는 방식에 따라 계속적으로 업데이트된다. 전체 홀로그램이 수천개의 셀로 이루어지기 때문에, 홀로그램 데이터의 이산 집합은 수천개가 있다.

홀로그램 데이터 집합은 3차원 화면을 재구성하기 위한 타임 시퀀스의 일부로서 하나의 단일 비디오 홀로그램 셀을 인코드하는데 필요한 모든 정보를 포함한다.

전용화 드라이버(dedicated driver)는 SLM의 대응하는 서브 픽셀을 제어하는 특수 제어 신호를 제공하기 위해 이산 홀로그램 데이터 집합을 사용한다. 드라이버 및 제어 신호의 제공은 사용되는 SLM의 종류에 따라 특정되고, 이것은 본 발명의 주제가 아니다. 투과형 또는 반사형 액정 디스플레이, 초소형 광학 및 전기 기계 마이크로 시스템 또는 연속적으로 광학적으로 취급되는 SLM 및 음향 광학 변조기와 같은 많은 종류의 SLM이 본 발명과 함께 사용될 수 있다.

변조된 광은 진폭 및 위상이 적절히 제어되어 홀로그램으로부터 빠져나와서 자유 공간을 통해 관측자를 향하여 광파면(light wave front)의 형태로 전파하여 3차원 화면을 재구성한다. 홀로그램 데이터 집합으로 SLM을 인코딩하면 디스플레이로부터 방출된 파동장(wave field)이 뷰잉 스페이스(viewing space)에서 간섭을 일으킴으로써 필요할 때 3차원 화면을 재구성하게 한다.

본 발명은 주어진 파장의 진폭 및/또는 위상을 연산함으로써 필요한 파 변조를 위해 각 홀로그램 셀에 대해 실시간 또는 거의 실시간 제어 데이터를 제공한다.

3. 관련 기술의 설명

3차원 화면을 재구성하는데 있어서의 공통적인 문제점은 종래의 SLM과 현재 호환할 수 있는 픽셀 해상도 및 픽셀 카운트가 낮다는 것이다. 오늘날 이용할 수 있는 20 인치 폭 SLM을 재구성하기 위해 약 1 ㎛의 픽셀 피치가 의미 확인(check meaning)을 위해 요구된다. 홀로그램 셀 내의 3원색 성분 각각을 인코딩하기 위해 3개의 서브 픽셀을 고려하면, 10⁹ 이상의 픽셀이 필요하다. 이것은 비디오 홀로그램을 계산하기 위해 고가의 하드웨어 및 높은 연산 속도를 요구한다. 이러한 수요에 부합하는 충분히 빠른 연산 속도를 가진 제공가능한 실시간 디스플레이 및 장치는 현재 상업적으로 이용할 수 없다.

비디오 홀로그램을 연산하기 위해, 3D 화면이 실제로 존재할 필요는 없다. 이것은 움직이는 3차원 화면이 컴퓨터에 의해 합성되고 편집되는 기술, 오락 및 광고와 같은 각종 응용 분야에서 가상 3D 화면의 재구성을 가능하게 한다.

컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램은, 예를 들면, 문서 WO 2004/044659호의 출 원인이 설명한 홀로그래픽 디스플레이를 이용하여 재구성될 수 있으며, 상기 문서의 내용은 인용에 의해 여기에 통합된다. 뷰어(viewer)는 눈의 동공보다 더 큰 적어도 하나의 가상 관측자 창(observer window)을 통하여 디스플레이 스크린을 본다. 관측자 창은 뷰어의 눈 부근에 위치되고 공지의 위치 탐지 및 추적 장치의 도움으로 뷰어의 위치를 따르도록 추적될 수 있다. 광원의 영상 평면은 홀로그램의 푸리에 평면(Fourier plane)이다. 관측자 창이 홀로그램의 푸리에 평면의 일부이기 때문에, 관측자 창은 광원의 영상 평면 위에 있다.

그러므로, 관측자 창은 눈의 동공의 크기보다 조금 더 큰 크기로 제한되는 것이 바람직하다. 이것은 SLM의 픽셀 해상도 및 픽셀 카운트에 대한 필요조건을 크게 감소시키고 연산 부하를 감소시킨다. 결국, 데이터 전송률 및 필요한 연산 능력은 감소될 수 있고 해상도가 낮은 광변조기 매트릭스를 사용할 수 있다. 이 명세서에서 설명한 인코딩 기술의 한가지 단점은, 인코딩 기술이 재구성될 오브젝트 내의 각각의 단일점에서 수행되는 연산 집중 동작(computationally intensive operation)에 기초를 두고 있다는 점이다.

본 발명에 따라 연산되는 비디오 홀로그램은 예를 들면 약 삼백만 픽셀의 픽셀 어레이를 사용하여 재구성될 수 있다.

WO 03/025680호는 표시를 위해 제한된 그레이스케일 범위로 비디오 홀로그램을 연산하는 방법에 대하여 개시하고 있다. 목표 홀로그램은 부분 홀로그램으로 나누어지고 그들의 개별적 재구성을 이용하여 최적화 서브홀로그램을 반복적으로 연산함으로써, 요구되는 연산 능력을 감소시킨다. 작은 그레이스케일 범위를 가진 서 브 홀로그램이 그에 따른 작은 그레이스케일 범위를 가진 전체 홀로그램을 형성하도록 구성될 수 있을 때까지 반복 처리가 계속된다. 직렬 처리를 동시에 수행가능한 연산 단계들로 변환하기 위해, 각 서브 홀로그램의 별도의 재구성이 전체 홀로그램에 대하여 소망하는 결과가 달성될 때까지 서로 독립적으로 최적화된다. 각 데이터 집합의 목표 파면(target wave front)을 생성한 후에, 서브 홀로그램이 구성된다. 그러나, 최적화 서브 홀로그램을 연산할 때의 병렬 처리가 처리 속도를 증가시키기는 하지만, 요구되는 연산 능력은 감소되지 않는다.

WO 00/34834호는 3차원 화면을 계산하고 LCD를 이용하여 디지털 영상 데이터로부터 그들의 실시간 재구성을 행하는 방법을 개시하고 있다. 영상 데이터는 공간 내의 그들의 강도 분포에 의해 실제 또는 가상 3차원 화면을 묘사한다. 주 단계는 3D 화면을 각각의 화면 구획 경계를 가진 수 개의 평행한 구획층(section layer)으로 분할(슬라이싱)하는 단계와, 각 구획층의 구획 홀로그램을 연산하는 단계와, 연산된 구획 홀로그램을 광변조기 매트릭스를 이용하여 연속적으로 재구성하는 단계이다. 각각의 구획 홀로그램에 대해서, 강도 분포에 의해 정의된 주어진 2차원 영상은 복소수 함수(complex function)에 의해 정의된 2차원 중간 영상으로 변환된다. 3차원적 재구성의 해상도는 영상의 오버샘플링에 의해 증가된다. 이때, 구획층에서 일정 거리 떨어져 위치된 기준층 내의 각 화면 구획에 대하여 가상 회절 영상이 연산되고, 회절 영상은 복합 기준파에 의해 중첩된다. 이것은 2차원 홀로그램을 기준층의 간섭 패턴의 형태로 표현하고, 상기 패턴들은 광변조기 매트릭스를 인코드하도록 드라이버에 이산 제어값(discrete control value)을 제공한다. 광변조기 매트릭스는 이러한 종래의 해법으로 기준층 내에 위치된다.

구획층의 회절 영상은 이 구획층과 기준층 간의 거리 및 화면 구획(슬라이스)의 모든 픽셀에 대한 적분(integration)에 따라서 복소수 픽셀 진폭값과 구면파의 수학적 표현을 곱함으로써 연산된다. 이 적분은 회선 적분(convolution integral)으로서 해석되고 계수의 푸리에 변환과 후속되는 역변환의 곱을 연산함으로써 평가된다.

각 구획층의 실시간 연속 재구성이 초당 수백개의 구획 홀로그램을 재구성할 수 있는 극히 빠른 연산 수단 및 광변조기 매트릭스를 필요로 한다는 점이 또한 단점이다. 또한, 3차원 화면은 기준층 뒤에 재구성된다. 이것은 뷰어가 광변조기 매트릭스 뒤의 또는 홀로그램 디스플레이 내측의 3차원 화면을 본다는 것을 의미한다.

화면 깊이의 적당한 재구성이 100개 이상의 구획층을 수반하기 때문에, 이 해법은 디스플레이 스크린의 극히 높은 리프레시율을 요구한다. 공지의 연산 및 디스플레이 수단을 이용한 움직이는 3차원 화면의 만족스럽고 자연적인 실시간 재구성은 낮은 속도, 및 재구성이 홀로그램 디스플레이의 내부로 제한되는 사실 때문에 기대되지 않는다.

본 발명의 목적은 공간 해상도 및 재구성 품질을 유지하면서 3차원 화면의 동시 재구성을 가능하게 하는 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램의 연산 속도를 높이는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 주어진 비디오 홀로그램 및 전송 수단의 대화형 실시간 또는 거의 실시간 재구성을 가능하게 한다. 다른 목적은 대형 컴퓨터 생성 홀로그래픽 재구성이 생성되게 하는 방법을 제공하는 것이며; 이 재구성은 홀로그램 자체만큼 크게 할 수 있고 그 보다 더 크게도 또한 할 수 있다.

이 목적은 3차원 화면 내의 오브젝트들을 정의하는 오브젝트 데이터가 다수의 가상 구획층에 배열되고, 각 층이 2차원 오브젝트 데이터 집합을 정의하여 비디오 홀로그램 데이터 집합이 상기 2차원 오브젝트 데이터 집합의 일부 또는 전부로부터 계산될 수 있게 하는 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램을 연산하는 방법에 의해 달성될 수 있는데, 이 방법은,

(a) 제1 변환에서, 가상 구획층의 각 2차원 오브젝트 데이터 집합이 2차원 파동장(wave field) 분포로 변환되게 하고, 파동장 분포가 비디오 홀로그램층으로부터 유한 거리에서 기준층 내의 가상 관측자 층에 대하여 계산되게 하는 단계와;

(b) 구획층의 모든 2차원 오브젝트 데이터 집합에 대하여 가상 관측자 창의 계산된 2차원 파동장 분포가 추가되어 집성된(aggregated) 관측자 창 데이터 집합을 정의하게 하는 단계와;

(c) 제2 변환에서, 집성된 관측자 창 데이터 집합이 기준층으로부터 비디오 홀로그램 층으로 변환되어 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램의 비디오 홀로그램 데이터 집합을 생성하게 하는 단계를 포함한다.

오브젝트 데이터는 역시 2차원 화면을 정의하지만 2차원 영상 또는 비디오 데이터를 3차원 데이터로 변환하기 위한 추가의 깊이 정보를 포함하는 데이터일 수 있다. 용어 '3차원'은 그 범위에 '2차원'을 포함한다. 깊이 정보는 모든 오브젝트 데이터 집합에 대해서 동일할 수 있다. 그러므로, 홀로그램을 생성하는 장치는 입력에 따라서 및 사용자가 디스플레이하고자 하는 것에 따라서 3차원 모드로부터 2차원 모드로 전환할 수 있다.

용어 '층'은 재구성되는 화면을 이루는 포인트들을 묘사할 수 있는 모든 종류의 가상의 정의가능 구조물을 커버하도록 폭넓게 해석되어야 한다. 그러므로, 이 용어는 가상의 평행한 표면들의 임의 집합, 및 이 포인트들을 공간적으로 정의할 수 있는 임의의 알고리즘을 포함한다. 그러나, 가상의 평면 구획들은 연산적으로 취급에 가장 효율적인 형태의 층이다.

기준층은 조명하는 광원의 영상 평면과 동일한 홀로그램의 푸리에 평면과 일치할 수 있지만, 여기에는 어느 정도의 허용성(tolerance)이 있고 푸리에 평면에 충분히 근접하게 위치된 관측자의 눈은 적절하게 재구성된 화면을 볼 것이다. 허용성의 정도는 픽셀 카운트의 증가에 따라 증가한다.

일 실시예에서, 제1 변환은 프레넬 변환(Fresnel transform)이고 제2 변환은 푸리에 변환이다. 용어 '변환'(transformation)은 변환(transformation)과 등가이거나 근사한 임의의 수학적 또는 연산적 기술을 포함하는 개념으로 폭넓게 해석되어야 한다. 통상의 수학적 감각으로 사용되는 변환은 막스웰 파동 전파 방정식에 의해 더 정확하게 묘사되는 물리적 공정에 대한 단순한 근사치이고; 프레넬 변환 또는 푸리에 변환이라고 알려져 있는 특수 분류의 프레넬 변환과 같은 변환들은 2차 근사치이지만 상당한 장점을 갖고 있고; 이들은 미분에 반대되는 대수(algebraic)이기 때문에 이들은 연산적으로 효과적인 방법으로 취급될 수 있다.

관측자 창에서 재구성된 집성 필드의 에러를 보상하기 위해, 관측자 창 내에서의 분포와 홀로그램 층 사이에서 반복적인 공정이 일어날 수 있다.

스페클 노이즈(speckle noise)를 감소시키기 위해, 및 휘도 또는 회절 효율 및 화면의 기준층에서의 휘도 해상력(brightness definition)을 높이기 위해, 오브젝트 데이터 집합은 적당한 위상 분포, 예를 들면 의사 랜덤 위상 분포를 나타낼 수 있다.

종래의 해법과는 대조적으로, 본 발명에 따라 상기의 2단계를 먼저 수행함으로써, 단일 집성 파동장의 홀로그램이 회절 공식을 이용하여 계산된다. 모든 개별적 파동장이 포개지기 때문에, 상기 집성 파동장은 달성된 정확도 내에서 3차원 화면에 대한 전체 광학 정보를 포함한다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 구획층의 모든 오브젝트 데이터 집합은 총 수가 동일한 이산 매트릭스 포인트가 지정된다. 매트릭스 포인트의 수가 홀로그램 내의 스캐닝 포인트의 수와 동일하면, 전체 연산 공정에 대하여 고속 알고리즘이 바람직하게 사용될 수 있고, 보간 또는 오버샘플링과 같은 각 층에 대해 해상도를 적응시키기 위한 처리 단계들은 여분의 것이 된다. 모든 층들의 매트릭스 포인트의 수는 홀로그램 디스플레이에서 SLM의 인코드된 픽셀의 수로부터 결정된다.

WO 2004/044659호로부터 공지된 비디오 홀로그램 디스플레이와 함께 본 발명의 주요 장점은 홀로그램층에서 집성 파동장의 기준 데이터 집합을 변환하기 전에 기준층 내의 관측자 창의 면적이 SLM 광변조기 매트릭스의 면적보다 상당히 더 작게 되도록 제한될 수 있다는 것이다. 관측자 창의 최대 크기는 기준층에서 홀로그램을 재구성할 때 재구성을 위해 사용된 광원의 영상을 포함하는 층 내의 주기적인 간격과 대응한다. 이것은 본 발명에 따른 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램이 다른 해법에 비하여 더 낮은 회절각을 실현할 필요성만 있다는 효과를 유도하고, 만일 기준층 및 홀로그램층의 데이터 집합들이 동일한 수의 매트릭스 포인트 값을 갖는다면 더욱 그렇다. 광변조기 매트릭스의 진폭값의 연산 덕분에, 처리 속도에 대한 요구는 크게 감소된다. 특히, 현재의 뷰어 위치를 추적하기 위한 공지의 위치 탐지 및 추적 장치와 함께, 관측자 창의 치수는 크게 최소화될 수 있는데 이것이 이 장점으로부터의 이익이다. 또한 WO 2004/044659호는, 앞에서 언급한 바와 같이, 재구성될 화면 내의 각 단일 포인트에서 연산 집중 동작을 수행할 것을 요구한다. 본 발명에서는 각각의 단일 오브젝트 포인트에서 연산 집중 동작을 수행할 필요가 없고, 그 대신, 각각의 구획층으로부터 관측자의 눈이 있을 기준 평면 내의 가상 관측자 창으로의 제1 변환이 층 내의 각각의 개별 오브젝트 포인트가 아닌 전체 구획층에서 수행된다. 가상 관측자 창으로부터 홀로그램층으로 되돌아가는 제2 변환은 이것이 모든 오브젝트 포인트에 대한 정보를 인코드하는 단일 동작이기 때문에 더욱 효율적이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 구획층의 각 오브젝트 데이터 집합은 기준층까지의 거리에 의존하는 가상 영역 크기에 기초를 두고 있다. 구획층 영역은 각각의 관측자 창의 엣지로부터 비디오 홀로그램의 SLM의 엣지까지 연장하는 가상면으로부터 야기된다. 각 데이터 집합에서 매트릭스 포인트 값의 수가 동일하기 때문에, 개별 매트릭스 포인트에 지정된 영역은 기준층까지의 거리에 비례하여 변화한다. 원래의 오브젝트 데이터를 슬라이싱이라고도 하는 구획층의 오브젝트 데이터 집합에 지정하면 각각의 구획층에서 매트릭스 포인트를 묘사하는 2차원 좌표계의 각 매트릭스 포인트에 화면의 이산 오브젝트 포인트 값의 지정을 유도한다. 구획층에 대한 오브젝트 포인트의 국소 위치에 따라서, 원래의 오브젝트 정보가 그들의 공간 위치에 가장 가까운 좌표계의 매트릭스 포인트에 지정된다. 따라서, 구획층의 거리 의존 영역은 화면의 구획층을 묘사하는 면적 의존 오브젝트 포인트 해상도가 더 클수록 구획층이 기준층에 더 가까이 위치되는 효과를 가져온다. 이것은 화면의 전경(foreground)이 구체적으로 재구성되는 동안 배경 내의 동일한 화면 요소가 훨씬 더 낮은 해상도로 재구성된다는 것을 의미한다. 그러나, 더 멀리있는 가상 구획층은 화면의 배경에 대하여 훨씬 더 큰 뷰잉 영역을 재구성할 수 있다. 이러한 종류의 화면 재구성은 한편으로는 화면의 전경 및 배경 요소의 매우 자연적인 표시를 제공하고, 다른 한편으로는 필요한 연산 능력을 최소화하는데 도움을 준다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 가상 구획층의 각 오브젝트 데이터 집합의 거리에 대한 값은 변환 전에 선택 및 변경되어 전체 재구성 또는 그 일부가 홀로그램 층의 앞에 또는 뒤에 나타나게 할 수 있다. 이 방법으로, 뷰어의 눈앞의 공간의 깊이에서 재구성의 자연적인 위치 및 합성 비디오 홀로그램의 깊이 효과의 세심한 증폭 또는 감소 둘 다가 소프트웨어 세팅만으로 실현될 수 있다.

WO 2004/044659호에 개시된 종래의 방법에 따른 인코딩시에, 재구성된 3차원 화면은 광변조기 매트릭스에 의해 제어된 파동장의 형태로 뷰어의 눈앞의 자유 공간 내에 나타난다. 연산을 위해 사용된 가상의 구획층은 또한 관측자 창의 앞의 공간에서 재구성의 위치를 정의하고 기준층까지의 유한 거리에서 위치된다. 광학 근접장(near field)에서 우세한 조건에 따라서, 이것은 집성된 파동장에 대해 홀로그래픽적으로 재구성된 화면의 각 광점의 광 기여(light contribution)가 구면파로서 전파되어 기준층의 관측자 창 내의 목표 파면에 기여를 제공하게 한다. 기준층에서 각 오브젝트 데이터 집합의 변환은 따라서 프레넬 변환에 의해 적당한 근사값으로 표현될 수 있다. 이를 위하여, 모든 오브젝트 데이터 집합의 모든 오브젝트 포인트의 진폭값은 프레넬 위상 계수로 곱해지고, 프레넬 위상 계수는 기준층에 대한 각 구획층의 거리에 의존한다.

프레넬 위상 계수는 각각의 원래 구획층과 기준층 간의 좌표의 제곱차(squared difference) 및 다른 계수들에 의존하는 지수를 갖는다. 따라서 많은 프레넬 변환을 수행하기 위해 많은 처리 시간 및 연산 능력을 필요로 한다. 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 이 단점은 곤란성 프레넬 변환을 개별 단계로 나누어서 이 단계들이 구면파 계수와의 승산의 형태로 추가의 처리 단계들과 함께 고속 푸리에 변환(FFT)의 도움으로 수행될 수 있게 함으로써 보상된다. 이 방법은 그래픽 및/또는 홀로그래피 어댑터와 같은 전용화 전자 하드웨어(electronic hardware)가 비디오 홀로그램을 연산하기 위해 사용될 수 있게 하는 장점을 갖는다. 이러한 하드웨어는 슬라이싱을 위한 공지의 모듈 및 이미지 렌더링과 같은 다른 비디오 처리 단계들을 갖는 적어도 하나의 전용화 그래픽 프로세서, 및 고속 푸리에 변환 루틴의 도움으로 프레넬 변환을 수행하기 위한 적어도 하나의 특수 프로세서 모듈을 포함한다. 필요한 FFT 루틴을 가진 디지털 신호 프로세서(DSP)의 형태인 상기 프로세서는 공지의 방법을 이용하여 저가로 만들어질 수 있다. 공통 그래픽 프로세서의 최근의 장점은 소위 세이딩(shading) 알고리즘을 이용하여 구획층의 데이터를 기준층으로 푸리에 변환하는 것과 같은 동작을 가능하게 한다.

파동장의 연산을 단순화하기 위해, 원래 구획층과 기준층 간의 빛의 전파를 묘사하는 변환은 그 변환이 고속 푸리에 변환(FFT), 및 구면파를 묘사하는 위상 계수와의 2회 승산을 포함하도록 수정된다. 제1 위상 계수는 원래 구획층에서의 좌표 및 원래 구획층과 기준층 간의 거리에 의존한다. 제2 위상 계수는 기준층에서의 좌표 및 원래 구획층과 기준층 간의 거리에 의존한다. 광학계에서 광의 시준(collimation)에 의존해서, 상기 위상 계수의 하나 또는 둘 다가 상수값으로 설정될 수 있다.

따라서, 구획층의 분포를 기준층으로 변환하는 절차는 하기의 3단계로 나누어질 수 있다.

1. 각 오브젝트 포인트의 진폭이 제1 위상 계수와 곱해진다.

2. 생성된 곱은 각 오브젝트 포인트의 복합 광 진폭을 원래 구획층으로부터 기준층으로 변환하기 위하여 제1 고속 푸리에 변환용으로 사용된다.

3. 생성된 변환은 제2 위상 계수와 곱해진다.

화면의 집성된 비디오 홀로그램에 대한 홀로그램 데이터 집합을 생성하기 위해, 기준 데이터 집합을 홀로그램 층으로 변환하는 것은 프레넬 변환에 의한 광파 전파를 묘사하는 변환에 의해 또한 표현될 수 있다. 이 단계를 수행할 수 있게 하기 위해, 변환은 전술한 단계들에 따라 실행되지만, 이 변환 전에 기준층의 모든 구획층에 대한 기준 데이터가 복합 가산(complex addition)에 의해 중첩된다. 또한, 이 프레넬 변환을 위해, 위상 계수의 하나 또는 둘 다가 광학계의 광의 시준에 의존하여 상수값으로 설정될 수 있다.

본 발명의 특수한 장점은 집성된 파동장의 기준 데이터 집합이 모든 구획층의 연산된 기준 데이터 집합을 추가함으로써 생성된다는 점이다. 홀로그램 층에서의 변환 후에, 상기 집성된 파동장은 이것이 전체 3차원 화면 정보를 포함하기 때문에 비디오 홀로그램의 기초로서 사용된다. 이것은 모든 구획층의 2차원 영상과 전체 3D 화면의 동시 재구성을 가능하게 한다.

다른 하나의 장점은 인코딩 처리에 의해 또는 기술적 한계에 의해 야기되는 비디오 홀로그램에서의 공통 에러를 감소시키고자 할 때 나타난다. 비디오 홀로그램의 재구성 에러를 감소시키기 위하여, 반복 공정이 사용될 수 있다. 종래의 기술에서, 재구성된 3차원 화면의 오브젝트 데이터는 원래의 3차원 오브젝트 화면과 비교되어야 한다. 재구성된 3차원 오브젝트 화면과 홀로그램층 간의 많은 변환을 포함하는 복잡한 반복 공정은 소망하는 재구성 품질이 달성될 때까지 계속된다. 우리의 접근방법은 반복 공정을 훨씬 더 단순화할 수 있다는 점이 장점이다. 기준 데이터 집합이 전체 오브젝트 정보를 포함하기 때문에, 반복 공정은 단지 2차원인 기준층과 홀로그램층 간의 변환을 포함한다.

오늘날의 영상 렌더링 기술에 의한 고품질 재구성은 그러한 보정 공정이 없다면 불가능하다.

비디오 홀로그램은 슬라이서 수단을 가진 디지털 신호 처리 장치의 도움으로 바람직하게 연산되고, 상기 슬라이서 수단은 평행한 가상 구획층의 매트릭스 포인트와 함께, 실제 또는 가상 3차원 화면의 광 진폭의 공간 분포에 대한 이산 오브젝트 값을 포함한 오브젝트 정보를 지정하여, 각 구획층에 대해서 단층 촬영 화면(tomographic scene) 구획층의 이산 매트릭스 포인트 내에 오브젝트 포인트를 가진 별도의 오브젝트 데이터 집합이 정의되게 한다. 비디오 홀로그램의 홀로그램 데이터 집합은 이들 오브젝트 데이터 집합으로부터 연산된다. 본 발명에 따르면, 신호 처리 장치는 또한,

유한 거리에 위치된 기준층에 대한 파동장의 별도의 2차원 분포를 각 오브젝트 데이터 집합으로부터 연산하기 위한 제1 변환 수단, 및 변환된 오브젝트 데이터 집합을 계층 방식(layer-wise) 버퍼링하는 버퍼 메모리 수단과,

기준 데이터 집합에서 집성된 파동장의 표현을 생성하기 위해 변환 오브젝트 데이터 집합을 가산하는 가산 수단과,

화면의 집성된 비디오 홀로그램에 대한 홀로그램 데이터 집합을 생성하기 위해, 유한 거리에 위치되고 기준층에 평행한 홀로그램 층에서 기준 (집성된) 데이터 집합을 변환하는 제2 변환 수단을 포함한다.

디지털 신호 처리 장치는 프레넬 변환을 수행하기 위한 적어도 하나의 독립적으로 동작하는 변환수단을 포함하고, 상기 변환 수단은,

원래 데이터 집합의 매트릭스 포인트 값의 진폭값을 구면파를 묘사하는 제1 위상 계수와 승산하는 제1 승산 수단 -상기 계수의 지수는 각각의 원래의 층에서의 제곱 좌표 및 목표층, 예를 들면 기준층 또는 홀로그램층까지의 거리에 의존하는 것임- 과,

원래의 구획층으로부터 목표층까지 제1 승산 수단의 곱을 변환시키는 고속 푸리에 변환 수단과,

상기 변환치를 구면파를 묘사하는 다른 위상 계수와 승산하는 제2 승산 수단 -상기 계수의 지수는 목표층에서의 제곱 좌표 및 목표층과 원래 층 사이의 거리에 의존하는 것임- 을 포함한다.

앞에서 언급한 바와 같이, 광학계의 광의 시준에 의존해서, 상기 위상 계수의 하나 또는 둘 다는 상수값으로 설정될 수 있다.

디지털 신호 처리 장치는 변환 과정을 동시에 실행하는 수 개의 독립적으로 동작하는 서브프로세서를 가진 멀티프로세서일 수 있다. 적어도 특정 수의 변환을 동시에 실행할 수 있게 하기 위해, 3차원 화면의 콘텐츠에 의존해서 가용 변환 과정에 대한 연산을 위해 필요한 변환을 동적으로 할당하는 자원 관리자가 필요하다. 기준층에서 변환된 데이터 집합은 버퍼 메모리 수단에 저장된다.

이 방법으로, 화면 콘텐츠에 의존해서, 데이터 집합은 각종 시점에서 기동될 수 있고, 특정 구획층에서의 화면 이동중에 변화가 발생하지 않으면 수 회 사용될 수도 있다.

고속 푸리에 변환의 실행을 위해, 가상 구획층의 오브젝트 데이터 집합은 이산 오브젝트 포인트 값의 수(N)가 지정되고, 상기 수(N)는 2의 n차 멱수이다.

본 발명에 따른 기본적인 원리는 양호한 실시예 및 첨부 도면을 참조해서 이하에서 상세히 설명된다.

도 1은 비디오 홀로그램의 연산을 위해 필요한 3차원 화면 및 기준층을 재구성하기 위한 구성을 보인 도(정확한 축척으로 된 것은 아님)이다.

도 2는 본 발명에 따라 비디오 홀로그램을 연산하기 위한 신호 처리 장치를 보인 개략도이다.

도 3은 도 1과 유사한 것으로서, 본 발명에 따른 연산의 주 단계들을 나타낸 도이다.

도 4는 변환 수단의 기능적 원리를 나타낸 도이다.

도 5는 반복 공정에서 컴퓨터 생성형 홀로그램의 매트릭스 포인트 값을 보정하기 위해 실행된 보조 단계들을 나타낸 도이다.

홀로그램 프로세서에 의한 비디오 홀로그램의 연산은 RGB 또는 RGB 호환 형식으로 광 진폭의 공간 분포를 위한 값들을 포함하는, 실제 또는 가상 3차원 화면의 원래 오브젝트 정보에 기초를 두고 있다. 이 값들은 공지의 파일 형식으로 이용할 수 있고, 홀로그램 프로세서에 의해 데이터 메모리로부터 불러내질 수 있다. 이 오브젝트 정보는 예를 들면, 3차원 화면의 각 이산 오브젝트 포인트에 대한 오브젝트 포인트 파일 형식 BMP의 경우에, 각각의 2차원 좌표에 대한 복합 색 오브젝트 포인트 데이터의 집합(R₀, G₀, B₀)을 포함한다. 데이터 메모리(MEM)는 3차원 화면의 깊이 정보(z₀)를 또한 제공한다. 각 포인트에 대한 깊이 정보(z₀)는 제1 비디오 이 미지 파일에서 미리 제공되거나 또는 추가 정보를 포함한 적어도 하나의 제2 파일로부터 프로세서에 의해 연산되어도 상관없다.

복합 처리의 이해를 돕기 위해, 3개의 공간 좌표 중의 하나, 여기에서는 y좌표를 이하의 설명에서 무시할 것이다. 화면의 오브젝트 포인트를 M개의 구획층(L₁...L_M)의 매트릭스 포인트(P₁₁...P_MN)에 지정하면 N개의 매트릭스 포인트 값을 가진 오브젝트 데이터 집합(OS₁...OS_M)이 생성된다. 모든 데이터 집합은 동수(N)의 매트릭스 포인트 값을 포함한다. 이 수(N)는 N1개의 복소수 값을 나타낼 수 있는 광변조기 매트릭스의 픽셀의 수(N1)에 의해 결정된다. 푸리에 변환의 계산을 위해 고속 푸리에 변환 알고리즘을 사용하면, N은 2의 멱수, 즉 N=2ⁿ으로 감소되어야하고, 여기에서 n은 정수이고 N≤N1이다. 예를 들어서, N1=1280 픽셀을 가진 디스플레이에 대해서, 각각의 데이터 집합은 N=1024 매트릭스 포인트 값을 포함한다. 그러나, 2ⁿ 입력값을 요구하지 않는 다른 푸리에 변환 알고리즘을 사용할 수 있고, 따라서 전체 디스플레이 해상도 N1이 사용될 수 있다.

도 2와 함께 살펴보면, 도 1은 양호한 실시예를 도시한 것으로서, 화면이 도 2에 도시된 슬라이서에 의한 연산을 위해 다수(M)의 가상 구획층(L₁...L_M)으로 분할되는 방법을 나타낸다. 슬라이서는 데이터 메모리(MEM)에 저장된 원래 오브젝트 정보의 깊이 정보(z)를 공지의 방법으로 분석하고, 매트릭스 포인트 P_mn을 가진 화면의 각 오브젝트 포인트를 지정하며, 그에 따라서 구획층 L_m과 대응하는 오브젝트 데 이터 집합(OS_m)에 매트릭스 포인트 값들을 입력한다. 지수에 대해서, 0≤m≤M이고 1≤n≤N이며, 여기에서 N은 각 층에서 매트릭스 포인트(P)의 수이고 데이터 집합에서 매트릭스 포인트 값들의 수이다. 한편으로, 구획층(L₁...L_M)은 화면이 실제로 존재하는지 여부에 관계없이 화면의 이산 오브젝트 데이터 집합을 결정하도록 임의로 정의된다. 다른 한편으로, 동일한 구획층(L₁...L_M)은 비디오 홀로그램에 대하여 재구성된 화면(3D-S)의 공간 위치를 정의하는 것을 목표로 한다. 그러므로, 도 1과 도 2는 비디오 홀로그램에 대해서 국부적으로 정의된 화면의 소망하는 재구성(3D-S)을 나타낸다. 연산을 수행하기 위해서는 추가의 정의가 필요하다. 즉, 각 구획층(L_m)은 뷰어의 눈(E_L/E_R)이 있는 부근에 관측자 창(OW)을 가진 기준층(RL)까지 소정의 거리(Dm)에 위치된다. 비디오 홀로그램은 기준층까지 소정의 거리(D_H)에 위치된 홀로그램층(HL)에 배치된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 홀로그램 매트릭스의 연산은 이하의 단계를 수행하면서 계속된다.

화면이 존재하였으면, 기준층(RL)의 집성 파동장에 대한 기여로서 각 구획층(L_m)의 오브젝트 포인트의 복합 진폭(A₁₁...A_MN)을 생성하는 파동장을 결정하기 위해 기준층(RL)에서 구획층(L₁...L_M)의 오브젝트 데이터 집합(OS₁...OS_M)의 변환.

성분

_n을 가진 변환된 오브젝트 데이터 집합(DS₁...DS_M)을 추가하여, 화면이 재구성될 때 관측자 창(OW)에 나타나는 집성 파동장을 정의하는 기준 데이터 집 합(RS) 형성.

기준층(RL)으로부터 기준 데이터 집합(RS)을 역변환하여 비디오 홀로그램을 인코딩하기 위한 매트릭스 포인트 값(H₁...H_N)을 얻도록 소정 거리(DH)에 위치된 홀로그램 층(HL)에서 홀로그램 데이터 집합(HS) 형성.

비디오 홀로그램의 N개의 픽셀 값은 전형적으로 홀로그램 데이터 집합의 복소수 값으로부터 유도된다. 비디오 홀로그램에서, 이 값들은 화면 재구성 중에 광을 변조하기 위한 진폭값 및 파 위상(wave phase)을 나타낸다.

3D-S가 관측자 창(OW)에서 뷰어에 대해 재구성되는 방법은 위에서 설명하였다. 진정한 3차원 방식으로 3차원 화면을 인지할 수 있게 하기 위해, 오브젝트가 실제로 보여졌던 것처럼, 각각의 눈에 대해 각각의 관측자 창에서 다른 홀로그램들이 필요하다.

제2 관측자 창의 홀로그램 매트릭스는 동일한 방법으로 연산되지만, 그에 따라서 변경된 매트릭스 포인트 값들을 갖는다. 변경은 화면(3D-S)에 대하여 뷰어의 양 눈의 위치가 다른 데서 유래된다. 동시에 동작하는 FFT 과정을 가진 설비된 다중 채널 디지털 신호 프로세서에서 2개의 홀로그램 매트릭스가 동시에 및 절대적으로 서로 독립하여 연산될 수 있다. 필요한 연산 능력을 감소시키기 위해, 콘텐츠에서 약간의 차이만을 나타내거나 차이를 전혀 나타내지 않는 오브젝트 데이터 집합의 연산 결과들은 함께 사용될 수 있다. 이것은 화상 배경을 나타내는 구획층에 적용할 수 있다. 이때, 양 눈은 약간 차이가 있는 방향으로부터 동일한 화면을 볼 것 이다.

본 발명의 특징에 따르면, 디지털 신호 처리 장치는 변환을 위해 2개의 신호 프로세서 채널 중의 하나에 2개의 동일한 오브젝트 데이터 집합 중의 하나만을 교대로 지정하여 과잉 처리를 회피하도록, 대응하는 오브젝트 데이터 집합의 콘텐츠들을 비교하는 오브젝트 데이터 집합 관리자를 포함한다.

공지의 해법과 대조적으로, 재구성은 관측자 창(OW)으로부터 광변조기 매트릭스(L_M)까지 연장하는 가상의 접속면(A1, A2)에 의해 정의된 절두체 형상(frustum-shaped) 공간에서 가상의 관측자 창을 통해 보여진다. 3D-S 재구성은 비디오 홀로그램 층 앞에서, 또는 그 위에서, 또는 그 뒤에서 나타나거나 홀로그램 층과 교차할 수 있다.

관측자 창의 크기는 이것이 동공의 크기로 감소될 수 있는 특수한 경우에 눈의 측면 크기를 커버하는 정도이면 충분하다. 홀로그램 층으로부터 1m의 거리에 위치된 1×1 ㎠의 관측자 창을 가정하면, 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램에 필요한 픽셀의 수는 고전적 인코딩 방법을 가진 광변조기 매트릭스와 비교해서 2,500 ... 10,000의 계수만큼 감소된다.

도 3은 연산에 필요한 변환을 실행하기 위해 선택된 층들의 위치를 나타낸 것이다. 제1 가상 구획층(L₁)과 하나의 추가 층(L_m)만이 도시되어 있다. 그러나, 모든 파동장의 기여는 기준층(RL)에서 구획층(L₁...L_M)의 파동장을 연산하기 위해 항상 필요하다. 연산 능력을 절약하기 위해, 이동하는 3차원 화면을 처리할 때, 개별 적인 피변환 데이터 집합(DS₁ ... DS_M)이 버퍼링되고, 콘텐츠에 변화가 발생할 때까지 수 개의 후속 비디오 홀로그램을 위해 재사용될 수 있다.

도 4는 기준층(RL)까지 D_m의 거리에 있는 구획층(L_m)의 오브젝트 데이터 집합(OS_m)의 진폭값(A_m1...A_mN)이 어떻게 변환되는지를 상세히 도시한 것이다. 이 복합 처리의 이해를 돕기 위해, 1차원 변환만이 도시되어 있다. 수학식 1은 프레넬 변환의 핵심(core)을 나타내고 있다.

여기에서 용어

는 좌표 x₀를 가진 층에서 좌표 x_m을 가진 층으로부터의 푸리에 변환, 즉 기준층에서 D_m의 거리에 위치된 구획층으로부터의 푸리에 변환의 핵심을 나타낸다.

전술한 바와 같이, 광학계의 시준에 의존해서, 이들 2차 위상 계수(quadratic phase factor)의 하나 또는 둘 다는 1일 수 있다.

수학식 2는 층 L_m에서 대응 위상 계수 F1_mn과 승산된 매트릭스 포인트 값의 진폭(A_mn)을 정의한다.

마지막으로, 수학식 3은 수학식 2의 푸리에 변환 결과 및 기준층에서 관측자 창(OW)의 좌표 x₀와 기준층까지 각각의 구획층의 거리에만 의존하는 위상 계수와의 승산 결과를 보여준다. 이것은 기준층에서 관측자 창의 매트릭스 포인트의 복합 진폭을 정의한다.

개시된 해법은 전용화 디지털 신호 프로세서 회로가 실시간의 플리커없는 재구성의 형태로 양 눈에 대한 이동 화면의 일련의 비디오 홀로그램의 연산을 수행할 수 있도록 연산 처리를 가속화할 수 있다.

관측자 창(OW)에서 재구성된 집성 필드의 에러를 보상하기 위해, 본 발명의 양호한 실시예에서, 도 5에 도시된 반복 공정이 관측자 창(OW)에서의 분포와 홀로그램층(HL) 사이의 계산에 적용될 수 있다.

Claims

3차원 화면 내의 오브젝트들을 정의하는 오브젝트 데이터가 다수의 가상 구획층(L₁ ... L_M)에 배열되고, 각각의 층이 2차원 오브젝트 데이터 집합(OS_m)을 정의하여 비디오 홀로그램 데이터 집합(HS)이 상기 2차원 오브젝트 데이터 집합(OS₁ ... OS_M)의 일부 또는 전부로부터 계산될 수 있게 하는 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램을 연산하는 방법에 있어서,

(a) 제1 변환(TR 1)에서, 가상 구획층의 각각의 2차원 오브젝트 데이터 집합(OSn)이 2차원 파동장 분포로 변환되고, 파동장 분포가 비디오 홀로그램층(HL)으로부터 유한 거리(D_M)에서 기준층(RL) 내의 가상 관측자 창(OW)에 대하여 계산되게 하는 단계와;

(b) 구획층(L₁ ... L_M)의 모든 2차원 오브젝트 데이터 집합에 대하여 가상 관측자 창(OW)의 계산된 2차원 파동장 분포(DS₁ ... DS_M)가 추가되어 집성된 관측자 창 데이터 집합(RS)을 정의하게 하는 단계와;

(c) 제2 변환(TR 2)에서, 집성된 관측자 창 데이터 집합(RS)이 기준층으로부터 비디오 홀로그램 층(HL)으로 변환되어 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램의 비디오 홀로그램 데이터 집합(HS)을 생성하게 하는 단계를 포함하는 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 비디오 홀로그램 데이터 집합(HS)의 데이터는 비디오 홀로그램 내에서 동등하게 이격된 포인트들에 지정되고 상기 포인트들은 매트릭스로서 조직되는 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 구획층(L₁ ... L_M), 홀로그램층(HL), 기준층(RL) 및 가상 관측자 창(OW)은 평탄한 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 비디오 홀로그램층(HL), 구획층 및 가상 관측자 창은 서로 평행한 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 관측자의 적어도 하나의 눈은 가상 관측자 창 부근에 위치되어 재구성된 화면이 가상 관측자 창(OW)을 통해 보여질 수 있는 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항 또는 제5항에 있어서, 가상 관측자 창(OW)이 2개 이상 있는 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 오브젝트 데이터(R₁, G₁, B₁, z₁ ... R_P, B_P, B_P, z_P)가 오브젝트 데이터 집합(OS₁ ... OS_M)에 지정되고, 모든 오브젝트 데이터 집합은 집성된 관측자 창 데이터 집합(RS) 및 홀로그램 데이터 집합(HS)과 동일한 수(N) 및 매트릭스 구조의 매트릭스 포인트 값들을 포함하며, 모든 데이터 집합(OS₁ ...OS_M, RS, HS)에 대한 수 및 메트릭스 구조의 메트릭스 포인트 값들은 비디오 홀로그램을 인코딩하기 위해 사용된 픽셀의 수로부터 유도되는 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항 또는 제7항에 있어서, 2차원 오브젝트 데이터 집합(OS₁ ... OS_M) 및 집성된 관측자 창 데이터 집합(RS)은 비디오 홀로그램 데이터 집합(HS)과 동일한 매트릭스 구조를 갖는 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 기준층 내의 가상 관측자 창(OW)은 기준층에서의 주기적 간격의 크기와 같거나 그보다 작게 설정되고 하나의 주기적 간격 내에 완전하게 위치되는 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 기준층은 홀로그램의 푸리에 평면과 일치하는 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 각각의 오브젝트 데이터 집합(OS_m)은 기준층(RL)까지의 거 리(D_m)에 의존하는 대응 구획층(L_m)의 면적에 기초를 둔 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제11항에 있어서, 각각의 구획층의 면적은 가상 관측자 창(OW)의 엣지와 비디오 홀로그램의 엣지를 접속하는 가상면(A1, A2)과의 교차점에 의해 정의되는 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 가상 기준층(RL)까지 소정 거리(D1 ... Dm)를 갖는 구획층(L_m)은 재구성된 화면(3D-S)의 전부 또는 그 일부가 홀로그램층(HL)의 앞에 및/또는 뒤에 나타나도록 설정된 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 제1 변환(TR1)은 프레넬 변환이고, 상기 프레넬 변환은,

(aa) 원래 구획층(L_m)의 각각의 오브젝트 포인트의 진폭값(A_mn)을 구면파(F1_mn)를 묘사하는 제1 위상 계수와 승산 -상기 계수의 지수는 원래 구획층(L_m)의 제곱 좌표(x_m, y_m) 및 원래 구획층(L_m)과 기준층(RL) 간의 거리(D_m)에 의존하는 것임- 하는 보조 단계와,

(ab) 원래 구획층(L_m)으로부터 기준층(RL)으로의 제1 고속 푸리에 변환(FFT)의 도움으로 원래 구획층(L_m)의 각각의 오브젝트 포인트(A_m1 ...A_mN)에 대한 계산된 곱을 변환하는 보조 단계와,

(ac) 상기 계산된 변환(
'_m1 ...
'_mN)을 구면파(F2_mn)를 묘사하는 제2 위상 계수와 승산 -상기 계수의 지수는 기준층(RL)에서의 제곱 좌표(x,y) 및 원래 구획층(L_m)까지의 거리(D_m)에 의존하는 것임- 하는 보조 단계를 포함한 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 제2 변환(TR2)은 프레넬 변환이고, 상기 프레넬 변환은,

(ca) 기준 데이터 집합(RS)의 각각의 복소 진폭값(
_n)을 구면파(F3_n)를 묘사하는 제3 위상 계수와 승산 -상기 계수의 지수는 기준층(RL)의 제곱 좌표(x₀, y₀) 및 기준층(RL)과 홀로그램층(HL) 간의 거리(D_m)에 의존하는 것임- 하는 보조 단계와,

(cb) 기준층(RL)으로부터 홀로그램층(HL)으로의 제2 고속 푸리에 변환(FFT)의 도움으로 복소 진폭값(
₁ ...
_N)의 계산된 곱을 변환하는 보조 단계와,

(cc) 상기 계산된 변환(H'₁ ... H'_N)을 구면파(F4_n)를 묘사하는 제4 위상 계수와 승산 -상기 계수의 지수는 인코딩을 위해 사용된 홀로그램 데이터 집합(HS)의 소망하는 홀로그램 값(H₁ ... H_N)을 얻도록, 홀로그램층(HL)에서의 제곱 좌표(x,y) 및 홀로그램층(HL)과 기준층(RL) 간의 거리(D_H)에 의존하는 것임- 하는 보조 단계를 포함한 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 구면파(F1_mn, F2_mn)를 묘사하는 위상 계수들 중 하나 또는 모두는 상수값으로 설정되는 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 제1 및/또는 제2 변환은 푸리에 변환인 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 반복에 의해 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램의 포인트 값을 보정하기 위하여,

A) 원래의 3차원 화면으로부터의 관측자 창 데이터 집합(RS)을 제1 변환을 위한 목표 함수로서 정의하는 보조 단계,

B) 홀로그램 데이터 집합(HS)의 매트릭스 포인트 값(H₁ ...H_N)을 얻기 위해 목표 함수의 원래 복소 진폭값(
₁ ...
_N)을 홀로그램층(HL)으로 역변환하는 보조 단계,

C) 광변조기 매트릭스(LM)에 대한 홀로그램 데이터 집합(HS)의 파라메터(Paramn)를 유도하는 보조 단계,

D) 가상 관측자 창(OW)의 업데이트된 복소 진폭값(
₁' ...
_N')의 분포를 얻기 위해 파라메터(Paramn)의 유도물을 기준층(RL)으로 변환하는 보조 단계,

E) 목표 함수의 업데이트된 복소 진폭값(
₁'...
_N')과 원래 값(
₁...
_N)의 분포의 차(Δ)를 형성하는 보조 단계,

F) 상기 차(Δ)를 홀로그램층(HL)의 차동 포인트 값(ΔH₁...ΔH_N)의 분포로 역변환하는 보조 단계,

G) 상기 차동 포인트 값의 분포(ΔH)를 비디오 홀로그램 데이터 집합(HS)으로부터 차감하여 홀로그램 데이터 집합을 업데이트하는 보조 단계,

H) 상기 단계 C) 내지 G)를 반복하는 보조 단계, 및

I) 근사치 정확도가 달성되었을 때 반복을 종료하는 보조 단계를 포함하는 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 모든 오브젝트 데이터 집합의 깊이 정보가 동일한 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항 또는 제19항에 있어서, 홀로그램을 생성하는 장치는 입력에 따라서 또는 사용자가 어떤 모드를 선택하는가에 따라서 3차원 모드로부터 2차원 모드로 전환가능한 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 관측자 창에서 재구성된 집성 필드의 에러를 보상하기 위하여 관측자 창에서의 분포와 홀로그램층 사이에서 반복 처리가 수행되는 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 스페클 노이즈(speckle noise)를 감소시키기 위하여 그리고 휘도 또는 회절 효율 및 화면의 기준층에서의 휘도 해상력(brightness definition)을 높이기 위하여 오브젝트 데이터 집합이 위상 분포 또는 의사 랜덤 위상 분포를 나타내는 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서,

구획층의 모든 오브젝트 데이터 집합은 총 수가 동일한 이산 매트릭스 포인트를 지정받거나, 또는

제1 변환이 전체 구획층에서 수행되는 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
제1항에 있어서, 가상 구획층의 각 오브젝트 데이터 집합의 거리에 대한 값은 변환 전에 선택 또는 변경되어 전체 재구성 또는 재구성의 일부가 홀로그램 층의 앞에 및/또는 뒤에 나타나게 되는 것인 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램 연산 방법.
3차원 화면 내의 오브젝트들을 정의하는 오브젝트 데이터를 다수의 가상 구획층(L₁ ... L_M)에 지정하고, 각각의 구획층이 별도의 오브젝트 데이터 집합(OS_n)을 정의하여 비디오 홀로그램의 비디오 홀로그램 데이터 집합(HS)이 상기 오브젝트 데이터 집합의 일부 또는 전부로부터 계산될 수 있게 하는, 디지털 슬라이서 수단으로 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램을 연산하는 디지털 신호 처리 장치에 있어서,

(a) 유한 거리(D_M)에 위치된 기준층(RL)의 가상 관측자 창에 대한 별도의 2차원 파동장 분포를 각각의 오브젝트 데이터 집합(OS_m)으로부터 연산하기 위한 제1 변환 수단(TRM₁), 및 변환된 오브젝트 데이터 집합을 버퍼링하는 버퍼 메모리 수단과,

(b) 집성된 관측자 창 데이터 집합(RS)의 파동장 표현을 생성하기 위해 모든 구획층의 피변환 오브젝트 데이터를 가산하는 가산 수단(AD)과,

(c) 집성된 비디오 홀로그램에 대한 홀로그램 데이터 집합(HS)을 생성하기 위해, 유한 거리에 위치되고 기준층(RL)에 평행한 홀로그램 층(HL)으로 관측자 창 데이터 집합(RS)을 변환하는 제2 변환 수단(TRM₂)을 포함하는 디지털 신호 처리 장치.
제25항에 있어서, 변환을 수행하기 위한 적어도 하나의 독립적으로 동작하는 변환 수단(TR1, TR2)을 포함하고, 상기 장치가,

원래 오브젝트 데이터 집합(OS_m)의 값들의 진폭값(A_mn/
_n)을 구면파(F1_mn/F3_n)를 묘사하는 제1 위상 계수와 승산하는 제1 승산 수단(M1) -상기 계수의 지수는 각각의 원래의 층(L_m 또는 RL)에서의 제곱 좌표(x_m, y_m) 및 목표층(RL 또는 HL)까지의 거리(D_m)에 의존하는 것임- 과,

원래의 층(L_m/RL)으로부터 목표층(RL/HL)으로 제1 승산 수단(M1)의 곱을 변환시키는 고속 푸리에 변환 수단(FFT)과,

상기 고속 푸리에 변환 수단(FFT)에 의해 변환된 상기 제1 승산 수단의 곱을 구면파(F2_mn/F4_n)를 묘사하는 다른 위상 계수와 승산하는 제2 승산 수단(M2) -상기 계수의 지수는 목표층에서의 제곱 좌표 및 목표층과 원래 층 간의 거리에 의존하는 것임- 을 포함하는 것인 데이터 신호 처리 장치.
제26항에 있어서, 고속 푸리에 변환의 실행을 위해, 모든 데이터 집합들은 다수(N)의 이산 매트릭스 포인트 값을 갖고, 상기 수(N)는 2의 n차 멱수인 것인 데이터 신호 처리 장치.
제25항에 있어서, 재발생하는 연산 과정을 독립적이고 동시적으로 실행하기 위한 다중 채널 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함하는 데이터 신호 처리 장치.
제25항에 있어서, 적어도 특정 수의 변환을 동시에 실행할 수 있게 하기 위해, 동시적으로 실행되는 변환 과정(TR1, TR2)을 포함한 다수의 독립적으로 동작하는 서브 프로세서와, 연산에 필요한 변환들을 3차원 오브젝트의 콘텐츠에 따라서 가용 변환 과정에 동적으로 지정하는 자원 관리자를 포함하는 데이터 신호 처리 장치.
제25항에 있어서, 상기 장치는 양 눈에 대하여 홀로그램 데이터 집합(HS_L, HS_R)의 동시 연산을 위한 다중 채널 프로세서인 데이터 신호 처리 장치.
제25항에 있어서, 2개의 신호 프로세서 채널 중 하나에서 1회만 동일 변환을 실행하고 다른 채널에서 그 변환을 공동 사용하기 위하여, 홀로그램 연산에서 대응 오브젝트 데이터 집합(OS_m)의 콘텐츠를 다른 원래 오브젝트 데이터와 비교하는 오브젝트 데이터 집합 제어 수단을 포함하는 데이터 신호 처리 장치.
제25항에 있어서, 구면파(F1_mn/F3_n, F2_mn/F4_n)를 묘사하는 위상 계수들 중 하나 또는 모두는 상수값으로 설정되는 것인 데이터 신호 처리 장치.
제25항에 있어서, 입력에 따라서 또는 사용자가 어떤 모드를 선택하는가에 따라서 3차원 모드로부터 2차원 모드로 전환하도록 구성된 데이터 신호 처리 장치.
영상 수단에 의한 광원의 영상 평면이 공간 광 변조기 매트릭스의 푸리에 평면(Fourier plane)이 되도록 배치되어진, 광원, 공간 광 변조기 매트릭스 및 영상 수단을 포함하는 비디오 홀로그램 디스플레이 장치에 있어서,

가상 관측자 창이 상기 푸리에 평면에서 하나의 주기적 간격 내에 완전하게 위치되며,

상기 비디오 홀로그램 디스플레이 장치는 상기 공간 광 변조기 매트릭스에 주소 지정된 컴퓨터 생성형 비디오 홀로그램을 연산하기 위하여 제25항 또는 제33항에 기재된 디지털 신호 처리 장치를 더 포함하는 것인 비디오 홀로그램 디스플레이 장치.