JP2012008220A - ルックアップテーブルと画像の空間的重複性を用いた計算機合成ホログラムの算出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホログラム算出時に必要とされるメモリ容量を低減した、ルックアップテーブルと画像の空間的重複性を用いた計算機合成ホログラムの算出方法及びその装置を提供する。
【解決手段】本発明によるホログラムの算出方法は、対象物体のホログラム平面の基準点から同一の距離だけ離隔した各点に対して１つの基準要素フリンジパターンを算出するステップと、基準要素フリンジパターンを基準点から対象物体の各点までの距離に応じて格納するステップと、入力画像の各点及び隣接した点が同一であるか否かを表す同一性データを算出するステップと、ｎ個の基準要素フリンジパターンを合成したｎ−ポイント要素フリンジパターンを算出するステップと、同一性データから把握したｎ−連続点とｎ−ポイント要素フリンジパターンをマッチングしてホログラム情報を算出するステップと、を含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明はホログラムの算出方法に関するもので、特にルックアップテーブル（ＬＵＴ；Ｌｏｏｋ−ｕｐ Ｔａｂｌｅ）と空間的重複性（Ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ）を用いた計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）の算出方法及びその装置に関する。

最近、３次元画像と画像再生技術に関する研究が盛んであり、視覚情報の水準を一層高める新概念の実感画像メディアとして次世代ディスプレイの開発が見込まれている。また、３次元画像は２次元画像よりも臨場感があり、より自然に見え、人間が感じる現実に近いため、３次元画像に対する需要が増加しつつある。

３次元画像関連技術の中、ホログラフィ方式は、ホログラフィに光を照らすと観察者がホログラフィの前面から所定の距離離れてホログラフィを見ることで、虚像の立体画像を観察する方式である。

ホログラフィ方式は、レーザを用いて製作したホログラフィを観察する場合、特殊メガネを装着しなくても実物と同様の立体画像を感じることができる方式である。したがって、ホログラフィ方式は立体感に優れ、人間が疲労感を感じることなく３次元画像を楽しむ最も理想的な方式であるといえる。

通常、ホログラムパターンを計算するときには、光の回折を計算するレイトレーシング（Ｒａｙ−ｔｒａｃｉｎｇ）方法が主に用いられる。このとき、対象物体を点の集合とみなし、それぞれの点に対するホログラムパターンを計算して合算する。しかし、この方法は多くの計算量のため、リアルタイム再生が困難であるという問題がある。

このような問題を克服するために、ルックアップテーブルを用いてホログラムを計算する方法が提案された。この方法は、可能な領域内のすべての点に対する要素フリンジを予め計算しておいた後、ホログラムを計算するとき、対象物体の点に該当する要素フリンジを呼び出して合算することにより、リアルタイム処理を可能とした。しかし、この方法はオブジェクト領域が大きくなるほど必要とする要素フリンジの数が多くなるため、結局、ルックアップテーブルが非常に大きくなるという問題がある。

このような問題を解決するために、既存のルックアップテーブル方式のように高速のホログラム計算速度をそのまま維持しながらも、ルックアップテーブルのメモリ容量を画期的に低減できる新しいルックアップテーブルのＮ−ＬＵＴ（ｎｏｖｅｌ ｌｏｏｋ−ｕｐ ｔａｂｌｅ）方法が提案された。しかし、この方法も、算出しようとする画像の解像度が高まるにつれて計算すべき点の数が多くなり、その結果、計算時間が増加するため、実質的な応用はできなかった。

こうした従来技術の問題点に鑑み、本発明は、リアルタイムで動画ホログラム再生が可能なルックアップテーブルと空間的重複性を用いた計算機合成ホログラムの算出方法及びその装置を提供することを目的とする。
本発明のさらに別の目的は下記の説明を通して容易に理解できよう。

本発明の一実施形態によれば、対象物体のホログラム平面の基準点から同一の距離だけ離隔した各点に対して１つの基準要素フリンジパターンを算出するステップと、上記基準要素フリンジパターンを上記基準点から上記対象物体の各点までの距離に応じて格納するステップと、入力画像の各点及び隣接した点が同一であるか否かを表す同一性データを算出するステップと、ｎ個の上記基準要素フリンジパターンを合成したｎ−ポイント要素フリンジパターンを算出するステップと、上記同一性データから把握したｎ−連続点と上記ｎ−ポイント要素フリンジパターンをマッチングしてホログラム情報を算出するステップと、を含み、上記ｎは自然数であることを特徴とするホログラムの算出方法が提供される。

本発明の他の実施形態によれば、ホログラム平面の基準点から同一の距離だけ離隔した対象物体の各点に対して１つの基準要素フリンジパターンを算出するフリンジ算出部と、上記基準要素フリンジパターンを上記基準点から対象物体の各点までの距離に応じて格納するルックアップテーブルと、入力画像の各点及び隣接した点が同一であるか否かを表す同一性データを算出する同一性分析部と、ｎ個の上記基準要素フリンジパターンを合成したｎ−ポイント要素フリンジパターンを算出するポイントフリンジ算出部と、上記同一性データから把握したｎ−連続点と上記ｎ−ポイント要素フリンジパターンをマッチングしてホログラム情報を算出するホログラム算出部と、を含み、上記ｎは自然数であることを特徴とするホログラム算出装置が提供される。

本発明に係るルックアップテーブルと空間的重複性を用いた計算機合成ホログラムの算出方法及びその装置は、リアルタイムでホログラム算出が可能である効果がある。
また、本発明に係るルックアップテーブルと空間的重複性を用いた動画計算機合成ホログラムの算出方法及びその装置は、ホログラム算出時に必要とするメモリを大幅低減できる効果がある。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴のすべてを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明の実施例によるホログラフィ技術を用いた３次元情報獲得方法を示す図面である。 本発明の実施例によるホログラム算出装置を示す図面である。 本発明の一実施例による明るさ画像と奥行き画像を示す図面である。 本発明の一実施例による３ポイントに対する要素フリンジパターンを示す図面である。 本発明の一実施例による基準要素フリンジパターン及びｎ−ポイント要素フリンジパターンを示す図面である。 本発明の一実施例による空間的重複性データと、算出されたｎポイントに対する要素フリンジパターンとを用いてホログラムパターンを算出する方法を示す図面である。 本発明の一実施例によるホログラム算出過程を示す図面である。 本発明の一実施例による基準要素フリンジパターンとｎ−ポイント要素フリンジパターンをマッチングしてホログラム情報を算出する過程を示す図面である。

本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、本願では特定実施例を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。

本願で用いた用語は、ただ特定の実施例を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在を指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解しなくてはならない。

その他、定義しない限り、技術的または科学的な用語を含んで、ここで用いられるすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば一般的に理解される用語と同一の意味を有する。一般的に用いられる予め定義しているような用語は、関連技術の文脈上の意味と一致する意味を有すると解釈すべきで、本願で明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味として解釈しない。

以下、添付図面を参照しながら、本発明によるルックアップテーブルと画像の空間的重複性を用いた計算機合成ホログラムの算出方法及びその装置の好ましい実施例を詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の図面符号を付することにより重複説明を省略する。本発明の説明において、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明瞭にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、本発明の好ましい実施例を詳細に説明するに前に、ホログラフィ技術を用いて３次元情報獲得する通常の原理及びシステムについて説明する。

図１は、本発明の実施例によるホログラフィ技術を用いた３次元情報獲得方法を示す図面である。

ホログラムの原理は、レーザから出た光線を２つに分けて、１つの光線は直接スクリーンを照らすようにし、他の一つの光線は対象物体を照らすようにする。このとき、直接スクリーンを照らす光線を基準光（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅａｍ、参照光１２０）といい、物体を照らす光線を物体光（ｏｂｊｅｃｔ ｂｅａｍ）という。

物体光は、物体の各表面から反射してくる光線であるため、物体表面からスクリーンまでの距離に応じて位相差がそれぞれ異なって表れる。このとき、変形されない基準光と物体光と干渉を起こし、この時の干渉縞がスクリーンに格納される。このような干渉縞が格納されたフィルムをホログラムという。

計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ、以下、ＣＧＨともする。）のパターンは、ピクセルの（ｘ，ｙ，ｚ）座標値と強さ値（Ｉ）によりコンピュータ計算で算出される。算出されたＣＧＨは３次元ホログラム画像を獲得するのに用いられる。図１は、ホログラムの幾何学的計算模型を示す。以下、このようなＣＧＨを中心に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

ホログラムはｘ−ｙ平面１３０上に位置し、物体のｐ番目の点は（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ，ｚ_ｐ）１１０に位置する。ａ_ｐとΦ_ｐはそれぞれの点の強さと位相を示し、これらはコンピュータにより下記一般式の計算に用いられる。

ホログラムにおける複素振幅Ｏ（ｘ，ｙ）は、下記一般式（１）に示すように物体光の重ね合わせから得られる。

式中、ｐは物体を構成する点（物体点）を示し、Ｎは物体を構成する点の総数である。ａ_ｐは物体光の強さを示し、ｋは波数ベクトルであって、ｋ＝２π／λと定義される。λは自由空間上の光の波長である。ｒ_ｐはホログラムにおけるｐ番目の物体点と点（ｘ，ｙ，０）との間の斜めの距離を示し、下記一般式（２）で定義される。

また、平面光である基準光の複素振幅Ｒ（ｘ，ｙ）は下記一般式（３）から得られる。

式中、ａ_Ｒとθ_Ｒはそれぞれ基準光の強さと入射角を示す。ホログラム面における全体的な格子強度Ｉ（ｘ，ｙ）は、物体光Ｏ（ｘ，ｙ）と基準光Ｒ（ｘ，ｙ）との間の干渉パターンであって、下記一般式（４）で表される。

式中、｜Ｒ（ｘ，ｙ）｜^２は基準光の強さを示し、｜Ｏ（ｘ，ｙ）｜^２は物体光の強さを示す。２｜Ｒ（ｘ，ｙ）｜｜Ｏ（ｘ，ｙ）｜ｃｏｓ［ｋｒ_ｐ＋ｋｘｓｉｎθ_Ｒ＋φ_ｐ］はホログラム情報を部分的に含む物体光と基準光との間の干渉パターンを意味し、物体光の空間位置に対する位相情報を含む。

下記一般式（５）で、ホログラム情報は、２｜Ｒ（ｘ，ｙ）｜｜Ｏ（ｘ，ｙ）｜ｃｏｓ［ｋｒ_ｐ＋ｋｘｓｉｎθ_Ｒ＋φ_ｐ］にのみ含まれているため、Ｉ（ｘ，ｙ）は次のように表すことができる。

従来の光線追跡方式の場合、一般式（５）からホログラムパターンを算出する。しかし、一般式（５）に示すように、ホログラムパターンの算出式は非常に複雑であるため、リアルタイムで算出することが困難であった。

このような問題を解決するために、任意の物体空間内のすべての点を表現する要素フリンジパターンをあらかじめ作ってルックアップテーブルに格納しておき、算出しようとする３次元画像に対応するそれぞれの要素フリンジパターンを取り出してホログラムを算出するというルックアップテーブルを用いた方法が提案された。

このような構成要素を説明する前に、以下に本発明の実施例が前提とする事項を説明する。一般的にイメージ空間は離散的ではない。しかし、人間の視覚システムの能力は限定されているため、離散化程度が人の目に認められないほど非常に小さい場合、２つの点が離れていなく、すなわち連続しているように認識される。例えば、人間は３ミリラジアン（ｍｉｌｌｉｒａｄｉａｎ）の間隔を有する２つの点を１つの点として認識する。したがって、５００ｍｍ離れて画像を見る場合、５００ｍｍ×０．００３＝１５０ミクロン以下の間隔を有する２つの点を１つの点として認識することになる。以下、本発明による一実施例では垂直、水平の離散化程度を１５０ミクロンに設定して説明する。

ルックアップテーブルを用いる場合には、要素フリンジパターンを予め算出しておかなければならない。それは、それぞれの点を表現する基準明るさの要素フリンジパターンＴ（ｘ，ｙ；ｘ_ｐ，ｙ_ｐ，ｚ_ｐ）であって、一般式（５）を用いて一般式（６）のように表すことができる。

式中、ｒ_ｐはｐ番目の点と（ｘ，ｙ，０）との間の距離であって、一般式（２）から得られる。

この方式によれば、ホログラムを計算するとき、各点に対するフリンジパターンを必要時毎に一般式（５）から計算することではなく、予め計算しておいた各点（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ，ｚ_ｐ）に対するフリンジパターンの集合であるルックアップテーブルを用いて計算することになる。したがって、ルックアップテーブル方式におけるホログラム情報Ｉ（ｘ，ｙ）は最終的に一般式（７）で表され、式中、Ｎは物体点の数を示す。

このようなルックアップテーブルを用いた方式によれば、物体画像の可能なすべての点に対して予め計算しておいた要素フリンジパターンを用いることにより、ホログラムの生成速度を向上させることができる。しかし、この方式の最も大きな短所は、予め計算しておいた要素フリンジパターンの量が非常に多いということで、結局、これを格納するルックアップテーブルのメモリもかなり増加するということである。例えば、ルックアップテーブル方式において、物体空間が１００（横）×１００（縦）×１００（奥行き）であり、各要素フリンジパターンの容量を１ＭＢと仮定すると、全体ルックアップテーブルのメモリ容量は、１ＭＢ×１００×１００×１００＝１ＴＢが必要となる。

このような問題を解決するために、既存のルックアップテーブル方式のように高速の計算速度をそのまま維持しながらもルックアップテーブルのメモリ容量を画期的に低減できる新しい形態のルックアップテーブルであるＮ−ＬＵＴが提案され、これを用いたデジタルホログラムの高速算出方法が提案された。すなわち、Ｎ−ＬＵＴ方式では、物体の奥行き方向に対する要素フリンジパターンのみを計算して格納する。そして、物体の一奥行き方向が決定されると、その面に存在する物体点の要素フリンジパターンが予め計算されて格納され、当該奥行きの要素フリンジパターンを各物体点まで左右に移動させてフリンジパターンを計算、合算することにより、当該奥行き平面におけるホログラムパターンを計算することができる。

同様の方法で物体のすべての奥行き平面におけるホログラムを計算して合算することにより、物体全体に対するホログラムパターンを計算することができる。したがって、既存のルックアップテーブル方式においては、横、縦、奥行きのすべての方向の物体点に対する要素フリンジパターンを格納しなければならなかったが、提案されたＮ−ＬＵＴ方式においては、物体の奥行き方向に対する要素フリンジパターンのみを予め格納すればよいので、メモリ要求量が著しく低減する。

Ｎ−ＬＵＴ方法においても要素フリンジパターンを予め算出しておかなければならない。すなわち、それぞれの要素フリンジパターンＴ（ｘ，ｙ；ｚ_ｐ）は、各奥行きに対する基準強さのフレネルゾーンプレート（Ｆｒｅｓｎｅｌ ｚｏｎｅ ｐｌａｔｅ）となり、次のように表すことができる。

式中、ｒ_ｐはｐ番目の点と（ｘ，ｙ，０）との間の距離であって、一般式（２）から得られる。したがって、新たに提示されるＮ−ＬＵＴ方式では、物体の奥行き方向に対する要素フリンジパターン（以下、基準要素フリンジパターン）のみを計算して格納し、物体の一奥行き方向が決定されると、その面に存在する物体点の要素フリンジパターンは、予め格納された当該奥行きの基準要素フリンジパターンを各物体点まで移動させてフリンジパターンを計算することにより、当該奥行き平面におけるホログラムパターンを計算できるようになる。同様の方法で物体のすべての奥行き平面におけるそれぞれのホログラムを計算して合算することにより、物体全体に対するホログラムパターンを計算することができる。したがって、ルックアップテーブル方式においてホログラム情報Ｉ（ｘ，ｙ）は最終的に一般式（９）のように表すことができる。

上述したＮ−ＬＵＴ方式を用いてホログラムパターンを高速算出して復元することができる。しかし、この方法も、算出しようとする画像の解像度が高まるにつれて、計算すべき点の数が多くなって計算が複雑になるという問題があった。

図２は、本発明の実施例によるホログラム算出装置を示す図面であり、図３は、本発明の一実施例による明るさ画像と奥行き画像を示す図面であり、図４は、本発明の一実施例による３ポイントに対する要素フリンジパターンを示す図面であり、図５は、本発明の一実施例による基準要素フリンジパターン及びｎ−ポイント要素フリンジパターンを示す図面である。

図２を参照すると、ホログラム算出装置は、抽出部２１０、同一性分析部２２０、フリンジ算出部２３０、ポイントフリンジ算出部２４０、ルックアップテーブル２５０、及びホログラム算出部２６０で構成される。

抽出部２１０は明るさ画像と奥行き画像を抽出する。明るさ画像は、一般的な２次元画像が有する画像の明るさを示す。奥行き画像は明るさ画像の奥行き情報を示す画像である。 図３は、明るさ画像３１０及び奥行き画像３２０を出力したものである。抽出部２１０は明るさ画像３１０及び奥行き画像３２０を所定の形式で合成して同一性分析部２２０に入力画像を出力する。

同一性分析部２２０は３次元画像から空間的重複性に応じて同一性データを抽出する。一般的な画像において、隣接した画素は類似する明るさ値を有する。すなわち、一般的な画像は空間的重複性を有する。３次元画像においても、隣接した画素は類似する明るさ及び奥行き値を有する。その上、一部領域には同じ明るさと奥行き値を有する点が存在する。

同一性分析部２２０は、明るさと奥行き値が同一である点を一括して抽出する同一性データを算出する。例えば、同一性分析部２２０は、３次元座標上に存在する点Ａ（０，０，０）と点Ｂ（１，０，０）の明るさと奥行き値を比較して、同一である場合は、点Ａ、Ｂの同一性を示す同一性データを生成する。また、同一性分析部２２０は２つの点だけでなく、３つ以上の連続した点に対して同一性分析をすることができる。以下、隣接したｎ個の点の明るさ及び奥行き値が同一である場合、隣接したｎ個の点をｎ−連続点と称する。
同一性分析部２２０は、算出した同一性データをポイントフリンジ算出部２４０及びホログラム算出部２６０に出力する。

フリンジ算出部２３０は対象物体に対する基準要素フリンジパターンを算出する。一般式（９）の例示で詳述したように、フリンジ算出部２３０は、Ｎ−ＬＵＴ方式の使用時に必要とされる基準要素フリンジパターンを算出してルックアップテーブル２５０に出力する。

ポイントフリンジ算出部２４０は、同一性データ及び基準要素フリンジパターンの入力を受け、ｎ−ポイント要素フリンジパターンを算出する。ｎ−ポイント要素フリンジパターンは、ｎ−連続点に対するホログラムパターンを表現する要素フリンジパターンである。以下、ｎ−ポイント要素フリンジパターンについて図４を参照して詳細に説明する。

複数の点に対応するホログラムパターンを一度に算出することができるｎ−ポイント要素フリンジパターンは、図４のように求めることができる。１点に対する基準要素フリンジパターン４２０が存在し、隣接した点間の距離をｄと仮定し、隣接した３ポイント４１０に対する３−ポイント要素フリンジパターンを形成する場合、１点に対する基準要素フリンジパターン４２０を各点の位置に応じてシフトさせる。すなわち、元の位置にある要素フリンジパターン４３１、ｄだけ離れた点を表現するためにｄだけシフトさせた要素フリンジパターン４３２、及び２ｄだけ離れた点を表現するために２ｄだけシフトさせた要素フリンジパターン４３３が算出される。３つの要素フリンジパターンを合算することにより、隣接した３ポイントを表現することができる３−ポイント要素フリンジパターン４４０が算出される。

したがって、ｎ−連続点に対するｎ−ポイント要素フリンジパターンＴｎ（ｘ，ｙ；ｚ_ｐ）は最終的に一般式（１０）のように表すことができる。

以上では、３−連続点に対する要素フリンジパターンを算出することに対して説明したが、それ以外の数の隣接した点を表現するにも同様な方法を用いることができることは明らかである。図５には、上述した方法により基準要素フリンジパターン５１０を用いて生成された２−ポイント要素フリンジパターン５２０及び３−ポイント要素フリンジパターン５３０を示す。

再び図２を参照すると、ポイントフリンジ算出部２４０は、ｎ−ポイント要素フリンジパターンを算出してルックアップテーブル２５０に出力する。

ルックアップテーブル２５０は、ホログラム平面の基準点から同一の距離だけ離隔した対象物体の各点に対して１つの基準要素フリンジパターン及びｎ−ポイント要素フリンジパターンを格納する空間である。ルックアップテーブル２５０の基準要素フリンジパターンは、上述した一般式（８）から算出することができる。ここで、ルックアップテーブル２５０は、基準要素フリンジパターン及びｎ−ポイント要素フリンジパターンをホログラム算出部２６０に出力する。

ホログラム算出部２６０は、基準要素フリンジパターン、同一性データ、及びｎ−ポイント要素フリンジパターンの入力を受けてホログラムを算出する。

図６は、本発明の一実施例による空間的重複性データと、算出されたｎ−連続点に対する要素フリンジパターンとを用いてホログラムパターンを算出する方法を示す図面である。図６を参照すると、本発明の一実施例による入力画像６１０には６つの点光源が示されている。この中、ｚ_１奥行き平面の画像６２０は、（−ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）とこれに隣接した２つの点からなる３−連続点を含み、ｚ_２奥行き平面の画像６５０は、（ｘ_２，−ｙ_２，ｚ_２）とこれに隣接した２つの点からなる３−連続点を含む。ｚ_１奥行き平面に対する合成画像６４０において、基準点光源Ａが（−ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）に位置するため、ホログラム算出部２６０は、ｚ_１奥行きから３ポイント要素フリンジパターン４４０をそれぞれｘ、ｙ方向に−ｘ１、ｙ１だけシフトさせる。ｚ_２奥行き平面に対する合成画像６６０の場合、基準点光源Ｄが（ｘ_１，−ｙ_１，ｚ_１）に位置するため、ホログラム算出部２６０は、ｚ_２奥行きから３ポイント要素フリンジパターン４４０をそれぞれｘ、ｙ方向にｘ_１、−ｙ_１だけシフトさせる。

続いて、ホログラム算出部２６０は、ｎ−ポイント要素フリンジパターンを図６の６７０のように合成してＣＧＨを算出する。また、ホログラム算出部２６０は、ＣＧＨを用いて一般式（９）のようにホログラム情報６８０を算出する。

以下、図７を参照してルックアップテーブルと空間的重複性を用いたホログラムの算出方法を説明する。ここで、明確に説明するためにホログラム算出装置を構成する各機能部を「ホログラム算出装置」と称して説明する。以下、ホログラム算出過程において、ホログラム算出装置の説明と重複される部分は発明の明確な説明のために省略する。

図７は、本発明の一実施例によるホログラム算出過程を示す図面である。
ステップ７１０で、ホログラム算出装置は入力画像を参照して基準要素フリンジパターンを算出する。基準要素フリンジパターンは、上述したＮ−ＬＵＴ方式においてルックアップテーブル２５０に格納される要素フリンジパターンであって、物体の奥行き方向に対する要素フリンジパターンである。

ステップ７２０で、ホログラム算出装置は基準要素フリンジパターンをルックアップテーブルに格納する。

ステップ７３０で、ホログラム算出装置は入力画像の同一性データを算出する。すなわち、ホログラム算出装置は明るさと奥行き値が同一である、隣接した点を一括して抽出した同一性データを算出する。

ステップ７４０で、ホログラム算出装置は同一性データ及び基準要素フリンジパターンを用いてｎ−ポイント要素フリンジパターンを算出する。

ステップ７５０で、ホログラム算出装置は、基準要素フリンジパターン、同一性データ、及びｎ−ポイント要素フリンジパターンを対象物体の各点とマッチングしてＣＧＨを算出し、ＣＧＨを用いてホログラム情報を算出する。以下、図８を参照してステップ７５０について詳細に説明する。

図８は、本発明の一実施例による基準要素フリンジパターン及びｎ−ポイント要素フリンジパターンをマッチングしてホログラム情報を算出する過程を示す図面である。

ステップ８１０で、ホログラム算出装置は、同一性データに含まれていない点（隣接した点と明るさ及び奥行き値が同一でない点）と基準要素フリンジパターンをマッチングする。また、ｎを１に設定する。ここで、ｎは任意の自然数である。

ステップ８３０で、ホログラム算出装置は、同一性データのうちにｎ個以上の点を含む連続点があるか否かを判断する。

若しｎ個以上の点を含む連続点があれば、ステップ８３５で、ホログラム算出装置はｎを１だけ増加させる。

ステップ８４０で、ホログラム算出装置はｎ−ポイント要素フリンジパターンとｎ−連続点をマッチングする。続いて、ホログラム算出装置はステップ８３０に戻る。

若しｎ個以上の点を含む連続点がなければ、ステップ８５０で、ホログラム算出装置はＣＧＨを用いてホログラム情報を算出する。ＣＧＨを用いたホログラムの算出方法は一般式（９）で上述した。

上述したホログラム情報を算出する過程は、同一性データの連続点の個数を基準として順序を定めて要素フリンジパターンをマッチングさせたが、対象物体の座標上の順に要素フリンジパターンをマッチングさせることができる。このとき、ｎ−ポイント要素フリンジパターンはルックアップテーブルに格納されることができる。

上述したホログラム算出装置及び方法は、ホログラム算出のための計算複雑度を低減させる効果がある。以下では、本発明の一実施例によるホログラム算出装置の効果を表を参照しながら説明する。表１は、上述した方式によりホログラムを算出するための計算点の数を比較したものである。

１−ポイント要素フリンジパターンは、既存のＮ−ＬＵＴを用いた方式を示している。この場合、ホログラムを算出するために総７８，７２６ポイントを計算しなければならない。これに対して、２−ポイント要素フリンジパターンから４−ポイント要素フリンジパターンまでの場合は、１−ポイント要素フリンジパターンに比べて、それぞれ８２．９％、７９．４％、７８．３％のポイントを計算すればよいことが分かった。
表２は、上述した方式によるホログラムの算出時間を比較したものである。

既存のＮ−ＬＵＴ方式によれば、１ポイントを計算する平均時間が１１．７６ｍｓであったが、２−ポイント要素フリンジパターンを用いる場合は１ポイントを計算する平均時間が９．５３ｍｓであって、既存方式に比べて８１％の計算時間がかかることが分かった。３−ポイントの場合は９．１６ｍｓ、４−ポイントの場合は９．０５ｍｓの計算時間がかかり、それぞれ７７．９％、７７．０％の計算時間がかかることが分かった。したがって、本発明の一実施例によるホログラムの算出方法は既存のＮ−ＬＵＴ方式に比べて計算複雑度が低減する効果がある。

上述した本発明の実施例によるルックアップテーブルと空間的重複性を用いた計算機合成ホログラムの算出と再生方法は、記録媒体に格納された後、所定の装置、例えば、移動通信端末機と連係して行われることができる。ここで、記録媒体は、ハードディスク、ビデオテープ、ＣＤ、ＶＣＤ、ＤＶＤのような磁気または光記録媒体であってもよく、あるいはオフラインまたはオンライン上に構築されたクライアントまたはサーバーコンピュータのデータベースであってもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。特に、空間的重複性に関する分析は、水平方向、垂直方向、対角線方向、ブロック単位など様々な方法で行われることができる。そして、ｎ−ポイント要素フリンジパターンを予め作っておき、ホログラムを算出することも可能であり、１−ポイント要素フリンジパターンを形成しておき、必要な時にｎ−ポイント要素フリンジパターンを形成することによりホログラムを算出することも可能である。

２１０ 抽出部
２２０ 同一性分析部
２３０ フリンジ算出部
２４０ ポイントフリンジ算出部
２５０ ルックアップテーブル
２６０ ホログラム算出部

Claims (8)

1. 対象物体のホログラム平面の基準点から同一の距離だけ離隔した各点に対して１つの基準要素フリンジパターンを算出するステップと、
   前記基準要素フリンジパターンを前記基準点から前記対象物体の各点までの距離に応じて格納するステップと、
   入力画像の各点及び隣接した点が同一であるか否かを表す同一性データを算出するステップと、
   ｎ個の前記基準要素フリンジパターンを合成したｎ−ポイント要素フリンジパターンを算出するステップと、
   前記同一性データから把握したｎ−連続点と前記ｎ−ポイント要素フリンジパターンをマッチングしてホログラム情報を算出するステップと、を含み、
   前記ｎは自然数であることを特徴とするホログラムの算出方法。
2. 前記基準要素フリンジパターンが、下記一般式（８）により算出されることを特徴とする請求項１に記載のホログラムの算出方法。
   （式中、ｐは任意の自然数、Ｔは前記基準要素フリンジパターン、ｒ_ｐはｐ番目の点と（ｘ，ｙ，０）との間の距離、ｋは２πをλで割った値、λは空気中の光の波長、θ_Ｒは基準光と物体光との間の角度、Ф_ｐは対象物体のｐ番目の点の物体光の位相値である。）
3. 前記ｎ−ポイント要素フリンジパターンが、下記一般式（１０）により算出されることを特徴とする請求項１または２に記載のホログラムパターン算出方法。
   （式中、Ｔ_ｎは前記ｎ−ポイント要素フリンジパターンである。）
4. 前記ホログラム情報が、下記一般式（３）により算出されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のホログラムの算出方法。
   （式中、Ｉはホログラム情報、ａ_ｐは対象物体のｐ番目の点における物体光の強さ値、Ｎは前記対象物体を構成する点の総数である。）
5. ホログラム平面の基準点から同一の距離だけ離隔した対象物体の各点に対して１つの基準要素フリンジパターンを算出するフリンジ算出部と、
   前記基準要素フリンジパターンを前記基準点から対象物体の各点までの距離に応じて格納するルックアップテーブルと、
   入力画像の各点及び隣接した点が同一であるか否かを表す同一性データを算出する同一性分析部と、
   ｎ個の前記基準要素フリンジパターンを合成したｎ−ポイント要素フリンジパターンを算出するポイントフリンジ算出部と、
   前記同一性データから把握したｎ−連続点と前記ｎ−ポイント要素フリンジパターンをマッチングしてホログラム情報を算出するホログラム算出部と、を含み、
   前記ｎは自然数であることを特徴とするホログラム算出装置。
6. 前記基準要素フリンジパターンが、下記一般式（８）により算出されることを特徴とする請求項５に記載のホログラム算出装置。
   （式中、ｐは任意の自然数、Ｔは前記基準要素フリンジパターン、ｒ_ｐはｐ番目の点と（ｘ，ｙ，０）との間の距離、ｋは２πをλで割った値、λは空気中の光の波長、θ_Ｒは基準光と物体光との間の角度、Ф_ｐは対象物体のｐ番目の点における物体光の位相値である。）
7. 前記ｎ−ポイント要素フリンジパターンが、下記一般式（１０）により算出されることを特徴とする請求項５または６に記載のホログラムパターン算出装置。
   （式中、Ｔ_ｎは前記ｎ−ポイント要素フリンジパターンである。）
8. 前記ホログラム情報が、下記一般式（９）により算出されることを特徴とする請求項５から７の何れか１項に記載のホログラム算出装置。
   （式中、Ｉはホログラム情報、ａ_ｐは対象物体のｐ番目の点における物体光の強さ値、Ｎは前記対象物体を構成する点の総数である。）