JP2018180261A - ホログラム生成装置、ホログラム生成プログラムおよびホログラフィックプロジェクションシステム - Google Patents
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Abstract
Description
ホログラムを生成する際には、レンダリング用サーバ6が、他のPC(Personal Computer)等で作成されたCGの3次元モデルや、レンズアレイで撮影することにより得られた実写の3次元モデルを取得し、図5で示した処理[1]の光線サンプリングによる要素画像の取得処理を行う。そして、レンダリング用サーバ6が、その結果を大型のワークステーションやスーパーコンピュータ等のクラウドサービスに送信することにより、処理[2]の光線情報の波面情報への変換処理、および、処理[3]のホログラム面への伝搬計算処理を実行させてその結果(ホログラムデータ)を取得し、プリンタ制御用PC7へ出力する。プリンタ制御用PC7は、外部ストレージ3等にホログラムデータを記憶するとともに、ホログラムプリンタ2に印刷の指示を出力することによりホログラムを生成する。
これによって、ホログラム生成装置は、作成した要素画像毎に、光線情報を波面情報に変換した上で、ホログラム面上での干渉縞を計算し、ホログラムデータを算出することができる。
これによって、ホログラム生成装置は、ホログラムプリンタによる分割したセル単位でのホログラムの記録に合わせて、光線情報取得変換手段、光線波面変換手段、干渉縞計算手段の各処理を複数の要素画像について並列に実行することができる。また、ホログラム生成装置は、ローカルな環境で各処理を実行できるため、従来技術のようなクラウドサービスを利用する場合に比べ、通信ロスを削減することができる。
図1に示すように、ホログラム生成システム100は、ユーザ端末4と、ホログラム生成装置1とホログラムプリンタ2を含んで構成される。なお、このホログラム生成システム100に、外部ストレージ3を備えるようにしてもよい。
この際、ホログラム生成装置1は、従来技術と異なり、ローカルな環境で処理[1]〜処理[3]を実行する。よって、スーパーコンピュータ等のクラウドサービスを利用することがなく、通信ロスが発生しない。また、ホログラム生成装置1は、ホログラムプリンタ2における分割したセル単位での印刷に合わせて、処理[1],処理[2],処理[3]を独立して実行するとともに、各処理を要素画像単位で並列して実行する。これにより、ホログラムデータを、効率良くリアルタイムに生成することができる(詳細は後記)。
次に、ホログラム生成装置1について、詳細に説明する。
ホログラム生成装置1は、光線情報取得変換手段11、光線波面変換手段12、干渉縞計算手段13、動作制御手段14を含んで構成される。
これらの各手段は、リアルタイムに逐次処理を実行するため、例えば、高速な計算処理が可能な画像処理演算装置(GPU:Graphics Processing Unit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等により実現される。そして、ホログラム生成装置1の機能を、SoB(System on Board)若しくはSoC(System on Chip)として実現することも可能である。
光線情報取得変換手段11は、ユーザ端末4(図1参照)から、光線情報として、CGで作成された3次元モデルのデータを取得した場合には、生成するホログラムの仕様(例えば、要素ホログラムの大きさ(開口)、要素画像のサイズ、要素画像の個数、総画素数、画素ピッチ(サンプリング間隔))に合わせて、要素画像を作成する。
なお、ホログラム生成装置1が生成するホログラムの仕様の各パラメータについては、予め光線情報取得変換手段11に設定しておく。
特開2013-3396号公報には、インテグラルフォトグラフィを用いて、レンズアレイを構成する各要素レンズにより撮影された各要素画像について、以下の処理を実行する。
各要素画像から同じ角度の光線の情報を持つ画素を集めて1つの画像とする。そしてこれらの画像を、それぞれ画像補間(既知の、ニアレストネイバー法、バイリニア法、バイキュービック法)を用いて任意の画素数に拡大(または縮小)し、各画素をそれぞれ元のインテグラルフォトグラフィの画像中の対応する位置に戻す。このときの位置関係は、初めに集められた画素については元々と同じ状態を保つものとし、補間されて生成された光線の情報を持つ画素については、その補間の元となる画素(集められた画素)を持つ要素画像の間に新たな要素画像を生成し、その中の画素として配置する。このようにすることで、要素画像の大きさは変わらないが、要素画像の数が増える(または減る)ことになり、生成するホログラムの解像度を上げることができる。
この隠面処理の手法では、サンプリングされた光線の全ての角度方向に対して隠面処理が適用されるため、遮蔽物体の形状を必要とせずに様々な観測位置に対して正確なオクルージョンを実現できる。
光線波面変換手段12は、例えば、公知の角スペクトル法に基づき、要素画像毎に、当該要素画像の強度情報を用いてフーリエ変換処理を実行することにより、光線情報を波面情報(複素振幅)に変換することができる。これを、光線サンプリング面P1の各要素画像の全てについて計算ことにより、波面サンプリング面P2の波面情報(複素振幅分布)を求めることができる。
また、干渉縞計算手段13は、算出したホログラムデータを、外部装置であるホログラムプリンタ2や、外部ストレージ3に出力する。
なお、動作制御手段14は、ホログラムプリンタ2が記録媒体(透明フィルム等)に記録する分割されたセル(以下、「サブホログラム」ともいう。)のサイズの情報を予め取得しておく。そして、動作制御手段14は、この印刷(露光)時のセル(サブホログラム)のサイズと、干渉縞計算手段13が生成する各要素画像に対応したホログラムデータ(要素ホログラム)のサイズとが異なる場合には、印刷に必要となるホログラムデータ(サブホログラムのデータ)がリアルタイムに計算されるように、光線情報取得変換手段11、光線波面変換手段12および干渉縞計算手段13を制御する。
なお、動作制御手段14は、クロック信号(CLK)(図2参照)を受信することにより、光線情報取得変換手段11、光線波面変換手段12および干渉縞計算手段13との間で同期をとっておく。
このように、動作制御手段14は、ホログラムプリンタ2が印刷するセルに対応する要素画像についてのホログラムデータを、光線情報取得変換手段11、光線波面変換手段12、干渉縞計算手段13を制御し適宜計算させ、ホログラムプリンタ2に出力させることができる。
次に、この動作制御手段14の処理に基づく、光線情報取得変換手段11、光線波面変換手段12、干渉縞計算手段13の各処理の並列化について、図3の状態遷移図を参照して説明する。
なお、図3に示す「REQ=0」はリクエスト信号を受信していない状態、「REQ=1」はリクエスト信号を受信している状態を示す。また、「ENA=0」はプリンタ制御信号を送信しない状態、「ENA=1」はプリンタ制御信号を送信する状態を示す。
(状態1)は、初期状態、若しくは、ホログラムプリンタ2にプリンタ制御信号(ENA)を出力し終え、動作制御手段14が、ホログラムプリンタ2から次のリクエスト信号(REQ)を受信するまでの状態である(ステップS1:待機状態)。動作制御手段14は、リクエスト信号を受信すると、処理の開始を示す制御信号(処理開始信号)を光線情報取得変換手段11に出力する。
(状態2)は、動作制御手段14が、光線情報取得変換手段11、光線波面変換手段12、干渉縞計算手段13に対し、各処理を実行させることによりホログラムデータを生成させる状態である。ホログラム生成装置1は、上記のように、1つ以上のセルに対応する1つ以上の要素画像について、光線情報取得変換手段11、光線波面変換手段12および干渉縞計算手段13が、並列に処理することができる。これに加えて、光線情報取得変換手段11、光線波面変換手段12、干渉縞計算手段13の処理それぞれは、要素画像毎に独立して計算処理することが可能である。よって、各処理間も並列化することができる。
(状態3)は、干渉縞計算手段13が、ホログラムデータの出力(DOUT)(図2参照)を完了したことにより(状態2)から遷移し、動作制御手段14が、ホログラムプリンタ2に対して、ホログラムの印刷指示を示すプリンタ制御信号(ENA)を出力するまでの状態である。このとき、動作制御手段14は、次に印刷指示を出そうとしているセルのホログラムデータについて、ホログラムプリンタ2からリクエスト信号(REQ)を受信しているか否かを確認し、受信している場合に、そのリクエスト信号(REQ)に対応するセルの印刷指示を示すプリンタ制御信号(ENA)をホログラムプリンタ2に送信する(ステップS3)。
次に本実施形態に係るホログラム生成装置1の変形例について説明する。
本実施形態に係るホログラム生成装置1は、外部装置としてホログラムプリンタ2と接続し、ホログラムプリンタ2の印刷をリアルタイムに実行できるものとして説明した。本実施形態の変形例に係るホログラフィックプロジェクションシステム200(図4参照)においては、ホログラム生成装置1をホログラムスクリーン(後記する、LCD(Liquid Crystal Display:液晶ディスプレイ))に接続し、リアルタイムに投影して再生像を生成するものである。
図4は、本実施形態に係るホログラム生成装置1を含むホログラフィックプロジェクションシステム200の全体構成を示す図である。ホログラフィックプロジェクションシステム200は、ホログラム生成装置1と、ユーザ端末4と、光源21と、反射型LCD23を有する空間光変調器22と、ピンホールフィルタ24と、コリメータレンズ25と、ビームスプリッタ26と、レンズ27とを備える。
なお、本実施形態の変形例に係るホログラフィックプロジェクションシステム200においては、LCDを反射型LCD23として構成する例で説明するが、透過型LCDを用いてホログラフィックプロジェクションシステム200を構成することもできる。
2 ホログラムプリンタ
3 外部ストレージ
4 ユーザ端末
5 被写体
11 光線情報取得変換手段
12 光線波面変換手段
13 干渉縞計算手段
14 動作制御手段
21 光源
22 空間光変調器
23 反射型LCD
100 ホログラム生成システム
200 ホログラフィックプロジェクションシステム
Claims (3)
- 被写体からの光線をサンプリングする光線サンプリング面を設定してホログラムを計算するホログラム生成装置であって、
被写体の3次元モデルから得られる異なる角度の光線情報を取得し、生成しようとするホログラムの仕様に合わせて、前記光線サンプリング面における、所定のサイズおよび所定の個数の要素画像を作成する光線情報取得変換手段と、
作成した要素画像毎に、前記光線サンプリング面の光線情報を波面サンプリング面の波面情報に変換する光線波面変換手段と、
前記波面サンプリング面からホログラムを再生するホログラム面までの波面伝搬を前記要素画像毎に計算し、前記波面伝搬の計算で得られた物体光と参照光との前記ホログラム面上での干渉縞を計算してホログラムデータを算出し、前記算出したホログラムデータをホログラムプリンタに出力する干渉縞計算手段と、
前記ホログラムプリンタが前記ホログラムデータを用いて一度に記録する分割されたホログラムを示すセルのサイズと、前記光線情報取得変換手段が作成する前記要素画像の所定のサイズとを比較し、前記セルのサイズの方が大きい場合に、前記セルのサイズに合わせて対応する複数の要素画像を設定し、前記ホログラムプリンタからの一つの前記セルに関する前記ホログラムデータの生成要求に対応する前記設定した複数の要素画像について、前記光線情報取得変換手段、前記光線波面変換手段、前記干渉縞計算手段のそれぞれが並列処理するように制御する動作制御手段と、を備え、
前記動作制御手段は、前記設定した複数の要素画像について算出したホログラムデータを前記干渉縞計算手段が前記ホログラムプリンタに出力すると、次に記録するセルの前記生成要求を前記ホログラムプリンタから受信する前に、当該次に記録するセルに対応する前記複数の要素画像についての、前記光線情報取得変換手段、前記光線波面変換手段、前記干渉縞計算手段それぞれの処理を実行させること、
を特徴とするホログラム生成装置。 - コンピュータを、請求項1に記載のホログラム生成装置として機能させるためのホログラム生成プログラム。
- 請求項1に記載のホログラム生成装置と、液晶ディスプレイを有する空間光変調器とを備えるホログラフィックプロジェクションシステムであって、
前記ホログラム生成装置は、時系列に変化する被写体の3次元データを取り込んで生成したホログラムデータを前記空間光変調器に出力し、
前記空間光変調器は、取得した時系列に変化するホログラムデータを前記液晶ディスプレイに表示させ、光源からの入射光を回折させることにより、動きのあるホログラムを再生する
ことを特徴とするホログラフィックプロジェクションシステム。
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JPH09258643A (ja) | ホログラフィ作成装置およびホログラフィ表示装置 |
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