KR101909137B1 - 홀로그램 정보 보정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

홀로그램 정보 보정 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 정보 보정 장치는 360도 전방위 각도에 상응하는 범위에서 사용자의 영상을 촬영하는 촬영부; 상기 사용자의 영상에서 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법을 이용하여 상기 사용자의 동공의 위치에 기반하여 3차원 정보를 생성하는 정보 생성부 및 상기 3차원 정보에 기반하여 수평 시차 유일(Horizontal Parallax Only, HPO)방식으로 생성된 컴퓨터 홀로그램(Computer-generated holography, CGH) 정보를 홀로그램 디스플레이 장치에 입력하여 홀로그램의 수직 및 수평 방향 정보 중 어느 하나를 보정하는 보정부를 포함 한다.

Description

홀로그램 정보 보정 장치 및 방법 {APPARATUS FOR CORRECTING INFORMATION OF HOLOGRAM AND METHOD USING THE SAME}
본 발명은 테이블탑형 디지털 홀로그램 디스플레이 기술에 관한 것이다.
디지털 홀로그래피 디스플레이 기술은 광변조기(Spatial Light Modulator, SLM)를 기반으로 레이저와 같은 빛의 회절 현상을 이용하여 3차원 공간에 입체 영상을 출력하는 기술이다. 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 장치는 홀로그래피 디스플레이 기술을 이용하여 평면의 테이블 위의 공간 상에 영상을 출력하여, 360도 어느 각도에서나 입체 영상을 볼 수 있도록 하는 디스플레이 장치에 상응한다.
테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 장치는 일반적인 홀로그래픽 디스플레이장치와 마찬가지로 공간광변조기와 가간섭성 광원을 기반으로 한다. 이 때, 광변조기 회절각 크기로 인한 홀로그램 관찰 범위에 제약을 가지게 된다. 즉, 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 장치는 360도 방향에서 시청이 가능하도록 시점은 형성이 가능하지만, 관찰이 가능한 범위는 매우 한정적이 될 수 밖에 없다.
이러한 문제를 해결하기 위해 홀로그램이 형성되는 공간(회전 스크린, Rotating Screen)에 비등방성 확산기(asymmetric diffuser)를 설치하여 홀로그램의 관찰 범위를 확장할 수 있다. 일반 확산기의 경우, 홀로그램을 쉽게 관찰할 수 있으나, 홀로그램의 3D 정보를 없애는 문제점을 가지고 있다. 이 때, 비등방성 확산기를 이용하는 경우, 수평(또는 수직) 방향으로의 홀로그램 위상 정보를 유지한 채, 수직 방향으로의 관찰 범위를 확장할 수 있다. 이를 이용하면 홀로그램이 출력되는 스크린이 회전하는 경우, 수평으로 연속 투사가 가능하므로 360도 전체에서 관찰 범위를 확장하는 효과를 가져오게 된다. 그러나, 이러한 방법의 경우, 변조된 빔이 한 쪽 축방향에 대한 간섭성을 잃게 되므로, 관찰범위를 확장하는 방향에서 홀로그램의 3D 수직 정보(또는 수평 정보)가 사라지는 문제점이 존재한다.
한편, 한국공개특허 제 10-2013-0096872 호"홀로그래픽 디스플레이 장치 및 홀로그램을 생성하기 위한 방법"는 서브 홀로그램을 중첩하여 홀로그램을 생성하는 홀로그래픽 디스플레이 장치 및 홀로그램을 생성하기 위한 방법에 관하여 개시되어 있다.
그러나, 한국공개특허 제 10-2015-0079393 호는 홀로그램의 관찰 범위 확장에 따른 수평 또는 수직 정보를 보정하는 것에 관하여는 개시되어 있지 않다.
본 발명은 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 장치의 관찰 범위를 확장하여 입체시차 홀로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사용자의 동공을 추적하여 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 장치에서 홀로그램의 관찰 범위 확장 시 홀로그램의 수직 또는 수평 방향 정보가 보정된 홀로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치의 홀로그램 정보를 고속으로 보정하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 보정 장치는 360도 전방위 각도에 상응하는 범위에서 사용자의 영상을 촬영하는 촬영부; 상기 사용자의 영상에서 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법을 이용하여 상기 사용자의 동공의 위치에 기반하여 3차원 정보를 생성하는 정보 생성부 및 상기 3차원 정보에 기반하여 수평 시차 유일(Horizontal Parallax Only, HPO)방식으로 생성된 컴퓨터 홀로그램(Computer-generated holography, CGH) 정보를 홀로그램 디스플레이 장치에 입력하여 홀로그램의 수직 및 수평 방향 정보 중 어느 하나를 보정하는 보정부를 포함 한다.
이 때, 상기 정보 생성부는 상기 사용자의 영상에서 얼굴을 먼저 탐색하고, 상기 얼굴에서 탐색된 눈의 위치를 중심으로 상기 동공을 추적하여 상기 동공의 위치를 판단할 수 있다.
이 때, 상기 정보 생성부는 상기 눈의 위치의 화소 값, 상기 눈의 중심 좌표 및 상기 눈의 반지름 중 어느 하나 이상을 이용하여, 상기 눈의 중심 좌표와 상기 눈의 반지름에 기반하여 산출된 눈의 둘레에 상응하는 화소 값들을 합산하고, 상기 눈의 중심 좌표 방향에 상응하는 상기 눈의 안쪽 영역과, 상기 눈의 중심 좌표 반대 방향에 상응하는 상기 눈의 바깥쪽 영역과의 화소 값의 차이에 기반하여 상기 동공의 위치를 판단할 수 있다.
이 때, 상기 정보 생성부는 상기 눈의 안쪽 영역과, 상기 눈의 바깥쪽 영역의 상기 화소 값의 차이가 최대가 되는 영역에 기반하여 상기 동공의 위치를 판단할 수 있다.
이 때, 상기 정보 생성부는 상기 동공의 위치를 판단하기 위하여, 상기 반지름의 방향으로 가우시안 함수를 이용하여 상기 동공의 영역의 노이즈를 제거할 수 있다.
이 때, 상기 정보 생성부는 판단된 상기 사용자의 좌, 우 동공의 위치에 기반하여, 상기 좌, 우 동공의 위치의 차이(disparity)를 이용하여 상기 좌, 우 동공의 3차원 위치 좌표를 산출하여 상기 3차원 정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 보정 방법은 홀로그램 정보 보정 장치를 이용하는 방법에 있어서, 360도 전방위 각도에 상응하는 범위에서 사용자의 영상을 촬영하는 단계; 상기 사용자의 영상에서 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법을 이용하여 상기 사용자의 동공의 위치에 기반하여 3차원 정보를 생성하는 단계 및 상기 3차원 정보에 기반하여 수평 시차 유일(Horizontal Parallax Only, HPO)방식으로 생성된 컴퓨터 홀로그램(Computer-generated holography, CGH) 정보를 홀로그램 디스플레이 장치에 입력하여 홀로그램의 수직 및 수평 방향 정보 중 어느 하나를 보정하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 3차원 정보를 생성하는 단계는 상기 사용자의 영상에서 얼굴을 먼저 탐색하고, 상기 얼굴에서 탐색된 눈의 위치를 중심으로 상기 동공을 추적하여 상기 동공의 위치를 판단할 수 있다.
이 때, 상기 3차원 정보를 생성하는 단계는 상기 눈의 위치의 화소 값, 상기 눈의 중심 좌표 및 상기 눈의 반지름 중 어느 하나 이상을 이용하여, 상기 눈의 중심 좌표와 상기 눈의 반지름에 기반하여 산출된 눈의 둘레에 상응하는 화소 값들을 합산하고, 상기 눈의 중심 좌표 방향에 상응하는 상기 눈의 안쪽 영역과, 상기 눈의 중심 좌표 반대 방향에 상응하는 상기 눈의 바깥쪽 영역과의 화소 값의 차이에 기반하여 상기 동공의 위치를 판단할 수 있다.
이 때, 상기 3차원 정보를 생성하는 단계는 판단된 상기 사용자의 좌, 우 동공의 위치에 기반하여, 상기 좌, 우 동공의 위치의 차이(disparity)를 이용하여 상기 좌, 우 동공의 3차원 위치를 산출하여 상기 3차원 정보를 생성할 수 있다.
본 발명은 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 장치의 관찰 범위를 확장하여 입체시차 홀로그램을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 사용자의 동공을 추적하여 테이블탑형 홀로그래픽 디스플레이 장치에서 홀로그램의 관찰 범위 확장 시 홀로그램의 수직 또는 수평 방향 정보가 보정된 홀로그램을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치의 홀로그램 정보를 고속으로 보정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 정보 보정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법의 필터 셋을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법의 분류기를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 4 에 도시된 카메라 어레이 배치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 정보 보정 방법을 나타낸 동작흐름도이다.
도 8은 도 7에 도시된 사용자 동공 위치 기반 3차원 정보 생성 단계의 일 예를 세부적으로 나타낸 동작흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 시스템을 나타낸 블록도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 정보 보정 장치를 나타낸 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법의 필터 셋을 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법의 분류기를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 정보 보정 장치는 촬영부(110), 정보 생성부(120) 및 보정부(130)을 포함한다.
촬영부(110)는 360도 전방위 각도에 상응하는 범위에서 사용자의 영상을 촬영하는 카메라(210)에 상응할 수 있다. 이 때, 카메라(210)는 360도 또는 이에 상응하는 범위를 촬영할 수 있도록, 복수개의 카메라들이 어레이(Array) 방식으로 설치될 수 있다. 이 때, 카메라(210)는 광각을 지원하는 렌즈가 장착될 수도 있다. 이 때, 카메라(210)는 스테레오 카메라에 상응할 수도 있다.
이 때, 카메라(210)는 사용자의 홀로그램 관찰에 방해가 되지 않으면서 사용자의 동공을 추적할 수 있는 위치에 설치 될 수 있다. 즉, 카메라(210)는 사용자의 홀로그램 관찰에 방해되지 않도록 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치의 회전 스크린(240)의 위 또는 아래에 설치될 수도 있다.
정보 생성부(120)는 사용자의 영상에서 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법을 이용하여 사용자의 동공의 위치에 기반하여 3차원 정보를 생성할 수 있다. 이 때, 정보 생성부(120)는 사용자의 영상에서 얼굴을 먼저 탐색하고, 얼굴에서 탐색된 눈의 위치를 중심으로 사용자의 동공을 추적하여 사용자의 동공의 위치를 판단할 수 있다.
도 2를 참조하면, 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법의 필터 셋을 나타낸 것을 것 수 있다.
이 때, 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법은 특징자들을 하나의 필터 셋으로 구성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 따른 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법의 분류기를 나타낸 것을 알 수 있다.
이 때, 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법은 도 2에 도시된 하르(Haar) 필터 셋을 얼굴 데이터 베이스에 적용하여 각각의 필터에 대한 응답을 하르(Haar) 분류기로 구성할 수 있다.
하르(Haar) 분류기는 영상이 입력되면 여러 크기 단위로 얼굴 및 눈의 후보 영역을 검출하고, 검출된 영역에서 가장 큰 출력의 값을 얼굴 및 눈의 영역으로 판단할 수 있다.
정보 생성부(120)는 하르(Haar) 동공 추적 접근 기법을 이용하여 사용자의 영상에서 눈의 위치의 화소 값, 상기 눈의 중심 좌표 및 상기 눈의 반지름 중 어느 하나 이상을 이용하여, 상기 눈의 중심 좌표와 상기 눈의 반지름에 기반하여 눈의 둘레를 산출할 수 있다.
이 때, 정보 생성부(120)는 눈의 둘레에 상응하는 화소 값들을 합산하고, 상기 눈의 중심 좌표 방향에 상응하는 눈의 안쪽 영역과, 상기 눈의 중심 좌표 반대 방향에 상응하는 눈의 바깥쪽 영역의 화소 값과의 차이에 기반하여 동공의 위치를 판단할 수 있다.
이 때, 정보 생성부(120)는 눈의 안쪽 영역과 눈의 바깥쪽 영역의 화소 값의 차이가 최대가 되는 영역에 기반하여 동공의 위치를 판단할 수 있다.
이 때, 정보 생성부(120)는 동공의 위치를 판단하기 위하여, 반지름의 방향으로 가우시안 함수를 이용하여 동공의 영역의 노이즈를 제거할 수 있다.
즉, 정보 생성부(120)는 아래 수학식 1을 이용하여 사용자의 동공의 영역을 판단할 수 있다.
Figure 112016070222060-pat00001
수학식 1에서, I(x, y)는 (x, y)위치에서의 화소 값, (x0, y0)은 상기 눈의 중심 좌표, r은 눈의 반지름에 상응할 수 있다. 수학식 1은 상기 눈의 중심 좌표인(x0, y0) 로부터 반지름 r에 의해 2πr로 정규화 된 눈의 둘레에 존재하는 모든 화소 값을 합산할 수 있다. 눈의 안쪽 영역과 눈의 바깥쪽 영역 각각의 화소 값의 차가 최대가 되는 영역을 동공의 영역으로 판단할 수 있다. 이 때, 수학식 1은 동공의 위치를 판단하기 위하여, 반지름 r의 방향으로 가우시안 함수 G(r)를 수행하여 동공의 영역의 노이즈를 제거할 수 있다.
이 때, 정보 생성부(120)는 판단된 사용자의 좌, 우 동공의 위치에 기반하여, 좌, 우 동공의 위치의 차이(disparity)를 이용하여 좌, 우 동공의 3차원 위치 좌표를 산출하여 3차원 정보를 생성할 수 있다.
보정부(130)는 3차원 정보에 기반하여 수평 시차 유일(Horizontal Parallax Only, HPO)방식으로 생성된 컴퓨터 홀로그램(Computer-generated holography, CGH) 정보를 홀로그램 디스플레이 장치에 입력하여 홀로그램의 수직 및 수평 방향 정보 중 어느 하나를 보정할 수 있다.
이 때, 보정부(130)는 입력된 3차원 정보의 좌, 우 동공의 위치 좌표에 기반하여 실제 3차원 위치를 산출할 수 있다. 카메라(210)가 스테레오 구성인 경우, 두 대의 카메라(210)가 연속하는 동공의 위치의 차이(disparity)를 이용하여 동공의 거리 및 위치를 산출할 수 있다.
이 때, 보정부(130)는 동공의 3차원 위치 좌표를 관찰 시점으로 하여 홀로그램 정보를 수정할 수 있다. 이 때, 보정부(130)는 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치에서 기존에 생성된 홀로그램의 위상 정보를 이용하여 홀로그램의 수직 또는 수평 방향 정보를 수정할 수 있다. 이 때, 보정부(130)는 홀로그램 정보를 생성하기 위한 3D 모델의 정보를 수정하여 홀로그램의 수직 또는 수평 방향 정보를 수정할 수도 있다.
이 때, 보정부(130)는 수학식 2를 이용하여 HPO 방식을 이용하여 홀로그램 수직 또는 수평 방향 정보를 고속으로 생성할 수 있다.
Figure 112016070222060-pat00002
이 때, 보정부(130)는 생성된 홀로그램 수직 또는 수평 방향 정보를 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치의 광변조기(Spatial Light Modulator, SLM)(220)에 전달하여 홀로그램의 수직 또는 수평 방향을 보정하여 입체 시차의 홀로그램을 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다. 도 5 및 도 6은 도 4 에 도시된 카메라 어레이 배치의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치는 홀로그램 정보 보정 장치(100), 카메라(210), 광변조기(220), 확산기(230), 회전 스크린(240) 및 축소 시역(250)으로 구성되는 것을 알 수 있다.
홀로그램 정보 보정 장치(100)는 카메라(210)로부터 촬영된 사용자의 영상에서 동공의 위치를 판단할 수 있다.
이 때, 홀로그램 정보 보정 장치(100)는 사용자의 영상에서 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법을 이용하여 사용자의 동공의 위치에 기반하여 3차원 정보를 생성할 수 있다.
이 때, 홀로그램 정보 보정 장치(100)는 3차원 정보에 기반하여 수평 시차 유일(Horizontal Parallax Only, HPO)방식으로 생성된 컴퓨터 홀로그램(Computer-generated holography, CGH) 정보를 홀로그램 디스플레이 장치에 입력하여 홀로그램의 수직 및 수평 방향 정보 중 어느 하나를 보정할 수 있다.
카메라(210)는 360도 전방위 각도에 상응하는 범위에서 사용자의 영상을 촬영할 수 있다.
카메라(210)는 360도 또는 이에 상응하는 범위를 촬영할 수 있도록, 복수개의 카메라들이 어레이(Array) 방식으로 설치될 수 있다. 이 때, 카메라(210)는 광각을 지원하는 렌즈가 장착될 수도 있다. 이 때, 카메라(210)는 스테레오 카메라에 상응할 수도 있다.
광변조기(MEMS SLM)(220)는 홀로그램 정보에 기반하여 레이저에 상응하는 빛의 회절 현상을 이용하여 회전 스크린(240)에 홀로그램을 출력할 수 있다. 홀로그램은 3차원 공간에 출력된 입체 영상에 상응할 수 있다. 이 때 홀로그램(300)은 360도 어느 각도에서나 관찰될 수 있다.
이 때, 광변조기(220)는 홀로그램 정보 보정 장치(100)로부터 홀로그램 수직 또는 수평 정보를 입력 받아 홀로그램 정보를 보정하여 출력할 수 있다.
확산기(Magnifying imaging system)(230)는 홀로그램의 관찰 범위를 확장할 수 있다. 이 때, 확산기(230)는 디퓨저(diffuser)에 상응할 수 있다. 이 때, 확산기(230)는 회전 스크린(240)에 설치될 수 있다.
회전 스크린(240)는 확산기(230)에 의해 관찰 범위가 확장된 확장 스크린(Enlarged screen)에 상응할 수 있다.
이 때, 회전 스크린(Rotating screen)(240)은 회전 축(Rotation axis)에 기반하여 스크린을 회전(Rotation)하여 회전 스크린(240) 위에 홀로그램(300)을 360도 전방위로 출력하여 사용자가 홀로그램을 관찰할 수 있다.
도 5를 참조하면, 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치는 회전 스크린(240)위에 홀로그램(300)이 출력하고, 카메라(210)는 사용자의 동공(310)을 추적하는 것을 알 수 있다.
이 때, 카메라(210)는 어레이 형태로 설치될 수 있고, 사용자의 홀로그램 관찰을 방해하지 않도록 회전 스크린(240)의 위 또는 아래에 설치될 수 있다.
도 6을 참조하면, 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치는 회전 스크린(240)위에 홀로그램(300)이 출력되고, 카메라(210)는 스테레오 카메라로 설치되어 1인 이상의 사용자들의 동공(310)을 추적하는 것을 알 수 있다.
이 때, 사용자는 축소 시역(Reduced viewing zone)(250)을 통해 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치가 출력하는 홀로그램을 관찰할 수 있다.
즉, 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치는 홀로그램이 출력되는 회전 스크린(240)을 회전시켜 360도 전방위의 축소 시역(250)에 홀로그램을 제공할 수 있다.
이 때, 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치는 확산기(230)를 이용하여 관찰 범위를 확장하는 경우, 홀로그램 정보 보정 장치(100)가 사용자의 동공을 추적하여 홀로그램 수직 또는 수평 방향 정보를 생성하고, 홀로그램 수직 또는 수평 방향 정보를 광변조기(220)에 입력하여 홀로그램(300)을 보정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 정보 보정 방법을 나타낸 동작흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 정보 보정 방법은 먼저 360도 전방위 각도에 상응하는 범위에서 사용자의 영상을 촬영할 수 있다(S410).
즉, 단계(S410)는 카메라(210)를 이용하여 360도 또는 이에 상응하는 범위를 촬영할 수 있다. 이 때, 카메라(210)는 복수개의 카메라들이 어레이(Array) 방식으로 설치될 수 있다. 이 때, 카메라(210)는 광각을 지원하는 렌즈가 장착될 수도 있다. 이 때, 카메라(210)는 스테레오 카메라에 상응할 수도 있다.
이 때, 카메라(210)는 사용자의 홀로그램 관찰에 방해가 되지 않으면서 사용자의 동공을 추적할 수 있는 위치에 설치 될 수 있다. 즉, 카메라(210)는 사용자의 홀로그램 관찰에 방해되지 않도록 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치의 회전 스크린(240)의 위 또는 아래에 설치될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 정보 보정 방법은 사용자의 영상에서 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법을 이용하여 사용자의 동공의 위치에 기반하여 3차원 정보를 생성할 수 있다(S420).
이 때, 단계(S420)는 먼저 사용자의 영상에서 사용자의 얼굴을 탐색할 수 있다(S421).
즉, 단계(S421)는 사용자의 영상에서 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법을 이용하여 사용자의 영상에서 얼굴을 먼저 탐색할 수 있다.
도 2를 참조하면, 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법의 필터 셋을 나타낸 것을 것 수 있다.
이 때, 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법은 특징자들을 하나의 필터 셋으로 구성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 따른 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법의 분류기를 나타낸 것을 알 수 있다.
이 때, 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법은 도 2에 도시된 하르(Haar) 필터 셋을 얼굴 데이터 베이스에 적용하여 각각의 필터에 대한 응답을 하르(Haar) 분류기로 구성할 수 있다.
하르(Haar) 분류기는 영상이 입력되면 여러 크기 단위로 얼굴 및 눈의 후보 영역을 검출하고, 검출된 영역에서 가장 큰 출력의 값을 얼굴 및 눈의 영역으로 판단할 수 있다.
또한, 단계(S420)는 탐색된 사용자의 얼굴 및 눈의 영역에서 사용자의 동공의 위치를 판단할 수 있다(S422).
즉, 단계(S422)는 하르(Haar) 동공 추적 접근 기법을 이용하여 사용자의 영상에서 눈의 위치의 화소 값, 상기 눈의 중심 좌표 및 상기 눈의 반지름 중 어느 하나 이상을 이용하여, 상기 눈의 중심 좌표와 상기 눈의 반지름에 기반하여 눈의 둘레를 산출할 수 있다.
이 때, 단계(S422)는 눈의 둘레에 상응하는 화소 값들을 합산하고, 상기 눈의 중심 좌표 방향에 상응하는 눈의 안쪽 영역과, 상기 눈의 중심 좌표 반대 방향에 상응하는 눈의 바깥쪽 영역과의 화소 값의 차이에 기반하여 동공의 위치를 판단할 수 있다.
이 때, 단계(S422)는 눈의 안쪽 영역과 눈의 바깥쪽 영역의 화소 값의 차이가 최대가 되는 영역에 기반하여 동공의 위치를 판단할 수 있다.
이 때, 단계(S422)는 동공의 위치를 판단하기 위하여, 반지름의 방향으로 가우시안 함수를 이용하여 동공의 영역의 노이즈를 제거할 수 있다.
즉, 단계(S422)는 상기 수학식 1을 이용하여 사용자의 동공의 영역을 판단할 수 있다.
수학식 1에서, I(x, y)는 (x, y)위치에서의 화소 값, (x0, y0)은 상기 눈의 중심 좌표, r은 눈의 반지름에 상응할 수 있다. 수학식 1은 상기 눈의 중심 좌표인(x0, y0) 로부터 반지름 r에 의해 2πr로 정규화 된 눈의 둘레에 존재하는 모든 화소 값을 합산할 수 있다. 눈의 안쪽 영역과 눈의 바깥쪽 영역 각각의 화소 값의 차이가 최대가 되는 영역에 기반하여 동공의 위치를 판단할 수 있다. 이 때, 수학식 1은 동공의 위치를 판단하기 위하여, 반지름 r의 방향으로 가우시안 함수 G(r)를 수행하여 동공의 영역의 노이즈를 제거할 수 있다.
또한, 단계(S420)는 사용자의 동공의 위치에 기반하여 3차원 정보를 생성할 수 있다(S423).
즉, 단계(S423)는 판단된 사용자의 좌, 우 동공의 위치에 기반하여, 좌, 우 동공의 위치의 차이(disparity)를 이용하여 좌, 우 동공의 3차원 위치 좌표를 산출하여 3차원 정보를 생성할 수 있다.
또한, 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 정보 보정 방법은 홀로그램 정보를 보정할 수 있다(S430).
즉, 단계(S430)는 3차원 정보에 기반하여 수평 시차 유일(Horizontal Parallax Only, HPO)방식으로 생성된 컴퓨터 홀로그램(Computer-generated holography, CGH) 정보를 홀로그램 디스플레이 장치에 입력하여 홀로그램의 수직 및 수평 방향 정보 중 어느 하나를 보정할 수 있다.
이 때, 단계(S430)는 입력된 3차원 정보의 좌, 우 동공의 위치 좌표에 기반하여 실제 3차원 위치를 산출할 수 있다. 카메라(210)가 스테레오 구성인 경우, 두 대의 카메라(210)가 연속하는 동공의 위치의 차이(disparity)를 이용하여 동공의 거리 및 위치를 산출할 수 있다.
이 때, 단계(S430)는 동공의 3차원 위치 좌표를 관찰 시점으로 하여 홀로그램 정보를 수정할 수 있다. 이 때, 단계(S430)는 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치에서 기존에 생성된 홀로그램의 위상 정보를 이용하여 홀로그램의 수직 또는 수평 방향 정보를 수정할 수 있다. 이 때, 단계(S430)는 홀로그램 정보를 생성하기 위한 3D 모델의 정보를 수정하여 홀로그램의 수직 또는 수평 방향 정보를 수정할 수도 있다.
이 때, 단계(S430)는 상기 수학식 2를 이용하여 HPO 방식을 이용하여 홀로그램 수직 또는 수평 방향 정보를 고속으로 생성할 수 있다.
이 때, 단계(S430)는 생성된 홀로그램 수직 또는 수평 방향 정보를 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치의 광변조기(Spatial Light Modulator, SLM)(220)에 전달하여 홀로그램의 수직 또는 수평 방향을 보정하여 입체 시차의 홀로그램을 제공할 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 사용자 동공 위치 기반 3차원 정보 생성 단계의 일 예를 세부적으로 나타낸 동작흐름도이다.
도 8을 참조하면, 단계(S420)는 먼저 사용자의 영상에서 사용자의 얼굴을 탐색할 수 있다(S421).
즉, 단계(S421)는 사용자의 영상에서 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법을 이용하여 사용자의 영상에서 얼굴을 먼저 탐색할 수 있다.
도 2를 참조하면, 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법의 필터 셋을 나타낸 것을 것 수 있다.
이 때, 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법은 특징자들을 하나의 필터 셋으로 구성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 따른 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법의 분류기를 나타낸 것을 알 수 있다.
이 때, 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법은 도 2에 도시된 하르(Haar) 필터 셋을 얼굴 데이터 베이스에 적용하여 각각의 필터에 대한 응답을 하르(Haar) 분류기로 구성할 수 있다.
하르(Haar) 분류기는 영상이 입력되면 여러 크기 단위로 얼굴 및 눈의 후보 영역을 검출하고, 검출된 영역에서 가장 큰 출력의 값을 얼굴 및 눈의 영역으로 판단할 수 있다.
또한, 단계(S420)는 탐색된 사용자의 얼굴 및 눈의 영역에서 사용자의 동공의 위치를 판단할 수 있다(S422).
즉, 단계(S422)는 하르(Haar) 동공 추적 접근 기법을 이용하여 사용자의 영상에서 눈의 위치의 화소 값, 상기 눈의 중심 좌표 및 상기 눈의 반지름 중 어느 하나 이상을 이용하여, 상기 눈의 중심 좌표와 상기 눈의 반지름에 기반하여 눈의 둘레를 산출할 수 있다.
이 때, 단계(S422)는 눈의 둘레에 상응하는 화소 값들을 합산하고, 상기 눈의 중심 좌표 방향에 상응하는 눈의 안쪽 영역과, 상기 눈의 중심 좌표 반대 방향에 상응하는 눈의 바깥쪽 영역과의 화소 값의 차이에 기반하여 동공의 위치를 판단할 수 있다.
이 때, 단계(S422)는 눈의 안쪽 영역과 눈의 바깥쪽 영역의 화소 값의 차이가 최대가 되는 영역에 기반하여 동공의 위치를 판단할 수 있다.
이 때, 단계(S422)는 동공의 위치를 판단하기 위하여, 반지름의 방향으로 가우시안 함수를 이용하여 동공의 영역의 노이즈를 제거할 수 있다.
즉, 단계(S422)는 상기 수학식 1을 이용하여 사용자의 동공의 영역을 판단할 수 있다.
수학식 1에서, I(x, y)는 (x, y)위치에서의 화소 값, (x0, y0)은 상기 눈의 중심 좌표, r은 눈의 반지름에 상응할 수 있다. 수학식 1은 상기 눈의 중심 좌표인(x0, y0) 로부터 반지름 r에 의해 2πr로 정규화 된 눈의 둘레에 존재하는 모든 화소 값을 합산할 수 있다. 눈의 안쪽 영역과 눈의 바깥쪽 영역 각각의 화소 값의 차이가 최대가 되는 영역에 기반하여 동공의 위치를 판단할 수 있다. 이 때, 수학식 1은 동공의 위치를 판단하기 위하여, 반지름 r의 방향으로 가우시안 함수 G(r)를 수행하여 동공의 영역의 노이즈를 제거할 수 있다.
또한, 단계(S420)는 사용자의 동공의 위치에 기반하여 3차원 정보를 생성할 수 있다(S423).
즉, 단계(S423)는 판단된 사용자의 좌, 우 동공의 위치에 기반하여, 좌, 우 동공의 위치의 차이(disparity)를 이용하여 좌, 우 동공의 3차원 위치 좌표를 산출하여 3차원 정보를 생성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 컴퓨터 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체와 같은 컴퓨터 시스템(1100)에서 구현될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 시스템(1100)은 버스(1120)를 통하여 서로 통신하는 하나 이상의 프로세서(1110), 메모리(1130), 사용자 입력 장치(1140), 사용자 출력 장치(1150) 및 스토리지(1160)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(1100)은 네트워크(1180)에 연결되는 네트워크 인터페이스(1170)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(1110)는 중앙 처리 장치 또는 메모리(1130)나 스토리지(1160)에 저장된 프로세싱 인스트럭션들을 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1130) 및 스토리지(1160)는 다양한 형태의 휘발성 또는 비휘발성 저장 매체일 수 있다. 예를 들어, 메모리는 ROM(1131)이나 RAM(1132)을 포함할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 홀로그램 정보 보정 장치 및 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100: 홀로그램 정보 보정 장치
110: 촬영부
120: 정보 생성부
130: 보정부
210: 카메라
220: 광변조기(MEMS SLM)
230: 확산기(Magnifying imaging system)
240: 회전 스크린(Rotating screen)
250: 축소 시역(Reduced viewing zone)
300: 홀로그램
310: 사용자의 동공
1100: 컴퓨터 시스템 1110: 프로세서
1120: 버스 1130: 메모리
1131: 롬 1132: 램
1140: 사용자 입력 장치 1150: 사용자 출력 장치
1160: 스토리지 1170: 네트워크 인터페이스
1180: 네트워크

Claims (10)

  1. 360도 전방위 각도에 상응하는 범위에서 사용자의 영상을 촬영하는 촬영부;
    상기 사용자의 영상에서 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법을 이용하여 상기 사용자의 동공의 위치에 기반하여 3차원 정보를 생성하는 정보 생성부; 및
    상기 3차원 정보에 기반하여 수평 시차 유일(Horizontal Parallax Only, HPO)방식으로 생성된 컴퓨터 홀로그램(Computer-generated holography, CGH) 정보를 홀로그램 디스플레이 장치에 입력하여 홀로그램의 수직 및 수평 방향 정보 중 어느 하나를 보정하는 보정부;
    를 포함하고,
    상기 보정부는
    상기 3차원 정보에서 상기 사용자의 동공의 위치에 상응하는 3차원 좌표를 이용하여 상기 HPO 방식으로 상기 CGH 정보를 생성하고, 상기 홀로그램 디스플레이 장치의 광변조기(Spatial Light Modulator, SLM)에 상기 CGH 정보를 입력하여 홀로그램을 생성하기 위한 홀로그램 위상 정보의 수직 및 수평 방향 정보 중 어느 하나를 보정하고,
    상기 홀로그램 디스플레이 장치는
    회전 스크린에 상기 홀로그램을 출력시키는 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치에 상응하고,
    상기 홀로그램 디스플레이 장치의 확산기가 상기 CGH 정보를 이용하여 보정된 홀로그램 위상 정보의 수직 및 수평 방향 정보 중 어느 하나를 이용하여 상기 회전 스크린에 출력되는 상기 홀로그램의 출력 범위를 확장시키는 것을 특징으로 하는 홀로그램 정보 보정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 정보 생성부는
    상기 사용자의 영상에서 얼굴을 먼저 탐색하고, 상기 얼굴에서 탐색된 눈의 위치를 중심으로 상기 사용자의 동공을 추적하여 상기 사용자의 동공의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 정보 보정 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 정보 생성부는
    상기 눈의 위치의 화소 값, 상기 눈의 중심 좌표 및 상기 눈의 반지름 중 어느 하나 이상을 이용하여, 상기 눈의 중심 좌표와 상기 눈의 반지름에 기반하여 산출된 눈의 둘레에 상응하는 화소 값들을 합산하고, 상기 눈의 중심 좌표 방향에 상응하는 상기 눈의 안쪽 영역과, 상기 눈의 중심 좌표 반대 방향에 상응하는 상기 눈의 바깥쪽 영역과의 화소 값의 차이에 기반하여 상기 동공의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 정보 보정 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 정보 생성부는
    상기 눈의 안쪽 영역과, 상기 눈의 바깥쪽 영역의 상기 화소 값의 차이가 최대가 되는 영역에 기반하여 상기 동공의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 정보 보정 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 정보 생성부는
    상기 동공의 위치를 판단하기 위하여, 상기 반지름의 방향으로 가우시안 함수를 이용하여 상기 동공의 영역의 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 정보 보정 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 정보 생성부는
    판단된 상기 사용자의 좌, 우 동공의 위치에 기반하여, 상기 좌, 우 동공의 위치의 차이(disparity)를 이용하여 상기 좌, 우 동공의 3차원 위치 좌표를 산출하여 상기 3차원 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 정보 보정 장치.
  7. 홀로그램 정보 보정 장치를 이용하는 방법에 있어서,
    360도 전방위 각도에 상응하는 범위에서 사용자의 영상을 촬영하는 단계;
    상기 사용자의 영상에서 하르(Haar) 기반 동공 추적 접근 기법을 이용하여 상기 사용자의 동공의 위치에 기반하여 3차원 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 3차원 정보에 기반하여 수평 시차 유일(Horizontal Parallax Only, HPO)방식으로 생성된 컴퓨터 홀로그램(Computer-generated holography, CGH) 정보를 홀로그램 디스플레이 장치에 입력하여 홀로그램의 수직 및 수평 방향 정보 중 어느 하나를 보정하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 보정하는 단계는
    상기 3차원 정보에서 상기 사용자의 동공의 위치에 상응하는 3차원 좌표를 이용하여 상기 HPO 방식으로 상기 CGH 정보를 생성하고, 상기 홀로그램 디스플레이 장치의 광변조기(Spatial Light Modulator, SLM)에 상기 CGH 정보를 입력하여 홀로그램을 생성하기 위한 홀로그램 위상 정보의 수직 및 수평 방향 정보 중 어느 하나를 보정하고,
    상기 홀로그램 디스플레이 장치는
    회전 스크린에 상기 홀로그램을 출력시키는 테이블탑형 홀로그램 디스플레이 장치에 상응하고,
    상기 홀로그램 디스플레이 장치의 확산기가 상기 CGH 정보를 이용하여 보정된 홀로그램 위상 정보의 수직 및 수평 방향 정보 중 어느 하나를 이용하여 상기 회전 스크린에 출력되는 상기 홀로그램의 출력 범위를 확장시키는 것을 특징으로 하는 홀로그램 정보 보정 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 3차원 정보를 생성하는 단계는
    상기 사용자의 영상에서 얼굴을 먼저 탐색하고, 상기 얼굴에서 탐색된 눈의 위치를 중심으로 상기 동공을 추적하여 상기 동공의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 정보 보정 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 3차원 정보를 생성하는 단계는
    상기 눈의 위치의 화소 값, 상기 눈의 중심 좌표 및 상기 눈의 반지름 중 어느 하나 이상을 이용하여, 상기 눈의 중심 좌표와 상기 눈의 반지름에 기반하여 산출된 눈의 둘레에 상응하는 화소 값들을 합산하고, 상기 눈의 중심 좌표 방향에 상응하는 상기 눈의 안쪽 영역과, 상기 눈의 중심 좌표 반대 방향에 상응하는 상기 눈의 바깥쪽 영역과의 화소 값의 차이에 기반하여 상기 동공의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 정보 보정 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 3차원 정보를 생성하는 단계는
    판단된 상기 사용자의 좌, 우 동공의 위치에 기반하여, 상기 좌, 우 동공의 위치의 차이(disparity)를 이용하여 상기 좌, 우 동공의 3차원 위치 좌표를 산출하여 상기 3차원 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 정보 보정 방법.
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