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1948년 영국의 물리학자 데니스 가버가 빛의 간섭을 이용한 홀로그래피의 기본원리를 발견한 이래 홀로그래피 기술은 발전을 거듭하여 왔다. 홀로그래피는 기준광과 물체광의 간섭을 통해 물체광의 크기와 위상을 기록하는 기술로 물체의 완전한 3차원 정보를 기록할 수 있다.
필름 등에 기록 및 재생하는 아날로그 ...

1948년 영국의 물리학자 데니스 가버가 빛의 간섭을 이용한 홀로그래피의 기본원리를 발견한 이래 홀로그래피 기술은 발전을 거듭하여 왔다. 홀로그래피는 기준광과 물체광의 간섭을 통해 물체광의 크기와 위상을 기록하는 기술로 물체의 완전한 3차원 정보를 기록할 수 있다.
필름 등에 기록 및 재생하는 아날로그 홀로그램은 이미 수십 전에 개발되어 산업 및 문화적으로 폭넓게 이용되고 있으나, 디지털 장치를 통해서 홀로그램을 기록하는 것은 아직 현미경이나 근접 장 단계에 머물러 있어 원격 3D 이미징등 장거리, 큰 피사체에 대한 연구가 필요하다. 최근 정부에서는 3D 분야의 기술적 리더십을 확보하기 위해 홀로그램 발전전략을 수립하고 원격 홀로그래피 이미징, 홀로그래픽 카메라 등을 중요한 연구과제로 추진하고 있다.
디지털 홀로그래피는 전자광학적 소자, 예를 들어 전자광학센서(CCD, Charged Coupled Detector), 디지털 카메라, 포토다이오드 등을 통해 물체의 형상정보를 담고 있는 간섭광의 위상정보를 기록하는 것을 의미한다. 이를 위해 가간섭성이 좋은 코히런트 광원(레이저 등)을 사용하여야 하지만 가간섭길이의 한계와 스펙클 잡음으로 인해 홀로그램 해상도와 화질이 저하되는 단점이 있다. 이를 위해 최근 인코히런트 특성을 가지는 광 스캐닝 홀로그래피와 LED 등 인코히런트 광원을 사용하는 인코히런트 디지털 홀로그래피가 연구되고 있다.
본 논문에서는 우선 포토다이오드를 사용하여 디지털 복소 홀로그램을 생성하는 광 스캐닝 홀로그래피를 기반으로 하여 푸리에 변환 및 위상천이를 이용한 헤테로다인 광 스캐닝 홀로그래피를 제안한다. 이는 본 기술을 3차원 원격 이미징에 적용하기 위해서 반사형으로 광학계를 구성하고, 기존의 연구와 달리 푸리에 변환 및 위상천이기법을 이용하여 헤테로다인 복조를 수행함으로써 복소 홀로그램을 획득하였다. 이는 헤테로다인 광이 인코히런트 특성을 가짐으로써 홀로그램에 스펙클현상이 나타나지 않는다. 그리고, 많은 복원시간이 필요한 이미지 프로세싱 방법에서 벗어나 광학적 방식으로 빠른 복원을 위한 자동초점기능에 대해서 실험과 이론을 통해 증명하였다.
또한, 광원의 한계를 극복하기 위해서 인코히런트 디지털 홀로그래피에서는 LED를 광원으로 사용하고 기존 연구와 달리 랜덤 스캐터링 미러를 적용한 새로운 광학적 설계와 홀로그램 획득 및 복원에 대해서 연구하고 이를 3차원 이미징에 적용하였다. 이를 통해 인코히런트 디지털 홀로그래피의 원격 3차원 이미징 기술에 대한 하나의 응용사례로서 국방분야에 활용이 가능한 위장물체 탐지에 관한 연구를 진행하였다.
본 연구결과는 향후 원격 3차원 이미징을 위한 홀로그래피 카메라나 로봇 3차원 이미징, 머신비전, 국방 감시 등에 활용할 수 있는 기반 기술이 될 것으로 기대한다.

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