[논문]자가간섭 홀로그래피에 기반한 홀로그램 영상 획득 기술

홍지수

자가간섭 홀로그래피에 기반한 홀로그램 영상 획득 기술 원문보기

인포메이션 디스플레이 = Information display, v.16 no.4, 2015년, pp.3 - 12

홍지수 (전자부품연구원)

초록이 없습니다.

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본고에서는 자가간섭(self-interference)의 원리에 기반하여 조명에 아무런 제약이 없이 대상 물체의 홀로그램을 직접적으로 기록할 수 있는 자가간섭 홀로그래피(SIDH) 기술에 대해 소개하고자 한다. 최근에는 이러한 자가간섭 홀로그래피 기술을 이용하여 야외 풍경에 대해 풀컬러 홀로그램 기록에 성공한 역사적인 연구가 보고되었다.
본고에서는 자가간섭이라는 방법을 이용하여 홀로그래픽 카메라 연구에 있어서 중요한 첫발을 떼었음을 살펴보았다. 특히 이를 통해 자연광을 조명으로 하는 야외 풍경에 대한 복소 홀로그램을 처음으로 기록한 매우 중요한 연구 결과가 보고되었다.
최근에는 이러한 자가간섭 홀로그래피 기술을 이용하여 야외 풍경에 대해 풀컬러 홀로그램 기록에 성공한 역사적인 연구가 보고되었다. 이외에도 조명의 제약을 없앰으로써 형광 현미경, 천체망원경 등의 영역까지 홀로그래피 기술의 영역을 확장할 수 있었음을 살펴보고, 최근의 개발 현황에 대해 소개하고자 한다.

제안 방법

Rosen 등은 Lagrange invariant을 파동광학적 특성을 반영하도록 변형하여 자가간섭 홀로그래피 이미징 시스템의 수평 분해능 및 깊이 분해능 특성을 분석하였다[18]. 이를 위해 기존 Lagrange invariant를 영상의 수평 배율과 PSF 폭의 배율의 비례식으로 표현함으로써 파동 광학의 특성을 도입하였고, 기존의 이미징 시스템은 이 비율이 1이 된다. 깊이 방향의 경우 PSF 폭의 배율에 대응되는 값으로 spot의 깊이 방향 길이의 배율을 대입하고, 수평 배율 대신 깊이 방향의 배율을 대입함으로써 깊이 방향으로도 Lagrange invariant를 도입할 수 있다.

데이터처리

그림 3. 기존의 이미징 시스템과 자가간섭 홀로그래피 이미징 시스템의 이미징 특성 비교. (a) 기존 이미징 시스템.

성능/효과

또한 이경우 깊이 방향 분해능 역시 기존 이미징 시스템에 가까워진다. 따라서, 자가간섭 홀로그래피 기반 이미징 시스템은 대상 물체가 복합 거울에 의해 분리된 두 개의 파면이 이미지 센서상에 최대 중첩 면적을 가질 때 수평 방향 분해능이 기존 이미징 시스템 대비 2배의 super resolution 특성을 가지며, 이 때 수평 방향 분해능 성능 향상의 대가로 깊이 방향 분해능 성능을 잃어버리는 것으로 이해할 수 있다.
반면 이 경우 깊이 방향 분해능은 깊이 방향 배율이 spot의 깊이 방향 길이 배율 대비 매우 작은 값이 됨으로써 깊이 방향으로는 분해능이 거의 없게 된다. 또한 점광원이 복합 거울에 의해 분리된 두 개의 파면중 한개가 이미지 센서에 상을 맺는 위치로 이동할수록 수평 배율이 PSF 배율의 값에 가까워져 수평 분해능이 기존 이미징 시스템에 가까워짐을 알 수 있다. 또한 이경우 깊이 방향 분해능 역시 기존 이미징 시스템에 가까워진다.

후속연구

따라서 투과형 SLM로 병합 거울 소자를 구현함으로써 시스템을 일직선의 광축으로 유지하고 두개의 파면 사이의 정렬이 필요없어 안정성이 높은 시스템으로 제작할 수 있다[20]. 다만 시스템의 크기를 줄이기 위해서는 광학 시스템의 길이를 더욱 줄일 수 있는 연구가 이루어져야 하며, 뒤에 설명할 off-axis 셋업으로도 투과형 SLM의 사용을 확장할 수 있는 연구가 이루어져야 한다.
하지만 자가간섭 홀로그래피 기술을 보편적으로 사용하기 위해서는 아직 여러가지 이슈가 있으며, 그중에서 특히 시스템 안정성과 비트 심도 측면에서 개선이 이루어져야 한다고 보인다. 따라서 투과형 액정에 기반 한 병합 거울을 도입한 시스템 개발과 높은 비트 심도를 갖는 센서의 개발, 또한 비트 심도를 효율적으로 사용할 수 있는 방법에 대한 연구가 이루어져야 한다고 생각한다.
또한 홀로그래픽 카메라가 실현된다면 실사 홀로그램 콘텐츠를 쉽게 확보할 수 있어 홀로그래픽 디스플레이 활성화에도 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 또한 앞서 살펴본 바와 같이 홀로그래피를 도입할 수 없었던 다양한 분야에 홀로그래피 기술을 도입할 수 있는 길을 열었기에 앞으로 다양한 응용기술들이 개발될 것으로 예상한다. 하지만 자가간섭 홀로그래피 기술을 보편적으로 사용하기 위해서는 아직 여러가지 이슈가 있으며, 그중에서 특히 시스템 안정성과 비트 심도 측면에서 개선이 이루어져야 한다고 보인다.
자가간섭 홀로그래피 기술은 조명에 아무런 제약이 없기 때문에 이를 이용하여 마치 일반적인 디지털 카메라처럼 이용할 수 있는 홀로 그래픽 카메라의 실현 가능성을 엿볼 수 있다. 또한 홀로그래픽 카메라가 실현된다면 실사 홀로그램 콘텐츠를 쉽게 확보할 수 있어 홀로그래픽 디스플레이 활성화에도 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 또한 앞서 살펴본 바와 같이 홀로그래피를 도입할 수 없었던 다양한 분야에 홀로그래피 기술을 도입할 수 있는 길을 열었기에 앞으로 다양한 응용기술들이 개발될 것으로 예상한다.
하지만 렌즈 어레이에 기반한 수차 정보의 측정은 근본적으로 얻어지는 수차 정보의 해상도가 떨어지는 단점이 있다. 반면 guide-star로부터의 파면의 왜곡을 복소 홀로그램으로 기록하여 수차의 정보를 추정하는 홀로그래픽 적응광학의 경우 수차의 정보를 이미지 센서의 전체 해상도를 이용하여 얻기 때문에 기존의 적응광학에 비하여 더욱 정확한 수차의 정보를 얻을 수 있고, 결과적으로 왜곡 보상 후 더욱 높은 품질의 영상을 얻을 수 있다고 기대할 수 있다. 하지만 적응 광학의 주요 활용처인 천체 망원경이나 형광 현미경 등은 촬영하고자 하는 대상 물체가 자체 발광하기 때문에 가간섭 광원을 필요로하는 기존의 홀로그래픽 적응 광학을 적용할 수 없었다.
이 위상핀홀의 위치를 xyz 방향으로 스캐닝하며 간섭 무늬를 기록함으로써 대상 물체에 대한 단층 영상을 얻을 수 있다. 하지만 이와 같은 방법은 단층 촬영을 위해 3차원 공간의 xyz 좌표별로 스캐닝을 해야하므로 촬영 시간을 줄일 수 있는 연구가 더 필요하다고 보인다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Phase-shifting 기술의 단점은?	Phase-shifting 기술의 도입은 자가간섭 홀로그래피를 이용하여 기록한 간섭 무늬에서 DC를 제거하고 복소 홀로그램을 얻어내도록 하여 자가간섭 홀로그래피가 실질적으로 의미를 갖는 기술이 될 수 있도록 하였지만, 한장의 복소 홀로그램을 기록하기 위해서 최소 3장 이상의 phase-shift된 간섭무늬 영상을 촬영하여 이들을 조합하여야 하는 단점이 있다. 특히 RGB 세가지 파장 대역에 대해 홀로그램을 기록하여야 하는 풀컬러 홀로 그램에 대해서는 각 파장별 3번의 phase-shifting이 필요하여 최소 9장 이상의 phase-shift된 영상을 촬영 및 재조합 하여아 한다.
	홀로그래피란?	홀로그래피는 대상 물체로부터 전파된 파면의 진폭과 위상을 모두 기록 및 재생할 수 있는 기술로써, Gabor 에 의해 1948년 그 원리가 최초로 제안되었다[2]. 하지만 진폭과 위상의 정보를 간직하고 있는 명확한 간섭 무늬를 얻기 위해서는 시간 및 공간적으로 가간섭성을 갖는 광원의 사용이 필수적이다.
	자가간섭 홀로그래피 기술은 기존 영상 획득 기술과 달리 어떤 특성을 가지고 있는가?	자가간섭 홀로그래피 기술은 기존의 영상 획득 기술과는 매우 다른 해상도 특성을 가지고 있다고 알려져 있다. 특히 수평 분해능(lateral resolution)에 있어 super resolution 특성을 가지는 것으로 알려져 있다 [17]. 그림 3은 두 개의 점광원을 기존의 이미징 시스템과 자가간섭 홀로그래피에 기반한 이미징 시스템을 통해 이미징 하였을 때 해상도 특성을 exit pupil 이후의 상황을 중심으로 비교하고 있다.

참고문헌 (28)

J. Hong, Y. Kim, H.-J. Choi, J. Hahn, J.-H. Park, H. Kim, S.-W. Min, N. Chen, and B. Lee, Appl. Opt., 50, H87 (2011).

상세보기
D. Gabor, Nature, 161, 777 (1948).

상세보기
J. Upatnieks and E. N. Leith, J. Opt. Soc. Am., 54A, 579 (1964).
H. Kim, J. Hahn, and B. Lee, Appl. Opt., 47, D117 (2008).

상세보기
H. Kang, T. Yamaguchi, and H. Yoshikawa, Appl. Opt., 47, D44 (2008).

상세보기
K. Matsushima, H. Nishi, and S. Nakahara, J. Electron. Imaging, 21, 023002 (2012).

상세보기
J.-H. Park, M.-S. Kim, G. Baasantseren, and N. Kim, Opt. Express , 17, 6320 (2009).

상세보기
T.-C. Poon, J. Opt. Soc. Am. A, 2, 621 (1985).
A. W. Lohmann, J. Opt. Soc. Am., 55, 1555 (1965).

상세보기
G. Cochran, J. Opt. Soc. Am., 56, 1513 (1966).

상세보기
J. Hong and M. K. Kim, J. Eur. Opt. Soc, Rapid Publ., 8, 13077 (2013).

상세보기
S.-G. Kim, B. Lee, and E.-S. Kim, Appl. Opt. , 36, 4784 (1997).

상세보기
D. N. Naik, G. Pedrini, M. Takeda, and W. Osten, Opt. Lett., 39, 1857 (2014).

상세보기
G. Pedrini, H. Li, A. Faridian, and W. Osten, Opt. Lett., 37, 713 (2012).

상세보기
J. Rosen and G. Brooker, Opt. Lett., 32, 912 (2007).

상세보기
G. Brooker, N. Siegel, V. Wang, and J. Rosen, Opt. Express, 19, 5047 (2011).

상세보기
J. Rosen, N. Siegel, and G. Brooker, Opt. Express, 19, 26249 (2011).

상세보기
J. Rosen, and R. Kelner, Opt. Express, 22, 29048 (2014).

상세보기
Y. Wan, T. Man, and D. Wang, Opt. Express, 22, 8565 (2014).

상세보기
G. Brooker, N. Siegel, J. Rosen, N. Hashimoto, M. Kurihara, and A. Tanabe, Opt. Lett., 38, 5264 (2013).

상세보기
J. Hong and M. K. Kim, Opt. Lett., 38, 5196 (2013).

상세보기
R. Kelner, J. Rosen, and G. Brooker, Opt. Express, 21, 20131 (2013).

상세보기
M. K. Kim, Opt. Express, 21, 9636 (2013).

상세보기
J. Rosen and G. Brooker, Nat. Photonics, 2, 190 (2008).

상세보기
M. K. Kim, Appl. Opt., 52, A117 (2013).

상세보기
C. Jang, J. Kim, D. C. Clark, S. Lee, B. Lee, and M. K. Kim, J. Biomed. Opt. 20, article 111204 (2015).
R. Kelner, B. Katz, and J. Rosen, Optica, 1, 70 (2014).

상세보기
T. Yanagawa, R. Abe, and Y. Hayasaki, Opt. Lett,. 40, 3312 (2015).

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

자가간섭 홀로그래피에 기반한 홀로그램 영상 획득 기술 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (28)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

자가간섭 홀로그래피에 기반한 홀로그램 영상 획득 기술 원문보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

데이터처리

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (28)

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

AI 본문요약
AI-Helper