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세영 국
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1 2011 정보통신 PD 기술세미나

2 목 차 I II III IV 3D 기술개요 Digital Holography 기술 Holography 기술개발동향 Holography 기술의응용 2

(1915) 2 세대부흥기 3D 영화붐 (Analog Movie) Hologram (1947) Digital Holography (1989) 3D TV Digital Stereo

3 3D 기술의발전 3D 기술은 60 년주기로산업의부흥기를반복 3 세대부흥기 Wheatstone stereoscope Prism stereoscope (Brewster) 1 세대부흥기 Anaglyph (1891) 최초의 3D 영화 (1903) Integral Photography (1908) Parallax Barrier Lenticular (1915) 2 세대부흥기 3D 영화붐 (Analog Movie) Hologram (1947) Digital Holography (1989) 3D TV Digital Stereo Camera 3D Mobile Phone 3D Blu-ray 3D 게임기 3D 방송 3D 영화붐 (Digital Movie) s 1950 s 2010 s 60 년 60 년 3

4 3D 산업의부흥 소비자욕구와성숙된디지털기술의접목으로 3D 산업부흥기맞이함 소비자욕구 새로운경험현실감트렌드간접체험호기심꿈신기함강렬함 기술인프라 디지털 디스플레이 영상처리콘텐츠생성 Eyewear 미디어포맷 Codec 4

5 3D 시장 콘텐츠 미국 Hollywood 의 3D 영화제작증가 3D 영화 : 09년 10여편 10년 20여편 상영관 : 10년 3,000여개 11년 10,000여개예상 3D 영화가 Box office 의 Top rank 차지 3D 영화상영으로극장수입증가 5

3D 시장 방송 미국 DirecTV( 위성 ) 는 4개의 3D 전용채널서비스

) TWC/Comcast( 케이블 ) 는다양한스포츠 ( 월드컵, Golf 등

6 3D 시장 방송 미국 DirecTV( 위성 ) 는 4개의 3D 전용채널서비스 ( 10.7.) TWC/Comcast( 케이블 ) 는다양한스포츠 ( 월드컵, Golf 등 ) 를 3D로방영 Discovery+Sony+IMAX 는3NET전용채널런칭 ( 11.2.) 유럽 위성 : Sky( 영국 ), N( 폴란드 ) 등서비스시작 케이블 : UPC( 네덜란드 ), Numericable ( 프랑스 ) 한국 SkyLife( 위성 ) 가 24시간 3D 방송 ( 10.1) 세계최초지상파 3D 시험방송 ( 10.5) CJ헬로비전, HCN( 케이블 ) 3D VoD 서비스 ( 10.8.) 고화질지상파 3D TV 실험방송 ( ) 6

7 3D 시장 TV/ 디스플레이 10/ 11 년경쟁적으로 3D TV 출시 삼성 : 3D TV/ 모니터 ( 10.2.~) LG : Active 및편광방식 3D TV ( 10.5.~) Panasonic : 대형 3D PDP 및 3D 카메라 ( 10.3.~) Sony : 3D TV, PS3 게임기, 노트PC ( 10.6.~) Toshiba : 렌티큘러방식 20 무안경 TV ( ) 3D TV 전망 7

conversion - View synthesis 디스플레이 Multi-view 무안경식디스플레이 - Parallax barrier 방식 -Lenticular

8 3D 기술개요 Stereo 영상방식 2D+Depth 방식 제작 콘텐츠및전송 저장 좌안 / 우안영상분리 Depth information 3D 요소기술 압축 / 전송 Stereoscopic 안경식디스플레이 - 셔터안경식 - 편광안경식 3D 신호처리기술 - Format conversion - 2D/3D conversion - View synthesis 디스플레이 Multi-view 무안경식디스플레이 - Parallax barrier 방식 -Lenticular 방식 3D 신호처리기술 - 다시점렌더링 - 다시점영상보정 - 3D Distortion 보상 - 시점추정기술 Real Image Integral Imaging Hologram 8

9 3D 디스플레이기술 3D 기술방식 안경유무좌우영상분리방식디스플레이방식 발전방향 안경방식 공간분할 시간분할 공간분할 편광안경방식 Shutter Glass 방식 Parallax Barrier 방식 Lenticular Lens 방식 시간분할 - 무안경식 Spinning Screen 방식 Hologram 방식 Volumetric Display Holographic Display Mirror 방식 Integral Imaging Waveform 기록방식 9

10 안경식 3DTV 삼성 SG 방식 3DTV LG FPR 방식 3DTV 10

11 무안경식 3D 닌텐도 3DS 도시바의무안경식 3DTV REGZA LG 옵티머스 3D 11

방식양산의어려움 - Barrier 방식의휘도문제점 - Multi-view/Multi-user 구현의한계 12 Jump

12 3D 기술의문제점 현행 3D 의문제점 안경방식의불편함 무안경방식은구현의복잡성으로단가상승 휴먼팩터 ( 어지럼증, 구토증, 두통 ) 해결불가능 체적형 Multi-view 구현의한계성 Non-glass 3D 기술의문제점 -Lenticular 방식양산의어려움 - Barrier 방식의휘도문제점 - Multi-view/Multi-user 구현의한계 12 Jump over to Holographic Display!!! 휴먼팩터해결 자유각도시청가능 360 체적형가능 Multi-view 시청가능

13 Head-Mounted Display 소니의 HMD HMZ-T1 (IFA 2011) 유기 EL 패널 x 2 시야각 45 가상크기 750 인치 ( 거리 20m) 5.1ch 서라운드 소니의 360 3D 디스플레이 (IFA 2010) 13

14 Head Up Display 항공기의 HUD BMW 의 HUD 14

15 Integral Photography IP 영상획득및디스플레이 15

16 Integral Photography 문제점 초다시점에서획득된다수의 2 차원영상을이용 렌즈에의한깊이영역제한 렌즈에의한관찰범위제한 렌즈에의한왜곡 렌즈와디스플레이패널조합의어려움 고해상도디스플레이패널을요구 16

17 Holography Hologram = Holos ( 전체 ) + Gramma ( 메시지 ) Hologram : 간섭파형태로물체의영상이기록된사진필름 Holography : 간섭파형태로기록된데이터를복원하여입체영상으로재생하는기술 1948년 Dennis Gabor에의해발명 (1971년노벨상수상 ) Leith & Upatnieks (1962) 는 Holography에레이저사용 Emmet Leith Gabor 17

18 Holography 의원리 레이저 레이저 반사경 참조파 반사경 참조파 * OR 피사체 물체파 홀로그램 재생상 홀로그램 관찰자 (a) Recording (b) Reconstruction 18

19 Holography 홀로그램특성 전파되는빛을기록 전파되는빛을재현 Camera Display 19

20 Digital Holography 아날로그홀로그래피 Digitization & Quantization 디지털홀로그래피 높은시스템요구사항 최적의디스플레이패널부재 20

21 Digital Holography Analog Digital 생성 / 기록 / 디스플레이 광학계 / 필름 유연성 CCD/SLM/ 컴퓨터 편집 편집불가 용이성 편집용이 전송 용이성 압축 / 전송불가 21 압축 / 전송용이

Communication Technology) 연구소 - NAB 2009 에서실시간홀로그램비디오시연 NHK -

22 해외기술개발동향일본 일본은 3DTV 시장장악을선포하였으나, 한국이주도하는추세 - 이에따라 Hologram TV로시장을개척하고세계시장주도를예고 NICT(National Institute of Information and Communication Technology) 연구소 - NAB 2009 에서실시간홀로그램비디오시연 NHK 년까지홀로그램장비개발에 $45억투자계획발표 ( ) 년월드컵유치를위해 Table형태의 Holo-TV 방송계획을발표 22

해외기술개발동향 EU 2004년부터 FP6 ~ FP7 프로젝트에서홀로그램기술개발진행중 - 20-20 3D Media 프로젝트 ( 15.2M) - Real3D 프로젝트 ( 5.8M) - HOLOMOBILE 프로젝트 ( 0.15M) - HOLOVISION 프로젝트 ( 3.0M) - HELIUM3D 프로젝트 ( 4.

23 해외기술개발동향 EU 2004년부터 FP6 ~ FP7 프로젝트에서홀로그램기술개발진행중 D Media 프로젝트 ( 15.2M) - Real3D 프로젝트 ( 5.8M) - HOLOMOBILE 프로젝트 ( 0.15M) - HOLOVISION 프로젝트 ( 3.0M) - HELIUM3D 프로젝트 ( 4.2M) - HOLONICS 프로젝트 ( 4.0M) - COHERENT 프로젝트 ( 3.8M) 미국 대학을중심으로홀로그램디스플레이, 압축, 광학기술개발중 - MIT 대학은 Hologram Video, Haptic Hologram 기술등을개발중 - 서던캘리포니아대학에서 Interactive 360 Light Field 디스플레이개발 23

24 Mark-I & Mark-II, MIT AOM: 3 관찰각 : 15 도 3 차원공간표현 : mm 3 AOM: 18 관찰각 : 30 도 3 차원공간표현 : mm 3 AOM: Acousto-optical Modulators 24

25 Horn, Chiba Univ. Fringe patterns for 10,000 object points can be calculated in real-time Image Hologram 25

26 NICT, Japan Real object acquisition system by using integral photographic camera Electro-holographic display system with three lasers and three LCoS 26

PC Linux cluster of dual IA-32 Pentium III 1.

27 QinetiQ Spatial-multiplexed, 3 x 8 billion-pixel, full-parallax, fullcolor Hologram 구현 (2005) 102개의 PC Linux cluster of dual IA-32 Pentium III GHz Intel Tualatin-core 512-Kb cache CPUs를사용하여계산 27

28 SeeReal SeeReal direct view setup 20 inch Holography Technology Prototype 28

29 Holografika 헝가리의 Holografika 는 72 인치 HoloVizio 를개발했으며, 광경로를제어하는방법으로 3 차원입체를디스플레이하는유사홀로그래픽디스플레이를개발 29

30 Holographic Printer ( 산업분야 ) 지형정보를군사작전에이용 토목, 건설에이용 정유공장설계 항공사진을이용한홀로그래피지도 (Zebra Imaging) 30

31 Holographic Printer ( 박물관 ) 전시물복제 가상전시물 전시물복제 31

32 Holographic Microscope Lyncee Tec 의홀로그램현미경 32

33 Holographic Memory InPhase Technologies ( 33

34 Japan pledges 3D holography for 2022 World Cup NHK Japan is Promising Functional Holographic TV by 2016 and Will Work With Korea to Present 2022 World Cup With 3D Holography 34

3D 영상기술의발전 3D 영상기술발전방향 Laser Holographic Optical

3D 모니터 HMD 렌티큘러 3D 셔터방식 3D 무안경식 3D 3D PC 2D/3D

Line Holographic On Line Holographic Holographic

3D 다시점 3D 다시점 / 무안경 3D wjswktlr 홀로그램 홀로그래픽 3D

35 3D 영상기술의발전 3D 영상기술발전방향 Laser Holographic Optical Holographic 애너글리피 3D 편광방식 3D 회전식 Volumetric 개인용 3D 모니터 HMD 렌티큘러 3D 셔터방식 3D 무안경식 3D 3D PC 2D/3D 겸용 3D Mobile 다시점 3D 3D 게임기 IP Holographic Off Line Holographic On Line Holographic Holographic 방송 홀로그래피기술 3D 영화 스테레오 3D 체적형 3D 프로젝션형 3D 개인단말형 3D 다시점 3D 다시점 / 무안경 3D wjswktlr 홀로그램 홀로그래픽 3D 홀로그래픽 3D

36 응용분야 Holographic Mobile Phone Holographic TV/Game/PC Holographic Medical Head Up Display Holographic Digital Signage Museum Holographic GIS Tangible Holography Holographic Projector Holographic Video Holographic TelePresense Military Augmented Reality Training Simulation Security Water Marking etc 36

37 3 차원공간정보획득및재현을위한디지털홀로그래픽 3D 영상시스템용원천기술개발 (ETRI) 디지털홀로그래픽 3D 영상시스템핵심원천요소기술및연구시제품개발 디지털홀로그램획득 / 생성 / 복원기술 디지털홀로그램신호처리 / 토모그래피기술 홀로그래픽디스플레이 / 기록기술 실사기반의홀로그램생성및고화질홀로그램복원 화질향상을위한신호처리및 3 차원공간정보복원 고화질대화면재생및고속 / 고휘도인쇄 37

38 홀로그램획득 / 생성 개발방향 레이저를사용하지않는자연광기반의영상획득을통한 CGH 생성 - 다시점 / 집적영상 /depth map 획득 : 광시야각제공 - Full HD 30FPS 동영상에대한 CGH 생성 White Light 다시점영상획득 CGH 생성 고품질동영상홀로그램 집적영상획득 3D Scene Data 실세계 38

39 홀로그램복원 개념 개발방향 (1) Approximation 성능개선 근사화이전의해상도유지 Fresnel-Kirchhoff Integral Fresnel Approximation (2) Special-purpose Computer (FPGA, MGPU) Full HD 급 30FPS 처리 Hologram 수치적복원 Hologram 3 차원공간복원 39

40 홀로그래픽디스플레이 개발방향 : 서브홀로그램기반디스플레이 - 저가로대화면구현가능 (20 인치이상 ) - 기술발전에적응적으로발전용이 - 복수사용자지원 - 기개발된시선 / 동공추적기술적용 주요기술적이슈광학엔진기술광변조최적화기술자연색홀로그램동영상재생기술 20 인치이상, 30FPS 40

홀로그램기록 기존기술 Digital Holography 목표기술 Lenticular

(Multi-view: Integral Photography) Conventional

Light Modulator (SLM) + Optical System + Computer

가제한적이고단순한 image 구현 Multi-View 41 목표기술 데이터처리,

41 홀로그램기록 기존기술 Digital Holography 목표기술 Lenticular Type (Multi-view) Microlens Array Type (Multi-view: Integral Photography) Conventional Optical Holography 2D images / 3D model + Spatial Light Modulator (SLM) + Optical System + Computer 항목 속도가격 Quality 성능 기존기술 기계적공정에종속 저렴 적용가능한 image 가제한적이고단순한 image 구현 Multi-View 41 목표기술 데이터처리, 광원의에너지, 기록매질특성에종속 기록매질, 광학시스템에종속 적용하고자하는 image 에상관없이고해상도 image 구현가능 Real 3D image

42 홀로그래픽토모그래피 응용 : 세포, 세포조직등의 3 차원이미지획득 Coherent tomography : 물질에반사되는빛의간섭현상을이용 Diffractive tomography : 물질을투과하면서굴절, 회절되는빛을이용 홀로그래픽토모그래피 연구목표 - 고해상도 / 결함없는 3차원영상획득기술개발 - 해상도 ( 수평 / 수직 ). 수평 : 1μm. 수직 : 40nm * RFP 정량목표 코히어런트토모그래피 ( 수평 / 수직 : 1μm/1μm) 회절토모그래피 ( 수평 / 수직 : 3μm/6μm) 42

43 홀로그램신호처리 디스플레이광학계수차 / 노이즈 /conformal 왜곡보정기술개발 물리적파라미터변화에따른디지털홀로그램회절특성분석 3 차원공간정보정의및최소화기술개발 디지털홀로그램트랜스코딩기술개발 적용및화질 / 효율향상 획득 / 생성복원디스플레이기록토모그래피 43

44 44

45 45

슬라이드 1

슬라이드 1 단국대세미나 목 차 I II III IV 3D 기술개요 3D 디스플레이 3D 방송홀로그래피 2 3D 기술개요 3 3D 기술의발전 3D 기술은 60 년주기로산업의부흥기를반복 3 세대부흥기 1 세대부흥기 2 세대부흥기 3D 영화붐 (Analog Movie) 3D TV Digital Stereo Camera 3D Mobile Phone 3D Blu-ray 3D 게임기