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DHM을 위한 간섭무늬 압축 방법과 위상 압축 방법의 성능 비교
김영민,반현민,구희연,최승미,오관정,임용준,김휘용 한국방송∙미디어공학회 2023 방송공학회논문지 Vol.28 No.1
디지털 홀로그래피 현미경을 통해 획득한 간섭무늬는 시료의 두께 정보를 포함하고 있다. 하지만 데이터의 용량이 크다는 단점이 존재한다. 따라서 간섭무늬가 담고 있는 시료의 두께 정보 손상을 최소화하면서 데이터 크기를 줄일 수 있는 압축 방법이 요구된다. 본 논문은 위상 압축 방법을 제시하여 JPEG Pleno Holography에서 사용되는 간섭무늬 압축 방법보다 위상 압축 방법이 더 효율적임을 실험을 통해 확인했다. RMSE와 BD-Rate 그리고 PSNR을 사용하여 평가한 결과 위상 압축 방법이 간섭무늬 압축 방법보다 최고 92.39% 향상된 성능을 보였다. 또한 다양한 조건 아래에서 실험을 진행하여 조건 별 압축 성능을 비교분석 했다. 간섭무늬 압축 방법의 경우 시료의 두께를 계산하기 위한 위상 정보뿐 아니라 다른 정보들도 포함하고 있음에 반해, 위상 압축 방법은 간섭무늬에서 불필요한 정보들을 제거 후 위상에 대한 정보만을 압축하는 방식이기 때문에 더 높은 성능을 보이는 것으로 판단 된다.
전파 거리에 따른 위상 홀로그램 복원성능 분석 및 BL-ASM 개선 방안 연구
차준영,반현민,최승미,김진웅,김휘용 한국방송∙미디어공학회 2023 방송공학회논문지 Vol.28 No.1
A computer-generated hologram (CGH) is a digitally calculated and recorded hologram in which the amplitude and phase information of an image is transmitted in free space. The CGH is in the form of a complex hologram, but it is converted into a phase-only hologram to display through a phase-only spatial light modulator (SLM). In this paper, in the process of including the amplitude information of an object in the phase information, when a technique that includes subsampling such as DPAC is used, we showed experimentally that the bandwidth of the phase-only hologram increases, and as a result, aliasing that was not present in the complex hologram can occur. In addition, it was experimentally shown that it is possible to generate a high-quality phase-only hologram by restricting the spatial frequency range even at a distance where the numerical reconstruction performance is degraded by aliasing.
최승미,박수용,반현민,차준영,김휘용 한국방송∙미디어공학회 2023 방송공학회논문지 Vol.28 No.1
방대한 홀로그램 데이터를 디지털 형식으로 압축하는 것은 중요한 문제이다. 특히, 상용화를 위해 위상 전용 홀로그램의 압축에 관한 연구가 주목된다. 자연 영상에 최적화된 기존 표준 압축 기술은 위상 신호를 압축하는데 적합하지 않으며, 위상 신호에 대해 최적화 가능한 신경망 기반 압축 기술은 좋은 성능을 기대할 수 있으나 고해상도 홀로그램 데이터를 학습하는 데 메모리 문제가 존재한다. 본 논문에서는 메모리 문제를 해결할 수 있는 학습 가능한 신경망 기반의 블록 단위 압축 기술을 위상 전용 홀로그램에 적용해봄으로써 블록 기반이라는 동일 조건 내에서도 제안 방식이 표준 코덱보다 상당한 성능향상을 보일 수 있음을 밝혔다. 신경망 기반의 블록 단위 압축은 기존 코덱과의 호환성을 제공할 수 있으며, 메모리 문제를 해결하는 동시에 위상 전용 홀로그램 압축에 대해 월등히 좋은 성능을 보일 수 있다.
순환 손실 함수를 이용한 딥러닝 기반 위상 홀로그램 초해상도
차준영(Junyeong Cha),반현민(Hyunmin Ban),최승미(Seungmi Choi),김휘용(Hui Yong Kim) 한국방송·미디어공학회 2021 한국방송공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11
홀로그램(Hologram)은 3차원 물체에서 나오는 빛의 정보를 제어하는 기술이다. 현재는 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)으로 생성한 디지털 홀로그램에 관한 연구, 특히 물체에서 나오는 빛의 정보를 최대한 기록하고 재현하여 디지털 홀로그램의 해상도를 향상시키려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 본 논문에서는 고해상도 홀로그램 영상을 얻기 위해 딥러닝 기반 초해상도(Super Resolution) 네트워크를 훈련 및 최적화하여, 저해상도 위상 홀로그램 영상으로부터 높은 화질의 홀로그램 영상을 재현하는 고해상도 위상 홀로그램 영상을 생성하는 것을 목표로 한다. 이때 위상 홀로그램 영상의 특성을 이용한 순환 손실 함수(Circular loss function)를 새롭게 제안하며, 기존의 이미지 초해상도 신경망 모델을 학습시킬 때 자주 사용하는 L1 손실 함수와 비교했을 때 약 0.13㏈ 정도의 성능 향상이 있었다.
디지털 홀로그래픽 현미경 데이터를 위한 위상 영상 압축
김영민(YoungMin Kim),반현민(Hyunmin Ban),최승미(SeungMi Choi),오관정(Kwan-Jung Oh),임용준(Yongjun Lim),김휘용(HuiYong Kim) 한국방송·미디어공학회 2022 한국방송공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2022 No.6
최근 홀로그램(Hologram)을 광학현미경(light microscopy)에 적용하여 시료의 두께를 측정하는 방식의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 빛의 간섭패턴(Interference pattern)을 사용하여 시료의 두께를 측정할 수 있는 이유는 시료의 두께에 따라 빛의 위상(phase)이 달라지기 때문이다. 빛의 간섭패턴을 저장하는 홀로그램에서 위상만을 분리한 후 위상을 unwrapping 하면 물체의 두께를 측정할 수 있다. JPEG은 기존의 연구방식인 시료를 통과한 홀로그램 이미지를 직접 압축하는 object 압축방식을 사용한다. 하지만 본 논문에서는 object 압축방식과 달리 홀로그램 이미지를 직접 압축하지 않고 홀로그램 이미지에서 시료의 위상(phase)만을 분리하여 위상 도메인에서 압축하는 방식을 취하였다. 이를 통해 object 압축방식에 비해 위상 도메인 압축방식에서 모든 데이터셋에 대하여 평균적으로 0.0003~0.0142 radian의 성능향상을 이룰 수 있었다.
차준영(Junyeong Cha),반현민(Hyunmin Ban),김휘용(Hui Yong Kim) 한국방송·미디어공학회 2022 한국방송공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2022 No.6
본 논문에서는 기존 이미지를 통해 위상 홀로그램을 생성하는 네트워크를 학습 및 최적화하여, 기존에 사용하는 알고리즘 방식인 GS 알고리즘(Gerchberg-Saxton algorithm)을 대체하는 것을 목표로 한다. GS는 반복 최적화 기법으로 한 장의 이미지에서 위상 홀로그램을 생성하는데 많은 시간이 걸리지만, 심층 학습 기반으로 학습된 모델을 통해 위상 홀로그램을 생성할 경우, 반복 최적화 과정 없이 짧은 시간 안에 위상 홀로그램을 생성할 수 있다. GS와 심층 학습 기반으로 각각 생성한 위상 홀로그램을 ASM(Angular Spectrum Method)을 통해 수치적으로 재복원하여 PSNR로 원본 이미지와 비교한 결과, 심층 학습 기반으로 생성한 위상 홀로그램에서 더 좋은 화질의 이미지를 짧은 시간 안에 얻을 수 있었다.
최승미(SeungMi Choi),반현민(Hyunmin Ban),오관정(Kwan-Jung Oh),임용준(Yongjun Lim),김휘용(Hui Yong Kim) 한국방송·미디어공학회 2022 한국방송공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2022 No.6
홀로그램은 빛의 세기와 위상 정보를 모두 기록함으로써 3차원 영상 정보를 기록 및 재현할 수 있는 차세대 영상 시스템이다. 홀로그램은 부동 소수점의 복소 데이터로 실수, 허수 또는 진폭, 위상 신호로 분리되어 압축된다. 본 논문에서는 복소 홀로그램 영상의 표현방식에 따른 압축성능을 비교해보고, 진폭-위상 압축에 대해 압축 친화적인 복소 홀로그램 변환 방식을 제안한다. 이후, 각 표현방식의 압축에서 효율적인 비트량 할당 방법을 제시한다. 본 논문은 제안방식인 QS 진폭-위상 표현이 실수-허수 표현만큼 높은 압축성능을 갖는 것을 확인하였다.
위상 홀로그램의 픽셀피치 변화에 따른 적정 전파거리에 대한 고찰
이태화,차준영,최승미,반현민,김휘용 한국방송∙미디어공학회 2024 방송공학회논문지 Vol.29 No.3
컴퓨터 생성 홀로그래피 이미지를 생성하는 현재 방식은 일반 이미지와 달리, 각 디스플레이 장치의 환경에 맞게 최적화하는 방식이다. 같은 영상을 여러 장치에서 디스플레이하기 위해 각기 다른 장치마다 별도의 홀로그램 이미지를 제작해야만 하는 것이다. 이 과정은 컴퓨팅 자원의 낭비를 불가피하게 만든다. 따라서 같은 영상을 다양한 디스플레이 장치에 효과적으로 적용할 수 있는 방법이 필요하다. 본 논문은 하나의 홀로그램 이미지를 서로 다른 픽셀피치의 디스플레이 장치에서 디스플레이할 때 적정 전파거리를 계산하는방법을 제안하고 실험을 통해 그 효과를 증명한다. 또한, 프레넬 근사가 어려운 매우 가까운 전파거리에서도 이 계산 방식이 유효함을실험적으로 보여준다. The current method of generating computer-generated holographic images, unlike regular images, requires optimization for eachdisplay device's environment. To display the same image across multiple devices, it is necessary to create separate holographicimages for each device. This process inevitably leads to the wastage of computing resources. Therefore, a method is needed toeffectively apply the same image across various display devices. This paper proposes a method to calculate the optimal propagationdistance for displaying a single holographic image on display devices with different pixel pitches, and demonstrates itseffectiveness through experiments. Additionally, it experimentally shows that this calculation method remains valid even at veryclose propagation distances where Fresnel approximation is challenging.