LightTools 기반의 광학설계 시뮬레이션을 이용한 집적영상 복원 기법 = Integral Imaging Reconstruction Method Using LightTools-based Optical Design Simulation

국문 초록 (Abstract)

기존의 컴퓨터 집적영상 복원 기법은 영상 응용분야에서 우수함을 가진 반면, 광학적 디스플레이 장치에 대한 설계 및 분석 시뮬레이션에 있어서는 많은 제약을 따른다. 그 이유는 기존의 컴퓨터 집적영상 복원 방법은 영상기반의 복원 모델로서 디스플레이 장치에 필수적인 백라이트 시스템을 이상적으로 가정하고 있으며, 광학적 특성에 있어 상당부분의 해석 및 분석을 생략하고 있기 때문이다. 또한 디스플레이 장치에 요구되는 광학적 속성이 부여된 다양한 렌즈 어레이와 광학소자들을 자유롭게 설계하기 어렵다. 또한, 집적영상 기술에서는 입체영상을 제공하기 위해 렌즈릿 어레이를 광학 패널로 사용하기 때문에 시야각 및 시점기반 영상의 분석은 필수적이다. 하지만 기존의 컴퓨터 복원 방법은 집적영상 디스플레이 장치를 분석함에 있어서 광학적 영상 획득 장치 및 소자 설계가 어렵기 때문에 시야각을 분석하고 그에 따른 광학적 3차원을 획득함에 있어 많은 어려움을 갖고 있다. 현재는 시점기반 컴퓨터 재생 기법이 소개 되고 있지만 그것은 광학적 설계의 한계를 인정하고 이상적인 원리를 적용한 영상처리기반의 시점 영상이라고 볼 수 있다.
그러므로 집적영상 디스플레이 구현에 대한 시뮬레이션 기법에 있어서 디스플레이 장치를 효과적이고 보다 사실적으로 설계하고 분석할 수 있는 새로운 컴퓨터 시뮬레이션 기법이 강력하게 요구되고 있다. 따라서 본 논문은 전문 광학 설계 시뮬레이션인 툴인 LightTools를 이용하여 그래픽 기반으로서 3차원 소자 모델링을 가능케 하고, 사용자 정의 및 상용광원에 대한 구성을 할 수 있으며 카메라 설계를 통해 광 시야각 측정 및 시점기반 3차원 영상획득이 가능한 새로운 시뮬레이션 기법을 제안하였다.
본 논문에서는 3차원 영상으로 복원되는 과정을 광선의 집적 상태를 분석할 수 있는 시스템 매트릭스(system matrix)를 도입하여 수식적으로 설명하고, LightTools를 이용하여 집적영상 디스플레이 시스템을 설계하고 목적에 따라 3차원 영상을 획득하고 그 결과를 제시하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The conventional CIIR (Computational Integral Imaging Reconstruction, CIIR) methods as a computer-based simulation, they have used an analysis model based on image processing. This point is very effective method in application for 3-D object detection and computer display, but it has fiscal limitations in aspects of designing practical devices and detecting the 3-D images for optical II display systems. In all the display system, it is very important factor that analysis is conducted for illumination system such as backlight units (BLUs). However, because the conventional CIIR method is a simulation technique based on imaging processing with the assumption of light source, it can’t analyze reconstructed the 3-D images for applying user-define or commercial light source. It also is difficult to create 3-D solid modeling of optical devices needed in II display system.
Therefore, a new CIIR technique is strongly needed for designing optical (practical) display system with illumination system (BLUs) and detecting the 3-D images in the system. Moreover, creating and visualizing modeling of an II display system with real-world effect are challenging and interesting matters. Accordingly, this paper proposes a novel method that can resolve the matters that have been pointed out as limits in conventional CIIR, perform experiments as like the OIIR of real-world, obtain the 3-D images and create the visualizing modeling of an II display system. In this paper, optical devices, a lenslet array, display panel and collimating lens, considering optical properties were directly devised using optical design software, LightTools of optical research association (ORA). To prove these, the studies illustrate from introducing theoretical background to system matrix and demonstrate the proposed method through some experiment and simulation using the ray-tracing as a function of the LightTools.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 = 1
• 제2장 3차원 디스플레이의 개요 = 4
• 2.1 3차원 디스플레이 정의와 전망 = 4
• 제3장 집적영상 기술 = 7
• 3.1 집적영상 기술의 개요 = 7
• 3.2 집적영상의 역사 = 9
• 3.3 집적영상 기술의 원리 = 11
• 3.3.1 픽업과정 = 11
• 3.3.2 복원과정 = 13
• 3.4 컴퓨터 재생 복원 기법 = 14
• 3.4.1 시점기반 컴퓨터 재생 집적영상 기법 = 15
• 3.4.2 평면기반 컴퓨터 재생 집적영상 기법 = 21
• 제4장 광학설계 시뮬레이션을 이용한 집적영상 복원기법 = 26
• 4.1 제안된 방식의 시뮬레이션 과정과 수학적 분석 = 28
• 4.1.1 제안된 방식의 시뮬레이션 과정 = 28
• 4.1.2 제안된 방식의 수학적 분석 = 30
• 제5장 실험 결과 및 분석 = 34
• 5.1 광학적 시뮬레이션의 평면기반 복원 실험결과 = 34
• 5.1.1 픽업과정 = 34
• 5.1.2 복원 시스템의 설계부분 = 36
• 5.1.3 복원 시스템 및 실험도 = 38
• 5.1.4 복원 시뮬레이션 결과 = 40
• 5.2 광학적 시뮬레이션의 시점기반 복원 실험결과 = 42
• 5.2.1 픽업과정 = 42
• 5.2.2 복원 시스템 및 실험도 = 44
• 5.2.3 복원 시뮬레이션 결과 = 46
• 제5장 결론 = 49
• 참고문헌 = 51