학술대회명: The 24th International Meeting on Information Display ( IMID 2024 )

논문명: Enhanced Light-Field Imaging Using Polarization-Dependent Depth-Switchable Geometric Phase Lens for Time-Sequential Angular Ray Sampling

저자정보: Hyeon-Su Jeong, Young-Min Cho, Jin-Hyeok Seo, Min-Seok Kim, Jung-Yeop Shin, Jae-Won Lee, Hae-Rin Jung, and Hak-Rin Kim (Kyungpook Nat'l Univ., Korea)

학석연계과정으로 현재 전자전기공학부 석사과정에 재학중인 정현수 학생이 (지도교수 김학린)  2024년 8월 20일(화)~23일(금) 제주도에서 개최된 세계 2대 디스플레이 국제학술대회 중 하나인 IMID 2024에서 “Enhanced Light-Field Imaging Using Polarization-Dependent Depth-Switchable Geometric Phase Lens for Time-Sequential Angular Ray Sampling”라는 주제로 제 1주저자 자격, 포스터 발표를 진행해 “우수발표상”을 수상하였다.

최근, 빛의 세기와 방향 정보를 고밀도로 수집해 입체 시각 정보를 획득할 수 있는 라이트 필드(LF, Light-Field) 이미징 기술이 활발히 연구되고 있다. 이때, LF imaging 광학계는 단일 CCD 센서를 통해 피사체로부터 반사된 빛의 세기와 방향성 정보를 동시에 획득하기 위해 마이크로 렌즈 어레이 (Micro Lens Array, MLA)를 기반으로 광학계가 이루어지는데, 한정된 이미지 센서에 여러 시점의 영상이 동시에 투영되기 때문에 시점 수가 증가할수록, 즉 방향 해상도가 높아질수록 시점당 공간 해상도가 감소하는 문제점이 있으며, 깊이 방향으로 복원 가능한 깊이 해상도가 단일 초점 광학계에서는 제한된다는 한계 요소가 존재했다.

본 연구에서는 초점 가변이 가능한 홀로그래픽 광소자 (Geometric Phase Hologram Lens, GPL)를 활용한 라이트 필드 광학계를 구현하여, 시점 영상의 해상도와 획득 가능한 깊이 범위 (Depth of Field, DoF)를 동시에 확장하는 방법을 제안한다. 또한, GP 렌즈와 같은 액정 기반의 편광 소자를 활용해 입사 방향에 따른 직교 위상 변화를 제어하는 편광 위상판을 적용함으로써, 전기적 스위칭을 통해 더욱 효율적이고 휴대성이 높은 컴팩트한 광학 시스템을 구축할 수 있었다. 제안된 구조로 복원된 심도 영상은 초점 가변 조건에 따라 결정되는 중심 깊이에서 각 깊이별로 공간 해상도를 기조 대비 향상할 수 있었으며, 결과적으로, 고해상도와 심도 확장이 동시에 가능함을 보였다. 제안된 연구는 AR 및 VR 장치 등 다양한 애플리케이션에서 3D 디스플레이의 컨텐츠를 구현하기 위한 3D 영상 정보 획득 소자를 적은 부피의 광학 모듈로 구현할 수 있는 방법으로 적극 활용이 가능할 것으로 기대된다.