전역 2차원 DCT를 이용한 디지털 홀로그램의 분석 및 워터마킹 기법

최현준,서영호,유지상,김동욱,Choi, Hyun-Jun,Seo, Young-Ho,Yoo, Ji-Sang,Kim, Dong-Wook 한국정보통신학회 2007 한국정보통신학회논문지 Vol.11 No.7

본 논문에서는 컴퓨터 생성 홀로그램(computer generated holograms, CGH) 기법을 이용해 생성한 디지털 홀로그램을 위한 워터마킹 알고리즘을 제안하였다. 본 연구팀은 일반적인 2차원 디지털 영상들과는 다른 특성을 보이는 디지털 홀로그램을 홀로그램 영역과 전역 2차원 DCT영역에서 분석하였고, 이를 기반으로 새로운 워터마킹 알고리즘을 개발하였다. 제안한 워터마킹 알고리즘을 대상으로 차세대 홀로그래픽 3DTV를 위한 디지털 홀로그램의 전송 수신 단에서 발생할 수 있는 여러 가지 공격들을 수행한 결과 비교적 우수한 특성을 보였다. 특히 전역 2차원 DCT영역에서의 워터마킹 기법이 가우시안 잡음 첨가 이외의 모든 공격에 대해 높은 워터마크 추출율을 보였다. 본 논문에서 제안한 디지털 홀로그램의 분석 방법과 결과, 그리고 디지털 워터마킹 알고리즘은 추후 관련 분야를 연구하는 연구자들에게 하나의 지표가 될 수 있으리라 생각된다. In this paper, we propose a digital watermarking algorithm for digital hologram generated by computer generated hologram(CGH) method. Digital hologram generated by a computer calculation(CGH) is one of the most expensive contents and its usage is being expanded. Thus, it is highly necessary to protect the ownership of digital hologram. In this paper two digital watermarking schemes are introduced hologram-domain and global 2DDCT-domain scheme. Proposed watermarking scheme showed very high imperceptibility and quite high robustness against the attacks. The purpose of this paper is to introduce these global 2DDCT based watermarking schemes. Thus, we expect that these and the contents in this paper can be very useful bases for the further digital watermarking schemes of the digital holograms.

Quad-tree Fresnelet 변환을 이용한 디지털 홀로그램 워터마킹

서영호,구자명,이윤혁,김동욱 (사)디지털산업정보학회 2013 디지털산업정보학회논문지 Vol.9 No.3

This paper proposes a watermarking scheme to protect ownership of a digital hologram, an ultra-high value-added content. It performs pre-defined levels of quad-tree Fresnelet transforms. The relationship among the same-positional-blocks is extracted as the digital pre-watermark. For the relationship, we use properties of a digital hologram that a hologram pixel retains all the information of the object and that the same size of partial holograms reconstructs the same size of object but different in their view points. Also we mix a set of private data with the pre-watermark and the result is encrypted by a block cipher algorithm with a private key. Experimental results showed that the proposed scheme is very robust for the various malicious and non-malicious attacks. Also because it extracts the watermarking data instead of inserting, the watermarking process does not harm the original hologram data. So, it is expected to be used effectively for invisible and robust watermark for digital holograms.

Depth+RGB 카메라 기반의 수직 리그를 이용한 고화질 디지털 홀로그래픽 비디오 생성 시스템의 구

구자명,이윤혁,서영호,김동욱,Koo, Ja-Myung,Lee, Yoon-Hyuk,Seo, Young-Ho,Kim, Dong-Wook 한국방송∙미디어공학회 2012 방송공학회논문지 Vol.17 No.6

본 논문에서는 최근 관심이 고조되고 있는 3차원 입체 비디오 처리 기술의 최종 목표인 디지털 홀로그램을 생성하는데 필요한 객체의 좌표와 색상정보가 들어있는 RGB 영상와 깊이 영상을 획득하여 디지털 홀로그램으로 변환하는 시스템을 제안한다. 먼저, 가시광선과 적외선의 파장을 이용하여 파장에 따라 투과율이 달라지는 콜드 미러를 사용하여 같은 시점을 갖는 RGB와 깊이 영상을 얻는다. 카메라 시스템이 갖는 다양한 왜곡을 없애기 위한 보정과정을 거친 후에 해상도가 서로 틀린 RGB 영상과 깊이 영상의 해상도를 조절한다. 그리고 깊이 정보를 이용하여 디지털 홀로그램으로 구현할 객체를 추출한다. 마지막으로 컴퓨터 생성 홀로그램 (computer-generated hologram, CGH) 알고리즘을 이용하여 추출한 객체를 디지털 홀로그램으로 변환한다. 제안한 시스템의 각 알고리즘은 C/C++/CUDA로 구현하였고, LabView 환경에서 이들을 통합하였다. 고속화를 위하여 홀로그램을 생성하는 것은 범용 그래픽처리유닛(general-purpose computing on graphics processing unit, GPGPU)를 이용하였다. 제안한 시스템을 이용하여 생성한 디지털 홀로그램은 기존의 것보다 더욱 우수한 화질을 가진다는 것을 확인하였다. Recently the attention on digital hologram that is regarded as to be the final goal of the 3-dimensional video technology has been increased. A digital hologram can be generated with a depth and a RGB image. We proposed a new system to capture RGB and depth images and to convert them to digital holograms. First a new cold mirror was designed and produced. It has the different transmittance ratio against various wave length and can provide the same view and focal point to the cameras. After correcting various distortions with the camera system, the different resolution between depth and RGB images was adjusted. The interested object was extracted by using the depth information. Finally a digital hologram was generated with the computer generated hologram (CGH) algorithm. All algorithms were implemented with C/C++/CUDA and integrated in LabView environment. A hologram was calculated in the general-purpose computing on graphics processing unit (GPGPU) for high-speed operation. We identified that the visual quality of the hologram produced by the proposed system is better than the previous one.

A Digital Hologram Encryption Method Using Data Scrambling of Frequency Coefficients

Choi, Hyun-Jun The Korea Institute of Information and Commucation 2013 Journal of information and communication convergen Vol.11 No.3

A digital hologram generated by a computer calculation (computer-generated hologram or capture using charge-coupled device [CCD] camera) is one of the most expensive types of content, and its usage is expanding. Thus, it is highly necessary to protect the ownership of digital holograms. This paper presents an efficient visual security scheme for holographic image reconstruction with a low scrambling cost. Most recent studies on optical security concentrate their focus on security authentication using optical characteristics. However, in this paper, we propose an efficient scrambling method to protect a digital hologram. Therefore, we introduce in this paper several scrambling attempts in both the spatial domain and frequency domain on the basis of the results of analyzing the properties of the coefficients in each domain. To effectively hide the image information, 1/4, 1/256, and 1/16,384 of the original digital hologram needs to be scrambled for the spatial-domain scheme, Fresnel-domain scheme, and discrete cosine transform-domain scheme, respectively. The encryption schemes and the analyses in this paper can be expected to be useful in the research on encryption and other works on digital holograms.

Fast Generation Methods for Computer-Generated Hologram Using a Modified Recursive Addition Algorithm

Choi, Hyun-Jun The Korea Institute of Information and Commucation 2013 Journal of information and communication convergen Vol.11 No.4

A real-time digital holographic display is the core technology for the next-generation 3DTV. Holographic display requires a considerably large amount of calculation. If generating a large number of digital holograms is intended, the amount of calculation and the time required increase exponentially. This is a significant obstacle in a real-time hologram service. This paper proposes an algorithm that increases the speed of generating a Fresnel hologram by using a recursive addition operation covering the entire coordinate array of a digital hologram. The 3D object designed to calculate the digital hologram uses a depth-map image produced by computer graphics. The proposed algorithm is a technique that performs the computer-generated holography (CGH) operation with only recursive addition of all of the hologram's coordinates by analyzing the regularity between the 3D object and the digital hologram coordinates. The experimental results show that the proposed algorithm increases the operation speed by 70% over the technique using the conventional CGH equation and by more than 30% over the previously proposed recursive technique.

분할영역의 3차원 스캐닝을 이용한 홀로그래픽 비디오 신호의 효율적인 부호화 기술

서영호,최현준,김동욱,Seo, Young-Ho,Choi, Hyun-Jun,Kim, Dong-Wook 한국통신학회 2007 韓國通信學會論文誌 Vol.32 No.2C

본 논문에서는 디지털화된 형태로 취득 및 저장된 홀로그램 신호를 부호화하는 새로운 기술을 제안한다. 디지털 홀로그램의 독특한 특성을 파악하여 적절한 형태의 데이터로 변환한 후에 현재 널리 사용되고 있는 표준 압축 기술들에 적용하고자 한다. 전처리과정 이후에 부호화를 위해 추출된 홀로그램은 위치적인 다시점 특성을 이용하여 분할된다. 분할된 홀로그램은 2차원의 여러 시점에서 객체를 촬영한 것과 유사한 특성을 보인다. 시각적으로 잡음과 유사한 형태로 관찰되는 홀로그램의 회절 패턴은 그 자체로써 압축에 이용하기 어렵다. 따라서 홀로그램 생성 원리와 유사하면서 고속 변환이 가능한 2차원 DCT (Discrete Cosine Transform)를 이용하여 분할된 홀로그램을 주파수 변환한다. 주파수 변환된 분할 영역들은 시간적 및 공간적 상관도에 따라서 3차원 스캔 과정을 거치면서 하나의 비디오 스트림으로 구성된다. 비디오 스트림의 한 프레임에 해당하는 분할된 영역들은 다양한 범위를 가지는 계수들로 구성되는데 이를 재구성한 후에 부호화 알고리즘을 이용하여 압축한다. 실험 결과를 살펴보면 제안한 알고리즘은 기존의 기술에 비해서 16배 이상의 높은 압축율에서 더 좋은 복원 성능을 보였다. In this paper, we proposed a new technique to encode and decode the digital hologram. Since the digital hologram (or fringe pattern) is generated by interference of light, it has much different property from natural 2D (2 dimensional) images. First, we acquisite optical-sensed or computer-generated hologram by digital type, and then extract a chrominance component. The extracted digital hologram for coding is separated into segments to use multi-view properties. The segmented hologram shows the similar characteristics with picturing an object with 2D cameras in various point of view. Since fringe pattern is visually observed like as noise, we expect that the fringe pattern has poor coding efficiency. To obtain high efficiency, the segment is transformed with DCT (Discrete Cosine Transform) which resembles hologram generation process with high performance. Each transformed segment passes the 3D scanning process according to time and spatial correlation, and is organized into a video stream. Since the segment which correspond to frame of a video stream consists of the transformed coefficients with wide range of value, it is classified and re-normalized. Finally it is compressed with coding tools. The proposed algorithm illustrated that it has better properties for reconstruction of 16 times higher compression rate than the previous researches.

홀로그램의 깊이 맵 생성을 위한 디지털콘텐츠의 시각정보 조형 연구

김문석(Kim, Moon Seok),이보용(Yi, Po Yong),조윤성(Cho, Yun Sung) 한국디지털디자인협의회 2013 디지털디자인학연구 Vol.13 No.2

디지털콘텐츠의 패러다임은 가상의 현실을 실제 현실과 같이 관객에게 제공하여 즐거움과 재미, 더 나아가 높은 몰입감을 제공하는 방향으로 나아가고 있으며 이를 위한 핵심적 과제는 인간의 시각정보 지각 및 인지의 이해를 바탕으로 하는 실감나는 가상 콘텐츠의 시각화에있다. 인간 주변의 실제 환경은 분명 3차원으로 이루어져 있으나 대상에 대한 지각의 출발은 분명 2차원으로 시작한다. 빛을 통해 인간의 눈에 도달하는 시지각 정보는 망막에 맺힌 2차원 상에서 시작되며 양안에 맺힌 상의 차이와 함께 시각 정보에 대한 경험적 요인의 영향으로 인해 비로소 3차원 공간을 인식할 수 있다. 특히 인간이 공간에 대한 깊이 감을 인식할 때, 대상물 사이의 관계를 통해 가상의 공간감을 느끼게 되며, 이때 양안 보다 단안에 의한 경험적 시각 요소에 많은 영향을 받게 된다. 본 연구는 홀로그램 기반 디지털 콘텐츠의 효율적인 입체감 형성 및 융합 방안 모색을 위한 시각정보 조형 연구를 목적으로 3차원 조형을 위한 시각요소로서의 조형요소와 시각원리로서의 인간의 깊이 지각 요인의 선행 논문을 고찰하고 이를 바탕으로 조형요소와 깊이 지각요인, 홀로그램 입체감의 관계를 검증하고자 하였다. 연구를 위해 조형요소와 깊이 지각 요인, 홀로그램의 입체감 경험 정도를 실험하고 분석하였다. 그 결과 디지털콘텐츠의 3차원 조형에 있어 조형요소는 인간의 깊이 지각 요인에 영향을 미치며 깊이 지각 요인을 반영하여 3차원 조형된 가상 콘텐츠와 홀로그램 영상의 융합이 홀로그램 콘텐츠의 입체감 경험 향상에 긍정적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과는 향후 홀로그램 기반 디지털 콘텐츠 개발을 위한 조형 연구에 기여 할 것으로 기대된다. Paradigm of digital content provides a virtual reality as a physical reality in the direction to provide enjoyment and fun, and a higher In the direction to provide enjoyment and fun, and a higher immersion. Clearly the actual environment of human peripheral consists of three-dimensional but it is true that the perception of a target starts at two-dimensional. Visual perception reached to the human eye through the light begins from the two-dimensional phase formed on the retina. The purpose of this study is the research about visual information formative for the efficient threedimensional formation of hologram-based digital content and seeking convergence plan. So it considered the paper that previously studied the formative elements as visual elements for three-dimensional formative and the factors of depth perception as visual principles, based on this, trying to prove relationship among the formative elements, factors of depth perception, and holographic three-dimensional. For research, it tested and analyzed the formative elements, factors of depth perception, and level of experience tin holograms of three-dimensional. As a result, the formative elements in three-dimensional formative has an effect on the factors of depth perception. And reflecting the factors of depth perception, it shows that virtual content formed three-dimensional and holographic images are positive influence on improving experience of three-dimensional in the holographic content. These findings is expectedto contributing the formative research for the next hologram-based digital content development.

디지털 홀로그램으로부터 임의시점/임의시차 스테레오스코픽 영상 생성

이윤혁(Yoon-Hyuk Lee),최현준(Hyun-Jun Choi),김동욱(Dong-Wook Kim),서영호(Young-Ho Seo) 한국방송·미디어공학회 2014 방송공학회논문지 Vol.19 No.6

This paper proposes a method to generate a stereoscopic image pair from a digital hologram by considering the situation that digital hologram data is serviced but the end-user does not have the proper display equipment, etc. We use Fresnel transform as the method to convert a digital hologram into an image. Each image of the stereoscopic image pair uses a part of the given digital hologram and the sizes of the two partial digital holograms for the two images are chosen to be the same. Here, the size of the image is adjusted by the size of the partial digital hologram and the disparity between the pair images is adjusted by the distance between the centers of the two partial hologram. This paper also deals with how to adjust the size and the disparity of the images. In this paper the generated stereoscopic images are implemented as an anaglyphic display type to confirm the feeling of distance by wearing the red-blue glasses.

디지털 홀로그램 비디오를 위한 인터랙티브 서비스 시스템의 프로토타입 설계

서영호(Young-Ho Seo),이윤혁(Yoon-Hyuk Lee),유지상(Ji-Sang Yoo),김만배(Man-Bae Kim),최현준(Hyun-Jun Choi),김동욱(Dong-Wook Kim) 한국방송·미디어공학회 2012 방송공학회논문지 Vol.17 No.4

The purpose of this paper is to propose a service system for a digital hologram video, which has not been published yet. This system assumes the existing service frame for 2-dimensional or 3-dimensional image/video, which includes data acquisition, processing, transmission, reception, and reconstruction. This system also includes the function to service the digital hologram at the viewer’s view point by tracking the viewer’s face. For this function, the image information at the virtual view point corresponding to the viewer’s view point is generated to get the corresponding hologram. Here in this paper, only a prototype that includes major functions of it is implemented, which includes camera system for data acquisition, camera calibration and image rectification, depth/intensity image enhancement, intermediate view generation, digital hologram generation, and holographic image reconstruction by both simulation and optical apparatus. The proposed prototype system was implemented and the result showed that it takes about 352ms to generate one frame of digital hologram and reconstruct the image by simulation, or 183ms to reconstruct image by optical apparatus instead of simulation.

홀로그램 기반 e-러닝 콘텐츠의 상호작용성 향상을 위한 사용자 인터페이스의 다중 깊이 맵 레이어 시각조형 연구

김문석,조윤성,원종욱 한국디지털디자인학회 2014 디지털디자인학연구 Vol.14 No.2

최근 디지털 미디어 기술의 급속한 발전 속에서 차세대 영상 미디어 기술 분야로 홀로그램 기술이 주목받고 있다. 홀로그램의 가장 큰 특징은 실재감 모순 없는 시각적 특성을 이용해 사용자에게 보다 실재감 있는 영상의 제공을 통한 재미와 몰입감의 제공에 있다. 이러한 홀로그램의 특성은 디지털 시대의 새로운 교육 패러다임으로 발전하고 있는 e-러닝 교수-학습 환경에서 효율적인 시각 커뮤니케이션 방안을 제시해주고 있다. 그러나 현재 홀로그램 관련 연구는 보다 사실적인 영상의 제공 방안에 대한 기술적 연구가 주를 이루고 있으며 학습자와 상호작용이 중요한 e-러닝 환경에서 학습자와의 시각 커뮤니케이션 및 상호작용을 위한 연구는 미흡한 실정이다. 홀로그램 기반의 e-러닝 콘텐츠와 학습자와의 효율적인 시각 커뮤니케이션 및 상호작용을 위해서는 콘텐츠와 학습자 사이의 매개체가 되는 사용자 인터페이스에 대한 연구가 반드시 병행되어야 하며 이는 홀로그램의 활용분야 확대 측면에서도 반드시 연구되어야 할 것이다. 따라서 본 연구에서는 홀로그램 환경의 사용자 인터페이스에서의 시각 커뮤니케이션을 위한 방안으로서 다중 깊이 맵 레이어를 통한 사용자 인터페이스 시각요소의 그룹화, 위계 및 관계 설정이 학습자의 홀로그램 기반 e-러닝 콘텐츠를 사용에 있어 반드시 필요한 향상된 지각된 사용용이성에 미치는 영향 및 상관관계를 실험과 설문을 통해 실증적, 정량적으로 연구하였다. 그 결과 학습자가 홀로그램 기반 e-러닝 콘텐츠를 사용 하는데 있어 사용자 인터페이스와의 효율적인 상호작용을 위한 그룹화, 위계 및 관계 설정에 다중 깊이 맵 레이어 구성이 영향을 미치며 학습자의 지각된 사용용이성에 유의한 영향을 미치는 것으로 결론을 도출하였다. 앞으로 e-러닝 콘텐츠 개발을 위한 다양한 미디어 기술이 연구뿐만 아니라 실재 학습자와의 상호작용을 위한 홀로그램 기반 사용자 인터페이스에 대한 연구가 필요하며 본 연구가 교육 콘텐츠 질 향상에 도움이 될 것으로 기대한다. Digital media technology is developing rapidly. The hologram has drawn attention as a video media technologies of the next generation. Feature of the hologram is provide a realistic image. Feature of the hologram presents a new method to visual communication method of e-learning. However, studies of the technology of the hologram is performed importantly, research on the interaction is insufficient. For the study of the interaction of the hologram, the study of the user interface between the learner and the content is essential. Therefore, in this study, because of the visual communication of the user interface of the hologram, we investigated the setting and grouping layers of depth maps of multiple, hierarchy, of the relationship. In addition, I have empirical research, quantitatively the correlation between the effect on the ease of use of the learner. As a result, multiple depth map layer of the hologram will affect the setting group of user interface, hierarchy, of the relationship, The above results showed the results to influence the ease of use of the learner. Future, studies of user interface of the hologram-based is essential, we will be expected to contribute to the improvement of the quality of education content.