홀로그래픽 디스플레이는 베르전스–아코모데이션(vergence–accommodation) 충돌 없이 연속적인 깊이 단서와 자연스러운 시차(parallax)를 가능하게 하는 파면(wavefront) 재구성을 통해 증강현실 및 가상현실 응용 분야에서 상당한 잠재력을 제공한다. 그러나 픽셀 수준의 영상 품질이 발전했음에도 불구하고, 현재 시스템은 시각적 실감의 필수 요소인 지각적으로 정확한 색 재현을 달성하는 데 어려움을 겪는다. 이러한 문제는 결맞은 레이저 조명(coherent laser illumination), 공간 광 변조기(spatial light modulator) 결함, 색수차(chromatic aberrations), 카메라 유발 색 편향(camera-induced color biases)으로 인한 복합적인 시스템 수준 왜곡에서 비롯된다. 본 연구에서는 홀로그래픽 디스플레이를 위한 지각 인지(perceptually-aware) 색 관리(color management) 프레임워크를 제안하며, 색공간 변환, 적응형 조명 제어, 카메라의 색 응답에 대한 신경망 기반 지각 모델링을 통해 입력–출력 간 색 불일치를 공동으로 해결한다. 본 접근법의 효과는 수치 시뮬레이션, 광학 실험 및 통제된 사용자 연구를 통해 검증한다. 그 결과 지각적 색 충실도(perceptual color fidelity)가 상당히 향상됨을 확인하였으며, 이는 향후 시스템에서 지각 기반 홀로그래픽 렌더링을 위한 기반을 마련한다.

본 논문에서는 가림(occlusion) 기능을 갖춘 홀로그램 증강현실(AR) 디스플레이를 제안하고, 가림을 통해 AR 영상을 향상시킬 수 있음을 입증한다. 홀로그램 디스플레이는 이상적인 3D 가상 이미지를 생성할 수 있으며, 특히 학습 기반 접근을 통한 잡음 감소에서 최근 빠른 발전이 이루어졌다. 그러나 이러한 디스플레이는 홀로그램 가상 이미지가 단순히 현실 세계에 중첩되기 때문에 대비와 가시성이 저하되어 AR 상황에서의 영상 품질 개선에는 여전히 과제가 존재한다. 이를 해결하기 위해, 현실 세계의 지정된 영역을 가릴 수 있는 가림(optics) 광학을 홀로그램 AR 디스플레이에 통합한다. 제안된 시스템은 디지털 마이크로미러 디바이스를 사용하는 접힌(folded) 4f 시스템을 채택하고, 이를 실제 세계의 마스크 역할과 능동(active) 푸리에 필터 역할을 순차적으로 수행하도록 설계하였다. 이 접근은 전통적으로 반투명한 홀로그램 이미지를 지각적으로 불투명하게 변환하는 동시에, 픽셀화된 홀로그램 디스플레이에서 발생하는 원치 않는 잡음 항을 제거한다. 또한 능동 푸리에 필터링은 시간 다중(time-multiplexed) 동작을 통해 가상 이미지의 시야각(field of view)을 확장하고, 특히 희소(sparse) 가상 콘텐츠에 대해 우수한 성능을 보이는 새로운 이진(binary) 홀로그램 최적화 알고리즘을 지원한다. 구현 결과, 불투명한 홀로그램 3D 이미지 표출을 성공적으로 달성하였으며, 대비와 영상 품질을 유의미하게 향상시키면서 광학적으로 투사된 그림자를 포함하는 매우 사실적인 3D AR 장면을 생성한다.

이 논문에서는 현실적인 증강현실을 구현하기 위한 웨이브가이드 기반 쌍안(양안) 맥스웰리언( Maxwellian ) 근접안(near-eye) 디스플레이를 제안한다. 두 개의 마이크로 디스플레이를 사용하는 것이 일반적인 기존 쌍안 근접안 디스플레이와 달리, 제안하는 구성은 쌍안 이미지를 표시하기 위해 단 하나의 마이크로 디스플레이만을 독특하게 활용한다. 본 설계에서 핵심 광학 구성요소는 원편광 상태에 따라 입사광을 서로 다른 방향으로 편향시키는 편광 의존 격자이다. 또한 비전형적인 커플러, 즉 핀-미러 홀로그램 광학 소자 어레이(pin-mirror holographic optical element array)를 사용함으로써, 기존 근접안 디스플레이에서 시각적 불편의 주요 원인인 조절-수렴(vergence-accommodation) 갈등 문제를 해결한다. 핀-미러 홀로그램 광학 소자들을 세트로 사용함으로써 시야각(field of view) 향상도 함께 시연한다.

홀로그래픽 디스플레이는 베르전스–아코모데이션(vergence–accommodation) 충돌 없이 연속적인 깊이 단서와 자연스러운 시차(parallax)를 가능하게 하는 파면(wavefront) 재구성을 통해 증강현실 및 가상현실 응용 분야에서 상당한 잠재력을 제공한다. 그러나 픽셀 수준의 영상 품질이 발전했음에도 불구하고, 현재 시스템은 시각적 실감의 필수 요소인 지각적으로 정확한 색 재현을 달성하는 데 어려움을 겪는다. 이러한 문제는 결맞은 레이저 조명(coherent laser illumination), 공간 광 변조기(spatial light modulator) 결함, 색수차(chromatic aberrations), 카메라 유발 색 편향(camera-induced color biases)으로 인한 복합적인 시스템 수준 왜곡에서 비롯된다. 본 연구에서는 홀로그래픽 디스플레이를 위한 지각 인지(perceptually-aware) 색 관리(color management) 프레임워크를 제안하며, 색공간 변환, 적응형 조명 제어, 카메라의 색 응답에 대한 신경망 기반 지각 모델링을 통해 입력–출력 간 색 불일치를 공동으로 해결한다. 본 접근법의 효과는 수치 시뮬레이션, 광학 실험 및 통제된 사용자 연구를 통해 검증한다. 그 결과 지각적 색 충실도(perceptual color fidelity)가 상당히 향상됨을 확인하였으며, 이는 향후 시스템에서 지각 기반 홀로그래픽 렌더링을 위한 기반을 마련한다.

본 논문에서는 가림(occlusion) 기능을 갖춘 홀로그램 증강현실(AR) 디스플레이를 제안하고, 가림을 통해 AR 영상을 향상시킬 수 있음을 입증한다. 홀로그램 디스플레이는 이상적인 3D 가상 이미지를 생성할 수 있으며, 특히 학습 기반 접근을 통한 잡음 감소에서 최근 빠른 발전이 이루어졌다. 그러나 이러한 디스플레이는 홀로그램 가상 이미지가 단순히 현실 세계에 중첩되기 때문에 대비와 가시성이 저하되어 AR 상황에서의 영상 품질 개선에는 여전히 과제가 존재한다. 이를 해결하기 위해, 현실 세계의 지정된 영역을 가릴 수 있는 가림(optics) 광학을 홀로그램 AR 디스플레이에 통합한다. 제안된 시스템은 디지털 마이크로미러 디바이스를 사용하는 접힌(folded) 4f 시스템을 채택하고, 이를 실제 세계의 마스크 역할과 능동(active) 푸리에 필터 역할을 순차적으로 수행하도록 설계하였다. 이 접근은 전통적으로 반투명한 홀로그램 이미지를 지각적으로 불투명하게 변환하는 동시에, 픽셀화된 홀로그램 디스플레이에서 발생하는 원치 않는 잡음 항을 제거한다. 또한 능동 푸리에 필터링은 시간 다중(time-multiplexed) 동작을 통해 가상 이미지의 시야각(field of view)을 확장하고, 특히 희소(sparse) 가상 콘텐츠에 대해 우수한 성능을 보이는 새로운 이진(binary) 홀로그램 최적화 알고리즘을 지원한다. 구현 결과, 불투명한 홀로그램 3D 이미지 표출을 성공적으로 달성하였으며, 대비와 영상 품질을 유의미하게 향상시키면서 광학적으로 투사된 그림자를 포함하는 매우 사실적인 3D AR 장면을 생성한다.

이 논문에서는 현실적인 증강현실을 구현하기 위한 웨이브가이드 기반 쌍안(양안) 맥스웰리언( Maxwellian ) 근접안(near-eye) 디스플레이를 제안한다. 두 개의 마이크로 디스플레이를 사용하는 것이 일반적인 기존 쌍안 근접안 디스플레이와 달리, 제안하는 구성은 쌍안 이미지를 표시하기 위해 단 하나의 마이크로 디스플레이만을 독특하게 활용한다. 본 설계에서 핵심 광학 구성요소는 원편광 상태에 따라 입사광을 서로 다른 방향으로 편향시키는 편광 의존 격자이다. 또한 비전형적인 커플러, 즉 핀-미러 홀로그램 광학 소자 어레이(pin-mirror holographic optical element array)를 사용함으로써, 기존 근접안 디스플레이에서 시각적 불편의 주요 원인인 조절-수렴(vergence-accommodation) 갈등 문제를 해결한다. 핀-미러 홀로그램 광학 소자들을 세트로 사용함으로써 시야각(field of view) 향상도 함께 시연한다.

우리는 3차원 상호 가림(occlusion)을 지원하는 근시(near-eye) 표시 광학 시스템을 제안한다. 위상만으로 제어하는 실리콘 위의 액정(phase-only liquid crystal on silicon, LCoS)의 편광 제어 특성을 활용함으로써, 단일 LCoS를 사용하여 실제가 보이는 장면(scene)의 가림(masking)과 가상 디지털 장면 이미징을 동시에 구현한다. 또한 포커스 조절 렌즈(focus tunable lens, FTL) 쌍—서로 반대의 곡률을 갖는—을 사용하여 실제 장면 마스크 및 가상 디지털 이미지의 동적 깊이 제어도 달성한다. 단일 LCoS와 반대 곡률의 FTL 쌍을 사용하는 제안된 구성은 임의의 깊이에서 마스크와 이미지의 자기 정렬(self-alignment)을 가능하게 하면서도, 실제 장면의 투명 시(see-through view)를 왜곡하지 않는다. 우리는 제안된 광학의 타당성을 두 가지 광학 벤치탑(광학 실험대) 셋업을 통해 검증하였다. 하나는 연속 깊이 제어를 위한 시판용 FTL 2개를 사용한 셋업이고, 다른 하나는 향상된 폼 팩터(form factor)를 위한 단일 Pancharatnam–Berry 위상형(phase-type) FTL을 사용한 셋업이다.

각도 편차를 통해 평균 17.0%의 PSNR 개선과 51.2%의 LPIPS 감소를 보이는 합성 영상을 산출하였다. 본 연구는 차세대 근안 디스플레이와 컴퓨테이셔널 이미징 시스템을 위한 광실감(photorealistic) 콘텐츠 생성을 가능하게 하며, 진정으로 상호작용적이고 적응적인 디지털 라이트 필드(digital light fields)로 나아가기 위한 실용적인 경로를 제시한다.

디지털 마이크로미러 소자(DMD)를 이용한 가림(occlusion) 기능을 갖춘 홀로그램 증강현실 근안(near-eye) 디스플레이를 제안한다. 시간 다중화(time-multiplexing)를 활용함으로써, DMD는 홀로그램 표시를 위한 푸리에 필터이자 가림을 위한 실제 장면 마스크(real-scene mask)로서 동시에 동작한다.

홀로그램 디스플레이와 중심와(FOVEATED) 디스플레이는 시각적 고정과 초점 조절의 불일치(vergence‐accommodation conflict) 및 시야각(field-of-view)과 각 해상도(angular resolution) 간의 상충 문제를 해결하기 위한 증강현실(AR) 및 가상현실(VR)에서 주목받는 신기술이다. 본 발표에서는 중심와 및 홀로그램 디스플레이 기술을 통합한 최근 연구를 논의한다. 구체적으로 기하학적 위상 렌즈(geometric phase lens)를 활용함으로써, 실험적 검증을 뒷받침으로 하는 매우 컴팩트한 중심와 홀로그램 근접안(near-eye) 디스플레이를 구현할 수 있음을 보인다.