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홀로그램
홀로그램(Hologram)이란 '전체', '모두'를 뜻하는 홀로(Holo)와 '정보'를 뜻하는 그램(gram)의 합성어로, 홀로그래피 기술을 통해 존재하지 않지만 실제와 같은 3차원 영상이나 이미지를 재현하는 기술이다. 상용화된 홀로그램으로는 지폐나 제품의 위변조를 방지하거나 소프트웨어의 복제를 방지하는데 사용되고 있다.[1]
역사
1947년 헝가리 출신의 영국 물리학자 데니스 가보르(Dennis Gabor)가 전자현미경의 해상도를 개선하던 중 처음 제시한 홀로그래피(Holography)라는 개념을 기본 원리로 한다. 홀로그래피는 그리스어로 ‘전체’를 의미하는 'Holo'와 기록을 뜻하는 'Graphein'의 합성어로 '모든 것을 기록하는 기술'을 의미한다.[2]
데니스 가보르는 전자현미경의 상을 개선하기 위한 방법으로 재생 시에 전자선보다 파장이 긴 빛을 이용해 상을 확대해 재생하고자 했다. 하지만 당시에는 간섭성이 좋은 가간섭성(coherence)의 전자선을 얻을 수 없어 수은 등을 이용해 기록과 재생실험을 했다. 수은 등 빛을 작은 구멍에 통과시켜 간섭성이 좋은 광원을 얻고자 했지만 데니스 가보르가 얻은 상은 희미한 이중상이어서 그 당시엔 그다지 주목받지 못했다. 하지만 1960년대에 T.메이먼에 의해 레이저가 발명된 후부터 본격적으로 연구, 개발되기 시작했다.[3]
원리
홀로그램은 빛의 반사, 회절을 이용한다. 물체로부터 반사되어 우리에게 보이는 빛을 파동으로 이해하고, 이 파동에 대한 모든 정보를 빛의 간섭 무늬로 기록한다. 하나의 레이저에서 나온 빛을 빔스플리터로 둘로 나누어 그 중 하나의 빛으로 피사체를 비추면, 피사체 표면에서 난반사 된 빛이 홀로그래피의 [4]감광재료에 도달한다. 이 빛을 '물체광(Object beam)'이라고 한다. 나머지 다른 빛은 렌즈로 확산시켜 직접 홀로그래피 감광재료의 전면에 비추게 한다. 이 빛을 '참조광(Reference Bream)'이라고 한다. 이렇게 두 빛이 만났을 때, 홀로그래피 감광재료상에 물체광과 참조광 사이에 간섭현상이 일어나며 밝고 어두운 수 많은 선으로 이루어진 간섭무늬가 만들어지는데, 이 간섭무늬에 피사체의 진폭과 위상이 기록된다. 이 간섭무늬를 기록한 사진이 바로 홀로그램이다.[5]
홀로그램은 빛의 간섭 특성에 의해 실제 사물에 대한 3차원 정보를 획득할 수 있고, 빛의 회절과 굴절의 특성을 이용해 실제 사물이나 가상의 물체를 3차원 공간상에 마치 실제처럼 왜곡 없이 재현이 가능하다.[6]
종류
홀로그램은 재생, 생성 방식에 따라 크게 3가지로 분류된다. 광원으로 레이저를 사용하며 사진 촬영을 응용한 3차원 영상 이미지 제작 기술을 '아날로그 광학 홀로그래피(Optical Holography)'라고 하고, CCD카메라나 CMOS 센서 등의 이미지 센서로 촬영한 3차원 디지털 데이터를 획득하여 홀로그램을 생성하고, 저장과 처리 및 편집이 가능한 형태에 대한 기술을 '디지털 홀로그래피(Digital Holography)'라고 한다. 그리고 완전한 홀로그램은 아니지만 초다시점 입체영상을 촬영하거나 반투과형 스크린을 투영하는 영상 등 홀로그램 영상처럼 모방한 '유사 홀로그램'이 있다. [7]
아날로그 홀로그램
아날로그 홀로그램은 광원으로 레이저를 사용하고 기록재료로 홀로그램 필름, 포토 폴리머 등을 사용해 피사체의 간섭 패턴을 기록재료에 기록하고 재생한다. 아날로그 광학 홀로그램을 기록하기 위해서는 파장 및 위상에 일관성이 있는 결맞는 성질(coherent)을 가진 레이저 빛을 빔스플리터를 이용해 두 개로 나누고, 두 레이저 중 하나는 물체를 향하게 하며 이것을 물체파라고 한다. 물체파가 피사체에 부딪혀 반사되는 레이저 빛은 필름으로 향하게 한다. 다른 하나는 기준파라고 하며, 경로는 기록재료인 필름판 위에 직접 코히어런트 광원을 입사하게 한다. 피사체에서 반사된 밝기와 위상정보를 가진 빛인 물체파와 필름판에 직접 주사된 기준파가 만나 발생하는 빛의 회절과 간섭무늬를 기록하면 3차원의 입체 정보를 가진 홀로그램이 된다. 이 입체 정보를 재생하기 위해서는 레이저 광원을 비춰보는 것이 가장 좋다. 이러한 아날로그 홀로그램은 주로 전시나 예술 분야 등에서 다양하게 활용되고 있다.아날로그 홀로그램은 편집이나 압축, 전송이 불가능하다는 단점이 있다.[8]
디지털 홀로그램
디지털 홀로그래피는 CCD(Charge Coupled Device)카메라나 CMOS 센서 등 이미지센서로 촬영해 얻은 3차원 디지털 데이터를 이용해 홀로그램을 생성하고, 저장과 처리, 편집, 압축, 전송이 가능하다. 디지털 홀로그램은 고해상 공간광변조기(SML, Spatial Light Modulator)를 이용해 영상을 재생할 수 있다. 디지털 홀로그래피 기술은 피사체의 위상 정보나 3차원 정보에 대한 기록이 가능하고 피사체의 정량적인 해석이 가능하며 현상 처리가 필요하지 않다는 특징이 있다. 디지털 홀로그래피에서는 참조광을 이미지 센서에 대하여 거의 수직으로 조사하는 인라인 홀로그램을 사용하여 미세한 간섭 패턴을 기록한다. 인라인 홀로그램을 사용하면 한 장의 간섭무늬 영상을 촬영해 피사체의 3차원 영상의 정보를 기록, 재생할 수 있다. 따라서 움직이는 피사체에도 적용이 가능하다. 실제로 존재하지 않는 피사체 또한 컴퓨터 그래픽으로 생성, 촬영해 구현할 수 있다. [9]
디지털 홀로그램에서 홀로그램 영상을 획득하는 기술은 실제 물체의 3차원 정보를 획득하거나 컴퓨터 그래픽으로부터 영상을 가져오는 방법으로 구분할 수 있다. 실제 물체를 직접적으로 획득할 수 있는 기술은 대표적으로 두 가지가 있는데, 자가 간섭계(Self-interference)기술과 광 스캐닝 홀로그래피(Optical Scanning Holography)이다. 최근에는 컴퓨팅 기술의 발달로 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH, Computer Generated Hologram)으로 실사 영상 및 3차원 객체를 생성하여 완벽하게 재현할 수 있는 다양한 기술이 개발되고 있다.[10] 컴퓨터 생성 홀로그램은 3차원 좌표와 그 점에서의 색상정보를 얻고 수학적 모델에 따라 홀로그램을 계산해 합성한다. 디지털 홀로그램 생성의 궁극적인 목적은 실제와 같은 3D 영상 데이터를 담은 컴퓨터 생성 홀로그램을 실시간으로 생성하는 것이다. 이것을 실현하기 위해서 방대한 양의 계산 처리를 위한 알고리즘을 개발하고, 고속화 그래픽 프로세싱 알고리즘의 개발이 진행되고 있다. [11]
유사 홀로그램
각주
- ↑ 〈홀로그래피〉,《위키백과》
- ↑ 〈홀로그래피〉,《위키백과》
- ↑ *박성환 미래방송연구회 부회장,〈홀로그램 기본 원리와 종류〉, 《월간 방송과 기술》, 2016-10
- ↑ 〈홀로그램 기록용 감광재료에는 은염(Silver halide), DCG(dicromated gelatin), 포토레지스트(photoresist) 등이 있다.〉
- ↑ 〈홀로그래피〉, 《사이언스올》
- ↑ 〈홀로그램 기술소개 및 산업동향〉, 《첨단정보통신융합산업기술원》
- ↑ 박성환 미래방송연구회 부회장,〈홀로그램 기본 원리와 종류〉, 《월간 방송과 기술》, 2016-10
- ↑ 박성환 미래방송연구회 부회장,〈홀로그램 기본 원리와 종류〉, 《월간 방송과 기술》, 2016-10
- ↑ 박성환 미래방송연구회 부회장,〈홀로그램 기본 원리와 종류〉, 《월간 방송과 기술》, 2016-10
- ↑ 남제호 ETRI 디지털홀로그래피연구실 책임연구원 외 5명,〈디지털 홀로그래피 기술 개요 및 표준화 동향〉
- ↑ 박성환 미래방송연구회 부회장,〈홀로그램 기본 원리와 종류〉, 《월간 방송과 기술》, 2016-10
참고자료
- 〈홀로그램〉,《나무위키》
- 〈홀로그래피〉,《위키백과》
- 〈홀로그래피〉, 《사이언스올》
- 경제학계론,〈홀로그램의 원리 및 종류〉,네이버 블로그, 2017 -09-15
- 박성환 미래방송연구회 부회장,〈홀로그램 기본 원리와 종류〉, 《월간 방송과 기술》, 2016-10
- 〈홀로그램 기술소개 및 산업동향〉, 《첨단정보통신융합산업기술원》
- 남제호 ETRI 디지털홀로그래피연구실 책임연구원 외 5명,〈디지털 홀로그래피 기술 개요 및 표준화 동향〉
