1. 개요
라이트 필드 이름 자체는 기술 이름이며, 트레이드 마크 달린 이름이 아니다. 일단, 라이트 필드는 3차원 공간상의 모든 점에서 모든 방향으로 빛이 얼마만큼의 세기를 가지는지를 표현하는 일종의 장을 나타낸다.2. 사진
이미지를 찍는 것이 아닌 빛을 찍는 새로운 사진술라이트 필드 카메라는 일반 카메라와 달리, 수많은 렌즈(Micro Lens Array)를 이용하여 목표물에서 나오는 빛을 찍는다. 그러니까, 일반 DSLR이 센서에 사진 1장을 남긴다면, 라이트 필드 카메라는 마이크로 렌즈 어레이 개수에 상응하는 개수의 나눠진 빛의 사진을 갖게 된다. 그래서, 라이트 필드 카메라의 경우, 일반 DSLR처럼 미리 초점을 주고 찍어도, 정보만 주어진다면 다른 초점 혹은 조리개 값으로 변경시킬 수 있다.
3. 디스플레이
라이트 필드 디스플레이는 단순히 2D 픽셀을 제어하는 것이 아니라 3D 장면에서 나오는 빛의 강도와 방향을 재현하는 방식으로 작동한다. 즉, 빛의 "방향성"까지 복원하려는 것. 이 보고서에서는 라이트 필드 디스플레이의 원리와 기술을 분석하고, 홀로그램 시스템과의 통합 가능성을 탐구하며, 라이트 시트 현미경(light sheet microscopy) 및 다광자 이미징(multi-photon imaging) 같은 고급 영상 기술과의 관련성을 조명한다.3.1. 방향성 빛의 재구성
기존의 2D 디스플레이와 달리, 라이트 필드 디스플레이는 장면의 field를 재현하는 것을 목표로 한다. 즉, 공간상의 특정 지점에서 빛이 어떤 방향으로 이동하는지를 기록하고, 이를 다시 재현하는 것. 이 방향성 정보가 있어야 진짜 같은 3D를 구현할 수 있다.- 시차(parallax) : 보는 각도에 따라 물체의 위치가 다르게 보이는 현상. 일반적인 2D 디스플레이에서는 구현 불가능.
- 조절(Accomodation) : 눈이 초점을 맞추는 방식. 라이트 필드 디스플레이는 완벽한 조절을 제공하지는 않지만, 전통적인 스테레오스코픽 3D 디스플레이보다 자연스러운 깊이 단서를 제공하여 눈의 피로를 줄일 수 있다.
핵심 원리 다양한 각도에서 3D 장면을 바라본 여러 시점을 캡처하고, 이를 적절한 방향으로 투사하는 것. 쉽게 말해, 창문에 여러 개의 작은 렌즈가 있다고 가정하면, 각 렌즈는 조금씩 다른 시점을 보게 된다. 라이트 필드 디스플레이는 이런 원리를 이용한다
3.2. 마이크로렌즈 배열 (Microlens array)
- 원리: 기존 2D 디스플레이 앞에 마이크로렌즈 배열을 배치하여 각 렌즈가 3D 장면의 다른 시점을 투영하는 방식.
- 메커니즘: 2D 패널의 픽셀을 서브픽셀 단위로 나눠, 각 서브픽셀이 특정 시점의 정보를 제공.
- 장점: 광학적으로 간단하며, 연속적인 시차를 제공할 수 있음.
- 단점: 해상도가 시야각과 나뉘기 때문에 저하됨, 시야각이 제한적일 수 있음, 고스트 현상 발생 가능.
== 방향성 백라이트 (Directional backlight)==
- 원리: 마이크로렌즈 없이 백라이트 자체를 특정 방향으로 빛을 내도록 조절.
- 방법:기울어진(backlight unit) 또는 구조화된 백라이트 사용.액정 기반 가변형 광가이드 적용. 개별 제어 가능한 LED 배열을 사용하여 방향 제어.
- 장점: 마이크로렌즈 방식보다 높은 해상도 구현 가능, 시야각을 넓힐 수 있음.
- 단점: 백라이트 설계가 복잡해지고, 전력 소모 증가 가능.
3.3. 다중 프로젝터 시스템(Multi-projector Systems)
- 원리: 여러 개의 프로젝터를 사용하여 각각 다른 시점의 영상을 투사하는 방식.
- 메커니즘: 프로젝터 배열을 정밀하게 정렬하여 공간 내에서 light field 재현.
- 장점: 높은 밝기와 대형 디스플레이 구현 가능, 다양한 시야각 제공.
- 단점: 세팅이 복잡하고 비용이 높으며, 프로젝터 간의 정렬 및 블렌딩 문제 발생 가능.
3.4. 계산 기반 라이트 필드 디스플레이(Computational Light Field Displays)
- 원리: 광장을 최적화하여 재현하는 계산 알고리즘을 활용.
- 방법: 광도파로(Waveguide-based Displays): 빛을 특정 방향으로 조절하는 구조 사용.
- 공간 광 변조기(SLMs): 빛의 위상 및 진폭을 조절하여 복잡한 방향성 패턴을 생성.
- 최적화된 렌더링: 시청자의 위치 및 장면 정보를 기반으로 최적의 시점을 계산하여 제공.
- 장점: 효율적이고 콤팩트한 설계 가능, 최적화된 렌더링 기술 활용 가능.
- 단점: 높은 계산량 필요, 연구 개발 단계.
4. 홀로그램 디스플레이와 라이트 필드 디스플레이의 관계
라이트 필드 디스플레이는 진짜 홀로그램은 아니지만, 홀로그램으로 가는 과정에서 중요한 역할을 할 수 있음.- 라이트 필드의 근사화: 홀로그램은 빛의 위상 정보까지 재현하지만, 라이트 필드 디스플레이는 방향성까지만 고려하여 보다 실용적인 접근법 제공.
- 혼합형 기술: 일부 연구에서는 라이트 필드 기술을 홀로그램 생성 과정에 활용.
- 연산량 절감: 홀로그램의 연산량이 매우 크기 때문에, 라이트 필드를 통해 이를 줄이는 방향으로 연구 진행 중.