Digital Holography

현재 학교에서 가볍게 참여하고 있는 프로젝트로 Digital Holography가 있습니다. Holography는 Gabor(1971년 노벨물리학상 수상)에 의해서 처음 시작되어서 현재까지 이런저런 다양한 분야에 응용되고 있습니다. 기존의 사진과 다른 측면은 holography는 2차원 평면에 물체의 3차원 정보를 모두 담을 수 있다는 것입니다. 3차원적인 정보를 포함하기 위해서는 물체에서 나온 빛의 위상정보를 기록할 수 있어야 합니다. 이를 위해서 Reference wave라는 기준파를 물체파와 함께 더해 간섭무늬를 기록하는 것이 holography입니다. 이 reference wave와의 간섭무늬에 물체의 3차원 정보가 들어가 있게 되는 것입니다.

3차원 정보를 갖고 있다는 것을 쉽게 설명하자면 마치 Hologram 판 뒤쪽에 실제로 물체가 있는 것 같은 느낌이 든다는 것입니다. 시선을 좌우로 움직임에 따라 물체의 보이는 모습이 달라집니다. 흔히 입체영상이라고도 할 수 있습니다. 공상과학 영화에 미래의 통화수단이나 텔레비전의 모습으로 사용되기도 합니다. 이 holography의 실제 응용으로는 신권 5000원의 위조방지 마크, 신용카드 고유 마크 등으로도 주위에서 쉽게 볼 수 있습니다.

입체영상을 구현하는 방법이 holography만 있는 것은 아니라고 합니다. 그러나 holography가 눈의 피로를 가장 적게주면서도 입체감이 매우 좋기 때문에 앞으로 무한하게 응용될 것으로 예상되고 있습니다. 물론 앞으로 holography를 이용한 입체영상 TV 중계등을 사용하기 위해선 넘어야 할 산이 많습니다. 현재 다양한 분야의 연구자들이 연구를 계속진행하고 있는 중입니다.

제가 다루게 된 digital holography는 컴퓨터의 엄청난 활용능력을 이용해서 holography를 응용하는 것입니다. 물론 제가 현재 건드리고 있는 부분은 이미 구축해논 체계를 직접 새로 해보는 수준입니다. 새로운 application등으로 나갈 단계는 아닌 것 같지만 조금 건드려보다 좋은 아이디어가 있으면 혹시 모르겠습니다.^^;  Holography로 찍은 사진인 hologram은 광학적 setup을 통해서 제작할 수도 있고 CGH(Computer Generated Hologram) 기술을 통해서 컴퓨터로 제작할 수도 있습니다. 지난번 posting 했던 Lee의 논문이 바로 이 CGH의 시발점이라고도 할 수 있는 기술이죠. 하여간 이렇게 만들어진 hologram을 CCD를 통해서 컴퓨터로 인식을 하면(물론 CGH는 컴퓨터에 있기에.. 따로 인식할 필요는 없습니다.), 컴퓨터의 다양한 계산기능을 통해서 여러 재밌는 일들을 할 수 있습니다.

일단 제가 지난 주말에 했던 일은 첫째로, MATLAB기반으로 이 hologram을 컴퓨터로 인식해서 데이타를 계산할 수 있도록 만들었습니다. 간단한 reference를 참조해서 손쉽게 끝냈고, 그 다음으로는 Frenel-Transform을 잘 활용해서 hologram을 변환해서 Fourier Transform을 통해 본래의 image를 그려봤습니다. 솔직히 간단한 코딩에 너무 쉽게 결과가 나와서 기분은 좋았습니다. Image 상태가 그렇게 좋은 건 아니기에 개선해야할 여지가 많긴 했지만 일단 결과는 나와서 만족이었습니다. 내친김에 간단한 통계처리를 통해서 refrence wave의 non-diffracted term(DC term, Zero order term 등등으로 불리는)을 제거해봤습니다. 주요한 부분을 제거하긴 했지만 minor하게 blurry한 부분이 없어지지 않아서 아쉬웠는데, 앞으로 해나가야할 일인 것 같습니다.

일단 지난 주까지 제가 한 일들이 저거였습니다. 컴퓨터로는 데이터를 직접 하나하나 계산해서 조작할 수 있기 때문에 다양한 테크닉을 응용할 수 있을 것이라고 기대하고 있습니다. 좋은 Idea가 떠올라서 저만의 기술하나를 고안했으면 하네요….

PS. Optics 특히 Applied Optics가 제 main interest는 아닙니다. 요즘 제 main interest는 Theoretical High Energy Physics로 기울어가고 있습니다. 흥미로운 점은 Super String Theory(초중력 이론)에서도 Holography원리가 있다는 것입니다. 광학에서 나온 개념을 응용해서 사용한 것인데, 블랙홀의 엔트로피가 부피가 아닌 표면적에 비례한다는 측면(원래 entropy는 extensive variable로 알려져 있고 부피에 비례합니다.)에 착안해서 3차원적 블랙홀 정보가 2차원 표면에 기록되어 있기에 Holography적인 성질이 있다는 것입니다. wiki에서 검색해보니 't hooft와 susskind에 의 해 주장된 것으로 공간에 있는 정보는 그 경계에서 일어나는 일로 완전히 대응된다는 것입니다. 경계를 통해 내부 전체를 알 수 있다는 것은 왠지 미분 방정식 bounday-value problem들을 생각나게 하는데….. 복소함수의 성질도….. 음 연관성이 있을까요? 가장 엄밀한 이 holographic principle은 Maldacena의 ADS/CFT 대응으로 표현됩니다.(Anti de Sitter Space와 Conformal Field Theory의 대응) 으… 공부가 필요한 시점입니다!!!