디지털 홀로그램 국내연구 현황
광운대학교 교양학부 서영호 교수
1. 서론
2009년 하반기부터 달궈지기 시작한 3D 입체영상 산업은 올해 들어 우리나라의 경제를 떠받칠 확실한 성장동력의 하나로 여겨지고 있다. 뿐만 아니라 국내외의 사회적인 현상을 볼 때 3D가 방송·영상 산업의 한 축이 될 것이란 점은 누구도 부정하기 어렵다. 삼성, LG 및 소니로 대표되는 세계적인 가전 업체들과 nVidia와 ATI 등의 PC 기반 디스플레이 및 그래픽 업체들은 이미 몇 년 전부터 이 시장의 올 것을 예감하고 치열한 물밑 경쟁을 펼쳐왔다. 이는 CES 2010에 이들이 출시한 전략적 제품들을 통해서 더욱 명확해졌다. 현재 3D산업에 대한 시장의 관심은 가히 폭발적이라 할 수 있다.
<그림 1> 스테레오 입체에서 디지털 홀로그램으로의 3D 입체영상 연구방향의 변화
(출처 : 삼성전자 홈페이지, 영화 스타워즈 중 일부)
최근 들어 3D 콘텐츠와 제품이 안방으로 파고들기 시작하고 3D 기술의 보편화가 이루어지면서 이제는 다음 시대를 위한 새로운 영상 기술에 대한 준비를 할 시기가 되었다. 이런 post-3D의 차세대 기술로 많은 연구자들과 정부 관계자들은 <그림 1>과 같은 디지털 홀로그램을 지목하고 있다. 지금까지 여러 가지 기술적인 한계로 인해 홀로그램이라는 것은 영화나 일부 특별한 분야에서만 볼 수 있는 아직은 상당히 먼 기술로 인식되어왔다. 그러나 불과 십여 년 전만해도 지금과 같이 3D 기술이 보편화될 것이라고 상상하지 못했던 것처럼 주변 기술의 급격한 발달로 인해 수년 내에 홀로그램을 이용한 다양한 영상 시스템과 서비스가 쏟아질 수도 있다. 미국, 일본 및 유럽의 선진국들은 오래 전부터 정부와 대규모 연구기관을 통해 홀로그램을 꾸준히 연구해 오고 있는 반면, 우리나라는 지금까지 대부분 홀로그램의 디스플레이 장치에만 국한하여 일부 연구가 진행되어왔다. 특히 일본과 미국 MIT의 Media Lab 등에서는 ‘현재 세계적인 붐이 일고 있는 스테레오 3D는 중간과정의 단계에 불과하며, 3D는 기업체에서 세계적인 추세에 부응하기 위해 산업적으로 사용할 뿐이고, 궁극적으로는 홀로그램이 입체영상을 점령할 것’이라고 생각하고 있다. 따라서 홀로그램에 대한 연구가 거의 대부분의 연구소나 대학차원에서 이루어지고 있고, 이것은 최근의 국제 학술대회에서도 극명히 드러나고 있다. 그러나 이들의 연구 또한 홀로그램의 생성과 디스플레이에 집중되고 있고, 그 외의 분야에서는 아직 미진한 연구만이 진행되고 있으며, 더구나 우리나라는 이 수준에도 미치지 못하고 있다. 그러나 다행히 최근 들어 3D 산업의 활성화에 자극을 받은 정부기관과 주요 연구기관들은 다음 시대를 이끌 홀로그램의 연구에 대해 관심도를 높이고 있고 향후 로드맵에 대한 구체적인 계획을 세우려 하고 있다.
본고에서는 디지털 홀로그램과 관련된 다양한 측면에서의 신호처리 기술에 대해서 살펴보고자 한다. 이에 앞서서 우리는 홀로그램에 대해서 조금 더 친숙해지고 정확히 알 필요가 있다.
대부분의 사람들은 영화나 각종 광고 등을 통해서 홀로그램이 무엇인지 모두 알고 있다. 마이너리티 리포트, 스타워즈, 아이언맨 및 아바타 등의 영화에서도 홀로그램은 종종 나타난다. 그러나 홀로그램을 많이 봤다고 생각하고, 잘 안다고 생각하고 있지만 정작 홀로그램이 어떻게 생겼는지 홀로그램의 원리는 무엇인지 제대로 알고 있는 사람은 거의 없다. 2D 및 3D 영상을 전공하는 연구자들조차 홀로그램을 제대로 본 사람은 거의 없다. 대부분의 사람들은 홀로그램이 아니라 홀로그램을 이용해서 공간에 재생된 파면을 본 것이다. 실제로 홀로그램은 <그림 2>와 같은 형태이다.
<그림 2> 위상기록 방식의 디지털 프레넬 홀로그램
즉, 디지털 홀로그램이라는 것은 눈에 보이는 공간에 떠 있는 그 복원영상이 아니 위와 같은 광학적 정보 데이터 그 자체라는 것이다. 따라서 디지털 홀로그램의 신호처리 또한 <그림 2>와 같은 고주파 특성이 많은 광학적 정보 데이터가 대상이 되는 것이다.
디지털 홀로그램이 2D 및 3D 영상과 큰 차이점을 갖는 이유는 디스플레이 공간에 있다. 2D나 3D 영상은 디스플레이 공간이 3DTV, 3D LCD 혹은 스크린에 위치한다. 그러나 홀로그램은 우리가 생활하는 공간 자체가 디스플레이 공간이 된다. 최근 유사 홀로그램 기술들이 많이 등장하면서 대중들은 홀로그램에 대해 여러 가지를 오해하고 있다. <그림 3>과 같은 집적 영상 같은 경우에는 영상을 공간에 플로팅 시킬 수 있는 기술이라는 측면에서 홀로그램과 개념이 유사할 수 있지만 그 밖에 유리 등에 영상을 반사시켜 마치 공간에 객체가 재현된 것과 같이 보여주는 기술들을 홀로그램으로 부르고 있는 것은 올바르지 않다.
<그림 3> 집적영상의 예
2. 관련 연구 프로젝트
홀로그램을 연구하는 많은 연구자들이 있지만 그들 모두 디지털 홀로그램 기술의 현재 상황과 향후 발전 추이에 대해 명확하게 제시하지 못하고 있다. 그것은 디지털 홀로그램이라는 것은 단일 기술명으로 불리고 있지만 여타 기술에 비해서 다양한 분야의 기술들이 모여진 기술 집합이기 때문이다. 뿐만 아니라 홀로그램이라는 것이 먼 훗날의 기술로 인식되어 최근까지 주목받지 못하고 있었기 때문에 비교적 연구가 활성화되지 못하고 있었다. 그렇기 때문에 홀로그램을 연구하는 연구자들이 모여서 떠들 수 있는 판이 벌려지지 않았고, 연구 협력이나 교류 또한 비교적 부족했었다. 그와 함께 지금까지 정부도 홀로그램 기술에 대한 대규모 지원을 경시했던 것이 사실이다. 그러나 최근 정부에서도 차세대 영상 기술로써의 홀로그램에 대한 중요성을 인식하고 관련 연구개발 지원을 위한 계획을 세우고 있다.
전 세계적으로 살펴보면 일본이 홀로그램과 관련해서 가장 많은 연구 개발을 진행해 오고 있었다. <그림 4>에는 세계의 주요 연구 현황에 대해서 간략히 나타냈다. 유럽의 Real3D 프로젝트(2008년~2011년)에서는 차세대 디스플레이 방식인 디지털 홀로그래피를 위해 획득 및 디스플레이 장치, 전송기술에 대해 중점적으로 연구하고 있다. 3DTV NoE 프로젝트(2003년~2008년)에서 3D 영상의 획득, 전송, 분배, 디스플레이 등 3D 관련 산업의 전반적인 분야에 대한 연구를 진행하였다. 특히 참여기관 중 빌켄트 대학은 디지털 홀로그래픽 디스플레이를 위한 연구를 성공적으로 수행하였다. 그러나 그들의 연구는 대체로 디스플레이에 집중되어 있는 한계를 갖는다. 최근 빌켄트 대학은 KETI와 기술개발 협력을 위한 MOU를 맺은 상태이다. 유럽보다도 일본이 더욱 활발한 연구 개발을 해오고 있는데, NHK 방송기술 연구소는 정보통신연구기구(NICI)로부터 “다병렬, 상재생형 입체TV 시스템 연구개발” 프로젝트(2006년~2010년)를 지원받아 집적영상 기술의 연구개발을 진행하였다. 또한 최근 일본축구협회는 FIFA 회원국 208개국의 경기장 400곳을 선정해 일본에서 열리는 월드컵 경기를 3D 홀로그램 영상으로 실시간 전송하겠다고 밝혔다. 이 프로젝트는 “208개의 미소”라 하는데 200개의 8K 고화질 카메라를 사용한다. 총 5,500억 엔(7조원) 예산을 투입하는 것으로 계획되어 있고, 프로젝트 책임자는 게이오 대학의 ‘무라이 준’ 교수이다.
그림 3. 세계의 주요 연구단체
홀로그램이 비인기 종목으로 취급을 받아왔었기 때문에 많은 주목을 받지 못하였지만 본 기고자가 포함된 연구팀은 홀로그램 신호처리와 관련해서 국제적인 수준의 연구를 수행해 오고 있었다. 우리 연구팀이 수행했던, 그리고 수행하고 있는 홀로그램 신호처리 관련 과제 목록을 표 1에 요약하였다. 이 중에서 “대화형 디지털 홀로그램 통합 서비스 시스템의 구현을 위한 신호처리 요소기술 및 SoC 개발(IT산업원천기술개발사업)”에서는 대화형 홀로그램 서비스를 위한 신호처리 기술들과 이를 위한 시스템을 종합적으로 연구하고 있다. 또한 “디지털 홀로그램 서비스를 위한 전용 주파수 변환 도구 및 신호처리 기술 개발(연구재단 중견공동과제)에서는 수학자와 함께 홀로그램을 전용 주파수 변환을 위한 도구를 개발하고 있다.
표 1. 디지털 홀로그램 신호처리 관련 국내 주요 연구 (책 : 연구책임자)
* 다음 호에서는 ‘디지털 홀로그램 서비스의 개념과 신호처리방식, 향후 전망’에 대해 소개합니다.
