Основной принципкомпьютерная голографиязаключается в использовании компьютера для определения фазы или амплитуды света, генерации цифровой голограммы, а затем модуляции фазы или амплитуды света с помощью оптических модуляторов, таких как пространственный модулятор света (SLM), и, наконец, использования когерентного света для облучения SLM. Генерируется освежающее световое поле, формирующее динамическое голографическое трехмерное изображение.
В отличие от традиционного поколения голограмм,компьютерная голографияне требует, чтобы два луча света были физически когерентными, что упрощает процесс генерации голограммы. Однако высокоточная генерациявычислительные голограммыпо-прежнему сталкивается со многими проблемами, такими как большой объем вычислений, высокие требования к вычислительной мощности, а также ограничения по разрешению и размеру пространственных модуляторов света.
Высокоточное поколениевычислительные голограммызависит от алгоритмов оптимизации. Поскольку оптимизация голограмм по сути является плохо обусловленной обратной задачей, ее решение обычно осуществляется с помощью алгоритмов невыпуклой оптимизации. Выбор и настройка параметров алгоритма оптимизации будут напрямую влиять на качество и вычислительную эффективность генерации голограмм.
Общие структуры оптимизации включают альтернативный метод проекции и метод градиентного спуска. Метод альтернативного проецирования находит оптимальное решение, удовлетворяющее ограничениям двух замкнутых множеств, путем альтернативного проецирования между двумя закрытыми множествами. Метод градиентного спуска определяет направление снижения функции потерь посредством расчета градиента, чтобы найти оптимальное решение, удовлетворяющее условиям ограничения.
Пространственный модулятор света
Пространственный модулятор света является ключевым устройством вкомпьютерная голография, который может преобразовывать оцифрованные голограммы в модуляцию светового поля. В настоящее время большинство вычислительных голографических систем полагаются на проекционные устройства, такие как SLM или цифровое микрозеркальное устройство (DMD). Однако этим устройствам присущи ограничения в работе дисплея, такие как слишком малый угол поля зрения и многопорядковая дифракция.
Чтобы решить эти проблемы, исследователи изучают голографию на основе метаповерхностей. Metasurface может вносить изменения в основные свойства электромагнитных волн, такие как амплитуда и фаза, и достигать многих эффектов модуляции, которых трудно достичь в традиционных устройствах модуляции. Голография на основе Metasurface добилась большого прогресса в области большого поля зрения, бесцветного изображения, цветного отображения, расширения информационной емкости, многомерного мультиплексирования и так далее.
Динамический голографический дисплей
Динамический голографический дисплей является важной областью применениякомпьютерная голография. Традиционная система голографического отображения часто сталкивается с проблемами, связанными с большими объемами вычислений и низкой частотой кадров дисплея, что ограничивает ее применение в продвинутых дисплеях, таких как расширенное взаимодействие человека и компьютера. Чтобы реализовать динамический голографический дисплей с высокой плавностью, исследователи изучают эффективныевычислительная голограммаметоды генерации и методы отображения.
Например, команда из Уханьского национального исследовательского центра оптоэлектроники Хуачжунского университета науки и технологий предложила технологию динамической межбитовой метаповерхностной голографии (Bit-MH) с высокой частотой вычислений и отображения кадров. Этот метод обеспечивает эффективное динамическое обновление и взаимодействие в реальном времени за счет разделения функции отображения метаповерхности на различные пространственные области (т.е. пространственные каналы) и проецирования реконструированного субголографического рисунка в каждый канал.
Вычислительная голография имеет широкую перспективу применения в области 3D-дисплея. С помощью компьютерно-генерируемых голограмм можно добиться высокоточной модуляции волнового фронта для создания трехмерных сцен с постоянным ощущением глубины. Эту технологию можно использовать не только в сфере развлечений и игр, но также в образовании, обучении, медицине и других областях, чтобы обеспечить более реалистичное и интуитивно понятное трехмерное визуальное восприятие.
Оптическое хранение и обработка информации
Компьютерная голографиятакже может использоваться для оптического хранения и обработки информации. Генерируя цифровые голограммы, информация может храниться на носителе в виде светового поля для достижения высокой плотности и высокой скорости хранения и считывания информации. Кроме того,компьютерная голографиятакже может использоваться в таких областях, как оптическое шифрование и борьба с подделками, для повышения безопасности и надежности информации.
Дополненная реальность и виртуальная реальность
Компьютерная голографиятакже имеет потенциальное применение в области дополненной реальности (AR) и виртуальной реальности (VR). Путем создания реалистичных трехмерных голографических изображений можно добиться естественного взаимодействия и погружения в системы AR и VR. Например, в AR-системахкомпьютерная голографияТехнология позволяет пользователям естественным образом сосредоточиться на отображаемом контенте на разных глубинах плоскости, решая проблему урегулирования конфликта визуальной конвергенции (VAC) и повышая комфорт пользователя.
Лазерная обработка и проектирование метаповерхностей
Компьютерная голографиятакже может использоваться в таких областях, как лазерная обработка и проектирование метаповерхностей. Генерируя высокоточные голограммы, можно добиться точного управления лазерным лучом, а также высокоточной лазерной обработки и микронанопроизводства. Кроме того,компьютерная голографиятакже может использоваться для проектирования и оптимизации метаповерхностей для достижения более сложных и эффективных эффектов модуляции электромагнитных волн.
Благодаря постоянному развитию компьютерных технологий и постоянным инновациям оптических устройств,компьютерная голографиятехнологии постоянно совершают новые успехи и прорывы. Однако,компьютерная голографияпо-прежнему сталкивается со многими проблемами и проблемами, такими как большой объем вычислений, высокие требования к вычислительной мощности, ограничение разрешения и размера пространственного модулятора света. Чтобы решить эти проблемы, исследователи изучают новые алгоритмы и методы, такие как методы генерации голограмм на основе глубокого обучения, голография на основе метаповерхностей и т. д.
В будущем,компьютерная голографияОжидается, что технология будет применяться и популяризироваться в большем количестве областей. Например, в системе отображения HUD транспортного средства вычислительная голографическая технология может реализовать более реалистичную и интуитивно понятную трехмерную навигацию и отображение информации; В медицинской сфере вычислительная голографическая технология может использоваться в таких областях, как хирургическая навигация и телемедицина, для повышения уровня и эффективности медицины.
Короче говоря, компьютерная голография как технология с преобразующим потенциалом постоянно способствует развитию оптики и информатики. Ожидается, что благодаря постоянному развитию технологий и постоянному расширению областей применения компьютерная голография приведет к прорывам и инновациям в большем количестве областей, принеся человечеству больше удобства и сюрпризов.
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies.
Privacy Policy
