Podrobně je představen výpočetní holografický CGH

Nejprve základní princip počítačové holografie

Základním principem výpočetní holografie je použití počítače k ​​vyřešení fáze nebo amplitudy Světla, generování digitálního hologramu a poté modulace fáze nebo amplitudy světla pomocí optických modulátorů, jako je Spatial Light Modulator (SLM), a nakonec použití koherentního světla k ozařování SLM. Vygeneruje se osvěžující světelné pole, které vytvoří dynamický holografický 3D obraz.

Na rozdíl od tradičního generování hologramů, počítačová holografie nevyžaduje, aby byly dva paprsky světla fyzicky koherentní, čímž se proces generování hologramů zjednodušuje. Vysoce přesné generování výpočetních hologramů však stále čelí mnoha výzvám, jako je velké množství výpočtů, vysoké požadavky na výpočetní výkon a omezení rozlišení a velikosti prostorových modulátorů světla.

Za druhé, klíčová technologie počítačové holografie

Algoritmus optimalizace hologramu

Vysoce přesné generování výpočetních hologramů závisí na optimalizačních algoritmech. Protože optimalizace hologramu je v podstatě špatně podmíněný inverzní problém, obvykle se řeší pomocí nekonvexních optimalizačních algoritmů. Výběr a nastavení parametrů optimalizačního algoritmu přímo ovlivní kvalitu a výpočetní efektivitu generování hologramu.

Běžné optimalizační rámce zahrnují alternativní metodu projekce a metodu sestupu gradientu. Metoda alternativní projekce najde optimální řešení splňující omezení dvou uzavřených množin pomocí střídavého promítání mezi dvěma uzavřenými množinami. Metoda gradientního sestupu určuje směr poklesu ztrátové funkce pomocí výpočtu gradientu tak, aby bylo nalezeno optimální řešení splňující omezující podmínky.

Modulátor prostorového světla

Modulátor prostorového světla je klíčové zařízení ve výpočetní holografii, které dokáže převést digitalizované hologramy na modulaci světelného pole. V současné době se většina výpočetních holografických systémů spoléhá na projekční zařízení, jako je SLM nebo Digital Micromirror Device (DMD). Tato zařízení však mají vlastní omezení ve výkonu zobrazení, jako je příliš malý úhel zorného pole a difrakce více řádů.

K řešení těchto problémů výzkumníci zkoumají holografii založenou na metapovrchu. Metasurface může zavést mutace v základních vlastnostech elektromagnetických vln, jako je amplituda a fáze, a dosáhnout mnoha modulačních efektů, kterých je obtížné dosáhnout v tradičních modulačních zařízeních. Holografie založená na metapovrchu udělala velký pokrok ve velkém zorném poli, bezbarvém zobrazování, barevném zobrazení, rozšíření informační kapacity, vícerozměrném multiplexování a tak dále.

Dynamickýholografickýzobrazit

Dynamický holografický displej je důležitou aplikační oblastí počítačové holografie. Tradiční holografický zobrazovací systém má často problémy s velkými výpočty a nízkou snímkovou frekvencí displeje, což omezuje jeho použití v pokročilém zobrazení, jako je pokročilá interakce člověka s počítačem. Aby bylo možné realizovat dynamické holografické zobrazení s vysokou plynulostí, výzkumníci zkoumají účinné výpočetní metody generování hologramů a zobrazovací techniky.

Například tým z Wuhanského národního výzkumného centra pro optoelektroniku na Huazhong University of Science and Technology navrhl technologii dynamické interbitové metasurface holografie (Bit-MH) s vysokými výpočetními a zobrazovacími snímkovými frekvencemi. Technika dosahuje účinného dynamického obnovování a interakce v reálném čase rozdělením zobrazovací funkce metapovrchu do různých prostorových oblastí (tj. prostorových kanálů) a promítáním rekonstruovaného subholografického vzoru do každého kanálu.

3. Oblasti použitípočítačová holografie

Trojrozměrný displej

Výpočetní holografie má široké uplatnění v oblasti 3D zobrazení. Pomocí počítačem generovaných hologramů lze dosáhnout vysoce přesné modulace čela vlny pro generování trojrozměrných scén s nepřetržitým pocitem hloubky. Tato technologie může být použita nejen v oblasti zábavy a her, ale také ve vzdělávání, školení, lékařství a dalších oblastech, aby poskytla realističtější a intuitivnější trojrozměrný vizuální zážitek.

Optické ukládání a zpracování informací

Výpočetní holografii lze také použít pro optické ukládání a zpracování informací. Generováním digitálních hologramů lze informace ukládat na médium ve formě světelného pole, aby se dosáhlo vysoké hustoty a rychlého ukládání a čtení informací. Kromě toho lze výpočetní holografii použít také v oblastech, jako je optické šifrování a ochrana proti padělání, aby se zlepšila bezpečnost a spolehlivost informací.

Rozšířená realita a virtuální realita

Počítačová holografie má také potenciální uplatnění v oblasti rozšířené reality (AR) a virtuální reality (VR). Generováním realistických trojrozměrných holografických obrazů lze dosáhnout přirozené interakce a pohlcujících zážitků v systémech AR a VR. Například v systémech AR umožňuje technologie výpočetní holografie uživatelům přirozeně se soustředit na zobrazovaný obsah v různých hloubkách roviny, čímž řeší problém přizpůsobení konfliktu vizuální konvergence (VAC) a zlepšuje uživatelský komfort.

Laserové obrábění a metasurface design

Počítačová holografiemůže být také použit v oblastech, jako je laserové zpracování a metasurface design. Generováním vysoce přesných hologramů lze dosáhnout přesné kontroly laserového paprsku a dosáhnout vysoce přesného laserového zpracování a mikronano výroby. Kromě toho lze výpočetní holografii použít také pro návrh a optimalizaci metapovrchů pro dosažení komplexnějších a účinnějších efektů modulace elektromagnetických vln.

Za čtvrté, vývojový trend a výzva počítačové holografie

S neustálým vývojem výpočetní techniky a neustálými inovacemi optických zařízení, technologie výpočetní holografie neustále činí nový pokrok a průlomy. Výpočetní holografie však stále čelí mnoha výzvám a problémům, jako je velký výpočetní objem, vysoký výpočetní výkon, rozlišení a omezení velikosti prostorového světelného modulátoru. K vyřešení těchto problémů výzkumníci zkoumají nové algoritmy a techniky, jako jsou metody generování hologramů založené na hlubokém učení, holografie založená na metapovrchu atd.

V budoucnu se očekává, že technologie výpočetní holografie bude aplikována a popularizována ve více oborech. Například v zobrazovacím systému HUD vozidla může výpočetní holografická technologie realizovat realističtější a intuitivnější 3D navigaci a zobrazení informací; V lékařské oblasti lze výpočetní holografickou technologii použít v oborech, jako je chirurgická navigace a telemedicína, ke zlepšení lékařské úrovně a účinnosti.

zkrátkapočítačová holografie, jako technologie s transformačním potenciálem neustále prosazuje rozvoj optiky a informační vědy. S neustálým pokrokem technologie a neustálým rozšiřováním aplikačních oblastí se očekává, že počítačová holografie přinese průlomy a inovace ve více oborech, a přinese lidstvu více pohodlí a překvapení.