Výpočetní holografický CGH

Za prvé, technické principy

Jádrem výpočetní holografie je generovat hologramy, které mohou modulovat optickou vlnoplochu pomocí počítačového algoritmu. Tyto hologramy jsou rekonstruovány v optickém systému tak, aby generovaly uživatelem definované čelo vlny, které zase tvoří požadovaný obraz nebo světelné pole. V tomto procesu je klíčem generování hologramu, který určuje kvalitu a přesnost výsledného rekonstruovaného obrazu.

2. Inverzní úloha a metoda řešení

Inverzní problém:

Ve výpočetní holografii je řešení hologramu z dané distribuce intenzity vlny mezi objektem a světlem inverzní problém omezený fyzickými a hardwarovými podmínkami.

Problém je patologický, protože hologram, který striktně splňuje všechna omezení a dokáže rekonstruovat uměle definovanou distribuci intenzity, nemusí být nutně skutečný.

Způsob řešení:

Nekonvexní optimalizační algoritmy: Tato třída algoritmů je široce používána k transformaci špatně podmíněných inverzních problémů na problémy řešící optimální hodnotu. Přesnost řešení závisí na omezeních, optimalizačním rámci a podmínkách inicializace.

Omezující podmínky zahrnují omezení distribuce intenzity rekonstruované vlnoplochy, omezené omezení šířky pásma šíření, omezení prostorového měřítka hologramu a jedinečné omezení intenzity fázového hologramu.

Optimalizační rámec: určuje cestu hledání pro optimální řešení inverzního problému. Běžně používané optimalizační rámce zahrnují alternativní metody projekce a gradientního sestupu (jako je postupný sestup a gradient druhého řádu).

Inicializační podmínka: V nekonvexním optimalizačním scénáři výpočetní holografie se obvykle odkazuje na počáteční definici fáze optické vlnoplochy objektu. Rozdílná fáze počátečního složeného světla má velký vliv na konečný bod konvergence.

3. Aplikace a postup

Aplikace:

Výpočetní holografie má širokou škálu aplikací ve virtuální realitě a rozšířené realitě, head-up displeji, šifrování dat, laserovém zpracování a metasurface designu.

Výpočetní holografická technologie poskytuje zejména v oblasti zobrazování na blízko okem možnost dosáhnout vysoce kvalitního zobrazení obrazu s vysokým rozlišením.

Pokrok:

V posledních letech se s neustálým zlepšováním optimalizačních algoritmů a zlepšováním výkonu počítače výrazně zlepšila přesnost a efektivita výpočetní rekonstrukce hologramu.

Výzkumníci také zkoumají nové metody generování hologramů a optimalizační strategie, aby dále rozšířili aplikační rozsah výpočetní holografie a zlepšili její výkon.

Iv. Výzvy a vyhlídky do budoucna

Výzva:

Navzdory pozoruhodnému pokroku v technologii výpočetní holografie stále existují určité problémy. Například, jak dále zlepšit přesnost a účinnost rekonstrukce hologramu a jak vyřešit problém skvrnitosti způsobený koherentním světelným zdrojem.

Výhled do budoucna:

S prohlubujícím se křížovým výzkumem mezi optikou a informatikou se věří, že v oblasti výpočetní holografie bude v budoucnu aplikováno více inovativních technologií a metod.

Tyto nové technologie a metody dále podpoří rozvoj technologie výpočetní holografie a učiní z ní důležitou roli ve více oblastech.

Abychom to shrnuli, počítačová holografie je technologie s širokým uplatněním a významnou výzkumnou hodnotou. Předpokládá se, že prostřednictvím neustálého průzkumu a inovací bude výpočetní holografická technologie v budoucnu dosahovat průlomů a aplikací ve více oblastech.