Разработан способ создания динамических трехмерных голографических проекций сверхвысокой плотности
Команда Гонга и исследовательская группа Ченгвэй Цю из Национального университета Сингапура описывают свой новый подход, называемый трехмерной динамической голографией с помощью рассеяния (3D-SDH), в журнале Optica. Они показывают, что он может достичь разрешения по глубине более чем на три порядка выше, чем современные методы многоплоскостной голографической проекции.
Исследователи разработали новый способ динамического проецирования трехмерных объектов на последовательные плоскости сверхвысокой плотности. Упаковывая больше деталей в 3D-изображение, этот подход может обеспечить реалистичное представление для использования в виртуальной реальности и других приложениях.
Авторы и права: Лэй Гун, Китайский университет науки и технологий.
Исследователи разработали новый способ создания динамических трехмерных голографических проекций сверхвысокой плотности. Упаковывая больше деталей в трехмерное изображение, этот тип голограммы может обеспечить реалистичное представление окружающего мира для использования в виртуальной реальности и других приложениях.
«Трехмерная голограмма может отображать настоящие трехмерные сцены с непрерывными и четкими чертами», — сказал Лей Гун, возглавлявший исследовательскую группу из Университета науки и технологий Китая. «Для виртуальной реальности наш метод можно использовать с голографическими дисплеями на основе гарнитуры, чтобы значительно улучшить углы обзора, что улучшит качество просмотра 3D. Он также может обеспечить более качественные 3D-изображения без использования гарнитуры».
Создание реалистичного голографического изображения трехмерных объектов требует проецирования изображений с высоким разрешением в пикселях на большое количество последовательных плоскостей или слоев, расположенных близко друг к другу. Это позволяет достичь высокого разрешения по глубине, что важно для предоставления признаков глубины, благодаря которым голограмма выглядит трехмерной.
Команда Гонга и исследовательская группа Ченгвэй Цю из Национального университета Сингапура описывают свой новый подход, называемый трехмерной динамической голографией с помощью рассеяния (3D-SDH), в журнале Optica. Они показывают, что он может достичь разрешения по глубине более чем на три порядка выше, чем современные методы многоплоскостной голографической проекции.
«Наш новый метод преодолевает два давно существующих узких места в современных цифровых голографических технологиях — низкое осевое разрешение и высокие межплоскостные перекрестные помехи, — которые препятствуют точному контролю глубины голограммы и, таким образом, ограничивают качество 3D-отображения», — сказал Гонг. «Наш подход может также улучшить оптическое шифрование на основе голографии, позволив зашифровать больше данных в голограмме».
Новый подход динамической голографии с помощью трехмерного рассеяния создает цифровую голограмму путем проецирования изображений с высоким разрешением на плоскости, расположенные близко друг к другу (а), что обеспечивает более реалистичное представление, чем традиционные методы голографии (б).
Авторы и права: Лэй Гун, Китайский университет науки и технологий.
Создание более детализированных голограмм
Создание динамической голографической проекции обычно включает использование пространственного модулятора света (SLM) для модуляции интенсивности и/или фазы светового луча. Однако сегодняшние голограммы ограничены по качеству, потому что современная технология SLM позволяет проецировать только несколько изображений с низким разрешением на отдельные плоскости с низким разрешением по глубине.
Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи объединили SLM с диффузором, который позволяет разделить несколько плоскостей изображения на гораздо меньшую величину, не ограничиваясь свойствами SLM. Кроме того, подавляя перекрестные помехи между плоскостями и используя рассеяние света и формирование волнового фронта, эта установка обеспечивает трехмерную голографическую проекцию сверхвысокой плотности.
Чтобы протестировать новый метод, исследователи сначала использовали моделирование, чтобы показать, что он может создавать трехмерные реконструкции с гораздо меньшим интервалом глубины между каждой плоскостью. Например, они смогли спроецировать трехмерную модель ракеты со 125 последовательными плоскостями изображения с интервалом глубины 0,96 мм в одной голограмме 1000×1000 пикселей по сравнению с 32 плоскостями изображения с интервалом глубины 3,75 мм, используя другую недавно разработанную голограмму (подход, известный как компьютерная голография на основе случайных векторов).
Исследователи использовали свой новый метод для имитации голографического представления ракеты [рисунок показан на (а), модель облака точек на (b)]. Объемное изображение трехмерной ракеты, спроецированное с помощью метода компьютерной голографии на основе случайных векторов (RV-CGH), показано на (c) с использованием одной голограммы размером 1000 × 1000 пикселей. Трехмерная проекция представлена 32 изображениями с интервалом глубины 3,75 мм. Объемное изображение объекта, спроецированное с помощью 3D-SDH, показано на (d). 125 плоскостей изображения с одинаковым расстоянием 0,96 мм одновременно проецируются с одной голограммы размером 1000×1000 пикселей. Объемные изображения смоделированной 3D-ракеты с различными перспективами показаны на (e–g).
Авторы и права: Лэй Гун, Китайский университет науки и технологий.
Для экспериментальной проверки концепции они построили прототип 3D-SDH-проектора для создания динамических 3D-проекций и сравнили его с традиционной современной установкой для компьютерной 3D-голографии Френеля. Они показали, что 3D-SDH обеспечивает улучшение осевого разрешения более чем на три порядка по сравнению с обычным аналогом.
Трехмерные голограммы, которые продемонстрировали исследователи, представляют собой трехмерные изображения облаков точек, то есть они не могут представить твердое тело трехмерного объекта. В конечном счете, исследователи хотели бы иметь возможность проецировать коллекцию трехмерных объектов с помощью голограммы, для чего потребуется голограмма с большим числом пикселей и новые алгоритмы.
