Forbedringer af holografiske displays er klar til at forbedre virtuel og augmented reality

Forskere har udviklet en ny tilgang, der forbedrer billedkvaliteten og kontrasten for holografiske skærme. Den nye teknologi kan hjælpe med at forbedre nærøjsskærme, der bruges til virtuelle og augmented reality-applikationer.

"Udvidede og virtual reality -systemer er klar til at have en transformerende indvirkning på vores samfund ved at levere en problemfri grænseflade mellem en bruger og den digitale verden, "sagde forskerholdsmedlem Jonghyun Kim fra teknologivirksomheden NVIDIA og Stanford University." Holografiske skærme kunne overvinde nogle af de største tilbageværende udfordringer for disse systemer ved at forbedre brugeroplevelsen og muliggøre mere kompakte enheder. "

I Optica , The Optical Society's (OSA) tidsskrift, forskerne beskriver deres nye holografi display teknologi kaldet Michelson holography. Fremgangsmåden kombinerer en ny optisk opsætning inspireret af Michelson interferometri med en nylig softwareudvikling. Opsætningen genererer de interferensmønstre, der er nødvendige for at lave digitale hologrammer.

"Selvom vi for nylig har set enorme fremskridt inden for maskinlæringsdrevet computergenereret holografi, disse algoritmer er fundamentalt begrænset af den underliggende hardware, "sagde Kim." Vi har designet en ny hardwarekonfiguration og en ny algoritme til at overvinde nogle af disse begrænsninger og demonstrere topmoderne resultater. "

Øget kvalitet Holografiske skærme har potentiale til at udkonkurrere andre 3D-displayteknologier, der bruges til virtuel og augmented reality ved at muliggøre mere kompakte skærme, forbedre brugerens evne til at fokusere deres øjne på forskellige afstande og tilbyde muligheden for at justere for brugere, der bærer korrigerende linser. Imidlertid, teknologien har endnu ikke opnået billedkvaliteten af ​​mere konventionelle teknologier.

For holografiske displays, billedkvaliteten er begrænset af en optisk komponent kendt som en fase-kun rumlig lysmodulator (SLM). SLM'er skaber det diffrakterede lys, der gør det interferensmønster, der er nødvendigt for at danne synlige 3D-billeder. Imidlertid, de kun fase-SLM'er, der typisk bruges til holografi, udviser en lav diffraktionseffektivitet, der væsentligt forringer den observerede billedkvalitet, især billedkontrast.

Fordi det er svært at dramatisk øge diffraktionseffektiviteten af ​​SLM'er, forskerne designede en helt ny optisk arkitektur til at skabe holografiske billeder. I stedet for at bruge en enkelt fase SLM som de fleste opsætninger, deres Michelson-holografi-tilgang bruger to fase-kun SLM'er.

"Kernetanken med Michelson -holografi er at ødelægge forstyrrende det ene SLM's diffrakterede lys ved hjælp af det andet ufrakturerede lys, "sagde Kim." Dette gør det muligt for det ikke -brudte lys at bidrage til at danne billedet frem for at skabe flekker og andre artefakter. "

Optimering af billedet Forskerne kombinerede dette nye hardwarearrangement med en kamera-in-the-loop (CITL) optimeringsprocedure, de ændrede til deres optiske opsætning. CITL -optimering er en beregningsmæssig tilgang, der kan bruges til at optimere et hologram direkte eller til at træne en computermodel baseret på et neuralt netværk.

CITL tillod forskerne at bruge et kamera til at fange en række viste billeder. Dette betød, at de kunne rette små fejljusteringer af det optiske system uden at bruge præcise måleenheder.

"Når computermodellen er uddannet, det kan bruges til præcist at finde ud af, hvordan et taget billede ville se ud uden fysisk at fange det, "sagde Kim." Det betyder, at hele den optiske opsætning kan simuleres i skyen for at udføre real-time slutning af beregningsmæssigt tunge problemer med parallel computing. Dette kan være nyttigt til beregning af et computergenereret hologram til en kompliceret 3D-scene, for eksempel."

Forskerne testede deres nye Michelson -holografiarkitektur ved hjælp af en optisk opsætning ved bordet i deres laboratorium. De brugte det til at vise flere 2-D og 3-D holografiske billeder, som blev optaget med et konventionelt kamera. Demonstrationen viste, at det dobbelt-SLM holografiske display med CITL-kalibrering giver betydeligt bedre billedkvalitet end eksisterende computergenererede hologrammetoder.

At gøre det nye system praktisk ville kræve oversættelse af bordplatformen til et system, der ville være lille nok til at integreres i et bærbart forstørret eller virtual reality -system. Forskerne påpeger, at deres tilgang til co-design af hardware og software kan være nyttig til forbedring af andre applikationer af computerskærme og computational imaging generelt.