Het basisprincipe vancomputationele holografieis het gebruik van een computer om de fase of amplitude van licht op te lossen, een digitaal hologram te genereren en vervolgens de fase of amplitude van licht te moduleren via optische modulatoren zoals Spatial Light Modulator (SLM), en uiteindelijk coherent licht te gebruiken om SLM te bestralen. Er wordt een verfrissend lichtveld gegenereerd om een dynamisch holografisch 3D-beeld te vormen.
Anders dan de traditionele hologramgeneratie,computationele holografievereist geen twee lichtbundels om fysiek coherent te zijn, waardoor het proces voor het genereren van hologrammen wordt vereenvoudigd. Echter, de uiterst nauwkeurige generatie vancomputationele hologrammenstaat nog steeds voor veel uitdagingen, zoals de grote hoeveelheid rekenwerk, de hoge eisen aan rekenkracht en de resolutie- en groottebeperkingen van ruimtelijke lichtmodulatoren.
De uiterst nauwkeurige generatie vancomputationele hologrammenhangt af van optimalisatie-algoritmen. Omdat hologramoptimalisatie in wezen een slecht geconditioneerd invers probleem is, wordt het meestal opgelost met behulp van niet-convexe optimalisatiealgoritmen. De selectie en parameterinstelling van het optimalisatie-algoritme zullen rechtstreeks van invloed zijn op de kwaliteit en de rekenefficiëntie van het genereren van hologrammen.
Gemeenschappelijke optimalisatieframeworks omvatten alternatieve projectiemethode en gradiënt-afdalingsmethode. Alternatieve projectiemethode vindt de optimale oplossing die voldoet aan de beperkingen van twee gesloten sets door afwisselende projectie tussen twee gesloten sets. De gradiënt-afdalingsmethode bepaalt de richting van de afname van de verliesfunctie door middel van gradiëntberekening, om zo de optimale oplossing te vinden die aan de beperkingsvoorwaarden voldoet.
Ruimtelijke lichtmodulator
Ruimtelijke lichtmodulator is een belangrijk apparaat incomputationele holografie, die gedigitaliseerde hologrammen kan omzetten in lichtveldmodulatie. Momenteel vertrouwen de meeste computationele holografische systemen op projectie-apparaten zoals SLM of Digital Micromirror Device (DMD). Deze apparaten hebben echter inherente beperkingen wat betreft de weergaveprestaties, zoals een te klein gezichtsveld en diffractie van meerdere ordes.
Om deze problemen aan te pakken, onderzoeken onderzoekers op metasurface gebaseerde holografie. Metasurface kan mutaties introduceren in de basiseigenschappen van elektromagnetische golven, zoals amplitude en fase, en veel modulatie-effecten bereiken die moeilijk te bereiken zijn in traditionele modulatieapparaten. Metasurface-gebaseerde holografie heeft grote vooruitgang geboekt op het gebied van een groot gezichtsveld, kleurvrije beeldvorming, kleurenweergave, uitbreiding van de informatiecapaciteit, multidimensionale multiplexing enzovoort.
Dynamische holografische weergave
Dynamische holografische weergave is een belangrijk toepassingsgebied vancomputationele holografie. Het traditionele holografische weergavesysteem heeft vaak de problemen van grote rekenkracht en een lage framesnelheid, wat de toepassing ervan beperkt in geavanceerde weergave, zoals geavanceerde mens-computerinteractie. Om dynamische holografische weergave met hoge vloeiendheid te realiseren, onderzoeken onderzoekers efficiëntcomputationeel hologramgeneratiemethoden en weergavetechnieken.
Een team van het Wuhan National Research Center for Optoelectronics van de Huazhong University of Science and Technology heeft bijvoorbeeld een dynamische interbit metasurface holografie (Bit-MH) technologie voorgesteld met hoge reken- en weergaveframesnelheden. De techniek bereikt een efficiënte dynamische verversing en real-time interactie door de weergavefunctie van het metasurface te verdelen in verschillende ruimtelijke gebieden (dat wil zeggen ruimtelijke kanalen) en een gereconstrueerd subholografisch patroon in elk kanaal te projecteren.
Computationele holografie heeft een breed toepassingsperspectief op het gebied van 3D-weergave. Met computergegenereerde hologrammen kan zeer nauwkeurige golffrontmodulatie worden bereikt om driedimensionale scènes met een continu gevoel van diepte te genereren. Deze technologie kan niet alleen worden gebruikt op het gebied van entertainment en games, maar ook op het gebied van onderwijs, training, medische en andere gebieden om een meer realistische en intuïtieve driedimensionale visuele ervaring te bieden.
Optische informatieopslag en -verwerking
Computationele holografiekan ook worden gebruikt voor optische informatieopslag en -verwerking. Door digitale hologrammen te genereren, kan informatie in de vorm van een lichtveld in het medium worden opgeslagen om informatie met hoge dichtheid en hoge snelheid op te slaan en te lezen. In aanvulling,computationele holografiekan ook worden gebruikt op gebieden als optische encryptie en de bestrijding van namaak om de veiligheid en betrouwbaarheid van informatie te verbeteren.
Augmented reality en virtuele realiteit
Computationele holografieheeft ook potentiële toepassingen op het gebied van augmented reality (AR) en virtual reality (VR). Door realistische driedimensionale holografische beelden te genereren, kunnen natuurlijke interactie en meeslepende ervaringen in AR- en VR-systemen worden bereikt. In AR-systemen bijvoorbeeldcomputationele holografietechnologie stelt gebruikers in staat zich op natuurlijke wijze te concentreren op de weergegeven inhoud over meerdere diepten van het vlak, waardoor het visuele convergentieconflictaanpassingsprobleem (VAC) wordt opgelost en het gebruikerscomfort wordt verbeterd.
Laserbewerking en metasurface-ontwerp
Computationele holografiekan ook worden gebruikt op gebieden zoals laserverwerking en metasurface-ontwerp. Door het genereren van zeer nauwkeurige hologrammen kan nauwkeurige controle van de laserstraal worden bereikt, en kunnen zeer nauwkeurige laserverwerking en micro-nanoproductie worden bereikt. In aanvulling,computationele holografiekan ook worden gebruikt voor het ontwerp en de optimalisatie van metasurfaces om complexere en efficiëntere elektromagnetische golfmodulatie-effecten te bereiken.
Met de voortdurende ontwikkeling van computertechnologie en de voortdurende innovatie van optische apparaten,computationele holografietechnologie boekt voortdurend nieuwe vooruitgang en doorbraken. Echter,computationele holografiewordt nog steeds geconfronteerd met veel uitdagingen en problemen, zoals een grote rekenhoeveelheid, een hoge behoefte aan rekenkracht, resolutie en groottebeperking van de ruimtelijke lichtmodulator. Om deze problemen op te lossen, onderzoeken onderzoekers nieuwe algoritmen en technieken, zoals op deep learning gebaseerde methoden voor het genereren van hologrammen, op metasurface gebaseerde holografie, enz.
In de toekomst,computationele holografieDe verwachting is dat technologie op meer terreinen zal worden toegepast en gepopulariseerd. In het HUD-weergavesysteem van voertuigen kan computationele holografische technologie bijvoorbeeld een meer realistische en intuïtieve 3D-navigatie en informatieweergave realiseren; Op medisch gebied kan computationele holografische technologie worden gebruikt op gebieden als chirurgische navigatie en telegeneeskunde om het medische niveau en de efficiëntie te verbeteren.
Kortom, computationele holografie, als technologie met transformatief potentieel, bevordert voortdurend de ontwikkeling van optica en informatiewetenschap. Met de voortdurende vooruitgang van de technologie en de voortdurende uitbreiding van toepassingsgebieden wordt verwacht dat computationele holografie op meer gebieden doorbraken en innovaties zal bewerkstelligen, waardoor de mensheid meer gemak en verrassingen zal krijgen.
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
