Computationele holografische CGH

Ten eerste technische principes

De kern van computationele holografie is het genereren van hologrammen die het optische golffront kunnen moduleren door middel van een computeralgoritme. Deze hologrammen worden gereconstrueerd in een optisch systeem om een ​​door de gebruiker gedefinieerd golffront te genereren, dat op zijn beurt het gewenste beeld of lichtveld vormt. In dit proces is het genereren van een hologram de sleutel, die de kwaliteit en nauwkeurigheid van het uiteindelijke gereconstrueerde beeld bepaalt.

2. Omgekeerde probleem- en oplossingsmethode

Omgekeerd probleem:

Bij computationele holografie is het oplossen van een hologram op basis van een gegeven intensiteitsverdeling van het object-licht een omgekeerd probleem dat wordt beperkt door fysieke en hardwareomstandigheden.

Het probleem is pathologisch van aard, omdat een hologram dat strikt aan alle beperkingen voldoet en een kunstmatig gedefinieerde intensiteitsverdeling kan reconstrueren, niet noodzakelijk reëel is.

Oplossingsmethode:

Niet-convexe optimalisatie-algoritmen: Deze klasse algoritmen wordt veel gebruikt om slecht geconditioneerde inverse problemen om te zetten in problemen met optimale waarden. De nauwkeurigheid van de oplossing hangt af van beperkingen, optimalisatieframework en initialisatieomstandigheden.

Beperkingsomstandigheden omvatten beperking van de intensiteitsverdeling van het gereconstrueerde golffront, beperkte beperking van de voortplantingsbandbreedte, beperkte beperking van de ruimtelijke schaal van het hologram en unieke intensiteitsbeperking van het fasehologram.

Optimalisatieraamwerk: bepaalt het zoekpad naar de optimale oplossing van het inverse probleem. Veelgebruikte optimalisatieframeworks omvatten alternatieve projectie- en gradiëntafdalingsmethoden (zoals stapsgewijze afdaling en tweede-orde gradiëntafdaling).

Initialisatievoorwaarde: In het niet-convexe optimalisatiescenario van computationele holografie verwijst dit gewoonlijk naar de initiële definitie van de optische golffrontfase van het object. De verschillende fasen van het initiële samengestelde licht hebben een grote invloed op het uiteindelijke convergentiepunt.

3. Toepassing en voortgang

Toepassingen:

Computationele holografie heeft een breed scala aan toepassingen in virtual reality en augmented reality, head-up display, data-encryptie, laserverwerking en metasurface-ontwerp.

Vooral op het gebied van weergave dichtbij het oog biedt computationele holografische technologie de mogelijkheid om beeldweergave van hoge kwaliteit en hoge definitie te bereiken.

Voortgang:

In de afgelopen jaren zijn, met de voortdurende verbetering van optimalisatiealgoritmen en de verbetering van computerprestaties, de nauwkeurigheid en efficiëntie van computationele hologramreconstructie aanzienlijk verbeterd.

Onderzoekers onderzoeken ook nieuwe methoden voor het genereren van hologrammen en optimalisatiestrategieën om het toepassingsbereik van computationele holografie verder uit te breiden en de prestaties ervan te verbeteren.

Iv. Uitdagingen en toekomstperspectieven

Uitdaging:

Ondanks de opmerkelijke vooruitgang in de computationele holografietechnologie zijn er nog steeds enkele uitdagingen. Hoe je bijvoorbeeld de nauwkeurigheid en efficiëntie van hologramreconstructie verder kunt verbeteren, en hoe je het spikkelprobleem kunt oplossen dat door een coherente lichtbron wordt geïntroduceerd.

Toekomstperspectief:

Met de verdieping van het kruisonderzoek tussen optica en computerwetenschappen wordt aangenomen dat er in de toekomst meer innovatieve technologieën en methoden zullen worden toegepast op het gebied van computationele holografie.

Deze nieuwe technologieën en methoden zullen de ontwikkeling van computationele holografietechnologie verder bevorderen en ervoor zorgen dat deze op meer gebieden een belangrijke rol gaat spelen.

Samenvattend: computationele holografie is een technologie met een breed toepassingsperspectief en een belangrijke onderzoekswaarde. Door voortdurende verkenning en innovatie wordt aangenomen dat computationele holografische technologie in de toekomst doorbraken en toepassingen op meer gebieden zal bereiken.