Onderzoekers hebben een nieuwe aanpak ontwikkeld die de beeldkwaliteit en het contrast voor holografische displays verbetert. De nieuwe technologie kan helpen bij het verbeteren van near-eye-displays die worden gebruikt voor virtual en augmented reality-toepassingen.

"Augmented en virtual reality-systemen zijn klaar om een ​​transformerende impact op onze samenleving te hebben door een naadloze interface te bieden tussen een gebruiker en de digitale wereld, "Zei onderzoeksteamlid Jonghyun Kim van technologiebedrijf NVIDIA en Stanford University. "Holografische displays zouden enkele van de grootste resterende uitdagingen voor deze systemen kunnen overwinnen door de gebruikerservaring te verbeteren en compactere apparaten mogelijk te maken."

In optiek , Het tijdschrift van de Optical Society (OSA), de onderzoekers beschrijven hun nieuwe holografische weergavetechnologie genaamd Michelson-holografie. De aanpak combineert een nieuwe optische opstelling geïnspireerd door Michelson-interferometrie met een recente softwareontwikkeling. De opstelling genereert de interferentiepatronen die nodig zijn voor het maken van digitale hologrammen.

"Hoewel we de laatste tijd enorme vooruitgang hebben gezien op het gebied van computergestuurde holografie op basis van machine learning, deze algoritmen worden fundamenteel beperkt door de onderliggende hardware, "zei Kim. "We hebben samen een nieuwe hardwareconfiguratie en een nieuw algoritme ontworpen om een ​​aantal van deze beperkingen te overwinnen en state-of-the-art resultaten te demonstreren."

Kwaliteit verbeteren Holografische displays hebben het potentieel om beter te presteren dan andere 3D-displaytechnologieën die worden gebruikt voor virtual en augmented reality door compactere displays mogelijk te maken, het verbeteren van het vermogen van de gebruiker om hun ogen op verschillende afstanden te focussen en het aanbieden van de mogelijkheid om zich aan te passen voor gebruikers die corrigerende lenzen dragen. Echter, de technologie heeft nog niet de beeldkwaliteit van meer conventionele technologieën bereikt.

Voor holografische displays, beeldkwaliteit wordt beperkt door een optische component die bekend staat als een ruimtelijke lichtmodulator met alleen fase (SLM). SLM's creëren het afgebogen licht dat het interferentiepatroon maakt dat nodig is om zichtbare 3D-beelden te vormen. Echter, de fase-only SLM's die doorgaans voor holografie worden gebruikt, vertonen een lage diffractie-efficiëntie die de waargenomen beeldkwaliteit aanzienlijk verslechtert, vooral beeldcontrast.

Omdat het moeilijk is om de diffractie-efficiëntie van SLM's drastisch te verhogen, de onderzoekers ontwierpen een geheel nieuwe optische architectuur om holografische beelden te creëren. In plaats van een enkelfasige SLM te gebruiken, zoals de meeste opstellingen, hun Michelson-holografiebenadering maakt gebruik van twee fase-only SLM's.

"Het kernidee van Michelson-holografie is om het afgebogen licht van de ene SLM destructief te verstoren met behulp van het niet-afgebogen licht van de andere, "zei Kim. "Hierdoor kan het niet-verstrooide licht bijdragen aan het vormen van het beeld in plaats van spikkels en andere artefacten te creëren."

Het beeld optimaliseren De onderzoekers combineerden deze nieuwe hardware-opstelling met een camera-in-the-loop (CITL) optimalisatieprocedure die ze hebben aangepast voor hun optische opstelling. CITL-optimalisatie is een computationele benadering die kan worden gebruikt om een ​​hologram direct te optimaliseren of om een ​​computermodel te trainen op basis van een neuraal netwerk.

Met CITL konden de onderzoekers een camera gebruiken om een ​​reeks weergegeven afbeeldingen vast te leggen. Dit betekende dat ze kleine foutieve uitlijningen van het optische systeem konden corrigeren zonder gebruik te maken van nauwkeurige meetapparatuur.

"Als het computermodel eenmaal is getraind, het kan worden gebruikt om precies uit te zoeken hoe een vastgelegd beeld eruit zou zien zonder het fysiek vast te leggen, "zei Kim. "Dit betekent dat de volledige optische opstelling in de cloud kan worden gesimuleerd om realtime gevolgtrekkingen uit te voeren van computationeel zware problemen met parallel computergebruik. Dit kan handig zijn voor het berekenen van een door de computer gegenereerd hologram voor een gecompliceerde 3D-scène, bijvoorbeeld."

De onderzoekers testten hun nieuwe Michelson-holografiearchitectuur met behulp van een optische opstelling in hun laboratorium. Ze gebruikten het om verschillende 2D- en 3D-holografische afbeeldingen weer te geven, die zijn opgenomen met een conventionele camera. De demonstratie toonde aan dat het dual-SLM holografische display met CITL-kalibratie een aanzienlijk betere beeldkwaliteit biedt dan bestaande computergegenereerde hologrambenaderingen.

Om het nieuwe systeem praktisch te maken, zou de opstelling van de tafel moeten worden vertaald in een systeem dat klein genoeg is om in een draagbaar augmented- of virtual reality-systeem te worden geïntegreerd. De onderzoekers wijzen erop dat hun benadering van het gezamenlijk ontwerpen van hardware en software nuttig kan zijn voor het verbeteren van andere toepassingen van computationele displays en computationele beeldvorming in het algemeen.