Forskare har utvecklat ett nytt tillvägagångssätt som förbättrar bildkvaliteten och kontrasten för holografiska skärmar. Den nya tekniken kan hjälpa till att förbättra skärmar nära ögonen som används för virtuella och augmented reality-applikationer.

"Förstärkta och virtuella verklighetssystem är beredda att ha en transformativ inverkan på vårt samhälle genom att tillhandahålla ett sömlöst gränssnitt mellan en användare och den digitala världen, "sa forskargruppsmedlem Jonghyun Kim från teknikföretaget NVIDIA och Stanford University." Holografiska skärmar kan övervinna några av de största återstående utmaningarna för dessa system genom att förbättra användarupplevelsen och möjliggöra mer kompakta enheter. "

I Optica , The Optical Society's (OSA) tidskrift, forskarna beskriver sin nya holografi -displayteknik som kallas Michelson holography. Tillvägagångssättet kombinerar en ny optisk installation inspirerad av Michelson interferometri med en ny mjukvaruutveckling. Installationen genererar de interferensmönster som behövs för att göra digitala hologram.

"Även om vi nyligen sett enorma framsteg inom maskininlärningsdriven datorgenererad holografi, dessa algoritmer är i grunden begränsade av den underliggande hårdvaran, "sa Kim." Vi designade en ny hårdvarukonfiguration och en ny algoritm för att övervinna några av dessa begränsningar och visa toppmoderna resultat. "

Höjningskvalitet Holografiska skärmar har potential att överträffa andra 3D-skärmtekniker som används för virtuell och förstärkt verklighet genom att möjliggöra mer kompakta skärmar, förbättra användarens förmåga att fokusera sina ögon på olika avstånd och erbjuda möjligheten att justera för användare som bär korrigerande linser. Dock, tekniken har ännu inte uppnått bildkvaliteten för mer konventionell teknik.

För holografiska skärmar, bildkvaliteten begränsas av en optisk komponent som kallas en fas-endast rymdljusmodulator (SLM). SLM skapar det diffrakterade ljuset som gör det interferensmönster som behövs för att bilda synliga 3D-bilder. Dock, de endast fas-SLM som vanligtvis används för holografi uppvisar en låg diffraktionseffektivitet som signifikant försämrar observerad bildkvalitet, särskilt bildkontrast.

Eftersom det är svårt att dramatiskt öka SLM:s diffraktionseffektivitet, forskarna utformade en helt ny optisk arkitektur för att skapa holografiska bilder. I stället för att använda en enda fas SLM som de flesta inställningar, deras Michelson-holografi-metod använder två endast SLM:er för fas.

"Kärnidén med Michelsons holografi är att destruktivt störa det ena SLM:s diffrakterade ljus med hjälp av det andra ofrakturerade ljuset från den andra, "sa Kim." Detta gör att det obrutna ljuset kan bidra till att bilda bilden snarare än att skapa fläckar och andra artefakter. "

Optimera bilden Forskarna kombinerade detta nya hårdvaruarrangemang med ett kamera-in-the-loop (CITL) optimeringsförfarande som de modifierade för sin optiska installation. CITL -optimering är en beräkningsmetod som kan användas för att optimera ett hologram direkt eller för att träna en datormodell baserad på ett neuralt nätverk.

CITL tillät forskarna att använda en kamera för att fånga en serie visade bilder. Detta innebar att de kunde korrigera små feljusteringar av det optiska systemet utan att använda några exakta mätanordningar.

"När datormodellen väl är utbildad, den kan användas för att exakt ta reda på hur en tagen bild skulle se ut utan att fysiskt fånga den, "sa Kim." Det betyder att hela den optiska installationen kan simuleras i molnet för att utföra realtidstolkning av beräkningstunga problem med parallell dator. Detta kan vara användbart för att beräkna ett datorgenererat hologram för en komplicerad 3D-scen, till exempel."

Forskarna testade sin nya Michelson -holografiarkitektur med hjälp av en bänkskiva i sitt labb. De använde den för att visa flera 2-D och 3-D holografiska bilder, som spelades in med en vanlig kamera. Demonstrationen visade att den dubbla SLM-holografiska displayen med CITL-kalibrering ger betydligt bättre bildkvalitet än befintliga datorgenererade hologrammetoder.

Att göra det nya systemet praktiskt skulle kräva översättning av bänkskivan till ett system som skulle vara tillräckligt litet för att kunna integreras i ett bärbart förstärkt eller virtuellt verklighetssystem. Forskarna påpekar att deras tillvägagångssätt för att designa hårdvara och mjukvara kan vara användbart för att förbättra andra tillämpningar av beräkningsdisplayer och beräkningsavbildning i allmänhet.