Forskare har utvecklat en prototypskärm som använder projektion för att skapa storskaliga 3D-bilder med ultrahög upplösning. Det nya tillvägagångssättet hjälper till att övervinna begränsningarna med ljusfältsprojektion, som kan skapa naturliga 3D-bilder som inte kräver speciella 3D-glasögon för visning.

"Vår optiska design kan göra det praktiskt att ersätta 2D-platta skärmar med 3D-bilder för digitala skyltar, underhållning, utbildning och andra applikationer där 3D-bilder ger en betydande förbättring, " sa forskargruppsledaren Byoungho Lee från Seoul National University i Korea. "Vår design kan också modifieras för att ge uppslukande upplevelser i biografer, till exempel."

I tidskriften The Optical Society (OSA). Optik bokstäver , forskarna beskriver hur de kombinerar två olika ljusfältsdisplaytekniker för att projicera storskaliga 3D-bilder med nästan diffraktionsbegränsad upplösning. Den nya skärmen är autostereoskopisk, vilket innebär att den producerar olika 3D-bilder så att bilden kan ses från olika vinklar.

"Vi utvecklade ett sätt att utföra alla visningsprocesser optiskt utan någon digital bearbetning, ", sa Lee. "Detta kompenserar för begränsningarna för varje bildskärmsteknik för att möjliggöra skapandet av högupplösta 3D-bilder på en stor skärm."

Att kombinera teknologier

Ljusfältsdisplayer fungerar genom att återge ljus som reflekteras från ett objekt på ett sätt som motsvarar den faktiska synliga positionen. Eftersom autostereoskopiska ljusfältsskärmar producerar olika bilder för olika betraktningsvinklar, de kräver en enorm mängd information som ska behandlas. Detta krav skapar en avvägning mellan upplösning och storleken på den visade bilden eftersom hårdvaran på skärmen blir överväldigad av mängden information som krävs.

För att övervinna denna begränsning, forskarna designade en ny optisk konfiguration som kombinerar en multifokal display med integrerad bildbehandling. Vanligtvis, en multifokal display kan generera en högkvalitativ volymetrisk bild, men det är tekniskt svårt att implementera på ett system med stor skärm. Å andra sidan, integral bildbehandling är bättre på att förstora bilder.

I den nya designen, multifokalskärmen genererar en högupplöst 3D, eller volymetrisk, scenen medan den integrerade bildtekniken förstorar den för visning på en stor skärm. Informationskonverteringen mellan den multifokala displayen och den integrerade bildbehandlingen utförs optiskt utan någon digital bearbetning.

"Vår metod går längre än att bara kombinera två befintliga metoder för att uppnå en ultrahögupplöst volymetrisk ljusfältsskärm med nästan diffraktionsbegränsad upplösning, ", sade Lee. "Vi hittade också ett sätt att effektivt lösa svårigheten med att förstora en volymetrisk scen och övervann problem med informationsförlust som tenderar att påverka integral bildbehandling."

Stora och högupplösta 3D-bilder

Efter att ha verifierat upplösningen av deras prototypsystem, forskarna bekräftade kvalitativt att en volymetrisk bild rekonstruerades. Testerna visade att prototypen kan syntetisera en volymetrisk bild på 21,4 cm x 21,4 cm x 32 cm, vilket motsvarar 28,6 megapixlar och 36 gånger högre upplösning än originalbilden.

"Vårt tillvägagångssätt är mycket effektivt på att bearbeta information, vilket möjliggör en låg datorkostnad samt enkel, hög kvalitet, systemkonfiguration i realtid, " sade Lee. "Den optiska designen kan också integreras sömlöst med olika tekniker som används i befintliga ljusfältsskärmar."

Forskarna arbetar nu med att optimera optiken och ytterligare minska komplexiteten i den multifokala displayen för att göra projektorn mer kompakt. De noterar att eftersom systemet är en fusion av två olika teknologier, prestandan för deras föreslagna system kommer sannolikt att förbättras när varje teknik utvecklas.