Podstawowa zasadaholografia obliczeniowapolega na użyciu komputera do obliczenia fazy lub amplitudy światła, wygenerowaniu cyfrowego hologramu, a następnie modulowaniu fazy lub amplitudy światła za pomocą modulatorów optycznych, takich jak przestrzenny modulator światła (SLM), i na koniec wykorzystania spójnego światła do napromieniowania SLM. Generowane jest odświeżające pole świetlne w celu utworzenia dynamicznego holograficznego obrazu 3D.
Różni się od tradycyjnego generowania hologramów,holografia obliczeniowanie wymaga, aby dwie wiązki światła były fizycznie spójne, co upraszcza proces generowania hologramu. Jednak bardzo precyzyjne generowaniehologramy obliczeniowewciąż stoi przed wieloma wyzwaniami, takimi jak duża ilość obliczeń, wysokie wymagania dotyczące mocy obliczeniowej oraz ograniczenia rozdzielczości i rozmiaru przestrzennych modulatorów światła.
Generacja o wysokiej precyzjihologramy obliczeniowezależy od algorytmów optymalizacyjnych. Ponieważ optymalizacja hologramu jest zasadniczo źle uwarunkowanym problemem odwrotnym, zwykle rozwiązuje się ją za pomocą niewypukłych algorytmów optymalizacji. Wybór i ustawienie parametrów algorytmu optymalizacji będzie miało bezpośredni wpływ na jakość i wydajność obliczeniową generowania hologramów.
Typowe ramy optymalizacji obejmują alternatywną metodę projekcji i metodę gradientu. Metoda rzutowania alternatywnego pozwala znaleźć optymalne rozwiązanie spełniające ograniczenia dwóch zbiorów domkniętych poprzez naprzemienne rzutowanie pomiędzy dwoma zbiorami domkniętymi. Metoda gradientowego spadku wyznacza kierunek spadku funkcji straty poprzez obliczenie gradientu, tak aby znaleźć optymalne rozwiązanie spełniające warunki ograniczające.
Przestrzenny modulator światła
Kluczowym urządzeniem jest przestrzenny modulator światłaholografia obliczeniowa, który może przekształcić cyfrowe hologramy w modulację pola świetlnego. Obecnie większość obliczeniowych systemów holograficznych opiera się na urządzeniach projekcyjnych, takich jak SLM lub Digital Micromirror Device (DMD). Jednakże urządzenia te mają nieodłączne ograniczenia w wydajności wyświetlania, takie jak zbyt mały kąt pola widzenia i dyfrakcja wielorzędowa.
Aby rozwiązać te problemy, badacze badają holografię opartą na metapowierzchniach. Metapowierzchnia może wprowadzać mutacje w podstawowych właściwościach fali elektromagnetycznej, takich jak amplituda i faza, oraz pozwala uzyskać wiele efektów modulacyjnych, które są trudne do osiągnięcia w tradycyjnych urządzeniach modulacyjnych. Holografia oparta na metapowierzchniach poczyniła ogromne postępy w zakresie dużego pola widzenia, obrazowania bezkolorowego, kolorowego wyświetlania, zwiększania pojemności informacyjnej, multipleksowania wielowymiarowego i tak dalej.
Dynamiczny wyświetlacz holograficzny
Dynamiczny wyświetlacz holograficzny jest ważnym obszarem zastosowańholografia obliczeniowa. Tradycyjny system wyświetlania holograficznego często wiąże się z problemami związanymi z dużymi obliczeniami i niską liczbą klatek na sekundę, co ogranicza jego zastosowanie w zaawansowanych wyświetlaczach, takich jak zaawansowana interakcja człowiek-komputer. Aby uzyskać dynamiczny holograficzny wyświetlacz o dużej płynności, naukowcy badają efektywnośćhologram obliczeniowymetody generowania i techniki wyświetlania.
Na przykład zespół z Narodowego Centrum Badań nad Optoelektroniką w Wuhan na Uniwersytecie Naukowo-Technologicznym w Huazhong zaproponował technologię dynamicznej międzybitowej holografii metapowierzchniowej (Bit-MH) charakteryzującej się dużą szybkością obliczeń i wyświetlania. Technika ta zapewnia wydajne dynamiczne odświeżanie i interakcję w czasie rzeczywistym poprzez podzielenie funkcji wyświetlania metapowierzchni na różne obszary przestrzenne (tj. kanały przestrzenne) i rzutowanie zrekonstruowanego wzoru subholograficznego na każdy kanał.
Holografia obliczeniowa ma szerokie perspektywy zastosowania w dziedzinie wyświetlania 3D. Dzięki hologramom generowanym komputerowo można uzyskać precyzyjną modulację czoła fali w celu wygenerowania trójwymiarowych scen z ciągłym poczuciem głębi. Technologia ta może być stosowana nie tylko w dziedzinie rozrywki i gier, ale także w edukacji, szkoleniach, medycynie i innych dziedzinach, aby zapewnić bardziej realistyczne i intuicyjne trójwymiarowe wrażenia wizualne.
Optyczne przechowywanie i przetwarzanie informacji
Holografia obliczeniowamogą być również wykorzystywane do optycznego przechowywania i przetwarzania informacji. Generując cyfrowe hologramy, informacje można przechowywać na nośniku w postaci pola świetlnego, aby uzyskać wysoką gęstość i szybkość przechowywania i odczytu informacji. Ponadto,holografia obliczeniowamożna również stosować w takich dziedzinach, jak szyfrowanie optyczne i zapobieganie fałszerstwom, w celu poprawy bezpieczeństwa i wiarygodności informacji.
Rzeczywistość rozszerzona i rzeczywistość wirtualna
Holografia obliczeniowama także potencjalne zastosowania w obszarze rzeczywistości rozszerzonej (AR) i rzeczywistości wirtualnej (VR). Generując realistyczne, trójwymiarowe obrazy holograficzne, można osiągnąć naturalną interakcję i wciągające doświadczenia w systemach AR i VR. Na przykład w systemach ARholografia obliczeniowaTechnologia pozwala użytkownikom w naturalny sposób skupić się na wyświetlanej treści na różnych głębokościach płaszczyzny, rozwiązując problem regulacji konfliktu konwergencji wizualnej (VAC) i poprawiając komfort użytkownika.
Obróbka laserowa i projektowanie metapowierzchni
Holografia obliczeniowamożna również stosować w takich dziedzinach, jak obróbka laserowa i projektowanie metapowierzchni. Generując bardzo precyzyjne hologramy, można uzyskać precyzyjną kontrolę wiązki laserowej, a także wysoce precyzyjne przetwarzanie laserowe i produkcję mikro-nano. Ponadto,holografia obliczeniowamożna również wykorzystać do projektowania i optymalizacji metapowierzchni w celu uzyskania bardziej złożonych i wydajnych efektów modulacji fal elektromagnetycznych.
Wraz z ciągłym rozwojem technologii komputerowej i ciągłymi innowacjami urządzeń optycznych,holografia obliczeniowatechnologia stale dokonuje nowych postępów i przełomów. Jednakże,holografia obliczeniowawciąż stoi przed wieloma wyzwaniami i problemami, takimi jak duża ilość obliczeń, duże zapotrzebowanie na moc obliczeniową, rozdzielczość i ograniczenie rozmiaru przestrzennego modulatora światła. Aby rozwiązać te problemy, naukowcy badają nowe algorytmy i techniki, takie jak metody generowania hologramów oparte na głębokim uczeniu się, holografia oparta na metapowierzchniach itp.
W przyszłości,holografia obliczeniowaOczekuje się, że technologia ta będzie stosowana i popularyzowana w większej liczbie dziedzin. Na przykład w systemie wyświetlania HUD pojazdu obliczeniowa technologia holograficzna może zapewnić bardziej realistyczną i intuicyjną nawigację 3D oraz wyświetlanie informacji; W medycynie obliczeniowa technologia holograficzna może być stosowana w takich dziedzinach, jak nawigacja chirurgiczna i telemedycyna, w celu poprawy poziomu i wydajności medycyny.
Krótko mówiąc, holografia obliczeniowa, jako technologia o potencjale transformacyjnym, stale promuje rozwój optyki i informatyki. Oczekuje się, że wraz z ciągłym postępem technologii i ciągłym poszerzaniem obszarów zastosowań holografia obliczeniowa przyniesie przełomy i innowacje w większej liczbie dziedzin, zapewniając ludzkości większą wygodę i niespodzianki.
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
