研究人員開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)建動(dòng)態(tài)超高密度3D 全息投影的新方法。通過(guò)將更多細(xì)節(jié)打包到 3D 圖像中，這種類型的全息圖可以真實(shí)地再現(xiàn)我們周圍的世界，用于虛擬現(xiàn)實(shí)和其他應(yīng)用。
(相關(guān)資料圖)
“3D全息圖可以呈現(xiàn)真實(shí)的3D場(chǎng)景，具有連續(xù)且精細(xì)的特征，”中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人龔雷說(shuō)。“對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)，我們的方法可以與基于耳機(jī)的全息顯示器一起使用，以大大改善視角，從而增強(qiáng) 3D 觀看體驗(yàn)。它還可以在不需要耳機(jī)的情況下提供更好的 3D 視覺(jué)效果。”
生成逼真的 3D 對(duì)象全息顯示需要將具有高像素分辨率的圖像投影到大量連續(xù)的平面或?qū)由?，這些平面或?qū)娱g隔得很近。這實(shí)現(xiàn)了高深度分辨率，這對(duì)于提供使全息圖看起來(lái)三維的深度線索很重要。
在光學(xué)出版集團(tuán)的高影響力研究期刊 Optica 中，龔的團(tuán)隊(duì)和新加坡國(guó)立大學(xué)的 Chengwei Qiu 的研究團(tuán)隊(duì)描述了他們的新方法，稱為三維散射輔助動(dòng)態(tài)全息術(shù) (3D-SDH)。他們表明，它可以實(shí)現(xiàn)比多平面全息投影的最先進(jìn)方法高出三個(gè)數(shù)量級(jí)以上的深度分辨率。
“我們的新方法克服了當(dāng)前數(shù)字全息技術(shù)中兩個(gè)長(zhǎng)期存在的瓶頸——低軸向分辨率和高平面間串?dāng)_——這阻礙了全息圖的精細(xì)深度控制，從而限制了 3D 顯示的質(zhì)量，”Gong 說(shuō)。“我們的方法還可以通過(guò)允許在全息圖中加密更多數(shù)據(jù)來(lái)改進(jìn)基于全息術(shù)的光學(xué)加密?！?/p>
制作更詳細(xì)的全息圖
創(chuàng)建動(dòng)態(tài)全息投影通常涉及使用空間光調(diào)制器 (SLM) 來(lái)調(diào)制光束的強(qiáng)度和/或相位。然而，今天的全息圖在質(zhì)量方面受到限制，因?yàn)楫?dāng)前的 SLM 技術(shù)只允許將少量低分辨率圖像投影到具有低深度分辨率的單獨(dú)平面上。
為了克服這個(gè)問(wèn)題，研究人員將 SLM 與漫射器相結(jié)合，使多個(gè)圖像平面能夠以更小的數(shù)量分開(kāi)，而不受 SLM 屬性的限制。通過(guò)抑制平面之間的串?dāng)_并利用光的散射和波前整形，該設(shè)置可實(shí)現(xiàn)超高密度 3D 全息投影。
為了測(cè)試這種新方法，研究人員首先使用模擬來(lái)證明它可以在每個(gè)平面之間產(chǎn)生更小深度間隔的 3D 重建。例如，他們能夠在單個(gè) 1000×1000 像素全息圖中投射具有 125 個(gè)深度間隔為 0.96 毫米的連續(xù)圖像平面的 3D 火箭模型，而使用最近開(kāi)發(fā)的另一種深度間隔為 3.75 毫米的 32 個(gè)圖像平面稱為基于隨機(jī)矢量的計(jì)算機(jī)生成全息術(shù)的方法。
為了通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這個(gè)概念，他們構(gòu)建了一個(gè)原型 3D-SDH 投影儀來(lái)創(chuàng)建動(dòng)態(tài) 3D 投影，并將其與 3D 菲涅耳計(jì)算機(jī)生成全息術(shù)的傳統(tǒng)最先進(jìn)設(shè)置進(jìn)行了比較。他們表明，3D-SDH 的軸向分辨率比傳統(tǒng)對(duì)應(yīng)物提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
研究人員展示的 3D 全息圖都是點(diǎn)云 3D 圖像，這意味著它們無(wú)法呈現(xiàn) 3D 物體的實(shí)體。最終，研究人員希望能夠用全息圖投影一組 3D 對(duì)象，這將需要更高像素?cái)?shù)的全息圖和新算法。
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