Исследователи NVIDIA и Стэнфордского университета разработали новую технологию отображения голографии — голографию Майкельсона. Она улучшает качество изображения и контраст и может быть полезна в производстве очков дополненной и виртуальной реальности.
Новый подход сочетает оригинальную оптическую архитектуру, наследницу интерферометрии Майкельсона, с недавними достижениями в области программного обеспечения. Устройство, построенное на этих принципах, генерирует интерференционные изображения, необходимые для цифровых голограмм.
Дисплеи очков виртуальной и дополненной реальности должны давать качественные изображения, поддерживая ориентиры фокусировки, большое поле зрения и окуляр разумного размера для компактного корпуса. Голографические дисплеи, по словам авторов работы, обещают обеспечить эти возможности и прошли значительный путь за последние несколько лет, но, в отличие от обычных дисплеев, голографические дисплеи, использующие только фазовые пространственные модуляторы света, могут показывать изображение лишь косвенно посредством интерференции, формируя волновое поле. Эта проблема на протяжении десятилетий не позволяла компьютерной голографии соревноваться по качеству с традиционными технологиями, такими как жидкокристаллические дисплеи.
Основная проблема однофазных пространственных модуляторов света для голографии заключается в их низкой дифракционной эффективности: в дифракции не участвует до 20% света.
Одним из свежих методов решения проблемы стала голография с камерой в петле (camera-in-the-loop, CITL). Она может частично компенсировать недифрагированный свет от пространственных модуляторов, используя его дифрагированный компонент.
CITL — это вычислительный подход, который можно использовать для оптимизации голограммы напрямую или для обучения компьютерной модели на основе нейронной сети. CITL позволил использовать камеру для захвата серии изображений. Это дало возможность исправлять небольшие смещения оптической системы без каких-либо точных измерительных устройств.
Но даже этот программный подход не учитывает физические ограничения модулятора, что снижает потенциал компенсации.
Голография Майкельсона сочетает двухфазные модуляторы и CITL. Основная идея в том, чтобы деструктивно интерферировать дифрагированный свет одного модулятора с недифрагированным светом другого. Таким образом недифрагированный свет может способствовать формированию целевого изображения, а не создавать артефакты. Процедура не требует явного моделирования структуры пикселей или недифрагированного света; нужна камера, которая фиксирует промежуточные изображения для итеративного алгоритма компьютерной голографии, который оптимизирует результирующие фазовые диаграммы для обоих модуляторов.
После обучения компьютерной модели ее можно использовать для точного определения того, как будет выглядеть захваченное изображение, без его физического захвата, — отмечает один из авторов исследования Джонхён Ким (Jonghyun Kim). — Это означает, что всю оптическую установку можно смоделировать в облаке для решения в реальном времени сложных вычислительных задач с параллельными вычислениями. Это может быть полезно, например, для расчёта компьютерной голограммы для сложной трёхмерной сцены
Голографические дисплеи могут превзойти другие технологии 3D-дисплеев, используемые для виртуальной и дополненной реальности, за счёт создания более компактных дисплеев, улучшения возможности пользователя фокусировать взгляд на разных расстояниях и настройки для пользователей, которые носят корректирующие линзы.
Несмотря на то, что в последнее время мы наблюдаем огромный прогресс в компьютерной голографии, основанной на машинном обучении, эти алгоритмы существенно ограничены базовым оборудованием. Мы совместно разработали новую конфигурацию оборудования и новый алгоритм, чтобы преодолеть некоторые из этих ограничений и продемонстрировать самые современные результаты, — добавляет Ким.
Чтобы сделать новую систему практически полезной, предстоит преобразовать настольную установку в миниатюрную систему для очков. Исследователи также заявляют, что их подход к проектированию аппаратного и программного обеспечения может быть полезен для улучшения других приложений вычислительных дисплеев и компьютерной визуализации в целом.
Не пропускайте важнейшие новости о дополненной и виртуальной реальности — подписывайтесь на Голографику в Telegram, ВК, Twitter и Facebook!
Далее: Гарвардские учёные разработали тонкие металинзы для очков дополненной и виртуальной реальности
