ホログラフィック CGH の計算に関する詳細な紹介

まず、基本原則としては、計算ホログラフィー

基本原理計算ホログラフィーコンピューターを使用して光の位相または振幅を解析し、デジタル ホログラムを生成し、次に空間光変調器 (SLM) などの光変調器を介して光の位相または振幅を変調し、最後にコヒーレント光を使用して SLM を照射します。さわやかなライトフィールドが生成され、ダイナミックなホログラフィック 3D 画像が形成されます。

従来のホログラム生成とは異なり、計算ホログラフィー2 つの光ビームが物理的にコヒーレントである必要がないため、ホログラム生成プロセスが簡素化されます。ただし、高精度の生成計算ホログラムは、大量の計算、高い計算能力要件、空間光変調器の解像度とサイズの制限など、依然として多くの課題に直面しています。

第二に、キーとなるテクノロジーは、計算ホログラフィー

ホログラム最適化アルゴリズム

高精度の生成計算ホログラム最適化アルゴリズムに依存します。ホログラムの最適化は本質的に悪条件逆問題で​​あるため、通常は非凸最適化アルゴリズムを使用して解決されます。最適化アルゴリズムの選択とパラメータ設定は、ホログラム生成の品質と計算効率に直接影響します。

一般的な最適化フレームワークには、代替投影法と勾配降下法が含まれます。交互射影法は、2 つの閉集合の間で交互に射影を行うことにより、2 つの閉集合の制約を満たす最適解を見つけます。勾配降下法では、勾配計算により損失関数の低下方向を決定し、制約条件を満たす最適解を求めます。

空間光変調器

空間光変調器は、計算ホログラフィー、デジタル化されたホログラムをライトフィールド変調に変換できます。現在、ほとんどの計算ホログラフィック システムは、SLM やデジタル マイクロミラー デバイス (DMD) などの投影デバイスに依存しています。ただし、これらのデバイスには、視野角が小さすぎることや多次回折など、表示性能に固有の制限があります。

これらの問題に対処するために、研究者はメタサーフェス ベースのホログラフィーを研究しています。メタサーフェスは、振幅や位相などの電磁波の基本特性に突然変異を導入し、従来の変調デバイスでは実現が困難な多くの変調効果を実現できます。メタサーフェスベースのホログラフィーは、大視野、カラーフリーイメージング、カラーディスプレイ、情報容量の拡大、多次元多重化などにおいて大きな進歩を遂げました。

ダイナミックホログラフィックディスプレイ

ダイナミックホログラフィックディスプレイは重要な応用分野です。計算ホログラフィー。従来のホログラフィック ディスプレイ システムには、多くの場合、大規模な計算と低い表示フレーム レートという問題があり、高度な人間とコンピュータの対話などの高度なディスプレイへの応用が制限されます。流暢性の高いダイナミックなホログラフィック表示を実現するために、研究者は効率的なホログラフィック表示を模索しています。計算ホログラム生成方法と表示技術。

たとえば、華中科技大学武漢国立オプトエレクトロニクス研究センターのチームは、高い計算フレームレートと表示フレームレートを備えた動的インタービットメタサーフェスホログラフィー（Bit-MH）テクノロジーを提案しました。この技術は、メタサーフェスの表示機能を異なる空間領域 (つまり、空間チャネル) に分割し、再構成されたサブホログラフィック パターンを各チャネルに投影することにより、効率的な動的リフレッシュとリアルタイム インタラクションを実現します。

3. 応用分野計算ホログラフィー

立体表示

計算ホログラフィーは、3D ディスプレイの分野で幅広い応用の可能性を秘めています。計算機ホログラムを使用すると、高精度の波面変調を実現して、連続的な奥行き感のある 3 次元のシーンを生成できます。この技術は、エンターテインメントやゲームの分野だけでなく、教育、トレーニング、医療などの分野でも活用でき、よりリアルで直感的な 3 次元視覚体験を提供します。

光学的情報の保存と処理

計算ホログラフィー光学的情報の保存と処理にも使用できます。デジタルホログラムを生成することで、情報をライトフィールドの形で媒体に保存し、高密度かつ高速な情報の保存と読み取りを実現します。加えて、計算ホログラフィー情報のセキュリティと信頼性を向上させるために、光学暗号化や偽造防止などの分野でも使用できます。

拡張現実と仮想現実

計算ホログラフィー拡張現実 (AR) や仮想現実 (VR) の分野にも応用できる可能性があります。リアルな 3 次元ホログラフィック画像を生成することで、AR および VR システムでの自然なインタラクションと没入型体験を実現できます。たとえば、AR システムでは、計算ホログラフィーこのテクノロジーにより、ユーザーは平面の複数の深度にわたって表示されたコンテンツに自然に集中できるようになり、視覚的コンバージェンスの競合調整問題 (VAC) が解決され、ユーザーの快適さが向上します。

レーザー加工とメタサーフェス設計

計算ホログラフィーレーザー加工やメタサーフェスデザインなどの分野でもご利用いただけます。高精度なホログラムを生成することで、レーザー光の精密な制御が可能となり、高精度なレーザー加工やマイクロ・ナノ加工が実現できます。加えて、計算ホログラフィーより複雑で効率的な電磁波変調効果を実現するために、メタサーフェスの設計と最適化にも使用できます。

第四に、開発動向と課題計算ホログラフィー

コンピュータ技術の継続的な発展と光学デバイスの継続的な革新により、計算ホログラフィーテクノロジーは常に新たな進歩と画期的な進歩を遂げています。しかし、計算ホログラフィー大量の計算量、高い計算能力要件、空間光変調器の解像度とサイズの制限など、依然として多くの課題と問題に直面しています。これらの問題を解決するために、研究者たちは、深層学習ベースのホログラム生成方法、メタサーフェスベースのホログラフィーなどの新しいアルゴリズムと技術を模索しています。

将来、計算ホログラフィー今後さらに多くの分野への応用・普及が期待されています。たとえば、車両の HUD ディスプレイ システムでは、計算ホログラフィック技術により、より現実的で直感的な 3D ナビゲーションと情報表示が実現されます。医療分野では、計算機ホログラフィック技術を手術ナビゲーションや遠隔医療などの分野で活用し、医療のレベルと効率を向上させることができます。

つまり、計算論的ホログラフィーは、変革の可能性を秘めた技術として、常に光学と情報科学の発展を促進しています。技術の継続的な進歩と応用分野の継続的な拡大に伴い、計算論的ホログラフィーはより多くの分野でブレークスルーと革新を達成し、人類により多くの利便性と驚きをもたらすことが期待されています。