L'olografia di Michelson mostra miglioramenti significativi nella qualità dell'immagine, contrasto, e riduzione delle macchie rispetto a tutti gli altri metodi convenzionali, come Naïve SGD. Credito:Jonghyun Kim, Nvidia, Università di Stanford
I ricercatori hanno sviluppato un nuovo approccio che migliora la qualità dell'immagine e il contrasto per i display olografici. La nuova tecnologia potrebbe aiutare a migliorare i display near-eye utilizzati per applicazioni di realtà virtuale e aumentata.
"I sistemi di realtà aumentata e virtuale sono destinati ad avere un impatto trasformativo sulla nostra società fornendo un'interfaccia senza soluzione di continuità tra un utente e il mondo digitale, " ha affermato il membro del team di ricerca Jonghyun Kim della società tecnologica NVIDIA e della Stanford University. "I display olografici potrebbero superare alcune delle maggiori sfide rimanenti per questi sistemi migliorando l'esperienza dell'utente e consentendo dispositivi più compatti".
In ottica , La rivista della Optical Society (OSA), i ricercatori descrivono la loro nuova tecnologia di visualizzazione dell'olografia chiamata olografia di Michelson. L'approccio combina una nuova configurazione ottica ispirata all'interferometria di Michelson con un recente sviluppo del software. La configurazione genera i modelli di interferenza necessari per creare ologrammi digitali.
"Anche se di recente abbiamo assistito a enormi progressi nell'olografia generata dal computer guidata dall'apprendimento automatico, questi algoritmi sono fondamentalmente limitati dall'hardware sottostante, " ha affermato Kim. "Abbiamo co-progettato una nuova configurazione hardware e un nuovo algoritmo per superare alcune di queste limitazioni e dimostrare risultati all'avanguardia".
Aumento della qualitàI display olografici hanno il potenziale per superare le altre tecnologie di visualizzazione 3D utilizzate per la realtà virtuale e aumentata consentendo display più compatti, migliorando la capacità dell'utente di mettere a fuoco i propri occhi a diverse distanze e offrendo la possibilità di regolare per gli utenti che indossano lenti correttive. Però, la tecnologia non ha ancora raggiunto la qualità dell'immagine delle tecnologie più convenzionali.
Per i display olografici, la qualità dell'immagine è limitata da un componente ottico noto come modulatore di luce spaziale a sola fase (SLM). Gli SLM creano la luce diffratta che crea il modello di interferenza necessario per formare immagini 3D visibili. Però, gli SLM di sola fase tipicamente utilizzati per l'olografia mostrano una bassa efficienza di diffrazione che degrada significativamente la qualità dell'immagine osservata, soprattutto il contrasto dell'immagine.
Poiché è difficile aumentare drasticamente l'efficienza di diffrazione degli SLM, i ricercatori hanno progettato un'architettura ottica completamente nuova per creare immagini olografiche. Invece di utilizzare un SLM di sola fase come la maggior parte delle configurazioni, il loro approccio all'olografia di Michelson utilizza due SLM di sola fase.
"L'idea centrale dell'olografia di Michelson è quella di interferire in modo distruttivo con la luce diffratta di un SLM usando la luce non diffratta dell'altro, " ha detto Kim. "Questo consente alla luce non diffratta di contribuire alla formazione dell'immagine piuttosto che creare macchie e altri artefatti".
I ricercatori hanno utilizzato un processo di ottimizzazione camera-in-the-loop per migliorare le immagini olografiche. Le immagini in alto mostrano le immagini focali catturate del piano vicino e lontano acquisite con il processo di ottimizzazione mentre le immagini in basso mostrano le immagini a due fasi utilizzate per creare l'ologramma. Credito:Jonghyun Kim, Nvidia, Università di Stanford
Ottimizzazione dell'immagineI ricercatori hanno combinato questa nuova disposizione hardware con una procedura di ottimizzazione Camera-in-the-loop (CITL) che hanno modificato per la loro configurazione ottica. L'ottimizzazione CITL è un approccio computazionale che può essere utilizzato per ottimizzare direttamente un ologramma o per addestrare un modello di computer basato su una rete neurale.
CITL ha permesso ai ricercatori di utilizzare una fotocamera per catturare una serie di immagini visualizzate. Ciò significava che potevano correggere piccoli disallineamenti del sistema ottico senza utilizzare dispositivi di misurazione precisi.
"Una volta addestrato il modello al computer, può essere usato per capire con precisione come sarebbe un'immagine catturata senza catturarla fisicamente, " ha detto Kim. "Ciò significa che l'intera configurazione ottica può essere simulata nel cloud per eseguire l'inferenza in tempo reale di problemi computazionalmente pesanti con il calcolo parallelo. Questo potrebbe essere utile per calcolare un ologramma generato dal computer per una scena 3D complicata, Per esempio."
I ricercatori hanno testato la loro nuova architettura olografica Michelson utilizzando una configurazione ottica da banco nel loro laboratorio. L'hanno usato per visualizzare diverse immagini olografiche 2-D e 3-D, che sono stati registrati con una fotocamera convenzionale. La dimostrazione ha mostrato che il display olografico dual-SLM con calibrazione CITL fornisce una qualità dell'immagine significativamente migliore rispetto agli approcci olografici esistenti generati dal computer.
Rendere pratico il nuovo sistema richiederebbe la traduzione della configurazione da banco in un sistema abbastanza piccolo da poter essere incorporato in un sistema indossabile di realtà aumentata o virtuale. I ricercatori sottolineano che il loro approccio di co-progettazione di hardware e software potrebbe essere utile per migliorare altre applicazioni dei display computazionali e dell'imaging computazionale in generale.
