Naukowcy opracowali nowy sposób tworzenia dynamicznych projekcji holograficznych 3D o ultrawysokiej gęstości. Dzięki umieszczeniu większej ilości szczegółów w obrazie 3D, ten typ hologramu może umożliwić realistyczne odwzorowanie otaczającego nas świata do wykorzystania w wirtualnej rzeczywistości i innych zastosowaniach.
„Hologram 3D może przedstawiać prawdziwe sceny 3D z ciągłymi i precyzyjnymi cechami” – powiedział Lei Gong, który kierował zespołem badawczym z University of Science and Technology of China. „W przypadku rzeczywistości wirtualnej naszą metodę można zastosować z wyświetlaczami holograficznymi opartymi na zestawach słuchawkowych, aby znacznie poprawić kąty widzenia, co poprawiłoby wrażenia z oglądania 3D. Może również zapewnić lepszą grafikę 3D bez konieczności stosowania zestawu słuchawkowego”.
Stworzenie realistycznie wyglądającego holograficznego wyświetlacza obiektów 3D wymaga rzutowania obrazów o wysokiej rozdzielczości pikseli na dużą liczbę kolejnych płaszczyzn lub warstw, które są blisko siebie rozmieszczone. Osiąga to wysoką rozdzielczość głębi, co jest ważne dla zapewnienia wskazówek dotyczących głębi, które sprawiają, że hologram wygląda na trójwymiarowy.
W Optica, czasopiśmie Optica Publishing Group zajmującym się badaniami o dużym wpływie, zespół Gonga i zespół badawczy Chengwei Qiu z National University of Singapore opisują swoje nowe podejście, zwane trójwymiarową dynamiczną holografią wspomaganą rozpraszaniem (3D-SDH). Pokazują, że może osiągnąć rozdzielczość głębi o ponad trzy rzędy wielkości większą niż najnowocześniejsze metody wielopłaszczyznowej projekcji holograficznej.
„Nasza nowa metoda pokonuje dwa istniejące od dawna wąskie gardła w obecnych cyfrowych technikach holograficznych – niską rozdzielczość osiową i wysoki przesłuch międzypłaszczyznowy – które uniemożliwiają precyzyjną kontrolę głębi hologramu, a tym samym ograniczają jakość wyświetlania 3D” – powiedział Gong. „Nasze podejście może również poprawić szyfrowanie optyczne oparte na holografii, umożliwiając zaszyfrowanie większej liczby danych w hologramie”.
Tworzenie bardziej szczegółowych hologramów
Tworzenie dynamicznej projekcji holograficznej zwykle wymaga użycia przestrzennego modulatora światła (SLM) do modulowania intensywności i/lub fazy wiązki światła. Jednak dzisiejsze hologramy są ograniczone pod względem jakości, ponieważ obecna technologia SLM pozwala na wyświetlanie tylko kilku obrazów o niskiej rozdzielczości na oddzielnych płaszczyznach o niskiej rozdzielczości głębi.
Aby przezwyciężyć ten problem, naukowcy połączyli SLM z dyfuzorem, który umożliwia oddzielenie wielu płaszczyzn obrazu o znacznie mniejszą odległość bez ograniczeń właściwościami SLM. Tłumiąc również przesłuch między płaszczyznami i wykorzystując rozpraszanie światła i kształtowanie czoła fali, ta konfiguracja umożliwia holograficzną projekcję 3D o ultrawysokiej gęstości.
Aby przetestować nową metodę, naukowcy najpierw wykorzystali symulacje, aby wykazać, że może ona tworzyć rekonstrukcje 3D ze znacznie mniejszym odstępem głębokości między każdą płaszczyzną. Na przykład byli w stanie wyświetlić model rakiety 3D ze 125 kolejnymi płaszczyznami obrazu w odstępie głębokości 0,96 mm w pojedynczym hologramie 1000 × 1000 pikseli, w porównaniu z 32 płaszczyznami obrazu w odstępie głębokości 3,75 mm przy użyciu innego niedawno opracowanego podejście znane jako losowa holografia oparta na wektorach generowanych komputerowo.
Aby eksperymentalnie zweryfikować tę koncepcję, zbudowali prototypowy projektor 3D-SDH do tworzenia dynamicznych projekcji 3D i porównali go z konwencjonalną najnowocześniejszą konfiguracją holografii 3D Fresnela generowanej komputerowo. Wykazali, że 3D-SDH poprawiło rozdzielczość osiową o ponad trzy rzędy wielkości w porównaniu z konwencjonalnym odpowiednikiem.
Hologramy 3D, które zademonstrowali naukowcy, to wszystkie trójwymiarowe obrazy chmury punktów, co oznacza, że nie mogą przedstawiać ciała stałego obiektu 3D. Ostatecznie naukowcy chcieliby móc wyświetlać kolekcję obiektów 3D z hologramem, co wymagałoby hologramu o większej liczbie pikseli i nowych algorytmów.