Нов алгоритъм превръща iPhone в холографски проектор

Методът на пълноцветен 3D дисплей показва потенциал за подобряване на преживяванията с добавена и виртуална реалност. Учените измислиха метод за създаване на 3D пълноцветни холографски изображения с помощта на екраните на смартфоните вместо с лазери. Тази новаторска техника, с допълнителни подобрения, има потенциал за употреба в дисплеи с добавена или виртуална реалност.

Независимо дали дисплеите с добавена и виртуална реалност се използват за игри, образование или други приложения, включването на 3D дисплеи може да създаде по-реалистично и интерактивно потребителско изживяване.

„Въпреки че холографските технологии могат да създадат много реалистични 3D изображения на обекти, традиционните подходи са непрактични, защото разчитат на лазерни източници“ — каза ръководителят на изследователския екип Риочи Хорисаки от Университета на Токио в Япония. „Лазерите излъчват кохерентна светлина, която е лесна за управление, но те правят системата сложна, скъпа и потенциално вредна за очите.“

В Optica Publishing Group’s Optics Letters изследователите описват своя нов метод, който се основава на компютърна холография (CGH). Благодарение на новия алгоритъм, който разработиха, те успяха да използват само iPhone и оптичен компонент, наречен модулатор на пространствена светлина, за да възпроизведат цветно 3D изображение, което се състои от два холографски слоя.

„Вярваме, че този метод в крайна сметка може да бъде полезен за минимизиране на оптиката, намаляване на разходите и потенциалното увреждане на очите в бъдещите визуални интерфейси и 3D дисплеи“ — каза Отоя Шигемацу, първи автор на статията. „По-конкретно, той има потенциала да подобри производителността на дисплеите близо до очите, като тези, използвани в очилата за виртуална реалност от висок клас.“

По-практичният подход

Въпреки че CGH използва алгоритми за генериране на изображения, обикновено е необходима кохерентна светлина от лазер за изобразяване на тези холографски образи. В предишно проучване изследователите показаха, че пространствено-времевата некохерентна светлина, излъчвана от бял вграден светодиод, може да се използва в CGH. Тази опция обаче изисква два модулатора на пространствената светлина — устройства, които контролират вълновите фронтове на светлината, което е непрактично поради тяхната цена.

В новото проучване изследователите са разработили по-евтин и по-практичен некохерентен CGH метод. „Тази дейност е в съответствие с фокуса на нашата лаборатория върху изчислителните изображения и изследователската област, посветена на иновативните системи за оптични изображения чрез интегриране на оптика с информатика“ — каза Хорисаки. „Ние се фокусираме върху минимизирането на оптичните компоненти и елиминирането на непрактичните изисквания в конвенционалните оптични системи.“

Новият подход пропуска светлината от екрана през модулатор на пространствената светлина, който представя множество слоеве на пълноцветно 3D изображение. Въпреки че това може да звучи просто, изисква внимателно моделиране на процеса на некохерентното разпространение на светлината от екрана и след това използване на тази информация за разработване на нов алгоритъм, който координира светлината, идваща от екрана на устройството, използвайки един модулатор на пространствена светлина.

Холографските изображения от смартфона

„Холографските дисплеи, които използват светлината с ниска кохерентност, могат да осигурят реалистични 3D образи, потенциално намалявайки разходите и сложността“ — казва Шигемацу. „Докато няколко групи, включително и нашата, демонстрираха холографски дисплеи, използващи светлина с ниска кохерентност, ние доведохме тази концепция до крайност, използвайки дисплей на смартфон.“

За да демонстрират новия метод, изследователите създадоха двуслойно оптично възпроизвеждане на пълноцветно 3D изображение чрез изобразяване на един холографски слой върху екрана на iPhone 14 Pro, а другият на модулатор на пространствена светлина. Полученото изображение е с размери няколко милиметра от всяка страна.

В момента изследователите работят върху подобряването на технологията, така че да може да изобразява по-големи 3D образи с повече слоеве. Допълнителните слоеве ще направят изображението по-реалистично, подобрявайки пространствената разделителна способност и позволявайки на обектите да се показват на различни дълбочини или разстояния от зрителя.