Os pesquisadores desenvolveram uma nova abordagem que melhora a qualidade da imagem e o contraste para exibições holográficas. A nova tecnologia pode ajudar a melhorar as telas de olho próximo usadas para aplicações de realidade virtual e aumentada.

"Os sistemas de realidade virtual e aumentada estão preparados para ter um impacto transformador em nossa sociedade, fornecendo uma interface perfeita entre o usuário e o mundo digital, "disse Jonghyun Kim, membro da equipe de pesquisa, da empresa de tecnologia NVIDIA e da Universidade de Stanford." Os monitores holográficos podem superar alguns dos maiores desafios remanescentes para esses sistemas, melhorando a experiência do usuário e habilitando dispositivos mais compactos. "

No Optica , O jornal da The Optical Society (OSA), os pesquisadores descrevem sua nova tecnologia de exibição de holografia chamada holografia de Michelson. A abordagem combina uma nova configuração óptica inspirada na interferometria de Michelson com um recente desenvolvimento de software. A configuração gera os padrões de interferência necessários para fazer hologramas digitais.

"Embora tenhamos visto recentemente um tremendo progresso na holografia gerada por computador conduzida por aprendizado de máquina, esses algoritmos são fundamentalmente limitados pelo hardware subjacente, "disse Kim." Nós co-projetamos uma nova configuração de hardware e um novo algoritmo para superar algumas dessas limitações e demonstrar resultados de última geração. "

Aumentando a qualidade Os monitores holográficos têm o potencial de superar outras tecnologias de tela 3-D usadas para realidade virtual e aumentada, permitindo telas mais compactas, melhorando a capacidade do usuário de focar seus olhos em distâncias diferentes e oferecendo a capacidade de ajuste para usuários que usam lentes corretivas. Contudo, a tecnologia ainda não atingiu a qualidade de imagem das tecnologias mais convencionais.

Para exibições holográficas, a qualidade da imagem é limitada por um componente óptico conhecido como modulador de luz espacial apenas de fase (SLM). Os SLMs criam a luz difratada que cria o padrão de interferência necessário para formar imagens 3D visíveis. Contudo, os SLMs apenas de fase normalmente usados ​​para holografia exibem uma baixa eficiência de difração que degrada significativamente a qualidade da imagem observada, especialmente o contraste da imagem.

Porque é difícil aumentar drasticamente a eficiência de difração de SLMs, os pesquisadores projetaram uma arquitetura ótica completamente nova para criar imagens holográficas. Em vez de usar um SLM de fase única, como a maioria das configurações, sua abordagem de holografia de Michelson usa dois SLMs apenas de fase.

"A ideia central da holografia de Michelson é interferir destrutivamente com a luz difratada de um SLM usando a luz não difratada do outro, "disse Kim." Isso permite que a luz não difratada contribua para a formação da imagem, em vez de criar manchas e outros artefatos. "

Otimizando a imagem Os pesquisadores combinaram esse novo arranjo de hardware com um procedimento de otimização camera-in-the-loop (CITL) que eles modificaram para sua configuração óptica. A otimização CITL é uma abordagem computacional que pode ser usada para otimizar um holograma diretamente ou para treinar um modelo de computador baseado em uma rede neural.

O CITL permitiu que os pesquisadores usassem uma câmera para capturar uma série de imagens exibidas. Isso significava que eles podiam corrigir pequenos desalinhamentos do sistema óptico sem usar dispositivos de medição precisos.

"Uma vez que o modelo de computador é treinado, pode ser usado para descobrir com precisão como seria uma imagem capturada sem capturá-la fisicamente, "disse Kim." Isso significa que toda a configuração óptica pode ser simulada na nuvem para realizar inferência em tempo real de problemas computacionalmente pesados ​​com computação paralela. Isso pode ser útil para calcular um holograma gerado por computador para uma cena 3-D complicada, por exemplo."

Os pesquisadores testaram sua nova arquitetura de holografia Michelson usando uma configuração óptica de bancada em seu laboratório. Eles o usaram para exibir várias imagens holográficas 2-D e 3-D, que foram gravadas com uma câmera convencional. A demonstração mostrou que o display holográfico dual-SLM com calibração CITL fornece qualidade de imagem significativamente melhor do que as abordagens existentes de holograma gerado por computador.

Tornar o novo sistema prático exigiria traduzir a configuração da bancada em um sistema que seria pequeno o suficiente para ser incorporado em um sistema de realidade virtual ou aumentada usável. Os pesquisadores apontam que sua abordagem de co-design de hardware e software pode ser útil para melhorar outras aplicações de telas computacionais e imagens computacionais em geral.