El principio básico deholografía computacionalEs usar una computadora para resolver la fase o amplitud de la luz, generar un holograma digital y luego modular la fase o amplitud de la luz a través de moduladores ópticos como el Modulador de luz espacial (SLM), y finalmente usar luz coherente para irradiar SLM. Se genera un campo de luz refrescante para formar una imagen holográfica dinámica en 3D.
A diferencia de la generación tradicional de hologramas,holografía computacionalno requiere dos haces de luz para ser físicamente coherentes, simplificando así el proceso de generación de hologramas. Sin embargo, la generación de alta precisión dehologramas computacionalesTodavía enfrenta muchos desafíos, como la gran cantidad de cálculos, los altos requisitos de potencia de cálculo y las limitaciones de resolución y tamaño de los moduladores de luz espaciales.
La generación de alta precisión dehologramas computacionalesDepende de los algoritmos de optimización. Dado que la optimización de hologramas es esencialmente un problema inverso mal condicionado, generalmente se resuelve con la ayuda de algoritmos de optimización no convexos. La selección y configuración de parámetros del algoritmo de optimización afectarán directamente la calidad y la eficiencia computacional de la generación de hologramas.
Los marcos de optimización comunes incluyen el método de proyección alternativo y el método de descenso de gradiente. El método de proyección alternativa encuentra la solución óptima que satisface las restricciones de dos conjuntos cerrados mediante una proyección alternativa entre dos conjuntos cerrados. El método de descenso de gradiente determina la dirección de disminución de la función de pérdida mediante el cálculo del gradiente, a fin de encontrar la solución óptima que satisfaga las condiciones de restricción.
Modulador de luz espacial
El modulador de luz espacial es un dispositivo clave enholografía computacional, que puede convertir hologramas digitalizados en modulación de campo de luz. Actualmente, la mayoría de los sistemas holográficos computacionales se basan en dispositivos de proyección como SLM o Digital Micromirror Device (DMD). Sin embargo, estos dispositivos tienen limitaciones inherentes en el rendimiento de la visualización, como un campo de visión demasiado pequeño y un ángulo de difracción de múltiples órdenes.
Para abordar estos problemas, los investigadores están explorando la holografía basada en metasuperficies. Metasurface puede introducir mutaciones en las propiedades básicas de las ondas electromagnéticas, como la amplitud y la fase, y lograr muchos efectos de modulación que son difíciles de lograr en los dispositivos de modulación tradicionales. La holografía basada en metasuperficies ha logrado grandes avances en campos de visión amplios, imágenes sin color, visualización en color, expansión de la capacidad de información, multiplexación multidimensional, etc.
Pantalla holográfica dinámica
La visualización holográfica dinámica es un importante campo de aplicación deholografía computacional. El sistema de visualización holográfica tradicional a menudo tiene los problemas de una gran cantidad de cálculo y una baja velocidad de fotogramas de visualización, lo que limita su aplicación en visualización avanzada, como la interacción avanzada entre persona y computadora. Para lograr una visualización holográfica dinámica con alta fluidez, los investigadores están explorando tecnologías eficientes.holograma computacionalmétodos de generación y técnicas de visualización.
Por ejemplo, un equipo del Centro Nacional de Investigación de Optoelectrónica de Wuhan de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong ha propuesto una tecnología de holografía dinámica de metasuperficie interbit (Bit-MH) con altas velocidades de cuadros computacionales y de visualización. La técnica logra una actualización dinámica eficiente y una interacción en tiempo real al dividir la función de visualización de la metasuperficie en diferentes regiones espaciales (es decir, canales espaciales) y proyectar un patrón subholográfico reconstruido en cada canal.
La holografía computacional tiene una amplia perspectiva de aplicación en el campo de la visualización 3D. Con hologramas generados por computadora, se puede lograr una modulación del frente de onda de alta precisión para generar escenas tridimensionales con una sensación continua de profundidad. Esta tecnología no solo se puede utilizar en el campo del entretenimiento y los juegos, sino también en la educación, la formación, la medicina y otros campos para proporcionar una experiencia visual tridimensional más realista e intuitiva.
Almacenamiento y procesamiento de información óptica.
Holografía computacionalTambién se puede utilizar para el almacenamiento y procesamiento de información óptica. Al generar hologramas digitales, la información se puede almacenar en el medio en forma de campo de luz para lograr un almacenamiento y lectura de información de alta densidad y alta velocidad. Además,holografía computacionalTambién se puede utilizar en campos como el cifrado óptico y la lucha contra la falsificación para mejorar la seguridad y confiabilidad de la información.
Realidad aumentada y realidad virtual
Holografía computacionalTambién tiene aplicaciones potenciales en el campo de la realidad aumentada (AR) y la realidad virtual (VR). Al generar imágenes holográficas tridimensionales realistas, se puede lograr una interacción natural y experiencias inmersivas en sistemas AR y VR. Por ejemplo, en los sistemas AR,holografía computacionalLa tecnología permite a los usuarios centrarse naturalmente en el contenido mostrado en múltiples profundidades del plano, resolviendo el problema de ajuste de conflictos de convergencia visual (VAC) y mejorando la comodidad del usuario.
Mecanizado láser y diseño de metasuperficies.
Holografía computacionalTambién se puede utilizar en campos como el procesamiento láser y el diseño de metasuperficies. Al generar hologramas de alta precisión, se puede lograr un control preciso del rayo láser y se puede lograr un procesamiento láser de alta precisión y una micronanofabricación. Además,holografía computacionalTambién se puede utilizar para el diseño y optimización de metasuperficies para lograr efectos de modulación de ondas electromagnéticas más complejos y eficientes.
Con el desarrollo continuo de la tecnología informática y la innovación continua de dispositivos ópticos,holografía computacionalLa tecnología está constantemente logrando nuevos avances y avances. Sin embargo,holografía computacionalTodavía enfrenta muchos desafíos y problemas, como una gran cantidad de cálculo, altos requisitos de potencia de cálculo, resolución y limitación de tamaño del modulador de luz espacial. Para resolver estos problemas, los investigadores están explorando nuevos algoritmos y técnicas, como métodos de generación de hologramas basados en aprendizaje profundo, holografía basada en metasuperficies, etc.
En el futuro,holografía computacionalSe espera que la tecnología se aplique y popularice en más campos. Por ejemplo, en el sistema de visualización HUD del vehículo, la tecnología holográfica computacional puede realizar una navegación y una visualización de información en 3D más realistas e intuitivas; En el campo médico, la tecnología holográfica computacional se puede utilizar en campos como la navegación quirúrgica y la telemedicina para mejorar el nivel y la eficiencia médicos.
En definitiva, la holografía computacional, como tecnología con potencial transformador, impulsa constantemente el desarrollo de la óptica y las ciencias de la información. Con el progreso continuo de la tecnología y la expansión continua de los campos de aplicación, se espera que la holografía computacional logre avances e innovaciones en más campos, brindando más conveniencia y sorpresas a la humanidad.
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