东京大学研究人员的新算法让iPhone变成全息投影仪

东京大学的一个研究小组介绍了一种利用智能手机生成全息图像的实用、经济高效的方法，旨在简化和增强虚拟现实和增强现实的 3D 显示效果，同时避免激光系统的缺点。

无论增强现实和虚拟现实显示器是用于游戏、教育还是其他应用，结合 3D 显示器都能创造出更加逼真和互动的用户体验。

来自日本东京大学的研究小组组长 Ryoichi Horisaki 说："尽管全息技术可以创建出非常逼真的物体 3D 呈现，但传统方法并不实用，因为它们依赖于激光源。激光发出的相干光易于控制，但却使系统变得复杂、昂贵，而且有可能对眼睛造成伤害。"

在 Optica 出版集团的《光学快报》（Optics Letters）杂志上，研究人员介绍了他们基于计算机生成全息技术（CGH）的新方法。得益于他们开发的一种新算法，他们只需使用一部 iPhone 和一种名为空间光调制器的光学元件，就能再现由两个全息层组成的三维彩色图像。

研究人员开发出一种三维全彩显示方法，利用智能手机屏幕而不是激光来创建全息图像。图为他们的实验结果，其中可以观察到从第一层到第二层的连续过渡。图片来源：东京大学 Ryoichi Horisaki

"我们相信，在未来的视觉界面和 3D 显示应用中，这种方法最终将有助于最大限度地减少光学元件、降低成本和减少对眼睛的潜在伤害，"论文第一作者 Otoya Shigematsu 说。"更具体地说，它有可能提高近眼显示器的性能，比如高端VR头显中使用的近眼显示器。"

更实用的方法

虽然 CGH 使用算法生成图像，但通常需要激光发出的相干光来显示这些全息图像。在之前的一项研究中，研究人员发现，白色芯片板发光二极管发出的时空非相干光可用于 CGH。然而，这种装置需要两个空间光调制器--控制光波面的设备--由于价格昂贵而不切实际。

在这项新研究中，研究人员开发出了一种成本更低、更实用的非相干 CGH 方法。Horisaki 说："这项工作与我们实验室对计算成像的关注不谋而合，计算成像是一个致力于通过将光学与信息科学相结合来创新光学成像系统的研究领域。我们致力于最大限度地减少光学元件，消除传统光学系统中不切实际的要求。"

图为第一作者重松大弥在实验室中使用的光学实验装置。资料来源：Ryoichi Horisaki，东京大学

新方法通过空间光调制器传递来自屏幕的光线，从而呈现多层次的全彩三维图像。虽然这看似简单，但却需要对屏幕的非相干光传播过程进行仔细建模，然后利用这些信息开发出一种新算法，将来自设备屏幕的光线与单个空间光调制器协调起来。

重松说："使用低相干光的全息显示器可以实现逼真的三维显示，同时有可能降低成本和复杂性。尽管包括我们在内的几个小组已经展示了使用低相干光的全息显示器，但我们通过使用智能手机显示器将这一概念发挥到了极致。"

为了演示这种新方法，研究人员在 iPhone 14 Pro 的屏幕上显示了一层全息图像，并在空间光调制器上显示了第二层全息图像，从而制作出了双层光学再现全彩 3D 图像。生成的图像每边的尺寸为几毫米。

研究人员目前正在努力改进这项技术，使其能够显示更大、层次更多的 3D 图像。更多层次可以提高空间分辨率，使物体在不同深度或距离观看者更远的地方出现，从而使图像看起来更逼真。

编译自:ScitechDaily