Учёные создали невероятно реалистичную 3D-голограмму

Исследователи разработали новый способ создания динамических трёхмерных голографических проекций сверхвысокой плотности.

Что произошло

Сингапурские исследователи разработали новый метод создания динамических 3D-голографических проекций сверхвысокой плотности. Эта передовая технология создания голограммы способна обеспечить более высокий уровень детализации 3D-изображения. Потенциально она позволяет создавать более реалистичные изображения мира для использования в среде виртуальной реальности и других программ.

Создание реалистичного голографического дисплея предполагает проецирование изображений высокого разрешения на несколько слоёв, расположенных близко друг к другу. Данный процесс обеспечивает высокое разрешение, имеющее решающее значение для восприятия глубины, необходимой для того, чтобы голограмма выглядела трёхмерно.

В публикации в журнале Optica исследовательская группа из Национального университета Сингапура описывает свой новый подход, названный трёхмерной динамической голографией с поддержкой рассеяния (3D-SDH). Они указывают, что их метод позволяет добиться разрешения по глубине, которая превышает более чем на три порядка величины современные методы многоплоскостной голографической проекции.

«Наш новый метод позволяет решить две давние проблемы современных цифровых технологий голографии – низкое осевое разрешение и высокие межплоскостные перекрёстные помехи – которые мешают точному контролю глубины голограммы и, таким образом, ограничивают качество 3D-дисплея, – говорят исследователи. – Наш подход может также улучшить оптическое шифрование на основе голографии, позволяя шифровать больше данных в голограмме».

Создание более детализированных голограмм

Создание динамической голографической проекции обычно подразумевает использование пространственного модулятора света (SLM) для модуляции интенсивности и/или фазы световых лучей. Однако, современные голограммы ограничены с точки зрения качества, поскольку современная технология SLM позволяет проецировать лишь несколько изображений с низким разрешением на отдельные плоскости с низким разрешением глубины.

Для решения данной проблемы исследователи объединили SLM с диффузором, позволяющим разделить несколько плоскостей изображения на гораздо меньшие, что дало возможность обойти ограничение свойств SLM. Кроме того, подавляя перекрёстные помехи между плоскостями и используя рассеяние света и формирование волнового фронта, данная модель обеспечивает 3D-голографическую проекцию сверхвысокой плотности.

В целях проверки нового метода исследователи сначала использовали моделирование, чтобы показать, что он способен создавать 3D-реконструкции с гораздо меньшим интервалом глубины между каждой из плоскостей.

Например, они смогли спроецировать 3D-модель ракеты со 125 последовательными плоскостями изображения с интервалом глубины 0.96 мм в одной голограмме 1000×1000 пикселей по сравнению с 32 плоскостями изображения с интервалом глубины 3.75 мм посредством другого недавно разработанного метода, который называется компьютерная голография на основе случайных векторов.

Чтобы проверить концепцию экспериментально, исследователи изготовили прототип 3D-SDH-проектора для создания динамических 3D-проекций и сравнили его с обычной современной системой Френеля для создания компьютерной 3D-голографии. Опыты показали, что использование 3D-SDH-проектора позволило достичь улучшения осевого разрешения более чем на три порядка по сравнению со стандартным методом.

Трёхмерные голограммы, продемонстрированные исследователями, являются трехмерными изображениями облака точек, то есть они не могут представлять твёрдое тело трёхмерного объекта. В будущем исследователи надеются получить возможность проецировать набор 3D-объектов с голограммой, для чего понадобится голограмма с большим количеством пикселей и новые алгоритмы.