斯坦福大學(xué)研究員將全息技術(shù)向“真3D”再邁出重要一步 開發(fā)普適性計(jì)算全息框架

　　增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能夠帶來前所未有的沉浸式用戶體驗(yàn)，但當(dāng)前AR/VR平臺(tái)的光引擎在峰值亮度、功率效率、設(shè)備形狀參數(shù)、對(duì)感知重要焦點(diǎn)線索的支持、以及校正用戶視覺像差能力等方面都受到不同程度的限制。所以，學(xué)界和業(yè)界正在積極探索各種解決方案，例如全息近眼顯示器。

　　對(duì)于這一點(diǎn)，你或許會(huì)對(duì)由斯坦福大學(xué)博士后研究員Yifan Peng和電子工程副教授Gordon Wetzstein等人組成的團(tuán)隊(duì)有印象。他們已經(jīng)就全息顯示技術(shù)發(fā)表了多份研究論文。

　　在不久前，Yifan Peng和Gordon Wetzstein等人又發(fā)表了一份名為《Time-multiplexed Neural Holography: A flexible framework for holographic near-eye displays with fast heavily-quantized spatial light modulators》的論文，而Yifan Peng撰文簡(jiǎn)要介紹了這一研究：

　　“據(jù)介紹，全息近眼顯示器為虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供了前所未有的潛力，包括視覺感知上重要的聚焦提示。近幾年，用于CGH的人工智能驅(qū)動(dòng)算法在提高全息圖的圖像質(zhì)量和合成效率方面取得了很大進(jìn)展，但傳統(tǒng)CGH算法并不直接適用于部分新興的器件，例如快速但提供精度有限的相位控制型空間光調(diào)制器(SLM)。

　　這種SLM的高速特性提供了時(shí)間復(fù)用的巨大潛力，基本上可以實(shí)現(xiàn)部分相干的全息顯示模式，大大提升了全息顯示的信息帶寬積。值得注意的是，增加的帶寬積和全息編碼能力并非傳統(tǒng)硅基液晶相位調(diào)制器件可以比擬。

　　針對(duì)這個(gè)問題，包括Yifan Peng和Gordon Wetzstein等人的斯坦福大學(xué)和英偉達(dá)團(tuán)隊(duì)提出了一種相機(jī)校準(zhǔn)波傳播模型，并且開發(fā)了一個(gè)具有普適性的計(jì)算全息框架。所述框架可以穩(wěn)健地優(yōu)化SLM的有限度離散量化相位模式。具體而言，它可以靈活地支持不同類型內(nèi)容的監(jiān)督優(yōu)化，包括 最基本的2D圖像，2.5D的RGBD、3D 焦點(diǎn)堆棧，以及4D光場(chǎng)。

　　上圖是團(tuán)隊(duì)提出的全息圖生成流程。其中，空間光調(diào)制器 SLM 的復(fù)值字段由若干可學(xué)習(xí)的項(xiàng)(包括離散查找表等)進(jìn)行調(diào)整，然后交由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) CNN 進(jìn)行處理。

　　具體而言，所述研究使用ASM波傳播算子將得到的復(fù)值波場(chǎng)，結(jié)合在傅立葉域的幅度和相位，傳播到所有擬定的目標(biāo)平面。接下來，每個(gè)目標(biāo)平面的復(fù)波場(chǎng)由多個(gè)較小的CNN進(jìn)行再次處理。

　　研究人員指出，這個(gè)框架適用于多種輸入形式，包括2D 平面圖像、2.5D的RGBD圖像、3D Focal Stack焦點(diǎn)堆棧、以及4D光場(chǎng)。

　　實(shí)驗(yàn)表明，他們?cè)诶碚搶用婧蛯?shí)驗(yàn)效果層面均取得了明顯的突破，所述框架可以產(chǎn)生高質(zhì)量、單像素級(jí)別的深度線索，其引入的時(shí)間復(fù)用自由度和編碼能力保留了相位分布隨機(jī)性(角譜范圍帶寬足夠)，可表現(xiàn)出自然的淺景深和離焦模糊行為。

　　相關(guān)論文：Time-multiplexed Neural Holography: A flexible framework for holographic near-eye displays with fast heavily-quantized spatial light modulators

　　當(dāng)然，團(tuán)隊(duì)坦誠(chéng)研究目前在實(shí)時(shí)性優(yōu)化上依然存在一定的挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步探討利用平行研究工作HoloNet實(shí)現(xiàn)3D時(shí)序全息圖快速生成的可行性。

　　但總的來說，相關(guān)研究工作在模擬仿真和實(shí)驗(yàn)顯示中都展示了非常出色的立體全息顯示效果，使得全息技術(shù)在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用從現(xiàn)有諸多“偽3D”或“小部分3D”向“真3D”邁出了又一步。