基于深度学习的计算全息显示进展

计算全息作为一种三维显示手段,能够基于衍射计算实现对目标光场的精确重建,在元宇宙通讯、AR/VR头戴显示、车载抬头显示等方向均有着重要的应用。如何实现高速且高质量的相位全息图生成是计算全息领域发展的关键问题,也是当前该方向的重要研究课题。近年来,深度学习技术的飞跃式发展为上述问题的解决提供了一条新的技术路径。本文介绍了计算全息技术的基本原理及算法分类,综述了近年来所提出的基于深度学习的计算全息解决方案,比较了各类方案的优势与不足,展望了深度学习技术在计算全息领域的发展与挑战。     

基于多平面全息成像的三维显示

提出了一种基于分数傅里叶变换的多平面成像方法。由空间光调制器给出时序加载全息图的同步信号到外部控制电路,外部控制电路根据时序信号控制聚合物分散液晶屏的开关,使非成像位置的聚合物分散液晶屏为开态,让光通过;使成像位置的屏为关态,接收图像。时序加载不同的全息图,在不同屏上得到了不同的像,利用人眼的视觉暂留效应,实现了多平面全息成像的三维显示。该投影方法可以通过控制光学系统参数和计算全息图时的采样条件调节深度范围,系统简单,易于实现。     

基于硅基液晶的空分复用彩色全息显示研究

彩色全息显示是全息显示的一个重要研究目标。研究了使用RGB三色激光的彩色全息显示技术,提出基于空分复用的彩色全息显示方法。全息光电再现像的成像区域大小和成像区域中心位置依赖于RGB三色激光的波长,通过调节RGB三色分量原图大小以及加载数字闪耀光栅实现RGB三色再现图像分量区域大小和成像中心的重合。基于空分复用的方法建立了彩色全息显示系统,最终的彩色全息显示系统利用空间光调制器加载计算生成的24bit全息图再现彩色图像。实验结果验证了该方法的可行性。     

数字全息显示中的三维物体信息量及其压缩

从人眼的双目视觉理论出发 ,研究了在双眼所能观察的视觉空间内 ,三维物体的信息量、全息图的信息量以及它们之间的关系问题 ,并给出了具体的计算方法及结果 ,为全息图信息压缩提供了理论依据和压缩途径。     

全息立体显示技术助推裸眼3D发展

实现影视景物形象的真正全息三维显示是当今影视科技发展的前沿,世界科技发达国家都投入了科研力量从事相关研究并已获得一定成果。此项研究的意义远远超出目前影视行业狭义范畴,其用于科学研究和国防领域的重要意义更是显而易见。Song_tanxuan@ccw.com.cn欢迎您加入讨论。     

基于迭代的纯相位全息图生成算法比较研究

纯相位全息图因无共轭像、衍射效率高,在全息三维显示中得到广泛应用。迭代算法因计算灵活、编码图像重建质量高,在纯相位全息图生成中具有重要地位。对基于迭代的生成纯相位全息图最新算法进行比较研究,介绍迭代算法生成纯相位全息图的基本原理,编程实现了典型代表性、创新性算法。通过图像重建质量、耗时长短的对比,进行了详细的实验研究,分析了各类方法的特点和优缺点。结论表明,对于较大像素差的图像,选用直方图补偿算法可得较好的效果,对于高重建质量的图像,可选用自适应加权Gerchberg-Saxton算法。     

采用全息光学元件的全息三维显示系统

Koji Yamasaki等人曾提出采用全息照相和立体照相技术的三维显示系统。其法在会聚和视觉调节之间有点矛盾。研发系统的显示部分为液晶显示器 ,它能显示三维电影。1　引言目前许多研究人员致力于三维显示技术。他们提出三维显示技术的各种方法 ,如视差栅障 ,双凸透镜 ,偏振镜和全息照相术。除全息照相术外 ,这些方法都属于立体技术。只有全息照相术没有观察者双眼的会聚和视觉调节之间的矛盾。全息照相术保持水平视差和垂直视差 ,因此全息照相术是最理想的三维显示技术。但制作电影非常困难 ,因为计算机不能实时计算大量全息照相数据。麻省…     

元宇宙中的动态全息三维显示:发展与挑战（特邀）

相比二维显示,三维显示可以提供更接近真实世界的图像内容,是5G、大数据、元宇宙和物联网领域的关键性技术。计算全息三维显示可以提供所有种类的深度线索,被认为是三维显示的终极实现方式,在智能制造、远程教育、异地办公和娱乐社交等领域都具有广阔的应用前景。文中首先介绍了计算全息技术的发展历史和重要技术节点,分析了高质量全息动态三维显示面临的挑战,主要包括计算全息图重建质量不足、波前调制器件和全息显示系统性能受限以及三维内容源匮乏等,进一步介绍了已有的解决方案,比较了各类方案的优势与不足,进而分析了高质量全息动态三维显示的主要研究方向,包括低噪声全息图的获取、像质优化和畸变校正技术的开发以及三维内容源的构建。实现高质量、低噪声、无畸变、高刷新、真三维的动态全息三维显示,是计算全息显示发展的必由之路,也是元宇宙等典型应用对全息三维显示提出的必然要求。     

基于超快液晶薄膜的实时动态全息三维视频显示

介绍了在超快液晶薄膜中的实时动态全息视频显示成果,此薄膜不需任何外加电场,而且全息响应在毫秒量级,全息图建立和自擦除时间最快都可达到1ms。利用红绿蓝(RGB)三色激光作为读出光获得了无串扰噪声红绿蓝三色实时动态全息显示视频。基于全息复用技术,在此材料中实现RGB模式彩色全息视频显示。由于此材料易于制成大尺寸显示屏,而且无需任何外加电场,所以由其制成的空间光调制器或其他全息显示器件无需进行像素化,这样就能有效地克服现有空间光调制器的缺陷,其有望在未来被开发成高分辨率、大尺寸、彩色实时动态全息三维视频显示器。     

计算全息三维实时显示的研究进展

计算全息三维实时显示是目前国际光学领域的研究热点之一。综述了计算全息三维显示技术研究的现状。从计算全息三维显示的原理出发,简介了全息图计算的复杂度、再现像尺寸与视场角等参数的关系以及影响再现图像质量的主要因素。分析了各种获得高质量、大图像和宽视场角的全息三维实时显示技术方案,指出了其中存在的关键问题,并对全息三维实时显示的未来进行了展望。     

基于随机场的全息采样及三维显示

虽然真彩色实时全息显示技术在近几年已经取得了阶段性的发展,如何实现符合人眼视觉条件的理想三维显示是一项具有很有挑战性的工作.本文提出了基于随机场的局部平均采样理论,并借助光子波函数的四维傅里叶变换,搭建了以体像素和空间谱为基本抽样单位的三维空间信息的全息抽样框架,并进一步通过实例将这一新的数学模型成功应用于三维空间信息的离散采样、完整恢复与全息显示.最后借助商用4K平面显示器,结合小透镜阵列和全息功能屏,成功演示了人眼可分辨的典型完美全息三维场.     

基于上转换荧光的三维立体显示

简要介绍了三维立体显示的现状,重点阐述了基于上转换荧光的三维立体显示的原理和特点,分析了现存在的技术难题,指出了今后的发展方向.     

基于曲面类型与深度学习融合的三维掌纹识别技术

传统的2维掌纹识别在图像采集时容易受到干湿度、残影和压力等影响,使得其鲁棒性和准确性降低。为解决这些问题,3维掌纹识别技术应运而生。现有的3维掌纹身份认证技术需要将掌纹的特征提取与匹配识别分开进行,不仅延缓了识别时间,更增加了不同方法优化组合的难度。该文提出一种基于曲面类型(ST)与深度学习融合的3维掌纹识别方法。该方法利用ST图像表示3维掌纹特征,并将其作为卷积神经网络(CNN)的输入,实现网络的训练。测试图像可自行提取掌纹图像特征信息并在网络中直接完成识别。实验结果表明,该文方法在公开数据集上得到了99.43%的准确率和28 ms的识别时间,与传统3维掌纹识别方法相比均有提高,实现了3维掌纹的快速高精度识别。     

一种基于散斑结构的全息显示屏

提出一种全息平面显示屏的设计和制作方法。显示屏由全息像素单元组成,每一个像素单元都基于散斑的像面全息结构,其中基元光栅起到调制入射光并定向衍射成像的作用。分析了显示屏的视场特性,数值模拟了记录参考光不同入射角度和起限制垂直方向视场作用的狭缝的宽度对再现散斑像的影响。制作出幅面大小为600 mm×800 mm(约40″),厚度为1.5 mm的普通投影全息显示屏,给出相应的制作流程和制作参数。结果表明,全息显示屏具有高亮度和消色散的优点,浮雕型结构便于进行大幅面的快速微纳米压印复制,使得所提出的显示屏具有低成本的工艺优势。     

基于达芬奇技术的三维全息显示系统研究

由于人们对立体图像的视觉需求越来越强烈,提出了一种基于达芬奇技术的三维全息显示系统的研究方案,利用达芬奇处理器TMS320DM6446及其他外围电路和光电设备构建一个嵌入式系统。该系统以嵌入式操作系统即Linux为软件平台,充分利用TMS320DM6446丰富的外设和存储接口并充分发挥ARM926EJ-S强大的控制功能和C64x＋DSP强大的数值计算能力。并将最后的三维立体显示图形显示到液晶显示器上,实现数字全息三维显示。结果显示一个原始的图像数据经过该系统处理之后,从各个角度很完美的展现了原来的实物,该研究为图像的三维全息显示提供了一个很好的嵌入式实验平台,具有很好的应用前景及创新价值。     

基于深度学习的学习行为感知研究

文中探讨了如何利用深度学习技术解决在线教育中的学生情绪识别问题,首先介绍了卷积神经网络的结构和训练过程,然后介绍了AffectNet数据集的特点,接着详细描述了CNN在人脸识别和情绪识别中的应用,以及模型训练和评估方法。实验结果表明,在使用AffectNet数据集进行情绪识别的实验中,CNN模型可以实现较高的准确率、精确率、召回率和F1分数,达到了预期的效果,有望应用于智能教育领域,以提高课堂教学效果。     

彩色全息显示方法与系统概述

彩色全息显示是全息视频显示技术发展的重要目标。概述了基于空间光调制器实现彩色全息显示的方法与系统构建问题。首先,介绍了彩色全息显示中三个单色全息像叠加生成彩色全息再现像的基本原理。分析了全息图生成的方法,比较了光全息图、数字全息图、计算机生成全息图的不同。其次,讨论了彩色全息显示系统构建时空间光调制器的选择以及多波长照明下的相位调制特性问题。在实际系统中,红、绿、蓝三色激光或者发光二极管都可以用作系统照明光源。然后,描述了基于时分复用、空间复用、空间划分、空间叠加方法构建的彩色全息显示系统架构,指出彩色全息重构结果受到空间光调制器像素结构和色差等问题的影响。最后,展望了彩色全息显示技术的发展方向。     

基于相位相关的图像三维重建算法

在Muquit M A等提出基于相位相关的三维重建算法的基础上提出改进,对图像进行细节恢复的前处理;利用各个匹配等级之间的结构相关性进行搜索限制;在每个匹配等级下都进行畸点的识别和重定位;对匹配结果进行限制深度的三维模型优化处理.实验结果表明,提出的改进算法比原始算法的三维重建性能有明显提升.     

基于相位相关的目标图像亚像元运动参数估计

为获取亚像元级目标运动参数,提出一种基于相位相关分析的图像配准方法。首先讨论了目标局部运动和全局运动的目标参数估计问题,通过图像减影运算和模块匹配方法实现粗配准,从全景图像中分离目标信息和背景信息,计算目标中心坐标,获取像元级运动参数;然后采用相位相关图像配准方法实现精配准,利用傅里叶变换的平移特性,对产生平移的目标图像,通过求解归一化的互功率谱的傅立叶逆变换,得到二维脉冲函数,其峰值对应图像位移,由此获取亚像元级位移量。在实验室通过自准直光学系统获取光斑运动图像,使用Leica经纬仪标定光斑运动参数精度。结果表明,该方法效果显著,最大配准误差为0.156,标准差为0.091,配准精度优于1/10像元。     

多平面真三维全息显示

提出了一种多平面迭代算法,通过计算多个平面之间光波的前向和后向传播得到全息面的相位分布的恢复,并且用各个平面上的目标图像的振幅来限定传播过程中的光强。该方法将三维的光场分布离散化为相干光在多个二维平行平面上的同时调制,大幅减少了全息计算量。利用纯相位空间光调制器加载计算全息图,在三个屏幕上依次得到三个不同景深的图像,对于人眼调焦过程进行了模拟,实现了多平面真三维显示。系统简单,对于运算处理与显示器件的要求不高,易于实现。