홀로그램 CGH 계산에 대한 자세한 소개

먼저, 기본 원리는전산 홀로그래피

기본 원리전산 홀로그래피컴퓨터를 이용해 빛의 위상이나 진폭을 풀고 디지털 홀로그램을 생성한 후 공간광변조기(SLM) 등의 광변조기를 통해 빛의 위상이나 진폭을 변조한 뒤 최종적으로 간섭성 빛을 이용해 SLM을 조사하는 방식이다. 상쾌한 빛의 필드가 생성되어 역동적인 홀로그램 3D 이미지를 형성합니다.

기존 홀로그램 세대와는 다르게,전산 홀로그래피물리적으로 일관성을 유지하기 위해 두 개의 광선이 필요하지 않으므로 홀로그램 생성 프로세스가 단순화됩니다. 그러나 고정밀 생성은전산 홀로그램여전히 많은 양의 계산, 높은 컴퓨팅 전력 요구 사항, 공간 광 변조기의 해상도 및 크기 제한과 같은 많은 과제에 직면해 있습니다.

둘째, 핵심기술전산 홀로그래피

홀로그램 최적화 알고리즘

고정밀 생성전산 홀로그램최적화 알고리즘에 따라 다릅니다. 홀로그램 최적화는 본질적으로 조건이 나쁜 역 문제이므로 일반적으로 비볼록 최적화 알고리즘의 도움으로 해결됩니다. 최적화 알고리즘의 선택 및 매개변수 설정은 홀로그램 생성의 품질과 계산 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다.

일반적인 최적화 프레임워크에는 대체 투영 방법과 경사하강법이 포함됩니다. 대체 투영 방법은 두 개의 닫힌 집합 간의 교대 투영을 통해 두 개의 닫힌 집합의 제약 조건을 만족하는 최적의 솔루션을 찾습니다. 경사 하강법은 경사 계산을 통해 손실 함수 감소 방향을 결정하여 제약 조건을 만족하는 최적의 솔루션을 찾습니다.

공간 광 변조기

공간 광 변조기는 핵심 장치입니다.전산 홀로그래피, 이는 디지털화된 홀로그램을 라이트 필드 변조로 변환할 수 있습니다. 현재 대부분의 전산 홀로그램 시스템은 SLM 또는 DMD(Digital Micromirror Device)와 같은 프로젝션 장치에 의존합니다. 그러나 이러한 장치에는 너무 작은 시야각 및 다중 차수 회절과 같은 디스플레이 성능에 대한 본질적인 제한이 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 연구자들은 메타표면 기반 홀로그래피를 탐색하고 있습니다. Metasurface는 진폭 및 위상과 같은 전자기파의 기본 특성에 돌연변이를 도입하고 기존 변조 장치에서는 달성하기 어려운 많은 변조 효과를 얻을 수 있습니다. Metasurface 기반 홀로그래피는 넓은 시야각, 무색 이미징, 컬러 디스플레이, 정보 용량 확장, 다차원 다중화 등에서 큰 발전을 이루었습니다.

동적 홀로그램 디스플레이

동적 홀로그램 디스플레이는 중요한 응용 분야입니다.전산 홀로그래피. 전통적인 홀로그램 디스플레이 시스템은 종종 대규모 계산과 낮은 디스플레이 프레임 속도의 문제를 안고 있으며, 이로 인해 고급 인간-컴퓨터 상호 작용과 같은 고급 디스플레이에서의 적용이 제한됩니다. 높은 유창성을 갖춘 역동적인 홀로그램 디스플레이를 구현하기 위해 연구자들은 효율적인 방법을 모색하고 있습니다.전산 홀로그램생성 방법 및 표시 기술.

예를 들어, 화중 과학 기술 대학의 우한 국립 광전자 연구 센터 팀은 높은 계산 및 디스플레이 프레임 속도를 갖춘 동적 비트간 메타표면 홀로그래피(Bit-MH) 기술을 제안했습니다. 이 기술은 메타표면의 디스플레이 기능을 서로 다른 공간 영역(예: 공간 채널)으로 나누고 재구성된 하위 홀로그램 패턴을 각 채널에 투영함으로써 효율적인 동적 새로 고침 및 실시간 상호 작용을 달성합니다.

3. 응용분야전산 홀로그래피

입체 디스플레이

전산 홀로그래피는 3D 디스플레이 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있습니다. 컴퓨터 생성 홀로그램을 사용하면 고정밀 파면 변조를 통해 지속적인 깊이감이 있는 3차원 장면을 생성할 수 있습니다. 이 기술은 엔터테인먼트, 게임 분야뿐만 아니라 교육, 훈련, 의료 및 기타 분야에서도 활용되어 보다 현실적이고 직관적인 3차원 시각적 경험을 제공할 수 있습니다.

광정보 저장 및 처리

전산 홀로그래피광학 정보 저장 및 처리에도 사용될 수 있습니다. 디지털 홀로그램을 생성함으로써 정보를 빛의 장(light field) 형태로 매체에 저장할 수 있어 고밀도, 고속 정보 저장 및 판독이 가능합니다. 게다가,전산 홀로그래피정보의 보안과 신뢰성을 향상시키기 위해 광학 암호화 및 위조 방지와 같은 분야에서도 사용될 수 있습니다.

증강현실과 가상현실

전산 홀로그래피증강현실(AR)과 가상현실(VR) 분야에도 응용 가능성이 있다. 사실적인 3차원 홀로그램 이미지를 생성함으로써 AR 및 VR 시스템에서 자연스러운 상호 작용과 몰입형 경험을 구현할 수 있습니다. 예를 들어 AR 시스템에서는전산 홀로그래피기술을 통해 사용자는 평면의 여러 깊이에 걸쳐 표시된 콘텐츠에 자연스럽게 집중할 수 있어 시각적 수렴 충돌 조정 문제(VAC)를 해결하고 사용자 편의성을 향상시킬 수 있습니다.

레이저 가공 및 메타표면 디자인

전산 홀로그래피레이저 가공, 메타표면 설계 등의 분야에서도 사용할 수 있습니다. 고정밀 홀로그램을 생성함으로써 레이저빔의 정밀한 제어가 가능하며, 고정밀 레이저 가공 및 마이크로나노 제조가 가능합니다. 게다가,전산 홀로그래피보다 복잡하고 효율적인 전자기파 변조 효과를 달성하기 위해 메타표면의 설계 및 최적화에도 사용할 수 있습니다.

넷째, 발전 동향과 과제전산 홀로그래피

컴퓨터 기술의 지속적인 발전과 광학기기의 지속적인 혁신으로전산 홀로그래피기술은 끊임없이 새로운 발전과 혁신을 이루고 있습니다. 하지만,전산 홀로그래피여전히 많은 계산량, 높은 계산 능력 요구 사항, 공간 광 변조기의 해상도 및 크기 제한과 같은 많은 과제와 문제에 직면해 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구자들은 딥러닝 기반 홀로그램 생성 방법, 메타표면 기반 홀로그래피 등 새로운 알고리즘과 기술을 탐색하고 있습니다.

미래에,전산 홀로그래피앞으로 더 많은 분야에 기술이 적용되어 대중화될 것으로 예상됩니다. 예를 들어, 차량 HUD 디스플레이 시스템에서 전산 홀로그램 기술은 보다 현실적이고 직관적인 3D 탐색 및 정보 디스플레이를 실현할 수 있습니다. 의료 분야에서는 컴퓨터 홀로그래픽 기술을 수술 내비게이션, 원격의료 등 분야에 활용해 의료 수준과 효율성을 높일 수 있다.

간단히 말해서, 전산 홀로그래피는 변혁적인 잠재력을 지닌 기술로서 광학 및 정보 과학의 발전을 지속적으로 촉진하고 있습니다. 지속적인 기술 발전과 응용 분야의 지속적인 확장으로 인해 전산 홀로그래피는 더 많은 분야에서 돌파구와 혁신을 달성하여 인류에게 더 많은 편리함과 놀라움을 선사할 것으로 예상됩니다.