Průlom v 3D zobrazení: Nový systém promítá 28 vrstev obrazu jedním zábleskem

Vědci z UCLA Samueli School of Engineering a California NanoSystems Institute (CNSI), pod vedením profesora Aydogana Ozcana, představili průlomový systém pro projekci 3D obrazů jedním zábleskem.

Vědci z UCLA Samueli School of Engineering a California NanoSystems Institute (CNSI), pod vedením profesora Aydogana Ozcana, představili průlomový systém pro projekci 3D obrazů jedním zábleskem. Tato hybridní architektura, která kombinuje digitální kodér s pasivním difrakčním optickým dekodérem optimalizovaným pomocí hlubokého učení, dokáže promítat více odlišných obrazů na těsně rozmístěné axiální roviny najednou. Jde o významný krok směrem ke kompaktním a vysoce věrným technologiím volumetrického zobrazení.

Technologie 3D zobrazení je klíčová pro holografii nové generace, pohlcující vizualizace a rozhraní rozšířené a virtuální reality (AR/VR), kde přesné ohniskové body v celé hloubce jsou zásadní pro přirozené vnímání hloubky a vizuální komfort. Konvenční holografické displeje však čelí výzvě hustého hloubkového multiplexování: jak se axiální obrazové roviny v objemu přibližují, přeslechy způsobené difrakcí rychle snižují selektivitu hloubky a věrnost obrazu.

Přístup vyvinutý na UCLA řeší tento problém spojením naučeného digitálního kodéru s pasivním vícevrstvým difrakčním dekodérem složeným ze strukturně optimalizovaných povrchů. Kodér, postavený na neuronové síti založené na Fourierově transformaci, extrahuje multiscale prostorové a frekvenční rysy z cílové sady obrazů, zahrnuje informace o axiální poloze a vytváří jediný fázový vzor, který současně reprezentuje všechny obrazy, jež mají být promítány ve 3D. Zakódovaná vlnoplocha se poté šíří přes strukturně optimalizované difrakční povrchy, které fyzicky provádějí programování pole závislé na hloubce během šíření světla. Opticky tak směrují obsah obrazu do jeho určené axiální hloubky a zároveň potlačují mezirovinové úniky.

Prostřednictvím numerických simulací vědci prokázali víceplanární projekci obrazu jedním zábleskem s axiálními rovinami oddělenými pouze jednou vlnovou délkou. Ukázali, že systém je schopen zpracovat volumetrické scény obsahující 28 axiálních řezů zakódovaných do jediného fázového vzoru. Tým dále experimentálně ověřil tento rámec pomocí dvourovinného optického prototypu s jednovrstvým fyzickým dekodérem pracujícím ve viditelném spektru. Naměřené intenzitní vzory se úzce shodovaly jak s numerickými simulacemi, tak s cílovými obrazy a jasně překonaly základní volný prostor bez difrakčního dekodéru, což potvrdilo proveditelnost hybridní digitálně-optické architektury pro projekci 3D obrazů jedním zábleskem.

Tato práce vytváří kompaktní a škálovatelnou platformu pro zobrazení 3D obrazů s vysokým axiálním rozlišením jedním zábleskem, s potenciálními aplikacemi v holografických a blízkoočných AR/VR displejích, volumetrické mikroskopii s více hloubkami, vizualizaci 3D v reálném čase a volumetrických optických výpočtech. Do budoucna by se tento rámec mohl rozšířit na multispektrální provoz, multiperspektivní holografii a fyzicky vyráběné vícevrstvé pasivní dekodéry pro kompaktní a energeticky účinné 3D zobrazovací systémy.