研究员开发三维散射辅助动态全息术 实现3D对象超高密度连续平面动态投影

　　中国科学技术大学、魁北克大学：国立科学研究院、以及新加坡国立大学的研究人员开发了一种全新的方法来实现3D对象在超高密度连续平面的动态投影。通过将更多细节打包到3D图像中，所述解决方案可以逼真地再现我们周围的世界，并为虚拟现实和其他应用带来栩栩如生的表示。

　　团队表示：“3D全息图可以呈现具有连续精细特征的真实3D场景。对于虚拟现实，我们的方法可以与基于头显的全息显示器一起使用，从而增强3D浏览体验。它同时可以提供无需头显的裸眼3D视觉效果。”

　　产生逼真的3D对象全息显示需要将具有高像素分辨率的图像投影到大量紧密间隔的连续平面之上，并实现高深度分辨率，而这对于提供全息图看起来是三维的深度线索非常重要。

　　国科学技术大学、魁北克大学：国立科学研究院、以及新加坡国立大学的研究人员所提出的方法称为三维散射辅助动态全息术(3D-SDH)。实验表明，与最先进的多平面全息投影方法相比，团队提出的解决方案可以实现高出三个数量级以上的深度分辨率。

　　研究人员表示：“我们的新方法克服了当前数字全息技术中长期存在的两个瓶颈：低轴向分辨率和高晶面串扰。这两个瓶颈阻碍了全息图的精细深度控制，从而限制了3D显示器的质量。我们的方法可以允许在全息图中加密更多数据，从而改进基于全息图的光学加密。”

　　如上图所示，(b)为传统的多平面投影，而(a)是团队提出的解决方案。新的3D散射辅助动态全息方法主要通过将高分辨率图像投影到紧密间隔的平面来创建数字全息图。在比较中可以看出，(a)的全息图更为紧密。

　　生成高度细节的全息图

　　创建动态全息投影通常包括使用空间光调制器SLM来调制光束的强度和/或相位。然而，今天的全息图在质量方面相当有限，因为当前的SLM技术只允许将少数低分辨率图像投影到具有低深度分辨率的散射平面。

　　为了克服这个问题，研究人员将SLM与扩散器相结合，令多个图像平面之间的距离更小，不再受到SLM属性的限制。通过抑制平面之间的串扰并利用光的散射和波前整形，这种设置实现了超高密度3D全息投影。这一点可以再次参考上面的图例。

　　为了测试这种新方法，研究人员使用模拟来表明，它可以在每个平面之间产生更小深度间隔的3D重建。例如，他们能够在一张1000×1000像素的全息图中投影一个3D火箭模型。其中，所述模型具有125个连续的图像平面，而深度间隔为0.96毫米。作为对比，基于随机矢量的计算机生成全息术则提供32个深度间隔为3.75毫米的图像平面。

　　为了通过实验验证这一概念，他们建造了一个3D-SDH投影仪原型，以创建动态3D投影。然后，他们将其与3D菲涅耳计算机生成全息术的传统技术设置进行了比较。实验表明，3D-SDH在轴向分辨率方面比传统分辨率提高了三个数量级以上。

　　如上图所示，基于团队提出方案的火箭全息图如(a)所示，而点云模型则是图(b)。通过基于随机矢量的计算机生成全息术(RV-CGH)方法投影的3D火箭的体三维渲染图像如(c)所示，而3D-SDH投影的对象的体三维渲染图像如(d)所示。

　　另外，具有不同透视图的模拟3D火箭的体三维渲染图像如图(e–g)所示。

　　当然，研究人员展示的3D全息图都是点云3D图像，这意味着无法呈现3D对象的实体。最终，研究人员希望能够用全息图投影一组3D对象，但这需要更高像素数的全息图和新的算法。