技术进步为虚拟现实等更逼真的3D全息图铺平了道路

研究人员开发了一种创建动态超高密度3D全息投影的新方法。通过将更多细节打包到3D图像中，这种类型的全息图可以真实地表示我们周围的世界，以用于虚拟现实和其他应用程序。

“3D全息图可以呈现具有连续和精细特征的真实3D场景，”中国科学技术大学领导研究团队的龚磊说。“对于虚拟现实，我们的方法可以与基于耳机的全息显示器一起使用，以大大改善视角，从而增强3D观看体验。它还可以在不需要耳机的情况下提供更好的3D视觉效果。

生成逼真的 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间隔紧密的连续平面或层上。这实现了高深度分辨率，这对于提供使全息影像看起来三维的深度提示非常重要。

Gong的团队和新加坡国立大学的Chengwei Qiu研究团队在Optica杂志上描述了他们的新方法，称为三维散射辅助动态全息(3D-SDH)。他们表明，它可以实现比最先进的多平面全息投影方法高三个数量级以上的深度分辨率。

“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 - 低轴向分辨率和高平面间串扰 - 阻碍了全息图的精细深度控制，从而限制了3D显示的质量，”龚说。“我们的方法还可以通过允许在全息图中加密更多数据来改善基于全息的光学加密。

生成更详细的全息影像

创建动态全息投影通常涉及使用空间光调制器 (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受到限制，因为目前的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平面上。

为了克服这个问题，研究人员将SLM与扩散器相结合，使多个图像平面之间的间隔量要小得多，而不受SLM特性的限制。通过抑制平面之间的串扰并利用光的散射和波前整形，这种设置可以实现超高密度的3D全息投影。

为了测试新方法，研究人员首先使用模拟来证明它可以产生每个平面之间深度间隔小得多的3D重建。例如，他们能够在单个3×125像素全息图中以0.96毫米的深度间隔投射具有1000个连续图像平面的1000D火箭模型，而使用另一种最近开发的方法(称为基于随机矢量的计算机生成全息术)具有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，他们构建了一个原型3D-SDH投影仪来创建动态3D投影，并将其与3D Fresnel计算机生成的全息的传统最先进的设置进行了比较。他们表明，与传统对应物相比，3D-SDH的轴向分辨率提高了三个数量级以上。

研究人员展示的3D全息图都是点云3D图像，这意味着它们无法呈现3D物体的实体。最终，研究人员希望能够用全息图投影一组3D对象，这将需要更高的像素数全息图和新算法。

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