Se han realizado mejoras en la pantalla 3D para mejorar la realidad virtual y aumentada.

Los avances tanto en software como en hardware pueden hacer que los hologramas sean viables para más aplicaciones

Washington – Los investigadores han desarrollado un nuevo enfoque que mejora la calidad de imagen y el contraste de las pantallas 3D. La nueva tecnología podría ayudar a mejorar las pantallas de visión cercana utilizadas para aplicaciones de realidad virtual y aumentada.

“Los sistemas de RA están preparados para tener un impacto transformador en nuestra sociedad al proporcionar una interfaz perfecta entre el usuario y el mundo digital”, dijo el miembro del equipo de investigación Jonghyun Kim de la empresa de tecnología. NVidia Y el Universidad Stanford. “Las pantallas 3D pueden superar algunos de los mayores desafíos restantes de los sistemas al mejorar la experiencia del usuario y habilitar más dispositivos integrados”.

Leyenda: La holografía de Michelson muestra mejoras significativas en la calidad de la imagen, el contraste y la reducción de manchas en comparación con todos los demás métodos convencionales, como Naïve SGD.

Crédito: Jonghyun Kim, Nvidia, Universidad de Stanford

a VisualAsociación de Optometría (parte) Para la investigación de alto impacto, los investigadores describen una nueva tecnología holográfica llamada holografía de Michelson. Este enfoque combina una nueva configuración óptica inspirada en la interferometría de Michelson con el desarrollo de software moderno. La configuración genera los patrones de interferencia necesarios para crear imágenes digitales en 3D.

“Aunque recientemente hemos visto avances tremendos en la holografía generada por computadora de aprendizaje automático, estos algoritmos están esencialmente restringidos a dispositivos básicos”, dijo Kim. “Hemos estado involucrados en el diseño de una nueva configuración de hardware y un nuevo algoritmo para superar algunos de estos limitaciones y demostrar los últimos resultados “.

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Mejora de la calidad

Las pantallas 3D tienen el potencial de superar a otras tecnologías de visualización 3D utilizadas para la realidad virtual y aumentada al permitir pantallas más integradas, mejorar la capacidad del usuario para enfocar sus ojos a diferentes distancias y brindar adaptabilidad a los usuarios que usan lentes correctivos. Sin embargo, la tecnología aún tiene que lograr la calidad de imagen de las tecnologías más tradicionales.

Para las pantallas 3D, la calidad de la imagen está limitada por un componente óptico conocido como modulador de fase solo espacial (SLM). SLM crea luz difractada que hace que el patrón de interferencia sea esencial para crear imágenes visuales en 3D. Sin embargo, los SLM de solo fase que se usan comúnmente en holografía exhiben una baja eficiencia de difracción que degrada significativamente la calidad de la imagen observada, especialmente el contraste de la imagen.

Dada la dificultad de aumentar en gran medida la eficiencia de difracción de los SLM, los investigadores diseñaron una arquitectura óptica completamente nueva para crear imágenes en 3D. En lugar de utilizar un SLM monofásico como la mayoría de los entornos, el enfoque holográfico de Michelson utiliza SLM de dos etapas únicamente.

“La idea básica de la holografía de Michelson es interferir destructivamente con la luz difractada de un SLM utilizando la luz ininterrumpida del otro”, dijo Kim. “Esto permite que la luz sin distracciones contribuya a la imagen en lugar de crear manchas y otras cosas”.

Optimización de imagen

Los investigadores combinaron esta nueva disposición de dispositivo con el procedimiento de optimización de cámara en anillo (CITL) que modificaron para su configuración óptica. La optimización CITL es un enfoque computacional que se puede utilizar para optimizar directamente una imagen 3D o para entrenar un modelo de computadora basado en una red neuronal.

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Leyenda: Los investigadores utilizaron el proceso de optimización de la cámara en el anillo para mejorar las imágenes en 3D. Las imágenes superiores muestran las imágenes de enfoque cercano y lejano capturadas a través del proceso de optimización, mientras que las imágenes inferiores muestran las imágenes de dos fases utilizadas para crear la imagen 3D.

Crédito: Jonghyun Kim, Nvidia, Universidad de Stanford

CITL permitió a los investigadores usar la cámara para capturar una serie de imágenes mostradas. Esto significa que pueden corregir pequeños desequilibrios en el sistema visual sin utilizar dispositivos de medición precisos.

Una vez que se ha entrenado el modelo de computadora, dijo Kim, se puede usar para ver cómo se verá una imagen capturada con precisión sin tomarla realmente. “Esto significa que la configuración óptica se puede simular completamente en la nube para realizar inferencias en tiempo real de problemas computacionalmente complejos con computación paralela. Esto puede ser útil para computar una imagen 3D generada por computadora de una escena 3D compleja, por ejemplo”.

Los investigadores probaron su nueva arquitectura holográfica Mickelson usando una configuración óptica en la mesa de su laboratorio. Lo usaron para ver muchos hologramas 2D y 3D, que se grabaron con una cámara convencional. La demostración mostró que la pantalla holográfica SLM dual con calibración CITL ofrece una calidad de imagen mucho mejor que los métodos actuales de hologramas generados por computadora.

Hacer que el nuevo sistema sea funcional requerirá traducir la configuración de la mesa en una que sea lo suficientemente pequeña como para incorporarse a una realidad aumentada o un sistema portátil virtual. Los investigadores sugieren que su enfoque para el diseño conjunto de hardware y software podría ser útil para mejorar otras aplicaciones de procesamiento por computadora y de imágenes computacionales en general.

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Documento: S. Choi, J. Kim, Y. Peng, G. Wetzstein, “Holografía de Michelson: Holografía de SLM dual con optimización de cámara en bucle”, Optica, 8, 2, 143-146 (2021).

DOI: https://doi.org/10.1364/OPTICA.410622.

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