Praktische 3D-weergave gegenereerd door holografie en lichtveldtechnologie

• Een nieuwe methode zou de visuele vervormingen in 3D-schermen verwijderen zonder extra zwaardere optica.
• Het systeem creëert een helder, 3D-beeld in de ruimte, wat het geschikt maakt voor AR-toepassingen.

We communiceren voornamelijk met digitale inhoud via toetsenborden en 2D-aanraakpanelen. Technologieën zoals Virtual Reality(VR) en Augmented Reality(AR) beloven tegenwoordig echter meer vrijheid van deze beperkingen.

VR/AR-apparaten hebben hun eigen nadelen, bijvoorbeeld de neiging om vermoeide ogen, duizeligheid en bewegingsziekte te veroorzaken vanwege hun op stereoscopie gebaseerde ontwerpen. Langer gebruik van deze apparaten kan het gevoel van misselijkheid en vervorming vergroten, ook wel VR-ziekte genoemd.

Om deze beperkingen te overwinnen, zijn onderzoekers in België en Japan begonnen met het verkennen van een combinatie van holografie en lichtveldtechnologie. Hoewel dit extra apparatuur vereist, hebben ze geprobeerd de omvang en de kosten laag te houden, zodat het commercieel succes kon behalen.

Hoe werkt het?

De kenmerken van objecten (zoals grootte, kleur, textuur, hoogte, afstand) worden bepaald door het licht dat ze in verschillende richtingen met verschillende intensiteiten verstrooien. Het menselijk oog ziet deze gemoduleerde stralen en stuurt signalen naar de hersenen waar die karakteristieke kenmerken worden nagebootst.

Echte 3D-schermen zoals holografie en lichtveldweergaveapparaten kunnen dezelfde gemoduleerde stralen genereren zonder de aanwezigheid van een echt object. Het nauwkeurig reconstrueren van alle kenmerken van het object is echter een kostbaar proces.

Daarom berekenden onderzoekers eerst de benodigde modulatie en zetten de data vervolgens om in lichtsignalen met behulp van een LCD. Deze signalen worden verder gevoerd naar andere optische instrumenten zoals bundelcombinaties, spiegels en lenzen.

Ze ontwikkelden een holografisch optisch element met een dunne laag lichtgevoelig element dat in staat is taken van verschillende optische modules te repliceren. Het is meestal gemaakt van glas dat de kwaliteit en prestaties van het scherm bepaalt.

Om meerdere optische componenten in één keer op te nemen/af te drukken, ontwikkelde het team een ​​methode genaamd Digitally Designed Holographic Optical Element (afkorting van DDHOE). Deze methode kan alle karakteristieke kenmerken van verschillende optische componenten vastleggen, zonder dat daadwerkelijke componenten daar fysiek aanwezig hoeven te zijn.

Bron:The Optical Society 

Het doel is in feite om het hologram van de kenmerken van alle componenten te meten en ze samen optisch opnieuw te creëren met behulp van een laser en een LCD. De uiteindelijke optische signalen lijken op hetzelfde licht dat door alle feitelijke componenten samen wordt gemoduleerd. Het opgenomen hologram wordt uiteindelijk geprojecteerd op het dunne vel lichtgevoelig materiaal.

(a) DDHOE-lensarray, (c) computergegenereerde 3D-scène, (d) Uiteindelijke 3D-afbeelding | Tegoed: Boaz Jessie Jackin

Het team heeft deze techniek al getest op een head-up light field 3D-display. Omdat het een doorzichtig systeem is dat 3D-foto's/video's uitvoert, kan de technologie verschillende toepassingen hebben in AR.

Om multiview-beelden op een glas (microlens array-film) weer te geven, gebruikt het systeem een ​​conventionele 2D-projector. Deze dunne film moduleert het licht dat van de projector komt en reproduceert het beeld in 3D in de ruimte.

Hoe verschilt het van andere methoden?

Bij traditionele technieken wordt het licht van de projector verstrooid voordat het de microlens-array raakt. Dit vervormt het uiteindelijke 3D-beeld in de ruimte. Om dit op te lossen, moet u de projectorlampen collimeren tot een parallelle straal.

Als u echter een groter scherm wilt, moet u de collimerende lenzen vergroten, wat de kosten van componenten verhoogt - de belangrijkste reden waarom deze technieken geen commercieel succes hebben behaald.

Lees:De nieuwste 3D-projectie in THIN AIR | Een beter alternatief voor hologrammen

De nieuwe methode daarentegen omvat de collimatiefuncties op de microlens-array zelf door deze te fabriceren met DDHOE. Dit elimineert de noodzaak voor zwaardere collimatie-optieken. Onderzoekers geloven dat hun techniek binnenkort de bestaande modellen zal vervangen die omvangrijke optische componenten gebruiken.