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再现我们周围的世界，用于虚拟现实和其他应用。

“3D全息图可以呈现真实的3D场景，具有连续且精细的特征，”中国科学技术大学研究团队负责人龚雷说。“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连续的平面或层上，这些平面或层间隔得很近。这实现了高深度分辨率，这对于提供使全息图看起来三维的深度线索很重要。

在光学出版集团的高影响力研究期刊 Optica 中，龚的团队和新加坡国立大学的 Chengwei Qiu 的研究团队描述了他们的新方法，称为三维散射辅助动态全息术 (3D-SDH)。他们表明，它可以实现比多平面全息投影的最先进方法高出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两个长期存在的瓶颈——低轴向分辨率和高平面间串扰——这阻碍了全息图的精细深度控制，从而限制了 3D 显示的质量，”Gong 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进基于全息术的光学加密。”

制作更详细的全息图

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，因为当前的 SLM 技术只允许将少量低分辨率图像投影到具有低深度分辨率的单独平面上。

为了克服这个问题，研究人员将 SLM 与漫射器相结合，使多个图像平面能够以更小的数量分开，而不受 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，该设置可实现超高密度 3D 全息投影。

为了测试这种新方法，研究人员首先使用模拟来证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，他们能够在单个 1000×1000 像素全息图中投射具有 125 个深度间隔为 0.96 毫米的连续图像平面的 3D 火箭模型，而使用最近开发的另一种深度间隔为 3.75 毫米的 32 个图像平面称为基于随机矢量的计算机生成全息术的方法。

为了通过实验验证这个概念，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 菲涅耳计算机生成全息术的传统最先进设置进行了比较。他们表明，3D-SDH 的轴向分辨率比传统对应物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，这将需要更高像素数的全息图和新算法。

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