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全息术:3D 显示的未来
来源: | 作者:4SHQ | 发布时间: 154天前 | 268 次浏览 | 分享到:

撰稿 | 颜悦(香港中文大学,博士生)


物理学家Dennis Gabor 因发明全息术被授予1971年诺贝尔物理学奖。全息术是一种可以记录光波前(包括其幅度和相位)并重建的技术,其主要利用光的衍射来产生虚拟三维图像。


先驱者们在很早就预言全息是实现完美3D 显示的最终方法,这是因为全息术是目前可满足适配人类视觉系统光学要求的唯一方法。多年以来,研究者们都在为实现这一目标不断努力。


近期,来自美国亚利桑那大学光科学学院Pierre-Alexandre Blanche教授在最新一期的 Light: Advanced Manufacturing发表一篇题为"Holography, and the future of 3D display” 的综述文章



首先,阐述了为什么目前实现全息3D 显示是一项艰巨的挑战;
随后,从人眼视觉系统出发,介绍了目前主流的3D 显示技术及其特点;
随后,以全息3D 显示为重点,总结了利用机器学习和神经网络算法实现实时全息计算的新进展;
接着,讨论了全息数据传输模型和数据压缩算法;


最后,介绍了全息数据硬件生成方法及其进展。


一、为何全息3D 显示是一项艰巨的挑战

为了直观地描述全息3D 显示的难度,作者使用数据传输速率(比特率,b/s)作为衡量指标。


假设实现一个45°视场,60Hz 刷新率,8位分辨率,50cm×50cm屏幕大小的全息彩色显示,在所使用光源为500nm情况下,所需要的比特率约为3×1015b/s。


图1 展示了全息和其他通讯技术所需的数据速率(按发展时间顺序排列)对比情况。


1798年的摇臂信号机大约每分钟可传输2~3个符号,约0.4bit/s。
1840年代开始流行以莫斯码传输的电报,大约为100b/s。
1876年,电话的出现可以开始传输声音信号,传输速率在64kb/s。
1940年代出现的黑白电视可显示29.97帧/s的视频,传输速率达26Mb/s。
1950年代开始出现的彩色电视传输速率又提高三倍,达78Mb/s。
1990年代开始出现数码视频,HDTV 720p 所需速率达1.33Gb/s。
2010年代出现4K 高清 HDTV 2160p所需传输速率达12.7Gb/s。


最新的8K 高清则需要47.8Gb/s的传输。(注:以上所需传输速率为压缩前的数据量)而全息3D 彩色显示比特率是8K 高清的6万倍,所以实现全息3D 显示的难度显而易见。



图1:通向全息之路:随着时间推移,不同通讯系统所需比特率