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Jun 08, 2023

O Estado

Light Publishing Center, Instituto de Óptica, Mecânica Fina e Física de Changchun, imagem CAS: a, Diagrama de um algoritmo CGH de nuvem de pontos, mostrando convenções típicas de eixo. Cada ponto do navio

Centro de Publicação Light, Instituto de Óptica, Mecânica Fina e Física de Changchun, CAS

imagem: a, Diagrama de um algoritmo CGH de nuvem de pontos, mostrando convenções típicas de eixos. Cada ponto da nuvem de pontos do modelo do navio cria uma função de dispersão de pontos no plano do holograma (código de cores: matiz corresponde à fase, brilho à amplitude). A superposição de todas as funções de dispersão de pontos produz o holograma final. b, Diagrama de CGH baseado em camadas, mostrando como um objeto 3D é segmentado em camadas, onde cada elemento da cena é atribuído à sua frente de onda intermediária mais próxima. Aqui é mostrado um ponto exemplar com sua região de influência PSF na camada correspondente. Todas as camadas são acumuladas em um holograma usando, por exemplo, propagação numérica convolucional.Veja mais

Crédito: por David Blinder, Tobias Birnbaum, Tomoyoshi Ito, Tomoyoshi Shimobaba

A holografia é uma metodologia baseada em luz coerente que pode descrever completamente o campo óptico. É um método de duas etapas, que consiste em um registro interferométrico e uma etapa de reconstrução. Sua capacidade de capturar, medir e reproduzir qualquer campo de onda o tornou útil em uma ampla gama de aplicações. Exemplos são microscopia holográfica digital, caracterização de superfície de objetos complexos, velocimetria de imagens de partículas e visualização de conteúdo 3D. Um desafio importante neste contexto éholografia gerada por computador (CGH) , ou seja, a modelagem da difração numérica, calculando como a luz se propaga pelo espaço e interage com os materiais. O CGH é altamente intensivo em termos computacionais, exigindo algoritmos e hardware especializados para o cálculo preciso e eficiente de hologramas.

Num novo artigo publicado na Light Science & Application, resultante de uma colaboração entre investigadores do Departamento de Eletrónica e Informática da Vrije Universiteit Brussel e IMEC (Bélgica), e da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade de Chiba (Japão), apresentam uma ampla visão geral de vários aspectos do estado da arte em CGH. Eles apresentam uma classificação de algoritmos CGH modernos, técnicas algorítmicas de aceleração CGH, as mais recentes soluções de hardware dedicadas e avaliação de qualidade perceptiva.

Os algoritmos CGH são classificados e comparados com base nos elementos que os representam.Métodos de nuvem de pontos discretizar os objetos em uma coleção finita de pontos luminosos discretos. Objetos 3D também podem ser decompostos em um número relativamente pequeno deprimitivas geométricas e funções básicascujo padrão de difração pode ser calculado com eficiência.Métodos de polígonocodificar triângulos como pedaços de campo de ondas, aproveitando o fato de que a difração entre planos pode ser calculada de forma eficiente usando convoluções.Métodos baseados em camadasfatiar a cena 3D em camadas de profundidade, atribuindo elementos da cena à sua camada mais próxima, fazendo com que a proximidade relativa de um plano virtual limite a propagação da difração e, assim, melhore a localidade espacial.Rastreamento de raioos métodos aproximam o holograma por um campo de luz discretizado, permitindo o uso de software de computação gráfica convencional para renderização, seguido por uma conversão dos raios em pequenos segmentos de frente de onda.

Além disso, a maioria dos algoritmos CGH podem ser acelerados por meio de técnicas de aceleração. Exemplos são o uso deescassez , onde um sinal pode ser modelado por um número relativamente pequeno de coeficientes significativos quando expresso no espaço de transformação correto, por exemplo, usando planos de gravação de frente de onda, estereogramas holográficos e redução de coeficiente. Outros exemplos envolvem o uso deTabelas de pesquisa,aceleração dinâmica de CGHpara vídeos holográficos eaprendizagem profundaaceleração baseada.

Além disso,software-hardwareco-design necessário para otimizar o cálculo do CGH. A revisão cobre otimizações e