มีการแนะนำ CGH แบบโฮโลแกรมเชิงคำนวณโดยละเอียด

ประการแรก หลักการพื้นฐานของโฮโลแกรมเชิงคำนวณ

หลักการพื้นฐานของโฮโลแกรมเชิงคำนวณคือการใช้คอมพิวเตอร์เพื่อแก้เฟสหรือแอมพลิจูดของแสง สร้างโฮโลแกรมดิจิทัล จากนั้นปรับเฟสหรือแอมพลิจูดของแสงผ่านตัวปรับแสง เช่น Spatial Light Modulator (SLM) และสุดท้ายก็ใช้แสงที่สอดคล้องกันเพื่อฉายรังสี SLM สนามแสงที่สดชื่นถูกสร้างขึ้นเพื่อสร้างภาพสามมิติโฮโลแกรมแบบไดนามิก

แตกต่างจากการสร้างโฮโลแกรมแบบดั้งเดิม โฮโลแกรมเชิงคำนวณไม่จำเป็นต้องใช้ลำแสงสองลำในการเชื่อมโยงกันทางกายภาพ จึงทำให้กระบวนการสร้างโฮโลแกรมง่ายขึ้น อย่างไรก็ตาม การสร้างโฮโลแกรมการคำนวณที่มีความแม่นยำสูงยังคงเผชิญกับความท้าทายมากมาย เช่น การคำนวณจำนวนมาก ความต้องการพลังการประมวลผลที่สูง และข้อจำกัดด้านความละเอียดและขนาดของตัวปรับแสงเชิงพื้นที่

ประการที่สอง เทคโนโลยีหลักของโฮโลแกรมการคำนวณ

อัลกอริธึมการเพิ่มประสิทธิภาพโฮโลแกรม

การสร้างโฮโลแกรมคอมพิวเตอร์ที่มีความแม่นยำสูงขึ้นอยู่กับอัลกอริธึมการปรับให้เหมาะสมที่สุด เนื่องจากการเพิ่มประสิทธิภาพโฮโลแกรมโดยพื้นฐานแล้วเป็นปัญหาผกผันที่มีเงื่อนไขไม่ดี จึงมักจะแก้ไขได้ด้วยความช่วยเหลือของอัลกอริธึมการหาค่าเหมาะที่สุดที่ไม่นูน การเลือกและการตั้งค่าพารามิเตอร์ของอัลกอริธึมการปรับให้เหมาะสมจะส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพและประสิทธิภาพการคำนวณของการสร้างโฮโลแกรม

กรอบงานการปรับให้เหมาะสมทั่วไปประกอบด้วยวิธีการฉายภาพทางเลือกและวิธีการไล่ระดับลง วิธีการฉายภาพสำรองจะค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่เหมาะสมที่สุดซึ่งเป็นไปตามข้อจำกัดของชุดปิดสองชุดโดยการฉายภาพทางเลือกระหว่างชุดปิดสองชุด วิธีการไล่ระดับลงจะกำหนดทิศทางของการสูญเสียฟังก์ชันการสูญเสียผ่านการคำนวณการไล่ระดับสี เพื่อค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่เหมาะสมที่สุดที่ตรงตามเงื่อนไขข้อจำกัด

โมดูเลเตอร์แสงเชิงพื้นที่

ตัวปรับแสงเชิงพื้นที่เป็นอุปกรณ์สำคัญในการคำนวณโฮโลแกรม ซึ่งสามารถแปลงโฮโลแกรมดิจิทัลให้เป็นการปรับสนามแสงได้ ในปัจจุบัน ระบบโฮโลแกรมเชิงคำนวณส่วนใหญ่ใช้อุปกรณ์ฉายภาพ เช่น SLM หรือ Digital Micromirror Device (DMD) อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เหล่านี้มีข้อจำกัดโดยธรรมชาติในด้านประสิทธิภาพการแสดงผล เช่น มุมมองภาพเล็กเกินไป และการเลี้ยวเบนแบบหลายลำดับ

เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ นักวิจัยกำลังสำรวจโฮโลแกรมที่ใช้ metasurface Metasurface สามารถทำให้เกิดการกลายพันธุ์ในคุณสมบัติพื้นฐานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น แอมพลิจูดและเฟส และทำให้เกิดเอฟเฟกต์การมอดูเลตมากมายที่ยากต่อการบรรลุในอุปกรณ์มอดูเลชั่นแบบดั้งเดิม โฮโลแกรมที่ใช้ Metasurface มีความก้าวหน้าอย่างมากในขอบเขตการมองเห็นขนาดใหญ่ การถ่ายภาพไร้สี การแสดงสี การขยายความจุข้อมูล มัลติเพล็กซ์หลายมิติ และอื่นๆ

พลวัตโฮโลแกรมแสดง

การแสดงโฮโลแกรมแบบไดนามิกเป็นขอบเขตการใช้งานที่สำคัญของโฮโลแกรมเชิงคำนวณ ระบบการแสดงผลโฮโลแกรมแบบดั้งเดิมมักมีปัญหาด้านการคำนวณขนาดใหญ่และอัตราเฟรมการแสดงผลต่ำ ซึ่งจำกัดการใช้งานในการแสดงผลขั้นสูง เช่น การโต้ตอบระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ขั้นสูง เพื่อให้การแสดงผลโฮโลแกรมแบบไดนามิกมีความคล่องสูง นักวิจัยกำลังสำรวจวิธีการสร้างโฮโลแกรมด้วยคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพและเทคนิคการแสดงผล

ตัวอย่างเช่น ทีมงานจากศูนย์วิจัยออปโตอิเล็กทรอนิกส์แห่งชาติหวู่ฮั่นที่มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี Huazhong ได้เสนอเทคโนโลยีโฮโลแกรม metasurface โฮโลแกรม (Bit-MH) แบบไดนามิก interbit ที่มีอัตราเฟรมการคำนวณและการแสดงผลสูง เทคนิคนี้ทำให้ได้การรีเฟรชแบบไดนามิกที่มีประสิทธิภาพและการโต้ตอบแบบเรียลไทม์โดยการแบ่งฟังก์ชันการแสดงผลของ metasurface ออกเป็นพื้นที่ต่างๆ (เช่น ช่องเชิงพื้นที่) และฉายรูปแบบโฮโลแกรมย่อยที่สร้างขึ้นใหม่ลงในแต่ละช่อง

3. สาขาการสมัครของโฮโลแกรมเชิงคำนวณ

จอแสดงผลสามมิติ

โฮโลแกรมเชิงคำนวณมีแนวโน้มการใช้งานที่หลากหลายในด้านการแสดงผล 3 มิติ ด้วยโฮโลแกรมที่สร้างด้วยคอมพิวเตอร์ การปรับคลื่นหน้าคลื่นที่มีความแม่นยำสูงสามารถทำได้เพื่อสร้างฉากสามมิติที่ให้ความรู้สึกถึงความลึกอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีนี้ไม่เพียงแต่สามารถใช้ได้ในด้านความบันเทิงและเกมเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการศึกษา การฝึกอบรม การแพทย์ และสาขาอื่นๆ เพื่อมอบประสบการณ์ภาพสามมิติที่สมจริงและใช้งานง่ายยิ่งขึ้น

การจัดเก็บและประมวลผลข้อมูลออปติคอล

โฮโลแกรมเชิงคำนวณยังสามารถใช้สำหรับการจัดเก็บและประมวลผลข้อมูลออปติคอล ด้วยการสร้างโฮโลแกรมดิจิทัล ข้อมูลจะถูกเก็บไว้ในสื่อในรูปแบบของสนามแสง เพื่อให้ได้การจัดเก็บและอ่านข้อมูลที่มีความหนาแน่นสูงและความเร็วสูง นอกจากนี้ โฮโลแกรมเชิงคำนวณยังสามารถใช้ในด้านต่างๆ เช่น การเข้ารหัสด้วยแสงและการต่อต้านการปลอมแปลง เพื่อปรับปรุงความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของข้อมูล

ความเป็นจริงเสริมและความเป็นจริงเสมือน

โฮโลแกรมเชิงคำนวณยังมีการใช้งานที่เป็นไปได้ในด้านความเป็นจริงเสริม (AR) และความเป็นจริงเสมือน (VR) ด้วยการสร้างภาพโฮโลแกรมสามมิติที่สมจริง ปฏิสัมพันธ์ที่เป็นธรรมชาติและประสบการณ์ที่ดื่มด่ำในระบบ AR และ VR สามารถทำได้ ตัวอย่างเช่น ในระบบ AR เทคโนโลยีโฮโลแกรมเชิงคำนวณช่วยให้ผู้ใช้สามารถมุ่งความสนใจไปที่เนื้อหาที่แสดงในหลายระดับความลึกของระนาบได้อย่างเป็นธรรมชาติ แก้ปัญหาการปรับความขัดแย้งในการบรรจบกันของภาพ (VAC) และปรับปรุงความสะดวกสบายของผู้ใช้

การตัดเฉือนด้วยเลเซอร์และการออกแบบเมตาเซอร์เฟส

โฮโลแกรมเชิงคำนวณยังสามารถนำมาใช้ในด้านต่างๆ เช่น การประมวลผลด้วยเลเซอร์และการออกแบบ metasurface ด้วยการสร้างโฮโลแกรมที่มีความแม่นยำสูง ทำให้สามารถควบคุมลำแสงเลเซอร์ได้อย่างแม่นยำ และสามารถประมวลผลด้วยเลเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงและการผลิตระดับไมโครนาโนได้ นอกจากนี้ โฮโลแกรมเชิงคำนวณยังสามารถใช้สำหรับการออกแบบและการเพิ่มประสิทธิภาพของ metasurfaces เพื่อให้บรรลุเอฟเฟกต์การปรับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อนและมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ประการที่สี่ แนวโน้มการพัฒนาและความท้าทายของโฮโลแกรมการคำนวณ

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และนวัตกรรมอย่างต่อเนื่องของอุปกรณ์ออพติคัล เทคโนโลยีโฮโลแกรมเชิงคำนวณกำลังสร้างความก้าวหน้าและความก้าวหน้าใหม่ ๆ อย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม โฮโลแกรมเชิงคำนวณยังคงเผชิญกับความท้าทายและปัญหามากมาย เช่น ปริมาณการคำนวณจำนวนมาก ความต้องการพลังงานการประมวลผลสูง ความละเอียดและข้อจำกัดของขนาดของโมดูเลเตอร์แสงเชิงพื้นที่ เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ นักวิจัยกำลังสำรวจอัลกอริธึมและเทคนิคใหม่ๆ เช่น วิธีสร้างโฮโลแกรมที่ใช้การเรียนรู้เชิงลึก โฮโลแกรมที่ใช้เมตาเซอร์เฟส เป็นต้น

ในอนาคต เทคโนโลยีโฮโลแกรมคอมพิวเตอร์คาดว่าจะถูกนำมาใช้และแพร่หลายในสาขาต่างๆ มากขึ้น ตัวอย่างเช่น ในระบบการแสดงผล HUD ของยานพาหนะ เทคโนโลยีโฮโลแกรมเชิงคำนวณสามารถรับรู้การนำทางและการแสดงข้อมูลแบบ 3 มิติที่สมจริงและใช้งานง่ายยิ่งขึ้น ในสาขาการแพทย์ เทคโนโลยีโฮโลกราฟิกเชิงคำนวณสามารถนำไปใช้ในสาขาต่างๆ เช่น การนำทางด้านการผ่าตัดและการแพทย์ทางไกล เพื่อปรับปรุงระดับและประสิทธิภาพทางการแพทย์

ในระยะสั้น,โฮโลแกรมเชิงคำนวณเนื่องจากเป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลง จึงส่งเสริมการพัฒนาด้านทัศนศาสตร์และวิทยาการสารสนเทศอย่างต่อเนื่อง ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีและการขยายขอบเขตการใช้งานอย่างต่อเนื่อง โฮโลแกรมเชิงคำนวณคาดว่าจะบรรลุความก้าวหน้าและนวัตกรรมในสาขาอื่น ๆ มากขึ้น ซึ่งจะนำความสะดวกสบายและความประหลาดใจมาสู่มนุษยชาติมากขึ้น