Pesquisadores desenvolveram uma nova maneira de criar projeções holográficas 3D dinâmicas de ultra-alta densidade. Ao incluir mais detalhes em uma imagem 3D, esse tipo de holograma pode permitir representações realistas do mundo ao nosso redor para uso em realidade virtual e outras aplicações.
“Um holograma 3D pode apresentar cenas 3D reais com características contínuas e finas”, disse Lei Gong, que liderou uma equipe de pesquisa da Universidade de Ciência e Tecnologia da China. “Para a realidade virtual, nosso método pode ser usado com monitores holográficos baseados em fones de ouvido para melhorar muito os ângulos de visão, o que melhoraria a experiência de visualização em 3D. Também poderia fornecer melhores visuais em 3D sem a necessidade de um fone de ouvido.”
A produção de uma exibição holográfica de aparência realista de objetos 3D requer a projeção de imagens com alta resolução de pixels em um grande número de planos sucessivos, ou camadas, espaçadas próximas umas das outras. Isso atinge alta resolução de profundidade, o que é importante para fornecer as dicas de profundidade que fazem o holograma parecer tridimensional.
A equipe de Gong e a equipe de pesquisa de Chengwei Qiu na Universidade Nacional de Cingapura descrevem sua nova abordagem, chamada holografia dinâmica assistida por dispersão tridimensional (3D-SDH), na revista Optica. Eles mostram que ele pode atingir uma resolução de profundidade superior a três ordens de magnitude maior do que os métodos de ponta para projeção holográfica multiplanar.
“Nosso novo método supera dois gargalos existentes há muito tempo nas técnicas holográficas digitais atuais – baixa resolução axial e alta diafonia entre planos – que impedem o controle preciso da profundidade do holograma e, portanto, limitam a qualidade da exibição 3D”, disse Gong. “Nossa abordagem também pode melhorar a criptografia óptica baseada em holografia, permitindo que mais dados sejam criptografados no holograma”.
Produzindo hologramas mais detalhados
A criação de uma projeção holográfica dinâmica normalmente envolve o uso de um modulador de luz espacial (SLM) para modular a intensidade e/ou a fase de um feixe de luz. No entanto, os hologramas de hoje são limitados em termos de qualidade porque a tecnologia SLM atual permite que apenas algumas imagens de baixa resolução sejam projetadas em planos separados com resolução de baixa profundidade.
Para superar esse problema, os pesquisadores combinaram um SLM com um difusor que permite que vários planos de imagem sejam separados por uma quantidade muito menor sem serem limitados pelas propriedades do SLM. Ao também suprimir a diafonia entre os planos e explorar a dispersão da luz e a modelagem da frente de onda, essa configuração permite a projeção holográfica 3D de densidade ultra-alta.
Para testar o novo método, os pesquisadores primeiro usaram simulações para mostrar que ele poderia produzir reconstruções 3D com um intervalo de profundidade muito menor entre cada plano. Por exemplo, eles conseguiram projetar um modelo de foguete 3D com 125 planos de imagem sucessivos em um intervalo de profundidade de 0,96 mm em um único holograma de 1.000 × 1.000 pixels, em comparação com 32 planos de imagem com um intervalo de profundidade de 3,75 mm usando outro método desenvolvido recentemente. abordagem conhecida como holografia gerada por computador baseada em vetores aleatórios.
Para validar o conceito experimentalmente, eles construíram um protótipo de projetor 3D-SDH para criar projeções 3D dinâmicas e compararam isso com uma configuração de última geração convencional para holografia 3D Fresnel gerada por computador. Eles mostraram que o 3D-SDH alcançou uma melhoria na resolução axial de mais de três ordens de magnitude em relação à contraparte convencional.
Os hologramas 3D que os pesquisadores demonstraram são imagens 3D de nuvens de pontos, o que significa que não podem apresentar o corpo sólido de um objeto 3D. Em última análise, os pesquisadores gostariam de poder projetar uma coleção de objetos 3D com um holograma, o que exigiria um holograma de maior contagem de pixels e novos algoritmos.
Publicado em 09/04/2023 21h18
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