美國(guó)普林斯頓大學(xué)Meta Reality實(shí)驗(yàn)室和其他機(jī)構(gòu)的研究人員發(fā)表了一篇新論文，詳細(xì)介紹了一種實(shí)現(xiàn)具有視網(wǎng)膜分辨率的超寬視場(chǎng)角全息顯示的方法。該方法大大降低了達(dá)到這些參數(shù)所需的顯示分辨率，從而成為將全息顯示引入XR頭顯的潛在捷徑。全息顯示器在XR領(lǐng)域尤其受歡迎，因?yàn)榭梢燥@示光場(chǎng)，更準(zhǔn)確表示我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界中看到的光。

Meta XR和AI研發(fā)小組Reality Labs Research花費(fèi)了大量時(shí)間和精力探索全息技術(shù)在XR頭顯中的應(yīng)用。

要使全息顯示在XR頭顯中可行，需要克服許多障礙，其中之一就是光學(xué)展量問(wèn)題：衡量光在全息系統(tǒng)中傳播范圍的指標(biāo)。低光學(xué)擴(kuò)展量意味著低視場(chǎng)，在此類系統(tǒng)中增加光學(xué)擴(kuò)展量的唯一方法是增加顯示器尺寸或降低圖像質(zhì)量，而這兩種方法都不適合XR頭顯。

為此，普林斯頓大學(xué)Meta Reality實(shí)驗(yàn)室和阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)研究人員在《自然通訊》 上發(fā)表了一篇新論文，題為“用于超廣角高保真全息顯示的神經(jīng)展度擴(kuò)展器”。

該論文介紹了一種將全息顯示器的光學(xué)擴(kuò)展量擴(kuò)展至64倍的方法。研究人員表示，這樣做可以為超寬視場(chǎng)全息顯示器創(chuàng)造一條捷徑，該顯示器還可以實(shí)現(xiàn)每度60像素的視網(wǎng)膜分辨率。

研究人員表示，仍然需要比現(xiàn)在更高分辨率的空間光調(diào)制器（SLM），但該方法將必要的SLM 分辨率從數(shù)十億像素減少到僅數(shù)千萬(wàn)像素。

研究人員表示，假設(shè)理論SLM的分辨率為7680×4320，對(duì)其光學(xué)擴(kuò)展量擴(kuò)展方法的模擬表明，在理想條件下，該方法可以實(shí)現(xiàn)水平視場(chǎng)角126°、每度60像素的分辨率（真正的“視網(wǎng)膜分辨率”）。

目前尚不存在這樣的SLM，但要在沒(méi)有光學(xué)擴(kuò)展量擴(kuò)展的情況下創(chuàng)建類似的顯示器，需要分辨率為61440×34560的SLM，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)前或近期的任何制造力。

光學(xué)擴(kuò)展量擴(kuò)展本身并不新鮮，但研究人員表示，現(xiàn)有方法以顯著降低圖像質(zhì)量為代價(jià)來(lái)擴(kuò)展光學(xué)擴(kuò)展量，從而在視場(chǎng)和圖像質(zhì)量之間建立了反比關(guān)系。

該論文聲稱：“用[我們的方法]制作的集光擴(kuò)展全息圖是唯一同時(shí)展示超寬視場(chǎng)和高保真度的全息圖。”

研究人員將該方法稱為“神經(jīng)光學(xué)展量擴(kuò)展”，與現(xiàn)有的不考慮顯示內(nèi)容的簡(jiǎn)單方法相比，這是一種擴(kuò)展光學(xué)展量的“智能”方法。

“神經(jīng)聚光擴(kuò)展量擴(kuò)展器是從自然圖像數(shù)據(jù)集中學(xué)習(xí)的，并與SLM的波前調(diào)制聯(lián)合優(yōu)化。類似于淺層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這種新型光學(xué)元件使我們能根據(jù)自然圖像的顯示定制波前調(diào)制元件，并最大限度提高人眼可感知的顯示質(zhì)量?！?/p>

“[…] 神經(jīng)聚光擴(kuò)展量擴(kuò)展器支持彩色全息圖的多波長(zhǎng)照明。擴(kuò)展器還支持3D彩色全息術(shù)和觀看者瞳孔移動(dòng)。我們預(yù)計(jì)未來(lái)的全息顯示器可能會(huì)將所描述的光學(xué)設(shè)計(jì)方法納入其結(jié)構(gòu)中，特別對(duì)于VR/AR顯示器而言?！?/p>

“擴(kuò)展到基于其他類型的新興光學(xué)器件（例如超表面）可能會(huì)被證明是未來(lái)工作的一個(gè)有希望的方向，因?yàn)榧{米級(jí)超表面特征可以極大放大衍射角，光的其他特性，如偏振可以使用元光學(xué)進(jìn)行調(diào)制?！?/p>