211service.com
Krok w kierunku holograficznych wideokonferencji
Naukowcy zrobili duży krok w kierunku holograficznego systemu wideokonferencyjnego, który umożliwiłby ludziom komunikowanie się ze sobą prawie tak, jakby znajdowali się w tym samym pomieszczeniu. Opracowali pełnokolorowy wyświetlacz 3D, który odświeża się co dwie sekundy, i wykorzystali go do wysyłania na żywo obrazów badacza z Kalifornii do współpracowników w Arizonie. W nadchodzących latach naukowcy mają nadzieję opracować system, który odświeża się ze standardową szybkością wideo i może konkurować z innymi wyświetlaczami 3D.
Hologram wideo: Ten wyświetlacz może odświeżać obraz co dwie sekundy.
Holografia zapewnia najlepsze wyświetlacze 3D, ponieważ jest najbliżej tego, jak postrzegamy nasze otoczenie, mówi Nasser Peygambarian , katedra fotoniki i laserów na Uniwersytecie Arizony. Hologram to wyświetlacz, który wykorzystuje efekt optyczny zwany dyfrakcją, aby wytworzyć światło, które pochodziłoby od obiektu na obrazie, gdyby obiekt fizyczny znajdował się przed widzem. Wydaje się, że obrazy holograficzne wystają w przestrzeń przed wyświetlaczem. Chodząc po holograficznym obrazie, można zobaczyć znajdujące się na nim obiekty pod różnymi kątami.
Hologramy nie wymagają okularów do oglądania, a w przeciwieństwie do innych systemów 3D bez okularów, wiele osób może z nich korzystać jednocześnie bez konieczności stania w określonym miejscu. Jednak rozwój wyświetlaczy holograficznych pozostaje w tyle za innymi systemami 3D z powodu trudności w tworzeniu materiałów holograficznych, które można szybko przepisać w celu odświeżenia obrazu.
Pierwszy holograficzny wyświetlacz wideo powstał w MIT Media Lab w 1989 roku. Objętość hologramu wynosiła zaledwie 25 milimetrów sześciennych, czyli mniej niż naparstek. Od tego czasu naukowcy próbowali opracować praktyczne systemy holograficzne, ale napotkali ograniczenia w skalowaniu tych wyświetlaczy do większych rozmiarów. Dużym wyzwaniem była próba wyeliminowania drogich komponentów optycznych bez poświęcania częstotliwości odświeżania.
Kilka firm sprzedaje wyświetlacze 3D do zastosowań medycznych i projektowych, ale wiele z tych systemów nie produkuje prawdziwych hologramów i są one zazwyczaj drogie, nie tylko dlatego, że są produkowane w niewielkich ilościach. Niektórzy potrzebują laserów, niektórzy potrzebują potężnych komputerów do działania lub wielu wyświetlaczy ułożonych razem, mówi Jennifer Colegrove , dyrektor ds. technologii wyświetlania w firmie badawczej DisplaySearch. Zauważa, że w 2010 roku takie wyświetlacze wolumetryczne przyniosą 5 milionów dolarów przychodu, co stanowi niewielką część wartego miliard dolarów rynku wyświetlaczy 3D. Mówi, że pomimo ich kosztów wyświetlacze te są nadal prymitywne i brakuje im kombinacji jakości obrazu, szybkości i rozmiaru wyświetlacza.
We współpracy z Techniczny Nitto Denko , kalifornijskie ramię badawcze japońskiej firmy Peyghambarian pracuje nad poprawą wyrafinowania i częstotliwości odświeżania wyświetlaczy holograficznych. Nowe wyświetlacze odświeżają się znacznie szybciej niż poprzednie systemy i jako pierwsze zostały połączone z systemem kamer w czasie rzeczywistym, aby wyświetlać obrazy na żywo, a nie te zarejestrowane wcześniej. Nowe wyświetlacze oparte są na systemie materiałów kompozytowych opracowanym przez Nitto Denko Technical. W 2008 roku grupy wyprodukowały czerwony holograficzny wyświetlacz o wymiarach cztery na cztery cale, który można było przepisywać co cztery minuty. Dzięki ulepszeniu materiałów użytych do wykonania wyświetlacza i systemu optycznego używanego do kodowania obrazów, zademonstrowali teraz pełnokolorowy wyświetlacz holograficzny, który odświeża się co dwie sekundy. Ta praca jest dziś opisana w czasopiśmie Natura .
Kluczem do technologii jest reagujący na światło kompozyt polimerowy nałożony na podłoże o wymiarach 12 na 12 cali i umieszczony pomiędzy przezroczystymi elektrodami. Kompozyt jest ułożony w obszarach zwanych hogelami, które są holograficznym odpowiednikiem pikseli. Zapisywanie danych do hogelów jest złożone i wiele różnych związków w kompozycie odgrywa rolę. Kiedy hogel jest oświetlony wzorem interferencyjnym wytwarzanym przez dwie zielone wiązki laserowe, związek zwany sensybilizatorem pochłania światło, a dodatnie i ujemne ładunki w sensybilizatorze są rozdzielone. Polimer w kompozycie, który znacznie lepiej przewodzi ładunki dodatnie niż ujemne, odciąga ładunki dodatnie.
Ten rozdział ładunku generuje pole elektryczne, które z kolei zmienia orientację cząsteczek czerwonego, zielonego i niebieskiego barwnika w kompozycie. Ta zmiana orientacji zmienia sposób, w jaki te cząsteczki rozpraszają światło. To właśnie to rozpraszanie generuje efekt 3D. Kiedy hogel jest oświetlony światłem z diody LED, rozprasza światło, tworząc jeden wizualny punkt na hologramie.
Zapisywanie danych na holograficznym wyświetlaczu zajmowało kilka minut. Jednym ze sposobów, w jaki naukowcy z Nikko Denko przyspieszyli ten proces, było zmniejszenie lepkości materiałów barwnikowych, aby mogły one szybciej zmieniać położenie. Mówi się, że ruch cząsteczek barwnika wewnątrz kompozytu jest analogiczny do ruchu ciekłych kryształów na konwencjonalnym wyświetlaczu Józefa Perry , profesor chemii na Georgia Tech. Drogą do dalszego zwiększenia szybkości wyświetlania może być uczynienie tych materiałów bardziej podobnymi do ciekłych kryształów, które mogą przełączać się nie tylko z szybkością wideo, ale szybciej niż ludzkie oko jest w stanie wykryć.
Kolejny wzrost szybkości wynikał z użycia szybszego lasera do zapisywania danych. Aby to zadziałało, naukowcy musieli również sparować laser z polimerami na wyświetlaczu, które mogłyby reagować na te szybsze impulsy, oddzielając ładunki w celu generowania pól elektrycznych z krótszym czasem opóźnienia. W ramach kolejnego postępu w stosunku do poprzednich prac firma opracowała pełny zestaw cząsteczek barwników dla koloru czerwonego, zielonego i niebieskiego.
Aby zademonstrować względną prędkość systemu, grupa wykorzystała go jako system teleobecności podobny do holograficznej komunikacji używanej w filmach science fiction, takich jak Gwiezdne Wojny — ale o wiele ostrzejszy. Wiele kamer rejestrowało obrazy pracownika Nitto Denko; obrazy te zostały przetworzone w celu stworzenia danych do zapisania każdego hogla i wysłane do grupy w Arizonie, gdzie holograficzny wyświetlacz pokazywał trójwymiarową projekcję ich kalifornijskiego współpracownika. Teraz to, co możemy wyświetlić, przypomina powolny film, mówi Peyghambarian. Aby stworzyć holograficzny system wideo, będą musieli zwiększyć szybkość odświeżania wyświetlacza do co najmniej 30 klatek na sekundę.
Współpracują grupy uniwersyteckie i Nitto Denko Michael Bove w MIT w sprawie poprawy wierności obrazów. To, co zgłaszają, działa pięknie, bez dużej ilości obliczeń, mówi Bove. W nadziei, że obrazy będą bardziej przejrzyste, Bove opracował system do bardzo szybkiego renderowania holograficznego wideo na zwykłym chipie graficznym.