Main Page » News »

Przepis na prawdziwe obrazowanie 3D

Zdjęcie z pracowni

Zespół fizyków z Politechniki Warszawskiej i Uniwersytetu w Białymstoku zaproponował nową metodę zapisu holograficznych obrazów 3D. Wyniki prac optyków znalazły się w czasopiśmie Nature Communications.

Opracowanie prawdziwie trójwymiarowych i skalowalnych wyświetlaczy pozostaje jednym z największych wyzwań współczesnej fizyki. Rozwiązanie wyczekiwane od dekad przez przemysł elektroniki użytkowej musi się cechować doskonałą jakością obrazu i możliwością  w pełni naturalnego oglądania obrazów przestrzennych przez długi czas. Tak zwane telewizory 3D nie spełniały takich wymogów, co boleśnie odczuli użytkownicy — zastosowana technika stereoskopowa była w istocie próbą długotrwałego wymuszenia na mózgu widza sztucznego wrażenia przestrzenności obrazu.

Na czym więc polega problem z odtwarzaniem wysokiej jakości obrazu 3D? To przede wszystkim wymóg olbrzymiej rozdzielczość wzoru holograficznego, znacznie przekraczający standardy klasycznej telewizji, a także konieczność obliczania i aktualizowania w pamięci komputerowej ogromnej ilości informacji w czasie rzeczywistym oraz jej zapis w ośrodku modulującym światło do odtworzenia końcowych obrazów 3D.

Skuteczne rozwiązanie w wysokiej rozdzielczości

Badacze z Wydziału Fizyki PW i Uniwersytetu w Białymstoku dzięki kooperacji z japońskimi i holenderskimi naukowcami zaproponowali nową metodę zapisu holograficznych obrazów 3D przy zastosowaniu optomagnetycznego nośnika z efektem pamięci oraz sekwencyjnych algorytmów pozbawionych klasycznych obliczeń macierzowych. Dzięki uzyskanym wynikom badań będzie możliwe pokonanie bariery rozdzielczości oraz szybkości obliczenia i wyświetlania obrazów holograficznych.

Autorzy publikacji zastosowali nośnik magnetyczny, którym jest syntetyczny stop gadolinu, żelaza i kobaltu (GdFeCo) w postaci warstwy o grubości 20 nanometrów na podłożu szklanym. To materiał bardzo łatwy i tani w produkcji. Jego niezwykłą cechą jest możliwość tworzenia

Ilustracja mechanizmu opracowanego przez badaczy z PW i UwB

Ilustracja mechanizmu opracowanego przez badaczy z PW i UwB

dowolnych wzorów holograficznych poprzez skanowanie wiązką impulsów z lasera femtosekundowego — przypomina to kreślenie obrazu ołówkiem na kartce. Strukturą wzoru są mikroobszary magnetyczne przełączane wiązką światła w ultraszybki i powtarzalny sposób.

Metody takiego zapisu magnetycznego rozwija zespół prof. Stupakiewicza z Uniwersytetu w Białymstoku. — Po raz pierwszy zaproponowaliśmy wykorzystanie ultraszybkiego zapisu magnetycznego do tworzenia wzorów holograficznych w ośrodku optomagnetycznym. Jego zaletą jest możliwość uzyskania olbrzymiej rozdzielczości i szybkości — mówi badacz. Ultraszybki zapis magnetyczny umożliwia zapis punktu z czasem do 30 pikosekund, co przy zastosowaniu 1 GHz częstotliwości repetycji lasera pozwala na dynamiczny zapis wysokorozdzielczy nieosiągalny w obecnych technologiach.

Autorom publikacji udało się utworzyć zapis holograficzny o gęstości około 3600 x 3600 punktów (ok. 13 mln. punktów lub 4K) na jeden cal kwadratowy, bez istotnych ograniczeń co do wielkości całego hologramu.

Co więcej, nowa metoda przy zastosowaniu nośnika magnetycznego zapamiętuje obraz holograficzny tak jak w dysku magnetycznym, natomiast sam proces zapisu, kasowania i ponownego zapisu odbywa się bezkontaktowo i wyłącznie za pomocą wiązki impulsów światła.

Oszczędność pamięci

— Zaprezentowaliśmy algorytm obliczeń holograficznych bez klasycznych i pamięciożernych obliczeń macierzowych. Zamiast tego zaproponowaliśmy podejście seryjne, czyli obliczanie punkt po punkcie, także w chmurze, zgodnie z repetycją zapisującej wiązki laserowej — mówi dr hab. inż. Michał Makowski, prof. PW, kierownik zespołu z Wydziału Fizyki. — Ponieważ zapis jest magnetycznie trwały, ośrodek przejmuje tym samym funkcję pamięci. Dzięki temu zapotrzebowanie na pamięć operacyjną komputera jest zerowe, niezależnie od rozmiaru hologramu. We współpracy z grupą naukowców z Chiba University w Japonii udało się opracować procesor obliczający punkt hologramu w jednym cyklu zegara, czyli co 1 nanosekundę — wyjaśnia nasz badacz. Jak podkreśla, może się to odbyć z wykorzystaniem dostępnej technologii.

Autorzy publikacji przybliżyli szacunki, zgodnie z którymi możliwość generowania i wyświetlania wielkoskalowych hologramów komputerowych 3D w podejściu macierzowym ma być możliwa dopiero około roku 2100. Dzięki badaniom zainicjonowanym przez polskich fizyków rewolucji możemy spodziewać się o wiele wcześniej.

Zespół autorów publikacji

Zespół autorów publikacji

Z publikacją Dynamic complex opto-magnetic holography można się zapoznać pod adresem https://rdcu.be/c05b7.

Wszystkie badania eksperymentalne zostały przeprowadzone w Białymstoku przy wsparciu Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej w ramach projektu TEAM. Prace były współfinansowane ze środków MNiSW w ramach projektu POB FOTECH-2 przyznanych Politechnice Warszawskiej w programie „Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza” oraz ze środków projektu Inkubator Innowacyjności 4.0 realizowanym na Uniwersytecie w Białymstoku.