直播開講 精彩不停

2025年5月29日，東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院夏軍教授課題組在讀博士生王雯琦做客追光智匯直播間，帶來了一場關(guān)于基于角光譜擴(kuò)展的光場全息顯示技術(shù)的精彩之旅。

全息顯示技術(shù)因其具備真實(shí)三維重建能力，近年來受到廣泛關(guān)注。然而，受限于系統(tǒng)的空間帶寬積，傳統(tǒng)全息方法在重建圖像過程中普遍面臨頻譜混疊、高頻細(xì)節(jié)損失及散斑噪聲干擾等問題，嚴(yán)重影響顯示質(zhì)量。

為了解決上述問題，本次追光智匯直播間特邀請(qǐng)東南大學(xué)王雯琦同學(xué)為我們帶來了一場有關(guān)”角光譜擴(kuò)展的光場全息顯示技術(shù)”的研究分享，介紹了包含角度信息光譜擴(kuò)展的光場全息策略，包括頻域光譜擴(kuò)展方法（Spectrum Expansion, SE）與時(shí)空域光譜擴(kuò)展方法（Spatiotemporal Spectrum Expansion, STE）。首先，系統(tǒng)性回顧了SE方法的基本原理及其在頻域中對(duì)多角度光場的映射策略，分析其在提升視角范圍與圖像清晰度方面的優(yōu)勢與局限。隨后，進(jìn)一步提出STE方法，通過引入時(shí)間維度并結(jié)合多幀復(fù)振幅編碼，在擴(kuò)展頻譜的同時(shí)有效抑制視點(diǎn)干涉?zhèn)斡芭c散斑噪聲。此外，STE方法借助人眼時(shí)間積分特性，進(jìn)一步提升亮度均勻性與景深自然過渡效果。報(bào)告結(jié)合仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從圖像質(zhì)量、結(jié)構(gòu)一致性與重建自由度等方面對(duì)比分析兩種方法的性能表現(xiàn)，并探討其在全息AR顯示、透明顯示等場景中的應(yīng)用潛力。

彈幕答疑 實(shí)時(shí)互動(dòng)

Q：利用角光譜方法計(jì)算高分辨率、大視角（即寬角光譜范圍）的全息圖計(jì)算量巨大。如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜場景的實(shí)時(shí)計(jì)算？為光場全息顯示生成內(nèi)容同樣計(jì)算密集，如何高效生成和傳輸海量的全息圖數(shù)據(jù)？是否有有效的壓縮方法？

A：可以通過開發(fā)更高效算法提高信息計(jì)算效率，如自適應(yīng)深度積分算法、混合衍射模型、壓縮感知等高效計(jì)算等，同時(shí)新增并行計(jì)算架構(gòu)加速硬件升級(jí)。增加目前廣泛研究的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，訓(xùn)練模型輸入RGB-D圖加視角參數(shù)就能輸出全息相位分布圖，通過LSTM網(wǎng)絡(luò)預(yù)測連續(xù)幀的全息圖變化量，減少重復(fù)計(jì)算，以此可以高效生成和傳輸全息數(shù)據(jù)，至于有效壓縮，目前廣泛應(yīng)用的有空域壓縮、視角壓縮、深度壓縮、學(xué)習(xí)壓縮等，團(tuán)隊(duì)正在研究，有結(jié)果會(huì)及時(shí)分享。通過算法-硬件-通信的協(xié)同優(yōu)化，預(yù)計(jì)可以在保證重建質(zhì)量的前提下突破實(shí)時(shí)性瓶頸，為全息顯示技術(shù)的升級(jí)提供可靠基礎(chǔ)。

Q：現(xiàn)有空間光調(diào)制器的像素尺寸、數(shù)量和刷新率限制了可顯示的角光譜范圍和空間分辨率（即空間帶寬積，SWAP）。如何在物理限制下最大化視角和分辨率？如何突破現(xiàn)有SLM的性能瓶頸？實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、寬色域、高亮度的彩色全息顯示面臨挑戰(zhàn)，如何保證RGB三色光的精確配準(zhǔn)和均勻性？

A：在物理限制下最大化視角和分辨率是目前被關(guān)注的比較多的問題，可以通過器件設(shè)計(jì)革新、光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化和算法補(bǔ)償三個(gè)方面進(jìn)行突破。引入像素級(jí)光學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案可以優(yōu)先降低串?dāng)_，如通過亞波長超構(gòu)表面透鏡陣列代替?zhèn)鹘y(tǒng)像素提升有效孔徑，或開發(fā)新型時(shí)分復(fù)用掃描拼接技術(shù)有效提升分辨率，利用鐵電液晶加硅基液晶提升刷新率等。核心在于增加相位補(bǔ)償?shù)目烧{(diào)液晶層，實(shí)現(xiàn)校正像素邊緣衍射。隨著計(jì)算機(jī)和硬件材料的發(fā)展，彩色全息顯示技術(shù)的色彩配準(zhǔn)也逐漸被關(guān)注，激光光源的優(yōu)化、路徑亮度的增強(qiáng)、相位-振幅的協(xié)同調(diào)制都是有效配準(zhǔn)RGB三色的方式。

Q：角光譜法通常生成復(fù)振幅信息，但大多數(shù)實(shí)用SLM只能調(diào)制振幅或相位（常用相位型）。如何高效、高質(zhì)量地將復(fù)振幅信息編碼為純相位全息圖，以最小化噪聲和串?dāng)_？如何有效地?cái)U(kuò)展顯示的視角范圍？在擴(kuò)展視角時(shí)，如何避免不同視角光線之間的串?dāng)_，確保每個(gè)視點(diǎn)看到正確的圖像？

A：針對(duì)復(fù)振幅編碼與視角擴(kuò)展的核心挑戰(zhàn)，利用復(fù)振幅-純相位的高質(zhì)量編碼方式，如雙相位法、疊層迭代法、復(fù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)梯度優(yōu)化相位檢索的關(guān)鍵突破。通過空域?yàn)V波、相干調(diào)控、相位抖動(dòng)等方式可以實(shí)現(xiàn)噪聲的抑制和串?dāng)_減弱。大視角擴(kuò)展是未來發(fā)展的趨勢， 時(shí)分復(fù)用掃描技術(shù)、超構(gòu)表面透鏡陣列和體全息光柵等技術(shù)都可以降低大視角擴(kuò)展是的串?dāng)_問題，或者通過計(jì)算光學(xué)合成視角，提神計(jì)算速度的同時(shí)降低噪聲，但這種方法需要硬件同步升級(jí)，受限較大。利用光場調(diào)制層或動(dòng)態(tài)光闌陣列可以主動(dòng)抑制串?dāng)_，但同樣受限于硬件升級(jí)。

東南大學(xué)在讀博士生王雯琦介紹的角光譜擴(kuò)展的光場全息顯示技術(shù)講述了角光譜全息的原理、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展現(xiàn)狀和面臨挑戰(zhàn)。本次報(bào)告系統(tǒng)性地回顧了SE方法的基本原理及其在頻域中對(duì)多角度光場的映射策略，分析其在提升視角范圍與圖像清晰度方面的優(yōu)勢與局限。隨后，進(jìn)一步提出STE方法，通過引入時(shí)間維度并結(jié)合多幀復(fù)振幅編碼，在擴(kuò)展頻譜的同時(shí)有效抑制視點(diǎn)干涉?zhèn)斡芭c散斑噪聲。此外，STE方法借助人眼時(shí)間積分特性，進(jìn)一步提升亮度均勻性與景深自然過渡效果。報(bào)告結(jié)合仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從圖像質(zhì)量、結(jié)構(gòu)一致性與重建自由度等方面對(duì)比分析了兩種方法的性能表現(xiàn)，并探討了其在全息AR顯示、透明顯示等場景中的應(yīng)用潛力。

智慧凝集 攜手同行

晶萃光學(xué)JCOPTIX自2023年底啟動(dòng)了“追光計(jì)劃”系列活動(dòng)，旨在打造一個(gè)促進(jìn)學(xué)術(shù)與技術(shù)交流、推動(dòng)學(xué)科建設(shè)、培養(yǎng)光電領(lǐng)域人才的優(yōu)質(zhì)平臺(tái)，致力于構(gòu)建無界限、多元化的互動(dòng)生態(tài)，渴望讓參與者們在“追光智匯”找到專屬自己的光芒。該計(jì)劃還包含了追光者講壇、論文激勵(lì)方案等一系列活動(dòng)，鼓勵(lì)光電行業(yè)從業(yè)的伙伴在光電領(lǐng)域不懈探索與創(chuàng)新。

晶萃光學(xué)JCOPTIX誠摯地向所有新老朋友發(fā)出邀請(qǐng)，無論您是光電領(lǐng)域的資深專家，還是懷揣夢想、初出茅廬的青年學(xué)者，我們都渴望聽到您最新的研究成果分享，也期待與每一位熱愛光電行業(yè)的伙伴不期而遇，探討科研道路上的心得體會(huì)。追光智匯欄目將持續(xù)凝集智慧與靈感之光，照亮追光路上的每一個(gè)夢想。在這個(gè)充滿無限可能的舞臺(tái)上，讓我們攜手并進(jìn)，共同感受光電科技的神秘魅力，創(chuàng)造產(chǎn)學(xué)研深度融合的美好未來！