直播開講 精彩不停

2025年5月29日，東南大學電子科學與工程學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，帶來了一場關于基于角光譜擴展的光場全息顯示技術的精彩之旅。

全息顯示技術因其具備真實三維重建能力，近年來受到廣泛關注。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、高頻細節(jié)損失及散斑噪聲干擾等問題，嚴重影響顯示質(zhì)量。

為了解決上述問題，本次追光智匯直播間特邀請東南大學王雯琦同學為我們帶來了一場有關”角光譜擴展的光場全息顯示技術”的研究分享，介紹了包含角度信息光譜擴展的光場全息策略，包括頻域光譜擴展方法（Spectrum Expansion, SE）與時空域光譜擴展方法（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，進一步提出STE方法，通過引入時間維度并結合多幀復振幅編碼，在擴展頻譜的同時有效抑制視點干涉?zhèn)斡芭c散斑噪聲。此外，STE方法借助人眼時間積分特性，進一步提升亮度均勻性與景深自然過渡效果。報告結合仿真與實驗結果，從圖像質(zhì)量、結構一致性與重建自由度等方面對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用潛力。

彈幕答疑 實時互動

Q：利用角光譜方法計算高分辨率、大視角（即寬角光譜范圍）的全息圖計算量巨大。如何實現(xiàn)復雜場景的實時計算？為光場全息顯示生成內(nèi)容同樣計算密集，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算效率，如自適應深度積分算法、混合衍射模型、壓縮感知等高效計算等，同時新增并行計算架構加速硬件升級。增加目前廣泛研究的神經(jīng)網(wǎng)絡模型，訓練模型輸入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)絡預測連續(xù)幀的全息圖變化量，減少重復計算，以此可以高效生成和傳輸全息數(shù)據(jù)，至于有效壓縮，目前廣泛應用的有空域壓縮、視角壓縮、深度壓縮、學習壓縮等，團隊正在研究，有結果會及時分享。通過算法-硬件-通信的協(xié)同優(yōu)化，預計可以在保證重建質(zhì)量的前提下突破實時性瓶頸，為全息顯示技術的升級提供可靠基礎。

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注的比較多的問題，可以通過器件設計革新、光學系統(tǒng)優(yōu)化和算法補償三個方面進行突破。引入像素級光學設計優(yōu)化方案可以優(yōu)先降低串擾，如通過亞波長超構表面透鏡陣列代替?zhèn)鹘y(tǒng)像素提升有效孔徑，或開發(fā)新型時分復用掃描拼接技術有效提升分辨率，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償?shù)目烧{(diào)液晶層，實現(xiàn)校正像素邊緣衍射。隨著計算機和硬件材料的發(fā)展，彩色全息顯示技術的色彩配準也逐漸被關注，激光光源的優(yōu)化、路徑亮度的增強、相位-振幅的協(xié)同調(diào)制都是有效配準RGB三色的方式。

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

A：針對復振幅編碼與視角擴展的核心挑戰(zhàn)，利用復振幅-純相位的高質(zhì)量編碼方式，如雙相位法、疊層迭代法、復神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)隨機梯度優(yōu)化相位檢索的關鍵突破。通過空域濾波、相干調(diào)控、相位抖動等方式可以實現(xiàn)噪聲的抑制和串擾減弱。大視角擴展是未來發(fā)展的趨勢， 時分復用掃描技術、超構表面透鏡陣列和體全息光柵等技術都可以降低大視角擴展是的串擾問題，或者通過計算光學合成視角，提神計算速度的同時降低噪聲，但這種方法需要硬件同步升級，受限較大。利用光場調(diào)制層或動態(tài)光闌陣列可以主動抑制串擾，但同樣受限于硬件升級。

東南大學在讀博士生王雯琦介紹的角光譜擴展的光場全息顯示技術講述了角光譜全息的原理、應用領域、發(fā)展現(xiàn)狀和面臨挑戰(zhàn)。本次報告系統(tǒng)性地回顧了SE方法的基本原理及其在頻域中對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，進一步提出STE方法，通過引入時間維度并結合多幀復振幅編碼，在擴展頻譜的同時有效抑制視點干涉?zhèn)斡芭c散斑噪聲。此外，STE方法借助人眼時間積分特性，進一步提升亮度均勻性與景深自然過渡效果。報告結合仿真與實驗結果，從圖像質(zhì)量、結構一致性與重建自由度等方面對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用潛力。

智慧凝集 攜手同行

晶萃光學JCOPTIX自2023年底啟動了“追光計劃”系列活動，旨在打造一個促進學術與技術交流、推動學科建設、培養(yǎng)光電領域人才的優(yōu)質(zhì)平臺，致力于構建無界限、多元化的互動生態(tài)，渴望讓參與者們在“追光智匯”找到專屬自己的光芒。該計劃還包含了追光者講壇、論文激勵方案等一系列活動，鼓勵光電行業(yè)從業(yè)的伙伴在光電領域不懈探索與創(chuàng)新。

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