Формирование изображений с помощью компьютерно-синтезированных голограмм в системах дополненной реальности на основе голографического волноводного перископа

Злоказов Е.Ю., Черёмхин П.А., Гататдинов Т.А.

Ссылка для цитирования:

Злоказов Е.Ю., Черёмхин П.А., Гататдинов Т.А. Формирование изображений с помощью компьютерно-синтезированных голограмм в системах дополненной реальности на основе голографического волноводного перископа // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 7. С. 3–9. DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-07-3-9

Zlokazov E.Yu., Cheremkhin P.A., Gatatdinov T.A. Image formation using computer-generated holograms in augmented reality systems based on a holographic waveguide periscope [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 7. P. 3–9. DOI: 10.17586/1023-5086-2026-93-07-3-9

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Дисплеи дополненной реальности на основе голографического волноводного перископа. Цель работы. Экспериментальное исследование процесса формирования изображений компьютерно-синтезированными голограммами Френеля в голографическом волноводном перископе. Метод. Компьютерный синтез фазовых внеосевых голограмм Френеля методом Герчберга–Сэкстона, восстановление в когерентной оптической системе на основе фазового жидкокристаллического пространственно-временного модулятора света и голограммного волновода. Для оценки качества восстановленных изображений применялись следующие метрики: нормальное среднеквадратическое отклонение и коэффициент корреляции. В качестве методов повышения качества восстановленных изображений применялись вращающийся матовый рассеиватель (деспеклер) и мультиплексный вывод голограмм на модулятор. Основные результаты. Получены восстановленные изображения сплошных плоских и трехмерных сцен, содержащих две и три плоскости, осуществлена динамическая смена двух изображений, расположенных в разных плоскостях. Применение деспеклера и мультиплексный вывод голограмм позволяют подавить спекл-шумы и повысить качество изображений. Наилучший результат получен при комбинации этих методов. Практическая значимость. Полученные в ходе работы результаты позволяют определять особенности формирования голографических изображений в дисплеях дополненной реальности.

Ключевые слова:

волноводная голография, голограммы Френеля, голографический волноводный перископ, компьютерный синтез, фазовые голограммы

Благодарность:

работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 22-79-10340-П. Авторы благодарны коллективу лаборатории «Голография и волноводная оптика» МГТУ им. Н.Э. Баумана за предоставленные образцы.

Коды OCIS: 0050.0050

Список источников:

1. Kim J., Jeong Y., Stengel M., et al. Foveated AR: Dynamically-foveated augmented reality display // ACM Trans. Graph. 2019. V. 38. № 4. P. 1–15. DOI: 10.1145/3306346.3322987

2. Xu M., Hua H. Methods of optimizing and evaluating geometrical lightguides with microstructure mirrors for augmented reality displays // Opt. Exp. 2019. V. 27. P. 5523–5534. DOI: 10.1364/OE.27.005523

3. Seo S., Ryu J., Choi H. Focus-adjustable head mounted display with off-axis system // Appl. Sci. 2006. V. 10. P. 7931. DOI: 10.3390/app10217931

4. Cheng D., Chen H., Yao C., et al. Design, stray light analysis, and fabrication of a compact head-mounted display using freeform prisms // Opt. Exp. 2022. V. 30. P. 36931–36948. DOI: 10.1364/OE.472175

5. Wang Q., Cheng D., Hou Q., et al. Stray light and tolerance analysis of an ultrathin waveguide display // Appl. Opt. 2015. V. 54. P. 8354–8362. DOI: 10.1364/AO.54.008354

6. Amitai Y., Reinhorn S., Friesem A. Visor-display design based on planar holo-graphic optics // Appl. Opt. 1995. V. 34. P. 1352–1356. DOI: 10.1364/AO.34.001352

7. Путилин А.Н., Морозов А.В., Копенкин С.С. и др. Голографические волноводные перископы в дисплеях дополненной реальности // Оптика и спектроск. 2020. Т. 128. № 11. С. 1694–1702. DOI: 10.21883/OS.2020.11.50172.93-20

Putilin A., Morozov A., Kopenkin S., et al. Holographic waveguide periscopes in augmented reality displays // Opt. Spectrosc. 2020. V. 128. P. 1828–1836. DOI: 10.1134/S0030400X2011020X

8. Piao J., Li G., Piao M., et al. Full color holographic optical element fabrication for waveguide-type head mounted display using photopolymer // J. Opt. Soc. Korea. 2013. V. 17. P. 242–248. DOI: 10.3807/JOSK.2013.17.3.242

9. Pan C., Liu Z., Pang Y., et al. Design of a high-performance in-coupling grating using differential evolution algorithm for waveguide display // J. Opt. Soc. Korea. 2013. V. 17. P. 242–248. DOI: 10.1364/OE.26.026646

10. Goodman J.W. Introduction to Fourier-optics. 3rd ed. Englewood, Colorado: Stanford University, BERTS & COMPANY, 2005. 491 p.

11. Gerchberg W., Saxton R. A practical algorithm for the determination of phase from image and diffraction plane pictures // Optik (Stuttg). 1972. V. 35. P. 237–246.

12. Lee B., Kim D., Lee S., et al. High-contrast, speckle-free, true 3D holography via binary CGH optimization // Sci Rep. 2022. V. 12. Р. 2811. DOI: 10.1038/s41598-022-06405-2

13. Fienup J.R. Invariant error metrics for image reconstruction // Appl. Opt. 1997. V. 36. Р. 8352–8357. DOI: 10.1364/AO.36.008352

14. Shimobaba T., Makowski M., Kakue T., et al. Lensless zoomable holographic projection using scaled Fresnel diffraction // Opt. Exp. 2013. V. 21. № 21. P. 25285–25290. DOI: 10.1364/OE.21.025285

15. Shimobaba T., Makowski M., Kakue T., et al. Lensless zoomable holographic projection using scaled Fresnel diffraction // Opt. Exp. 2013. V. 21. № 21. P. 25285–25290. DOI: 10.1364/OE.21.025285