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大规模电子全息术:用HORN-8处理39万个点的点云模型

发布时间:2022-04-06 13:19:15 浏览量:1496 作者:LY.Young 光学前沿

摘要

电子全息术作为一种理想的3D图像表示方法,吸引了研究人员的目光。然而,实时计算和显示三维数据是很困难的,因为这需要大量的计算。为了加快计算机生成全息图(CGH)的计算,一系列方法被提出,如:查找表法(look-up table)、递归关系法(recurrence relation)、波前记录平面法(wavefront recording plane)、基于稀疏法(sparsity-based)、块模型法(patch model)、多边形模型法(polygon model)、射线-波前转换法(ray-wavefront conversion)、基于层法(layer-based)。尽管GPU加速可以用于CGH计算,但是在与头戴式显示器结合时更倾向于专用的计算硬件系统。

正文


大规模电子全息术:用HORN-8处理39万个点的点云模型


技术背

电子全息术作为一种理想的3D图像表示方法,吸引了研究人员的目光。然而,实时计算和显示三维数据是很困难的,因为这需要大量的计算。为了加快计算机生成全息图(CGH)的计算,一系列方法被提出,如:查找表法(look-up table)、递归关系法(recurrence relation)、波前记录平面法(wavefront recording plane)、基于稀疏法(sparsity-based)、块模型法(patch model)、多边形模型法(polygon model)、射线-波前转换法(ray-wavefront conversion)、基于层法(layer-based)。尽管GPU加速可以用于CGH计算,但是在与头戴式显示器结合时更倾向于专用的计算硬件系统。


技术要点:
日本千叶大学的Yota Yamamoto(一作兼通讯)、Tomoyoshi Ito等人在其研发的专用全息计算硬件系统HORN-8基础上,证实了其可以计算超出硬件内存的点云数据(内存大小只支持65536个点),对有39万个点的点云模型实现具有10fps的光学重建。
HORN:HOlograhic ReconstructioN
(1) 利用时空分割法,即将39万个点随机分成6等份,每一份计算出全息图,通过SLM显示,每一份的显示时间为1/60s,利用人眼的残像效应,可以实现每6份看作一张完整的全息图,从而实现实际帧率10fps;
此法可以实现超出SLM像素数限制和硬件内存限制的图像质量。
(2) HORN-8可以处理振幅型和相位型CGH;
(3) HORN-8采用递归关系和余弦近似算来来有效地在FPGA上实现pipelined CGH计算。


实验结果:

由于处理速度不同而导致再现图像的差异。左:HORN-8集群,中:GPU,右:CPU


附录:

HORN-8系统描述:(a)两个HORN-8板置于PC上 (b)HORN-8集群(8张HORN板在四个PC上)


CPU、GPU、单个HORN-8板,HORN-8集群系统的性能比较


点云数和HORN-8集群系统的计算时间关系曲线


光学系统。将数字相机置于输出透镜之前,观察重建的图像。


参考文献:Yota Yamamoto, Hirotaka Nakayama, Naoki Takada, Takashi Nishitsuji, Takashige Sugie, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, and Tomoyoshi Ito, "Large-scale electroholography by HORN-8 from a point-cloud model with 400,000 points," Opt. Express 26, 34259-34265 (2018)

DOI:https://doi.org/10.1364/OE.26.034259


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