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25 年时间,日本科学家终于成功打造高性能计算机,用以实现 3D 全息投影技术

2018-11-30
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日本计算机科学家开发了一种专用计算机,用于高质量的 3D 全息视频投影。研究小组由千叶大学的全球杰出研究所 Tomoyoshi Ito 教授带领。他们一直致力于通过开发新硬件来提高全息投影的速度。


全息投影技术有着悠久的历史。自从 1960 年第一台激光器发明以来,已经生产了许多激光全息投影的相关工作。为了数字化这些模拟技术并开发 3D 全息视频投影技术,需要每秒超过 10 帧和每帧 1 万亿像素的计算能力。这是该研究领域的硬件及软件开发人员面临的最大挑战。


图丨由 Tomoyoshi Ito 研究团队开发的专用计算机投影视频中的 3D 全息图像(来源:Tomoyoshi Ito)


此外,从 2D 数据构建 3D 对象,有几个重要因素要考虑,包括双目视差,运动视差,收敛角,焦点调整以及基于人类经验的估计。目前,一般的 3D 电视利用双目视差来营造立体感,但是儿童不能使用这种技术,因为它有可能损害他们的健康,这种损害与大脑感知距离和眼睛聚焦点的差异有关。为了让更多人安全地享受 3D 电视,世界各地的许多研究人员一直投入于全息视频投影技术中。


Ito 是天文学家和计算机科学家,于 1992 年开始研究专门用于全息投影的计算机,称为 HORN。而它的新版本,于 2018 年 4 月 17 日在国际科学杂志“自然电子”杂志上发表的 HORN-8 利用计算振幅类型来调节光强度,被认可是全球最快的全息计算机。


利用新开发的“相位型”HORN-8 来调整光相位,研究人员成功投影了具有高质量图像的 3D 全息视频。该研究于 2018 年 9 月 28 日在 Optics Express 上发表。


图丨 HORN-8 在 FPGA 板上安装了 8 个芯片(来源:Tomoyoshi Ito)


Ito 说,“开发用于三维全息投影技术的高速计算机,运用到了信息工程、电气和电子工程、计算机科学还有光学的相关知识。这是我们跨学科研究的结果,这项研究已经进行了超过 25 年,在我们实验室学习过的学生和其所付出的努力是值得称道的。”


该实验室的前学生,现任东京都立大学助理教授的 Takashi Nishitsuji 说,“HORN-8 是许多人的智慧,技能和努力的成果。我们希望继续研究 HORN 并从各种方式和角度去探索它的实际应用。”


在最新的相位版 HORN-8 中,8 个芯片安装在 FPGA(现场可编程门阵列)板上来消除芯片之间的干扰,这解决了计算速度对处理速度的瓶颈限制。通过这种方法,HORN-8 的计算速度与芯片数量成正比,这使全息视频投影更加清晰。


-End-


参考:

https://phys.org/news/2018-11-big-application-d-holography-high-performance.html



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