Исследователи специального подразделения Samsung – Samsung Advanced Institute of Technology разработали интерактивный тонкопрофильный голографический дисплей с увеличенным в 30 раз углом обзора 3D-видео и изображений. Результаты 8-летнего труда учёных были опубликованы на официальном сайте компании, а также в научном журнале Nature Communications.
Голография зародилась в ходе совершенствования рентгеновской микроскопии британским математиком Денешом Габорой в 1947 году. Эта технология основывается на принципе волновой интерференции – наложении двух и более световых пучков, волны которых имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз колебаний. Хотя голограммы уже долгое время считаются лучшим способом отображения виртуальных объектов при помощи света, их широкому коммерческому применению всегда препятствовала ограниченность технологий: узкие углы обзора, громоздкая оптика и потребность в высокой вычислительной мощности устройств. В поиске приемлемых способов применения технологии голографии исследователи Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) разработали голографический дисплей, тонкий профиль которого открывает перспективы использования инновации в серийной коммерческой продукции.
Итак, в двух словах, голографический дисплей способен воспроизводить объёмные изображения. Реалистичность таких изображений зависит от интенсивности (амплитуды) световой волны, как и в привычных нам дисплеях с высокой разрешающей способностью. Объёмность и глубину воспроизводимым объектам придаёт способность голографического дисплея регулировать разность фаз колебаний. Кроме того, в отличие от существующих 3D-технологий, голографический дисплей утилизирует сразу все особенности человеческого зрения – бинокулярность, расстояние и угол между центрами зрачков, двигательный параллакс и фокусировку. Все эти характеристики играют роль в восприятии глубины изображений.
От прежних попыток реализовать голографический дисплей в карманных устройствах изобретение учёных SAIT отличает относительно малый профиль системы и широкий угол обзора. Толщина всех компонентов голографического дисплея, разработанного южнокорейской компанией, составляет около 1 см. Такой дисплей состоит из специализированного видеопроцессора, пространственного модулятора света, фазовой линзы, дифракционной решётки и адаптивной фоновой подсветки. Видеопроцессор, способный обрабатывать и воспроизводить голографическое видео в режиме реального времени, представлен однокристальным чипом типа FPGA. Фирменный метод расчёта данных работает на оптимизированном алгоритме, который предотвращает утерю информации и генерирование избыточной выборки.
За преобразование световых лучей в близкие к объектным волны отвечает дифракционная решётка – «бутерброд» из стеклянных подложек, двух слоёв оксида индия-олова (прозрачного полупроводникового материала) и жидких кристаллов. Именно обновлённая архитектура этого компонента позволила заметно снизить профиль всего дисплея. В свою очередь разработка адаптивной подсветки сделала возможным 30-кратное увеличение угла обзора голографического дисплея даже при воспроизведении больших голограмм. Фирменная технология S-BLU (steering-backlight unit) позволяет адаптировать фоновую подсветку дисплея для реконструкции волнового фронта голограммы в соответствии с местоположением глаз наблюдателя. Последний отслеживается при помощи специального сенсора в нижней части голографического дисплея.
Голографический дисплей заметно выигрывает в сравнении с 3D-дисплеями, поскольку при просмотре идентичных видео и изображений он не провоцирует дискомфорта и усталости глаз. Дело в том, что в 3D-кинотеатрах или в телевизорах с поддержкой 3D-технологий трёхмерный образ состоит из двух разных изображений, предназначенных для каждого глаза. Как следствие, происходит нарушение восприятия изображения и его глубины, что приводит к переутомлению глаз. В случае голографического дисплея наложение когерентных волн формирует интерференционную картинку, сохраняющую многоракурсность и ощущение глубины пространства.
Представленный специалистами SAIT голографический дисплей является лишь прототипом, всё ещё слишком далёким от возможности коммерческого использования. Данная технология отчаянно нуждается в дополнительных улучшениях и тестах, чтобы подобные экраны могли комфортно размещаться в привычных по габаритам смартфонах, планшетах, компьютерах и т. п. Однако вместе с тем необходимо развивать и голографические записывающие устройства, создавать голографический контент, а также совершенствовать устройства и системы, способные обрабатывать и передавать огромные объёмы данных. По мнению экспертов SAIT, вероятнее всего, первыми к миру голограмм адаптируются элементы пользовательских интерфейсов – виртуальные клавиатуры, меню управления системами и т. п.