Yüksek kaliteli bilgisayar tarafından oluşturulan hologram hesaplama ve görüntüleme uygulamaları

Bilgisayar Tarafından Oluşturulan Holografik (CGH) ekranlar, insan görsel sisteminin tüm gereksinimlerini karşılayabildikleri için nihai üç boyutlu (3D) görüntüleme teknolojisi olabilir. Bir CGH ekranı, stereoskopik ekranların ötesine geçerek, verjans ve akomodasyon da dahil olmak üzere tüm derinlik ipuçlarıyla bir 3D deneyimi sunar. CGH ekranları endüstriyel, eğitimsel ve tüketici uygulamalarının tüm taleplerini karşılayabilir. Büyük potansiyeline rağmen, CGH ekranlarının görsel kalitesi diğer ekran teknolojilerinden daha düşüktür. Vaatlerini yerine getirmeden önce çözülmesi gereken birçok hesaplama ve uygulama zorluğu bulunmaktadır. Bu tezde, hologramların hesaplanmasını ve görsel kalitesini iyileştirmek için iki yeni yöntem geliştirdik. İlk olarak, makine öğrenimi yaklaşımlarını kullanarak hologram hesaplamasını iyileştirdiğimiz, öğrenilmiş holografik ışık taşıma modelleri adı verilen yeni bir yönü keşfettik. Geleneksel hesaplama modelleri simülasyon ortamlarında mükemmel kalite sunmasına rağmen, bu modellerden elde edilen deneysel görüntüler beklenen görsel kaliteyi sergilememektedir. Çalışmamız, simüle edilmiş ve deneysel sonuçlar için yeniden oluşturulmuş görüntüleri içeren bir holografik veri seti ve öğrenme modeli oluşturarak bu uyuşmazlığı giderir. Yöntemimizin, deneysel sonuçların görsel kalitesini iyileştirirken, simüle edilmiş ve deneysel sonuçlar arasındaki uyumsuzluğu azalttığını kanıtladık. İkinci zorluk, koherant olmayan doğal sahneler ile lazerler gibi koherant ışık kaynağı ile holografik olarak oluşturulmuş sahneler arasındaki uyumsuzluktur. Odaksızlıktan kaynaklanan bulanıklık, doğal görüntülerde yumuşak özelliklerle sonuçlanırken, koherant görüntülerdeki odak bulanıklığı, gözün 3D holografik sahnelerde yanlışlıkla akomodasyonunu bozabilen yüksek uzamsal frekans özellikleri içerir. Odak bulanıklığındaki bu fark, 3D holografide kenar saçak kusurları olarak kendini gösterir. Bu kusurları araştırdık ve bu sorunu azaltmak için yeni bir sadece faz biligisi içeren hologram oluşturma yöntemi önerdik. Yöntemimiz, bu kusurları azaltarak görsel kaliteyi iyileştirmek için özel olarak tasarlanmış yeni bir hedefleme şeması ve kayıp fonksiyonu sunar. Ayrıca, Çift Olasılıksal Dereceli Azalma yöntemi olarak adlandırdığımız yeni bir optimizasyon yöntemi öneriyoruz. Odak bulanıklığı problemi, koherant sistemlerde iyi bilinen bir sorundur, ancak önceki araştırmalar herhangi bir gelişme gösterememiştir. Yöntemimizin hem simülasyonlarda hem de deneysel sonuçlarda kenar saçak kusurlarını azaltabileceğini literatürde ilk kez gösterdik. Son olarak, katarakt hastalarının ameliyattan önce görme sonrası keskinlik performansını değerlendirmek için yeni bir holografik görme simülatörü cihazı geliştirdik. Cihaz bir CGH ekranı ve göz bebeğini takip eden kameraları içerir. Holografik olarak şekillendirilmiş ışık ışınlarının, retina üzerinde net görüntüler oluşturmak için kristal merceğin daha az yoğun kataraktlı bölgelerinden programlanabileceğini ve yönlendirilebileceğini gösterdik. 13 hasta ile yaptığımız klinik öncesi çalışmalarımız, hastaların ameliyat sonrası potansiyel görme keskinliğinin ameliyattan önce CGH ekranı kullanılarak başarılı bir şekilde tahmin edilebileceğini göstermiştir. Böyle bir simülatör klinikte muazzam bir potansiyele sahiptir.