Fast high quality speckle-free phase computer generated holographic image projection

Bilgisayarda yaratılan hologramlara dayalı görüntü projeksiyonu teknolojisi, 3D televizyon, başüstü göstergeleri ve kafaya takılan ekran (N2E) sistemlerinde kullanıldı ğında sunduğu kendine özgü avantajlarıyla geleceğin ekran uygulamalarında önemli bir rol alması olasılığı yükselmekte olan bir tekniktir. Enerji verimliliği, ağır ve hantal optik elemanlarına ihtiyacı ortadan kaldırabilmesi ve doğal üc¸ boyutlu görüntü sağlayabilmesi bu avantajlardan öne çıkanlardır. Bilgisayarda yaratılan hologramlar (CGHs) uzamsal ışık modülatörleri (SLM) üzerinde gösterilirler, bu cihazlar da evreuyumlu ışıkla aydınlatılırlar. İdealinde, SLMlerin tüm pikselleri bağımsız ve eş zamanlı bir biçimde ışığın hem fazı hem de büyüklüğünü modüle edebilmelidirler. Ancak, şu an kullanılan SLM teknolojisi yalnızca bazı kısıtlı modülasyon tekniklerine izin vermektedir. Piyasada ikili büyüklük, ikili faz veya sadece faz modülasyonu yapabilen cihazlar bulunmaktadır. Bu çeşitlerin arasından, kücük piksel genişliği, kırınım verimliliği ve 256 farklı seviyede modülasyon derinliği sunmalarıyla yalnız faz modülasyonu yapabilen SLMler dikkat çeker. Bununla birlikte, bu aletlerin laboratuvarlardan çıkarak hayatımıza faydalı olabilmeleri için, tam karmaşık hologramları yalnız faz yapılarna dönüştürecek algoritmalara ihtiyaç duyulmaktadır. Holografik görüntü projeksiyonu konusunda varolan algoritmalar tekrarlı optimizasyon prosedürleri olarak karşımıza çıkmakta ve arka arkaya yapılan dönüşümlerle hesaplama yükünü fazlasıyla artırmaktadır. Modern SLMlerin piksel sayıları arttıkça, bu yük daha da artmış ve gerçek zamanlı video projeksiyonu için kullanımı olumsuz etkilemiştir. Dahası, görüntü kalitesi olarak da orta seviyenin ilerisine gidememiş, görüntülerde beneklenmeye sebep olmaktadırlar. Bu tezde, iki yeni faz CGH hesaplama algoritması önerilmiştir. İlki tekrarlı Fourier dönüşümlerine gereksinimi ortadan kaldırmış ve hesaplama verimliliğini önemli ölcüde geliştirmiştir. İkinci algoritmada ise, istenen görüntüye özel bir faz tasarımı ile SLM üzerinde enerji dağılımı kontrol edilerek optimum cözüme daha önce literatürde rastlanmamış kadar yaklaşılmıştır. İlk metodumuz, bir ya da iki Hızlı Fourier Dönüsümü (FFT) ile yüksek kalitede görüntüler yaratmayı başarırken, bunu önceki yöntemlere kıyasla 6 ila 20 kat daha hızlı gerçekleştirmektedir. Tezde sunulan ikinci metod ise, yaratılmak istenen görüntüye özel bir faz fonksiyonu tasarımı önermektedir. Yapılan deney ve simülasyonlar 20 kata kadar kalite gelişimi sağladığını ortaya koymuştur.