【直播回顾】角光谱扩展的光场全息显示技术

直播开讲 精彩不停

2025年5月29日，东南大学电子科学与工程学院夏军教授课题组在读博士生王雯琦做客追光智汇直播间，带来了一场关于基于角光谱扩展的光场全息显示技术的精彩之旅。

全息显示技术因其具备真实三维重建能力，近年来受到广泛关注。然而，受限于系统的空间带宽积，传统全息方法在重建图像过程中普遍面临频谱混叠、高频细节损失及散斑噪声干扰等问题，严重影响显示质量。

为了解决上述问题，本次追光智汇直播间特邀请东南大学王雯琦同学为我们带来了一场有关”角光谱扩展的光场全息显示技术”的研究分享，介绍了包含角度信息光谱扩展的光场全息策略，包括频域光谱扩展方法（Spectrum Expansion, SE）与时空域光谱扩展方法（Spatiotemporal Spectrum Expansion, STE）。首先，系统性回顾了SE方法的基本原理及其在频域中对多角度光场的映射策略，分析其在提升视角范围与图像清晰度方面的优势与局限。随后，进一步提出STE方法，通过引入时间维度并结合多帧复振幅编码，在扩展频谱的同时有效抑制视点干涉伪影与散斑噪声。此外，STE方法借助人眼时间积分特性，进一步提升亮度均匀性与景深自然过渡效果。报告结合仿真与实验结果，从图像质量、结构一致性与重建自由度等方面对比分析两种方法的性能表现，并探讨其在全息AR显示、透明显示等场景中的应用潜力。

弹幕答疑 实时互动

Q：利用角光谱方法计算高分辨率、大视角（即宽角光谱范围）的全息图计算量巨大。如何实现复杂场景的实时计算？为光场全息显示生成内容同样计算密集，如何高效生成和传输海量的全息图数据？是否有有效的压缩方法？

A：可以通过开发更高效算法提高信息计算效率，如自适应深度积分算法、混合衍射模型、压缩感知等高效计算等，同时新增并行计算架构加速硬件升级。增加目前广泛研究的神经网络模型，训练模型输入RGB-D图加视角参数就能输出全息相位分布图，通过LSTM网络预测连续帧的全息图变化量，减少重复计算，以此可以高效生成和传输全息数据，至于有效压缩，目前广泛应用的有空域压缩、视角压缩、深度压缩、学习压缩等，团队正在研究，有结果会及时分享。通过算法-硬件-通信的协同优化，预计可以在保证重建质量的前提下突破实时性瓶颈，为全息显示技术的升级提供可靠基础。

Q：现有空间光调制器的像素尺寸、数量和刷新率限制了可显示的角光谱范围和空间分辨率（即空间带宽积，SWAP）。如何在物理限制下最大化视角和分辨率？如何突破现有SLM的性能瓶颈？实现高质量、宽色域、高亮度的彩色全息显示面临挑战，如何保证RGB三色光的精确配准和均匀性？

A：在物理限制下最大化视角和分辨率是目前被关注的比较多的问题，可以通过器件设计革新、光学系统优化和算法补偿三个方面进行突破。引入像素级光学设计优化方案可以优先降低串扰，如通过亚波长超构表面透镜阵列代替传统像素提升有效孔径，或开发新型时分复用扫描拼接技术有效提升分辨率，利用铁电液晶加硅基液晶提升刷新率等。核心在于增加相位补偿的可调液晶层，实现校正像素边缘衍射。随着计算机和硬件材料的发展，彩色全息显示技术的色彩配准也逐渐被关注，激光光源的优化、路径亮度的增强、相位-振幅的协同调制都是有效配准RGB三色的方式。

Q：角光谱法通常生成复振幅信息，但大多数实用SLM只能调制振幅或相位（常用相位型）。如何高效、高质量地将复振幅信息编码为纯相位全息图，以最小化噪声和串扰？如何有效地扩展显示的视角范围？在扩展视角时，如何避免不同视角光线之间的串扰，确保每个视点看到正确的图像？

A：针对复振幅编码与视角扩展的核心挑战，利用复振幅-纯相位的高质量编码方式，如双相位法、叠层迭代法、复神经网络实现随机梯度优化相位检索的关键突破。通过空域滤波、相干调控、相位抖动等方式可以实现噪声的抑制和串扰减弱。大视角扩展是未来发展的趋势， 时分复用扫描技术、超构表面透镜阵列和体全息光栅等技术都可以降低大视角扩展是的串扰问题，或者通过计算光学合成视角，提神计算速度的同时降低噪声，但这种方法需要硬件同步升级，受限较大。利用光场调制层或动态光阑阵列可以主动抑制串扰，但同样受限于硬件升级。

东南大学在读博士生王雯琦介绍的角光谱扩展的光场全息显示技术讲述了角光谱全息的原理、应用领域、发展现状和面临挑战。本次报告系统性地回顾了SE方法的基本原理及其在频域中对多角度光场的映射策略，分析其在提升视角范围与图像清晰度方面的优势与局限。随后，进一步提出STE方法，通过引入时间维度并结合多帧复振幅编码，在扩展频谱的同时有效抑制视点干涉伪影与散斑噪声。此外，STE方法借助人眼时间积分特性，进一步提升亮度均匀性与景深自然过渡效果。报告结合仿真与实验结果，从图像质量、结构一致性与重建自由度等方面对比分析了两种方法的性能表现，并探讨了其在全息AR显示、透明显示等场景中的应用潜力。

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