Optyka wsparta sztuczną inteligencją - neuronowy wyświetlacz holograficzny

Autor: Bartłomiej Drążkiewicz Ikona zegara

2 grudnia 2021

Naukowcy opracowali sposób na realistyczne odwzorowanie rzeczywistości w hologramach. Segment wyświetlaczy i technologia AR mogą zostać zrewolucjonizowane przez nowe kalibracje związane ze sztuczną inteligencją. Optycy postanowili wykorzystać SI do zwiększenia mocy obliczeniowej bez zmiany specyfikacji samych urządzeń. Efekty są bardzo obiecujące!

Może Cię zainteresować: Rewolucja w kryminologii. Sztuczna inteligencja rozpozna psychopatę

Z jakim defektem mierzą się dzisiaj realistyczne wizualizacje holograficzne? Portal scitechdaily.com wskazuje, że są one nierealistyczne, gdyż pokazywane są jako odwzorowania 2D, a ludzkie oko, w bardzo dużym, organicznym skrócie, przyzwyczajone jest do odczuwania głębi w obrazie, który je otacza. Technologia wyświetlania w 3D oparta na światłach laserowych słabo sobie radzi w tym aspekcie i mierzy się z tzw. plamkowością, gdyż charakter laserowej wiązki świetlnej nie jest w stanie przenieść takiego ładunku informacyjnego do naszej siatkówki. Problemem jest też ograniczona możliwość wpływu na wygląd fali świetlnej, w porównaniu np. do klatek prezentowanych na ekranach LCD. Fakt ten wpływa na dość słabą rozdzielczość takiego obrazu.

Science Advances opublikowało badania, które szczegółowo opisują zniekształcenia cętek w wyświetlaczach holograficznych opartych na laserach, omawiając przy okazji technikę redukcji tego zjawiska.
Gordon Wetzstein, profesor nadzwyczajny elektrotechniki i kierownik Stanford Computational Imaging Lab wraz z zespołem pracują nad czymś bardziej rewolucyjnym. Zajmują się oni rozwiązaniami, które wypełnią pustkę między symulacją a rzeczywistością. Póki co ich działania skupiają się na tworzeniu wyświetlaczy, które byłyby bardziej atrakcyjne wizualnie i przyjemniejsze dla oczu niż dotychczasowe, z których korzystamy.

Fizyka kluczem do sukcesu

Artykuł Scitech Daily zwraca uwagę, również na inną poważną wadę ekranów holograficznych. Jest nią brak możliwości odwzorowania realnej rzeczywistości fizycznej, co związane jest m.in. z opóźnieniem rejestrowanym przez oko między zdarzeniami i kształtem obrazu emitowanym przez źródło. Rozwiązaniem tej kwestii okazuje się sztuczna inteligencja.

Rola sztucznej inteligencji w procesie holograficznym

Yifan Peng ze Stanford Computational Imaging Lab, jako optyk i informatyk zaproponował wdrożenie nowej technologii – silnika optycznego. Ten ma napędzać nowoczesne ekrany holograficzne.

– Dopiero dzięki niedawno pojawiającym się innowacjom w zakresie inteligencji maszynowej, uzyskaliśmy dostęp do potężnych narzędzi i możliwości wykorzystania postępów w technologii komputerowej – powiedział naukowiec i współautor artykułu SIGGRAPH.

Silnik oparty na sztucznej inteligencji ma implementować uczenie maszynowe w działaniu podobne do tego znanego dla naszych mózgów. Sieć neuronowa ma w rzeczywistym czasie naśladować fizykę i zwracać obraz w jednoczesnym zapętleniu, co wzmoży percepcję realistycznego odbioru. Natychmiastowa informacja zwrotna to także informacja dla algorytmu o korekcie i ulepszeniu obrazu, który napotyka na problemy. W ten sposób ma powstać technika kalibracji, która działa w czasie rzeczywistym i reaguje również na teraźniejszy obraz widziany naszymi oczami.

Naukowcy, dzięki testowaniu takiej technologii, byli w stanie stworzyć bardziej realistycznie wyglądające wizualizacje z lepszymi kolorami, kontrastem i wyrazistością, niż kiedykolwiek wcześniej. Technologia ta została określona neuronowym wyświetlaczem holograficznym.

LED w hologramach?

Optymalizacja zapętlenia kamery, w połączeniu z algorytmem inspirowanym sztuczną inteligencją ma wykorzystywać diody LED i SLED. Są one tanie, niezbyt duże i energooszczędne. Klasyfikując technikalia, żarówki te można zaliczyć do źródeł światła częściowo spójnych, w przeciwieństwie do spójnego lasera.

Światło LED wpływa na większą stabilność wyświetlania i pozwala uniknąć plam i cętek, ale powoduje rozmycie obrazu i jego słaby kontrast. Stąd też potrzeba algorytmu specyficznego dla fizyki częściowo spójnych źródeł światła.

Słowem podsumowania…

Generalnie wgłębianie się w tę technologię może prowadzić do refleksji odnośnie samego sposobu widzenia na różnych rodzajach powierzchni. W bardzo frapujący sposób opisał to chociażby serwis biecek.pl w słowach: “Dwa odcienie szarości mogą być lub nie być rozróżnialne na ekranie komputera, a zachowywać się zupełnie inaczej na wydruku. W przypadku ekranów komputerowych mamy zazwyczaj znacznie większy kontrast obrazu niż w przypadku wydruku, jednak za cenę mniejszej rozdzielczości. Większość współczesnych ekranów komputera ma rozdzielczość w granicach 100–300 pikseli na cal, drukarki laserowe mają rozdzielczość wydruku rzędu 600–2400 punktów na cal.”

Ciekawych spostrzeżeń daje nam też wywiad z mgr Małogrzatą Osowiecką , którą portal itvip.pl określił “ekspertem od mózgu, nie od oczu”, w którym przekonywała, że płaskość ekranu jest szkodliwa dla wzroku, jego zakrzywienie jest jak najbardziej wymagane, a także, że ilość herców ma znaczenie przy przetwarzaniu obrazu przez mózg.