Meta新研究展示XR超宽视网膜分辨率全息显示器的潜在捷径

来自 Meta Reality Labs、美国普林斯顿大学和其他机构的研究人员发表了一篇新论文，详细介绍了一种实现具有视网膜分辨率的超宽视场全息显示器的方法。该方法大大降低了达到这些参数所需的显示分辨率，使其成为将全息显示器引入 XR 头显的潜在捷径。全息显示器在 XR 中特别受欢迎，因为它们可以显示光场，更准确地表示我们在现实世界中看到的光。

Meta XR 和 AI 研发团队 Reality Labs Research 花费了大量时间和精力探索全息技术在 XR 头显中的应用。

在使全息显示器在 XR 头显中可行，需要克服众多障碍，其中之一是光学展量问题：衡量光在全息系统中可以传播范围的指标。低光学扩展意味着低视场，在这种系统中增加光学扩展量的唯一方法是增加显示器的尺寸或降低图像质量，而这两种方法都不适合在 XR 头显中使用。

来自普林斯顿大学 Reality Labs Research 和阿卜杜拉国王科技大学的研究人员在 Nature Communications 上发表了一篇新论文，题为“用于超广角高保真全息显示的神经展度扩展器”。

该论文介绍了一种将全息显示器的光学扩展多达 64 倍的方法。研究人员表示，这样做可以创建一条通往超宽视场全息显示器的捷径，该显示器还可以实现每度 60 像素的视网膜分辨率。

研究人员表示，仍然需要比目前更高分辨率的空间光调制器（SLM），但该方法将必要的 SLM 分辨率从数十亿像素削减到数千万像素。

研究人员表示，假设理论 SLM 的分辨率为 7680×4320，对其光学扩展量扩展方法的模拟表明，在理想条件下，该方法可以实现水平视场角 126°、每度 60 像素的分辨率（真正的“视网膜分辨率”）。

目前还没有这样的 SLM，但要创建无需光学扩展的类似显示器，将需要具有 61440 × 34560 分辨率的 SLM，这远远超出了当前或不久的将来的制造能力。

光学扩展本身并不新鲜，但研究人员表示，现有方法以图像质量为代价扩展光学，在视场和图像质量之间建立了反比关系。

该论文声称：“用我们的方法制作的集光扩展全息图是唯一同时展示超宽视场和高保真度的全息图。”

研究人员将这种方法称为“神经光学展量扩展”，与现有的不考虑所显示内容的简单方法相比，这是一种“聪明”的扩展方法。

该论文解释说：“神经聚光扩展量扩展器是从自然图像数据集中学习的，并与 SLM 的波前调制联合优化。类似于浅层神经网络，这种新型光学元件使我们能够根据自然图像的显示来定制波前调制元件，并最大限度地提高人眼可感知的显示质量。”

“[…]神经聚光扩展量扩展器支持彩色全息图的多波长照明。扩展器还支持 3D 彩色全息术和观察者瞳孔运动。我们设想未来的全息显示器可能会将所描述的光学设计方法纳入其结构中，特别是对于 VR/AR 显示器。”

虽然这项工作令人兴奋，但研究人员认为，他们还有很多东西需要探索。

“将我们的工作扩展到利用其他类型的新兴光学器件（如超表面）可能被证明是未来工作的一个有前途的方向，因为纳米级超表面特征可以大大扩大衍射角，并且可以使用超光学调制光的其他特性，例如偏振。”