问鼎Nature！斯坦福大学Gordon Wetzstein传授团队提出全息增强事实眼镜

比拟现有增强事实眼镜

传统的增强事实眼镜经常使用振幅空间光调制器，例如无机发光二极管或微型发光二极管，须要一个投影器为基础的光学引擎，其厚度理论至少与投影镜头的焦距相反。全息增强事实眼镜设计经常使用相位空间光调制器，可以十分接近入射光栅，从而使设施外形最小化。此外， 与传统的增强事实眼镜不同，该全息设计可认为虚构内容提供完整的三维深度线索 。

反向设计的介质外表波导

该系统的波导几何结构被设计成顺应红、绿、蓝波前的不同流传角度。详细而言，几何结构被解放为坚持全黑白3D全息图所需的独立自在度，经过将一切三种色彩的流传波前耦合进去的方式成功。

该系统的介质外表光栅具备优化的纳米尺度特色（如左图所示），可以高效地将光散射进入和出离咱们的波导。介质外表的周期（Λ）和高度（H）区分为384纳米和220纳米。右图所示的归一化磁场图示出了白色（638 nm）、绿色（521 nm）和蓝色（445 nm）波长在出射耦合器处经由介质外表光栅的衍射状况。黑色箭头示意入射和衍射光的波矢。比例尺： nm。

扫描电子显微镜图像展现了介质外表设计的成功制作。比例尺：2 μm（左图），200 nm（右图）

学习的物理波导模型

钻研人员构建了一个学习的物理波导模型，经过将波导的物理个性（绿色高亮显示）与从相机反应中学习失掉的人工智能组件（橙色高亮显示）相结合，准确预测系统的输入。钻研人员经过分析推导失掉的物理项包含照明聚焦光照耀空间光调制器和频率相相关数，用于模拟波导内的流传。该系统学习失掉的组件包含参数化的空间映射，用于表征制作的介质外表光栅的衍射效率变动，以及用于建模内容相关的非理想个性的卷积神经网络，例如空间上变动的空间光调制器的非线性照应。该模型是齐全可微的，使得可以在运转时经常使用便捷的梯度降低计算全息计算机生成的相位图案，以成功恣意指标场景的渲染。

在这里，钻研人员比拟了经常使用传统的自在空间流传模型和学习失掉的物理波导模型生成的相反场景的视频全息图像。这个比拟展现了解析波导模型和人工智能算法混合的关键性，以成功高品质的全黑白全息图像。

这个例子展现了增强事实眼镜设计如何共同别出现全黑白的3D视频全息图像。在空间光调制器上显示的相位调制图案发生一个波前，经过波导流传，重构出眼镜中一个完整的3D场景视图。

在这个3D增强事实场景中，虚构机器人、魔方和自行车与实在的玩具鸭子和举措人物一同出现。移动摄像机以聚焦不同的物体，以突出展现如何经过波导在不同深度出现3D增强事实内容。

值得留意的是，用于生成这些全息图像的咱们全息增强事实眼镜的组件可以顺应可穿戴外形，正如上方的3D打印原型所示：

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译自（有删改）：

谁是Gordon Wetzstein？

GordonWetzstein是斯坦福大学电气工程系副传授，专任计算机迷信系副传授。他是斯坦福计算成像试验室的担任人，也是斯坦福图像系统工程核心的教职人员联结主任。Wetzstein传授的钻研触及计算机图形学、视觉、人工智能、计算光学和运行视觉迷信的交叉畛域，其钻研在下一代成像、可穿戴计算和神经渲染系统等方面具备宽泛的运行。Wetzstein传授是Optica的会士，并取得了泛滥奖项，包含IEEE VGTC虚构事实技术成就奖、NSF CAREER奖、Alfred P. Sloan奖学金、ACMSIGGRAPH清楚新钻研人员奖、总统早期迷信家和工程师奖（PECASE）、SPIE早期职业成就奖、电子成像年度迷信家奖、AlainFournier博士学位论文奖，以及许多最佳论文和演示奖项。

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