Tam Konvolutional Neyron Şəbəkəsindən istifadə edərək Çox Dərinlikli 3D Holoqramların Yaradılması

Məkan işıq modulatoru aktiv nəzarət altında daxil olan işığın amplitudasını, fazasını və digər parametrlərini modulyasiya etmək üçün öz xassələrindən istifadə edən və işıq dalğasının ön və işıq dalğasının şüasının kvantizasiyasına və istiqamətləndirilməsinə nəzarət etməklə son qəbuledici səthdə gözlənilən işıq sahəsinin paylanmasını əldə edən optik cihazdır. Məkan işıq modulatorlarının optik neyron şəbəkələrinə tətbiqi onilliklər ərzində işlənib hazırlanmışdır və fəza işıq modulatorlarının modulyasiya dəqiqliyinin təkmilləşdirilməsi və hesablama alqoritmlərinin davamlı optimallaşdırılması ilə optik neyron şəbəkələrinin böyük potensialı davamlı olaraq tədqiq edilmişdir, maşın görmə, tibbi görüntü emalında və digər optik sensor şəbəkələrində potensial tətbiqlər.

Bu məqalə tam konvolyusiya neyron şəbəkəsindən (FCN) istifadə edərək çox dərinlikli faza holoqrafiyasının yaradılması metodunu təqdim edir. Metod əsasən çox dərinlikli difraksiya sahəsini hesablamaq üçün irəli-geri difraksiya çərçivəsini və tıxanma əlaqəsini idarə etmək üçün qat-qat dəyişdirmə metodunu (L2RM) əhatə edir. Birincisi tərəfindən hesablanan difraksiya edilmiş sahələr 3D səhnənin çox dərinlikli holoqramını yaratmaq üçün güclü qeyri-xətti uyğunlaşma qabiliyyətindən istifadə edən yaxşı dizayn edilmiş FCN-ə verilir. Sonuncu, tıxanmış obyektlər haqqında məlumatı əlavə etməklə və səhnənin yenidən qurulmasında müxtəlif təbəqələrin sərhədlərini hamarlamaqla holoqramın rekonstruksiya keyfiyyətini yaxşılaşdıra bilər. Təcrübələrdə təravətləndirici və dinamik 3D displeylər kompüter tərəfindən yaradılmış holoqramı (CGH) əsas komponent məkan işıq modulatoruna (SLM) yükləməklə əldə edilir.

Eksperimental prosedurun bir hissəsi və eksperimental nəticələr:

Təcrübələrdə Şəkil 1-də göstərildiyi kimi dalğa uzunluğu 638 (±8) nm və gücü 30 mVt olan qütbləşməmiş yarımkeçirici lazerdən istifadə edilmişdir. Lifin çıxışı müstəvi dalğa əldə etmək üçün fokus uzunluğu 100 mm olan kollimasiya edilmiş linzanın fokus nöqtəsinə yerləşdirilmişdir və qütblü bir süzgəcdən istifadə edilmişdir. xətti qütbləşmiş işıq əldə etmək. Yarım dalğalı boşqab (HWP) fırlandı ki, işığın qütbləşmə istiqaməti LCOS kollimasiya bucağının istiqaməti ilə uyğunlaşdırılsın, ardınca düzbucaqlı profil əldə etmək üçün düzbucaqlı diyaframı daxil edin. Hadisə işığı fəza işıq modulatoru (Zhongke Microstar FSLM-4K70-P02) istifadə edərək faza modulyasiya edilib və əks olunub və səhnə fokus uzunluğu 100 mm olan Furye obyektivindən istifadə edərək daha da böyüdülməklə yenidən qurulub. İstənilən difraksiya sırasının keçməsi və digər difraksiya sıralarının süzülməsi üçün məkan filtrindən istifadə olunur. Yenidən qurulmuş böyüdülmüş 3D səhnə kamera vasitəsilə lentə alınıb.

Şəkil 1 Eksperimental quraşdırma (faza tipli məkan işığı modulyatoru, model: FSLM-4K70-P02)

Təcrübədə istifadə olunan fəza işıq modulatorunun parametr xüsusiyyətləri aşağıdakılardır:

Şəkil 2. 3D qrafik verilənlər toplusunun yaradılması. A) 3D təsadüfi səhnə. B) Nümunə götürmə prosesi. C) İntensivlik təsviri. D) Dərinlik təsviri. E) 3D qrafik verilənlər toplusu.

Şəkil 3 FCN ilə çox dərinlikli holoqramların yaradılması. a) Ön-arxa difraksiya çərçivəsindən istifadə etməklə çox dərinlikli difraksiya edilmiş sahələrin hesablanması. b) FCN-nin strukturu. c) Çox dərinlik xətasının hesablanması.

Şəkil 4. Yenidənqurmaların keyfiyyətlə müqayisəsi. A) Hədəf səhnəsi. B) Standart metodun və müvafiq olaraq L2RM-nin ədədi yenidən qurulması. C) Standart metodun və müvafiq olaraq L2RM-nin optik yenidən qurulması.

Şək 5. Mürəkkəb 3D səhnə və müvafiq holoqram. A) İntensivlik təsviri və B) 3D səhnənin dərinlik təsviri. C) FCN tərəfindən yaradılan çox dərinlikli holoqram.

Şəkil 6. A) WH, B) DPH və C) L2RM-nin ədədi yenidən qurulması və optik rekonstruksiyası. 1, 3 və 5-ci sətirlərdəki şəkillər ədədi rekonstruksiyanı, 2, 4 və 6-cı sətirlər isə optik rekonstruksiyanı təsvir edir. 1 və 2-ci sütunlarda kamera “futbol-gitara” cütünün müvafiq olaraq ön fokus müstəvisinə (“futbol”) və arxa fokus müstəvisinə (“gitara”) fokuslanır. 3 və 4-cü sütunlarda kamera müvafiq olaraq “təyyarə-it” cütünün ön fokus müstəvisinə (“təyyarə”) və arxa fokus müstəvisinə (“it”) fokuslanır.

Şəkil 7. Müxtəlif dərinlik müstəvilərində yenidən qurulmuş obyektlər.

Sonda yazılmışdır:

Optik neyron şəbəkələri paralel genişmiqyaslı hesablama, aşağı güclə işləmə və sürətli reaksiya potensialına görə çox diqqət çəkib və fəza işıq modulatorları difraksiya cihazları kimi difraksiya neyron şəbəkələrində mühüm rol oynayır və AR/VR üçün 3D holoqrafik təsvir hesablamaları, biotibbi görüntüləmə və optik zondlama kimi bir çox sahələrdə istifadə olunur. Difraktiv neyron şəbəkələrinin proqramlaşdırıla bilməsi əsasında gələcəkdə daha yüksək performanslı diffraktiv neyron şəbəkələrinin reallaşdırılması gözlənilir.