Pêşdîtinek li ser algorîtmayên çêtirkirinê ji bo hologramên qonaxa saf

1. Paşxane

Di salên dawî de, holografiya hesabkerî bi saya pêşketinên di teknolojiyên cûrbecûr de wekî optîk, elektronîk û komputer, û her weha algorîtmayên nû de bi lez pêş dikeve. Ji ber ku modulatorên ronahiya fezayî yên krîstala şile yên heyî xwedî şiyana modûlasyonê û karîgeriya difraksiyonê ya bilindtir ji bo hologramên qonaxa saf in, algorîtmayên çêtirkirinê ji bo hologramên qonaxa saf her gav xalek germ a lêkolînê bûne. Niha, rêbazên kevneşopî yên cûrbecûr dikarin hewcedariyên cûda yên kalîteyê yên hesabkirinê û ji nû ve avakirinê bicîh bînin, di heman demê de rêbazên nû yên wekî fêrbûna kûr û herikîna Verdinger ramanên nû ji bo çêtirkirina holograma qonaxa saf tînin, û ev xebat ji bo pêkanîna zû ya dema rast, qada dîtinê ya fireh û kalîteya bilind guncan in. Holografîk Dîmenderên 3D. Cuda ji teknolojiya wênekirina holografîk a kevneşopî, di warê hologramên ku ji hêla komputerê ve têne çêkirin de, modulatorên ronahiya fezayî yên krîstala şile şiyana kontrolkirina nerm a bêhempa li ser agahdariya pêla pêşiyê tînin, ku ji bo pêşkeftina holografiya hesabkerî cîhek û hêzek pêşkeftinê ya mezin peyda dike.

Di çend dehsalên borî de, algorîtmayên hologramê yên tenê-qonax ên ji hêla komputerê ve hatine çêkirin pir zêde bûne, ku bingeha wan pirsgirêka optîmîzasyona hologramê ya tenê-qonax e: dema ku Hologramek Amplîtûda-Amûrtûdê ya Tevlihev (Holograma Amplîtûda-Amûrtûdê ya Tevlihev) were dayîn, wê wekî Hologramek Tenê-Qonax (Holograma Tenê-Qonax) kod bikin, da ku ji nû ve avakirina optîkî ya wêneyê ku ji vê holograma qonaxa paqij hatî bidestxistin divê wêneya orîjînal bi qasî ku pêkan be dubare bike. Wêneya ku bi ji nû ve avakirina optîkî bi holograma tenê-qonax hatî bidestxistin divê bi qasî ku pêkan be li wêneya orîjînal were vegerandin. Ev rêbaz bi giranî li sê kategoriyan têne dabeş kirin: rêbazên dubare, rêbazên ne-dubare û rêbazên din. Algorîtmayên dubare bi gelemperî ji nêzîkatiyek holograma hedef dest pê dikin, û piştî rêzek operasyonên dubare berdewam dikin ku nêzîkatiya hologramê çêtir bikin heya ku wêneya ji nû ve hatî çêkirin ku bi vê nêzîkatiyê hatî bidestxistin hin hewcedariyên xeletiyê bicîh tîne; algorîtmayên ne-dubare ne hewce ne ku hejmareke mezin ji hesabên çêtirkirinê dubare bikin, û dê li gorî gavên diyarkirî ji bo çareseriya texmînî di cih de werin dayîn. Ji ber barê hesabkirinê yê kêmtir, algorîtmayên ne-dubarekirî bêtir li gorî hewcedariyên dema rast in. Nîşandana Holografîk, lê bi bihayê ji nû ve avakirinê, kalîteya rêbazên weha ne bi qasî algorîtmayên dubarekirî baş e; rêbazên din pir cihêreng in û taybetmendiyên xwe hene.

2. Pêşgotinek li ser Algorîtmayên Çêkirina Hologramên Qonaxa Paqij

Algorîtmaya Dubarekirinê: Algorîtmaya Gerchberg-Saxton

Di nav algorîtmayên dubarekirî yên ku dikarin hologramên qonaxa saf çêbikin, Algorîtmaya Veguherîna Fourier a Dubarekirî (IterativeFourier Transform Algorithm) algorîtmayek nûnertir e, ku bi derbasbûna dubarekirî ya Veguherîna Fourier di du balafiran de tê xuyang kirin.

Wêne 1 Nexşeya Herikîna Holografiya Ji Awayê Komputerê Çêkirî

Algorîtmaya veguherîna Fourier a dubarekirî, an Algorîtmaya Kêmkirina Çewtiyê (Algorîtmaya Kêmkirina Çewtiyê) di destpêka salên 1970-an de wekî algorîtmayek ji bo holografiya dîjîtal hate pêşniyar kirin, û paşê ji hêla Gerchberg û Saxton ve hate guhertin û di warê derxistina qonaxê de hate sepandin, ku bûye rêbaza herî navdar û dibe ku ya herî zêde tê bikar anîn di algorîtmaya dubarekirî de. -Algorîtmaya Gerchberg-Saxton (GS), ku nexşeya wê di Şekil 2-an de tê nîşandan.

Wêne 2 Nexşeya Herikîna Algorîtmaya Gerchberg-Saxton

Di vê algorîtmayê de, li gorî belavbûna amplîtudê ya plana hologramê û plana wêneyê ya ji nû ve hatî çêkirin, agahdariya qonaxa qada ronahiyê di plana hologramê de bi pêkanîna dubarekirî ya belavbûna pêla ronahiyê ya pêş û paşve û her weha sînorkirinên ku li ser her du planan têne ferzkirin tê bidestxistin. Ev rêbaz ji bo hesabkirina hologramên qonaxa saf pir guncaw e, û veguherînên Fresnel an Fourier dikarin ji bo hesabkirina belavbûna qada ronahiyê werin bikar anîn.

Algorîtmaya Dubarekirinê: Algorîtmaya Belavbûna Çewtiyê

Rêbaza Belavkirina Çewtiyê cureyekî din ê algorîtmaya dubarekirî ye ku di navbera pîkselan de di plana hologramê de dubare dibe. Dema ku agahdariya amplîtuda hologramek amplîtuda tevlihev rasterast tê rakirin, her xalek pîkselê çewtiyek çêdike, û algorîtmaya belavbûna çewtiyê dê xalên pîkselê yek bi yek bişopîne û çewtiya her xalek pîkselê li çar xalên pîkselê yên cîran belav bike ku hîn li gorî giraniyek diyarkirî nehatine şopandin.

Wêne 3 Diyagrama Şematîk a Algorîtmaya Belavbûna Çewtiyê;

(a) Belavbûna Çewtiyê ji Skenkirina ji Çep ber bi Rastê; (b) Belavbûna Çewtiyê bi Skenkirina ji Rastê ber bi Çep.

3. Algorîtmayên Ne-dubarekirî

Rêbaza qonaxa rasthatî rêbazeke ne-dubareyî ye ku bi gelemperî di pêvajoya qonaxa saf a hologramê de tê bikar anîn. Ji ber ku kodkirina holografîk a qonaxa saf wekhevî pêvajoyek fîlterkirina frekanseke bilind e, wêneya ji nû ve hatî çêkirin tenê beşên sînor û xêzê yên wêneya orîjînal dihewîne, ji ber vê yekê pêdivî ye ku Maskeya Qonaxa Rasthatî were danasîn da ku pêşiya pêla wêneya orîjînal li seranserê hologramê belav bibe da ku kalîteya ji nû ve avakirinê baştir bibe, lêbelê, dengê xalxalî yê ku derdikeve holê jî eşkeretir e. Ji bo kêmkirina vê dengê xalxalî, di demên dawî de rêbazeke qonaxa rasthatî ya başkirî heye, ku maskeyên qonaxa rasthatî bi frekansên cûda ji bo wêneyên cûda dide nasîn da ku windabûna agahdariyê bêtir kêm bike û kalîteya ji nû ve avakirinê baştir bike. Wekî din, gelek rêbazên ne-dubareyî hene ji bo kêmkirina dengê xalxalî, wekî rêbaza Holograma Tenê-Qonaxa-Nimûnekirî bi maskeya dakêşana nimûneyê, rêbaza Holograma Tenê-Qonaxa-Nimûnekirî, Rêbaza Qonaxa Duqat, û Rêbaza Qonaxa Rasthatî bi karanîna maskeyên qonaxa ne-rasthatî. Rêbaza Qonaxê, û Rêbaza Bê-Qonaxa Rasthatî bi karanîna maskeyeke qonaxa ne-rasthatî.

Wêne 4 Nimûneya Rola Qonaxa Rasthatî li ser Encamên Ji Nû Ve Avakirina Hologramên Qonaxa Paqij

(a) Wêneya Orjînal; (b) bêyî ku Maska Qonaxa Rasthatî lê hatiye zêdekirin; (c) bi Maska Qonaxa Rasthatî lê hatiye zêdekirin.

4. Rêbazên Din

Ji bilî algorîtmayên dubarekirî û ne-berdewam, algorîtmayek rasterast heye ku dikare ji bo hesabkirina hologramek qonaxa saf were bikar anîn. Bi texmînkirina ku hologramek qonaxa saf xwedî M×N pîkselan e û her pîksel xwedî nirxên gengaz ên Q ji bo nirxa qonaxê ye, qada lêgerînê ya pirsgirêka çêkirina holograma qonaxa saf M×N×Q ye, û armanc ew e ku hemî nirxên pîkselên hologramê werin dîtin ku xeletiya di navbera wêneya ji nû ve hatî çêkirin û wêneya orîjînal de kêm bikin. Sê kategoriyên sereke yên algorîtmayên rasterast hene: algorîtmaya lêgerîna rasterast (Algorîtmaya Lêgerîna Rasterast), algorîtmaya germkirina simulasyonkirî (Algorîtmaya Gerkirina Simulasyonkirî), û algorîtmaya genetîkî (Algorîtmaya Genetîkî).

Wêne 5 Berawirdkirina Sê Algorîtmayên Rasterast

Ji bilî algorîtmayên ku li jor hatine destnîşan kirin, rêze algorîtmayên ku di salên dawî de hatine pêşniyar kirin jî di gotarê de têne destnîşan kirin, wek: algorîtmayek çêkirina holograma qonaxa paqij di navbera her du dabeşkirinên algorîtmayên dubarekirî û algorîtmayên ne-dubarekirî de, ku dikare gelek dema hesabkirinê xilas bike dema ku rastbûnek ji nû ve avakirinê ya bilind biparêze û ji bo sepanên wekî nîşandana dem-rast a dînamîkên holografîk, û her weha rêbazek fêrbûna kûr, ku di salên dawî de bi lez pêş dikeve û di kompresasyona hologramê de hatiye bikar anîn. Di çerxê de, teknîka CITL rasterast encama ji nû ve avakirina optîkî ya hologramê digire, û encamê ji bo çêtirkirina bêtir a hologramê bikar tîne, û dikare bi qalîteya ji nû ve avakirinê ya bilind bi dest bixe; û rêbaza derxistina qonaxê ya li ser bingeha Wirtinger Flow ku ji hêla Chakravarthy et al. ve hatî pêşniyar kirin dikare pirsgirêka derxistina qonaxê veguherîne algorîtmayek çêtirkirina rêza yekem (First-Order-Optimization), ku dikare ji bo çêtirkirina hologramê were bikar anîn. Rêbaza derxistina qonaxê ya li ser bingeha Wirtinger Flow ku ji hêla Chakravarthy et al. ve hatî pêşniyar kirin. dikare pirsgirêka derxistina qonaxê veguherîne pirsgirêkek çargoşeyî ku dikare bi Rêbaza Optimîzasyona Asta Yekem were çêtirkirin. Bikaranîna vê rêbaza derxistina qonaxê ji bo çêtirkirina hologramê dikare bi lêçûnek hesabkirinê ya ku bi ya algorîtmaya GS re tê berhev kirin, rastbûnek pir bilind di kalîteya ji nû ve avakirinê de bi dest bixe.

Niha, hem algorîtmayên optîmîzasyona holograma qonaxa paqij a dubarekirî û hem jî yên ne-dubarekirî encamên baş bi dest xistine, lê pêdivî ye ku di navbera kalîteya hesabkirinê ya demdirêj û kalîteya ji nû ve avakirinê de danûstandinek were kirin, û derketina berdewam a rêbazên nû yên wekî fêrbûna kûr û herikîna Verdinger ramanên nû ji bo çareserkirina vê pirsgirêkê anîne, û ev hemî xebat ji bo pêkanîna zû ya dîmenderên holografîk ên 3D-yên rast-dem, qada dîtinê ya fireh, kalîteya bilind-bilind guncan in.

Çavkanî:

Bu Haozhen, Jiao Shuming. Algorîtmaya optimîzasyonê ji bo holograma qonaxa saf [J]. Krîstala Şile û Dîmenderê, 2021,36(06):810-826.

DOI: 10.37188/CJLCD.2021-0035