建深度真實(shí)場(chǎng)景的三維視頻技術(shù)背景：三維顯示可以分為立體顯示(stereoscopic display,基于幾何光學(xué))、光場(chǎng)顯示(light-field display,基于幾何光學(xué))和全息顯示(基于波動(dòng)光學(xué))三種。由于立體顯示和光場(chǎng)顯示只能記錄和重建光的強(qiáng)度，在圖像的三維重建過(guò)程中造成相位丟失，因此三維圖像的質(zhì)量可能會(huì)下降。相比之下，由于全息顯示器可以將光的強(qiáng)度和相位都記錄為全息圖，因此全息顯示可以準(zhǔn)確重建光的相位，從而可以重建具有深度的高質(zhì)量三維圖像。電子全息術(shù)可以通過(guò)在空間光調(diào)制器上顯示全息圖來(lái)重建運(yùn)動(dòng)圖像。為了使用電子全息技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維顯示，科研人員已經(jīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)空間中的三維信息獲取、CGH計(jì) ...

態(tài)成像技術(shù)背景：對(duì)動(dòng)態(tài)的光學(xué)散射介質(zhì)內(nèi)部成像(如人體組織)是生物醫(yī)學(xué)光學(xué)領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)。 在過(guò)去的幾十年里，研究人員已經(jīng)開發(fā)了各種各樣的技術(shù)手段來(lái)不同程度的應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。其中包括共聚焦和非線性顯微技術(shù)(現(xiàn)在可以以亞細(xì)胞分辨率對(duì)1毫米深的組織成像)、新型波前整形、飛行時(shí)間漫射光學(xué)(TOF diffuse optics)、光聲技術(shù)(成像深度擴(kuò)展到厘米級(jí),分辨率較低)等。動(dòng)態(tài)散射樣品(由熱變化和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)引起的微觀運(yùn)動(dòng))的光學(xué)散射特征會(huì)隨時(shí)間快速變化，為有效的活體深層組織成像帶來(lái)了挑戰(zhàn)。一種可行的策略是直接測(cè)量散射樣品的內(nèi)部動(dòng)態(tài)，利用這些動(dòng)態(tài)變化來(lái)輔助成像。例如，在此類方法中，主要目標(biāo)不是形成基于強(qiáng)度 ...

云模型技術(shù)背景：電子全息術(shù)作為一種理想的3D圖像表示方法，吸引了研究人員的目光。然而，實(shí)時(shí)計(jì)算和顯示三維數(shù)據(jù)是很困難的，因?yàn)檫@需要大量的計(jì)算。為了加快計(jì)算機(jī)生成全息圖(CGH)的計(jì)算，一系列方法被提出，如：查找表法(look-up table)、遞歸關(guān)系法(recurrence relation)、波前記錄平面法(wavefront recording plane)、基于稀疏法(sparsity-based)、塊模型法(patch model)、多邊形模型法(polygon model)、射線-波前轉(zhuǎn)換法(ray-wavefront conversion)、基于層法(layer-based)。 ...

行計(jì)算技術(shù)背景：視頻全息術(shù)(電子全息術(shù))于 1990年首次證實(shí)。隨著該領(lǐng)域的發(fā)展，可以清晰的意識(shí)到電子全息術(shù)的主要限制是缺乏高清顯示設(shè)備和需要高速計(jì)算。在此期間，顯示設(shè)備可實(shí)現(xiàn)的分辨率增加了10倍，從大約10μm到接近1μm，現(xiàn)在正接近使常規(guī)應(yīng)用變得實(shí)用的水平。然而，隨著全息顯示精度的提高，計(jì)算量也隨之增加。例如，像素間距為1μm的1m × 1m全息圖需要10^12像素，而典型的二維顯示器約10^6像素(增加了 10^6 倍)。當(dāng)考慮將三維圖像轉(zhuǎn)換為全息圖的成本時(shí)，需要增加 10^6 的計(jì)算能力。開發(fā)實(shí)用的全息三維圖像系統(tǒng)的研究主要集中在加快處理時(shí)間上。當(dāng)前已經(jīng)提出了基于查找表或差分法等技術(shù)的 ...

電計(jì)算技術(shù)背景：由電子驅(qū)動(dòng)的計(jì)算處理器在過(guò)去十年中有了巨大的發(fā)展，從通用中央處理器 (CPU) 到專用計(jì)算平臺(tái)，例如圖形處理器 (GPU)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)和專用集成電路(ASIC)，以滿足日益增長(zhǎng)的計(jì)算資源需求。這些硅計(jì)算硬件平臺(tái)的進(jìn)步通過(guò)允許訓(xùn)練更大規(guī)模和更復(fù)雜的模型，為人工智能 (AI) 的復(fù)興做出了巨大貢獻(xiàn)。各種神經(jīng)計(jì)算架構(gòu)在廣泛領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，例如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (convolutional neural networks,CNN)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (recurrent neural networks,RNN)、尖峰神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(spiking neural networks ...

體顯示技術(shù)背景：自由空間立體顯示器，或在空間中創(chuàng)建發(fā)光圖像點(diǎn)的顯示器，是非常類似于流行小說(shuō)中三維顯示器的技術(shù)。這種顯示器能夠在“稀薄的空氣”中產(chǎn)生幾乎從任何方向都可以看到并且不會(huì)被剪裁的圖像。相比之下，全息圖像點(diǎn)只有處于從衍射二維 面出發(fā)，并在觀察者的眼睛處結(jié)束的線上時(shí)才可見。無(wú)論全息圖的構(gòu)圖、分辨率或方向如何，這種被描述為“裁剪(clipping)”或“漸暈(vignetting)”的限制都會(huì)存在。裁剪的實(shí)際效果是必須像電視一樣觀看全息圖。也就是說(shuō)，對(duì)于有限尺寸的全息圖，可實(shí)現(xiàn)的z佳面內(nèi)視角是圍繞顯示表面有360°。然而，任何單個(gè)圖像點(diǎn)周圍的z大視角都小于 360°，并且隨著圖像點(diǎn)遠(yuǎn)離全息顯 ...

場(chǎng)控制技術(shù)背景：光束轉(zhuǎn)換器(transformer)用于將給定的入射光束轉(zhuǎn)換為具有特定輻照度和相位(或波前)分布的輸出光束。它在光刻、材料加工、激光或 LED 投影儀、光通信以及光檢測(cè)和測(cè)距（激光雷達(dá)）中得到廣泛應(yīng)用。折射、反射和衍射光學(xué)元件都可用于光束轉(zhuǎn)換器。常用的折射或反射光束轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)時(shí)通?；谏渚€光學(xué)理論。設(shè)計(jì)問(wèn)題主要由三種類型的方程約束：光束的能量守恒、以向量形式的斯涅爾定律(Snell's law)支配的光線追蹤方程以及描述在輸入和輸出波前之間等光程的Malus-Dupin定理 。此外，對(duì)于制造問(wèn)題，應(yīng)考慮面型的表面連續(xù)性。光束轉(zhuǎn)換器的發(fā)展路線為從輸入和輸出光束保持平面波 ...

超表面技術(shù)背景：作為納米光子學(xué)的一個(gè)重要研究分支，光學(xué)超表面在過(guò)去十年中引起了很大的關(guān)注。精心設(shè)計(jì)的超表面可以在亞波長(zhǎng)范圍內(nèi)任意操縱局部光特性，從而使透鏡、棱鏡、波片、偏振片和分束鏡等傳統(tǒng)光學(xué)元件的平面化成為可能。 此外，靈活的設(shè)計(jì)策略進(jìn)一步使超表面能夠在單層平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)光波的多維操縱。例如，通過(guò)訴諸光偏振、波長(zhǎng)和入射角，以及不同的空間復(fù)用方案，已經(jīng)有實(shí)現(xiàn)不同功能的大量多功能超表面得到報(bào)道。但是這些多功能超表面僅在一個(gè)操作空間有效，即要么透射空間或反射空間。能夠獨(dú)立控制透射和反射空間中的光的光學(xué)器件對(duì)于構(gòu)建超緊湊光學(xué)系統(tǒng)具有重要意義。這是zui近基于多層超表面實(shí)現(xiàn)的。據(jù)報(bào)道，四層金屬貼片可以協(xié)同 ...

光直寫技術(shù)背景：?jiǎn)畏肿语@微鏡極大地?cái)U(kuò)展了我們對(duì)細(xì)胞環(huán)境中蛋白質(zhì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)組織、功能構(gòu)象(functional conformations)和動(dòng)力學(xué)的了解。近來(lái)的研究在提高其空間分辨率 、穿透深度、活細(xì)胞成像能力和單分子成像方法上取得了顯著進(jìn)展。具有高空間分辨率的單分子成像方法都采用軸向聚焦鎖定(如全內(nèi)反射模式的紅外激光)和橫向校正方法(如熒光標(biāo)記)的組合。以高準(zhǔn)確度(~1nm)執(zhí)行的實(shí)時(shí)三維聚焦鎖定將來(lái)自單個(gè)熒光事件的光子收集z大化，并且與沒(méi)有主動(dòng)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)方法相比，定位精度提高了>10 倍。不準(zhǔn)確或緩慢的主動(dòng)校正會(huì)導(dǎo)致漂移，降低定位精度并顯著降低原位分辨率(即使在過(guò)濾或分組等分析后處 ...

求解器技術(shù)背景：散射理論描述了波與物質(zhì)的相互作用，并用于物理和工程應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域。散射理論主要?jiǎng)澐譃閮深悊?wèn)題：正向(forward)問(wèn)題和逆向(inverse)問(wèn)題。正向問(wèn)題涉及從已知的結(jié)構(gòu)化介質(zhì)計(jì)算散射場(chǎng)，而逆向問(wèn)題涉及從一個(gè)已知的散射場(chǎng)求結(jié)構(gòu)化介質(zhì)。當(dāng)前已經(jīng)有了數(shù)個(gè)被廣泛使用的正向求解器，如有限差分時(shí)域(finite -difference time-domain,FDTD)法就是其中之一。相比之下，逆向問(wèn)題被認(rèn)為要比正向問(wèn)題的求解更具挑戰(zhàn)性(即便附加各種近似和假設(shè)前提)，這是因?yàn)槟嫦騿?wèn)題是病態(tài)(ill-posed)的，并且計(jì)算復(fù)雜。技術(shù)要點(diǎn)：基于此，韓國(guó)KAIST的Moosung Lee ...