TR202000238A2 - Çok katmanlı hologramlarda katmanlar arası girişimin azaltılmasına yönelik yöntem. - Google Patents

Abstract

Buluş, çok katmanlı olacak şekilde kurgulanmış 3 boyutlu hologramların hesaplanıp projeksiyonunun yapılmasına olanak sağlayan yöntem ile ilgilidir. Buluş özellikle, çok katmanlı ya da dilimli 3 boyutlu hacimsel görüntüler oluşturulması sağlayan görüntü katmanlarının ve o görüntülerin yansıtılacak olan uzaklıklarının belirlenmesine yönelik ve çok katmanlı 3 boyutlu hacimsel görüntüler oluşturulmasını sağlayan hologramlarda katmanlar arası girişimin, her bir katmanda oluşturulacak görüntünün fazının rastgele seçilmesi ile azaltılmasına yönelik yöntem ile ilgilidir

Description

TARIFNAME ÇOK KATMANLI HOLOGRAMLARDA KATMANLAR ARASI GIRISIMIN AZALTILMASINA YÖNELIK YÖNTEM Bulusun ilgili oldugu teknik alan: Bulus, çok katmanli olacak sekilde kurgulanmis 3 boyutlu hologramlarin hesaplanip projeksiyonunun yapilmasina olanak saglayan yöntem ile ilgilidir.

Bulus özellikle, çok katmanli ya da dilimli 3 boyutlu hacimsel görüntüler olusturulmasi saglayan görüntü katmanlarinin ve o görüntülerin yansitilacak olan uzakliklarinin belirlenmesine yönelik ve çok katmanli 3 boyutlu hacimsel görüntüler olusturulmasini saglayan hologramlarda katmanlar arasi girisimin, her bir katmanda olusturulacak görüntünün fazinin rastgele seçilmesi ile azaltilmasina yönelik yöntem ile ilgilidir.

Teknigin bilinen dißimu: Canli veya nesne üzerine düsen isigin kaydi olarak tanimlayabilecegimiz hologramlar, üç boyutlu (SB) görüntülerdir. Holografi ise hologram üretme yöntemine verilen addir.

Hologramlar derinlik ve paralaks içerdiginden, objenin çevresini ve arkasindaki objelerin daha da derinlik içinde görülmesini saglamaktadir. Bu sebeple görüntünün birçok açi ve derinlikten görünebilmesini mümkün kilmaktadir. Günümüzde holografi, gerçek hayattan üç boyutlu (SB) projeksiyonlara kadar görüntü aktarimi için en kullanilabilir yol olmaktadir. Ancak holografinin bazi zorluklari bulunmaktadir. Çok katmanli holografi sadece birkaç düzlem ile sinirlidir, ve karmasik görüntülerin tam derinlik kontrolüne dahil edilmesi zor olmaya devam etmektedir. Bu baglamda üç boyutlu görüntüleri olusturacak katmanlari farkli mesafelerde, yüksek-çözünürlük ile üretebilmek ve koruyabilmek en büyük problemlerden biridir.

Bilgisayartarafindan olusturulan holografi (CGH), 3B'deki isigin nihai uzamsal kontrolü için önemli bir araçtir. Bu kontrol, SB gösterimin beklenen uygulamalari tarafindan popülerlestirilmistir. Bununla birlikte, mevcut CGH ekran teknolojisi, yansitilan düzlemlerin sayisi, alan derinligi ve toplam projeksiyonun çözünürlügü açisindan hala sinirlidir. Bir hologram olusturmak için gerçek nesneler gerektirmeyen, dijital olarak sentezlenmis hologramlar, SB dinamik Video projeksiyon olasiligi da sunmaktadir.

Gerçek anlamda BB holografi ayrica tam derinlik kontrolü ve dinamik projeksiyon yetenekleri de gerektirmektedir; fakat bu gereksinimler yüksek girisim ile sinirlanmistir.

Buradaki temel zorluk, karmasik bir 3 boyutlu görüntüye karsilik gelen tüm bilgiyi hologramin 2B formunda depolamak, ve farkli derinliklerde projeksiyonlarin birbirini kirletmesine izin vermeden, sonuçta tüm orjinal 3-B görüntüyü yeniden elde etmektir.

Teknigin bilinen durumunda SB holografi için birçok çalisma yapilmistir. Ancak bu gelismeler ve çalismalar temel zorluklari gidermeye yeterli olmamaktadir. numarali patent dosyasi incelenmistir. Basvuruya konu edilen bulusun özet kisminda modelden olusan clear reflective (temiz seffaf ayna) yansiticilardan olusan hologram görüntü yansiticilarin 2D (iki boyutlu) hologram görüntü elde etme tekniginin asilarak, görüntülerin ve yansiticilarin dikey düzlemde 2D deep (2 boyutlu derinlik) ve S3D (stereoscopi 3 boyut) gerçek 3 boyut görüntü yansitan hologram algisinin olusturulmasini saglayabilmek amaci ile SSD (stereoscopi 3boyut) gerçek 3 boyut görüntü elde etme teknigine (tarifnamedeki kaynaklar) dayanarak, 1.5 ve 7.5 derece açisal farkla ikinci yansiticinin birinci yansiticinin arkasina yerlestirilerek 2D deep ve görüntüleyicide gerçek SSD görüntülerin yansitilmasi sonucu yansiticilar üzerinde gerçek SSD deep görüntülerinin elde edilmesine dayanir. Bu teknigin bir adim önüne geçilerek, köseli yansitici modellere ilave olarak herhangi bir köseye sahip olmayan koni model üzerinde sinirsiz sayida görüntünün kesintisiz yerlestirilebilecegi benzersiz model olarak tasarlanmistir” bilgileri yer almaktadir. numarali patent dosyasi incelenmistir. Basvuruya konu edilen bulusun özet kisminda olarak algilanmasini saglayan, iki boyutlu hologram görüntü elde etme cihazi olup, bahsedilen birinci projeksiyondan gelen görüntünün çarptigi folyo kapli yansitici yüzey, bahsedilen yansitici yüzeyden gelen görüntünün üzerine düstügü film kapli yansiyici yüzey, bahsedilen yansiyici yüzey altinda kalan alanda hologram görüntüye derinlik katacak ikinci bir görüntü olusturmak için konumlandirilmis bir ikinci projeksiyon, rengi, siddeti ve konumu cihaz tarafindan degistirilebilen isik kaynagi içermektedir” bilgileri yer almaktadir. numarali patent dosyasi incelenmistir. Basvuruya konu edilen bulusun özet kisminda oynatilan görüntünün holograma dönüstürülmesini saglayan yapilanma ile ilgilidir.

Bahsedilen yapilanma cep telefonu, tablet bilgisayar gibi mobil cihazlarin ekranlarinda oynatilan görüntünün holograma dönüstürülmesi amaciyla gelistirilmistir. Bahsedilen yapilanma temel olarak tüm unsurlari barindiran, yekpare yapida ana gövde ve oynatilan görüntüyü holograma dönüstüren folyo içermektedir” bilgileri yer almaktadir.

Teknigin bilinen durumu hakkinda yapilan ön arastirma sonucunda “U87548360” numarali patent dosyasi incelenmistir. Basvuruya konu edilen bulusta, dijital verilerden en yaygin kullanilan hologram türlerinin çogunun üretilmesi için kullanilan bir yöntem ve cihazda bahsedilmektedir. Bu bulusta, veriler tamamen bir 3-D (animasyonlu) model olarak bir bilgisayar tarafindan veya gerçek bir 3-D (hareketli) nesneden veya sahneden çok sayida farkli kamera pozisyonundan çekilmis çoklu 2-D kamera görüntülerinden üretilmektedir. Bu bulus, geleneksel yöntemler kullanilarak kopyalanabilen H1 hologramlari olarak bilinen kisitlanmis veya tam paralaks ana iletim veya yansima tipi kompozit hologramlarin olusturulmasina izin vermektedir. numarali patent dosyasi incelenmistir. Basvuruya konu edilen bulusta, üç boyutlu görüntülerin gösterilmesi için kullanilan bir aparat ve yöntemden bahsedilmektedir. Bu bulus konusu cihazda, tek bir isik isinindan gerçek zamanli ve üç boyutlu hareketli hologramlar olusturmak için aktif görüntü yeniden yapilandirici kullanilmaktadir. Bulus konusu cihaz, isik isini üreten uyumlu bir isik isini jeneratörüne ve isik isini genisleten bir isin genisleticisine sahiptir. Dijital bir mikro ayna cihazi, genisletilmis isik isinini holografik isik isinina dönüstürerek holografik dönüsüm gerçeklestirir. Bir mercek, holografik isik demetini alir ve degistirir. Bir görüntü rekonstrüksiyon birimi, modüle edilmis holografik isik huzmesinden üç boyutlu holografik görüntü olusturur.

Teknigin bilinen durumunda bilgisayarla olusturulmus yöntemlerle 3 boyutlu uzayda istenilen noktalarda isik demeti odaklanabilmektedir. Ancak yöntem temelde ayni anda çok sayida dilimde görüntü yapmaya uygun degildir ve ayna anda en çok 2-3 adet ve o da sadece noktalardan olusacak kadar basit görüntüler için hologram olusturulabilmektedir.

Teknigin bilinen durumunda benzer karmasikliktaki 2 görüntü ile bilgisayarda olusturulmus hologramin hesaplanmasi yapilabilmektedir. Ancak bu çalismalarda katman sayisi ikinin üzerine çikarilamamistir. Bu durumda da tam bir 3 boyutlu hologramdan söz edilememektedir.

Teknigin bilinen durumunda, SB holografik projeksiyonu hedefleyen yogun çabalara ragmen, mevcut yöntemler, birkaç düzlemde, dar bir alan derinliginde veya düsük çözünürlükte görüntüler olusturmakla sinirli kalmaktadir. Bu holografik görüntüler, sadece birkaç katman üretime izin vermektedir. Yani bir objeyi tümüyle görüntüleyebilmek için binlerce katmana bölünmesi gerekmektedir. Ancak mevcut hologram teknolojileri ile bu katmanlardan sadece birkaçi üretebilmektedir. Üstelik üretilen görüntüler çok dar bir alanda görüntülenebilmekte veya asiri düsük çözünürlükte olmaktadir. Yani obje hem tam anlamiyla görüntülenememekte hem de görülen obje görüntülenmek istenen objeye benzememektedir.

Sonuç olarak yukarida anlatilan olumsuzluklardan dolayi ve mevcut çözümlerin konu hakkindaki yetersizligi nedeniyle ilgili teknik alanda bir gelistirme yapilmasi gerekli kilinmistir.

Bulusun amaci: Bulusun en önemli amaci, birbirine göre rastgele vektörlerin birbirine dik olmasini kullanarak görüntü katmanlarinin arasindaki girisimin basariyla önlenmesidir.

Bulusun diger önemli bir amaci, holografi olustururken 3 boyutlu bir cismin bütün detaylarini, 2 boyutlu bir sekilde saklayabilmek ve bunu yaparken, komsu katmanlarin diger katmanlar ile üst üste binmesine engel olmasidir.

Bulusun önemli bir amaci da gelistiren yöntem ile hiçbir maske kullanmaksizin, dogrudan lazer ile sekillendirme yapilmasidir. Bu sayede iyonla veya elektronlarla asindirarak malzemeyi sekillendirmeye göre çok daha ucuz bir yöntem elde edilmektedir.

Bulusun amaçlarindan bir baskasi, katmanlar arasi çakismanin önüne geçmesi ve bunu kontrollü bir sekilde her katman için rastgele seçilen görüntü fazi ile elde etmesidir. Bu sayede rastgele dalga fazlari, katmanlarda olusturulan görüntüye herhangi bir zarar vermeden kontrol edebilmesi saglanmaktadir.

Bulusun amaçlarindan bir digeri ultrahizli lazer atimlarini, asiri yüksek frekanslarda uygulayarak hiçbir maske kullanmaksizin, dogrudan lazer ile sekillendirme yapilmasidir. Böylece, tek ve devasa bir lazer atiminda olana kiyasla çok daha verimli, hizli ve çok daha az isil hatayla malzemenin islemesi saglanmaktadir.

Bulusun bir diger amaci, Iazerlerde görülen Fresnel saçilimini lokal (yerel) olarak azaltmayi hedeflemesidir. Bu sayede üretilen her bir katmana hükmetmeyi saglayacak rastgele dalga fazlarini, katmanlarda olusturulan görüntüye herhangi bir zarar vermeden kontrol edebilmektedir.

Bulusun amaçlarindan bir digeri, SLM teknolojisi kullanmasina karsin, hologram ortamindan (holographic medium) bagimsiz her türlü hologram ortami ile benzer gösterimleri tekrarlayabilmesidir.

Bulusun bir baska amaci çok katmanli hologramlarda katmanlar arasi girisinimin azaltilmasina yönelik temel bir ilerleme kaydedilmesidir. Bu sayede çok katmanli ya da dilimli 3 boyutlu hacimsel görüntüler olusturulabilmektedir.

Bulusun diger bir amaci, her türlü hologram ortamina uygulanabilir olup, SLM ya da benzeri spesifik bir teknoloji ile sinirli kalmamasidir.

Bulusun bir amaci da kaynak ve ekran olarak iki parçaya ayirabilen hacimsel görüntülemenin, kaynak kismini gerçeklestirilebilir hale getirmesidir.

Bulusun amaçlarindan bir digeri olusturulan hologramlarin açidan bagimsiz olarak görüntülenebilmesidir.

Bulusun bir diger amaci da her bir derinlik için rastgele fazin bu belirli derinlikteki görüntü projeksiyonunu degistirmeden rasgele faz eklenmesini saglamasidir. Bu sayede, Fresnel kirinimini Fourier holografisine indirgemek için dalga cephesi lokal olarak önceden belirlenmektedir.

Bulusun bir diger amaci ise lazer-malzeme isleme, 3 boyutlu yazicilar, medikal görüntüleme, araç sürücülerine ya da pilotlara yönelik görüntü sistemleri gibi hâlihazirda bilgisayarda olusturulmus hologramlarin kullanildigi veya kullanilabilecegi çok çesitli alanlarda kullanilabilmesidir.

Bulusun diger bir amaci, gerçek zamanli ve video kalitesinde dinamik holografiler üretmekte kullanilabilen bir yöntem gelistirilmesidir.

Bulusun bir baska amaci, tibbi görüntüleme, hava trafik kontrolü, modern elektro-optik Cihazlar, mikroskop arastirmalari, lazer-malzeme etkilesimi çalismalari gibi çok çesitli alanlarda kullanilabilen bir yöntem gelistirilmesidir.

Bulusun yapisal ve karakteristik özellikleri ve tüm avantajlari asagida verilen sekiller ve bu sekillere atif yapilmak suretiyle yazilan detayli açiklama sayesinde daha net olarak anlasilacaktir. Bu nedenle degerlendirmenin de bu sekiller ve detayli açiklama göz önüne alinarak yapilmasi gerekmektedir.

Sekillerin açiklamasi: SEKIL -1; Bulus konusu yöntem ile katmanlar arasi girisimi bastirilmis Fresnel holograminin elde edilme adimlarinin görüntüsünü veren çizimdir.

SEKIL -2a; Bulus konusu yöntem ile orijinal nesnenin holografik yansitmasinin olusum adimlarinin görüntüsünü veren çizimdir.

SEKIL -2b; Bulus konusu yöntemin Fresnel hologrami ile çok katmanli 3 boyutlu yansitma simülasyonunun elde edilme adimlarinin görüntüsünü veren çizimdir.

SEKIL -2c; Bulus konusu yöntemde kullanilan normalize vektör iç çarpiminin grafiginin görüntüsünü veren çizimdir.

SEKIL -2d; Bulus konusu yöntem ile elde edilen düzlemlerin rastgele faz eklenmeden ve eklendikten sonraki görüntüsünü veren çizimdir.

SEKIL -3; Bulus konusu yöntem ile olusturulan örnek bir hologramin görüntüsünü veren çizimdir.

Bulusun açiklamasi: Bulus, çok katmanli olacak sekilde kurgulanmis 3 boyutlu hologramlarin hesaplanip projeksiyonunun yapilmasina olanak saglayan, olusturulacak olan görüntü katmanlarinin ve o görüntülerin yansitilacak olan uzakliklarin belirlenmesini, her bir katmanda olusturulacak görüntünün fazini rastgele seçilmesini ve çok katmanli ya da dilimli 3 boyutlu hacimsel görüntüler olusturulmasi saglayan çok katmanli hologramlarda katmanlar arasi girisimin azaltilmasina yönelik bir yöntemdir. Gerçekçi görünümlü 3 boyutlu hologram olusumu için katman katman ya da dilimler halinde çok sayida görüntüyü artarda dizilecek sekilde ayni anda yansitmayi (projekte etmeyi) gerektirmektedir. Ancak, birden çok görüntünün ayni hologramdan yansitilmasi durumunda bu görüntüler birbirine karismaktadir. Bu nedenle günümüze kadar hologramlar en çok birkaç katmanli olabilmistir. Bulus konusu yöntem ile her bir katmanda olusturulacak görüntünün fazini rastgele seçilerek bu sorun çözülmektedir.

Her noktadaki görüntünün genlik bilgisi, dalga cephesinin (wavefront) uygun seçilmesi durumunda etkilenmemektedir. Ancak rastgele faz komsu ve diger tüm görüntülerin izdüsümlerini etkisiz hale getirmektedir.

Bulus konusu yöntem esas olarak birbirine göre rastgele vektörlerin birbirine dik olmasini kullanarak görüntü katmanlarinin arasindaki girisimin basariyla önlenmesini saglamaktadir.

Bulus konusu yöntemde ilk önce Fourier ve Fresnel holografisi istiflenmis Fresnel zon plakalari (FZP) kullanarak birlestirilmektedir. Fresnel kiriniminin lokal olarak belirli derinliklerde düz olmasi, yayilma çekirdegini (kernel) manipüle etmek için FZP'Ier ilave edilmesi ile saglanir. Böylece Fresnel kirinimi, istenen görüntü düzlemlerinde efektif olarak Fraunhofer kirinimina indirgenmektedir. Bu isleme ek olarak, her görüntü düzlemine saf rasgele faz eklenerek, görüntüler karsilikli olarak rastgele hale getirilir ve bu sekilde birinden digerine karisma da engellenir.

Her görüntü düzlemi, karmasik alanda n boyutlu bir vektör olarak kabul edilebilmektedir. Burada n, hologramin piksel sayisidir ve tipik olarak çok sayidadir.

Daha sonra, görüntü düzlemleri arasindaki karismanin ortadan kaldirilmasi, bu n- vektörlerinin dik (ortogonal) olmasini talep etmeye esdegerdir. Bu yaklasim, benzeri görülmemis yogunluk ve hacme sahip 38 projeksiyonlar olusturmak için görüntüleri arka arkaya yansitmak için çok önemlidir. Böylece düsük karisma ile SB projeksiyon olusturan, yüksek çözünürlüklü, çok katmanli, arka arkaya görüntüler yansitan 3B Fresnel hologramlari olusturulmaktadir.

Bulus konusu yöntemin islem adimlari, olusturulacak olan görüntü katmanlarinin ve o görüntülerin yansitilacak olan uzakliklarin bir bilgisayar tarafindan belirlenmesiyle baslamaktadir. Ardindan her bir görüntü üzerine bilgisayar tarafindan rastgele faz eklenmektedir. Böylelikle elde edilen her görüntü katmanina karsilik gelen n-boyutlu vektörler istatistiki olarak birbirine dik olmaktadir (Sekil 2). Bu diklik de aralarindaki dalga girisimini, dolaysiyla karismayi elimine etmektedir. Rastgele faz eklenmis katmanlarin hologramlari birbirinden bagimsiz olarak hesaplanmaktadir. Her bir katmanin odak uzakliklarina karsilik gelen Fresnel Zon Plakalari, hesaplanan hologramlarin üzerine bindirilmektedir. Elde edilen hologramlar da birbirlerine eklendiginde tek katmandan olusan faz tipi bir hologram ortaya çikartilmaktadir. Bu hologram bir yansitici ile yansitildiginda, hesaplamada kullanan bütün görüntüleri 3 boyutlu uzaya katmanlar arasi girisim olmadan yansitabilmektedir.

Islem adimlari detaylandirilacak olursa, bulus konusu yöntemin dört adimdan olusan uygulamasi Sekil 1'de gösterilmektedir. Bu yöntem bulusun konusunun sadece bir algoritmik gösterimi olup, baska algoritmalarla da ayni ya da benzer sonuç elde edilebilir. Birinci adimda, istenen 3B projeksiyonu olusturan bir grup hedef görüntüsü bilgisayar tarafindan alinmaktadir. Her görüntü, rastgele fazin eklendigi bir ön isleme asamasindan geçirilmektedir. Ikinci adimda, her görüntü, Fourier CGH (kinoform) olusturmak için birkaç yinelemeden geçmektedir. Her birine hedeflenen 3B projeksiyonunun bir görüntü düzlemini yansitmak ve kullanilacak bir dizi kinoform Fi(g, n) olusturmak için bir Yinelemeli Fourier Dönüsüm Algoritmasi (lFTA) uygulanmaktadir. Bu islem için gerçek zamanli uygulamalar için yeterince hizli olan tarafindan olusturulan holografi, computer generated holograms), projeksiyonunu karsilik gelen fresnel zon plakasinin odak düzlemine kaydirmak için bir fresnel zon plakasi (FZP) fazi ile üst üste getirilmektedir. Yani fresnel zon plakasi fazi eklenmektedir. Dördüncü adimda ise, çevrilen hologramlar, tek bir karmasik degerli (kompleks) Fresnel hologrami olusturmak için kompleks biçimde eklenmektedir. Bu ekleme islemi (süperpozisyon) için kinoform operatörü kullanilmaktadir. Karmasik süperpozisyondan sonra, sonuçtaki toplamin fazi son hologram olarak kullanilmaktadir. Daha sonra son hologram bir görüntüleyici ortam/ekran ile görüntülenmektedir. Bu ortam/ekran, görüntüleme isleminde kullanilan herhangi bir görüntüleyici olabilir. yapilmaktadir. Ters Fourier dönüsümünden sonra genlik kisitina zorlanarak Fourier dönüsümü yapilmaktadir. Daha sonra tam tersi bir islem gerçeklestirilmektedir.

Herhangi bir döngü kosulu gerçeklesirse IFTA döngüsünden çikilarak islenen görüntülere Fresnel Zon Plakalari ile faz ekleme islemi gerçeklestirilmektedir. Yüksek kalitede görüntüler olusturmak için, kaynak görüntünün fazi her IFTA yinelemesinde degistirilmektedir. Daha fazla optimizasyon için, kaynak görüntünün genligi, kaynagin kendisinin agirlikli ilavesine ve bu yinelemede üretilen hologramin görüntüsüyle degistirilmektedir. Görüntü basina yineleme sayisina o görüntü için Kök Ortalama Kare Hata (RMSE) degerine göre karar verilmektedir.

Her bir odak düzleminde dalga yüzeyi sekillendirme islemi, sadece birçok ZB hologramin tek bir SB hologram olusturmasina izin vermek için degil, ayni zamanda eklenilen rasgele fazin, eklendigi görüntüyü bozmasini engellemek için de kullanilmaktadir. Eger yeniden olusturulan görüntü, Fourier holografisinde oldugu gibi, odak düzleminde düz bir dalga cephesine sahip olsaydi, bu neredeyse otomatik olurdu.

Ancak Fourier holografisi uzak alanla sinirlidir. Fresnel hologramlari ise hemen hemen her mesafeden çalisabilmektedir. Bu sebeple, karmasik bir alan dagilimini yansitan bir Fresnel hologrami hesaplanmaktadir. Fresnel hologrami hesaplanma isleminde öncelikle olusturulacak olan görüntü katmanlarinin ve o görüntülerin yansitilacak olan uzakliklari belirlenmektedir. Bu belirlemeler Fresnel kirinimi (denklem -1) kullanilarak yapilmaktadir.

W(x›)”iz) = ;ejg("l+)'2)ff°o {H(G.i])e-II_;(52+"2)} 1“ -°° (1) .211 ,__ i Burada 2, görüntü ve hologram arasindaki mesafeyi gösterirken, (x,y) ve (En) sirasiyla görüntü ve hologram düzlemlerindeki uzamsal koordinatlardir, H(F,,ri) hologramin karmasik alan dagilimidir, ve A dalga boyudur.

Bir Fourier hologramindan temel fark, 61% (E2 + n2)teriminin varligidir. Bu terim, 2 = belirli bir düzleminde iptal edilebilirse, bu, Fresnel kiriniminin o düzlemdeki Fourier dönüsümüne indirgenmesine karsilik gelmektedir.

Bu amaçla H(E,n) hologrami, H(g,ri) = F(ig,n)e_ji (E2+ 112) seklinde düzenlenmektedir. Burada F(E_,,n) istenen U(x,y) görüntüsünün ve daha sonra detaylandirilacak olan rastgele fazin (e_1$(xsy)) çarpiminin Fourier hologramini ifade etmektedir. Eklenen ikinci dereceden terim ise, parabolik yayilma çekirdeginin etkisini zo düzleminde gidererek, bu özel düzlemde, yansitilan alanin biçim olarak bir Fourier hologramina benzeyecek sekilde indirgenmesini saglamaktadir. Bu dönüsümden sonra 20 düzlemine yansimasi yapilan görüntü denklem 2 kullanilarak hesaplanir. w (x,y,zoi = 9. ejg(x2+yl) ffm F(g,r])e-jgîfu(xg+mdgdi] (2) Maksimum genellik ve en iyi sonuçlar için, F(g,ri) karmasik (complex) olmalidir.

Yöntemi faz hologramlarini kullanmakla sinirli tutmak istersek, deneysel gösterim için tek bir SLM yeterli olacaktir. Faz tipi bir Fourier hologrami üzerine, faz tipi bir FZP'nin süperpozisyonu; tek düzlemli faz tipi bir Fresnel hologrami üretecektir. Bu FZP'nin odak kontrolü ise (20), istenen görüntünün Talbot mesafesinin ötesinde herhangi bir 2 uzakligina, kontrol edilebilir bir sekilde yansitilmasi için kullanilabilmektedir.

Daha sonra, M çok-katmanli projeksiyonlara sahip tek bir Fresnel holograminin olusturulmasi denklem-3 kullanilarak gerçeklestirilmektedir.

M .11 2+ 2 HM(5.n)=sglscan)e”TZs“ '” (3) Burada, Fs(g,n), 2 = 23 düzlemine yansitilacak görüntünün Fourier hologramini içerir.

Her bir katmanin odak uzakliklarina karsilik gelen Fresnel Zon Plakalari bilgisayar tarafindan denklem-4 kullanilarak hesaplanmaktadir. Burada M, toplam görüntü düzlemi sayisi; Fs(g,ri) ise 2:25 düzlemine yansitilacak görüntü (U(x,y)) ile rastgele fazin (e-Jiislxvyl) çarpiminin Fourier hologramidir. Son olarak, çok-katmanli Fresnel hologrami denklem-4 kullanilarak hesaplanmaktadir.

HM(G›'T) = - 2 [f: Umy) e-JQÜSUJ') Multiplane hologram ::1 ] lntended iniageRdn om p &se (4) j2 - ”(xg +yri e AZ; dxdy] e Fresnel zone plate 11125“ l' ) Burada rastgele faz (e 14,5( X WY), her bir duzlem için farkli ve karsilikli olarak bagimsizdir.

Hologram tarafindan öngörülen görüntünün her bir düzlemde hesaplanmasindan sonra rastgele fazin, eklendigi görüntüyü bozmadigi, fakat diger görüntülere eklenen rastgele fazla birlikte, farkli düzlemler arasi istenmeyen karismalari önledigi görülmektedir.

Her bir katmanin odak uzakliklarina karsilik gelen Fresnel Zon Plakalari bilgisayar tarafindan denklem-4 kullanilarak hesaplandiktan sonra, hesaplanan hologramlarin üzerine bindirilmesi gerçeklestirilmektedir (denklem-4).

Elde edilen hologramlar bilgisayar ile birbirlerine eklenerek (karmasik süperpozisyonlama islemi) tek katmandan olusan faz tipi bir hologram ortaya çikartilmaktadir. Bu islemden sonra Kinoform operatörü uygulanmaktadir. Denklem-4 kullanilarak elde edilen sonuçtaki toplam faz son hologram olarak kullanilmakta ve son hologramin yansimasinin bir görüntüleyici ile görüntülenmesi saglanmaktadir.

Sekil-2b'de gösterildigi gibi bir SB nesneyi göstermek için, ardisik düzlemlere çok sayida görüntü yansitilmalidir ve tüm bu görüntüler holograma gömülebilmelidir. Her görüntüyü belirli bir düzleme odaklamak için Fresnel zon plakalari (FZP) olarak uygulanan arka arkaya mercekler kullanilmaktadir. Bunun için ilk önemli adim, Fresnel kirinimini her görüntü düzleminde yerel olarak Fourier dönüsümüne indirgemek için dalga cephesini sekillendirmektir. Böylece istenen sayida düzleme yansima yapabilen tek bir Fresnel holograminin yapisi bir süperpozisyon islemine indirgenmektedir. Ikinci önemli adim ise, karsilikli girisimi engellemek için yansima yapilan her görüntü düzlemine rastgele faz eklemektir (denklem 4).

Sekil-1'de gösterildigi gibi kaynak görüntülere rastgele faz eklenmekte ve bunun sonucunda Fresnel zon plakalari ile '2' yönünde uzakliklari ayarlanan Fourier hologramlari olusturulmaktadir. Olusturulan, katmanlar arasi girisimi bastirilmis bir Fresnel hologramidir. Burada rastgele faz, rastgele vektörlerin birbirine dikligi sayesinde katmanlar arasindaki girisimin ciddi miktarda azalmasini saglamaktadir.

Bir görüntü, N'nin piksel sayisi oldugu bir N-boyutlu vektör olarak kabul edilebilir.

Rastgele vektörler, N -› oo sinirinda asimptotik olarak ortogonal olmaktadir. Merkezi limit teoremi ve büyük sayilar yasasi nedeniyle ortaya çikan bu özellik, hologram rekonstrüksiyonu sirasinda görüntülerin izlerinin ortadan kaldirilmasina yol açmaktadir. Bu durum da yeniden olusturulmus görüntülerde düzlemler arasi karisma riskini neredeyse tamamen ortadan kaldirmaktadir.

Bulus konusu yöntem ile bilgisayar tarafindan olusturulan holografi deneyi yapilmistir.

Yapilan hesaplama diger islemler bilgisayar ile yapilmasina karsin islemci içeren bir devre ve benzeri her türlü hesaplayici olabilmektedir. Yapilan deneyde kizilötesi (lR) aydinlatma durumunda, bir lazer kaynagi, lazer isininin ayrismasini geçersiz kilmak ve isin spotu büyüklügünü büyütmek için bir kolimatör kullanilmistir. SLM'de görüntülenen hologrami tamamen doldurmak için, 800 x 600 piksel, 20 pm piksel boyutunda ve dijital bir kamerada yansitici bir sivi kristal-kristal uzaysal isik modülatörü de kullanilmistir. SLM, Fresnel CGH ile modüle edildikten sonra, paralel, polarize lazer isini yansitmakta, isin demeti daha sonra istege bagli olarak sifir-dereceli kirinimi engellemek için 3x teleskopla genisletilmekte ve ardindan bir ekrana yansitilmaktadir.

Hologram boyutu 512 X 512 piksel olarak seçilmistir ve faz nicelemesi 202 seviyeye ayarlanmistir. Görüntülerin yansitilabildigi mesafeler ve boyutlari, daha büyük SLM'Ier ve daha küçük piksellerle ölçeklendirilebilen SLM boyutuna ve piksel boyutlarina bagli olarak degismektedir. Ayrica yöntem her türlü isik dalgaboyu için kullanilabilir. 38 Fresnel CGH'lerin performansi, piksel boyutuna ve hologramin piksel yogunluguna, modülasyon tipine, aydinlatma dalga boyuna ve tüm görüntü düzlemlerinde genlik ve faz dagilimlarina baglidir. Pratik sinirlamalar, yansima türü bir hologramin yakininda görüntü olusturmadaki deneysel sinirlamalar gibi performansi da etkileyebilir. Bu nedenle, tüm ilgili parametreleri içeren kesin bir analitik performans metrigi bulmak son derece karmasik olacaktir. Bunun yerine, 38 Fresnel hologramlarinin performansi hakkinda iyi bilgi verecek iki metrik seçilebilir. Birincisi, kök-ortalama-kare hatasi (RMSE), ikincisi ise alan derinligidir (depth-of-field ya da DoF). Ilki, görüntü kalitesine dayanmakta ve kaynak görüntüler ile her bir düzlemde yansitilan görüntüler arasindaki benzerligin bir ölçüsüdür. Ikinci metrik ise, eksenel çözünürlüge dayanmakta ve verilen bir görüntü kalitesi için maksimum ayrilabilir düzlem sayisi ile ilgilidir. RMSE ilk önce her görüntü için buna karsilik gelen düzlemde hesaplanmakta ve daha sonra bir SB hologram için kolektif bir kalite metrigi saglamak amaci ile tüm düzlem sonuçlarinin ortalamasi ile hesaplanmaktadir. Bu deger, projeksiyon kalitesinin düzlem sayisinin bir fonksiyonu olarak nasil degistigini degerlendirmek için kullanilmaktadir. RMSE'de ifade edilen belirli bir hata toleransi için, görüntü düzlemlerinin sayisi seçilebilmektedir.

Buna paralel olarak, eksensel çözünürlügü degerlendirmek için DoF kullanilir. DoF, profesyonel fotografçilikta, nesnelerin hala kabul edilebilir bir sekilde keskin göründügü, iki ayri nesne arasindaki maksimum mesafeyi tanimlamak için yaygin olarak kullanilan bir metriktir. Böylece, görüntüler arasindaki karisma her bir düzlemde DoF ile degerlendirilebilmektedir.

Elde edilen hologram, sabit ya da dinamik olarak kullanilabilmektedir. Örnegin birçok projeksiyon aletinde de bulunan uzamsal isik modülatörü (spatial light modülator, SLM) kullanarak hareketli 3 boyutlu hologramlar hacimsel olarak yansitilabilir. Alternatif olarak faz tipi bir optik elemanin üzerine kalici olarak da yazilabilmektedir. Bu optik eleman lazer ile aydinlatildiginda uzamsal isik modülatörüne benzer sekilde bir görüntü olusturabilmektedir.

Katmanlarin sayisi görüntülerin karmasikligi ve kullanilan faz tipi optik elemanin çözünürlügüyle belirlenmektedir. Bu nedenle çözünürlük yeterince yüksek oldugu sürece katman sayisi sinirsiz derece yüksek olabilmektedir.

Bu yöntem her türlü hologram ortamina uygulanabilir olup, uzamsal isik modülatörü ya da benzeri spesifik bir teknoloji ile sinirli kalmamaktadir. Hacimsel görüntüleme kaynak ve ekran olarak iki parçaya ayirabilir. Bulus konusu yöntem gerçek hacimsel görüntülemenin kaynak kismini gerçeklestirilebilir hale getirmektedir. Bulus konusu yöntem sayesinde çok katmanli ya da dilimli 3 boyutlu hacimsel görüntüler olusturulabilmektedir.

Bulus konusu yöntem ile olusturulan hologramlar, izleme/görüntüleme açisindan bagimsiz olarak görüntülenebilmektedir.

Bulusun konusu yöntem ile tibbi görüntüleme, hava trafik kontrolü, modern elektro- optik cihazlar, mikroskop arastirmalari, lazer-malzeme etkilesimi çalismalari gibi çok çesitli alanlarda kullanilabilen holografik çalismalar yapilabilmektedir. Ayrica bu yöntemle olusturulan hologramlar lazer-malzeme isleme, 3 boyutlu yazicilar, medikal görüntüleme, araç sürücülerine ya da pilotlara yönelik görüntü sistemleri gibi hâlihazirda bilgisayarda olusturulmus hologramlarin kullanildigi veya kullanilabilecegi çok çesitli alanlarda kullanilabilmektedir.

Claims (4)

ISTEMLER

1. Çok katmanli ve 3 boyutlu hologramlarin hesaplanip projeksiyonunun yapilmasina olanak saglayan yöntem olup, özelligi; - 3B projeksiyonu olusturan bir grup hedef görüntünün her birine (US) bilgisayar tarafindan rastgele (random) faz eklenmesi ((35), 7 Olusturulacak projeksiyonda her görüntü katmaninin hedeflenen mesafede odaklanmasi için uygun degere (zs) sahip Fresnel zon plakalarinin bilgisayar tarafindan eklenmesi, 7 Tüm katmanlarin bilgisinin bir araya getirilerek toplam hologramin (HM) elde edilmesi, - Son hologramin bir görüntüleyici ile görüntülenmesi, Islem basamaklarini içermesi ile karakterize edilmesidir. .

Istem-1'e uygun çok katmanli ve 3 boyutlu hologramlarin hesaplanip projeksiyonunun yapilmasina olanak saglayan yöntem olup, özelligi; tüm katmanlarin bilgisinin bilgisayar ile bir araya getirilerek toplam hologramin (HM ) elde edilmesi islem adiminda; 8-1-: Multiplane hologram 5=1 Inlended image an om piaw Fresnel zone plate denklemi ile tüm katman bilgisinin bilgisayar tarafindan bir araya getirilmesidir. .

Istem-l'e uygun çok katmanli ve 3 boyutlu hologramlarin hesaplanip projeksiyonunun yapilmasina olanak saglayan yöntem olup, özelligi; tüm katmanlarin bilgisinin bilgisayar ile bir araya getirilerek toplam hologramin (HM ) elde edilmesi islem adiminda; katmanlara karmasik süperpozisyonlama isleminin uygulanmasidir.

4. Istem-l'e uygun çok katmanli ve 3 boyutlu hologramlarin hesaplanip projeksiyonunun yapilmasina olanak saglayan yöntem olup, özelligi; SB projeksiyonu olusturan bir grup hedef görüntünün her birine bilgisayar tarafindan rastgele (random) faz eklenmesi, islem adiminda eklenen rastgele faz ile, N -› °° sinirinda, elde edilen görüntülerin asimptotik olarak ortogonal olmasidir. . Istem-l'e uygun çok katmanli ve 3 boyutlu hologramlarin hesaplanip projeksiyonunun yapilmasina olanak saglayan yöntem olup, özelligi; son hologramin bir görüntüleyici ile görüntülenmesi islem adiminda; kullanilan görüntüleyicinin uzamsal isik modülatörü olabilmesidir. . Istem-1'e uygun çok katmanli ve 3 boyutlu hologramlarin hesaplanip projeksiyonunun yapilmasina olanak saglayan yöntem olup, özelligi; olusturulacak projeksiyonda her görüntü katmaninin hedeflenen mesafede odaklanmasi için uygun degere sahip Fresnel zon plakalarinin bilgisayar tarafindan eklenmesi islem adiminda; her görüntünün belirli bir düzleme odaklanmasi için Fresnel zon plakalari (FZP) olarak uygulanan arka arkaya bir mercekler serisi kullanilmasidir.