Technici van het Stanford Computational Imaging Lab ontwikkelen lichtgewicht, AI-gestuurde, holografische AR-brilprototype

Ingenieurs van het Stanford Computational Imaging Lab hebben een prototype ontwikkeld voor een lichtgewicht AR-bril, die de deur opent naar toekomstige holografische AR-brillen die aanzienlijk lichter zijn dan de momenteel verkrijgbare headsets. De sleutel tot deze innovatie is een AI-gestuurd beeldscherm dat een 3D-beeld projecteert zonder gebruik te maken van grote lenzen via twee metasurfaces binnen een dunne optische golfgeleider.

Conventionele AR/VR/XR-headsets gebruiken gewoonlijk focuslenzen om micro-LED- of OLED-schermbeelden in de ogen van de drager te projecteren. Helaas leidt de diepte die nodig is voor lenzen tot omvangrijke ontwerpen, zoals smartphones in Google Cardboard apparaten of de Apple Vision Pro headsets die meer dan 600 gram wegen.

Dunnere ontwerpen gebruiken soms een optische golfgeleider (zie het als een periscoop) om het beeldscherm en de lenzen van voor de ogen naar de zijkant van het hoofd te verplaatsen, maar beperken de gebruiker tot 2D-beelden en tekst. De technici van Stanford hebben AI-technologie gecombineerd met metasurface golfgeleiders om het gewicht en de omvang van de AR-headset te verminderen en tegelijkertijd een 3D holografisch beeld te projecteren.

De eerste innovatie is de eliminatie van omvangrijke focuslenzen. In plaats daarvan worden ultrafijne metasurfaces in de golfgeleider geëtst om een geprojecteerd beeld te "coderen" en vervolgens te "decoderen" door licht te buigen en uit te lijnen. Zie het ruwweg als het spetteren van water aan de ene kant van een zwembad volgens een vast ritme, en wanneer de golven de andere kant bereiken, kunt u de golven lezen om het oorspronkelijke ritme opnieuw te creëren. De bril van Stanford gebruikt één metasurface voor het beeldscherm en een andere voor het oog.

Het tweede is een golfgeleiderpropagatiemodel om te simuleren hoe licht door de golfgeleider kaatst om holografische beelden nauwkeurig te creëren. 3D holografieën zijn sterk afhankelijk van de nauwkeurigheid van de lichttransmissie, en zelfs nanometer variaties in de oppervlakken van de golfgeleider kunnen het geziene holografische beeld sterk veranderen. Hier worden deep-learning, convolutie neurale netwerken die een aangepaste UNet architectuur gebruiken getraind op rood, groen en blauw licht dat door de golfgeleider wordt gestuurd om te compenseren voor optische afwijkingen in het systeem. Zie het ruwweg als het schieten van een pijl die op de roos is gericht, maar net een klein beetje naar rechts slaat - nu weet u dat u moet compenseren door een klein beetje naar links te richten.

De derde is het gebruik van een AI neuraal netwerk om holografische beelden te creëren. EEN 48 GB Nvidia RTX A6000 werd gebruikt om de AI te trainen op een breed scala aan fasepatronen geprojecteerd vanaf de Holoeye Leto-3 fase-only SLM displaymodule. Na verloop van tijd leerde de AI welke patronen specifieke beelden konden creëren op vier afstanden (1 m, 1,5 m, 3 m en oneindig).

Alles bij elkaar genomen levert het AI-model dat deze headset aandrijft aanzienlijk betere 3D-beelden dan de alternatieven. Hoewel de AR-bril van Stanford een prototype is, kunnen lezers vandaag nog steeds genieten van de augmented wereld met een lichtgewicht headset zoals deze op Amazon.