Generating Multi‐Depth 3D Holograms Using a Fully Convolutional Neural Network

全息术 计算机科学 卷积神经网络 衍射 图层(电子) 人工神经网络 全息显示器 数字全息术 人工智能 光学 算法 计算机视觉 材料科学 物理 复合材料
作者
Xingpeng Yan,Xinlei Liu,Jiaqi Li,Yanan Zhang,Hebin Chang,Tao Jing,Hairong Hu,Qiang Qu,Xi Wang,Xiaoyu Jiang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:11 (28) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/advs.202308886
摘要

Abstract Efficiently generating 3D holograms is one of the most challenging research topics in the field of holography. This work introduces a method for generating multi‐depth phase‐only holograms using a fully convolutional neural network (FCN). The method primarily involves a forward–backward‐diffraction framework to compute multi‐depth diffraction fields, along with a layer‐by‐layer replacement method (L 2 RM) to handle occlusion relationships. The diffraction fields computed by the former are fed into the carefully designed FCN, which leverages its powerful non‐linear fitting capability to generate multi‐depth holograms of 3D scenes. The latter can smooth the boundaries of different layers in scene reconstruction by complementing information of occluded objects, thus enhancing the reconstruction quality of holograms. The proposed method can generate a multi‐depth 3D hologram with a PSNR of 31.8 dB in just 90 ms for a resolution of 2160 × 3840 on the NVIDIA Tesla A100 40G tensor core GPU. Additionally, numerical and experimental results indicate that the generated holograms accurately reconstruct clear 3D scenes with correct occlusion relationships and provide excellent depth focusing.
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