Geri Dön

Fast high quality speckle-free phase computer generated holographic image projection

Hızlı kaliteli beneklenme yapmayan bilgisyarda yaratılan faz hologramlı görüntü projeksiyonu

PDF İndir

  1. Tez No: 435846
  2. Yazar: DENİZ MENGÜ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN ÜREY
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 85

Özet

Bilgisayarda yaratılan hologramlara dayalı görüntü projeksiyonu teknolojisi, 3D televizyon, başüstü göstergeleri ve kafaya takılan ekran (N2E) sistemlerinde kullanıldı ğında sunduğu kendine özgü avantajlarıyla geleceğin ekran uygulamalarında önemli bir rol alması olasılığı yükselmekte olan bir tekniktir. Enerji verimliliği, ağır ve hantal optik elemanlarına ihtiyacı ortadan kaldırabilmesi ve doğal üc¸ boyutlu görüntü sağlayabilmesi bu avantajlardan öne çıkanlardır. Bilgisayarda yaratılan hologramlar (CGHs) uzamsal ışık modülatörleri (SLM) üzerinde gösterilirler, bu cihazlar da evreuyumlu ışıkla aydınlatılırlar. İdealinde, SLMlerin tüm pikselleri bağımsız ve eş zamanlı bir biçimde ışığın hem fazı hem de büyüklüğünü modüle edebilmelidirler. Ancak, şu an kullanılan SLM teknolojisi yalnızca bazı kısıtlı modülasyon tekniklerine izin vermektedir. Piyasada ikili büyüklük, ikili faz veya sadece faz modülasyonu yapabilen cihazlar bulunmaktadır. Bu çeşitlerin arasından, kücük piksel genişliği, kırınım verimliliği ve 256 farklı seviyede modülasyon derinliği sunmalarıyla yalnız faz modülasyonu yapabilen SLMler dikkat çeker. Bununla birlikte, bu aletlerin laboratuvarlardan çıkarak hayatımıza faydalı olabilmeleri için, tam karmaşık hologramları yalnız faz yapılarna dönüştürecek algoritmalara ihtiyaç duyulmaktadır. Holografik görüntü projeksiyonu konusunda varolan algoritmalar tekrarlı optimizasyon prosedürleri olarak karşımıza çıkmakta ve arka arkaya yapılan dönüşümlerle hesaplama yükünü fazlasıyla artırmaktadır. Modern SLMlerin piksel sayıları arttıkça, bu yük daha da artmış ve gerçek zamanlı video projeksiyonu için kullanımı olumsuz etkilemiştir. Dahası, görüntü kalitesi olarak da orta seviyenin ilerisine gidememiş, görüntülerde beneklenmeye sebep olmaktadırlar. Bu tezde, iki yeni faz CGH hesaplama algoritması önerilmiştir. İlki tekrarlı Fourier dönüşümlerine gereksinimi ortadan kaldırmış ve hesaplama verimliliğini önemli ölcüde geliştirmiştir. İkinci algoritmada ise, istenen görüntüye özel bir faz tasarımı ile SLM üzerinde enerji dağılımı kontrol edilerek optimum cözüme daha önce literatürde rastlanmamış kadar yaklaşılmıştır. İlk metodumuz, bir ya da iki Hızlı Fourier Dönüsümü (FFT) ile yüksek kalitede görüntüler yaratmayı başarırken, bunu önceki yöntemlere kıyasla 6 ila 20 kat daha hızlı gerçekleştirmektedir. Tezde sunulan ikinci metod ise, yaratılmak istenen görüntüye özel bir faz fonksiyonu tasarımı önermektedir. Yapılan deney ve simülasyonlar 20 kata kadar kalite gelişimi sağladığını ortaya koymuştur.

Özet (Çeviri)

Computer generated holography based image projection, 3D television, head-up and near-to-eye (N2E) display systems offer unique advantages over conventional schemes and constitute a promising option for the future of display technology. Such systems provide much higher light efficiency, eliminate the need for bulky optics and provide natural 3D experience. Computer generated holograms (CGHs) are displayed on spatial light modulators (SLMs) illuminated by coherent light. Ideally, each pixel of an SLM should provide simultaneous and independent amplitude and phase modulation since CGHs are in general complex-valued functions. However, current state of the art SLM technology allows the implementation of only a constrained set of complex values depending on the device type, such as binary amplitude, binary phase, amplitude-mostly or phaseonly. Among various types, liquid crystal-on-silicon (LCoS) phase-only SLMs provide the most convenient option due to their smaller pixel pitch, higher diffraction efficiency and 8-bit modulation depth. Yet, these devices become useful only when they are combined with algorithms that encode a full-complex SLM pattern into a phase-only SLM pattern. In the context of holographic image projection, existing algorithms for phase CGH computation are iterative optimization procedures that require successive transformations with high computational costs. As higher pixel counts are attained, the computational load of iterative methods become increasingly excessive, hindering real-time video applications. Despite their high cost though, the reconstruction performance of these algorithms are only moderate, with generated images suffering significantly from speckle noise. In this thesis, two novel phase CGH computation algorithms are proposed. The first algorithm removes the iteration requirement and provides a direct solution, significantly improving the computational efficiency. The second algorithm processes a given desired image and non-iteratively calculates a phase CGH which, when used as a starting point, lets iterative algorithms to converge to almost global optimum, significantly improving reconstruction quality. The first algorithm is based on the observation that two phase-only pixels are equivalent to a full complex pixel; thus, the SLM is expected to reconstruct half of the desired image samples exactly. Simple Discrete Fourier Transform (DFT) and multirate signal processing relations are utilized to non-iteratively determine a phase CGH that exactly reconstructs the even (or odd) rows (or columns) of a given image. By requiring only a single Fast Fourier Transform (FFT) and a few additional trivial matrix operations, the algorithm offers 6 to 20 times improvement on computational efficiency compared to conventional procedures. The simulation results and proof-of-concept experiments indicate that our algorithm can provide full field-of-view (FOV), low speckle image reconstructions with maximized light efficiency when the reconstructions of 4 CGHs are averaged. High quality frames in the interlaced video format is already deliverable with 60Hz SLMs when the FOV in one direction is reduced to half. In the second algorithm, we developed a procedure for designing an image specific phase function that leads to an ideal CGH that is almost readily unit magnitude, resulting in a very low quantization error to begin with. When the phase CGH obtained in the described way is used as the starting point for existing iterative algorithms, much quicker convergence and unprecedentedly low reconstruction errors are achieved. The simulations and experiments reveal that reconstruction quality improves by about 20 times compared to iterative algorithms starting from random guesses. The reconstructions are almost speckle free, while allowing maximum light efficiency and FOV. The developed methods are particularly novel over existing approaches in that full physical as well as mathematical insight is exploited in their development. In particular, while most approaches formulate the phase CGH computation problem as a purely mathematical optimization problem, our methods recognize and utilize the correspondence between phase functions, ray directions, lenses, prisms and so forth. As a result, we can non-iteratively determine phase CGHs that are almost ready, i.e., can perform the desired reconstructions already with low error. In this way, we significantly reduce the number of iterations required, i.e., our methods require iterations just for fine-tuning, whereas in existing algorithms iterations are required for both coarse and fine tuning. Meanwhile, we can get much closer to global optimums than any other method. In this respect, we believe that this thesis also contributes significantly to the understanding of the fundamental limits of phase-only computer holography.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    755482

    Maximizing the signal-to-noise ratio of diverging ultrasonic waves in multiple scattering, attenuating, and diffracting media

    Çoklu saçılmalı, soğurmalı ve kırınımlı ortamlarda ıraksayan ultrasonik dalgaların sinyal gürültü oranının maksimizasyonu

    YASİN KUMRU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAYRETTİN KÖYMEN

  2. Tez No

    537911

    Speckle reduction in SAR images using non-local means filter and variational framework

    Yerel olmayan ortalama filtre ve değişimsel metodlar kullanarak SAR görüntülerinde benek gürültüsü azaltma

    ŞAHIM GİRAY KIVANÇ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAnkara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BAHA ŞEN

  3. Tez No

    416619

    Development of high performance heuristic and meta-heuristic methods for resource optimization of large scale construction projects

    Büyük ölçekli inşaat projelerinde kaynak optimizasyonu için yüksek performanslı sezgisel ve üst-sezgisel algoritmalar geliştirilmesi

    MAHDİ ABBASİ IRANAGH

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. RİFAT SÖNMEZ

  4. Tez No

    614003

    Şehir park donatılarının operasyonel coğrafi bilgi sistemiyle izlenmesi ve işletilmesi

    Monitoring and managing city park equipments with operational geographical information system

    SERKAN YEĞNİDEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Jeodezi ve FotogrametriGebze Teknik Üniversitesi

    Harita Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TAŞKIN KAVZOĞLU

    PROF. DR. MEHMET HALİS SAKA

  5. Tez No

    467874

    Cam elyaf katkılı beton cephe panellerinin inşa edilebilirlik kriterleri açısından incelenmesi

    Analysing of glass fiber reinforced concrete facade panels in terms of buildability criteria

    KARÇİÇEK TUTKU TEKİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    MimarlıkMimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İLKAY KOMAN

Geri Dön