Geri Dön

High quality computer generated hologram computation and display applications

Yüksek kaliteli bilgisayar tarafından oluşturulan hologram hesaplama ve görüntüleme uygulamaları

PDF İndir

  1. Tez No: 758074
  2. Yazar: KORAY KAVAKLI
  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: 2021
  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: 126

Özet

Bilgisayar Tarafından Oluşturulan Holografik (CGH) ekranlar, insan görsel sisteminin tüm gereksinimlerini karşılayabildikleri için nihai üç boyutlu (3D) görüntüleme teknolojisi olabilir. Bir CGH ekranı, stereoskopik ekranların ötesine geçerek, verjans ve akomodasyon da dahil olmak üzere tüm derinlik ipuçlarıyla bir 3D deneyimi sunar. CGH ekranları endüstriyel, eğitimsel ve tüketici uygulamalarının tüm taleplerini karşılayabilir. Büyük potansiyeline rağmen, CGH ekranlarının görsel kalitesi diğer ekran teknolojilerinden daha düşüktür. Vaatlerini yerine getirmeden önce çözülmesi gereken birçok hesaplama ve uygulama zorluğu bulunmaktadır. Bu tezde, hologramların hesaplanmasını ve görsel kalitesini iyileştirmek için iki yeni yöntem geliştirdik. İlk olarak, makine öğrenimi yaklaşımlarını kullanarak hologram hesaplamasını iyileştirdiğimiz, öğrenilmiş holografik ışık taşıma modelleri adı verilen yeni bir yönü keşfettik. Geleneksel hesaplama modelleri simülasyon ortamlarında mükemmel kalite sunmasına rağmen, bu modellerden elde edilen deneysel görüntüler beklenen görsel kaliteyi sergilememektedir. Çalışmamız, simüle edilmiş ve deneysel sonuçlar için yeniden oluşturulmuş görüntüleri içeren bir holografik veri seti ve öğrenme modeli oluşturarak bu uyuşmazlığı giderir. Yöntemimizin, deneysel sonuçların görsel kalitesini iyileştirirken, simüle edilmiş ve deneysel sonuçlar arasındaki uyumsuzluğu azalttığını kanıtladık. İkinci zorluk, koherant olmayan doğal sahneler ile lazerler gibi koherant ışık kaynağı ile holografik olarak oluşturulmuş sahneler arasındaki uyumsuzluktur. Odaksızlıktan kaynaklanan bulanıklık, doğal görüntülerde yumuşak özelliklerle sonuçlanırken, koherant görüntülerdeki odak bulanıklığı, gözün 3D holografik sahnelerde yanlışlıkla akomodasyonunu bozabilen yüksek uzamsal frekans özellikleri içerir. Odak bulanıklığındaki bu fark, 3D holografide kenar saçak kusurları olarak kendini gösterir. Bu kusurları araştırdık ve bu sorunu azaltmak için yeni bir sadece faz biligisi içeren hologram oluşturma yöntemi önerdik. Yöntemimiz, bu kusurları azaltarak görsel kaliteyi iyileştirmek için özel olarak tasarlanmış yeni bir hedefleme şeması ve kayıp fonksiyonu sunar. Ayrıca, Çift Olasılıksal Dereceli Azalma yöntemi olarak adlandırdığımız yeni bir optimizasyon yöntemi öneriyoruz. Odak bulanıklığı problemi, koherant sistemlerde iyi bilinen bir sorundur, ancak önceki araştırmalar herhangi bir gelişme gösterememiştir. Yöntemimizin hem simülasyonlarda hem de deneysel sonuçlarda kenar saçak kusurlarını azaltabileceğini literatürde ilk kez gösterdik. Son olarak, katarakt hastalarının ameliyattan önce görme sonrası keskinlik performansını değerlendirmek için yeni bir holografik görme simülatörü cihazı geliştirdik. Cihaz bir CGH ekranı ve göz bebeğini takip eden kameraları içerir. Holografik olarak şekillendirilmiş ışık ışınlarının, retina üzerinde net görüntüler oluşturmak için kristal merceğin daha az yoğun kataraktlı bölgelerinden programlanabileceğini ve yönlendirilebileceğini gösterdik. 13 hasta ile yaptığımız klinik öncesi çalışmalarımız, hastaların ameliyat sonrası potansiyel görme keskinliğinin ameliyattan önce CGH ekranı kullanılarak başarılı bir şekilde tahmin edilebileceğini göstermiştir. Böyle bir simülatör klinikte muazzam bir potansiyele sahiptir.

Özet (Çeviri)

Computer Generated Holographic (CGH) displays can be the ultimate three-dimensional (3D) display technology as they can match all the requirements of the human visual system. A CGH display goes beyond stereoscopic displays and offers a 3D experience with all the depth cues, including vergence and accommodation. CGH displays can satisfy all the demands of industrial, educational, and consumer applications. Despite its great potential, the visual quality of CGH displays is inferior to other display technologies. There remain many computational and implementation challenges that are needed to be resolved before fulfilling its promises. In this thesis, we developed two novel methods to improve the computation and the visual quality of holograms. First, we explored a new direction called learned holographic light transport models, where we improved hologram computation using machine learning approaches. Although traditional computational models offer excellent quality in simulation environments, experimental images from these models do not exhibit the expected visual quality. Our work addresses this mismatch by generating a holographic dataset and learning model that contains the reconstructed images for simulated and experimental results. We proved that our method mitigates the mismatch between simulated and experimental results while improving the visual quality of experimental results. The second challenge is the mismatch between the incoherent natural scenes and the holographically constructed scenes using coherent light such as lasers. While the blur due to defocus results in smoothed features in natural images, defocus blur in coherent images contains high-spatial frequency features, which can inadvertently disturbs the eye's accommodation in 3D holographic scenes. Such difference in defocus blur manifests itself as edge fringe artifacts in 3D holography. We investigated these artifacts, and proposed a novel phase only hologram generation method to mitigate this issue. Our method introduces a novel targeting scheme and loss function that is specifically tailored to improve the visual quality by reducing these artifacts. Furthermore, we propose a new optimization method we named the Dual Stochastic Gradient Descent method. Defocus blur is a well-known problem in coherent systems, but previous research has failed to show any enhancement. We showed for the first time that our method could reduce the edge-fringe artifacts both in simulations and experimental results. Finally, we developed a novel holographic vision simulator device to assess the post-visual acuity performance of cataract patients before going through surgery. The device contains a CGH display and pupil tracker cameras. We demonstrate that holographically shaped light beams can be programmed and directed through less dense cataractous regions of the crystalline lens to form crisp images on the retina. Our pre-clinical studies with 13 patients showed that patients' potential post-op visual acuity after surgery can be successfully predicted using the CGH display before the surgery. Such a simulator has enormous potential in the clinic.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    435846

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

    Hızlı kaliteli beneklenme yapmayan bilgisyarda yaratılan faz hologramlı görüntü projeksiyonu

    DENİZ MENGÜ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2016

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAKAN ÜREY

  2. Tez No

    14608

    Improved synthesis of computer generated digital amplitude holograms

    Bilgisayarla geliştirilmiş sayısal genlik hologramlarının üretilmesi

    MEHMET HALUK GÜVEN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    1991

    Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Fizik Bölümü

    PROF.DR. RAMAZAN AYDIN

  3. Tez No

    177176

    3D hair design and key frame animation in real time

    3 boyutlu çizim ile gerçek zamanlı saç modellemesi ve anahtar karelerle simülasyon

    BARKIN BAŞARANKUT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BÜLENT ÖZGÜÇ

    YRD. DOÇ. DR. TOLGA ÇAPIN

  4. Tez No

    409140

    Computational aesthetics using machine learning for video game camera direction

    Video oyunu kamera yönetimi için makine ögrenmesi ile hesaplamalı estetik

    ALİ NACİ ERDEM

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Modelleme ve Simülasyon Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. UĞUR HALICI

  5. Tez No

    895204

    Mimari tasarım sürecinin erken aşamasında kullanılacak artırılmış gerçeklik uygulamalarının geliştirilmesi için bir yöntem önerisi

    A new approach for development of a mobile augmented reality application to be used in the early phases of the architectural design process

    MAHMUT ÇAĞDAŞ DURMAZOĞLU

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilişim Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LEMAN FİGEN GÜL

Geri Dön