Ученые НИЯУ МИФИ создали нейросеть для расчета голограмм

Сотрудники лаборатории фотоники и оптической обработки информации Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» разработали нейросеть для расчета и синтеза голографических изображений с возможностью применения в системах голографической памяти и визуализации, фотостимуляции биологических нейронов и аддитивных технологиях.

Обычно для расчета дифракционных и голограммных оптических элементов, способных оптически сформировать 3D-сцену, используются ресурсоемкие итерационные методы. Учеными НИЯУ МИФИ предложен нейросетевой метод, названный 3D-CGH-Net, обеспечивающий быстрый расчет оптических элементов. Экспериментально продемонстрировано, что качество оптически восстановленных 3D-сцен с таких элементов может быть выше, чем для синтезированных элементов классическими, более ресурсоемкими алгоритмами, сообщает пресс-служба вуза на портале Naked Science

«Скорость расчета качественных голограмм «обычными» методами низка. Мы разработали метод, использующий нейронную сеть оригинальной архитектуры и разветвленную структуру для учета большого набора сечений трехмерной сцены в рассчитываемой голограмме. Сеть обучается на выборках, насчитывающих от десятков тысяч до сотен тысяч примеров. Метод был успешно применен в экспериментах при оптическом формировании трехмерных сцен, при реализации голограмм с использованием высокоразрешающих скоростных пространственно-временных модуляторов света новейших типов», — рассказал сотрудник лаборатории фотоники и оптической обработки информации Дмитрий Рымов.

Компьютерный синтез голограмм состоит в расчете голограмм, которые затем могут быть реализованы тем или иным способом, например из какого-либо материала, 3D-печатью, либо с помощью пространственно-временных модуляторов света. Применение компьютерно-синтезированных голограмм позволяет точно и оперативно формировать заданные световые распределения — даже такие, которых в природе не существует.

«Применение компьютерно-синтезированных голограмм перспективно при создании средств трехмерной визуализации, для лазерного управления микрочастицами, при фотостимуляции биологических нейронов, для 3D-печати, при преобразовании и фокусировке световых пучков, при построении систем голографической памяти и многое другое», — рассказал руководитель лаборатории фотоники и оптической обработки информации Ростислав Стариков.

Техника компьютерного синтеза голограмм развивается с конца 1960-х годов и к настоящему времени весьма совершенна. Для расчета компьютерно-синтезированных голограмм необходимо решить обратную задачу — вычислить форму дифракционного элемента, исходя из формируемого им требуемого распределения амплитуды и фазы света. Существует ряд «классических» методов, но они, как правило, итеративные и трудоемкие: расчет голограммы может занимать часы, а это в современной практике часто оказывается неприемлемо.

«Применение нейронных сетей позволяет рассчитывать или, точнее, генерировать голограмму, если сеть предварительно успешно обучена. Для обучения требуется время и большие обучающие выборки, но обученная сеть генерирует голограмму очень быстро», — пояснил Ростислав Стариков.

«Новейшие интеллектуальные методы уже сейчас позволяют существенно расширять границы возможностей применения нейросетей при решении не только любительских задач, но и для решения проблем в сложных научных тематиках. Буквально за пару лет мы достигли столь высокого качества расчетов голограмм нейросетевыми методами, что оно превышает некоторые возможности стандартных методов, развивавшихся десятки лет. Наша лаборатория разработала метод, который синтезирует мегапиксельные голограммы сложных трехмерных сцен всего за доли секунд, при этом достигнут и высокий уровень качества оптического воспроизведения этих 3D-сцен с таких голограмм. Применение для реализации современных пространственно-временных модуляторов света позволяет формировать тысячи голограмм в секунду и, соответственно, изменять или преобразовывать трехмерное световое распределение тысячи раз в секунду», — рассказал доцент кафедры лазерной физики НИЯУ МИФИ Павел Черемхин.

Результаты исследования опубликованы в журнале Optics and Lasers in Engineering.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.