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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Next-generation 3D imaging system by IoT device dedicated for holography

Research Project

Project/Area Number 19H01097
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

伊藤 智義  千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (20241862)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 下馬場 朋禄  千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (20360563)
角江 崇  千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40634580)
西辻 崇  東京都立大学, システムデザイン研究科, 助教 (70826833)
市橋 保之  国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所電磁波先進研究センター, 主任研究員 (80593532)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Keywordsホログラフィ / FPGA / 計算機 / 3次元映像 / IoT
Outline of Annual Research Achievements

コンピュータと融合したホログラフィは究極の3次元映像計測技術と期待されている.しかし,ホログラフィ技術が発明されてから70年を経た現在においても実用化さていないグランドチャレンジなテーマとして残されている.課題はホログラフィ計算の高速化とホログラムを表示するディスプレイの高精細化・大型化である.本研究では,計算の高速化については内部の回路を書き換え可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)を用いてホログラフィ計算専用チップを開発し,ホログラムの表示については世界最大規模の高精細液晶ディスプレイ(LCD)を活用する.
本年度は,昨年度に引き続き,大規模FPGAによる新たなホログラフィ専用計算システムの研究開発を進め,従来よりも高速化することに成功した成果を論文として発表した.
また,自然光でホログラムを生成する技術であるインコヒーレントホログラフィのの計算を高速化する専用ハードウェアの研究開発も進め,成果論文が日本光学会から2022年度の光学を代表する論文の一つとして選出されるなどの評価を得た.
ホログラム計算は,通常,波面光学に基づいているため,質感や隠面処理に対して課題を有している.そこで,質感や隠面処理に対して有効は光線幾何学を取り入れた光線-波面変換法をハードウェア化する研究開発を行った.
ハードウェア開発と並行して,高速計算アルゴリズムの研究も進展している.これらの研究成果を11編の論文として発表した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

開発したホログラフィ専用計算機は良い性能を示しており,インコヒーレントホログラフィ専用計算機の論文は日本光学会から2022年度を代表する研究の一つに選出されるなど,高い評価を得ている.高速アルゴリズムの研究も論文成果として認められている.

Strategy for Future Research Activity

これまで開発を続けてきているホログラフィ専用計算機システムを高性能化するとともに,大規模液晶ディスプレイと組み合わせてスマートグラスなどのIoTデバイス化の可能性を検討する.

  • Research Products

    (11 results)

All 2023 2022

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 9 results)

  • [Journal Article] High-speed rendering pipeline for polygon-based holograms2023

    • Author(s)
      Fan Wang, Tomoyoshi Ito, Tomoyoshi Shimobaba
    • Journal Title

      Photonics Research

      Volume: 11 Pages: 313-328

    • DOI

      10.1364/PRJ.474158

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Deep hologram converter from low-precision to middle-precision holograms2023

    • Author(s)
      Harutaka Shiomi, David Blinder, Tobias Birnbaum, Yota Inoue, Fan Wang, Tomoyoshi Ito, Takashi Kakue, Peter Schelkens, Tomoyoshi Shimobaba
    • Journal Title

      Applied Optics

      Volume: 62 Pages: 1723-1729

    • DOI

      10.1364/AO.482434

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Controllable energy angular spectrum method2022

    • Author(s)
      Fan Wang, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
    • Journal Title

      Optics Communications

      Volume: 520 Pages: 128506

    • DOI

      10.1016/j.optcom.2022.128506

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Temporal super-resolution high-speed holographic video recording based on switching reference lights and angular multiplexing in off-axis digital holography2022

    • Author(s)
      Wataru Anzai, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 47 Pages: 3151-3154

    • DOI

      10.1364/OL.460591

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Variable-intensity line 3D images drawn using kinoform-type electroholography superimposed with phase error2022

    • Author(s)
      Takashi Nishitsuji, Nobuya Shiina, David Blinder, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Peter Schelkens, Tomoyoshi Ito, Takuya Asaka
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 30 Pages: 27884-27902

    • DOI

      10.1364/OE.461187

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Design and Implementation of Special-Purpose Computer for Incoherent Digital Holography2022

    • Author(s)
      Takayuki Hara, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 10 Pages: 76906 - 76912

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2022.3191435

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fast hologram calculation method using wavelet transform: WASABI-22022

    • Author(s)
      Harutaka Shiomi, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
    • Journal Title

      Optics Communications

      Volume: 525 Pages: 128836

    • DOI

      10.1016/j.optcom.2022.128836

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Accelerating hologram generation using oriented-separable convolution and wavefront recording planes2022

    • Author(s)
      Tomoyoshi Shimobaba, Michal Makowski, Harutaka Shiomi, Fan Wang, Takayuki Hara, Maciej Sypek, Jaroslaw Suszek, Takashi Nishitsuji, Atsushi Shiraki, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 30 Pages: 36564-36575

    • DOI

      10.1364/OE.472121

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] HORN-9: Special-purpose computer for electroholography with Hilbert transform2022

    • Author(s)
      Yota Yamamoto, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 30 Pages: 38115-38127

    • DOI

      10.1364/OE.471720

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dynamic complex opto-magnetic holography2022

    • Author(s)
      Michal Makowski, Jaroslaw Bomba, Antoni Frej, Mateusz Kolodziejczyk, Maciej Sypek, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito, Andrei Kirilyuk, Andrzej Stupakiewicz
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 13 Pages: 7286

    • DOI

      10.1038/s41467-022-35023-9

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Fully analytic shading model with specular reflections for polygon-based hologram2022

    • Author(s)
      Fan Wang, Harutaka Shiomi, Tomoyoshi Ito, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba
    • Journal Title

      Optics and Lasers in Engineering

      Volume: 160 Pages: 107235

    • DOI

      10.1016/j.optlaseng.2022.107235

    • Peer Reviewed / Open Access

URL: 

Published: 2023-12-25  

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