2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Domain-Specific Processors for Holography
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21K21294
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
山本 洋太 東京理科大学, 工学部情報工学科, 助教 (50906740)
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| Project Period (FY) |
2021-08-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 3次元映像 / 高性能計算 / ホログラフィ / FPGA / 専用計算機 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子ホログラフィは，3次元情報を忠実に再生可能な唯一知られた方式である．究極の3次元映像提示手法とも呼ばれ，注目を集めている．この方式では，光の振る舞いをコンピュータでシミュレーションすることで得られる計算機ホログラム（CGH: Computer-Generated Hologram）を計算する必要がある．しかしながら，CGHの計算量は膨大であり，現行の計算機性能ではリアルタイム処理が困難であるため，実用化への大きな課題となっている．本研究では，FPGAを活用し，電子ホログラフィ計算に特化した専用プロセッサを開発することで，計算を超高速化し，電子ホログラフィ実用化への指針を示す．
電子ホログラフィで計算するCGHには位相型と振幅型の２種類が存在する．振幅型は計算量が比較的少なく，位相型は計算量が多い反面，回折効率に優れ良質な再生像を得られるため，位相型が実用化へは有力な方式であると考えられる．
先行研究では，両方式の専用計算機をそれぞれ開発した．結果，計算の複雑さのため，振幅型に比べ位相型は計算性能が半分になり，十分な高速化を得られない問題があった．
本研究では，ヒルベルト変換を利用し，振幅型CGHから位相型CGHを計算する専用計算機を開発した．回路は，振幅型CGHを計算する回路と振幅型CGHから位相型CGHを計算する構成とした．２つの回路の計算量の違いに着目し，専用計算機上で計算をオーバーラップさせることにより，位相型CGH変換にかかる時間を遮蔽した．結果，振幅型CGHを計算するのと同等の時間で位相型CGHを計算可能なシステムの開発に成功した．さらに，４０万点の点光源によるリアルタイム3次元映像再生に成功した．研究成果は，光学の分野で最も権威あるアメリカ光学会（OPTICA）のトップジャーナルOptics Expressに採択された．
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