2014 Fiscal Year Research-status Report
3次元ディスプレイに向けた任意曲面物体からのホログラム生成アルゴリズムの開発
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25330125
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
下馬場 朋禄 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20360563)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ホログラフィ / 3次元ディスプレイ / 回折計算 / アルゴリズム / 計算機合成ホログラム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ホログラフィによる3次元ディスプレイは光波面を忠実に再現できるため究極の方式として期待されている．この実用化には複雑な曲面を有する3次元物体からの光伝搬を計算し，ホログラムを高速に生成する必要がある．現状では曲面から光伝搬を直接計算する手法は知られておらず，平面（ポリゴン）の集合として近似的に曲面を表現するためポリゴン数に比例した回数の光伝搬を計算する必要があり，高速計算の妨げとなっている．ポリゴンを使用せずに任意曲面を点光源の集合として取り扱う点光源モデルは，各点光源からの光波を積分すれば良いので任意曲面の取り扱いは簡単ではあるが，その計算量はポリゴンモデルよりもい更に大きなものとなる．任意曲面をそのまま取り扱える光伝搬計算があればホログラム生成に有用であるが，このような手法は残念ながら知られていない．本研究ではポリゴンで近似することなく任意曲面から高速にホログラム計算ができる手法を開発し3次元像をリアルタイム再生することを目的としている.
本年度の成果の一つは，申請者が開発を進めている点光源モデルでの高速化手法（波面記録法）を任意曲面生成向けに改良したことがあげられる．波面記録法は2ステップの計算法で，任意曲面とホログラム間に仮想面を置く手法であり，点光源モデルのホログラムを高速生成できる．従来の波面記録面は仮想面をホログラムと垂直にしか配置できなかったが，本年度は，仮想面を任意曲面を計算しやすいように傾いても配置できるようにし高速化を達成した．また3次元のカラーシーンからホログラムを計算する際に，RGB空間ではなくYCbCr空間上での計算手法を開発した．この手法により，RGB空間でのホログラム計算よりも最大で3倍の高速化を達成できる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度に開発した技術は主に，波面記録面を任意曲面計算に適用できるよう仮想面を複数導入し各仮想面を適切に傾けることで計算量を削減するアルゴリズムとなっている．従来の波面記録法では3次元物体の形状により，計算量に大きな差が生じていたが，開発した手法では計算量はほぼ均一となり，計算時間の削減にも効果があることが確認できた．
また，カラー3次元シーンからホログラムを計算する際に，RGB空間ではなくYCbCr空間上でホログラム生成をする手法を開発した．この手法により，RGB空間でのホログラム計算よりも最大で3倍の高速化を達成できた．
これら2つの開発により研究の進捗はおおむね順調であると判定した．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度も引き続き，より効率的な任意曲面からのホログラム計算の開発に取り組む．また，ホログラム計算時には3次元物体の表面に対して，光を拡散させるためにランダム位相を乗ずる必要がある．これは，再生像にスペックルと呼ばれるノイズを生成してしまうことと，本年度に開発したYCbCr空間でのカラーホログラム生成手法との相性が悪い．本年度は，ランダム位相を使わないホログラム計算手法を開発することも目標の一つとする．
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| Causes of Carryover |
当該年度は出張費が想定よりも低く抑えることができたことが，繰越金が発生した理由となっている．ただし，研究成果発表が減ったわけではなく，投稿論文数は維持していおりその分の英文校正や出版費は当初予定より増えている．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越金は物品の購入や研究成果を早急に発表するために英文校正や論文投稿費として主に使用する予定である．
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[Journal Article] Numerical investigation of lensless zoomable holographic projection to multiple tilted planes2014
Author(s)
Tomoyoshi Shimobaba, Michal Makowski, Takashi Kakue, Naohisa Okada, Yutaka Endo, Ryuji Hirayama, Daisuke Hiyama, Satoki Hasegawa, Yuki Nagahama, Tomoyoshi Ito,
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Journal Title
Optics Communications
Volume: 333
Pages: 274-280
DOI
Acknowledgement Compliant
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