Holografische salontafels: het beeld van de toekomst

Als je de vakantiekiekjes van je vorige vakantie opnieuw bekijkt, is het je misschien opgevallen: het is moeilijk om de omgeving en de sfeer te vatten op een manier die achteraf dezelfde indruk wekt. Gelukkig zijn er sinds kort een hele nieuwe reeks sensoren en camera’s beschikbaar die inzetten op de zogenaamde ‘plenoptische’ voorstelling. Plenoptisch verwijst naar de wiskundige voorstelling die informatie levert over elk mogelijk punt in een visuele scène en hoe de waarneming van dit punt wijzigt wanneer het geobserveerd wordt vanuit verschillende kijkhoeken. “Pleno” is ook het Latijnse woord voor “volledig” en weerspiegelt de visie dat toekomstige beeldvormingssytemen een zeer complete weergave kunnen genereren van een bepaald beeld of scène. De heilige graal van plenoptische beeldvorming is holografie en daarrond werkt Peter Schelkens in INTERFERE – een project gesteund door de European Research Council (ERC).

Tot voor kort waren beelden gebaseerd op 2D of 3D scans van een scène en leverden ze enkel maar een subset van de plenoptische voorstelling op. Bovendien wordt het beeldmateriaal meestal verder gereduceerd in zijn verschillende dimensies: het aantal cameraposities, de nauwkeurigheid van de kleurinformatie, het aantal beelden per seconde enzovoort. Daarom levert het fototoestel waarmee je foto’s nam van de vele plaatsen die je bezocht op je laatste vakantie enkel een beperkte benadering van de plenoptische voorstelling van die locaties op.

Vandaag zijn sensoren en camera’s in opmars die de plenoptische voorstelling nauwkeuriger proberen te benaderen. Denk maar aan omnidirectionele camera’s die een 360° panorama kunnen opnemen, dieptegevoelige camera’s die ook diepte-informatie registeren zodat de 3D structuur van de scène tastbaar wordt, puntenwolkcamera’s die dit realiseren met behulp van laserscanners (ook wel “LIDAR”) en lichtveldcamera’s die opgebouwd zijn uit meerdere camera’s in een roosterstructuur of camera’s met microlensjes voor de beeldsensor. Aan de visualisatiezijde worden dan stereoscopische beeldschermen of virtual reality brillen ingezet, of zelfs lichtveldschermen die helemaal geen speciale bril vereisen.

________________________

” De heilige graal van plenoptische beeldvorming is holografie. Stel je voor dat je je favoriete sportwedstrijd of concert kan bekijken op je salontafel vanuit elke mogelijke kijkhoek!

____________________

Het slechte nieuws is dat holografie gebaseerd is op lichtinterferentie en licht als een golf wordt beschouwd – in tegenstelling tot de voorheen aangehaalde technieken die uitgaan van een lichtstraalmodel. Dit heeft als gevolg dat bij het berekenen van een holografisch televisiebeeld elk beeldpuntje in dit hologram de som is van alle lichtgolven van alle punten van de scène die dit beeldpunt bereiken. Voor de holografische salontafel heb je dan – als je naïef te werk zou gaan – een bijzonder geavanceerde of ‘exascale’ computer nodig. Deze computer kan 1 miljard x 1 miljard berekeningen per seconde uitvoeren en verbruikt naar schatting een 50 MegaWatt aan vermogen. Om dit in perspectief te plaatsen: je hebt dan 25 windmolens nodig om je scherm van voldoende elektriciteit te voorzien.

In het INTERFERE project werken we daarom holografische signaalverwerkingstechnieken uit die zo efficiënt zijn dat ze enerzijds de benodigde rekenkracht aanzienlijk reduceren. Zo werden reeds oplossingen ontwikkeld om hologrammen uit te rekenen op basis van punten wolken die meer dan 2500 maal efficiënter zijn dan bestaande oplossingen die brute kracht berekeningen uitvoeren. Anderzijds tracht INTERFERE ook efficiëntere datavoorstellingen te ontwerpen – denk maar aan de MPEG video codec voor hologrammen – met reeds hoge performantiewinsten als resultaat, waarbij we als het even kan ook de eigenschappen van het menselijk visueel systeem in rekening brengen. Zo komen we stapje voor stapje dichter bij een nauwkeurigere plenoptische voorstelling met holografie als beeld van de toekomst.