Des solutions holographiques efficaces pour les affichages tête haute de véhicules

Imaginez conduire sur une autoroute très fréquentée. Vous devez vérifier votre vitesse et votre navigation, mais jeter un coup d’œil au tableau de bord détourne vos yeux de la route pendant une seconde critique. C’est là qu’interviennent les affichages tête haute (HUD), qui projettent des informations directement sur le pare-brise. Cependant, les technologies HUD actuelles sont souvent encombrantes et se limitent à afficher des images plates en 2D à une distance fixe, forçant vos yeux à constamment se réajuster entre les données et la route.

Pour surmonter ces limitations, une équipe de recherche dirigée par le professeur Qingqing Cheng de l’Université de Shanghai pour la Science et la Technologie et le professeur Kun Huang de l’Université des Sciences et Technologies de Chine a proposé une nouvelle approche d’affichage holographique. Leur rapport est publié dans Advanced Photonics Nexus.

Le défi : repousser les limites numériques

Un défi de longue date dans ce domaine est de parvenir à une imagerie holographique de haute qualité, utilisant la diffraction de la lumière pour créer des objets virtuels qui semblent se trouver à différentes profondeurs dans le monde réel (par exemple, des flèches de navigation qui semblent reposer directement sur la chaussée). Cependant, le calcul de ces hologrammes est traditionnellement coûteux en calcul.

Les méthodes conventionnelles, généralement basées sur la transformée de Fourier rapide (FFT), sont rigides. Elles exigent généralement que la source d’image numérique et l’image projetée aient des densités d’échantillonnage correspondantes. Lorsque les scientifiques essaient de projeter une petite image (depuis une puce d’affichage) sur une grande surface (le pare-brise), les mathématiques traditionnelles nécessitent d’ajouter une quantité massive de « remplissage par des zéros » – essentiellement des données vides – pour que le calcul fonctionne. Cela gaspille la mémoire de l’ordinateur et ralentit le processus, le rendant peu pratique pour une utilisation en temps réel dans les véhicules.

La solution : une « lentille de zoom » pour les calculs

Les chercheurs ont introduit une nouvelle approche de calcul : la méthode de diffraction basée sur la multiplication matricielle (MM). Au lieu d’utiliser le cadre rigide de la FFT, ils ont restructuré l’intégrale de Fresnel en une série d’opérations matricielles flexibles.

Considérez cela comme une « lentille de zoom » pour les calculs. La méthode MM permet à l’ordinateur de calculer l’hologramme pour la puce d’affichage et le pare-brise indépendamment. Elle élimine le besoin de remplissage par des zéros, supprimant ainsi efficacement les calculs redondants. Dans leurs tests, cette méthode a réduit le temps de calcul d’environ 58 % et a considérablement diminué l’utilisation de la mémoire par rapport aux méthodes traditionnelles.

Pour valider cette approche, l’équipe a construit un prototype de système HUD utilisant le nouvel algorithme. Ils ont réussi à projeter simultanément trois images virtuelles différentes à trois distances distinctes : 0,1 mètre, 0,5 mètre et 1,5 mètre. Dans leur démonstration, des informations de conduite holographiques ont été projetées pour s’aligner parfaitement avec des objets de référence réels tels qu’un cône de signalisation et un travailleur de la construction positionnés à différentes profondeurs, créant un mélange transparent de réalité virtuelle et physique.

Fait crucial, cette méthode peut gérer des différences de taille extrêmes – projetant une image minuscule et une image massive en même temps – et fonctionne à la fois pour les affichages en champ proche et en champ lointain dans un cadre de calcul unique.

Cette technologie représente une étape significative vers des AR-HUD compacts et à large champ de vision. En rendant le processus de calcul plus rapide et plus flexible, elle ouvre la porte à des véhicules intelligents qui peuvent superposer des alertes de sécurité vitales directement sur l’environnement physique sans matériel encombrant. Alors que l’équipe continue d’améliorer les couleurs et les taux de rafraîchissement, le pare-brise intelligent du futur se dessine clairement.

Article : Cross-scale multiplane holograms with decoupled input–output sampling for vehicle display – Journal : Advanced Photonics Nexus – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude

Source : SPIE