计算机生成全息术(CGH)代表了一种利用计算机算法动态重建虚拟对象的尖端技术。该技术在三维显示、光信息存储与处理、娱乐、加密等领域有着广泛的应用。

尽管CGH的应用范围很广，但当代技术主要依赖于空间光调制器(SLM)和数字微镜器件(DMD)等投影设备。这些设备本质上面临显示能力的限制，通常会导致投影图像中的视场狭窄和多级衍射。

在最近的发展中，由亚波长纳米结构阵列组成的超表面在调制电磁波方面表现出了卓越的能力。通过亚波长尺度的纳米结构引入振幅和相位等基波特性的突然变化，超表面实现了传统设备难以实现的调制效果。

基于超表面的全息术的进步带来了重大成就，例如大视角、消色差成像、全彩显示、增加的信息容量和多维复用，使其成为动态全息显示的有力工具。

尽管如此，动态超表面全息技术在实现高级人机交互等先进显示所需的实时、高度流畅的动态显示效果方面仍然面临着巨大的挑战。流体超表面全息显示器的关键在于实现高计算和显示帧速率。计算帧率是指数据计算、处理和准备显示的速度，保证系统能够实时计算所需的内容。

目前大多数全息显示解决方案在很大程度上依赖于多次执行快速傅里叶变换(FFT)，通常需要图形处理单元(GPU)等专用计算单元来满足高刷新率的需求，这使得计算能力和能耗成为广泛应用的关键瓶颈。应用。

另一方面，显示帧率，即显示设备刷新和呈现新内容的速度，对于视觉内容的流畅度至关重要。目前，大多数基于超表面的动态全息显示策略都难以实现高显示帧速率，这限制了它们提供流畅视觉体验的能力。

针对这些挑战，华中科技大学武汉光电子国家实验室熊伟教授和高辉副教授领导的团队推出了一种具有高计算和显示框架的动态交互式位元表面全息技术(Bit-MH)费率。他们构建了世界上第一个实用的交互式超表面全息显示系统。

在发表在《光电进展》上的研究中，该团队将超表面的显示功能分割成不同的空间区域或通道，每个区域或通道都能够投影重建的亚全息图案。他们利用光学寻址进行空间通道复用，将所有通道的开/关状态映射到一组比特值，从而将全息的动态更新过程转化为操纵这些比特值来控制相应的通道。

该方法通过使用映射按位运算而不是依赖于传统动态全息更新所需的频繁FFT计算，显着提高了计算效率，从而实现高效的动态刷新。

研究人员在低功耗RaspberryPi计算平台上对按位动态全息核心算法进行了基准测试，结果表明按位动态全息方法的最大计算帧率可达800kHz。此外，通过采用高速DMD光学寻址设备，他们实现了23kHz的最大显示帧速率。

为了演示这一概念，研究团队构建了一个交互式全息游戏系统，用于在可见光谱内玩俄罗斯方块。该系统的核心组件包括空间分段超表面器件、DMD、RaspberryPi控制器、游戏控制器和必要的光学组件。

所提出的按位动态全息设计允许全息图像的高效更新以及与外部输入设备的实时交互。这种高效且可编程的Bit-MH方法有望为未来平滑高效的超表面全息显示系统铺平道路。

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