Учените отдавна търсят възможност за създаване на компютърни холограми, само че този процес изисква огромни изчислителни мощности, но дори и те да бъдат осигурени, резултатът не може да се нарече фотореалистичен. Но сега специалисти от MIT измислиха нов начин за почти мигновено получаване на холографски изображения. Новият метод се базира на дълбоко машинно обучение и е толкова ефективен, че може да бъде стартиран дори на лаптоп. При това самата невронна мрежа, която генерира холограмите, изисква под 1 MB памет. Това означава, че в съвсем близко бъдеще новата технология може да се появи във всички смартфони.

Въпреки голямото оживление около технологията за създаване на виртуална реалност, засега телевизорите и мониторите все още си остават главния начин за използване на видео съдържание. VR шлемовете предизвикват гадене и умора на очите, понеже виртуалната реалност създава илюзия за триизмерно пространство, въпреки че потребителят всъщност гледа неподвижен двуизмерен екран. Решение на този проблем може да стане технологията известна още от преди 60 години - холографията, която към днешен ден е дигитализирана.

При обикновената фотография с помощта на оптични лещи яркостта и дължината на вълната на всеки светлинен лъч се записват, като по този начин се получават верни цветове, но изображението е плоско. При холограмата се кодират не само яркостта и дължината на вълната, но и фазата на всеки светлинен лъч, като по този начин при заснемането, сцената получава паралакс и дълбочина. Холограмите предлагат променлива перспектива в зависимост от позицията на зрителя и дават възможност на окото да се фокусира последователно на по-близките и по-далечните обекти в заснетата сцена. Но създаването на подобни триизмерни изображения съвсем не е лесно.

Холограмите, представени в средата на 20-ти век, са се записвали по оптичен път с помощта на лазер, лъчът на който е разделен на две части, като едната половина се използва за осветяване на обекта, а другата - като еталон за фазата на светлинните вълни. След това се появиха компютърни холограми, които моделират този оптичен процес, но изискват твърде големи изчислителни мощности. Едно малко изображение изисква няколко секунди и дори минути изчислително време на мощен суперкомпютър. Нещо повече, съществуващите към днешен ден алгоритми не могат да придадат на тези холограми фотореалистична точност.

Ето защо учените от MIT са тръгнали по друг път: те са дали възможност на компютъра сам да изучи законите на физиката. За тази цел те са използвали дълбоко машинно обучение и са разработили нов вид конволюционна невронна мрежа, съобщи уеб изданието MIT News.

Тренирането на невронните мрежи изисква големи бази данни, каквито за холограмите все още не са създадени. Изследователите на MIT са създали собствена подобна база данни, съставена от 4000 двойки компютърно генерирани изображения. Всяка двойка включва изображение плюс информацията за цвета и дълбочината на всеки пиксел на съответната холограма. В тази база данни са използвани сцени с обекти с най-разнообразни и променливи форми и цветове, както и други променливи параметри, които са осигурили фото реалистичността на материала за обучението на новата невронна мрежа.

Изучавайки всяка двойка изображения, невронната мрежа е успяла да промени параметрите на собствените си изчисления и по този начин успешно да повиши способността си за създаване на холограми. Изцяло оптимизираният вариант на същата невронна мрежа работи няколко порядъка по-бързо в сравнение с класическите изчисления със суперкомпютър, при които се използват физични формули и алгоритми.

Само за няколко милисекунди тензорната холография (така я нарекоха нейните създатели) може да създава холограми от изображения с информация за дълбочината на сцената, която е добавена с помощта на няколко камери или лидари. Освен това, тензорната невронна мрежа е много компактна и заема по-малко от 1 MB памет и съвсем лесно може да се помести в един обикновен смартфон.

Проблемът на повечето представени към днешен ден "холографски устройства" е в това, че изображението е с твърде ниска резолюция и се вижда само на под твърде малки ъгли на разглеждане. Миналата година Samsung представи прототип на устройство, показващо 3D изображения с 4К резолюция и широк ъгъл на виждане. Но тази технология не се наложи, понеже показваните от това устройство изображения са твърде малки. Новата тензорна холография има всички шансове да предложи нещо съвсем ново.