Des solutions holographiques plus efficaces peuvent permettre des affichages tête haute plus intelligents pour les véhicules.

Le pare-brise intelligent du futur (à gauche) affiche des informations multiplanaires. Un prototype (à droite) projette avec succès des informations de conduite holographiques parfaitement alignées avec des objets de référence réels, tels qu'un cône de signalisation et un ouvrier du bâtiment positionnés à différentes profondeurs, créant ainsi une fusion harmonieuse entre réalité virtuelle et réalité physique. Crédit image : X. Sheng et al., doi 10.1117/1.APN.5.1.016005

Imaginez-vous au volant sur une autoroute très fréquentée. Vous devez vérifier votre vitesse et votre itinéraire, mais jeter un coup d'œil au tableau de bord vous fait quitter la route des yeux pendant une fraction de seconde. C'est là qu'interviennent les affichages tête haute (HUD), qui projettent les informations directement sur le pare-brise. Cependant, les technologies HUD actuelles sont souvent encombrantes et se limitent à l'affichage d'images 2D plates à une distance fixe, vous obligeant à faire constamment la mise au point entre les données et la route.

Pour pallier ces limitations, une équipe de recherche dirigée par le professeur Qingqing Cheng de l'Université des sciences et technologies de Shanghai et le professeur Kun Huang de l'Université des sciences et technologies de Chine a proposé une nouvelle approche d'affichage holographique. Leurs travaux sont publiés dans la revue Advanced Photonics Nexus .

Le défi : dépasser les limites numériques

L'un des défis majeurs de ce domaine est la réalisation d'images holographiques de haute qualité : utiliser la diffraction de la lumière pour créer des objets virtuels qui semblent se situer à différentes profondeurs dans le monde réel (par exemple, des flèches de navigation qui paraissent directement sur le trottoir). Cependant, le calcul de ces hologrammes est traditionnellement très gourmand en ressources informatiques.

Les méthodes conventionnelles, généralement basées sur la transformée de Fourier rapide (FFT), sont rigides. Elles exigent généralement que l'image source numérique et l'image projetée aient des densités d'échantillonnage identiques. Lorsque les scientifiques tentent de projeter une petite image (provenant d'une puce d'affichage) sur une grande surface (le pare-brise), les calculs mathématiques traditionnels nécessitent l'ajout d'une quantité importante de « remplissage par zéros » — des données vides, en somme — pour que le calcul soit possible. Cela gaspille de la mémoire et ralentit le processus, le rendant impraticable pour une utilisation en temps réel dans un véhicule.

La solution : « Zoom Lens » 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.

Imaginez une sorte de « zoom » pour les calculs. La méthode MM permet à l'ordinateur de calculer indépendamment l'hologramme de la puce d'affichage et du pare-brise. Elle élimine le besoin de remplissage par zéros, supprimant ainsi les calculs redondants. Lors de leurs tests comparatifs, cette méthode a réduit le temps de calcul d'environ 58 % et diminué considérablement la consommation de mémoire par rapport aux méthodes traditionnelles.

Pour valider cette approche, l'équipe a construit un prototype de système d'affichage tête haute (HUD) utilisant le nouvel algorithme. Elle a réussi à projeter simultanément trois images virtuelles différentes à trois distances distinctes : 0,1 mètre, 0,5 mètre et 1,5 mètre. Lors de leur démonstration, les informations de conduite holographiques projetées s'alignaient parfaitement avec des objets de référence réels, tels qu'un cône de signalisation et un ouvrier du bâtiment positionnés à différentes profondeurs, créant ainsi une fusion harmonieuse entre réalité virtuelle et réalité physique.

Surtout, cette méthode peut gérer des différences de taille extrêmes — projetant simultanément une image minuscule et une image massive — et fonctionne aussi bien pour les affichages en champ proche qu'en champ lointain dans un seul cadre de calcul.

Cette technologie représente une avancée majeure vers des affichages tête haute (HUD) à réalité augmentée compacts et à large champ de vision. En rendant le processus de calcul plus rapide et plus flexible, elle ouvre la voie à des véhicules intelligents capables d'afficher des alertes de sécurité essentielles directement sur l'environnement physique, sans matériel encombrant. À mesure que l'équipe affine les couleurs et les taux de rafraîchissement, le pare-brise intelligent du futur se dessine de plus en plus clairement.

https://spie.org/news/efficient-holographic-solutions-for-vehicle-head-up-displays