OEA丨全息远程临场技术实现新突破，可实时捕捉和回放三维波前
OEA丨全息远程临场技术实现新突破，可实时捕捉和回放三维波前
Opto-Electronic Advances论文推荐韩国科学技术院（KAIST） 的研究人员开发了一种新型全息远程临场框架 ，可实时捕获并重建三维场景的物理光波前 。 该系统仅凭单幅相机图像即可直接测量光波前 ，从而实现对真实光场的精确记录与再现 。这项技术有望推动物理保真的三维远程临场通信迈向实用化 ，使未来通信能够更自然地呈现真实世界的深度 、聚焦和空间临场体验。
文 章 | Kim M, Park C, Oh C et al. Video-rate wavefront capture and replay via single-shot reference-free measurement: toward holographic telepresence. Opto- E lectron A dv 9, 260001 (2026).
作 者 ： Minwook Kim ? , Chansuk Park ? , Chul min Oh ? , KyeoReh Lee, Herve Hugonnet, YongKeun Park*
?同等贡献作者，*通信作者
研究背景
三维通信一直是现代显示技术的终极梦想之一，也是科幻作品中反复描绘的未来通信方式。尽管视频通话能够实现人们跨越距离的面对面交流，虚拟现实和增强现实也能创造沉浸式的视觉体验，但大多数现有的三维显示技术仍无法真实重建一件物体或一个人发出的完整光场。相反，它们通常通过深度图、几何模型或表面信息来推断场景结构，再通过计算渲染生成具有三维视觉效果的图像。这类方法虽然能够提供逼真的视觉体验，
却无法真实再现光波传播的物理过程，包括衍射、相位，以及随观察距离自然变化的聚焦等关键光学特性。
本文亮点
韩 国 科 学 技 术 院 （ Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST） YongKeun Park教授领导的研究团队提出了一种全新的解决方案 。与传统方法先将真实场景转换为几何模型不同 ，该系统直接捕获场景的复杂光波前 ，包括光的振幅信息和相位信息。这些信息至关重要， 因为它决定了光在空间中的传播方式以及观察者对深度和焦点的感知。理论上 ，只要能够准确捕获并重建光波前 ，就能以物理保真的方式真实再现三维场景。
该 工 作 以 ”Video-rate wavefront capture and replay via single-shot reference- free measurement: toward holographic telepresence” 为 题 发 表 在 Opto - Electronic Advances 2026年第8期。
该技术面临的核心挑战在于 ，传统相机只能记录光强 ，而无法测量相位。传统全息术通常使用参考光束来解决这个问题 ，但这种干涉测量装置对振动和对准非常敏感 ，难以扩展到实际的远程临场场景。为克服这一限制， KAIST团队引入了一种预先表征的几何相位扩散器 ，将入射光波前映射为可预测的散斑编码。虽然生成的散斑图像表面上类似随机 ，但其携带了关于原始波前的编码信息。通过使用校准的物理模型和计算重建算法 ，该系统可以从单个强度图像中恢复复杂的波前。
完成波前重建后 ，研究团队利用空间光调制器对恢复的光波前进行调制和显示 ，实现了三维光场的光学重放。实验表明 ，该系统能够实现体积重聚焦、动态场景重建， 以及约28帧/秒的视频速率运行 ，端到端中位延迟仅约50 ms。这一结果为实现实时全息通信系统指明了方向 ，该系统能够传输测量的光场 ，而非计算机生成的模拟近似值。
图1通过单次无参考波前捕获和物理三维回放实现实时全息远程临场
这种基于测量的全息远程临场系统，能够直接捕获并重现三维场景中的物理波前。这项工作的更深层意义在于其带来的技术理念转变。许多现有的三维通信方法首先通过几何估计构建物体的三维结构，例如利用深度相机、多摄像系统、光场采样或计算全息技术生成三维视觉效果。而这一新方法则着眼于能否测量和传输光波本身。
这一差异至关重要，因为真实的视觉感知不仅取决于物体形状，还取决于光的传播方式。物理测量得到的波前天然包含了与深度、衍射和聚焦相关的信息。这对于未来的远程临场、全息显示、远程协作、科学可视化、教育、医疗通信和工业检测等领域都具有重要价值。例如，基于该原理构建的新型通信系统，能够让远程用户观察真实物体产生的光场，从而获得比传统二维显示器或立体显示技术更加自然、准确的深度感知体验。
这项研究也可能影响沉浸式通信的未来。如今的视频会议系统传输的是二维图像。虚拟现实和增强现实系统尽管可以营造沉浸感 ，但通常依赖于合成或重建的场景。全息远程临场旨在使远程视觉通信更接近“ 身临其境 ” 的体验。通过减少对干涉参考光束和多帧采集的依赖， KAIST 团队设计的系统解决了一些基于波前通信的实际障碍。
未来仍存在一些技术挑战需要解决。目前的原型系统采用单色绿色激光作为照明源，图像质量受限于散斑噪声。该系统在显示质量、色彩还原、小型化和高速运行方面也需要进一步改进。研究表明，通过提高传感器采样率、增大光学带宽和进行时间平均等方法，可以显著改善图像质量。这表明目前的局限性主要与原型硬件有关，而非技术本身存在根本性障碍。
展望未来，从长远来看，全息通信系统可能会将直接波前测量与人工智能、光学工程、高速相机、先进空间光调制器和数据压缩等技术相结合，推动远程通信从图像传输转变为物理光场传输，从而开辟一条通往更自然、更逼真的三维临场体验的道路。
研究团队简介
韩国KAIST的YongKeun Park教授领导的研究团队致力于开发用于三维结构测量与可视化的先进光学成像和计算显微技术 。 该团队在定量相位成像 、 全息断层成像 、 无标记三维显微成像 、 波前调控 、 计算成像以及人工智能辅助光学测量等领域取得了重要进展 。通过融合物理学 、光学工程 、数值建模与机器学习方法 ， 团队旨在从光与物质相互作用过程中提取高维信息 ，实现对复杂三维结构的精准表征与理解。
该团队的核心研究方向是探索如何在减少传统标记和间接表征依赖的情况下，实现对生物、物理和光学系统的精确测量与可视化。在生物医学成像领域，团队开发了基于样品自身光学对比度的三维成像方法，实现了对活细胞、组织以及类器官等复杂生物结构的无标记可视化。在计算光学领域，团队重点研究复杂光场的测量、重建、校正与调控方法。全息远程临场研究则将这一理念从微观成像拓展到宏观场景，探索如何直接捕获并重现真实三维环境中的物理光波前，并将其应用于下一代通信系统。
通过这一跨学科研究路线，团队致力于搭建连接基础光学物理与成像技术、显示技术、生物医学应用以及未来通信系统的桥梁。
韩国科学技术院YongKeun Park教授的研究团队
YongKeun Park教授
长按识别此二维码，直达全文
主题：场景|物理|Video-ratewavefrontcaptureandreplayviasingle-shotreference-freemeasurement