Interactive holography offers unmatched levels of immersion and user engagement in the field of future display. Despite of the substantial progress has been made in dynamic meta-holography, the realization of real-time, highly smooth interactive holography remains a significant challenge due to the computational and display frame rate limitations. In this study, we introduced a dynamic interactive bitwise meta-holography with ultra-high computational and display frame rates. To our knowledge, this is the first reported practical dynamic interactive metasurface holographic system. We spatially divided the metasurface device into multiple distinct channels, each projecting a reconstructed sub-pattern. The switching states of these channels were mapped to bitwise operations on a set of bit values, which avoids complex hologram computations, enabling an ultra-high computational frame rate. Our approach achieves a computational frame rate of 800 kHz and a display frame rate of 23 kHz on a low-power Raspberry Pi computational platform. According to this methodology, we demonstrated an interactive dynamic holographic Tetris game system that allows interactive gameplay, color display, and on-the-fly hologram creation. Our technology presents an inspiration for advanced dynamic meta-holography, which is promising for a broad range of applications including advanced human-computer interaction, real-time 3D visualization, and next-generation virtual and augmented reality systems.

相移轮廓术因其高精度和高鲁棒性广泛应用于三维重构。由于需投射多幅条纹图到物体表面，相移轮廓术要求物体在重构过程中保持静止，导致运动物体的三维重构精度较低。文中提出了一种基于相移轮廓术的双采样运动物体三维重构方法。首先调整相机和投影仪时序，使投影仪投射一幅条纹图的同时，相机完成两次采集。然后分析物体运动对双采样条纹图的影响，并建立条纹描述方程。结合物体的运动信息，提取混合相移条纹图中的相位信息。最终对拍摄条纹图进行复用，提高运动物体的三维重构帧率。实验结果表明，该方法不仅可以精确重构运动物体，减少运动误差，还在投影速度受限的前提下提高了运动物体的三维重构帧率。

由于复杂度较高的跟踪算法多数采用国外芯片实现，基于国产FPGA的跟踪方法得到了研究。针对易于FPGA设计的模板匹配算法鲁棒性不足的问题，基于绝对差和(SAD)相似性度量方法，提出了求窗口内最小绝对差和(SMAD)的方法。利用最大值和最小值滤波预先处理窗口内图像数据，再求最小绝对差，将SMAD算法的加减法器资源消耗降低为原来的31.8%。提出的类金字塔的方法在节省逻辑资源的同时，提高了对目标尺度变化的适应性。OTB数据集的实验表明：提出的方法与鲁棒性较高的DDIS算法相比，跟踪成功率和平均重叠率分别提高了1.18%、0.13%，又有易于流水线设计的优势。利用国产FPGA实现了帧率可达100 fps的实验系统并验证其跟踪性能，为在国产FPGA上实现高帧率目标跟踪系统提供了解决方案。

为了近距离清晰拍摄某高速运动目标的碰撞过程，研究了一种高帧频摄像系统。由于摄像系统的前端可能遭受碰撞碎片的损坏，研究了一种保护窗组件。针对成像单元的FPGA在极端高温+70 ℃时温度过高的问题，研究了一种导热装置。采用七组成像单元在顺序脉冲的控制下接续拍摄的方法，实现了5万帧/秒的高帧频成像。保护窗组件采用了三组保护窗玻璃自动移动更换且可自锁的形式，采用蜗轮蜗杆传动机构实现了大传动比驱动和自锁功能，采用霍尔传感器对保护窗的位置进行实时反馈。导热装置中间部分采用了柔性的高热导率石墨板，既有效地将FPGA的热量传导至主壳体上，又解决了装调节环节中刚性导热装置的过定位问题。对装配好的高帧频摄像系统进行了相关的力、热实验。实验结果表明，保护窗组件自锁和移动切换功能正常，高帧频摄像工作正常，实测拍摄帧频为50 050 帧/秒，满足近距离清晰拍摄某高速运动目标碰撞过程的要求，具备一定的防护能力和热环境适应能力。

电荷耦合器件(CCD)是一类高性能的光电成像器件，具有成像阵列大、图像质量好的特点。但由于正常工作驱动时序复杂，工作帧频一般较低，无法满足较高成像帧频的要求。针对一种双脉冲发光图像的高速高分辨高质量成像要求，根据CCD信号电荷收集及转移的电极驱动特性，选择合适的CCD类型，以电荷转移时序为时间分隔界限，设计了一种电极直接进行控制的时序，实现了两个光脉冲图像的分离积分及信号转移、读出等，完成了双脉冲发光图像的等效高帧频曝光的原理验证，在保持CCD原有高成像质量的情况下获得了μs级间隔的两幅图像可分辨的能力，并实现了一种二分幅相机系统。