6 asja, mida te holograafia kohta ei pruugi teada

Kui 2D pilt on väärt tuhat sõna, siis 3D pilt on väärt miljonit. Holograafia abil on võimalik 3D-pilte hologrammide abil rekonstrueerida ja protsess on erinevalt kõigest, mida leidub traditsioonilises kuvamistehnoloogias. Kuigi holograafia leiutati üle 70 aasta tagasi, on holograafia endiselt parim kandidaat tõeliste 3D-ekraanide saavutamiseks. Siin esitame kuus asja, mida te ei pruugi teada holograafia kummalisest ja imelisest maailmast.



1. Tupac ei ole hologramm

Kui näete Tupaci, Michael Jacksoni või kedagi kedagi, kes on projitseeritud nii, nagu näete kontsertidel vms, ei ole need hologrammid. See on trikk ja põhilisel hologrammil pole sellega mingit seost. Kasutatava triki mõtles 1800-ndatel välja John Pepper, et pahaaimamatutele publikuliikmetele meelitada, et laval näitlejate kõrvale oli ilmunud kummitus (ülaloleval pildil). Tegelikkuses kasutati nutikat illusiooni, kus klaasitükk publiku vahele asetatud nurga all. Lava abil peegeldati lava all oleva näitleja valgust publiku poole, kuid võimaldati neil siiski näha ette tulevasse lava. Kuna klaas on tõhusalt läbipaistev, arvame, et laval hõljub kummitus. Sellisena on enamik teleris nähtud „hologramme” selle Pepperi kummitusnõude mõned variandid.



2. Ainult hologramm on hologramm: see erineb märkimisväärselt kõigest muust



Mõelge, kas olete just stseenist foto teinud. Olete kaamera võtnud, osutasite, klõpsasite ja jäädvustasite mõnda teavet. Optika vaatevinklist olete mingist andurist (eraldi RGB-kanalites) salvestanud sellest stseenist lähtuva valgusvälja aja keskmise väärtuse amplituudi. Selle tulemusena on just valgusväljas tohutu hulk teavet lihtsalt ära visatud. Ainult selle teabe kogumine hõlbustab väikese protsendi olemasolevast. Hologramm (leiutas 1947. aastal Dennis Gabor, holograafia (kreeka keeles tähendab „kogu joonistus”) selle kõige põhilisemas tähenduses on kogu valgusvälja teabe salvestamine ja rekonstrueerimine nii, et vaatamisel ei ole vaatleja võimeline eristage algsest stseenist, sest hologramm annab vaatlejale kogu algse teabe.

Tõeliselt hämmastava reisi jaoks sellesse imelisse maailma soovitame järgmise video:



Nüüd küsiksite loomulikult: kuidas me saame seda teha? Noh, kui võtate objekti, mida soovite kuvada, valgustate seda laseriga ja segate seda hajutatud valgust teise laseriga (vt joonis), on selle loodud mustri salvestus hologramm (2). See on objekti amplituudi, faasi ja lainepikkuse teabe hõivamine. Kui me vaataksime seda mustrit mikroskoobi all, näeksime lihtsalt neid häireid, mis on ebahuvitav. Kui aga valgustame sama allikaga, hajub valgus kõikidest äärealadest üheaegselt ja häirib end algse objekti valgusvälja rekonstrueerimisel.

holograafia

Selle tehnika ilu on see, et see on endiselt ainus viis 3D-teabe tõeliseks rekonstrueerimiseks ja tõeliste 3D-ekraanide saavutamiseks. Ometi tehti seda tehnikat algselt ligi 70 aastat tagasi staatiliste hologrammide moodustamiseks. Kuid miks ei saaks me hologramme lihtsalt dünaamiliselt muuta ja holograafilist kuva tõhusalt luua? Seda arutatakse järgmises osas.



3. Teie kodus on 3D-holograafilised kuvarid endiselt aastakümnete kaugusel holograafia

3D-holograafiliste kuvarite loomise probleem on see, et tüüpilise hologrammi sisaldava teabe hulk on suur; valgus sisaldab palju teavet! Näiteks arvatakse, et puhta 3D-holograafilise kuva (1,3) saavutamiseks on vaja umbes miljon triljonit pikslit ja tüüpilise värskendussagedusega, näiteks 30 kaadrit sekundis, on see hämmastav andmemaht. Vähe sellest, meil on vaja ka tehnoloogiat, mis suudaks salvestada (reaalajas) kogu valgusvälja keeruka teabe, seda tohutut andmemahtu edastada võimaldavat sidetehnoloogiat ja seejärel arvutit, et neid andmeid töödelda. Arvestades, et oleme alles sisenemas 4K telerite ajastusse (mis on umbes 10 miljonist pikslist koosnev ekraan), oleme sellest kaugel.

4. Hologrammi saab genereerida ja kuvada arvutitega

Nagu arutatud, tegeleme palju teabega. Dünaamiliste hologrammide kuvamise nüüdisaegseid meetodeid nimetatakse ruumilise valguse modulaatoriteks (SLM). Need on põhimõtteliselt väikesed televisioonisarnased kuvaseadmed, millel on kujutatud hologramme, laservalgus siiski paistab või peegeldub ning muster moodustub teisel pool.

Kuidas nüüd hologrammi arvutada? Ideaalis võiksime salvestada kogu stseeni valgusvälja teabe, kuid meil pole selleks kommertstehnikat. Võiksime teha simuleeritud stseeni täielikke elektromagnetlaine simulatsioone, et avastada, kuidas objektilt hajutatud valgusväli kõigis ruumipunktides välja näeb, ja seejärel salvestada see teave, moodustades hologrammi. Kuid see on arvutuslikult praeguse tehnoloogiaga õudusunenägu. Pealtnäha parem viis (kuni täislaine simulatsioonid on kiiresti teostatavad) on see, et saame olla asjade osas nutikad ja uurida sügavamalt nähtuste taga olevat põhimatemaatikat.

holograafia

Sisuliselt teeme lähenduse. Selgub, et kui valgus difraktseerub, kui olete difraktsioonipunktist piisavalt kaugel, on nähtav muster seotud difraktsioonobjekti matemaatilise kujutise Fourier'i teisendusega. See tähendab seda, et kuna meie arvutid suudavad praegu FFT-sid kiiresti teha, saame kiiresti luua arvuti abil loodud hologramme. Seetõttu võime seda SLM-il kuvades hajutada valgust, et suvaliselt suvalisi pilte moodustada. Seda piirkonda nimetatakse arvuti abil loodud holograafia. A Nüüd, kui arvutid muutuvad kiiremaks ja tõhusamaks, on kuumaks uurimisvaldkonnaks.

5. Parim holograafilise teleri loomise katse tehti kümme aastat tagasi ja see maksis terve varanduse

Qinetiq töötas 12 aastat tagasi välja ruumilise valguse modulatsiooni tehnoloogial põhineva holograafilise kuva prototüübi. See kasutas kahe erineva ruumilise valgusmodulaatoriga aktiivset plaadistussüsteemi, et anda kõik 3D-pildi saamiseks vajalikud sügavusnähud. Selle tootmine oli kulukas ja katkestati varsti pärast arendamist, kuid on siiski kõige lähem tõeline holograafiline kuvamine, mida näidata tuleb.

holograafia

6. Holograafia ei ole mõeldud ainult teie telerile

Kuigi oleme arutanud asjaolu, et 3D-holograafilised kuvarid on veel kaugel, on holograafia kui distsipliin hindamatu väärtusega ja seda saab kasutada paljudes valdkondades. Siin on vaid mõned näited:

  • Elektronkujutis : Jälgides elektronide interferentsi faasinihet (elektri- ja materjalivälja tõttu) nende läbimisel õhukestest kilematerjalidest, on võimalik määrata materjalide koostis.
  • Andmekogu : Tavalised optilised kettad salvestavad teavet pinnale. Kuid holograafia abil on võimalik teavet kogu materjali mahus ja erinevate nurkade all salvestada - seega on võimalik salvestada suurusjärgu võrra rohkem teavet kui tavapäraste optiliste andmesalvestustehnikate puhul.
  • Holograafilised optilised pintsetid: Optilised pintsetid kasutavad valgusjõude väikeste osakeste (peamiselt bioloogiliste rakenduste jaoks) liikumiseks ja optiliste lõksude loomiseks. Arvutiga loodud hologrammide abil saavad teadlased väikeste vahemaade tagant manipuleerida suurte osakeste massiividega.
  • Turvalisus : hologramme on pangatähtedel ja krediitkaartidel kasutatud aastakümneid. Neid kasutatakse tavaliselt seetõttu, et selliste struktuuride tootmiseks vajalik tehnoloogia on üsna arenenud.

Viited

(1) J. Geng, adv. Vali Fotoonika 5 , 456 (2013).

2) B. C. Kress ja P. Meyrueis, Rakendatud digitaalne optika (Wiley, 2000).

(3) M. Lucente, aastal SMPTE 2. Annu. Int. Konf. Stereoskoop. 3D meedia meelelahutus. - sots. Liikumispilt. Telev. Eng. (2011).

Copyright © Kõik Õigused Kaitstud | 2007es.com