什么是全息影像技术 全息成像原理

生活DIY | 电子 / 作者:撑到疲惫 / 时间:2018-06-26 / 5404℃
全息是一个技术名词,指通过相干光(激光就是其中一种)干涉原理记录和查看图像,当合适地将其呈现时,便可以精确地再现被记录物体的三维外观。全息技术是利用干涉和衍射原理来记录并再现物体真实的三维图像的技术。全息摄影采用激光作为照明光源并将光源发出的光分为两束,一束直接射向感光片,另一束经被摄物的反射后再射向感光片。全息技术的原理其实就是通过物理中常见的干涉和衍射,从而实现对物体三维图像的采集和显示。使用过程中需要先采用干涉原理,完成对图像光波信息的采集。被拍摄物体在激光的照射下形成散漫式物光束,其中有一部分光束会照射到全息底片上,跟其物光束产生一定的干涉现象,从而实现被照射物体相位和振幅的转换。

但是外文时常看到的一个词是“hologram”,它指的是进行全息记录时在记录媒介(比如胶片)上形成的印记,并不是我们看到的影像。而媒体、PR和大众时常将“hologram”与另一词“holographic image”混用,后者指的是通过照射光线(相干光)到hologram上再现的三维影像,就是漂浮着能被我们看到的画面。

真正的全息影像是什么样,各位可以看一段1972年的视频:Introduction to Holography。观看网址:https://v.youku.com/v_show/id_XNzY0MDk0Njg0.html?beta&

视频里用胶卷记录了物体的整个三维图像信息,并通过激光重现出来。

HoloLens可以让用户看到漂浮在空中的三维影像,虽然实际视场角没有宣传图这么大。

现实是,当大众提到全息时,他们想到的不是激光和干涉原理,而是眼中看到的漂浮在空中的三维影像。正是这个原因导致“全息”这个词被滥用,只要是震撼视觉的虚拟影像都有可能被叫做全息。希望攀上“黑科技”的PR,想要吸引眼球的媒体和不明就里但相信自己亲眼所见的大众,共同促成了这一现象。

要让你眼中看到漂浮的三维影像,其实办法非常多,而且通常和激光、干涉没多大关系,而是在利用我们的视觉系统看外部世界的方式。

当我们看近处的物体时,有6个主要的深度线索帮助我们形成三维视觉。

1、透视:远处的物体看起来更小;

2、遮挡:近处的物体会挡住处的物体;

3、双眼(立体)视差:左右眼看到同一物体的不同视图;

4、单眼(运动)视差:当头部运动时,远处和近处的物体会以不同幅度运动;

5、聚合:当眼睛聚焦在近处物体时两眼视线汇合;

6、调节:根据物体的距离,眼球相应地调整焦点。

全息影像就是要把这6个深度线索全部重现,完全骗过大脑,让它以为“见到鬼”了。如果是这样的话,那些不是基于激光和干涉,但能达到同样效果的显示技术是不是也可以称为全息呢?

所以,如果我们现实一点,从用户视觉的角度来判断是否全息,再把第6个点忽略(因为如果包括进来绝大部分设备都会被排除),那么我们可以给出下面这个标准:

一款全息显示设备至少应该为一位用户创造虚拟三维物体影像,且要满足第1-5条深度线索。

这么定义可以很好地对各种自称全息显示的设备进行评判分类,同时又符合公众对全息的理解。下面就来回答一些读者的疑问:

1、需要介质的都不算全息?

这个问题所说的介质应该是指上一篇文章中佩珀尔幻象所用的玻璃或全息膜,如果按照本文的标准,是否有介质并不影响是否是全息。而真正的全息是肯定要介质的,见上文中的视频。

2、初音未来和里约8分钟是不是全息?

这个问题问的应该是初音未来的演唱会是不是全息,这个基本可以说是否定的,因为它用的就是一个平面投影机制,缺少第3、4和5个深度线索,从侧面看就是平的;里约8分钟所用的技术目前不能确定,但猜测也应该是某种类似的投影机制。

3、Magic Leap 和 HoloLens是不是全息设备?

如果Magic Leap和demo中演示的一样,那么他们都是,它们可以满足第1-5条深度线索,甚至是第6条。

4、三角(四角)玻璃展示台是不是全息?

不是,其原理也是佩珀尔幻象,你可以看到影像的三个或四个面,并不是360度。

5、VR头盔是不是全息设备?

带空间位置追踪的头盔是全息显示设备,比如HTC Vive和Oculus CV1,因为其支持1-5条深度线索,而Gear VR和Cardboard不是。

6、3D电视是不是全息设备?

不是,因为没有第4条深度线索。

通过以上这些问题,我们大概可以了解全息想要的视觉效果是什么。实际上,本文的这一标准已经是经过妥协的,许多人认为HoloLens不应该被称为全息显示设备,而是伪全息,因为你需要戴个笨重的头盔来看到那些影像。这些人并没有错,但把HoloLens称为全息也不是不对,它确实可以实现同样的效果,毕竟许多人看清真实世界还需要眼镜呢(近视),看全息多个眼镜能怎样。


如何重建一个全息图

全息图表面的特写照片。全息图中的物体是一辆玩具车。从这一模式中分辨全息图的主题是不可能的,正如通过观察CD表面来识别已录制的音乐是不可能的一样。请注意,全息图是由散斑模式描述的,而不是“波浪”线模式。

全息照相是一种技术,它使光场(通常是光源散射到物体上的产物)在原始光场由于原始物体的缺失而不复存在时,可以被记录下来,然后再进行重建。全息可以被认为有点类似于声音记录,通过振动物质(如乐器或声带)产生的声场被编码成这样一种方式,它可以在没有原始振动物质存在的情况下被复制。

要使用什么样的激光

在激光全息术中,全息图是用一种激光光源来记录的,这种激光光源的颜色非常纯,构成也很有秩序。可以使用不同的设置,也可以制作多种类型的全息图,但所有这些都涉及到来自不同方向的光的相互作用,并产生一种由平板、胶片或其他介质摄影记录的微观干涉图样。在一种常见的排列方式中,激光束被分成两束,一束被称为目标光束,另一束被称为参考光束。物体光束通过透镜扩展,用来照亮物体。

全息投影技术原理

记录介质位于光线被主体反射或散射后将击中的位置。媒体的边缘最终将作为一个窗口,通过它可以看到主体,所以它的位置是在考虑到这一点的情况下选择的。参考光束被扩展并直接照射到介质上,在介质上它与来自主体的光相互作用以产生所需的干涉图样。与传统摄影一样,全息摄影需要适当的曝光时间来正确地影响记录介质。与传统摄影不同的是,在曝光过程中,光源、光学元件、记录介质和拍摄对象必须完全静止不动,彼此之间的距离必须保持在光波长的四分之一左右,否则干涉图样就会模糊,全息图就会损坏。

对于有生命的实验对象和一些不稳定的材料,这只有在使用非常强烈和非常短暂的激光脉冲的情况下才有可能,这是一种危险的过程,在科学和工业实验室以外的环境中很少见,也很少发生。持续几秒到几分钟的曝光,使用低功率连续工作的激光,是典型的。

如何摄影

全息投影的摄影与普通摄影的不同之处在于:

全息图是关于来自原始场景的光的信息的记录,这些光分散在不同的方向上,而不是像照片那样只来自一个方向。这使得场景可以从不同的角度观看,就像它仍然存在一样。照片可以用普通光源(阳光或电光)记录,而激光则需要记录全息图。在摄影中,需要透镜来记录图像,而在全息摄影中,来自物体的光直接散射到记录介质上。全息记录需要第二束光束(参考光束)被定向到记录介质上。照片可以在很宽的照明条件下观看,而全息图只能在非常特定的照明形式下观看。

全息投影对科技的影响

当一张照片被切成两半时,每一幅都展示了一半的场景。当全息图被切成两半时,在每一块上仍然可以看到整个场景。这是因为,照片中的每一点只代表场景中单个点散射的光,而全息记录中的每一点包含了场景中每个点散射的光的信息。它可以被认为是看在房子外的大街上通过一个120厘米×120厘米(4英尺×4英尺)窗口,然后通过一个60厘米×120厘米(2英尺×4英尺)窗口。人们可以通过较小的窗口看到所有相同的东西(通过移动头部来改变视角),但观众可以通过120厘米(4英尺)的窗口一次看到更多。

照片是一种只能再现基本三维效果的二维表现形式,而全息图再现的观看范围增加了在原始场景中出现的许多深度感知线索。这些线索被人类大脑识别,并转换成与观看原始场景时相同的三维图像感知。一张照片清楚地描绘出了原始场景的光场。开发出来的全息图的表面由一个非常精细的,看似随机的图案组成,这似乎与它所记录的场景没有关系。

动态全息术

在静态全息术中,记录、显影和重建依次发生,并产生永久的全息图。也有不需要显影过程就能在很短时间内记录全息图的全息材料。这使得人们可以使用全息术以全光的方式进行一些简单的操作。这种实时全息图的应用实例包括相位共轭镜(光的“时间反转”)、光学缓存存储器、图像处理(时变图像的模式识别)和光计算。

未来全息投影技术的发展

由于操作是在整个图像上并行执行的,因此处理的信息量可能非常大(terabit /s)。这补偿了这样一个事实,即记录时间(以微秒为数量级)与电子计算机的处理时间相比仍然很长。由动态全息投影进行的光学处理也远不如电子处理灵活。一方面,我们必须对整个图像进行运算,另一方面,全息图可以进行的运算基本上是乘法运算或相位共轭运算。在光学中,线性材料已经可以很容易地进行加法和傅里叶变换,而线性材料只需要一个透镜。这使得一些应用成为可能,例如一个以光学方式比较图像的设备为动态全息术寻找新的非线性光学材料是一个活跃的研究领域。最常见的材料是光折变晶体,但在半导体或半导体异质结构(如量子阱)、原子蒸气和气体、等离子体甚至液体中,都有可能产生全息图。

光学相位共轭是一种很有前途的应用。它允许去除光束通过像差介质时接收到的波前畸变,方法是将光束通过具有共轭相位的像差介质反射回来。这是有用的,例如,在自由空间光通信中补偿大气湍流(产生星光闪烁的现象)。

经过这一番介绍大概你也知道,全息投影技术的细致原理,过还有不理解的地方可以评论留言或者,等待之后更多关于全息投影技术的新闻和相关信息哦~


→ 肉丁网微信公众号:【肉丁网】 ←
本站提供信息存贮空间服务,部分内容由用户上传,如有侵权,请提供简单说明,将于7日内删除。
本站原创内容未经书面许可不得以任何形式复制、传播、发表,可联系本站购买商业服务。
上一篇: 全息影像探秘 教你DIY炫酷伪全息影像
下一篇:
相关阅读
排行
什么是全息影像技术 全息成像原理全息影像探秘 教你DIY炫酷伪全息影像电话线连接到耳机上制作一个拉风的特工耳利用电路短接制作笔芯电灯的创意制作教程利用旧数据线的USB插头制作实用的LE民间大神用电流创作神奇的闪电雕塑做法教你用注射针头和小木夹制作简易电烙铁 DIY发烧友自制家用风力发电机过程及电用电子废品自制DIY充电式台灯的详细教8位数码管数字钟的制作线路图及视频教程

最热