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    你真的知道全息投影技术吗?

    2017-9-12 15:05| 发布者: 壹码管理| 查看: 54| 评论: 0

    摘要:   由著名导演张艺谋执导的G20峰会文艺演出4日晚在杭州西湖震撼上演,据介绍,此次演出使用了全息投影技术,将科技手段和自然环境完美融合,成为演出最大亮点之一。张艺谋透露说,这一次在场地上应用了一种全息的处 ...
      由著名导演张艺谋执导的G20峰会文艺演出4日晚在杭州西湖震撼上演,据介绍,此次演出使用了全息投影技术,将科技手段和自然环境完美融合,成为演出最大亮点之一。张艺谋透露说,这一次在场地上应用了一种全息的处理,展现影像和人的互动关系。演出结束后,演出美图刷爆各级屏幕,现场观众纷纷表示,简直身临其境,如入画中。全息投影是什么技术呢?来了解下吧!

      全息技术简介 全息(Holography)(来自于拉丁词汇,whole+ drawing的复合),特指一种技术,可以让从物体发射的衍射光能够被重现,其位置和大小同之前一模一样。从不同的位置观测此物体,其显示的像也会变化。因此,这种技术拍下来的照片是三维的。 全息投影技术(front-projected holographic display)也称虚拟成像技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的技术。全息投影技术不仅可以产生立体的空中幻像,还可以使幻像与表演者产生互动,一起完成表演,产生令人震撼的演出效果。发展历史1947年,英国匈牙利裔物理学家丹尼斯·盖伯发明了全息投影术,他因此项工作获得了1971年的诺贝尔物理学奖。其实,这个发明是盖伯在英国BTH公司研究增强电子显微镜性能手段时的偶然发现,此后,这项技术也就一直应用于电子显微技术中,在这个领域中被称为电子全息投影技术。

      全息图像成像原理

      普通照相,只能记录物体光场的强度(复振幅模的平方),它不能表征物体的全部信息。采用全息方法,同样也是记录光场的强度,但它是参考光和物光干涉后的强度。对采用如此方法记录下来的光强(晶体或全息胶片中),利用参考光再现时,可以将全面表征物体信息的物光的复振幅表现出来。

      全息图像的拍摄与重现要利用光的干涉与衍射原理。首先,得具备相干光源。所谓相干光,是指两束满足相干条件的光,这两束光在相遇区域需要满足:①振动方向相同;②振动频率相同;③相位相同或相位差保持恒定。由于激光具有很好的空间相干性和时间相干性,为全息照相提供了一个理想的光源,这也是为什么自1960年激光发明后,全息照相技术得到快速发展的原因。

      相干光示意图  第一步,利用干涉原理记录物体光波信息,此即拍摄过程:被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作为参考光束射到全息底片上,和物光束叠加产生干涉,把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度,从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后,便成为一张全息图,或称全息照片。

      全息照相示意图  第二步,利用衍射原理再现物体光波信息,这是成像过程:全息图犹如一个复杂的光栅,在相干激光照射下,一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个像,即原始像(又称初始像)和共轭像。再现的图像立体感强,具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息,故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像,通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像,而且能互不干扰地分别显示出来。

      全息影像再现示意图

      全息投影的发展及运用

      促使全息投影在短短的一段时间内就蓬勃发展的关键原因是低成本的固体激光器的大规模生产,如DVD播放机和其他的一些常用设备中所使用的激光器。这些激光器对全息投影的发展也产生了极大的促进作用。这些廉价的体积又很小的固体激光器可以在某些条件下与最初用于 全息投影的那些大型的昂贵的气体激光器相媲美,因此使得预算较低的研究者、艺术家甚至业余爱好者都可以参与到全息投影研究中来。

      从事全息投影设备生产的厂家也有很多。例如,德国Sax 3D公司,很多我们在演唱会、T台中所见到的全息投影表演都来自于这家公司所提供的全息投影技术。这种技术应用到舞台当中时,拥有超高分辨率的激光投射装置(一般是2个以上的专业投影仪交叉投射)会将功率较高的光线投射在固定的介质之上。而这个介质,一般都是拥有高透光率的一块半透明幕布,且折射精度要做到每像素100纳米级别。在个别时候,瀑布、水幕、甚至云彩 也都可以充当这个“介质”的角色,只不过应用场景不同罢了。

      周杰伦演唱会中所使用的巨型“金字塔式”全息投影

      除了 “幕布式”全息投影技术,“金字塔形”全息投影也是一种相对廉价的解决方案。在没正式使用幕布式全息投影技术之前,对高科技非常感兴趣的周杰伦就曾在几年前的“超时代演唱会”中使用过“金字塔形”全息投影。

      从上述几种全息投影方案来看,它们无一例外的使用了半透膜或类似载体作为显像所需的“屏幕”。前不久,日本的Aerial Burton宣布研究出了以空气为介质的全息投影技术,号称不需要任何屏幕就能在空气中投射影像,据介绍,该套空气投影系统使用了一系列精准调节的激光发射器,选择性的电离空气分子使之发出白光。不过,从Aerial Burton展示的图片可以看出,这种以空气为介质的全息投影技术仍处于一个不是很实用的雏形阶段。

      Aerial Burton公司以空气为介质的全息投影技术

      Ostendo 是美国的一家新创公司,两年前,他们宣称正在研发三维全息投影芯片,可以嵌入到移动设备中实现三维全息投影。据介绍,他们研制的第二款投影芯片,将可以实现全息三维投影,立体影像可以漂浮在空气中,看上去就像是一个真实存在的物体。但到目前为止,似乎没有更多这方面的报道,打开Ostendo 的网站,也看不到关于产品及技术的介绍,只看到几句宣传语:“Ostendo的 QPI技术将助力微型投影仪嵌入到智能手机中,实现下一代移动3 D全息显示”。不过,前不久,康得新宣布投资Ostendo进军VR硬件领域。或许,不久的将来,我们就能看到这种可以给智能手机等便携设备带来全息投影体验的产品了, 拭目以待吧!
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