Bestfilez.net - новости мира Hi-tech
01.12.22  
Наука

Вся информация о происхождении и будущем технологии голограмм

Вы наверняка видели принцессу Лею в виде парящего изображения в "Звездных войнах" или управляемые жестами трехмерные модели в фильмах о Железном человеке - эти необычные, движущиеся трехмерные изображения называются голограммами. Некоторые специалисты определяют голограммы как двумерные поверхности, способные воспроизводить информацию в трех измерениях. В кино голограммы - это иллюзия, созданная с помощью VFX и анимации, но в реальности они могут быть созданы с помощью техники, называемой голографией.


Голограммы фигурировали в многочисленных видеоиграх и научно-фантастических фильмах, и поскольку голография - сложная техника (когда речь идет о создании трехмерных голограмм), в течение многих лет считалось, что голограммы останутся только в мире научной фантастики. Однако, благодаря достижениям в области оптической голографии, кажется, что теперь разрыв между фантастикой и реальностью сокращается, и мы очень близки к тому, чтобы увидеть 3D-голограммы и в реальной жизни.

Голограмма и ее виды




Голограммы - это виртуальные трехмерные изображения, получаемые в результате интерференции световых лучей, отражающих реальные физические объекты. Проще говоря, голограммы - это трехмерные изображения, формируемые при интерференции двух световых лучей и создающие образ на пленке или другой поверхности. Хотя существует множество типов голограмм и различных способов их классификации, большинство из них являются разновидностями или гибридами голограмм отражения или передачи.

Голограмма отражения


Голограммы, обычно встречающиеся в художественных галереях, являются прекрасным примером голограммы отражения. Такую голограмму можно увидеть, когда наблюдатель стоит рядом с источником света, и лучше всего она видна при белом свете. 3D-изображение появляется на поверхности, источник света расположен спереди, а полученный виртуальный образ формируется на задней части поверхности пленки.
Цветная версия голограммы отражения может быть настолько совершенной, что вам будет трудно отличить оригинальный объект от его голографического изображения.
Трансмиссионные голограммы
Здесь источник света располагается позади голограммы, изображение передается в сторону зрителя, и полученное таким образом изображение отличается высокой четкостью и глубиной. Они наблюдаются с помощью лазерного света и выглядят весьма необычно.
Предположим, вы создали передающую голограмму объекта или среды, а затем разбили ее на множество маленьких голограмм. Интересно, что каждая крошечная часть разбитой голограммы все равно сможет проецировать полное изображение исходного объекта.
Орел на карте VISA, который использует слой алюминия на обратной стороне для зеркального эффекта, также является примером передающей голограммы.

Гибридные голограммы


Помимо трансмиссионных голограмм и голограмм отражения, существует множество других подтипов, которые ведут себя как гибридные версии двух вышеперечисленных, и все они называются гибридными голограммами. Рельефные и радужные голограммы, встречающиеся на кредитных картах, компьютерные голограммы, используемые для создания голографических оптических элементов, голограммы Денисюка, многоканальные голограммы, голографическая интерферометрия в реальном времени и т.д. - все это примеры гибридных голограмм.

Наука, лежащая в основе голограмм




Чтобы понять принцип работы голограммы, сначала нужно понять, как камера делает фотографию. Затвор открывается, и свет, отражаясь от поверхности объектов, проходит через объектив и попадает на фотоэмульсию пленки или, в случае цифровых камер, на прибор с зарядовой связью (ПЗС) - микросхему, которая преобразует свет в электрические сигналы и превращает падающий свет в цифровое изображение. Светочувствительное соединение на пленке, галогенид серебра, реагирует со светом и записывает его амплитуду или интенсивность.
Изображение, которое мы видим, фактически является записанной интенсивностью света (здесь интенсивность света - это скорость, с которой свет распространяется от поверхности объекта заданной площади и на определенное расстояние от источника света).
В случае с голограммой принцип работы почти такой же, но установка другая. В данном случае лазерный луч направлен на пластину, которая разделяет когерентный лазер на два луча - опорный и осветительный. Опять же, затвор раскрывается или сдвигается с пути лазера. Свет от опорного луча направляется непосредственно на фотопластинку, а луч освещения отражается от поверхности объекта, прежде чем попасть на нее.
В дальнейшем, чтобы воссоздать изображение, фотопластинка освещается источником света, аналогичным тому, который использовался ранее. Голограмма регистрирует схему крошечных полос света, называемых интерференционными полосами. Для того чтобы превратить эти микроскопические интерференционные полосы в видимое изображение, необходим соответствующий источник света. С помощью сложного процесса свет преобразует интерференционные полосы в отражение, идентичное исходному объекту.

История и развитие




Картина, изображающая иллюзию - Призрак Пеппера. Источник: Le Monde Illustré/Wikimedia Commons.
В 1860 году, почти за столетие до развития современной голографии. Английский ученый по имени Джон Генри Пеппер продемонстрировал в спектакле тип голографического элемента под названием "Призрак Пеппера", используя зеркала и источник света. Это был иллюзионный трюк, который использовал отражающее свойство стекла для проецирования изображения человека или каких-либо предметов в воздушную среду из скрытого места вдали от глаз зрителей. Из-за использования слабого излучения, (например, масляных ламп и свечей), появляющиеся изображения были полупрозрачными - отсюда и название "Призрак Пеппера".

Однако "Призрак Пеппера" был иллюзией, а не настоящей голограммой, и только в 1947 году ученый венгерского происхождения Деннис Габор разработал теорию голографии, экспериментируя со способами улучшения разрешающей способности электронного микроскопа. Габор искал решение, как повысить низкую разрешающую способность существующих микроскопов, которые были в то время недостаточно мощными. Он разработал двухэтапный процесс (который впоследствии стал основным принципом голографии). На первом этапе он разделил когерентный пучок света на объектный и опорный пучки, после чего записал интерференционную картину, созданную этими лучами, на фотопластинку. Второй этап представлял собой реконструкцию. Он осветил голограмму видимым светом, получив соответствующее изображение, Габор назвал сформированную таким образом интерференционную картину голограммой.
Однако первоначально система Габора использовала свет от электронного пучка и регистрировала интерференцию между светом, дифрагированным объектом, и коллинеарным фоном. Это ограничивало процесс в основном прозрачными объектами. Когда голограмма используется для формирования образа, образуются двойные изображения, но поскольку свет, связанный с этими изображениями, распространяется в одном направлении, одно изображение, кажется расфокусированным.
Эта технология слишком сильно снижала интенсивность излучения для получения реальных голографических изображений, поэтому идея Габора осталась лишь теорией. Ситуация изменилась с развитием лазеров в 1960-х годах.
Для формирования идеальной голограммы требуется когерентный источник света, такой как лазер. Поэтому большинство источников света, использовавшихся до изобретения лазера, создавали тусклые и мутные голограммы, вследствие чего исследователи потеряли к ним интерес до 1960-х годов, когда ученые Николай Басой, Чарльз Таунс и Александр Прохоров изобрели лазерное излучение. Чистые монохроматические, одноцветные и интенсивные лучи лазерного света идеально подходили для использования в голографии.
В 1962 году группа исследователей создала устройство, использующее лазер с непрерывной волной, которое могло воспроизводить трехмерные объекты. Ии хотя устройство не было идеальным для формирования голограмм, но оно представило новый способ использования коэффициента преломления для передачи световых лучей и положило начало целому ряду экспериментов и исследований, направленных на создание настоящих объёмных изображений.

Применение голографии




Вот какую пользу голограммы могут принести человечеству:
• Голограммы могут оказать помощь полиции и вооруженным силам более безопасно и эффективно выполнять свои операции в местах большого скопления людей. Так, в 2017 году Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) разработало трехмерную голографическую карту, которая в реальном времени может предоставить 360-градусную карту местности. Используя эту карту, оперативная группа может приближать, поворачивать, просматривать здания, дороги и анализировать ситуацию в районе, перед началом операции. Такая технология могла бы позволить силам правопорядка избегать опасных маршрутов, помогая им безопасно передвигаться по полю боя и сокращая потери среди солдат.
• Голограммные технологии могут изменить способ общения между людьми. Некоторые эксперты считают, что в будущем они заменят обычный телефонный разговор “живыми“ голограммами. Технологическая компания PORTL из Лос-Анджелеса заявила о разработке системы, которая позволяет абонентам, находящимся в разных точках планеты, почувствовать себя находящимися в одной виртуальной комнате. Чтобы это реализовать, компания использует специальные кабины, оснащенные компьютеризированными порталами, способными создавать голограммы людей в натуральную величину.
• 3D-голограммы могут сделать процесс обучения более интерактивным и доступным как для студентов, так и для преподавателей. Например, студенты в отдаленных районах или те, кто не имеет доступа к дорогостоящему лабораторному оборудованию, могут использовать голограммы для более продвинутого обучения. Трехмерные и детализированные голограммы также могут принести пользу студентам, изучающим архитектуру, дизайн и медицину. Они могут служить решением для студентов, позволяющим применить знания из учебника в "реальном" мире и получить практический опыт.
• В 2017 году ученые из Мюнхенского университета разработали методику получения 3D-голограмм с помощью передатчика Wi-Fi. Этот метод может быть использован для создания голографических изображений местности, зданий и сооружений, а также в автоматизированных промышленных установках для отслеживания перемещения объектов в процессе производства. Во время стихийных бедствий (таких как оползни, землетрясения и т.д.) голограмма может стать отличным подспорьем для специалистов по поиску и спасению. Она может позволить им виртуально ориентироваться вокруг обрушившихся зданий или лавин и спасти сотни и тысячи людей, оказавшихся в затруднительном положении.
• Многие методы медицинской диагностики, такие как магнитно-резонансная томография (МРТ) и ультразвуковое сканирование, выводят на экран компьютера плоское изображение. Такие снимки дают ограниченную перспективу, но с помощью голографии врачи могут получить доступ к полноцветным трехмерным голографическим изображениям, что позволит получить подробную диагностическую картину о том, что происходит внутри тела пациента. Более того, голограммы позволили бы медицинским работникам расширить сферу своего влияния на отдаленные районы и обеспечить эффективное общение со своими клиентами.
Время от времени исследователи, работающие в разных частях света, предлагают интересные разработки, связанные с голограммными технологиями. Эти новые открытия открывают множество других возможностей применения голограмм в таких областях, как маркетинг, реклама, банковское дело, игровой бизнес и т.д. И несмотря на то, что голограммные технологии пока не получили широкого распространения, все эти разработки убедительно свидетельствуют о том, что рано или поздно они найдут применение в гораздо более широком спектре направлений.

Опубликовано 28 Февраль 2022

Новости Hi-tech
Яндекс.Метрика

sitemap sitemap.xml
Сайт сделан на SiNG cms © 2010-2020