6 фактів про голографію, яких ви могли не знати
Екологія споживання. Якщо двовимірна картинка коштує тисячі слів, тоді тривимірна коштує мільйон. За допомогою голографії можна реконструювати
Якщо двовимірна картинка коштує тисячі слів, тоді тривимірна коштує мільйон. За допомогою голографії можна реконструювати тривимірну картинку, використовуючи голограму, і цей процес немає нічого спільного з технологією роботи традиційних дисплеїв. Незважаючи на те, що голографія була винайдена понад 70 років тому, вона залишається найкращим кандидатом на отримання справжніх 3D-дисплеїв.
Перед вами шість важливих фактів про голографію, яких ви могли не знати.
Знаменитості - не голограма
Коли ви бачите Тупака, Майкла Джексона або ще когось, об'ємне зображення якого з'являється на концерті або десь ще, це не голограма. Це трюк і у своїй основі голограма не має з ним нічого спільного. Вперше він був продемонстрований ще в 1800-х роках Джоном Пеппером, щоб здивувати глядачів, що нічого не підозрювали, привидом, який з'явився поряд з акторською сценою. Насправді це була хитромудра ілюзія, оскільки між сценою та аудиторією було розміщено скло під кутом. Сцена використовувалася для відображення світла від актора до аудиторії, але так, щоб вона могла бачити сцену. Оскільки скло ефективно прозоре, людям здавалося, що на сцені з'явилася примара. Більшість «голограм», які показують по телевізору, лише варіація трюку Пеппера із привидом.
Тільки голограма є голограмою: її легко відрізнити від іншого
Припустимо, ви щойно зробили знімок. Ви взяли камеру, направили, клікнули та зняли певну інформацію. З точки зору оптики ви зберегли певні амплітуди світлового поля, усереднені за часом, що виходять від сцени,використовуючи певну форму сенсора. В результаті велика кількість інформації в цьому світловому полі була просто викинута. Ви просто зняли невелику частину інформації, яку вдалося зловити. Голограма (винайдена в 1847 році Деннісом Габором), голографія, у своєму основному сенсі означає запис, а потім реконструкцію інформації всього світлового поля, яке потрапило в об'єктив, причому так, щоб спостерігач не міг відрізнити її від оригінальної сцени, оскільки голограма «дає» спостерігачеві всю вихідну інформацію.
Ви, звичайно, спитаєте: як нам це зробити? Що ж, якщо ви візьмете об'єкт, який хочете відобразити, висвітлить його за допомогою лазера та інтерферуєте це розсіяне світло з іншим лазером, запис цього малюнка створить голограму. Він захоплює амплітуду, фазу та довжину хвилі інформації об'єкта. Тепер, якщо ми поглянемо на цей візерунок під мікроскопом, ми побачимо інтерференційні лінії, що нецікаво. Тим не менш, якщо ми висвітлюємо з одного джерела, світло розсіюється з усіх смуг одночасно і інтерферує саме з собою для реконструкції вихідного світлового поля об'єкта.
Краса цього методу в тому, що це поки що єдиний спосіб істинно реконструювати тривимірну інформацію та отримати справжні 3D-дисплеї. Проте ця техніка, вигадана майже 70 років тому, дозволяє створити лише статичні голограми. Чому ми не можемо динамічно змінювати голограми та ефективно створити голографічний дисплей?
Голографічні дисплеї в будинках з'являться не скоро
Проблема створення тривимірних голографічних дисплеїв у цьому, що кількість інформації у звичайній голограмі величезна; світло містить багато інформації. Наприклад, потрібно близько мільйона-трильйона пікселів для того, щоб зібрати тривимірнийголографічний дисплей, а при звичайному рівні оновлення 30 кадрів в секунду, наприклад, кількість даних величезна. Крім того, нам потрібна технологія, яка зможе записувати (в режимі реального часу) всю комплексну інформацію світлового поля, технології, які зможуть передавати ці величезні обсяги даних, а також комп'ютер, який усе це оброблятиме. Враховуючи те, що ми тільки-но входимо в еру 4K-телевізорів (на екрані яких близько 10 мільйонів пікселів), епоха голографії настане ще не скоро.
Голограму можна створити та відобразити за допомогою комп'ютерів
Як ми вже з'ясували, маємо справу з великим обсягом інформації. Сучасні методи зображення динамічних голограм називаються просторовими модуляторами світла (SLM). Це маленькі, схожі на телевізори, пристрої відображення голограм за допомогою відображення лазерного світла.
Як ми розраховуємо голограму? В ідеалі ми могли б записати всю інформацію про світлове поле сцени, але поки що у нас немає жодної комерційної технології, здатної на це. Ми могли б зробити повне моделювання електромагнітних хвиль моделюваної сцени, щоб виявити, що світло в полі, що розсіюється, виглядає як точки в просторі, а потім записати цю інформацію, щоб сформувати голограму. Тим не менш, для нинішніх технологій це обчислювальний кошмар. Можливо, найкращим способом буде глибоко математичний підхід до цього явища.
По суті ми робимо наближення. Виявляється, коли світло дифрагує, якщо ви досить далеко від точки дифракції, патерн, який ви бачите, пов'язаний з перетворенням Фур'є математичної репрезентації об'єкта дифракції. Це означає, що, оскільки наші комп'ютери можуть робити перетворення Фур'є досить швидко, ми можемо швидкогенерувати голограми на льоту. Потім, відображаючи їх у SLM, ми можемо використовувати дифракцію світла на формування довільних зображень за власним бажанням. Ця область називається голографією, що генерується на комп'ютерах. І тепер, коли комп'ютери стають все швидше, ця сфера досліджень стає все більш популярною.
Кращий голографічний телевізор був створений десять років тому і коштував цілий стан
Qinetiq розробила прототип голографічного дисплея, що базується на технології просторової модуляції світла, 12 років тому. Вона використовувала активну систему із двома різними SLM для забезпечення всієї глибини сигналу, необхідного для виробництва тривимірної картинки. Ця витівка була вкрай дорогою і була закрита майже відразу, але максимально якісний голографічний дисплей хоча б продемонстрували.
Голографія потрібна не тільки для телебачення
Хоча ми вважаємо, що голографія цікава більше можливостями для 3D-дисплеїв, загалом вона має можливість застосування в багатьох сферах. Ось кілька прикладів: