Technologie

Holografia - otrzymywanie obrazów trójwymiarowych

Dział optyki stosowanej zajmujący się otrzymywaniem obrazów
przestrzennych nazywa się holografią. Uzyskanie obrazu
holograficznego składa się z dwóch etapów: zapisu i
odtwarzania.
Zapis

polega na fotograficznym zarejestrowaniu obrazu

interferencyjnego wytworzonego przez dwie fale spójne (o tej
samej fazie): jedną z

lasera

po ewentualnym odbiciu od

zwierciadła jak na rysunku obok (fala odniesienia), i drugą
pochodzącą od oświetlonego również laserem przedmiotu (fala
przedmiotowa).
Uzyskany po wywołaniu hologram zawiera odpowiednio zakodowaną informację o amplitudzie i
fazie fali pochodzącej od przedmiotu. Zapis ma postać szeregu prążków i pierścieni
interferencyjnych. Zwykłe zdjęcie zawiera informacje jedynie o amplitudzie i w przypadku
fotografii barwnej, o kolorze, która zależy od częstotliwość. Rejestrowanie dodatkowo fazy fali,
pozwala na trójwymiarowe oglądanie przedmiotów.

Odtwarzanie

hologramu polega na oświetleniu hologramu,

przy czym światło spójne, niezbędne przy zapisie, nie jest
konieczne przy jego odtwarzaniu. W wyniku dyfrakcji fali
odtwarzającej na treści hologramu powstają fale ugięte, które
tworzą dwa obrazy przestrzenne, oddzielone od siebie: jeden
rzeczywisty, drugi pozorny.
Przełamanie hologramu na wiele części nie niszczy informacji w
nich zawartych. Oświetlenie części hologramu daje również
obraz trójwymiarowy, tylko o mniej wyraźnych szczegółach. Na
jednym hologramie można zarejestrować wiele różnych
obrazów i kolejno je odtwarzać bez zakłóceń ze strony

pozostałych. Dzięki temu można otrzymać barwne obrazy przedmiotów.
W jednym z wariantów holografii barwnej przedmiot oświetla się trzema wiązkami światła o
różnych kolorach. Wiązki te stosuje się również do odtworzenia hologramu, tak, że z jednej
czarno-białej błony w wyniku nałożenia trzech hologramów uzyskuje się trójwymiarowy obraz
kolorowy.

Wykorzystanie

Oczywiście od razu mamy na myśli telewizję i kino trójwymiarowe czyli holowizję. Niestety do
wprowadzenia holowizji pozostało do rozwiązania sporo problemów technicznych.
Wymienimy obecne zastosowania hologramów: zabezpieczenie przed fałszowaniem dokumentów
(banknoty, karty bankowe) i towarów, szyfrowanie informacji, rozpoznawanie obiektów i ich cech
wspólnych (medycyna - wykrywanie komórek rakowych), pamięci holograficzne (terabajtowe
HDD), holografia akustyczna (medycyna i defektoskopia), przemysł rozrywkowy (ruchome
obiekty w dyskotekach).
Na poczatku 2005 roku zaczęto wprowadzać nowy typ nośnika
danych, oparty na zapisie holograficznym. Dzięki temu na krążkach
o średnicy płyty CD możliwe jest zmagazynowanie nawet 200 GB
danych. Nowe nośniki nazwano HMD (Holographic Media Disc). Do
zapisu wykorzystują one warstwę polimerów, które przechowują
dane zapisane w postaci dwuwymiarowej matrycy. Jej zawartość
może być odczytana po przejściu przez nią promienia lasera,
padającego na specjalny detektor. Prędkość odczytu zapisanych w
ten sposób danych osiąga ok. 200 MB/s. Rozpoczęto również próbną
produkcję nagrywarek HMD. W niedalekiej przyszłości format HMD
najprawdopodobniej całkowicie wyprze z rynku starzejące się już
płyty CD.
Holograficzne obrazy można uzyskiwać również dla niewidzialnych
długości fali np. podczerwieni, nadfioletu, promieni Roentgena czy
gamma. Wykorzystuje się to do badań naukowych. Przykładowo
polscy fizycy z Akademii Górniczo - Hutniczej i Uniwersytetu

Zapis hologramu

Odtwarzanie hologramu

Struktura atomowa substancji

Page 1 of 3

Holografia, zdjęcia holograficzne, holograficzne badanie struktury, zdjęcia trójwymiar...

2008-03-29

http://www.fizyka.net.pl/aktualnosci/aktualnosci_t1.html

Jagiellońskiego używając promieni gamma uzyskali ostry obraz
holograficzny kryształu o rozdzielczości lepszej niż 0,1 nm. Wiązka
rozpraszana była na jądrach atomów substancji w szczególny sposób, zwany efektem
Mossbauera. Specjalne czujniki rejestrują następnie skutki interferencji rozproszonego i
nierozproszonego promieniowania, a dane są zapisywane w postaci dwuwymiarowego hologramu.
Komputerowa analiza hologramu pozwala na odtworzenie obrazu sąsiadujących atomów (a
dokładnie ich jąder) tworzących daną substancję. Holografia nie dostarcza informacji o
pojedynczych atomach, pozwala za to na uzyskanie informacji o trójwymiarowej strukturze całej
próbki.

Zdj

ę

cia i znaki holograficzne

Nie są to w zasadzie hologramy ale znaki optycznie zmienne. Wykonane są
one wielowarstwowo, których dwa lub więcej motywów graficznych
widocznych jest naprzemienne, w zależności od kąta patrzenia (zmiana
góra/dół lub lewo/prawo). Oglądając znak holograficzny obserwujemy różne
efekty: przejście jednego obrazu w drugi płynnie lub skokowo, wyświetlanie
jednego motywu graficzny, powiększającego się i zmniejszającego w
zależności od kąta patrzenia na obraz lub wrażenie trójwymiarowości.
Taką technikę używa się do skutecznego zabezpieczenia dokumentów i
towarów. Dzięki mieniącym się szczegółom weryfikacja możliwa jest gołym

okiem i odbywa się błyskawicznie. Nie ma żadnej możliwości skopiowania tych znaków
dostępnymi metodami - użycie fotokopiarek, skanerów i innych technik kopiowania jest
nieskuteczne.

Fotografia i kino przestrzenne

Widzenie przestrzenne możliwe jest tylko wtedy, gdy człowiek (lub zwierzę) patrzy na świat parą
oczu. Obrazy, jakie padają na siatkówkę jednego i drugiego oka, nieco się różnią. Nic dziwnego,
skoro oczy oddalone są od siebie o około 6,5 cm. Każde więc patrzy na obserwowany przedmiot
pod nieci innym kątem. Te dwa różne obrazy trafiają do mózgu, który analizuje różnice, jakie
występują pomiędzy obydwoma obrazami i na podstawie tych różnic wylicza odległość, w jakiej
znajduje się obserwowany obiekt.
Mózg nie tylko analizuje różnice obrazów. Jest jeszcze wiele innych wskaźników
podpowiadających naszemu mózgowi, jak widzieć trójwymiarowo. Kiedy człowiek porusza się, np.
okrąża sześcian, to widzi jak zza krawędzi wyłania się kolejna ściana bryły i jak w trakcie ruchu
jedne jej krawędzie pozornie skracają się, inne zaś wydłużają. Zestawiając kolejne obrazy, jakie
powstają na siatkówce oka w trakcie takiego ruchu, mózg potrafi stworzyć wyobrażenie o
przestrzennym wyglądzie bryły. Kolejną wskazówką, która pozwala mózgowi na wprowadzenie do
naszego widzenia trzeciego wymiaru, są światłocienie. Na przykład po nierównomiernym
oświetleniu ścian orientujemy się, że nie jest płaskim kwadratem, lecz stanowi bryłę
przestrzenną. To, co jest ciemniejsze , wydaje się głębiej i dalej. W różnicach odległości
orientujemy się również wtedy, gdy nasze oko ustawia ostrość wzroku czyli dokonuje tzw.
akomodacji soczewki, a także gdy zmienia się wzajemne położenie gałek ocznych, np. robimy
zeza zbieżnego, by przyjrzeć się czemuś, co jest bliżej. Również wygląd przedmiotów podpowiada
mózgowi, jak są one rozmieszczone w przestrzeni.

Zdj

ę

cia i kino przestrzenne

Wykonujemy dwa zdjęcia zrobione z dwóch aparatów odsuniętych od siebie na odległość mnij
więcej rozstawu oczu człowieka. Takie pary zdjęć trafiają od obróbki cyfrowej. W jednym zdjęciu
czarne elementy zamieniane są na czerwone, a w drugim na niebieskie. Następnie należy je
nałożyć na siebie z pewnym niedużym przesunięciem. Kiedy patrzy się na te zdjęcia bez
okularów, wyglądają dziwacznie. Trochę rozmazane, z nierzeczywistymi kolorami. Aby widzieć
przestrzennie zakładamy okulary z filtrami barwnymi. Każdy z barwnych filtrów przepuszcza tylko
jeden z obrazów - przeznaczony tylko dla jednego oka. Dzięki temu do lewego oka trafia
wyłącznie zdjęcie zrobione przez obiektyw, który znajdował się z lewej strony, a do prawego z
prawej. Obserwacja tych dwóch obrazów. odseparowanych dzięki barwnym filtrom, powoduje w
mózgu powstanie wrażenia trójwymiarowości.
Na podobnych zasadach tworzy się trójwymiarowe filmy. Najciekawsze filmy tworzy amerykańska

wykonana metodą holograficzną

Page 2 of 3

Holografia, zdjęcia holograficzne, holograficzne badanie struktury, zdjęcia trójwymiar...

2008-03-29

http://www.fizyka.net.pl/aktualnosci/aktualnosci_t1.html

wytwórnia IMAX, która używa taśmy filmowej o dziesięciokrotnie większej klatce niż w
normalnym kinie. Filmuje obraz przez dwa obiektywy. Oba obrazy są przepuszczane przez dwa
filtry i nakładane są na siebie na ekranie. Różnica polega tylko na tym, że zamiast filtrów
kolorowych w kinie stosuje się bezbarwne szkła, różniące się polaryzacją światła. Aby poczuć się
nie jak widz tylko uczestnik akcji IMAX wykorzystuje jeszcze kilka dodatkowych atutów, by
pogłębić nasze wrażenie trójwymiarowości. Szybko poruszająca się kamera, efekty dźwiękowe
oraz fakt, że obraz oglądamy na niespotykanie wielkim ekranie (25 na 33 m). Dzięki nim twórcy
filmów sięgają do mechanizmów odczuwania trzeciego wymiaru sprzężonych nawet z
zachowaniem się błędnika i odpowiedzią fizjologiczną całego organizmu. Mózg człowieka czuje się
w tym kinie tak mocno oszukany, że na wskutek samych wrażeń wzrokowych, podczas np. scen,
w których kamera leci nad kamieniołomem, widź odczuwa prawdziwe przeciążenia, a żołądek
naprawdę podchodzi mu do gardła.
Są to wszystko tylko wrażenia. Prawdziwe zdjęcia przestrzenne to holografia. Może kiedyś
będziemy oglądać również filmy holograficzne.

Technologie

Page 3 of 3

Holografia, zdjęcia holograficzne, holograficzne badanie struktury, zdjęcia trójwymiar...

2008-03-29

http://www.fizyka.net.pl/aktualnosci/aktualnosci_t1.html