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 równieŜ laserem przedmiotu (fala
przedmiotowa).
Uzyskany po wywołaniu hologram zawiera odpowiednio zakodowaną informację o amplitudzie i
fazie fali pochodzącej od przedmiotu. Zapis ma postać szeregu prąŜków i pierścieni
interferencyjnych. Zwykłe zdjęcie zawiera informacje jedynie o amplitudzie i w przypadku
fotografii barwnej, o kolorze, która zaleŜy 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 równieŜ
obraz trójwymiarowy, tylko o mniej wyraźnych szczegółach. Na
jednym hologramie moŜna zarejestrować wiele róŜnych
obrazów i kolejno je odtwarzać bez zakłóceń ze strony
pozostałych. Dzięki temu moŜna otrzymać barwne obrazy przedmiotów.
W jednym z wariantów holografii barwnej przedmiot oświetla się trzema wiązkami światła o
róŜnych kolorach. Wiązki te stosuje się równieŜ do odtworzenia hologramu, tak, Ŝe z jednej
czarno-białej błony w wyniku nałoŜenia 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 krąŜkach
o średnicy płyty CD moŜliwe 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
moŜe 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 równieŜ próbną
produkcję nagrywarek HMD. W niedalekiej przyszłości format HMD
najprawdopodobniej całkowicie wyprze z rynku starzejące się juŜ
płyty CD.
Holograficzne obrazy moŜna uzyskiwać równieŜ 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 uŜywając promieni gamma uzyskali ostry obraz
holograficzny kryształu o rozdzielczości lepszej niŜ 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 zaleŜności od kąta patrzenia (zmiana
góra/dół lub lewo/prawo). Oglądając znak holograficzny obserwujemy róŜne
efekty: przejście jednego obrazu w drugi płynnie lub skokowo, wyświetlanie
jednego motywu graficzny, powiększającego się i zmniejszającego w
zaleŜności od kąta patrzenia na obraz lub wraŜenie trójwymiarowości.
Taką technikę uŜywa się do skutecznego zabezpieczenia dokumentów i
towarów. Dzięki mieniącym się szczegółom weryfikacja moŜliwa jest gołym
okiem i odbywa się błyskawicznie. Nie ma Ŝadnej moŜliwości skopiowania tych znaków
dostępnymi metodami - uŜycie fotokopiarek, skanerów i innych technik kopiowania jest
nieskuteczne.
Fotografia i kino przestrzenne
Widzenie przestrzenne moŜliwe jest tylko wtedy, gdy człowiek (lub zwierzę) patrzy na świat parą
oczu. Obrazy, jakie padają na siatkówkę jednego i drugiego oka, nieco się róŜnią. Nic dziwnego,
skoro oczy oddalone są od siebie o około 6,5 cm. KaŜde więc patrzy na obserwowany przedmiot
pod nieci innym kątem. Te dwa róŜne obrazy trafiają do mózgu, który analizuje róŜnice, jakie
występują pomiędzy obydwoma obrazami i na podstawie tych róŜnic wylicza odległość, w jakiej
znajduje się obserwowany obiekt.
Mózg nie tylko analizuje róŜnice obrazów. Jest jeszcze wiele innych wskaźników
podpowiadających naszemu mózgowi, jak widzieć trójwymiarowo. Kiedy człowiek porusza się, np.
okrąŜa sześcian, to widzi jak zza krawędzi wyłania się kolejna ściana bryły i jak w trakcie ruchu
jedne jej krawędzie pozornie skracają się, inne zaś wydłuŜają. Zestawiając kolejne obrazy, jakie
powstają na siatkówce oka w trakcie takiego ruchu, mózg potrafi stworzyć wyobraŜenie 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, Ŝe nie jest płaskim kwadratem, lecz stanowi bryłę
przestrzenną. To, co jest ciemniejsze , wydaje się głębiej i dalej. W róŜnicach odległości
orientujemy się równieŜ wtedy, gdy nasze oko ustawia ostrość wzroku czyli dokonuje tzw.
akomodacji soczewki, a takŜe gdy zmienia się wzajemne połoŜenie gałek ocznych, np. robimy
zeza zbieŜnego, by przyjrzeć się czemuś, co jest bliŜej. RównieŜ 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 naleŜy je
nałoŜyć na siebie z pewnym nieduŜym przesunięciem. Kiedy patrzy się na te zdjęcia bez
okularów, wyglądają dziwacznie. Trochę rozmazane, z nierzeczywistymi kolorami. Aby widzieć
przestrzennie zakładamy okulary z filtrami barwnymi. KaŜdy 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 wraŜenia 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 uŜywa taśmy filmowej o dziesięciokrotnie większej klatce niŜ w
normalnym kinie. Filmuje obraz przez dwa obiektywy. Oba obrazy są przepuszczane przez dwa
filtry i nakładane są na siebie na ekranie. RóŜnica polega tylko na tym, Ŝe zamiast filtrów
kolorowych w kinie stosuje się bezbarwne szkła, róŜniące się polaryzacją światła. Aby poczuć się
nie jak widz tylko uczestnik akcji IMAX wykorzystuje jeszcze kilka dodatkowych atutów, by
pogłębić nasze wraŜenie trójwymiarowości. Szybko poruszająca się kamera, efekty dźwiękowe
oraz fakt, Ŝe obraz oglądamy na niespotykanie wielkim ekranie (25 na 33 m). Dzięki nim twórcy
filmów sięgają do mechanizmów odczuwania trzeciego wymiaru sprzęŜonych nawet z
zachowaniem się błędnika i odpowiedzią fizjologiczną całego organizmu. Mózg człowieka czuje się
w tym kinie tak mocno oszukany, Ŝe na wskutek samych wraŜeń wzrokowych, podczas np. scen,
w których kamera leci nad kamieniołomem, widź odczuwa prawdziwe przeciąŜenia, a Ŝołądek
naprawdę podchodzi mu do gardła.
Są to wszystko tylko wraŜenia. Prawdziwe zdjęcia przestrzenne to holografia. MoŜe kiedyś
będziemy oglądać równieŜ 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