全息技术是利用干涉和衍射原理来记录并再现物体真实的三维图像的技术。所谓的“全息”即“全部信息”,是指用投影的方法记录并且再现被拍物体发出的光的全部信息。全息影像技术一般也被称作虚拟成像技术或是全息成像,其成像原理就是凭借光波干涉对物体光波的相位与振幅进行记录,与此同时,凭借衍射原理对物体的光波信息进行展现,从而达到成像的效果。
全息影像技术自20世纪60年代激光器问世后得到了迅速的发展。全息影像是虚拟成像技术通俗说法,又称为全息成像和幻影成像, 其基本成像机理是利用光波干涉法来同时记录物体光波的振幅与相位,然后再利用衍射原理再现物体的光波信息。由于全息影像再现的光波信息保留了原有物体光波的全部振幅与相位的信息,因而再现出的影像立体感强,与原物体有着与3D电影完全相同的三维特性。人们观看全息影像时会得到与观看原物体时完全相同的视觉效果,其中包括各种位置视差。由于照射在物体上每一个点的光信息都记录在了成像后的全息影像中,因而从原则上来讲,任取全息影像的其中一部分都能够再出原来物体的部分图像,而且如果使用多次曝光的技术,还有可能在同一张影像的底片上记录到同一物体的多个状态下不同的图像,而且能够分别在互不干扰的情况下显示出来。此外,使用不同波长的激光照射后形成的全息影像还能相应地放大或缩小。
全息影像技术(Holographic display),并非指由1956年丹尼斯·加博尔发明的全息摄影(holography)或称全像摄影。而是一种在三维空间中投射三维立体影像(影像为物理上的“立体”而非单纯视觉上的“立体”)的次世代显示技术。其中, 全息摄影:(holography)由丹尼斯·加博尔发明的摄影方法,这种摄影方式打印出来的照片可以从多个角度观看,但是有角度局限性。很多防伪标识都是使用全息摄影打印出来的图像制作的。由于人类的双眼是横向观察物体的,且观察角度略有差异,图像经视并排,两眼之间有6厘米左右的间隔,神经中枢的融合反射及视觉心理反应便产生了三维立体感。根据这个原理,可以将3D显示技术分为两种:一种是利用人眼的视差特性产生立体感;另一种则是在空间显示真实的3D立体影像,如基于全息影像技术的立体成像。
全息摄影采用激光作为照明光源,并将光源发出的光分为两束,一束直接射向感光片,另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉,感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度,也记录了位相信息。 首先通过 CCD 等器件接收参考光和物光的干涉条纹场,由图像采集卡将其传入电脑记录数字全息图;然后利用菲涅尔衍射原理在电脑中模拟光学衍射过程,实现全息图的数字再现;*后利用数字图像基本原理再现的全息图进行进一步处理,去除数字干扰,得到清晰的全息图像。 其**步是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。 其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息,这是成象过程: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象,即原始象(又称初始象)和共轭象。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。全息技术是计算机技术、全息技术和电子成像技术结合的产物,一般是利用相干性较好的激光完成的。利用相干光干涉,记录光波的振幅信息和相位信息,因此可以得到物体包含形状、大小等的全部信息 [4] 。它通过电子元件记录全息图,省略了图像的后期化学处理,节省了大量时间,实现了对图像的实时处理。同时,其可以进行通过电脑对数字图像进行定量分析,通过计算得到图像的强度和相位分布,并且模拟多个全息图的叠加等操作。 全息影像是真正的三维立体影像,用户不需要佩戴带立体眼镜或其他任何的辅助设备,就可以在不同的角度裸眼观看影像。其基本机理是利用光波干涉法同时记录物光波的振幅与相位。由于全息再现象光波保留了原有物光波的全部振幅与相位的信息,故再现象与原物有着完全相同的三维特性。 与普通的摄影技术相比,全息摄影技术记录了更多的信息,因此容量比普通照片信息量大得多(百倍甚至千倍以上)。全息影像的显示,则是通过光源照射在全息图上,这束光源的频率和传输方向与参考光束完全一样,就可以再现物体的立体图像。观众从不同角度看,就可以看到物体的多个侧面,只不过看得见摸不到,因为记录的只是影像。 普通的摄像是二维平面采样,而全息摄像则是多角度摄像,并且将这些照片叠加。为了实现立体“叠加”,需要利用光的干涉原理,用单一的光线(常用投影机)进行照射,使物体反射的光分裂(分光技术)成多束相干光,将这些相干光叠加就能实现立体影像。 全息摄像需要比普通摄像处理100倍以上的信息量,对拍摄以及处理和传输平台都提出了很高的要求。因此*早的全息技术仅用于处理静态的照片,随着技术的发展,计算机运算速度的不断提升,处理和传输动态全息影像已经得以实现。 1、 再造出来的立体影像有利于保存珍贵的艺术品资料进行收藏。
2、 拍摄时每一点都记录在全息片的任何一点上,一旦照片损坏也关系不大。
3、 全息照片的景物立体感强,形象逼真,借助激光器可以在各种展览会上进行展示,会得到非常好的效果。
在生活中,也常常能看到全息摄影技术的运用。比如,在一些信用卡和纸币上,就有运用了俄国物理学家尤里·丹尼苏克在20世纪60年代发明的全彩全息图像技术制作出的聚酯软胶片上的“彩虹”全息图像。但这些全息图像更多只是作为一种复杂的印刷技术来实现防伪目的,它们的感光度低,色彩也不够逼真,远不到乱真的境界。研究人员还试着使用重铬酸盐胶作为感光乳剂,用来制作全息识别设备。 全息投影:(front-projected holographic display)宽泛的来说也可以算作是全息影像的一种,但是所谓的全息画面只是投射在一块透明的“全息板”上面。因此所谓的全息图像也不过是一个平面而非立体图像,是*广泛使用的全息技术。
全息影像(Holographic display):尚在研究,多在科幻作品中出现的全息影像技术。制作一种物理上的纯三维影像,观看者可以从不同的角度不受限制的观察甚至,进入影像内部。