Holografia cyfrowa to sposób na rejestrację informacji 3D za pomocą aparatów cyfrowych. Dziś ma już szerokie zastosowanie praktyczne, aw przyszłości naukowcy są pewni, że będzie niezbędny w wielu dziedzinach, od medycyny po astronomię. O teraźniejszości i przyszłości holografii cyfrowej.
Fizyczne zasady holografii
Holografia to metoda, która pozwala na rejestrację informacji o przedmiocie i przywrócenie jego obrazu, w tym w postaci trójwymiarowej. Uzyskuje się to poprzez rejestrację nie tylko amplitudy światła (jak w standardowej fotografii), ale także fazy, co umożliwia obserwację obrazu rekonstruowanego z hologramu pod różnymi kątami.
Hologramy są rejestrowane poprzez rejestrację całkowitej amplitudy dwóch wiązek światła: obiektu (odbitego od obiektu lub przepuszczonego przez niego) i odniesienia. Jeśli są ze sobą spójne - mają stałą różnicę faz - to w płaszczyźnie superpozycji wiązek powstaje wzór interferencyjny, który jest rejestrowany przez cyfrowe fotokomórki lub nośniki światłoczułe.
Światowe trendy
Korzystając z holografii cyfrowej, możesz stworzyć rzeczywistą trójwymiarową wizualizację obiektów i scen. Nie wymaga to specjalnych okularów do obserwacji scen ani specjalnego pozycjonowania obserwatora. Zgodnie z tą zasadą wyświetlacze 3D są obecnie aktywnie rozwijane, które umożliwiają wizualizację obrazów wysokiej jakości. Naukowcy są przekonani, że zbliża się moment, w którym kolorowe obrazy z hologramów będą miały zbliżoną jakość kolorów do fotografii, odtwarzając trójwymiarowy obraz obiektu.
Film promocyjny:
Jednym z aktualnych postępów jest komunikacja 5G wykorzystująca zasady holograficzne do tworzenia wizerunku rozmówcy. Eksperci uważają, że za kilka lat technologia ta będzie mogła stać się usługą komercyjną.
Niezwykle obiecującym kierunkiem jest drukowanie 3D z wykorzystaniem hologramów. Holograficzny obraz części jest podzielony na sekcje na rzuty, a następnie, pod kontrolą programu, wykonywane jest szybkie drukowanie warstwa po warstwie każdego rzutu.
Aktywnie rozwijają się obszary holografii cyfrowej wykorzystywane w badaniach naukowych i stosowanych: mikroskopia holograficzna (wizualizacja mikro- i nanoobiektów) oraz interferometria holograficzna (dynamiczna rejestracja zmian parametrów obiektu - temperatura, kształt, współczynnik załamania światła).
Ponadto holografia cyfrowa jest już szeroko stosowana w obrazowaniu medycznym i biologicznym, w systemach kodowania, transmisji i przechowywania danych, a także pozwala na zwiększenie bezpieczeństwa produktów, banknotów i kart bankowych.
Rosyjskie osiągnięcia
Obecnie badania w dziedzinie holografii - zarówno analogowej, jak i cyfrowej - prowadzi szereg uczelni i firm, których laboratoria osiągnęły znaczące wyniki.
Na przykład NRNU MEPhI wdrożyło system dynamicznego nagrywania, transmisji i optycznej demonstracji hologramów w czasie rzeczywistym o rozdzielczości co najmniej 2 milionów pikseli. Pozwala na zdalne odtwarzanie scen i obiektów zarejestrowanych zarówno w zakresie optycznym, jak i podczerwonym - co można wykorzystać np. Do rejestracji informacji w agresywnym środowisku.
Obecnie do transmisji holograficznego wideo wymagany jest kanał o przepustowości co najmniej jednostek gigabitów na sekundę, dlatego ogromne znaczenie mają technologie konwersji i kompresji cyfrowych hologramów. NRNU MEPhI aktywnie działa w tym kierunku. W maju 2019 roku magazyn Scientific Reports przedstawił setki razy metodę kompresji informacji holograficznych, opracowaną w ramach grantu Russian Science Foundation nr 18-79-00277.
Kolejnym ważnym obszarem jest poprawa jakości optycznego wyświetlania scen 3D z zarejestrowanych hologramów. Instytut Technologii Laserowych i Plazmowych (LaPlaz) NRNU MEPhI opracowuje metody ulepszania komputerowego i rzeczywistego optycznego wyświetlania hologramów przy użyciu wielostopniowych ciekłokrystalicznych i binarnych szybkich mikrolusterek. W 2019 roku naukowcy z NRNU MEPhI opublikowali w czasopiśmie OpticsandLasersinEngineering zakrojone na szeroką skalę badanie metod binaryzacji do wyświetlania obiektów 3D w najlepszej jakości. Jak wyjaśnili naukowcy, rozwój ten może być przydatny w tworzeniu szybkich wyświetlaczy 3D.
Holografia ma zastosowanie nie tylko do przechowywania, ale także do ochrony informacji. Naukowcy z NRNU MEPhI tworzą obecnie systemy kodowania danych z wykorzystaniem obrazu zapisanego na hologramie jako klucza kodującego. W ramach grantu Rosyjskiej Fundacji Nauki nr 19-19-00498 trwają prace nad stworzeniem systemu kodowania opartego na szybkich mikrolustrach modulatorach światła. Taki system jest zdolny do kodowania informacji z przepustowością gigabitów na sekundę.
Równie ważnym obszarem badań jest rozpoznawanie obiektów. Obecnie, jak wyjaśniają specjaliści z NRNU MEPhI, urządzenia rozpoznające zwykle wykorzystują tylko cechy przestrzenne. W niedawno opublikowanym artykule w czasopiśmie Optics Communications zaproponowano metodę rozpoznawania zarówno kształtu, jak i cech widmowych, mającą zastosowanie na przykład w urządzeniach do orientacji w przestrzeni lub do identyfikacji gatunków biologicznych.