Obraz w 3 wymiarach – wstęp do zasad działania holografii

Przede wszystkim,jeśli ktoś nie zapoznał się dotychczas, z hologramami w literaturze,filmach SF czy w banknotach na podstawowym poziomie,polecam obejrzenie następujące materiały wideo:

Kompletna fikcja ? Nie.Prawdziwe zjawiska ? Też nie.Wyświetlanie w prawdziwej, trójwymiarowej przestrzeni.To jest właśnie holografia. Niestety,podczas gdy anglojęzyczny artykuł wikipedii o holografii jest dość dobrze zrobiony, artykuł polskojęzyczny niewiele wyjaśnia tak samo jak artykuł dotyczący hologramów. Oczywiście, podstawowa definicja z artykułu o hologramach,brzmiąca:

Hologram – fotograficzny zapis na nośniku przynajmniej dwufalowego obrazu interferencyjnego, który w odczycie daje dwa niezależne od siebie obrazy przestrzenne 3D (trójwymiarowe).

trafia teoretycznie w sedno.Niemniej w praktyce jest to definicja niepełna,gdyż definicja anglojęzyczna brzmi:

Holography is a technique which enables three-dimensional images (holograms) to be made. It involves the use of a laser, interference, diffraction, light intensity recording and suitable illumination of the recording. The image changes as the position and orientation of the viewing system changes in exactly the same way as if the object were still present, thus making the image appear three-dimensional.

Jak widać zatem,Polskojęzyczna definicja jest bardzo niepełna,pomija bowiem kwestię,że „zmiany obserwowanego obrazu,jego pozycja i orientacja zmieniają się dokładnie tak samo,jak gdyby obiekt był rzeczywiście obecny

Jak zatem dokładniej zrozumieć to zjawisko ? Dlaczego wyświetlanie prawdziwie trójwymiarowych obrazów jest kwestią skomplikowaną ? Co oferuje holografia, jeśli chodzi o zapis cyfrowy i dlaczego ? Czym się różnią od klasycznej holografii telewizory wyświetlające obraz trójwymiarowy ? To wszystko zostanie omówione w niniejszym wpisie.

Zacznijmy od podstaw czyli światła i tego,jak działają dwuwymiarowe wyświetlacze czy kartka papieru i czym różnią się one, od trójwymiarowego obiektu.Rzecz jest oczywista.Podczas,gdy obraz czy obiekt dwuwymiarowy z reguły (o ile nie jest rodzajem „hologramu”) jest taki sam, niezależnie od kąta padania światła,obiekt trójwymiarowy – tak samo jak hologram zresztą – wygląda inaczej zależnie od kąta obserwacji.Wrażenie trójwymiarowości można zatem uzyskać po prostu wprowadzając różny obraz zależnie od kąta obserwacji.Brzmi prosto,jak zwykłe powtórzenie znanego już faktu ? Być może. Ale w praktyce, jest dużo trudniejsze do zrealizowania.

Taka właśnie trudność w realizacji i w produkcji sprawia,że proste hologramy stosowane np. w zabezpieczeniach banknotów i innych artykułów papierowych,tudzież inne proste hologramy są jednak inne od w pełni trójwymiarowych hologramów:

Oczywiście, są one mniej skomplikowane jeśli chodzi o uzyskany obraz, w porównaniu, z na przykład holografią laserową. Jest to obraz, który można traktować jako holograficzny,ale nie są to typowo trójwymiarowe hologramy. Ot różny efekt, w zależności od kilku kątów i odpowiedniego światła.Ale ten rodzaj hologramu nie musi to być piękny,trójwymiarowy i wyrazisty.Ma działać.I do stworzenia trudnego do podrobienia zabezpieczenia – wystarczy.

Odpowiadając na kolejną kwestię. Tak zwana „telewizja trójwymiarowa” oraz „kina 3d”, na dobrą sprawę pasują tylko do Polskiej definicji holografii,ze względu na wykorzystanie dość ograniczonych funkcjonalnie obrazów stereoskopowych. Taki obraz anaglifowy co prawda daje złudzenie trójwymiarowości,ale zmiana pozycji, z której dokonuje się obserwacji nie pozwala zaobserwować nic więcej,ba,można zobaczyć wręcz mniej.Jest tak, ponieważ, w przeciwieństwie do holografii nie ma np. innego obrazu np. „z boku”. Bezokularowa stereoskopia (autostereoskopia),w tym technologia soczewkowa opiera się na podobnej zasadzie – bądź w jednym miejscu i oglądaj „trójwymiarowy” obraz. Z drugiej strony nie ma powodu do narzekania.Jak ktoś siedzi na kanapie,to o ile nie dostanie zawrotów głowy (w przypadku niektórych ludzi się to zdarza), głębia obrazu jest wystarczająca,jego rozdzielczość i koszt raczej też.Obraz jest dla każdego ten sam. Jedyny problem,to to,że podobnie jak z wyświetlaczami ciekłokrystalicznymi będzie problem,gdy stoi się z boku.

Tymczasem holografia w pełni trójwymiarowa, daje właśnie prawdziwy trójwymiar, praktycznie z każdego punktu obserwacji.

Jak łatwo się domyślić, dość ciekawym i spektakularnym sposobem, na tworzenie hologramów jest wykorzystanie wiązek laserowych i gazów.W istocie,tak manipulując światłem można uzyskać m.in hologram, przedstawiony w w drugim załączonym filmie. Łatwo się też domyślić,że taka trójwymiarowa holografia, jest związana z poważnym problemem.Problemem związanym z zapisem ogromnej ilości danych. W istocie tak jest.Ale ten kij ma 2 końce. Holografia niesie też obietnice stworzenia dużo lepszych nośników danych,które przecież z natury są trójwymiarowe.

Jak wiadomo niektórym (zwłaszcza fizykom ciała stałego i inżynierom materiałowym)w badaniach materiałów stosuje się m.in. techniki rentgenowskiej analizy strukturalnej.

W technikach z tej grupy tej,badanie struktury krystalicznej, może być prowadzone z wykorzystaniem zjawiska dyfrakcji, m.in korzystając z prawa Bragga. W praktyce, odbywa się to tak,że źródło promieniowania (a czasem i detektor) poruszają się w pewnej płaszczyźnie względem badanej próbki i różne uzyskane wyniki są rejestrowane.Oczywiście, odczyt i zapis informacji zapisanej na nośniku holograficznym nie musi stosować się ściśle,do tych samych zasad co rentgenografia strukturalna,ale podstawowa idea działania,w której źródło (a może i detektor) poruszają się i w zależności od kąta, uzyskują inną informację z zewnątrz przynajmniej,bez uciekania się do technicznych szczegółów,wygląda całkiem podobnie.

No dobrze.W teorii wiemy,o jakie zasady się to opiera.A co ciekawego jest hologramach w praktyce ?

  • W praktyce fizycznej mówi się,że holografia polega na zarejestrowaniu nie tylko zależności między amplitudami fal świetlnych (czy ich kwadratami – natężeniami) – rejestrujemy też ich fazy.W istocie, zarejestrowany obraz jest obrazem interferencyjnym.Więcej, o zjawisku interfererencji można poczytać na stronie Wikipedii.
  • Obraz interferencyjny w każdym punkcie hologramu, pochodzi od światła rozpraszanego przez wszystkie punkty przedmiotu przedmiotu.Zatem, dowolny wycinek hologramu zawiera informacje o całości.Tym niemniej, im mniejsza część hologramu jest dostępna – tym mniejsza ostrość i tym ciemniejszy obraz (Informacja nie jest całkowicie tracona,staje się jednak,coraz mniej dokładna).
Reklamy

One thought on “Obraz w 3 wymiarach – wstęp do zasad działania holografii

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s