Holografia digitală este o modalitate de înregistrare a informațiilor 3D folosind camere digitale. Astăzi are deja o aplicare practică largă, iar în viitor, oamenii de știință sunt siguri, vor fi indispensabili într-o serie de domenii, de la medicină la astronomie. Despre prezentul și viitorul holografiei digitale.
Principiile fizice ale holografiei
Holografia este o metodă care vă permite să înregistrați informații despre un obiect și să restaurați imaginea acestuia, inclusiv într-o formă tridimensională. Acest lucru se realizează prin înregistrarea nu numai a amplitudinii luminii (ca în fotografia standard), ci și a fazei, ceea ce face posibilă observarea imaginii reconstruite din hologramă din diferite unghiuri.
Hologramele sunt înregistrate prin înregistrarea amplitudinii totale a două fascicule de lumină: un obiect (reflectat dintr-un obiect sau transmis prin acesta) și unul de referință. Dacă sunt coerente între ele - au o diferență de fază constantă - atunci se formează un model de interferență în planul grinzilor care se suprapun, care este înregistrat de fotosensorii digitali sau de suporturi fotosensibile.
Tendințe mondiale
Folosind holografia digitală, puteți crea vizualizare reală tridimensională a obiectelor și scenelor. Aceasta nu necesită ochelari speciali pentru observarea scenelor sau poziționarea specială a observatorului. Pe acest principiu, acum sunt dezvoltate activ display-urile 3D, care permit vizualizarea imaginilor de înaltă calitate. După cum științii sunt siguri, momentul se apropie de momentul în care imaginile color de la holograme vor fi similare în calitate de culoare cu fotografiile, reproducând în același timp o imagine tridimensională a unui obiect.
Video promotional:
Unul dintre progresele actuale este comunicarea 5G folosind principii holografice pentru a crea o imagine a interlocutorului. Experții cred că peste câțiva ani această tehnologie va putea deveni un serviciu comercial.
O direcție extrem de promițătoare este imprimarea 3D folosind holograme. Imaginea holografică a piesei este împărțită pe secțiuni în proiecții și apoi, sub controlul programului, se realizează o imprimare rapidă strat cu strat a fiecărei proiecții.
Domeniile holografiei digitale utilizate în cercetarea științifică și aplicată se dezvoltă activ: microscopie holografică (vizualizarea micro- și nano-obiectelor) și interferometrie holografică (înregistrare dinamică a modificărilor parametrilor obiectului - temperatură, formă, indice de refracție).
În plus, holografia digitală este deja utilizată pe scară largă în imagini medicale și biologice, în sistemele de codificare, transmitere și stocare a datelor și, de asemenea, face posibilă creșterea securității produselor, a bancnotelor și a cardurilor bancare.
Realizări rusești
Astăzi, cercetarea în domeniul holografiei - atât analogice cât și digitale - este realizată de o serie de universități și companii ale căror laboratoare au obținut rezultate semnificative.
De exemplu, NRNU MEPhI a implementat un sistem de înregistrare dinamică, transmisie și demonstrare optică în timp real a hologramelor cu o rezoluție de cel puțin 2 milioane de pixeli. Vă permite să reproduceți la distanță scene și obiecte înregistrate atât în intervalele optice cât și în infraroșu - care pot fi utilizate, de exemplu, pentru a înregistra informații în medii agresive.
Astăzi, pentru transmisia video holografică, este necesar un canal cu o lățime de bandă de cel puțin unități de gigabits pe secundă; prin urmare, tehnologiile pentru convertirea și comprimarea hologramelor digitale sunt de o importanță deosebită. MEPH NRNU lucrează activ în această direcție. În mai 2019, revista Scientific Reports a prezentat o metodă de comprimare a informațiilor olografice de sute de ori, dezvoltată în cadrul grantului nr. 18-79-00277 al Fundației Rusești pentru Știință.
Un alt domeniu important este îmbunătățirea calității afișării optice a scenelor 3D din holograme înregistrate. Institutul de Tehnologii cu Laser și Plasma (LaPlaz), NRNU MEPhI, dezvoltă metode pentru îmbunătățirea afișării computerizate și a afișării optice reale a hologramelor folosind modulatoare cu cristale lichide multi-gradare și modulatoare binar de mare viteză micromiror. În 2019, oamenii de știință de la NRNU MEPhI au publicat un studiu la scară largă a metodelor de binarizare pentru afișarea obiectelor 3D la cea mai bună calitate în jurnalul OpticsandLasersinEngineering. După cum au explicat oamenii de știință, această dezvoltare ar putea fi utilă în crearea de afișaje 3D de mare viteză.
Holografia este aplicabilă nu numai pentru stocare, ci și pentru protejarea informațiilor. Oamenii de știință de la NRNU MEPh creează în prezent sisteme de codare a datelor folosind o imagine înregistrată pe o hologramă ca cheie de codare. În cadrul grantului nr. 19-19-00498 al Fundației Rusești pentru Știință, se lucrează la crearea unui sistem de codificare bazat pe modulatoare de lumină de mare viteză cu micromiror. Un astfel de sistem este capabil să codifice informații la o lățime de bandă de gigabits pe secundă.
Un domeniu de cercetare la fel de important este recunoașterea obiectelor. Astăzi, așa cum au explicat specialiștii NRNU MEPhI, dispozitivele de recunoaștere folosesc, de obicei, doar caracteristici spațiale. Într-un articol publicat recent în revista Optics Communications, a fost propusă o metodă pentru recunoașterea atât a formei, cât și a caracteristicilor spectrale, aplicabilă, de exemplu, în dispozitivele de orientare în spațiu sau pentru identificarea speciilor biologice.
