這篇文章不是在說明“全息影像”!
注意:全息影像技術(Holographic display),並非指由1956年丹尼斯·加博爾發明的全息攝影(holography)或稱全像攝影。而是一種在三維空間中投射三維立體影像(影像為物理上的“立體”而非單純視覺上的“立體”)的次世代顯示技術。鑒於國內對於全息影像技術的公開學術研究較少,本百科頁面的部分內容可能會解釋錯誤的定義並讓讀者誤解。其中內容有可能是在說明全息攝影(holography)而非全息影像技術,請仔細查看並甄別。
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全息攝影(holography)
由丹尼斯·加博爾發明的攝影方法,這種攝影方式列印出來的照片可以從多個角度觀看,但是有角度局限性。很多防偽標識都是使用全息攝影列印出來的圖像製作的。
全息投影(front-projected holographic display)寬泛的來說也可以算作是全息影像的一種,但是所謂的全息畫面只是投射在一塊透明的“全息板”上面。因此所謂的全息圖像也不過是一個平面而非立體圖像。這是目前最廣泛使用的全息技術。
全息影像(Holographic display)
尚在研究,多在科幻作品中出現的全息影像技術。製作一種物理上的純三維影像,觀看者可以從不同的角度不受限制的觀察甚至,進入影像內部。
概念
記錄著干涉條紋的底片經過顯影、定影等處理程式後,便成為一張全息圖,或稱
全息照片;其第二步是利用衍射原理再現物體光波信息,這是成象過程:全息圖猶如一個複雜的光柵,在相干雷射照射下,一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個象,即原始象(又稱初始象)和共軛象。再現的圖像立體感強,具有真實的視覺效應。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息,故原則上它的每一部分都能再現原物的整個圖像,通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像,而且能互不干擾地分別顯示出來。
原理
全息原理是“一個系統原則上可以由它的邊界上的一些自由度完全描述”,是基於黑洞的量子性質提出的一個新的基本原理。其實這個基本原理是聯繫量子元和量子位結合的量子論的。其數學證明是,時空有多少維,就有多少量子元;有多少量子元,就有多少量子位。它們一起組成類似矩陣的時空有限集,即它們的排列組合集。全息不全,是說選排列數,選空集與選全排列,有對偶性。即一定維數時空的全息性完全等價於少一個量子位的排列數全息性;這類似“量子避錯編碼原理”,從根本上解決了量子計算中的編碼錯誤造成的系統計算誤差問題。而時空的量子計算,類似生物DNA的雙螺旋結構的雙共軛編碼,它是把實與虛、正與負雙共軛編碼組織在一起的量子計算機。這可叫做“生物時空學”,這其中的“熵”,也類似“巨觀的熵”,不但指混亂程度,也指一個範圍。時間指不指一個範圍?從“源於生活”來說,應該指。因此,所有的位置和時間都是範圍。位置“熵”為面積“熵”,時間“熵”為熱力學箭頭“熵”。其次,類似N數量子元和N數量子位的二元排列,與N數行和N數列的行列式或矩陣類似的二元排列,其中有一個不相同,是行列式或矩陣比N數量子元和N數量子位的二元排列少了一個量子位,這是否類似全息原理,N數量子元和N數量子位的二元排列是一個可積系統,它的任何動力學都可以用低一個量子位類似N數行和N數列的行列式或矩陣的場論來描述呢?數學上也許是可以證明或探究的。
1、反德西特空間,即為點、線、面內空間,是可積的。因為點、線、面內空間與點、線、面外空間交接處趨於“超零”或“零點能”零,到這裡是一個可積系統,它的任何動力學都可以有一個低一維的場論來實現。也就是說,由於反德西特空間的對稱性,點、線、面內空間場論中的對稱性,要大於原來點、線、面外空間的洛侖茲對稱性,這個比較大一些的對稱群叫做共形對稱群。當然這能通過改變反德西特空間內部的幾何來消除這個對稱性,從而使得等價的場論沒有共形對稱性,這可叫新共形共形。如果把馬德西納空間看作“點外空間”,一般“點外空間”或“點內空間”也可看作類似球體空間。反德西特空間,即“點內空間”是場論中的一種特殊的極限。“點內空間”的經典引力與量子漲落效應,其弦論的計算很複雜,計算只能在一個極限下作出。例如上面類似反德西特空間的宇宙質量軌道圓的暴漲速率,是光速的8.88倍,就是在一個極限下作出的。在這類極限下,“點內空間”過渡到一個新的時空,或叫做pp波背景。可精確地計算宇宙弦的多個態的譜,反映到對偶的場論中,我們可獲得物質族質量譜計算中一些運算元的反常標度指數。
2、這個技巧是,弦並不是由有限個球量子微單元組成的。要得到通常意義下的弦,必須取環量子弦論極限,在這個極限下,長度不趨於零,每條由線旋耦合成環量子的弦可分到微單元10的-33次方厘米,而使微單元的數目不是趨於無限大,從而使得弦本身對應的物理量如能量動量是有限的。在場論的運算元構造中,如果要得到pp波背景下的弦態,我們恰好需要取這個極限。這樣,微單元模型是一個普適的構造,也清楚了。在pp波這個特殊的背景之下,對應的場論描述也是一個可積系統。
優勢
1、 再造出來的立體影像有利於保存珍貴的藝術品資料進行收藏。
2、 拍攝時每一點都記錄在全息片的任何一點上,一旦照片損壞也關係不大。
3、 全息照片的景物立體感強,形象逼真,藉助雷射器可以在各種展覽會上進行展示,會得到非常好的效果。
套用
全息學的原理適用於各種形式的波動,如X射線、微波、聲波、電子波等。只要這些波動在形成干涉花樣時具有足夠的相干性即可。光學全息術可望在立體電影、電視、展覽、顯微術、干涉度量學、投影光刻、軍事偵察監視、水下探測、金屬內部探測、保存珍貴的歷史文物、藝術品、信息存儲、遙感,研究和記錄物理狀態變化極快的瞬時現象、瞬時過程(如爆炸和燃燒)等各個方面獲得廣泛套用。
全息攝影技術
在生活中,也常常能看到全息攝影技術的運用。比如,在一些信用卡和紙幣上,就有運用了俄國物理學家尤里·丹尼蘇克在20世紀60年代發明的全彩全息圖像技術製作出的聚酯軟膠片上的“彩虹”全息圖像。但這些全息圖像更多只是作為一種複雜的印刷技術來實現防偽目的,它們的感光度低,色彩也不夠逼真,遠不到亂真的境界。研究人員還試著使用重鉻酸鹽膠作為感光乳劑,用來製作全息識別設備。在一些戰鬥機上配備有此種設備,它們可以使駕駛員將注意力集中在敵人身上。把一些珍貴的文物用這項技術拍攝下來,展出時可以真實地立體再現文物,供參觀者欣賞,而原物妥善保存,防失竊,大型全息圖既可展示轎車、衛星以及各種三維廣告,亦可採用脈衝全息術再現人物肖像、結婚紀念照。小型全息圖可以戴在頸項上形成美麗裝飾,它可再現人們喜愛的動物,多彩的花朵與蝴蝶。迅猛發展的模壓彩虹全息圖,既可成為生動的卡通片、賀卡、立體郵票,也可以作為防偽標識出現在商標、證件卡、銀行信用卡,甚至鈔票上。裝飾在書籍中的全息立體照片,以及禮品包裝上閃耀的全息彩虹,使人們體會到21世紀印刷技術與包裝技術的新飛躍。模壓全息標識,由於它的三維層次感,並隨觀察角度而變化的彩虹效應,以及千變萬化的防偽標記,再加上與其他高科技防偽手段的緊密結合,把新世紀的防偽技術推向了新的輝煌頂點。
除光學全息外,還發展了紅外、微波和超聲全息技術,這些全息技術在軍事偵察和監視上有重要意義。我們知道,一般的雷達只能探測到目標方位、距離等,而全息照相則能給出目標的立體形象,這對於及時識別飛機、艦艇等有很大作用。因此,備受人們的重視。但是由於可見光在大氣或水中傳播時衰減很快,在不良的氣候下甚至於無法進行工作。為克服這個困難發展出紅外、微波及超聲全息技術,即用相干的紅外光、微波及超音波拍攝全息照片,然後用可見光再現物象,這種全息技術與普通全息技術的原理相同。技術的關鍵是尋找靈敏記錄的介質及合適的再現方法。
超聲全息照相
超聲全息照相能再現潛伏於水下物體的三維圖樣,因此可用來進行水下偵察和監視。由於對可見光不透明的物體,往往對超音波透明,因此超聲全息可用於水下的軍事行動,也可用於醫療透視以及工業無損檢測測等。
全息圖
除用光波產生全息圖外,已發展到可用計算機產生全息圖。全息圖用途很廣,可作成各種薄膜型光學元件,如各種透鏡、光柵、濾波器等,可在空間重疊,十分緊湊、輕巧,適合於宇宙飛行使用。使用全息圖貯存資料,具有容量大、易提取、抗污損等優點。
全息照相的方法從光學領域推廣到其他領域。如微波全息、聲全息等得到很大發展,成功地套用在工業醫療等方面。地震波、電子波、X射線等方面的全息也正在深入研究中。全息圖有極其廣泛的套用。如用於研究火箭飛行的衝擊波、飛機機翼蜂窩結構的無損檢驗等。現在不僅有雷射全息,而且研究成功白光全息、彩虹全息,以及全景彩虹全息,使人們能看到景物的各個側面。全息三維立體顯示正在向全息彩色立體電視和電影的方向發展。
全息技術不僅在實際生活中正得到廣泛套用,而且在上世紀興起並快速發展的科幻文學中也有大量描寫和套用,有興趣的話可去看看。 可見全息技術在未來的發展前景將是十分光明的。
最近,在民用方面,日本的虛擬偶像初音未來的演唱會(ミクの日感謝祭 39’s Giving Day)就是用全息投影技術,結合全息投影膜把虛擬的初音未來,實體化。