全息遙感技術

全息遙感技術是利用干涉和衍射原理記錄並再現物體光波波前的一種技術。 全息遙感技術是全息學的一個典型的套用。 因為全息照相底片上記錄的是又細又密的干涉條紋，所以需要高解析度的感光材料。

全息遙感技術簡介
亦稱：“全息遙感”。一種利用光波的干涉記錄被攝物體輻射（或透射）光波中信息（振幅、相位）的照相技術。全息遙感是通過一束參考光和被攝物體上反射的光疊加在感光片上產生干涉條紋而成。全息遙感不僅記錄被攝物體（地物）反射光波的振幅（強度），而且還記錄反射光波的相對相位。為了滿足產生光的干涉條件，通常要用相干性好的雷射作光源 ，而且光和照射物體的光是從同一束雷射分離出來的。感光片顯影后成為全息圖。全息圖並不直接顯示物體的圖像。用一束雷射或單色光在接近參考光的方向入射，可以在適當的角度上觀察到原物的像。這是因為雷射束在全息圖的干涉條紋上衍射而重現原物的光波。再現的圖像具有三維立體感。在攝製全息圖時感光片上每一點都接收到整個物體反射的光，因此，全息圖的一小部分就可再現整個物體。用感光乳膠厚度等於幾個光波波長的感光片，可在乳膠內形成干涉層，製成的全息圖可用白光再現。如果用紅、綠和藍三種顏色的雷射分別對同一物體用厚乳膠感光片上攝製影像影像，經適當的顯影處理後，可得到能在白光（太陽光或燈光）下觀察的有立體感和豐富色彩的彩色全息圖。全息遙感在信號記錄、形變計量、計算機存儲、生物學和醫學研究、軍事技術等領域得到廣泛的套用。全息攝影是指一種記錄被攝物體反射波的振幅和位相等全部信息的新型攝影技術。普通攝影是記錄物體面上的光強分布，它不能記錄物體反射光的位相信息，因而失去了立體感。全息攝影採用雷射作為照明光源，並將光源發出的光分為兩束，一束直接射向感光片，另一束經被攝物的反射後再射向感光片。兩束光在感光片上疊加產生干涉，感光底片上各點的感光程度不僅隨強度也隨兩束光的位相關係而不同。所以全息攝影不僅記錄了物體上的反光強度，也記錄了位相信息。人眼直接去看這種感光的底片，只能看到像指紋一樣的干涉條紋，但如果用雷射去照射它，人眼透過底片就能看到原來被拍攝物體完全相同的三維立體像。一張全息攝影圖片即使只剩下一小部分，依然可以重現全部景物。
原理
全息遙感技術是利用干涉和衍射原理記錄並再現物體光波波前的一種技術。其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過程：被攝物體在雷射輻照下形成漫射式的物光束；另一部分雷射作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產生干涉，把物體光波上各點的位相和振幅轉換成在空間上變化的強度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。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（圖B），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。
全息影像可分為振幅型（又叫吸收型）和位相型兩大類，它們按照與被記錄時的曝光量相對應的方式分別改變照明光波的振幅或位相。如果根據干涉條紋的間距和感光膜層厚度的相對大小來劃分，則有薄型（二維型或平面型）和厚型（三維型或體積型）兩類全息照片。在厚型全息照片中，按拍攝時物光束與參考光束是否在感光膜的同側入射，分為透射型全息照片和反射型全息照片。如按記錄全息圖時光路布局的不同分類，有同軸型全息圖和離軸型全息圖。
發展來源
一個世紀以前，當電報的發明人塞繆爾・摩爾斯第一次見到使用銀版照相術拍攝下來的照片時，曾驚訝地認為，如此逼真的圖像決不應當被稱作大自然的複製品，它們就是自然本身的一部分。在如今見多識廣的人們眼中，摩爾斯的反應未免有些大驚小怪。在這個數位相機能充分展現其魅力的時代中，沒人會像當初聖彼得堡中初見照片的人們那樣，害怕照片中的人會對自己眨眼睛，看出自己的想法。但是，當南巴黎大學的化學物理學家和膠片感光專家傑奎琳・貝洛妮(Jacqueline Belloni)在一次學術會議上將伊夫・根特製作的一幅蝴蝶的全息照片展示給大家時，一位恰巧同時也是蝴蝶標本收集愛好者的物理學家卻非常費解地問她，到底為什麼要在作學術報告時候展示這種鱗翅類昆蟲的標本盒子。那位物理學家無論如何都不肯相信這只不過是一幅全息照片。
80年代初，法國全息攝影展在世界各地展覽，人們欣賞到了神奇莫測的全息攝影。牆頭上，看來明明伸出了一隻水龍頭，舉手前去擰一下，結果是抓了個空；一隻鏡框，裡面沒有什麼圖像，可是當一束光射過來，框裡就出現一位美麗的姑娘，她緩慢地摘下眼鏡，正向人微笑致意；一隻玻璃罩，裡面空無一物，可是，在光的照射下，罩里馬上現出維納斯像；在鏡框上，玻璃罩內，圖像還在不斷地變換。
全息遙感技術是全息學的一個典型的套用。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。
全息遙感數據的拍攝要求
為了拍出一張滿意的全息照片，拍攝系統必須具備以下要求：?
(1) 光源必須是相干光源?
通過前面分析知道，全息照相是根據光的干涉原理，所以要求光源必須具有很好的相干性。雷射的出現，為全息照相提供了一個理想的光源。這是因為雷射具有很好的空間相干性和時間相干性，實驗中採用He-Ne雷射器，用其拍攝較小的漫散物體，可獲得良好的全息圖。
(2) 全息照相系統要具有穩定性?
由於全息底片上記錄的是干涉條紋，而且是又細又密的干涉條紋，所以在照相過程中極小的干擾都會引起干涉條紋的模糊，甚至使干涉條紋無法記錄。比如，拍攝過程中若底片位移一個微米，則條紋就分辨不清，為此，要求全息實驗台是防震的。全息台上的所有光學器件都用磁性材料牢固地吸在工作檯面鋼板上。另外，氣流通過光路，聲波干擾以及溫度變化都會引起周圍空氣密度的變化。因此，在曝光時應該禁止大聲喧譁，不能隨意走動，保證整個實驗室絕對安靜。我們的經驗是，各組都調好光路後，同學們離開實驗台，穩定一分鐘後，再在同一時間內曝光，得到較好的效果。?
(3) 物光與參考光應滿足?
物光和參考光的光程差應儘量小，兩束光的光程相等最好，最多不能超過2cm，調光路時用細繩量好；兩速光之間的夾角要在30°～60°之間，最好在45°左右，因為夾角小，干涉條紋就稀，這樣對系統的穩定性和感光材料解析度的要求較低；兩束光的光強比要適當，一般要求在1∶1～1∶10之間都可以，光強比用矽光電池測出。
(4) 使用高解析度的全息底片?
因為全息照相底片上記錄的是又細又密的干涉條紋，所以需要高解析度的感光材料。普通照相用的感光底片由於銀化物的顆粒較粗，每毫米只能記錄50～100個條紋，天津感光膠片廠生產的I型全息乾板，其解析度可達每毫米3?000條，能滿足全息照相的要求。
全息遙感技術的套用
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。
普通的攝像是二維平面採樣，而全息遙感攝像則是多角度攝像，並且將這些照片疊加。為了實現立體“疊加”，需要利用光的干涉原理，用單一的光線（常用投影機）進行照射，使物體反射的光分裂（分光技術）成多束相干光，將這些相干光疊加就能實現立體影像。全息攝像需要比普通攝像處理100倍以上的信息量，對拍攝以及處理和傳輸平台都提出了很高的要求。因此最早的全息技術僅用於處理靜態的照片，而現在隨著技術的發展，計算機運算速度的不斷提升，處理和傳輸動態全息影像已經得以實現。 目前全息影像技術的套用領域主要在軍事、地理、科學研究、媒介等領域，隨著技術的成熟，今後實現民用化，那么我們在科幻片中見到的真人面對面的可視通話將會成為現實。
特點和優勢
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。
全息照相術的先驅――Emmett Leith教授
2005年12月23日，Emmett Leith教授這位偉大的科學巨匠，全息照相術的先驅因中
風不幸在美國Michigan州去世，終年78歲。
Leith 出生於底特律，就讀於底特律維恩州立大
學，當時只獲得學士和碩士學位。 畢業後在Michigan州科技研究所從事軍用旁視綜合孔徑雷達的研究工作- 大家知道，旁視雷達是採用小型天線在飛行的不同位置收集目標的振幅和相位信號，然后綜合出高解析度的遙感圖像，是一直到今天還在使用的所謂成像雷達。 年青的Leieh對它的發展作出了重要的貢獻-，這也是他在幾年後發明離軸全息術的出發點。
1979年，Leith因為對全息攝影技術的卓越貢獻被美國總統授予美國國家科學獎
章， 這是除了諾貝爾獎之外在美國的最高的榮譽獎。