全息影像技術(shù)

　　1、技術(shù)原理

　　由于人類的雙眼是橫向觀察物體的，且觀察角度略有差異，圖像經(jīng)視并排，兩眼之間有6厘米左右的間隔，神經(jīng)中樞的融合反射及視覺(jué)心理反應(yīng)便產(chǎn)生了三維立體感。根據(jù)這個(gè)原理，可以將3D顯示技術(shù)分為兩種：一種是利用人眼的視差特性產(chǎn)生立體感；另一種則是在空間顯示真實(shí)的3D立體影像，如基于全息影像技術(shù)的立體成像。

　　全息攝影采用激光作為照明光源，并將光源發(fā)出的光分為兩束，一束直接射向感光片，另一束經(jīng)被攝物的反射后再射向感光片。兩束光在感光片上疊加產(chǎn)生干涉，感光底片上各點(diǎn)的感光程度不僅隨強(qiáng)度也隨兩束光的位相關(guān)系而不同。所以全息攝影不僅記錄了物體上的反光強(qiáng)度，也記錄了位相信息。

　　首先通過(guò) CCD 等器件接收參考光和物光的干涉條紋場(chǎng)，由圖像采集卡將其傳入電腦記錄數(shù)字全息圖；然后利用菲涅爾衍射原理在電腦中模擬光學(xué)衍射過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全息圖的數(shù)字再現(xiàn)；最后利用數(shù)字圖像基本原理再現(xiàn)的全息圖進(jìn)行進(jìn)一步處理，去除數(shù)字干擾，得到清晰的全息圖像。

　　其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過(guò)程：

　　被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點(diǎn)的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強(qiáng)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(lái)。記錄著干涉條紋的底片經(jīng)過(guò)顯影、定影等處理程序后，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(xiàn)物體光波信息，這是成象過(guò)程：全息圖猶如一個(gè)復(fù)雜的光柵，在相干激光照射下，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(gè)象，即原始象（又稱初始象）和共軛象。再現(xiàn)的圖像立體感強(qiáng)，具有真實(shí)的視覺(jué)效應(yīng)。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點(diǎn)的光信息，故原則上它的每一部分都能再現(xiàn)原物的整個(gè)圖像，通過(guò)多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個(gè)不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來(lái)。

　　2、組成種類

　　透射式

　　透射式全息顯示圖像屬于一種最基本的全息顯示圖像。記錄時(shí)利用相干光照射物體，物體表面的反射光和散射光到達(dá)記錄干板后形成物光波；同時(shí)引入另一束參考光波（平面光波或球面光波）照射記錄干板。對(duì)記錄干板曝光后便可獲得干涉圖形，即全息顯示圖像。再現(xiàn)時(shí)，利用與參考光波相同的光波照射記錄干板，人眼在透射光中觀看全息板，便可在板后原物處觀看到與原物完全相同的再現(xiàn)像，此時(shí)該像屬于虛像。假如利用與參考光波的共軛光波相同的光波照射記錄干板，即從記錄干板右方射向記錄干板而會(huì)聚一點(diǎn)的球面光波，則經(jīng)記錄干板衍射后會(huì)聚而形成原物的實(shí)像。

　　透射式全息顯示圖像清晰逼真，景深較大（僅受光波相干長(zhǎng)度的限制），觀看效果頗佳。但為確保光的相干性，需用激光記錄與再現(xiàn)。采用激光也會(huì)帶來(lái)其特有的散斑效應(yīng)的弊病，即再現(xiàn)像面上附有微小而隨機(jī)分布的顆粒狀結(jié)構(gòu)。

　　反射式

　　為克服透射式全息顯示圖像無(wú)法利用普通白光（非相干光）再現(xiàn)的缺陷，人們又發(fā)展了反射式全息顯示圖像。將物體置于全息板的右側(cè)，相干點(diǎn)光源從左方照射全息板。將直接照射至全息板平面上的光作為參考光；而將透過(guò)全息板（未經(jīng)處理過(guò)的全息板是透明的）的光射向物體，再由物體反射回全息板的光作為物光，兩束光干涉后便形成全息顯示圖像。由于記錄時(shí)物光與參考光分別從全息板兩側(cè)入射，故全息板上的干涉條紋層大致與全息板平面平行。再現(xiàn)時(shí)，利用光源從左方照射全息板，全息板中的各條紋層宛如鏡面一樣對(duì)再現(xiàn)光產(chǎn)生出反射，在反射光中觀看全息板便可在原物處觀看到再現(xiàn)的圖像。

　　制作反射式全息顯示圖像時(shí)，通常采用較普通透射式全息顯示圖像更厚的記錄介質(zhì)（厚約15μm的感光乳膠層）。因干涉條紋層基本上與全息板平面平行，介質(zhì)層內(nèi)形成多層干涉條紋層，即反射層，故全息板的衍射相當(dāng)于三維光柵的衍射，必須滿足布拉格（Bragg）衍射條件，即僅有某些具有特定波長(zhǎng)及角度的光才能形成極大的衍射角。由于具有這種選擇性，反射式全息顯示圖象便可用普通白光擴(kuò)展光源再現(xiàn)。這是其一大優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)亦消除了激光的散斑效應(yīng)。近年來(lái)，該類全息顯示圖像已廣泛應(yīng)用于小型裝飾物的三維顯示，并已實(shí)現(xiàn)商品化，市面上將其稱為“激光寶石”。反射式全息顯示圖象還可用作壁掛式顯示，但制作屏幕較大的反射式全息顯示圖像技術(shù)難度較大；另一缺陷是其景深不太大，距記錄介質(zhì)平面較遠(yuǎn)處的圖像有點(diǎn)模糊不清。

　　像面式

　　根據(jù)全息學(xué)的理論，對(duì)于普通透射式全息顯示圖像而言，當(dāng)再現(xiàn)光波長(zhǎng)與記錄時(shí)的光波長(zhǎng)不同，或再現(xiàn)光源為非理想點(diǎn)光源而有一定的空間擴(kuò)展時(shí)，再現(xiàn)像點(diǎn)將會(huì)發(fā)生彌散而變得模糊，由上述兩種因素造成的像點(diǎn)模糊量皆與象點(diǎn)和全息板的距離成正比。因此，假如記錄時(shí)讓物點(diǎn)落在全息板上或很靠近于全息板，則用普通白光擴(kuò)展光源再現(xiàn)時(shí)，像點(diǎn)的模糊量仍小至可接受的程度。因?qū)嶋H物體難以直接“嵌入”全息板，故人們采用將物體通過(guò)透鏡成像于全息板的附近，同時(shí)引入?yún)⒖脊獠ㄅc其干涉的辦法來(lái)記錄全息顯示圖像，這樣記錄的全息顯示圖像稱為像面全息顯示圖像，它可用普通白光擴(kuò)展光源再現(xiàn)。顯然，這種全息顯示圖像的景深也是有限的，距全息板平面愈遠(yuǎn)的像點(diǎn)愈模糊不清。

　　彩虹式

　　20世紀(jì)70年代末，一種新型全息顯示圖像即彩虹式全息顯示圖像（Rainbow Hologram）問(wèn)世，它可采用白光再現(xiàn)，圖像清晰明亮，尤其適用于立體三維顯示，倍受人們的重視。彩虹式全息顯示圖像是采用激光記錄全息顯示圖像，用白光照射再現(xiàn)單色圖像的一種全息顯示技術(shù)。其基本特點(diǎn)是在記錄系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)奈恢眉尤胍粋€(gè)狹縫，其作用是限制再現(xiàn)光波，以降低圖像的色模糊，從而實(shí)現(xiàn)白光再現(xiàn)單色圖像。有人曾系統(tǒng)地分析過(guò)彩虹式全息顯示圖像的成像過(guò)程。其基本記錄方式以一步法為例，物體通過(guò)透鏡成像于全息板附近，同時(shí)光路中設(shè)置一個(gè)狹縫來(lái)限制成像光的孔徑。利用白光點(diǎn)光源以共軛方式照射全息板，便會(huì)同時(shí)再現(xiàn)物像與縫隙的實(shí)像。由于全息顯示圖像的基本作用相當(dāng)于光柵，在白光照射下具有色散的作用，故不同顏色的狹縫像分布于不同的方位。當(dāng)人眼從縫隙像左方觀看全息板時(shí)，通過(guò)不同顏色的縫隙像便可觀看到該種顏色的物像。當(dāng)人眼上下移動(dòng)時(shí)，物象會(huì)產(chǎn)生出宛如彩虹一樣的顏色變化，這也是此種全息顯示圖像名稱的由來(lái)。

　　彩虹式全息顯示圖像技術(shù)的問(wèn)世給全息顯示注入了新的活力，眾多研究者對(duì)其進(jìn)行了不斷的改進(jìn)與發(fā)展，并在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。如將記錄時(shí)的單縫變?yōu)槎嗫p，可使同一角度觀看的再現(xiàn)像具有與實(shí)物一樣的彩色，或?qū)诎讏D像進(jìn)行假彩色編碼。因人們對(duì)色彩的分辨能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)灰度級(jí)的分辨能力，此種假彩色化法可極大提高對(duì)圖像的判讀能力。近年來(lái)還提出并實(shí)現(xiàn)了新型的雙孔徑彩虹式全息顯示圖像和大角度環(huán)形孔徑彩虹式全息顯示圖像。前一種可在普通白光擴(kuò)展光源下，將再現(xiàn)象的分辨率大大提高，并能由一體視對(duì)平面圖像合成無(wú)需配戴眼鏡觀看的立體三維圖像。后一種則將單縫孔徑變?yōu)榇笾睆降沫h(huán)形孔徑，從而可實(shí)現(xiàn)360°環(huán)視的再現(xiàn)像，即在白光照射下，可繞全息板轉(zhuǎn)一周以觀看物體所有側(cè)面的再現(xiàn)像。

　　合成式

　　合成式全息顯示圖像是指將一系列由普通拍攝物體的二維底片借助全息方法記錄在一塊全息軟片（或干板）上，再現(xiàn)時(shí)實(shí)現(xiàn)原物體的準(zhǔn)立體三維顯示的一種技術(shù)。實(shí)現(xiàn)再現(xiàn)物體360°環(huán)視像的另一種有效方法便是合成式全息顯示圖像。它可制成圓筒式，亦可制成平面式。這里以旋轉(zhuǎn)物體為例說(shuō)明合成式全息顯示圖像的制作技術(shù)。顯然，假若將物體變?yōu)閷?shí)際場(chǎng)景，則可制作立體電視；假若將轉(zhuǎn)動(dòng)物體變?yōu)橐幌盗羞B續(xù)變化的二維圖片，則可制成活動(dòng)的動(dòng)畫。

　　這種合成式全息顯示圖像實(shí)際上是彩虹式全息顯示圖像與合成技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。利用這種方法在平面全息板上再現(xiàn)環(huán)視或立體活動(dòng)圖像，是極其誘人的。其缺陷是記錄過(guò)程較為復(fù)雜，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與普及，這一缺陷已不再成為嚴(yán)重的問(wèn)題。近年來(lái)，研制出一套由計(jì)算機(jī)控制的合成式全息顯示圖像自動(dòng)記錄系統(tǒng)，并成功地由它制出像質(zhì)頗佳的360°環(huán)視合成式全息顯示圖像。

　　在合成式全息顯示技術(shù)中，有一種可顯示被拍攝物體動(dòng)態(tài)過(guò)程的角度多路合成式全息顯示技術(shù)，它是一種電影拍攝與全息拍攝完美結(jié)合的技術(shù)。它使用電影攝影機(jī)進(jìn)行第一步記錄，再在激光照射下用“全自動(dòng)合成全息拍攝系統(tǒng)”將記錄的二維電影片制成全息顯示圖像，它是一種實(shí)現(xiàn)了白光記錄和白光再現(xiàn)被記錄物動(dòng)態(tài)過(guò)程的高層次全息顯示技術(shù)?？v向多路合成的全息顯示圖像，由于采用了不同角度的視像進(jìn)行合成，故稱為角度多路合成式全息顯示圖像。它是一項(xiàng)集電影特技攝影、激光全息、光機(jī)電一體化、微機(jī)控制及納米感光材料等高新技術(shù)于一體的最新技術(shù)。還有另一類縱向多路合成的全息顯示圖像，它是由對(duì)客體不同深度的一系列平面層拍攝的底片合成的。如醫(yī)學(xué)中用X射線斷層攝影（CT）或超聲波斷層攝影，可得到垂直于人體軸線方向的一系列平面圖片。利用全息顯示技術(shù)將其按原順序、原間隔制成合成式全息顯示圖象，再現(xiàn)時(shí)則可觀看到一系列縱向平行排列的透明平面圖像。當(dāng)這些像的縱向間隔小到一定程度時(shí)，觀看者便如同觀看原物的透明立體三維圖像一樣。縱向多路合成的全息圖像亦可利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行制作。

　　角度多路合成式全息顯示技術(shù)具有發(fā)展前景的潛力。它可將計(jì)算機(jī)圖像信息處理、光學(xué)圖像信息處理、納米感光化學(xué)信息處理、影視技術(shù)多年來(lái)積累的視覺(jué)心理學(xué)及生理學(xué)深度感等方面的經(jīng)驗(yàn)融合一體，對(duì)采集的圖像信息進(jìn)行處理，從而獲得優(yōu)質(zhì)的三維空間立體影像。觀看這種角度多路合成式全息顯示立體影象時(shí)，無(wú)需配戴眼鏡等附加裝置。它是目前記錄并顯示伴有活動(dòng)圖象的三維立體影像的最佳方法。隨著液晶顯示技術(shù)及納米級(jí)實(shí)時(shí)記錄介質(zhì)材料的研制開(kāi)發(fā)，角度多路合成式全息顯示技術(shù)將會(huì)發(fā)展成為新一代具有可持續(xù)發(fā)展的科研項(xiàng)目及值得巨大投入的研究課題。

　　模壓式

　　上述各種全息顯示圖像的共同缺陷是復(fù)制較為煩瑣，通常需采用激光源及光學(xué)器件，而且每復(fù)制一次皆需曝光、顯影和定影等過(guò)程。為解決這一問(wèn)題，20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)出一種可象印書(shū)一樣大批量快速?gòu)?fù)制的模壓式全息顯示圖像。其制作工藝過(guò)程可分為如下三步：

　　記錄原版全息顯示圖像，這種全息顯示圖像的記錄過(guò)程類似于彩虹式全息顯示圖像，但它屬于浮雕型，即與光強(qiáng)分布相應(yīng)的干涉條紋已轉(zhuǎn)變?yōu)榘纪剐蜏喜蹱罘植迹?/p>

　　制作金屬壓模，即由原版全息顯示圖像經(jīng)電鍍和鑄模等工序轉(zhuǎn)為金屬模板；

　　壓印復(fù)制，通常是在透明塑料片上利用金屬模板進(jìn)行熱壓以得到復(fù)制的全息顯示圖像。這種模壓式全息顯示圖像既可制成透射式，亦可將其表面鍍以高反射率金屬膜，使其變成反射式。模壓復(fù)制技術(shù)涉及到光刻膠母版制作、電鑄及全息模壓技術(shù)，是全息顯示技術(shù)中難度最大的一種技術(shù)，它屬于高層次的全息顯示技術(shù)。

　　模壓式全息顯示圖像的最大優(yōu)點(diǎn)是可大批量生產(chǎn)。一個(gè)優(yōu)質(zhì)的模板可連續(xù)壓印一百萬(wàn)次以上，故全息顯示圖像的成本大為降低。這種全息顯示圖像的制作現(xiàn)已成為一個(gè)頗具規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于防偽商標(biāo)、各種證卡及藝術(shù)性顯示等。常見(jiàn)的各種防偽標(biāo)志便是一種反射式模壓彩虹全息顯示圖像，從不同的角度觀看時(shí)，其色彩會(huì)發(fā)生一些變化。擬將合成式全息顯示技術(shù)與模壓技術(shù)有機(jī)結(jié)合一起，制成一種可360°環(huán)視或動(dòng)畫式模壓全息顯示圖像。

　　運(yùn)算式

　　最后簡(jiǎn)單介紹一下近年來(lái)發(fā)展頗為迅速的計(jì)算機(jī)全息顯示圖像（ComputerGenerated Hologram），簡(jiǎn)稱為CGH。既然全息顯示圖像屬于一種干涉圖樣，假如能利用計(jì)算機(jī)直接產(chǎn)生出這種圖樣，則無(wú)需再采用光學(xué)設(shè)備實(shí)地記錄了。這種方法既可完全節(jié)省光源及要求相當(dāng)精密的光路設(shè)置，又能模擬實(shí)際上并不存在的各種物體，故具有明顯的簡(jiǎn)易性與靈活性。

　　計(jì)算機(jī)全息顯示圖像目前已在圖像處理和干涉計(jì)量等領(lǐng)域內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用。它同樣亦可應(yīng)用于立體三維圖像顯示，僅是成像質(zhì)量仍需作進(jìn)一步的改進(jìn)。值得指出的是將光學(xué)與電子學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合一起，發(fā)揮其各自的優(yōu)勢(shì)，將是實(shí)現(xiàn)立體三維顯示的一種有效途徑。

　　3、主要特點(diǎn)

　　全息技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、全息技術(shù)和電子成像技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。它通過(guò)電子元件記錄全息圖，省略了圖像的后期化學(xué)處理，節(jié)省了大量時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像的實(shí)時(shí)處理。同時(shí)，其可以進(jìn)行通過(guò)電腦對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行定量分析，通過(guò)計(jì)算得到圖像的強(qiáng)度和相位分布，并且模擬多個(gè)全息圖的疊加等操作。

　　全息影像是真正的三維立體影像，用戶不需要佩戴帶立體眼鏡或其他任何的輔助設(shè)備，就可以在不同的角度裸眼觀看影像。其基本機(jī)理是利用光波干涉法同時(shí)記錄物光波的振幅與相位。由于全息再現(xiàn)象光波保留了原有物光波的全部振幅與相位的信息，故再現(xiàn)象與原物有著完全相同的三維特性。

　　與普通的攝影技術(shù)相比，全息攝影技術(shù)記錄了更多的信息，因此容量比普通照片信息量大得多（百倍甚至千倍以上）。全息影像的顯示，則是通過(guò)光源照射在全息圖上，這束光源的頻率和傳輸方向與參考光束完全一樣，就可以再現(xiàn)物體的立體圖像。觀眾從不同角度看，就可以看到物體的多個(gè)側(cè)面，只不過(guò)看得見(jiàn)摸不到，因?yàn)橛涗浀闹皇怯跋瘛?/p>

　　普通的攝像是二維平面采樣，而全息攝像則是多角度攝像，并且將這些照片疊加。為了實(shí)現(xiàn)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(jī)）進(jìn)行照射，使物體反射的光分裂（分光技術(shù)）成多束相干光，將這些相干光疊加就能實(shí)現(xiàn)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(duì)拍攝以及處理和傳輸平臺(tái)都提出了很高的要求。因此最早的全息技術(shù)僅用于處理靜態(tài)的照片，而現(xiàn)在隨著技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的不斷提升，處理和傳輸動(dòng)態(tài)全息影像已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)。

　　1、 再造出來(lái)的立體影像有利于保存珍貴的藝術(shù)品資料進(jìn)行收藏。

　　2、 拍攝時(shí)每一點(diǎn)都記錄在全息片的任何一點(diǎn)上，一旦照片損壞也關(guān)系不大。

　　3、 全息照片的景物立體感強(qiáng)，形象逼真，借助激光器可以在各種展覽會(huì)上進(jìn)行展示，會(huì)得到非常好的效果。

　　4、技術(shù)應(yīng)用

　　全息學(xué)的原理適用于各種形式的波動(dòng)，如X射線、微波、聲波、電子波等。目前最常用的光源是投影機(jī)，因?yàn)橐粊?lái)光源亮度相對(duì)穩(wěn)定，二來(lái)，投影機(jī)還具有放大影像的作用，作為全息展示非常實(shí)用。

　　只要這些波動(dòng)在形成干涉花樣時(shí)具有足夠的相干性即可。光學(xué)全息術(shù)可望在立體電影、電視、展覽、顯微術(shù)、干涉度量學(xué)、投影光刻、軍事偵察監(jiān)視、水下探測(cè)、金屬內(nèi)部探測(cè)、保存珍貴的歷史文物、藝術(shù)品、信息存儲(chǔ)、遙感，研究和記錄物理狀態(tài)變化極快的瞬時(shí)現(xiàn)象、瞬時(shí)過(guò)程（如爆炸和燃燒）等各個(gè)方面獲得廣泛應(yīng)用。

　　日常生活

　　在生活中，也常常能看到全息攝影技術(shù)的運(yùn)用。比如，在一些信用卡和紙幣上，就有運(yùn)用了俄國(guó)物理學(xué)家尤里·丹尼蘇克在20世紀(jì)60年代發(fā)明的全彩全息圖像技術(shù)制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復(fù)雜的印刷技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)防偽目的，它們的感光度低，色彩也不夠逼真，遠(yuǎn)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(lái)制作全息識(shí)別設(shè)備。

　　軍事領(lǐng)域

　　科學(xué)家研發(fā)出了紅外、微波和超聲全息技術(shù)，這些全息技術(shù)在軍事偵察和監(jiān)視上有重要意義。

　　在一些戰(zhàn)斗機(jī)上配備有此種設(shè)備，它們可以使駕駛員將注意力集中在敵人身上。全息照相則能給出目標(biāo)的立體形象，而一般的雷達(dá)只能探測(cè)到目標(biāo)方位、距離等，，這對(duì)于及時(shí)識(shí)別飛機(jī)、艦艇等有很大作用。

　　光學(xué)領(lǐng)域

　　全息攝影不僅記錄了物體上的反光強(qiáng)度，也記錄了位相信息。因此，一張全息攝影圖片即使只剩下一小部分，依然可以重現(xiàn)全部景物。這對(duì)于博物館，圖書(shū)館等保存藏品圖片等，非常方便。在超大屏幕的影院里，戴上特制的眼鏡，以超大立體畫面配合環(huán)繞立體聲音效讓觀眾本身融入影片中，帶來(lái)身臨其境的真實(shí)感。

　　另外，由于全息攝影技術(shù)能夠記錄物體本身的全部信息，存儲(chǔ)容量足夠大，因此，作為存儲(chǔ)的載體，全息存儲(chǔ)技術(shù)也可以應(yīng)用于圖書(shū)館、學(xué)校等機(jī)構(gòu)的文檔資料保存。

　　與傳統(tǒng)的3D顯示技術(shù)相比，全息影像技術(shù)無(wú)需戴專門的偏光眼鏡，不僅給觀眾帶來(lái)了方便，同時(shí)也降低了成本。而且立體顯示方式能夠?qū)⒄蛊芬远嘁暯堑姆绞浇榻B給觀眾，更加直觀。

　　由于可見(jiàn)光在大氣或水中傳播時(shí)衰減很快，在不良的氣候下甚至于無(wú)法進(jìn)行工作。為克服這個(gè)困難發(fā)展出紅外、微波及超聲全息技術(shù)，即用相干的紅外光、微波及超聲波拍攝全息照片，然后用可見(jiàn)光再現(xiàn)物象，這種全息技術(shù)與普通全息技術(shù)的原理相同。技術(shù)的關(guān)鍵是尋找靈敏記錄的介質(zhì)及合適的再現(xiàn)方法。

　　其他領(lǐng)域

　　全息照相的方法從光學(xué)領(lǐng)域推廣到其他領(lǐng)域。如微波全息、聲全息等得到很大發(fā)展，成功地應(yīng)用在工業(yè)醫(yī)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。

　　同時(shí)全息攝影可應(yīng)用于工業(yè)上進(jìn)行無(wú)損探傷，超聲全息，全息顯微鏡，全息攝影存儲(chǔ)器，全息電影和電視等許多方面。

　　全息技術(shù)不僅可制出惟妙惟肖的立體三維圖片美化人們的生活，還可將其用于證券、商品防偽、商品廣告、促銷、藝術(shù)圖片、展覽、圖書(shū)插圖與美術(shù)裝潢、包裝、室內(nèi)裝潢、醫(yī)學(xué)、刑偵、物證照相與鑒別、建筑三維成像、科研、教學(xué)、信息交流、人像三維攝影及三維立體影視等眾多領(lǐng)域，近年來(lái)還發(fā)展成為寬幅全息包裝材料而得到了廣泛的應(yīng)用。

　　5、主要產(chǎn)品

　　1、全息圖

　　全息圖有極其廣泛的應(yīng)用，如用于研究火箭飛行的沖擊波、飛機(jī)機(jī)翼蜂窩結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢驗(yàn)等。現(xiàn)在不僅有激光全息，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(gè)側(cè)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(fā)展。

　　除用光波產(chǎn)生全息圖外，已發(fā)展到可用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生全息圖。全息圖用途很廣，可作成各種薄膜型光學(xué)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，適合于宇宙飛行使用。使用全息圖貯存資料，具有容量大、易提取、抗污損等優(yōu)點(diǎn)。超聲全息照相能再現(xiàn)潛伏于水下物體的三維圖樣，因此可用來(lái)進(jìn)行水下偵察和監(jiān)視。由于對(duì)可見(jiàn)光不透明的物體，往往對(duì)超聲波透明，因此超聲全息可用于水下的軍事行動(dòng)，也可用于醫(yī)療透視以及工業(yè)無(wú)損檢測(cè)測(cè)等。

　　小型全息圖可以戴在頸項(xiàng)上形成美麗裝飾，它可再現(xiàn)人們喜愛(ài)的動(dòng)物，多彩的花朵與蝴蝶。迅猛發(fā)展的模壓彩虹全息圖，既可成為生動(dòng)的卡通片、賀卡、立體郵票，也可以作為防偽標(biāo)識(shí)出現(xiàn)在商標(biāo)、證件卡、銀行信用卡，甚至鈔票上。裝飾在書(shū)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(huì)到21世紀(jì)印刷技術(shù)與包裝技術(shù)的新飛躍。模壓全息標(biāo)識(shí)，由于它的三維層次感，并隨觀察角度而變化的彩虹效應(yīng)，以及千變?nèi)f化的防偽標(biāo)記，再加上與其他高科技防偽手段的緊密結(jié)合，把新世紀(jì)的防偽技術(shù)推向了新的輝煌頂點(diǎn)。把一些珍貴的文物用這項(xiàng)技術(shù)拍攝下來(lái)，展出時(shí)可以真實(shí)地立體再現(xiàn)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(wèi)星以及各種三維廣告，亦可采用脈沖全息術(shù)再現(xiàn)人物肖像、結(jié)婚紀(jì)念照。

　　2、全息顯示器

　　比利時(shí)魯汶校際微電子研究中心（Imec）已開(kāi)發(fā)出一套微電機(jī)像素系統(tǒng)（MEMS）平臺(tái)，讓全息影視更加接近現(xiàn)實(shí)。Imec建造的全息顯示器，是用激光照射在一種微電機(jī)系統(tǒng)（MEMS）平臺(tái)上，該平臺(tái)能上下運(yùn)動(dòng)，就像一個(gè)小的反光鏡活塞。每個(gè)像素都附著在一個(gè)像彈簧一樣的機(jī)械裝置上，通斷電能拉長(zhǎng)或放松。安裝MEMS之前，芯片是在硅晶片上生長(zhǎng)一層氧化硅，有序地在氧化硅上蝕掉一些方塊，生成一種像國(guó)際象棋棋盤似的花紋。蝕掉的像素僅比附近氧化硅低約150納米，然后在整個(gè)芯片最上面涂一層鋁反光層。當(dāng)激光照在芯片上，就會(huì)在相鄰像素的邊界以一定角度反射回來(lái)。整個(gè)芯片上衍射的光互相干涉疊加或抵消，就形成了3D圖像。

　　小反光鏡平臺(tái)每秒鐘若干次地迅速上下運(yùn)動(dòng)，交換靜止圖像使像素動(dòng)起來(lái)，就能將這些全息圖以動(dòng)態(tài)形式放映。 Imec視覺(jué)系統(tǒng)研究小組高級(jí)研究員理查德·斯塔爾解釋說(shuō)，為了產(chǎn)生衍射以形成全息圖像，每個(gè)MEMS構(gòu)件都必須小于照射在芯片上的激光的波長(zhǎng)，因此構(gòu)件要在0.5微米×0.5微米左右，由硅鍺混合物制成，目前公司已經(jīng)用這種材料制作了可傾斜的MEMS反光鏡，并希望能融合所需的數(shù)據(jù)處理邏輯，直接控制像素下面的MEMS構(gòu)件，以讓快速顯示更容易。

　　3、全息影像展示裝置

　　通寰互動(dòng)的全息影像展示柜利用干涉衍射原理，投射出懸浮空中極具縱深感的三維立體光影。效果可以進(jìn)行全角度觀看，使展示效果更富科技感和未來(lái)感。

　　適用場(chǎng)合：博物館、專賣店、展會(huì)、規(guī)劃展示等；

　　系統(tǒng)構(gòu)成：柜體結(jié)構(gòu)、高清顯示器、RF成像膜、光學(xué)分光鏡、配景燈光、多媒體計(jì)算機(jī)[5]

　　6、研發(fā)背景

　　1947年，匈牙利人丹尼斯 蓋博 (Dennis Gabor)在研究電子顯微鏡的過(guò)程中，提出了全息攝影術(shù)(Holography)這樣一種全新的成像概念。全息術(shù)的成像利用了光的干涉原理，以條文形式記錄物體發(fā)射的特定光波，并在特殊條件下使其重現(xiàn)，形成逼真的三維圖像，這幅圖像記錄了物體的振幅、相位、亮度、外形分布等信息，所以稱之為全息術(shù)，意為包含了全部信息。但在當(dāng)時(shí)的條件下，全息圖像的成像質(zhì)量很差，只是采用水銀燈記錄全息信息，但由于水銀燈的性能太差，無(wú)法分離同軸全息衍射波，因此大量的科學(xué)家花費(fèi)了十年的時(shí)間卻沒(méi)有使這一技術(shù)有很大進(jìn)展。

　　全息學(xué)（Holography）自20世紀(jì)60年代激光器問(wèn)世后得到了迅速的發(fā)展。

　　1962 年，美國(guó)人雷斯和阿帕特尼克斯在基本全息術(shù)的基礎(chǔ)上，將通信行業(yè)中“側(cè)視雷達(dá)”理論應(yīng)用在全息術(shù)上，發(fā)明了離軸全息技術(shù)，帶動(dòng)全息技術(shù)進(jìn)入了全新的發(fā)展階段。這一技術(shù)采用離軸光記錄全息圖像，然后利用離軸再現(xiàn)光得到三個(gè)空間相互分離的衍射分量，可以清晰的觀察到所需的圖像，有效克服了全息圖成像質(zhì)量差的問(wèn)題。

　　1969年，本頓發(fā)明了彩虹全息術(shù)，能在白熾燈光下觀察到明亮的立體成像。其基本特征是，在適當(dāng)?shù)奈恢眉尤胍粋€(gè)一定寬度的狹縫，限制再現(xiàn)光波以降低像的色模糊，根據(jù)人眼水平排列的特性，犧牲垂直方向物體信息，保留水平方向物體信息，從而降低對(duì)光源的要求。彩虹全息術(shù)的發(fā)明，帶動(dòng)全息術(shù)進(jìn)入了第三個(gè)發(fā)展階段。 　傳統(tǒng)全息技術(shù)采用鹵化銀等材料制成感光膠片，完成全息圖像信。

　　定影等后期處理，整個(gè)制作過(guò)程非常繁息的記錄，由于需要進(jìn)行顯影、瑣。而現(xiàn)代的全息技術(shù)材質(zhì)采用新型光敏介質(zhì)，如光導(dǎo)熱塑料、光折變晶體、光致聚合物等，不僅可以省去傳統(tǒng)技術(shù)中的后期處理步驟，而且信息的容量和衍射率都比傳統(tǒng)材料較高。

　　然而，采用感光膠片或新型光敏介質(zhì)，都需要通過(guò)光波衍射重現(xiàn)記錄的波前信息，肉眼直接觀察再現(xiàn)結(jié)果，這樣難以定量分析圖像的精確度，無(wú)法形成精確的全息影像。

　　20 世紀(jì) 60 年代末期，古德曼和勞倫斯等人提出了新的全息概念———數(shù)字全息技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)了精確全息技術(shù)的時(shí)代。

　　1971 年，由于全息攝影術(shù)的發(fā)明，丹尼斯 蓋博獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

　　20世紀(jì)80年代后，激光全息技術(shù)的迅速發(fā)展，成為一種異軍突起的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。在激光全息技術(shù)中，全息顯示技術(shù)由于更接近于人們的日常生活而倍受關(guān)注。由于白光再現(xiàn)全息技術(shù)可在白晝自然環(huán)境中或在普通白光照射條件下觀看物體的三維圖像，一直研究全息技術(shù)的最新發(fā)展及運(yùn)用，期待自身的努力使得全息顯示技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。

　　到了 90 年代，隨著高分辨率CCD的出現(xiàn)，人們開(kāi)始用 CCD 等光敏電子元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的感光膠片或新型光敏等介質(zhì)記錄全息圖，并用數(shù)字方式通過(guò)電腦模擬光學(xué)衍射來(lái)呈現(xiàn)影像，使得全息圖的記錄和再現(xiàn)真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。

　　7、衍生技術(shù)

　　隨著人們逐漸不滿足普通的 3D 立體成像帶來(lái)的視覺(jué)效果，以及更多的數(shù)字全息技術(shù)和成像介質(zhì)的研究成果的出現(xiàn)，出現(xiàn)了一批利用數(shù)字全息技術(shù)的產(chǎn)品，并在各行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

　　360全息幻影成像系統(tǒng)

　　360全息成像，是由透明材料制成的四面錐體。當(dāng)觀眾的視線透過(guò)椎體的一個(gè)面時(shí)，通過(guò)表面鏡射和反射，能夠從椎體內(nèi)的空間里看到自由飄浮的影像。

　　這套系統(tǒng)由柜體、射燈、分光鏡、視頻播放器等組成，利用分光鏡成像原理，對(duì)產(chǎn)品實(shí)拍三維建模后將產(chǎn)品影像或三維模型疊加進(jìn)場(chǎng)景中，不需任何輔助設(shè)備即可觀看三維畫面。這一產(chǎn)品主要用于展示細(xì)節(jié)豐富的物品，如汽車、珠寶、人物等。

　　全息投影技術(shù)

　　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(shù)。普通攝影是記錄物體面上的光強(qiáng)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。

　　全息投影可以從任何角度觀看全息影像的不同側(cè)面。目前市攝影術(shù)的逆向展示，場(chǎng)上可實(shí)現(xiàn)的全系投影從技術(shù)上分為三種：

　　（1） 空氣投影：美國(guó)麻省的一名 29 歲研究生發(fā)明了一種空氣投影）技術(shù)，可以在氣流墻上投影圖像，并且使其具備交互功能。這一技術(shù)靈感來(lái)源于海市蜃樓原理，將圖像投射在大片的水蒸氣上，由于組成水蒸氣的水分子震動(dòng)不均衡，可以形成立體感很強(qiáng)的全息圖像。

　?。?）激光束投影：日本公司研制了一種利用激光束來(lái)投射實(shí)體的全息影像投射方法。這一方法主要利用了氧氣和氮?dú)庠诳諝庵猩㈤_(kāi)時(shí)，兩者混合成的氣體變成灼熱的物質(zhì)，并在空氣中通過(guò)不斷的小爆炸形成全息圖像。 　 （3） 美國(guó)南加利福尼亞大學(xué)的研究人員研制了一種360度全息顯示屏：將圖像投影在高速旋轉(zhuǎn)的鏡子上，從而實(shí)現(xiàn)全息影像。

　　霧幕立體成像

　　霧幕立體成像系統(tǒng)霧幕立體成像，也被稱為霧屏成像，通過(guò)鐳射光借助空氣中的微粒，在空氣中成像，使用霧化設(shè)備產(chǎn)生人工噴霧墻，利用這層水霧墻代替?zhèn)鹘y(tǒng)的投影屏，結(jié)合空氣動(dòng)力學(xué)制造出能產(chǎn)生平面霧氣的屏幕，再將投影儀投射噴霧墻上形成全息圖像。[8]

　　8、應(yīng)用案例

　　邁克爾·杰克遜(MJ)于2009年6月去世，但他的音樂(lè)傳奇仍在繼續(xù)。美國(guó)公告牌流行音樂(lè)頒獎(jiǎng)禮在拉斯維加斯舉行，邁克爾·杰克遜再度“復(fù)活”，為頒獎(jiǎng)禮掀起高潮。

　　邁克爾·杰克遜紀(jì)念專輯《Xscape》已于5月13日在美國(guó)發(fā)售，雖然邁克爾·杰克遜不能為此宣傳造勢(shì)，但昨日公告牌音樂(lè)頒獎(jiǎng)禮卻為他留出特寫空間。

　　2014年5月19日，主辦方通過(guò)全息影像還原技術(shù)使邁克爾·杰克遜在舞臺(tái)上熱舞首秀新單曲《SlavetoTheRhythm》，穿著金色夾克和紅色褲子的邁克爾·杰克遜坐著寶座亮相，舞臺(tái)四周噴出火焰，開(kāi)啟杰克遜全場(chǎng)熱舞的模式，杰克遜帶領(lǐng)舞者再度秀出太空步等經(jīng)典舞步，這一難以想象的場(chǎng)面令出席頒獎(jiǎng)禮的眾多明星起立鼓掌。