星之光|不一樣的3D——全息影像技術(shù)的發(fā)展史

　　總是有人抱有這樣的幻想：在未來，人類可以完全拋棄電視、電腦、手機(jī)這些帶有屏幕的顯示產(chǎn)品。就像在各種各樣的科幻、諜戰(zhàn)大片中，用手一揮，巨大的顯示屏上多頁圖表或者照片直接出現(xiàn)在面前，無需觸碰屏幕，用手一揮，屏幕上的內(nèi)容自然切換，甚至能夠讓不同時(shí)空的人面對面進(jìn)行交談。所有這些，都被統(tǒng)稱為全息影像技術(shù)。

　　根據(jù)維基百科給出的定義，真正的全息影像技術(shù)是指通過相干光干涉原理記錄和查看圖像，當(dāng)合適地將其呈現(xiàn)時(shí)，便可以精確地再現(xiàn)被記錄物體的三維外觀。是一種記錄被攝物體反射（或透射）光波中全部信息（振幅、相位）的照相技術(shù)，而物體反射或者透射的光線可以通過記錄膠片完全重建，仿佛物體就在那里一樣。通過不同的方位和角度觀察照片，可以看到被拍攝的物體的不同的角度，因此記錄得到的像可以使人產(chǎn)生立體視覺。

　　全息影像技術(shù)的發(fā)展史

　　1947年，英國人丹尼斯蓋博(Dennis Gabor)在研究電子顯微鏡的過程中，提出了全息攝影術(shù)(Holography)這樣一種全新的成像概念，并獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。全息術(shù)的成像利用了光的干涉原理，以條紋形式記錄物體發(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)間卻沒有使這一技術(shù)有很大進(jìn)展。

　　1962年，美國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。

　　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)，開創(chuàng)了精確全息技術(shù)的時(shí)代。

　　到了90年代，隨著高分辨率CCD的出現(xiàn)，人們開始用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)字方式通過電腦模擬光學(xué)衍射來呈現(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。數(shù)字全息技術(shù)的成像原理是，首先通過CCD等器件接收參考光和物光的干涉條紋場，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。

　　數(shù)字全息技術(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)了對圖像的實(shí)時(shí)處理。同時(shí)，其可以進(jìn)行通過電腦對數(shù)字圖像進(jìn)行定量分析，通過計(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。

　　必須需要認(rèn)清的一點(diǎn)：真正的全息成像目前還沒有真正進(jìn)入應(yīng)用階段。其實(shí)，目前我們所能看到的關(guān)于全息3D的應(yīng)用，大多運(yùn)用的是一種偽裝的全息技術(shù)——即全息投影。

　　真正的全息影像可以不通過過任何介質(zhì)，從地平線上的空氣中就能顯示出來影像，而且觀看角度可以隨意變換，體驗(yàn)者能夠從三維立體的畫面之中穿梭自如。但是，目前世界上還沒有直接通過空氣不通過其他介質(zhì)呈現(xiàn)的技術(shù)并沒有出現(xiàn)。目前，絕大多數(shù)我們看到的舞臺表演中運(yùn)用的全息技術(shù)，都是“佩珀?duì)柣孟蟆被蚴侨⑼队凹夹g(shù)。