Digitaalne holograafia on viis 3D-teabe registreerimiseks digitaalkaamerate abil. Tänapäeval on sellel juba lai praktiline rakendamine ja tulevikus on teadlased kindlad, et see on hädavajalik paljudes valdkondades, alates meditsiinist kuni astronoomiani. Digitaalse holograafia oleviku ja tuleviku kohta.
Holograafia füüsikalised põhimõtted
Holograafia on meetod, mis võimaldab teil registreerida objekti kohta teabe ja taastada selle pildi, sealhulgas kolmemõõtmelises vormis. Selle saavutamiseks registreeritakse mitte ainult valguse amplituud (nagu tavalises fotograafias), vaid ka faas, mis võimaldab hologrammist rekonstrueeritud pilti jälgida erinevate nurkade alt.
Hologrammid registreeritakse kahe valguskiire koguarvu amplituudi registreerimisel: objekt (objektist peegelduv või selle kaudu edastatud) ja võrdlusobjekt. Kui need on üksteisega sidusad - neil on pidev faasierinevus -, siis kattuvate kiirte tasapinnal moodustatakse häirete muster, mille registreerivad digitaalsed fotoandurid või valgustundlikud meediumid.
Maailmatrendid
Digitaalset holograafiat kasutades saate luua objektide ja stseenide reaalse kolmemõõtmelise visuaali. See ei vaja stseenide vaatlemiseks spetsiaalseid prille ega vaatleja erilist positsioneerimist. Selle põhimõtte kohaselt arendatakse nüüd aktiivselt 3D-kuvasid, mis võimaldavad kvaliteetseid pilte visualiseerida. Nagu teadlased on kindlad, läheneb hetk, mil hologrammide värvipildid on värvikvaliteedilt sarnased fotodega, reprodutseerides samal ajal objekti kolmemõõtmelist pilti.
Reklaamvideo:
Üks praeguseid edusamme on 5G-suhtlus, milles kasutatakse vestluskaaslase pildi loomiseks holograafilisi põhimõtteid. Eksperdid usuvad, et mõne aasta pärast on sellest tehnoloogiast võimalik saada kommertsteenus.
Äärmiselt paljutõotav suund on 3D-printimine hologrammide abil. Osa holograafiline kujutis jagatakse lõikude kaupa projektsioonideks ja seejärel teostatakse programmi juhtimisel iga projektsiooni kiire kihtide kaupa printimine.
Aktiivselt arenevad digitaalse holograafia valdkonnad, mida kasutatakse teaduslikes ja rakendusuuringutes: holograafiline mikroskoopia (mikro- ja nanoobjektide visualiseerimine) ja holograafiline interferomeetria (objekti parameetrite muutuste dünaamiline registreerimine - temperatuur, kuju, murdumisnäitaja).
Lisaks sellele kasutatakse digitaalset holograafiat juba laialdaselt meditsiinilises ja bioloogilises kuvamises, andmete kodeerimise, edastamise ja säilitamise süsteemides ning see võimaldab ka suurendada toodete, rahatähtede ja pangakaartide turvalisust.
Vene saavutused
Täna viivad holograafia - nii analoog- kui ka digitaal - uuringud läbi paljudes ülikoolides ja ettevõtetes, mille laborid on saavutanud märkimisväärseid tulemusi.
Näiteks on NRNU MEPhI rakendanud süsteemi hologrammide dünaamiliseks salvestamiseks, edastamiseks ja reaalajas optiliseks demonstreerimiseks eraldusvõimega vähemalt 2 miljonit pikslit. See võimaldab teil eemalt reprodutseerida nii optilises kui ka infrapunavahemikus salvestatud stseene ja objekte - mida saab kasutada näiteks teabe salvestamiseks agressiivses keskkonnas.
Tänapäeval on holograafilise video edastamiseks vaja kanalit, mille ribalaius on vähemalt gigabiti ühikut sekundis, seetõttu on digitaalhologrammide teisendamise ja tihendamise tehnoloogiad väga olulised. NRNU MEPhI töötab selles suunas aktiivselt. 2019. aasta mais esitas ajakiri Scientific Reports holograafilise teabe pakkimise sadu kordi tihendamise meetodit, mis töötati välja Venemaa Teadusfondi grandi nr 18-79-00277 raames.
Teine oluline valdkond on 3D-stseenide optilise kuvamise kvaliteedi parandamine salvestatud hologrammidest. NRNU MEPhI laser- ja plasmatehnoloogia instituut (LaPlaz) töötab välja meetodid hologrammide arvuti- ja reaalse optilise kuvamise täiustamiseks, kasutades mitmeastmelist vedelkristalli ja binaarseid kiireid mikromirguse valguse modulaatoreid. Aastal 2019 avaldasid NRNU MEPhI teadlased ajakirjas OpticsandLasersinEngineering suuremahulise binariseerimismeetodite uuringu 3D-objektide kuvamiseks parima kvaliteediga. Nagu teadlased selgitasid, võib see areng olla kasulik kiirete 3D-ekraanide loomisel.
Holograafia on kasutatav mitte ainult teabe salvestamiseks, vaid ka selle kaitsmiseks. NRNU MEPhI teadlased loovad praegu andmete kodeerimise süsteeme, kasutades kodeerimisvõtmena hologrammile salvestatud pilti. Venemaa Teadusfondi stipendiumi nr 19-19-00498 raames on käimas töö kiirete mikromirguse valguse modulaatoritel põhineva kodeerimissüsteemi loomiseks. Selline süsteem on võimeline kodeerima teavet gigabiti sekundis ribalaiusega.
Sama oluline uurimisvaldkond on objektide äratundmine. Täna, nagu selgitasid NRNU MEPhI spetsialistid, kasutavad tuvastusseadmed tavaliselt ainult ruumilisi funktsioone. Ajakirjas Optics Communications hiljuti avaldatud artiklis pakuti välja meetodit äratundmiseks nii kuju kui ka spektraalomaduste järgi, mida saab kasutada näiteks ruumis asuvates orienteerimisseadmetes või bioloogiliste liikide tuvastamiseks.
