Digitālā hologrāfija ir veids, kā reģistrēt 3D informāciju, izmantojot digitālās fotokameras. Mūsdienās tam jau ir plaša praktiska pielietošana, un nākotnē, zinātnieki ir pārliecināti, būs neaizstājams daudzās jomās, sākot no medicīnas līdz astronomijai. Par digitālās hologrāfijas tagadni un nākotni.
Hologrāfijas fizikālie principi
Hologrāfija ir metode, kas ļauj reģistrēt informāciju par objektu un atjaunot tā attēlu, arī trīsdimensiju formā. Tas tiek panākts, reģistrējot ne tikai gaismas amplitūdu (kā standarta fotogrāfijā), bet arī fāzi, kas ļauj no dažādiem leņķiem novērot attēlu, kas rekonstruēts no hologrammas.
Hologrammas reģistrē, reģistrējot divu gaismas staru kopējo amplitūdu: objektu (atstarotu no objekta vai caur to pārraidi) un atsauces. Ja tie ir savstarpēji saskaņoti - tiem ir nemainīga fāzu starpība -, tad pārklājošo staru plaknē veidojas traucējumu modelis, ko reģistrē digitālie foto sensori vai gaismjutīgi nesēji.
Pasaules tendences
Izmantojot digitālo hologrāfiju, jūs varat izveidot reālu trīsdimensiju objektu un ainu vizualizāciju. Ainu novērošanai nav vajadzīgas speciālas brilles vai novērotāja īpaša novietošana. Pēc šī principa tagad tiek aktīvi izstrādāti 3D displeji, kas ļauj vizualizēt augstas kvalitātes attēlus. Kā zinātnieki ir pārliecināti, tuvojas brīdis, kad krāsu attēli no hologrammām būs kvalitātes ziņā līdzīgi fotogrāfijām, vienlaikus reproducējot objekta trīsdimensiju attēlu.
Reklāmas video:
Viens no pašreizējiem sasniegumiem ir 5G komunikācija, izmantojot hologrāfiskos principus, lai izveidotu sarunu biedra tēlu. Eksperti uzskata, ka pēc dažiem gadiem šī tehnoloģija spēs kļūt par komerciālu pakalpojumu.
Īpaši daudzsološs virziens ir 3D drukāšana, izmantojot hologrammas. Detaļas hologrāfiskais attēls tiek sadalīts pa sadaļām projekcijās, un pēc tam programmas kontrolē tiek veikta ātra katras projekcijas drukāšana pa slāņiem.
Aktīvi attīstās digitālās hologrāfijas jomas, kuras tiek izmantotas zinātniskajā un lietišķajā pētniecībā: hologrāfiskā mikroskopija (mikro- un nanobjektu vizualizācija) un hologrāfiskā interferometrija (objekta parametru izmaiņu dinamiskā reģistrēšana - temperatūra, forma, refrakcijas indekss).
Turklāt digitālā hologrāfija jau tiek plaši izmantota medicīniskajā un bioloģiskajā attēlveidošanā, datu kodēšanas, pārsūtīšanas un glabāšanas sistēmās, kā arī ļauj palielināt produktu, banknošu un bankas karšu drošību.
Krievijas sasniegumi
Mūsdienās pētījumus hologrāfijas jomā - gan analogos, gan digitālos - veic vairākas universitātes un uzņēmumi, kuru laboratorijās ir sasniegti nozīmīgi rezultāti.
Piemēram, NRNU MEPhI ir ieviesusi sistēmu hologrammu dinamiskai reģistrēšanai, pārraidei un reālā laika optiskai demonstrēšanai ar vismaz 2 miljonu pikseļu izšķirtspēju. Tas ļauj attālināti reproducēt sižetus un objektus, kas ierakstīti gan optiskajā, gan infrasarkanajā diapazonā - ko var izmantot, piemēram, informācijas ierakstīšanai agresīvā vidē.
Mūsdienās hologrāfiskā video pārraidei ir nepieciešams kanāls, kura joslas platums ir vismaz gigabitu vienības sekundē, tāpēc digitālo hologrammu konvertēšanas un saspiešanas tehnoloģijām ir liela nozīme. NRNU MEPhI aktīvi strādā šajā virzienā. 2019. gada maijā žurnāls Scientific Reports simtiem reižu parādīja hologrāfiskās informācijas saspiešanas metodi, kas tika izstrādāta Krievijas Zinātnes fonda dotācijas Nr. 18-79-00277 ietvaros.
Vēl viena svarīga joma ir 3D ainu optiskā attēlojuma kvalitātes uzlabošana no ierakstītām hologrammām. NRNU MEPhI Lāzera un plazmas tehnoloģiju institūts (LaPlaz) izstrādā metodes hologrammu datora un reālā optiskā attēlojuma uzlabošanai, izmantojot daudzpakāpju šķidro kristālu un bināros ātrgaitas mikromirror gaismas modulatorus. 2019. gadā zinātnieki no NRNU MEPhI publicēja žurnālā OpticsandLasersinEngineering plaša mēroga pētījumu par binarizācijas metodēm 3D objektu parādīšanai vislabākajā kvalitātē. Kā skaidroja zinātnieki, šī attīstība varētu būt noderīga, veidojot ātrdarbīgus 3D displejus.
Hologrāfija ir izmantojama ne tikai informācijas glabāšanai, bet arī informācijas aizsardzībai. NRNU MEPhI zinātnieki pašlaik veido datu kodēšanas sistēmas, izmantojot attēlu, kas ierakstīts hologrammā kā kodēšanas atslēga. Krievijas Zinātnes fonda piešķīruma Nr. 19-19-00498 ietvaros tiek strādāts pie kodēšanas sistēmas izveides, kas balstās uz ātrgaitas mikromirkļu gaismas modulatoriem. Šāda sistēma spēj kodēt informāciju ar gigabitu joslas platumu sekundē.
Tikpat svarīga pētījumu joma ir objektu atpazīšana. Mūsdienās, kā skaidroja NRNU MEPhI speciālisti, atpazīšanas ierīces parasti izmanto tikai telpiskās iezīmes. Nesen publicētā rakstā žurnālā Optics Communications tika ierosināta gan formas, gan spektrālo īpašību atpazīšanas metode, kas izmantojama, piemēram, orientācijas ierīcēs kosmosā vai bioloģisko sugu identificēšanai.