全息投影技术

学院：机电工程学院姓名：易康添班级：工业11-3班学号：11024090341全息投影技术一、全息投影技术的工作原理全息投影技术，又称为虚拟成像技术，是一种基于三维空间的利用光的干涉与衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的立体投影技术。所谓全息，是指物体的全部图像信息。全息投影出现于上世纪60年代，由德国科学家首次提出创建一种能够及时记录物体所有信息并再现的技术，全息由此而来。喜爱科幻电影的读者一定不会陌生，电影中有一种三维的通讯系统，可以把远处的人和物以立体的形式投影在空中并即时通讯。比如《阿凡达》电影中人类基地的中央控制室中的那台巨大的三维地图显示仪和众多的电脑，再比如《钢铁侠》中主人公的实验室的三维电脑等等。可见，在众多科幻作家的笔下，全息投影技术都被选为未来特有的成像技术。所以可以说，全息投影是一项包含了未来的技术。人眼之所以可以观察到周边世界，是由于光照射在物体上，由物体漫反射出的光带上了物体表面的图像信息进入了人的眼睛，每一束反射光都带有物体一个点上图像信息，众多的反射光便携带了物体表面所有点的信息，在视网膜上重组，于是视网膜获得了图像信息，再通过大脑处理便得到物象。全息投影的工作原理与此类似。在全息投影之前，首先要进行的是对物体进行360°的全息摄影，这便需要运用光的干涉原理（物理选修3-4第十二章第三节）进行记录。自然界的光多为集合光，由众多频段和颜色不同的单色光组成，且很难朝一个方先集中发射，因而相干性、精准性较差，能量较低，难以产生干涉条纹。因此全息常用激光来进行摄影，激光单色性好，频段一致且相干性与精准性好，能量高，能在感光底片上产生明显的干涉条纹。首先，将参考激光束直接照射在全息底片上，在底片上产生一次感光。在将拍摄物体置于辐射式拍摄激光下照射。拍摄激光照射在物体表面，由于漫反射，便向四方反射激光。反射激光束携带着物体所有点上的图像信息照射在全息底片上，并与参考激光束叠加干涉，根据惠更斯定理，两种激光会由于相互干涉，在全息底片上产生明暗、粗细和间隔不同的干涉激光条纹，干涉激光条纹可以将物体反射光波上各点的位相和振幅（即图像信息）转化为空间上的物理信息（条纹的明暗程度，粗细大小，间隔距离），由底片二次感光记录下来。底片在经过显影，定影处理后，便成为一张全息图片。全息图片并不是一般图片一样有图像，它没有图像，只有一条条的干涉条纹，就如同粗细不同的栅栏组成的图像一样。只有在特定角度下的激光照射，才能还原出图像。拍摄完成后，将全息图片置于暗室，利用相干激光以一定角度进行排照，全息图片上便出现了两个物象，其中一个处于全息图片上，被称为原始象，另一个由于全息图片的反射，反射激光则会在全息图像的上方空间中形成一个物象，被称为共轭象。单由一个方向的相干激光产生的共轭象是模糊的，因此，再用一束相干激光从全息图片的背面以一定的角度进行拍照，同样产生原始象和共轭象，不过这是两个共轭象处于同一位置，两个共轭象叠加后，产生的叠加共轭象十分真实立体，物体便被再现出来。由于全息图片上的干涉条纹携带有物体所有的图像信息，因此，共轭象与原物体是一模一样的。二、全息影像技术的特点与普通摄影不同，全息摄影技术有以下几个突出特点：（1）三维立体性所谓三维立体性，是指全息照片再现的图像是三维立体的，具有如同观看真实物体一样的立体感。这一性质与现有的用偏振镜观看立体电影有着本质的区别。全息图形象生动，再现的时候，全息图能如实地呈现出物体的三维立体图像，清晰度和逼真度高。（2）可分割性所谓可分割性，是指全息图上任何局部的点都记录了来自空间每一点的振幅、相位信息。所以全息图即使记录载体有缺损或部分损伤，也不影响整个图像的再现依旧成像完整。（3）信息容量大一体全息存储的理论存储量上限远大于磁盘和光盘的存储容量。同一张全息感光板可多次重复曝光记录并能互不干扰地再现各个不同的图像。因此其信息容量较大。三、全息投影的价值全息投影技术可以毫不夸张地说是一项包含了未来科技的技术，随着现代技术的创新，一切的机械设备都朝着小型化，精密化，自动化，智能化发展。而当代的3D立体投影技术所需的巨大背投便成为了发展的最大阻力，而全息投影技术不需背投，这边有很大的开发潜力，加之超导技术和激光制造技术的不断成熟以及3SDIGITAL数字技术的发展，全息投影技术已由上世纪60年代的巨大化，复杂化渐渐转变为小型化、精密化和智能化，可见，全息投影技术必将是未来成像技术的主流。四、当代全息投影技术的分类当代的全息投影技术分为专业投影技术和仿投影技术。1.专业投影技术专业投影技术由于技术的不成熟，除电影业、影视业，外并未得到大众普及，很少用于商业展示。现目前，出现在大型演出的全息投影技术有2010年7月中国歌手韩庚的个人演唱会，2011年12月31日江苏卫视的跨年演唱会，和2013年春节联欢晚会。2．仿投影技术仿投影技术又分为背投式全息投影技术和反射式全息投影技术。背投式全息投影是将画面（已由3D技术立体化加工）直接投影在透明的全息投影膜上，观众从一定的角度看，全息投影膜会消失，而只看见图像，但成像面只有90°。如2012年3月8-9日世嘉公司在日本东京和中国上海同时举办的“初音未来个人演唱会”，也是世界上第一个由动漫虚拟人物担任主唱的个人演唱会。五、全息投影技术的应用目前全息投影技术和批量生产条件相对成熟，但其应用范围还相对较窄，国内主要将全息投影技术应用到小型展柜、小型舞台中。全息投影在展柜的商业运用中，多是用于展示企业标识、小型电子产品、珠宝首饰的360°展台和270°展台，内容多数是比较简单的旋转动画，当然也有用于展示游戏角色的，角色有比较简单的动作。在舞台的商业运用中，为满足舞台的观赏角度，以180°的单片全息幕居多。应用方式有虚拟表演、虚拟与真人互动、真人表演全息特效等。1.房地产展示房地产行业可以涉及到的有全息沙盘、全息样板间、三维全息平面图、三维全息结构图等。目前我国房地产行业所使用的沙盘主要为电子沙盘，对于样板房，房地产行业的普遍是以三维效果图、样板间模型和实地参观考察来向客户展示样板房。但这些都是不可重复利用，一旦楼盘售馨就成为废品，这是对资源的浪费和对环境的污染。而全息投影沙盘的模块化硬件可以实现重复使用，而且展示内容以数字影像方式存在，展示内容灵活可变，展示内容量巨大，还可以很好的完成客户与楼盘间的互动。全息投影沙盘可将传统的沙盘展示、建筑动画、样板间展示、房屋结构展示等融合到一起，只用一套全息投影沙盘即可满足整个楼盘的从外至内、从大环境到局部细节的展示。全息投影沙盘唯一的消耗就是电能，不但起到了很好的展示效果，也顺应环保节能的时代趋势。2.全息投影照片社会经济高速发展的今天，摄影摄像技术的简化和人们日益增长的审美需求加快了摄影摄像的普及，我们可以轻易的在身边找到摄影摄像设备，我们的生活被无数的影像所包围，有趣的是我们对于胶卷相机和纸制照片的需求越来越少，我们将数字形式的照片放在电脑、电子相框、手机等设备上来欣赏，这可以看出消费者对于新技术的认可和追捧。在电子相框、MP4等设备的基础上，全息投影照片将传统的二维平面图像转变为动态的、有体感的、可全方位视角观看的图像，消费者可将自己、亲友甚至偶像的全息投影照片放置在全息投影相框中，操作方式同将电子照片放电子相框一样方便简单，但相对于电子照片，全息投影照片的视觉效果和感官体验是全新的、震撼的。将全息投影应用到摄影中让消费者得到一种全新的视觉体验，给予消费者更高一级的美的享受。全息投影照片可以像站在巨人的肩膀上一样，在高度普及的平面摄影的基础上向社会进行推广，让更多的人得到全息投影带来的视觉享受与体验乐趣。全息投影的应用还有很多方式，如全息投影博物馆、全息投影伴舞、全息投影视频电话、全息投影智能引导员等，全息投影不光可以单独使用，也可以同其它多媒体设备一同配合使用，其应用的目的在于在真正的全息影像技术普及之前以一种方便的、低廉的、新颖的技术，使人们体验到一种有别于平面媒体的视觉享受。在生活中，也常常能看到全息摄影技术的运用。比如，在一些信用卡和纸币上，就有运用了俄国物理学家尤里·丹尼苏克在20世纪60年代发明的全彩全息图像技术制作出的聚酯软胶片上的“彩虹”全息图像。但这些全息图像更多只是作为一种复杂的印刷技术来实现防伪目的，它们的感光度低，色彩也不够逼真，远不到乱真的境界。研究人员还试着使用重铬酸盐胶作为感光乳剂，用来制作全息识别设备。在一些战斗机上配备有此种设备，它们可以使驾驶员将注意力集中在敌人身上。把一些珍贵的文物用这项技术拍摄下来，展出时可以真实地立体再现文物，供参观者欣赏，而原物妥善保存，防失窃，大型全息图既可展示轿车、卫星以及各种三维广告，亦可采用脉冲全息术再现人物肖像、结婚纪念照。小型全息图可以戴在颈项上形成美丽装饰，它可再现人们喜爱的动物，多彩的花朵与蝴蝶。迅猛发展的模压彩虹全息图，既可成为生动的卡通片、贺卡、立体邮票，也可以作为防伪标识出现在商标、证件卡、银行信用卡，甚至钞票上。装饰在书籍中的全息立体照片，以及礼品包装上闪耀的全息彩虹，使人们体会到21世纪印刷技术与包装技术的新飞跃。模压全息标识，由于它的三维层次感，并随观察角度而变化的彩虹效应，以及千变万化的防伪标记，再加上与其他高科技防伪手段的紧密结合，把新世纪的防伪技术推向了新的辉煌顶点。六、全息投影技术的前景全息投影技术在发展中可能会发生名称的改变或是类型的多样化，但是随着其逐步地完善，在演艺活动中的应用应该会相当广泛。一旦全息投影技术的成本降低并且便捷性提升，其作为舞美亮点的时代将会结束，取而代之的是大多数演艺活动的整场都会伴随着全息投影效果，同时应用更加多样化。比如，满足观众更多的观赏需求、在观众席设立一些互动效果、在某个节目中随意增加特色效果、应用范围可能从歌舞类发展到语