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全息手机?让当下回到往昔那一刻

2017-08-18 08:46 来源:北京青年报 
2017-08-18 08:46:58来源:北京青年报作者:责任编辑:白璐

  【新知关键词:全息术】

  黑色安息日的主唱,知名重金属歌手罗尼·詹姆斯·迪奥2010年5月16日因胃癌去世。如今,歌迷们将会赶上他最新一场巡回演出。虽然歌手本人不能亲自回到舞台,但他的全息影像很快就会走上“迪奥回归”世界巡演。因为今年8月,美国一家全息影像公司将带着罗尼的全息图重归舞台。而随着音乐家的虚拟图像开始被用于现场表演,全息图的研究亦备受关注。近日,美国犹他大学的一支研究团队就在全息图技术上有了新突破。

  尽管物体不在那里,你却能看到物体的三维摄影

  据美国“犹他新闻网”报道,犹他大学的电气和计算机学院的工程师团队已开发出一种制作全彩色的二维与三维全息图的方法。这种全息图最终可以用于制作各种各样的应用,包括可识别的徽章、信用卡和货币等。

  追溯起来,全息图技术的历史尚不足百年,其中具有里程碑意义的时间节点是1947年。这一年中,匈牙利裔物理学家丹尼斯·盖博在英国BTH公司内研究增强电子显微镜的性能时偶然发明了全息术。此后这项技术被取名为电子全息技术,一直应用于电子显微镜中。到1960年,人类制造出第一台激光发射器,全息术才算有了实质性的发展。

  1962年,苏联科学家和美国密歇根大学雷达实验室的研究员几乎同时发明了光学全息术,前者还制造出了世界上第一张记录三维物体的光学全息术照片。后来,全息术衍生出多个技术分支,比如,透射全息术是向全息术胶片照射激光,换个方向就能观察构建的图像;彩虹全息术是使用白光就能观察构建图像,就是日常所见的防伪标识那样的;反射全息术则不用换方向,就能在白光下观察构建图像;镜面全息术是利用反射或折射光线观察构建图像;而另一种盖伯全息术却能利用衍射光线来观察构建图像。

  打个比方,现在人们在影院看电影时都能享受到立体声,而声音之所以能“立体”,是因为在录音的过程中,人们就将声场编码,每个位置在每个时刻发出了什么声音都已记录,播放时将其重现即可达到立体声的效果。全息术的原理也是如此。当第一束光照射到物体上并散射进入记录介质时,第二束参考光的光线经散射后也会被介质记录下来。两光干涉,所产生的光场发生的密度波动也会被介质记录。此后,若使用与参考光相同的光线照射介质,光场复现,人们就会看见散射光线的物体。也就是说,尽管物体不在那里,你却能看到物体的三维摄影。

  新型全息图在普通白光下就能看到逼真对象

  在犹他大学的研究中,副教授拉杰什·梅农带领团队开发出的是一种更逼真,且提供观察视角比当前全息图更广阔视角的全息术。在新技术中,人们不需要花哨的激光器和复杂的光学系统,在高效率、高亮度和低成本的条件下就能构建色彩丰富的三维信息图。

  梅农解释称,无论是二维还是三维的图像投影,其实都是光照物体后再被人眼吸收。整个过程没有效率可言,人们也许只看到光总量的5%,其余都被浪费。此外,人们在博物馆等场合看到的全息图在光照下,往往只有一种颜色,而研究团队创建的全息图却能拥有真正的彩色,让图像无比逼真。

  原来,研究借用了蝴蝶展示翅膀颜色的原理,即原本无色的物体,能利用自身光子晶体的周期性结构,调控对光的反射和透射等过程,产生了结构性色彩。此时,所有白光都被重新定向,人眼看到所有光线,没有一种被浪费。通过复杂算法,工程师们也能创造同样效果,即将颜色重新定向到合适位置,从而投射出更明亮的全息图。

  研究者指出,新型全息图在普通白光下就能看到逼真对象,从任何一个角度看都不会有细节错误。过去想看全息图需要一盏巨大的灯,现在用手电筒就可以。该技术还能用在钞票、信用卡、驾驶证或护照上面,当需要检查真伪时,人们用手电筒就可以,而非用红外线扫描仪。

  全息图的使用还有广阔的发展空间

  梅农还表示,新型全息图的制作成本将非常低廉,因为使用者可以直接复制每个光场标签,就像制作光盘或DVD一样简单。到目前为止,研究团队使用新技术只制作出了二维静态图像,但下一步,创建全彩色的三维动态图像不会太难。

  如同前面提到的已逝世的音乐家通过全息图重开演唱会的消息一样,梅农也指出了新技术在娱乐领域有着巨大发展潜力。有了它,人们无需使用强大的投影灯,或带有特殊滤光效果的3D眼镜,就能在游乐场等娱乐场合亲眼看到高科技带来的特殊震撼效果。

  “想象一下,你正开着车在路上兜风,此时突然有个巨大的怪物跳出来,挡住了你的去路!”研究者举例道,“这将非常刺激,而且,现在已经有一种能带来更丰富的颜色、效率更高且普及更容易的方式能实现这种效果,而且令人庆幸的是,它还非常便宜。”

  此外,这项技术还能用于制作全息照片和视频,或用在广告牌或广告亭,进行产品宣传。工程师们预估,只需短短两年,运动的3D全息视频就会面世。为了继续研究新技术,并探索其商业化发展的潜力,梅农还开设了一家名为“点谱”的技术公司。

  放眼未来,全息图的使用还有广阔的发展空间,至少在艺术领域内,可以想象得到,全息图不仅会让往昔舞台上的精彩一瞬再度回归,甚至可以在任何场合展示各种事物的全貌。与全息手机等现代科技智能端设备相结合后,它将打破时间和空间的限制,带来超凡极致的感官体验。届时,也许会因肉眼无法分辨真伪,而导致未来的信息受众产生不可预知的心理及行为反应。

  本版文并供图/罗春晓

[责任编辑:白璐]


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