基本介紹
- 中文名：全息影像
- 原理：干涉和衍射原理
- 領域：物理學
- 記錄信息：位相和振幅
- 特點：具有真實的視覺效應
- 優勢：立體感強，形象逼真
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這篇文章不是在說明“全息影像”！
注意：全息影像技術（Holographic display），並非指由1956年丹尼斯·加博爾發明的全息攝影（holography）或稱全像攝影。而是一種在三維空間中投射三維立體影像（影像為物理上的“立體”而非單純視覺上的“立體”）的次世代顯示技術。鑒於國內對於全息影像技術的公開學術研究較少，本百科頁面的部分內容可能會解釋錯誤的定義並讓讀者誤解。其中內容有可能是在說明全息攝影（holography）而非全息影像技術，請仔細查看並甄別。
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全息攝影（holography）
由丹尼斯·加博爾發明的攝影方法，這種攝影方式列印出來的照片可以從多個角度觀看，但是有角度局限性。很多防偽標識都是使用全息攝影列印出來的圖像製作的。
全息投影（front-projected holographic display）寬泛的來說也可以算作是全息影像的一種，但是所謂的全息畫面只是投射在一塊透明的“全息板”上面。因此所謂的全息圖像也不過是一個平面而非立體圖像。這是目前最廣泛使用的全息技術。
全息影像（Holographic display）
尚在研究，多在科幻作品中出現的全息影像技術。製作一種物理上的純三維影像，觀看者可以從不同的角度不受限制的觀察甚至，進入影像內部。
全息影像
記錄著干涉條紋的底片經過顯影、定影等處理程式後，便成為一張全息圖，或稱全息照片；其第二步是利用衍射原理再現物體光波信息，這是成象過程：全息圖猶如一個複雜的光柵，在相干雷射照射下，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個象，即原始象（又稱初始象）和共軛象。再現的圖像立體感強，具有真實的視覺效應。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息，故原則上它的每一部分都能再現原物的整個圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。
理論基礎
全息原理是“一個系統原則上可以由它的邊界上的一些自由度完全描述”，是基於黑洞的量子性質提出的一個新的基本原理。其實這個基本原理是聯繫量子元和量子位結合的量子論的。其數學證明是，時空有多少維，就有多少量子元；有多少量子元，就有多少量子位。它們一起組成類似矩陣的時空有限集，即它們的排列組合集。全息不全，是說選排列數，選空集與選全排列，有對偶性。即一定維數時空的全息性完全等價於少一個量子位的排列數全息性；這類似“量子避錯編碼原理”，從根本上解決了量子計算中的編碼錯誤造成的系統計算誤差問題。而時空的量子計算，類似生物DNA的雙螺旋結構的雙共軛編碼，它是把實與虛、正與負雙共軛編碼組織在一起的量子計算機。這可叫做“生物時空學”，這其中的“熵”，也類似“巨觀的熵”，不但指混亂程度，也指一個範圍。時間指不指一個範圍？從“源於生活”來說，應該指。因此，所有的位置和時間都是範圍。位置“熵”為面積“熵”，時間“熵”為熱力學箭頭“熵”。其次，類似N數量子元和N數量子位的二元排列，與N數行和N數列的行列式或矩陣類似的二元排列，其中有一個不相同，是行列式或矩陣比N數量子元和N數量子位的二元排列少了一個量子位，這是否類似全息原理，N數量子元和N數量子位的二元排列是一個可積系統，它的任何動力學都可以用低一個量子位類似N數行和N數列的行列式或矩陣的場論來描述呢？數學上也許是可以證明或探究的。
1、反德西特空間，即為點、線、面內空間，是可積的。因為點、線、面內空間與點、線、面外空間交接處趨於“超零”或“零點能”零，到這裡是一個可積系統，它的任何動力學都可以有一個低一維的場論來實現。也就是說，由於反德西特空間的對稱性，點、線、面內空間場論中的對稱性，要大於原來點、線、面外空間的洛侖茲對稱性，這個比較大一些的對稱群叫做共形對稱群。當然這能通過改變反德西特空間內部的幾何來消除這個對稱性，從而使得等價的場論沒有共形對稱性，這可叫新共形共形。如果把馬德西納空間看作“點外空間”，一般“點外空間”或“點內空間”也可看作類似球體空間。反德西特空間，即“點內空間”是場論中的一種特殊的極限。“點內空間”的經典引力與量子漲落效應，其弦論的計算很複雜，計算只能在一個極限下作出。例如上面類似反德西特空間的宇宙質量軌道圓的暴漲速率，是光速的8.88倍，就是在一個極限下作出的。在這類極限下，“點內空間”過渡到一個新的時空，或叫做pp波背景。可精確地計算宇宙弦的多個態的譜，反映到對偶的場論中，我們可獲得物質族質量譜計算中一些運算元的反常標度指數。
日本傳統人物與鬼魅形象舞蹈全息影像
日本傳統人物與鬼魅形象舞蹈全息影像2、這個技巧是，弦並不是由有限個球量子微單元組成的。要得到通常意義下的弦，必須取環量子弦論極限，在這個極限下，長度不趨於零，每條由線旋耦合成環量子的弦可分到微單元10的-33次方厘米，而使微單元的數目不是趨於無限大，從而使得弦本身對應的物理量如能量動量是有限的。在場論的運算元構造中，如果要得到pp波背景下的弦態，我們恰好需要取這個極限。這樣，微單元模型是一個普適的構造，也清楚了。在pp波這個特殊的背景之下，對應的場論描述也是一個可積系統。
優勢
1、 再造出來的立體影像有利於保存珍貴的藝術品資料進行收藏。
2、 拍攝時每一點都記錄在全息片的任何一點上，一旦照片損壞也關係不大。
3、 全息照片的景物立體感強，形象逼真，藉助雷射器可以在各種展覽會上進行展示，會得到非常好的效果。
套用
全息學的原理適用於各種形式的波動，如X射線、微波、聲波、電子波等。只要這些波動在形成干涉花樣時具有足夠的相干性即可。光學全息術可望在立體電影、電視、展覽、顯微術、干涉度量學、投影光刻、軍事偵察監視、水下探測、金屬內部探測、保存珍貴的歷史文物、藝術品、信息存儲、遙感，研究和記錄物理狀態變化極快的瞬時現象、瞬時過程（如爆炸和燃燒）等各個方面獲得廣泛套用。
全息攝影技術
在生活中，也常常能看到全息攝影技術的運用。比如，在一些信用卡和紙幣上，就有運用了俄國物理學家尤里·丹尼蘇克在20世紀60年代發明的全彩全息圖像技術製作出的聚酯軟膠片上的“彩虹”全息圖像。但這些全息圖像更多只是作為一種複雜的印刷技術來實現防偽目的，它們的感光度低，色彩也不夠逼真，遠不到亂真的境界。研究人員還試著使用重鉻酸鹽膠作為感光乳劑，用來製作全息識別設備。在一些戰鬥機上配備有此種設備，它們可以使駕駛員將注意力集中在敵人身上。把一些珍貴的文物用這項技術拍攝下來，展出時可以真實地立體再現文物，供參觀者欣賞，而原物妥善保存，防失竊，大型全息圖既可展示轎車、衛星以及各種三維廣告，亦可採用脈衝全息術再現人物肖像、結婚紀念照。小型全息圖可以戴在頸項上形成美麗裝飾，它可再現人們喜愛的動物，多彩的花朵與蝴蝶。迅猛發展的模壓彩虹全息圖，既可成為生動的卡通片、賀卡、立體郵票，也可以作為防偽標識出現在商標、證件卡、銀行信用卡，甚至鈔票上。裝飾在書籍中的全息立體照片，以及禮品包裝上閃耀的全息彩虹，使人們體會到21世紀印刷技術與包裝技術的新飛躍。模壓全息標識，由於它的三維層次感，並隨觀察角度而變化的彩虹效應，以及千變萬化的防偽標記，再加上與其他高科技防偽手段的緊密結合，把新世紀的防偽技術推向了新的輝煌頂點。除光學全息外，還發展了紅外、微波和超聲全息技術，這些全息技術在軍事偵察和監視上有重要意義。我們知道，一般的雷達只能探測到目標方位、距離等，而全息照相則能給出目標的立體形象，這對於及時識別飛機、艦艇等有很大作用。因此，備受人們的重視。但是由於可見光在大氣或水中傳播時衰減很快，在不良的氣候下甚至於無法進行工作。為克服這個困難發展出紅外、微波及超聲全息技術，即用相干的紅外光、微波及超音波拍攝全息照片，然後用可見光再現物象，這種全息技術與普通全息技術的原理相同。技術的關鍵是尋找靈敏記錄的介質及合適的再現方法。
空中全息投影
空中全息投影超聲全息照相
超聲全息照相能再現潛伏於水下物體的三維圖樣，因此可用來進行水下偵察和監視。由於對可見光不透明的物體，往往對超音波透明，因此超聲全息可用於水下的軍事行動，也可用於醫療透視以及工業無損檢測測等。
全息圖
除用光波產生全息圖外，已發展到可用計算機產生全息圖。全息圖用途很廣，可作成各種薄膜型光學元件，如各種透鏡、光柵、濾波器等，可在空間重疊，十分緊湊、輕巧，適合於宇宙飛行使用。使用全息圖貯存資料，具有容量大、易提取、抗污損等優點。
全息照相的方法從光學領域推廣到其他領域。如微波全息、聲全息等得到很大發展，成功地套用在工業醫療等方面。地震波、電子波、X射線等方面的全息也正在深入研究中。全息圖有極其廣泛的套用。如用於研究火箭飛行的衝擊波、飛機機翼蜂窩結構的無損檢驗等。現在不僅有雷射全息，而且研究成功白光全息、彩虹全息，以及全景彩虹全息，使人們能看到景物的各個側面。全息三維立體顯示正在向全息彩色立體電視和電影的方向發展。
全息技術不僅在實際生活中正得到廣泛套用，而且在上世紀興起並快速發展的科幻文學中也有大量描寫和套用，有興趣的話可去看看。 可見全息技術在未來的發展前景將是十分光明的。
最近，在民用方面，日本的虛擬偶像初音未來的演唱會（ミクの日感謝祭 39’s Giving Day）就是用全息投影技術，結合全息投影膜把虛擬的初音未來，實體化。
全息攝影
光源必須是相干光源
通過前面分析知道，全息照相是根據光的干涉原理，所以要求光源必須具有很好的相干性。雷射的出現，為全息照相提供了一個理想的光源。這是因為雷射具有很好的空間相干性和時間相干性，實驗中採用He-Ne雷射器，用其拍攝較小的漫散物體，可獲得良好的全息圖。
照相系統的穩定性
由於全息底片上記錄的是干涉條紋，而且是又細又密的干涉條紋，所以在照相過程中極小的干擾都會引起干涉條紋的模糊，甚至使干涉條紋無法記錄。比如，拍攝過程中若底片位移一個微米，則條紋就分辨不清，為此，要求全息實驗台是防震的。全息台上的所有光學器件都用磁性材料牢固地吸在工作檯面鋼板上。另外，氣流通過光路，聲波干擾以及溫度變化都會引起周圍空氣密度的變化。因此，在曝光時應該禁止大聲喧譁，不能隨意走動，保證整個實驗室絕對安靜。我們的經驗是，各組都調好光路後，同學們離開實驗台，穩定一分鐘後，再在同一時間內爆光，得到較好的效果。
物光與參考光應充足
物光和參考光的光程差應儘量小，兩束光的光程相等最好，最多不能超過2cm，調光路時用細繩量好；兩速光之間的夾角要在30°～60°之間，最好在45°左右，因為夾角小，干涉條紋就稀，這樣對系統的穩定性和感光材料解析度的要求較低；兩束光的光強比要適當，一般要求在1∶1～1∶10之間都可以，光強比用矽光電池測出。
高解析度的全息底片
因為全息照相底片上記錄的是又細又密的干涉條紋，所以需要高解析度的感光材料。普通照相用的感光底片由於銀化物的顆粒較粗，每毫米只能記錄50～100個條紋，天津感光膠片廠生產的I型全息乾板，其解析度可達每毫米3000條，能滿足全息照相的要求。
全息照片沖洗過程
沖洗過程也是很關鍵的。我們按照配方要求配藥，配出顯影液、停影液、定影液和漂白液。上述幾種藥方都要求用蒸餾水配製，但實驗證明，用純淨的自來水配製，也獲得成功。沖洗過程要在暗室進行，藥液千萬不能見光，保持在室溫20℃左右進行沖洗，配製一次藥液保管得當，可使用一個月左右。
技術特色
什麼是全息影像技術？它有哪些特色？是如何實現影像的動態立體展示的呢？首先我們要從全息攝影、全息影像顯示等兩個重要環節來詳細了解。
全息攝影
全息攝影就是在攝影的同時將上述兩類信息同時記錄來實現的。採用雷射作為照明光源，並將光源發出的光分為兩束，一束直接射向感光片，另一束經被攝物的反射後再射向感光片。兩束光在感光片上疊加產生干涉，感光底片上各點的感光程度不僅隨強度也隨兩束光的位相關係而不同。所以全息攝影不僅記錄了物體上的反光強度，也記錄了位相信息。與普通的攝影技術相比，全息攝影技術記錄了更多的信息，因此容量比普通照片信息量大得多（百倍甚至千倍以上）。
美術中的靜物素描
美術中的靜物素描全息影像的顯示
則是通過光源照射在全息圖上，這束光源的頻率和傳輸方向與參考光束完全一樣，就可以再現物體的立體圖像。觀眾從不同角度看，就可以看到物體的多個側面，只不過看得見摸不到，因為記錄的只是影像。
目前最常用的光源是投影機，因為一來光源亮度相對穩定，二來，投影機還具有放大影像的作用，作為全息展示非常實用。
