Дигиталната холография е начин за регистриране на 3D информация с помощта на цифрови камери. Днес тя вече има широко практическо приложение и в бъдеще, сигурни са учените, ще бъде незаменима в редица области - от медицината до астрономията. За настоящето и бъдещето на дигиталната холография.
Физически принципи на холографията
Холографията е метод, който ви позволява да регистрирате информация за даден обект и да възстановите неговото изображение, включително в триизмерна форма. Това се постига чрез регистриране не само на амплитудата на светлината (както при стандартната фотография), но и на фазата, която позволява да се наблюдава изображението, реконструирано от холограмата от различни ъгли.
Холограмите се записват чрез регистриране на общата амплитуда на два светлинни лъча: обект (отразен от обект или предаден през него) и референтен. Ако те са съгласувани помежду си - те имат постоянна фазова разлика - тогава в равнината на суперпозиция на лъчите се формира интерферентен модел, който се записва от цифрови фотосензори или фоточувствителни среди.
Световните тенденции
С помощта на цифрова холография можете да създадете истинска триизмерна визуализация на обекти и сцени. Това не изисква специални очила за наблюдение на сцени или специално позициониране на наблюдателя. На този принцип в момента активно се разработват 3D дисплеи, които позволяват визуализиране на висококачествени изображения. Както са сигурни учените, наближава моментът, когато цветните изображения от холограмите ще бъдат сходни по качество на цветовете с фотографиите, докато възпроизвеждат триизмерно изображение на обект.
Промоционално видео:
Един от съвременните постижения е 5G комуникацията, използваща холографски принципи, за да създаде образ на събеседника. Експертите смятат, че след няколко години тази технология ще може да се превърне в търговска услуга.
Изключително обещаваща посока е 3D печат с помощта на холограми. Холографското изображение на частта се разделя по секции на проекции и след това, под контрола на програмата, се извършва бърз печат на всеки слой по всеки слой.
Активно се развиват областите на дигиталната холография, които се използват в научните и приложни изследвания: холографска микроскопия (визуализация на микро- и нано-обекти) и холографска интерферометрия (динамично регистриране на промените в параметрите на обекта - температура, форма, показател на пречупване).
В допълнение, дигиталната холография вече е широко използвана в медицинското и биологичното изображение, в системи за кодиране, предаване и съхранение на данни, а също така дава възможност да се увеличи сигурността на продукти, банкноти и банкови карти.
Руски постижения
Днес изследвания в областта на холографията - и аналогова, и цифрова - се извършват от редица университети и компании, чиито лаборатории са постигнали значителни резултати.
Например, NRNU MEPhI внедри система за динамично записване, предаване и оптична демонстрация на холограми в реално време с резолюция най-малко 2 милиона пиксела. Тя ви позволява да възпроизвеждате дистанционно сцени и обекти, записани както в оптичния, така и в инфрачервения диапазон - които могат да се използват например за запис на информация в агресивна среда.
Днес за предаване на холографско видео е необходим канал с широчина на честотната лента от поне единици гигабита в секунда, поради което технологиите за конвертиране и компресиране на цифрови холограми са от голямо значение. NRNU MEPhI работи активно в тази посока. През май 2019 г. списание Scientific Reports представи метод за компресиране на холографска информация стотици пъти, разработен в рамките на безвъзмездната финансова помощ на Руската научна фондация № 18-79-00277.
Друга важна област е подобряването на качеството на оптичния дисплей на 3D сцени от записани холограми. Институтът за лазерни и плазмени технологии (LaPlaz) на NRNU MEPhI разработва методи за подобряване на компютърен и реален оптичен дисплей на холограми, използвайки многоградационни течни кристали и двоични високоскоростни микромикрооптични модулатори. През 2019 г. учени от NRNU MEPhI публикуват мащабно проучване на методите на бинаризация за показване на 3D обекти с най-добро качество в списанието OpticsandLasersinEngineering. Както обясниха учените, това развитие може да бъде полезно при създаването на високоскоростни 3D дисплеи.
Холографията е приложима не само за съхраняване, но и за защита на информация. Учените от NRNU MEPhI в момента създават системи за кодиране на данни, използвайки изображение, записано на холограма, като кодиращ ключ. В рамките на безвъзмездната финансова помощ на Руската научна фондация № 19-19-00498 се работи за създаване на кодираща система, базирана на високоскоростни микромироларни светлинни модулатори. Такава система е в състояние да кодира информация с честотна лента от гигабити в секунда.
Също толкова важна област на изследване е разпознаването на обекти. Днес, както обясниха специалистите на NRNU MEPhI, устройствата за разпознаване обикновено използват само пространствени характеристики. В наскоро публикувана статия в списанието Optics Communications беше предложен метод за разпознаване както по форма, така и по спектрални характеристики, приложим например в устройства за ориентация в космоса или за идентифициране на биологични видове.