3D全息的發(fā)展史

人類之所以能感受到立體感，是由于人類的雙眼觀察物體時(shí)橫向的，且觀察角度略有差異，圖像經(jīng)視并排，兩眼之間有6厘米左右的間隔，神經(jīng)中樞的融合反射及視覺(jué)心理反應(yīng)便產(chǎn)生了三維立體感。根據(jù)這個(gè)原理，可以將3D顯示技術(shù)分為兩種：一種是利用人眼的視差特性產(chǎn)生立體感；另一種則是在空間顯示真實(shí)的3D立體影像，如基于全息影像技術(shù)的立體成像。全息影像是真正的三維立體影像，用戶不需要佩戴帶立體眼鏡或其他任何的輔助設(shè)備，就可以在不同的角度裸眼觀看影像。 
　　1947年，匈牙利人丹尼斯 蓋博 (Dennis Gabor)在研究電子顯微鏡的過(guò)程中，提出了全息攝影術(shù)(Holography)這樣一種全新的成像概念。全息術(shù)的成像利用了光的干涉原理，以條文形式記錄物體發(fā)射的特定光波，并在特殊條件下使其重現(xiàn)，形成逼真的三維圖像，這幅圖像記錄了物體的振幅、相位、亮度、外形分布等信息，所以稱之為全息術(shù)，意為包含了全部信息。但在當(dāng)時(shí)的條件下，全息圖像的成像質(zhì)量很差，只是采用水銀燈記錄全息信息，但由于水銀燈的性能太差，無(wú)法分離同軸全息衍射波，因此大量的科學(xué)家花費(fèi)了十年的時(shí)間卻沒(méi)有使這一技術(shù)有很大進(jìn)展。 
　　由于全息攝影術(shù)的發(fā)明，丹尼斯 蓋博在 1971 年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。 
　　1962 年，美國(guó)人雷斯和阿帕特尼克斯在基本全息術(shù)的基礎(chǔ)上，將通信行業(yè)中“側(cè)視雷達(dá)”理論應(yīng)用在全息術(shù)上，發(fā)明了離軸全息技術(shù)，帶動(dòng)全息技術(shù)進(jìn)入了全新的發(fā)展階段。這一技術(shù)采用離軸光記錄全息圖像，然后利用離軸再現(xiàn)光得到三個(gè)空間相互分離的衍射分量，可以清晰的觀察到所需的圖像，有效克服了全息圖成像質(zhì)量差的問(wèn)題。 
　　1969年，本頓發(fā)明了彩虹全息術(shù)，能在白熾燈光下觀察到明亮的立體成像。其基本特征是，在適當(dāng)?shù)奈恢眉尤胍粋€(gè)一定寬度的狹縫，限制再現(xiàn)光波以降低像的色模糊，根據(jù)人眼水平排列的特性，犧牲垂直方向物體信息，保留水平方向物體信息，從而降低對(duì)光源的要求。彩虹全息術(shù)的發(fā)明，帶動(dòng)全息術(shù)進(jìn)入了第三個(gè)發(fā)展階段。 傳統(tǒng)全息技術(shù)采用鹵化銀等材料制成感光膠片，完成全息圖像信。 
　　定影等后期處理，整個(gè)制作過(guò)程非常繁息的記錄，由于需要進(jìn)行顯影、瑣。而現(xiàn)代的全息技術(shù)材質(zhì)采用新型光敏介質(zhì)，如光導(dǎo)熱塑料、光折變晶體、光致聚合物等，不僅可以省去傳統(tǒng)技術(shù)中的后期處理步驟，而且信息的容量和衍射率都比傳統(tǒng)材料較高。 
　　然而，采用感光膠片或新型光敏介質(zhì)，都需要通過(guò)光波衍射重現(xiàn)記錄的波前信息，肉眼直接觀察再現(xiàn)結(jié)果，這樣難以定量分析圖像的精確度，無(wú)法形成精確的全息影像。 
　　20 世紀(jì) 60 年代末期，古德曼和勞倫斯等人提出了新的全息概念———數(shù)字全息技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)了精確全息技術(shù)的時(shí)代。到了 90 年代，隨著高分辨率CCD的出現(xiàn)，人們開(kāi)始用 CCD 等光敏電子元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的感光膠片或新型光敏等介質(zhì)記錄全息圖，并用數(shù)字方式通過(guò)電腦模擬光學(xué)衍射來(lái)呈現(xiàn)影像，使得全息圖的記錄和再現(xiàn)真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。 
　　數(shù)字全息技術(shù)的成像原理是，首先通過(guò) CCD 等器件接收參考光和物光的干涉條紋場(chǎng)，由圖像采集卡將其傳入電腦記錄數(shù)字全息圖；然后利用菲涅爾衍射原理在電腦中模擬光學(xué)衍射過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全息圖的數(shù)字再現(xiàn)；最后利用數(shù)字圖像基本原理再現(xiàn)的全息圖進(jìn)行進(jìn)一步處理，去除數(shù)字干擾，得到清晰的全息圖像。 
　　數(shù)字全息技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、全息技術(shù)和電子成像技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。它通過(guò)電子元件記錄全息圖，省略了圖像的后期化學(xué)處理，節(jié)省了大量時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像的實(shí)時(shí)處理。同時(shí)，其可以進(jìn)行通過(guò)電腦對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行定量分析，通過(guò)計(jì)算得到圖像的強(qiáng)度和相位分布，并且模擬多個(gè)全息圖的疊加等操作。