TV holografică TV holografică și o nouă metodă de holografie. Ecrane holografice 3D

Veklich A.V.
Erushevici D.A.
Borisov R.A.
Rachek V.B.
Institutul de Inginerie Fizică și Radioelectronică Universitatea Federală Siberiană
660074, Krasnoyarsk, st. Kirenskogo 26.
E-mail: [email protected]

Acest articol discută holografia. Au fost studiate principiile de funcționare a televiziunii holografice. Din analiza tehnologiei se evidențiază perspectivele de utilizare a tehnologiei. Se prevede apariția unei tehnologii accesibile tuturor.

Cuvinte cheie: FogScreens, 3D, hologramă, televiziune holografică

În acest articol se discută holografia. A studiat principiile televiziunii holografice. Analiza tehnologiei datorate a evidențiat perspectivele de utilizare a tehnologiei. Ea prezice apariția tehnologiei, accesibilă tuturor.

Cuvinte cheie: FogScreens, 3D, hologramă, televiziune holografică

Holografia este o metodă specială de înregistrare și reconstrucție ulterioară a unui câmp de undă, bazată pe înregistrarea unui model de interferență. Își datorează aspectul legilor opticii unde - legile interferenței și difracției. Acesta este fundamental mod nouînregistrarea și reproducerea imaginilor spațiale ale obiectelor inventate fizician englez D. Gabort în 1947, pentru care a primit Premiul Nobel în 1971. Implementare experimentală și dezvoltare ulterioară Această metodă a omului de știință sovietic Yu.N Denisyuk în 1962 și a fizicienilor americani E. Leith și J. Upatnieks în 1963 a devenit posibilă după apariția în 1960 a surselor de lumină cu un grad ridicat de coerență - lasere.

Metodele de holografie, înregistrarea hologramelor în medii tridimensionale, holografia color și panoramică etc., sunt din ce în ce mai dezvoltate. Poate fi utilizat în calculatoare cu memorie holografică, microscop electronic holografic, cinema și televiziune holografică, interferometrie holografică etc.

Prima imagine de televiziune tridimensională, obținută pe un principiu diferit, a fost demonstrată de Pavel Vasilyevich Shmakov în urmă cu 17 ani perspective suplimentare pentru televiziunea tridimensională sunt asociate tocmai cu holografia. Dezvoltarea unor astfel de sisteme este discutată intens și pare să progreseze. Astfel, există rapoarte că deja în 1967 va fi prezentat un model de cameră holografică comercială. Dezvoltarea tehnologiilor pentru imaginea holografică a obiectelor se realizează în mai multe direcții. Oamenii de știință americani și japonezi au avut un succes deosebit în acest sens.

Prima persoană care a reușit să obțină o hologramă funcțională a fost compatriotul nostru, Yu.N Denisyuk. În 1962, a dezvoltat o metodă de captare și reproducere a hologramelor, care este folosită și astăzi. După aceasta, oamenii de știință s-au gândit: deoarece există o imagine tridimensională statică, atunci de ce să nu creăm una dinamică - un film holografic? Ideea a fost bună - la urma urmei, un astfel de cinema nu dă iluzia volumului, ci volumul în sine și, în consecință, un efect viu al prezenței spectatorului în scena filmului.

Există patru domenii pentru dezvoltarea tehnologiilor de televiziune holografică:

Primirea televiziunii holografice folosind camere și computere sincronizate - gazda canalului TV Anderson Cooper a realizat un interviu în timp real cu o hologramă a celebrului interpret will.i.am, care se afla într-un loc complet diferit. Acest lucru a necesitat eforturile SportVu și Vizrt și, de asemenea, a necesitat mult echipament. Persoana proiectată în studioul CNN a fost filmată simultan de 35 de camere de înaltă definiție. Camerele împreună au transmis imaginea complexă în studio, fiind, la rândul lor, sincronizate cu camerele de studio, astfel încât să nu apară suprapuneri. În plus, scanarea în infraroșu a fost folosită și pentru o mai mare fiabilitate. Și după toate acestea, imaginea de ansamblu a fost procesată în timp real de 12 computere simultan.

Obținerea unei imagini holografice folosind tehnologia FogScreens - folosind două dispozitive FogScreens și un proiector care controlează mișcarea imaginilor bidimensionale, pot fi create două imagini plate, care sunt apoi transformate în unele tridimensionale - pe care utilizatorul le vede fără dispozitive speciale. .

Obținerea unei imagini holografice folosind holografia electronică color - o hologramă este creată pe baza unei fotografii integrale, atunci când subiecții sunt filmați la iluminare normală cu o cameră video cu o lentilă care imită structura ochiului compus al insectelor. Această lentilă constă din multe microlentile. De asemenea, este folosit pentru a afișa imagini 3D.

Obținerea unei imagini holografice folosind ecrane holografice tridimensionale - acum afișajul holografic, dezvoltat de specialiștii din Arizona, are forma unui film mai mic de un milimetru gros și o suprafață de aproximativ 10 centimetri pătrați. O imagine holografică tridimensională poate fi construită pe un astfel de ecran în mai puțin de 3 minute.

După ce am analizat dezvoltarea tehnologiilor legate de televiziunea holografică, putem prezice apariția sa iminentă în viața noastră.

Potrivit oamenilor de știință, până în 2020 tehnologia de televiziune holografică va fi disponibilă pentru aproape toată lumea. Putem evidenția principalele aspecte ale viitorului televiziunii:

1. Îmbunătățirile în tehnologia televiziunii vor crește viteza de transmisie și calitatea imaginilor holografice tridimensionale.

2. Dezvoltarea tehnologiei laser va asigura crearea unei benzi ultra-wide linii optice comunicații, precum și sisteme corespunzătoare pentru modularea și scanarea fasciculelor de lumină. Utilizarea unui fascicul laser este singura modalitate de a transmite cantitatea enormă de informații conținute în hologramă.

3. Dezvoltarea de receptoare dinamice de imagine și ecrane mai rapide cu rezoluție crescută. Astăzi, materialele fotocromatice și termoplasticele par deosebit de promițătoare. În primul, rezoluția este la nivel molecular, dar sensibilitatea este încă scăzută. Acestea din urmă se disting prin viteza lor - deja acum realizarea unei holograme durează câteva secunde, iar acest timp poate fi redus la o fracțiune de secundă.

Să evidențiem principalele perspective de dezvoltare a tehnologiei

Afișările holografice tipice pentru această perioadă costă bani mari, cele mai multe dintre ele sunt considerate în prezent ca articole de lux. Totuși, concurența dintre principalii producători va fi marcată în curând de o reducere a costurilor de producție, ceea ce face ca acest produs să fie accesibil pentru majoritatea oamenilor. Îmbunătățirile ulterioare ale tehnologiei conduc, de asemenea, la afișaje mai mari și mai clare. Aceste ecrane pot fi fie montate pe un perete (cu imaginea laser afișată pe fundal), fie așezate pe o masă în poziție orizontală, așezând componentele rămase ale dispozitivului sub masă.

În următoarele decenii, îmbunătățirile acestei tehnologii vor face posibilă crearea unor încăperi întregi „mobilate” cu holograme.

Cipul poate fi utilizat în producția unei game largi de dispozitive.

Utilizarea tehnologiei în toate domeniile vieții, de la jocuri video până la echipamente medicale robotizate de înaltă precizie, care sunt folosite pentru a efectua operațiuni complexe.

1. Televiziunea holografică ar putea fi aici până în 2020 - [Resursă electronică],
2. URL: http/www.dvice.com
3. Gurevici, S., Konstantinov V., Chernykch D.: Studii de interferență-holografie în spaţiu. Proc. SPIE, 1183 (1989), 479-485
4. Gurevich, S., Konstantinov, V., Relin, V., Babenko, V.: Optimizarea inregistrarea si reconstruirea frontului de unda in interferometrie holografică în timp real. Proc. din SPIE, 3238(1997), 16-19
5. Bat’kovich, V., Budenkova, O., Konstantinov, V., Sadov, O., Smirnova, E.: Determinarea distributia temperaturii in lichide și solide folosind interferometrie holografică, Tech. Phys., 44(1999)6, 704-708.

Interesul general în posibilitatea implementării televiziunii holografice volumetrice este de înțeles. O astfel de televiziune va aduce arta și tehnologia televiziunii cât mai aproape posibil.

reproducerea în condiții reale și va crea un efect de prezență aproape 100%.

Deși prima imagine de televiziune tridimensională obținută pe un principiu diferit a fost demonstrată de Shmakov în urmă cu 17 ani, perspectivele de viitor ale televiziunii tridimensionale sunt asociate tocmai cu holografia. Dezvoltarea unor astfel de sisteme este discutată intens și pare să progreseze. Astfel, există rapoarte că deja în 1967 va fi prezentat un prototip al unui sistem holografic comercial, care transmite imagini tridimensionale și necesită o lățime de bandă de cel mult .

Ideea televiziunii holografice a fost aparent propusă pentru prima dată de Rogers în brevetul său din 1958 - chiar înainte de inventarea laserului. Cea mai detaliată discuție despre cerințele pentru un sistem de televiziune holografică tridimensională este dată în lucrare. S-a demonstrat că un astfel de sistem va necesita o lățime de bandă de aproximativ 10" Hz (cu o rezoluție a ecranului TV de 700 de linii!), ceea ce este cu patru ordine de mărime mai mare decât lățimea de bandă a unui canal TV modern. Prin urmare, transmisia de imagini tridimensionale prin intermediul unui canal TV obișnuit sunt în prezent posibile numai pentru obiecte simple sau în modul de scanare lentă.

Dacă hologramele cu structură mare sunt produse prin alegerea unui unghi mic între fasciculele de referință ale obiectului, atunci acestea pot fi transmise imediat la televizor. Prima transmisie de succes de televiziune a unor astfel de holograme a fost deja realizată. Cu toate acestea, această metodă este potrivită numai pentru obiecte mici bidimensionale, cum ar fi un banner. În comparație cu transmisia de televiziune convențională, are doar avantajele că informațiile de imagine sunt transmise în formă codificată și că o astfel de transmisie este foarte rezistentă la zgomot. Chiar dacă se pierde până la 90% din informații (de exemplu, 9 din 10 minute, conexiunea nu a funcționat din cauza interferențelor), este posibil să se restabilească diferite contururi ale întregii imagini originale.

O altă cale posibilă este televiziunea cu microunde. Rețelele de antene cu mai multe elemente pot fi utilizate ca hologramă cu microunde. Cantitatea de informație conținută într-o hologramă, care este obținută în intervalul de lungimi de undă milimetrică, nu este prea mare pentru a fi transmisă prin mijloace convenționale. Observarea la capătul de recepție al canalului TV ar trebui să fie efectuată prin iradierea unei holograme reduse cu un laser. Cu toate acestea, astfel de holograme sunt foarte mici și nu produc paralaxe vizibile. Dacă lipiți un set de astfel de holograme împreună, obiectul

va fi văzut ca și cum ar fi văzut prin multe găuri mici din ecran.

Alte atacuri asupra televiziunii holografice vor veni evident din mai multe părți. În primul rând, îmbunătățirea tehnologiei de televiziune va crește viteza de transmisie și calitatea imaginilor holografice tridimensionale. În plus, dezvoltarea tehnologiei laser va asigura crearea de linii de comunicații optice cu bandă ultra-largă, precum și sisteme corespunzătoare pentru modularea și scanarea fasciculelor de lumină. Aparent, utilizarea unui fascicul laser este singura modalitate de a transmite cantitatea enormă de informații conținute în hologramă.

A treia direcție este asociată cu dezvoltarea receptoarelor de imagine dinamice și a ecranelor mai rapide cu rezoluție crescută. Astăzi, materialele fotocromatice și termoplasticele par a fi deosebit de neresponsive. În primul, rezoluția este la nivel molecular, dar sensibilitatea este scăzută. Acestea din urmă se disting prin viteza lor - deja acum realizarea unei holograme durează câteva secunde, iar acest timp poate fi redus la o fracțiune de secundă.

În plus, televiziunea holografică trebuie să găsească mijloace pentru a economisi lățimea de bandă. De exemplu, este posibil să se reducă câmpul vizual în direcția verticală fără deteriorare semnificativă. De asemenea, este necesar să profităm de faptul că imaginile succesive sunt doar puțin diferite unele de altele. Prin crearea unui fascicul de referință divergent la marginea hologramei, puteți mări semnificativ cel mai mic element al hologramei. Întunecarea detaliilor neimportante ale imaginii și alte trucuri optice sunt, de asemenea, posibile. În cele din urmă, nu toate informațiile înregistrate pe hologramă sunt necesare pentru a reconstrui imaginea și trebuie să înveți să gestionezi această proprietate de redundanță.

Descriere:

Un televizor holografic permite, folosind mijloace tehnice speciale (o prismă optică instalată în interiorul său, un panou LED etc.) și software (Digital 3D Signage systems), să afișeze imagini tridimensionale - holograme, folosind videoclipuri 2D obișnuite.

Un televizor holografic formează o imagine a unui videoclip obișnuit în interiorul unei prisme optice, transformându-l într-un format 3D special. Imaginea generată de pe panoul LED este proiectată pe elementul optic principal al televizorului holografic - o prismă optică special concepută. Sticla cu prismă are un strat optic special care refractă razele imaginii în centrul prismei și formează o imagine 3D care plutește „în aer”. Această imagine poate fi privită din toate unghiurile și se bucură de un efect fantastic.

Televizoarele holografice sunt disponibile în toate dimensiunile și formele, decorate în orice materiale și completări. Nu necesită mult spațiu pentru a le așeza.

Software TV holografic:

Sistemul Digital 3D Signage este un software special dezvoltat pentru afișarea oricărui conținut digital pe televizoarele holografice. Acesta este un sistem pentru conversia automată a videoclipurilor obișnuite în format prismă 3D holografică în timp real. Acest software vă permite să utilizați videoclipuri convenționale existente și să le scoateți fără adaptare preliminară pentru mediile holografice. Televizorul holografic, folosind software-ul Digital 3D Signage, schimbă automat videoclipul în timp real și îl afișează într-o prismă în format 3D ideal. Datorită Digital 3D Signage, nu este nevoie să creați videoclipuri speciale pentru afișare pe holografie mass-mediași cheltuiți fonduri suplimentare în consecință.

Sistemul Digital 3D Signage vă permite, de asemenea, să creați o rețea de publicitate la scară națională. Aceste. o rețea de televizoare holografice poate fi controlată de la un server comun prin Internet.

Avantaje:

– Efect 3D fără puncte,

– Televizoarele holografice au un corp ultra-ușor și durabil din materiale metal-plastic,

– se folosește material cu prisme optice ultra-ușoare, durabile. Din acest motiv, greutatea televizoarelor holografice a fost redusă de 4-5 ori fără pierderea caracteristicilor de calitate,

– Capacitățile prismei au fost extinse semnificativ prin introducerea funcției „Rotire”, adică același televizor holografic poate fi rotit pur și simplu la 180 de grade și apăsați tasta corespunzătoare de pe panoul de control wireless și va afișa videoclipuri în noua poziție. Astfel, aceeași prismă poate fi folosită atât în ​​poziția N-Prism, cât și în poziția V-Prism, în funcție de locația necesară a prismei,

– cea mai bună imagine în ceea ce privește claritatea, saturația și redarea culorii,

Dezvoltarea tehnologiilor pentru imaginea holografică a obiectelor se realizează în mai multe direcții.

1. Camere și computere sincronizate

1. Ecrane holografice 3D

Autor nou loc de muncă- Nasser Peykhambarian, profesor la Universitatea din Arizona. Baza dispozitivului este un nou material polimeric care poate înregistra informații grafice tridimensionale, le poate șterge și poate afișa un nou cadru tridimensional pe ecran în câteva minute. În ciuda faptului că introducerea în utilizare a noii tehnologii implică o serie de dificultăți tehnice, oamenii de știință sunt încrezători că își vor putea îmbunătăți invenția și vor realiza o actualizare a tehnologiei. informatii grafice la aproximativ 30 de cadre pe minut.

Peykhambarian este încrezător că în câțiva ani va putea aduce viteza de actualizare a informațiilor grafice de pe ecran la un nivel suficient pentru a crea un monitor video cu drepturi depline. Acest dispozitiv olografic poate fi folosit în scopuri medicale și, cu siguranță, va fi, de asemenea, de interes pentru armată.

1. Antenă în faze

Pentru prima dată, specialiștii de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts au reușit să creeze o matrice de antene în fază optică (PAR). Printre altele, va face posibilă crearea de televizoare holografice în care un obiect poate fi văzut din toate părțile.

Puteți controla fasciculul de lumină în două moduri: folosind acționări mecanice care rotesc becul și, de asemenea, prin variarea fazei luminii. În acest din urmă caz, interferența luminii de la doi emițători permite crearea unui fascicul de lumină direcționat. Mai simplu spus, razele de lumină ale emițătorilor se anulează reciproc în unele direcții și le sporesc în altele, rezultând un fascicul direcționat. Principiul phased array este bine cunoscut și folosit în stațiile radar, dar specialiștii MIT au fost primii care au reușit să realizeze o antenă optică mare similară. Aceasta este o adevărată revoluție în optică.

Rețeaua de fază optică MIT (Massachusetts Institute of Technology) constă dintr-o matrice de 4096 emițători, care sunt plasați pe un singur cristal de siliciu (576 × 576 μm). Emițătorii proiectează o imagine a siglei MIT. În acest caz, toate cele 4096 de surse de lumină emit lumină, dar din cauza unei schimbări a direcției razelor cu câțiva milimetri, rezultatul nu este un punct uniform de lumină, ci un logo. Oamenii de știință au demonstrat, de asemenea, un al doilea eșantion de matrice fază - cu 64 de emițători. Acest cip are capacitatea de a schimba faza și poate crea o imagine în mișcare.

Noua tehnologie ar putea găsi aplicații într-o gamă largă de domenii: de la telemetri mai ieftine și mai eficiente, la dispozitive medicale și televizoare holografice. Cipurile de siliciu cu rețele optice în fază pot fi produse la scară industrială singurul dezavantaj al tehnologiei este prezența unui număr mare de fire de control (în funcție de numărul de emițători). Pentru matricele mari în fază, aceasta poate fi o problemă, deși dezvoltatorii susțin că poate fi rezolvată.

Dezvoltarea tehnologiilor pentru imaginea holografică a obiectelor se realizează în mai multe direcții. Oamenii de știință americani și japonezi au avut un succes deosebit în acest sens.

1) Utilizarea camerelor și computerelor sincronizate.

2) Tehnologia FogScreens, care creează imagini în aer folosind picături de lichid.

Folosind două dispozitive FogScreens și un proiector care controlează mișcarea imaginilor bidimensionale, este posibilă crearea a două imagini plate, care sunt apoi transformate în imagini tridimensionale, pe care utilizatorul le vede fără dispozitive speciale.

Anterior, un astfel de efect putea fi obținut numai în condiții de laborator, dimensiuni mici vreo zece centimetri. Acum a fost posibil să se obțină dimensiunea unei camere reale cu distanțe de câțiva metri. Cercetătorii și-au numit dispozitivul „afișaj imaterial”, care poate găsi multe aplicații - în tururi virtuale ale muzeelor, în teleconferințe și telemedicină, diverse sisteme educaționale și de jocuri, cărți electronice cu ilustrații 3D și alte domenii.

3) Holografie cu electroni color.

Pentru a crea o hologramă de culoare folosind metoda obișnuită, este necesar să iluminați obiectul separat cu roșu, verde și albastru. raze laser, iar acest lucru ar trebui făcut într-o cameră întunecată; Prin urmare, folosind această metodă, este imposibil să obțineți o imagine holografică a obiectelor în mișcare.
Noua tehnologie vă permite să filmați un obiect la iluminare normală. O imagine holografică este apoi creată din videoclipul capturat folosind procesarea datelor de mare viteză.
Holograma este afișată pe trei panouri LCD în roșu, albastru și verde. Imaginile holografice ale aceluiași obiect sunt apoi reproduse prin fascicule laser și sintetizate într-un videoclip 3D care poate fi afișat în timp real.
Până acum, dimensiunea imaginii reproduse este de numai 1 cm, deoarece holografia are un unghi mic de vizualizare 3D de 2°. În următorii trei ani, oamenii de știință de la Institutul japonez TIC intenționează să crească de patru ori dimensiunea imaginilor video 3D.

4) Ecrane holografice tridimensionale.
Autorul noii lucrări este Nasser Peykhambarian, profesor la Universitatea din Arizona.
Baza dispozitivului este un nou material polimeric care poate înregistra informații grafice tridimensionale, le poate șterge și poate afișa un nou cadru tridimensional pe ecran în câteva minute. În ciuda faptului că implementarea tehnologie nouă utilizarea implică o serie de dificultăți tehnice, oamenii de știință sunt încrezători că vor putea să-și îmbunătățească invenția și să realizeze actualizarea informațiilor holografice la o viteză de aproximativ 30 de cadre pe minut.

Peykhambarian este încrezător că în câțiva ani va putea aduce viteza de actualizare a informațiilor grafice de pe ecran la un nivel suficient pentru a crea un monitor video cu drepturi depline.
În prezent, gama de aplicații ale acestui dispozitiv olografic este foarte limitată. Poate fi folosit în scopuri medicale și va fi, cu siguranță, de interes pentru militari. De asemenea, este prea devreme să vorbim despre televiziunea tridimensională: pe lângă ecran, pentru a viziona programe TV ai nevoie de televizorul în sine, de un post de transmisie și de camere care înregistrează programul.