Hologramy a holografie

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Hologramy a holografie"

Jindřich Fišer
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 FACULTY OF APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF WEST BOHEMIA DEPARTMENT OF COMPUTER SCIENCE AND ENGINEERING CENTRE OF COMPUTER GRAPHICS AND VISUALIZATION Hologramy a holografie CZECH REPUBLIC Petr Lobaz katedra informatiky a výpočetní techniky Fakulta aplikovaných věd Západočeská univerzita v Plzni března 2014

holografie CZECH REPUBLIC Petr Lobaz katedra informatiky a výpočetní techniky

2 Co není holografie Star Wars: A New Hope Hologramy a holografie 2 / 35

3 Co není holografie Hatsune Miku Hologramy a holografie 3 / 35

4 Co není holografie cheoptics Cheoptics 360 TM Hologramy a holografie 4 / 35

5 Co není holografie 360 Light Field Display University of Southern California Hologramy a holografie 5 / 35

6 Co není holografie Plasma volumetric display Burton Inc. Hologramy a holografie 6 / 35

7 Prostorové vidění Y X Hologramy a holografie 7 / 35

8 Prostorové vidění Y X Hologramy a holografie 8 / 35

9 Prostorové vidění Y X Hologramy a holografie 9 / 35

10 Princip hologramu Difrakce světla závisí na frekvenci f vzoru úhel výstupních paprsků: mřížková rovnice sin θ výst = mλf + sin θ vst difraktované paprsky nízkofrekvenční vzor m = +1 m = 0 m = 1 θ vst = 0 propuštěný paprsek vysokofrekvenční vzor θ výst m = +1 m = 0 m = 1 Hologramy a holografie 10 / 35

difraktované paprsky nízkofrekvenční vzor m = +1 m = 0 m = 1 θ vst = 0

11 Princip hologramu Vznik virtuálního obrazu osvětlení hologramu svazkem paprsků ohnuté paprsky se zdánlivě protínají v místě bodu difraktované paprsky rekonstrukční svazek hologram Hologramy a holografie 11 / 35

protínají v místě bodu difraktované paprsky

12 Princip hologramu Vznik reálného obrazu úhel výstupních paprsků: sin θ výst = mλf + sin θ vst pro m = 1 se paprsky skutečně protínají obraz typicky s převrácenou hloubkou difraktované paprsky virtuální obraz hologram reálný obraz Hologramy a holografie 12 / 35

protínají obraz typicky s převrácenou hloubkou difraktované

13 Interference d rozložení světla na stínítku: interferenční vzor +θ A θ B d = λ / (sin θ A sin θ B ) příklad: λ = 0,5 μm θ A = 45 θ B = 45 d = 0,35 μm Hologramy a holografie 13 / 35

14 Rovnice sin θ mřížková rovnice: interferenční rovnice: sin θ výst = mλ/d + sin θ vst d = λ / (sin θ A sin θ B ) po úpravě: sin θ výst = m(sin θ A sin θ B ) + sin θ vst příklad: m = +1, sin θ B = sin θ vst sin θ výst = sin θ A x θ B θ A z θ vst φ výst θ výst z záznam rekonstrukce Hologramy a holografie 14 / 35

B ) + sin θ vst příklad: m = +1, sin θ B = sin θ vst sin θ výst = sin θ A x θ

15 Hologram objektová vlna: θ obj (= θ A ), λ = λ ref referenční vlna: θ ref (= θ B ), λ = λ ref rekonstrukční vlna: θ rek (= θ vst ), λ = λ rek θ obj1 θ výst1 θ výst1 θ ref z θ rek z θ rek z θ obj2 θ výst2 θ výst2 záznam virtuální obraz rekonstrukce m = +1 rekonstrukce m = 1 reálný obraz Hologramy a holografie 15 / 35

výst1 θ ref z θ rek z θ rek z θ obj2 θ výst2 θ výst2 záznam virtuální obraz

16 Hologram Uměle vypočtená holografická struktura pixelů Velikost 4,3 4,3 cm 2 (rozlišení 3600 dpi ~ velikost pixelu 7 μm) Hologramy a holografie 16 / 35

17 Off-axis hologram transmisní ref. vlna θ ref 45 reálný obraz neexistuje viditelný v ovém světle velká hloubka obrazu referenční vlna dělič zrcátko obj. v. hologram θ ref θ obj1 θrek θ výst1 θ rek θ výst1 z z z θ obj2 θ výst2 θ výst2 záznam virtuální obraz rekonstrukce m = +1 rekonstrukce m = 1 Hologramy a holografie 17 / 35

18 Off-axis hologram hologram: okno do jiného světa zlomek hologramu obsahuje neúplnou informaci o celém objektu osvětlovací vlna zrcátko zrcátko osvětlovací vlna zrcátko zrcátko obj. v. hologram obj. v. hologram Hologramy a holografie 18 / 35

osvětlovací vlna zrcátko zrcátko osvětlovací vlna zrcátko

19 Denisjukův hologram reflexní viditelný v bílém světle menší hloubka obrazu jednodušší optika horší možnosti vyladění ref. v. hologram obj. v. ref rek obj obj záznam rekonstrukce virtuální obraz Hologramy a holografie 19 / 35

20 Transferový hologram hologram hologramu (reflexní i transmisní) objekt může být v rovině hologramu omezená paralaxa pozorovatelné pod jednobarevným světlem ref rekonstrukce obj obj rek rek obj záznam rek záznam rekonstrukce Hologramy a holografie 20 / 35

pozorovatelné pod jednobarevným světlem ref rekonstrukce obj

21 Holografická interferometrie záznam klasického off-axis hologramu současné sledování skutečného a iluzorního (rekonstruovaného předmětu) jakýkoliv rozdíl interference struktura proužků hologram hologram referenční vlna objektová vlna rekonstrukční vlna zrcátko zrcátko Hologramy a holografie 21 / 35

22 Vibrometrie pohyb předmětu větší než λ / 4 holografický záznam nevznikne využití: detekce klidných a vibrujících částí předmětu Molin and Stetson, Institute of Optical Research, Stockholm (1971) Hologramy a holografie 22 / 35

23 3D zobrazení Ochrana kulturního dědictví výstavy / výzkum hologramů místo skutečných předmětů exponát je příliš křehký / vzácný souběžné výstavy na několika místech současný pohled na exponát z několika stran téměř dokonalý obraz exponátu v měřítku 1 : 1 interferometrické zkoumání mikrodeformací Hologramy a holografie 23 / 35

24 3D zobrazení Holografický stereogram vstupem série fotografií snadné a levné pořízení, exteriér/interiér možnost syntetických fotografií, animace, laboratorní výroba klasickým postupem lze i plnobarevně pozorovatelné pod bílým světlem Holografický stereogram (Geola Digital) Hologramy a holografie 24 / 35

25 Ochrana proti padělání difraktivní vlastnosti má i hrbolatý povrch výroba mnoha kopií hologramu lisováním + aplikace na předmět poměrně drahé a nedostupné doplnění skrytých prvků obtížné padělání nasvícený holografický materiál holografický materiál po speciálním vyvolání pokovení hologramu a výroba raznice ražba reliéfu do fólie Hologramy a holografie 25 / 35

26 Digitální holografie místo světlocitlivého materiálu elektronický snímač místo pozorování hologramu numerická simulace, následně počítačová analýza obrazu alternativně: výpočet holografické struktury neexistujícího předmětu zobrazení holografické struktury na holografickém displeji Hologramy a holografie 26 / 35

27 Holografický displej obyčejný displej s jemnými pixely v současnosti nejlepší cca 4 μm difrakce 7 pro rozumné 3D alespoň 1 μm difrakce 30 částečné řešení tracking očí uživatele (SeeReal GmbH) fotorefraktivní displeje klasická holografie s rychým bezprocesním materiálem v současnosti cca 0,5 fps (Nitto Denko Technical) Hologramy a holografie 27 / 35

28 Digitální holografie Laboratorní holografické displeje základem DMD čipy (z DLP projektorů), fázové modulátory světla nebo akusto-optické modulátory: (Bilkent University, MIT Media Lab, ) založené na dočasné optické fotorefraktivní paměti (University of Arizona) 11 μm DMD čip fy Texas Instruments Hologramy a holografie 28 / 35

29 Digitální holografie Komerční displeje ve vývoji Zebra Imaging SeeReal Technologies prostorové modulátory světla + sledování uživatelových očí SeeReal Visio 20 QinetiQ prostorový modulátor světla + dočasná optická paměť Zebra Imaging ZScape motion display Hologramy a holografie 29 / 35

30 Holografická mikroskopie klasická: zkoumání hologramu místo skutečného vzorku digitální: záznam digitálního hologramu a jeho pozdější počítačové zkoumání kamera zrcátko dělič mikroskopový objektiv clonka čočka dělič čočka vzorek čočka zrcátko Hologramy a holografie 30 / 35

31 Metrologie povrchu počítačová analýza digitálního hologramu vzorku vypočtená fáze odpovídá detailům povrchu clonka čočka dělič vzorek čočka dělič dělič zrcátko kamera záznam fáze rekonstrukce fáze (Jüptner, Schnars: Digital Holography) Hologramy a holografie 31 / 35

32 Holografická paměť Základní princip dělič SLM hologram dělič hologram zrcátko zrcátko vícenásobný záznam na jeden hologram selektivní rekonstrukce změnou úhlu Hologramy a holografie 32 / 35

33 Holografická paměť Praktické použití (téměř) prostorový modulátor světla (SLM) A: data SLM B: adresa dělič SLM A hologram dělič hologram SLM B SLM B vícenásobný záznam na jeden hologram selektivní rekonstrukce změnou vlny Hologramy a holografie 33 / 35

34 Holografické šifrování SLM A: data, SLM B: klíč rekonstrukce chybným klíčem: nečitelný výstup dělič ref. v. obj. v. dělič hologram hrbolaté zrcátko základní princip hologram SLM B dešifrování správným klíčem dělič SLM A hologram SLM B šifrování dešifrování chybným klíčem Hologramy a holografie 34 / 35

35 FACULTY OF APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF WEST BOHEMIA DEPARTMENT OF COMPUTER SCIENCE AND ENGINEERING CENTRE OF COMPUTER GRAPHICS AND VISUALIZATION Otázky? CZECH REPUBLIC Petr Lobaz katedra informatiky a výpočetní techniky Fakulta aplikovaných věd Západočeská univerzita v Plzni března 2014

36 Bentonův hologram transmisní, viditelný v bílém světle primární hologram úzký proužek pouze horizontální paralaxa místo vertikální paralaxy změna barvy ref rekonstrukce obj obj rek rek obj záznam ref záznam rekonstrukce Hologramy a holografie 36 / 35

37 Holografický stereogram reflexní i transmisní záznam několika primárních hologramů každý obraz viditelný pod svým úhlem animace / změna modelu / syntetický objekt ref rekonstrukce obj obj rek rek obj obj ref záznam záznam rekonstrukce Hologramy a holografie 37 / 35

Podobné dokumenty

Holografie pro střední školy

FACULTY OF APPLIED SCIENCES UNIVERSITY OF WEST BOHEMIA DEPARTMENT OF COMPUTER SCIENCE AND ENGINEERING CENTRE OF COMPUTER GRAPHICS AND VISUALIZATION Holografie pro střední školy CZECH REPUBLIC Petr Lobaz