Digitální holografie je způsob, jak zaregistrovat 3D informace pomocí digitálních fotoaparátů. Dnes již má široké praktické použití a vědci si budou v budoucnu jisti, že bude nepostradatelná v řadě oblastí, od medicíny až po astronomii. O současnosti a budoucnosti digitální holografie.
Fyzikální principy holografie
Holografie je metoda, která umožňuje registrovat informace o objektu a obnovit jeho obraz, a to i v trojrozměrné podobě. Toho se dosahuje registrací nejen amplitudy světla (jako u standardní fotografie), ale také fáze, která umožňuje pozorovat obraz rekonstruovaný z hologramu z různých úhlů.
Hologramy se zaznamenávají registrací celkové amplitudy dvou světelných paprsků: objektu (odraženého od objektu nebo přenášeného skrz něj) a referenčního. Pokud jsou vzájemně koherentní - mají konstantní fázový rozdíl - vytvoří se v rovině překrývajících se paprsků interferenční obrazec, který je zaznamenán digitálními fotosenzory nebo fotocitlivými médii.
Světové trendy
Pomocí digitální holografie můžete vytvořit skutečnou trojrozměrnou vizualizaci objektů a scén. To nevyžaduje speciální brýle pro pozorování scén nebo zvláštní umístění pozorovatele. Na tomto principu se nyní aktivně vyvíjejí 3D displeje, které umožňují vizualizaci vysoce kvalitních obrázků. Vědci si jsou jistí, že se blíží okamžik, kdy barevné obrázky z hologramů budou mít podobnou barevnou kvalitu jako fotografie, zatímco bude reprodukovat trojrozměrný obraz objektu.
Propagační video:
Jedním ze současných pokroků je 5G komunikace využívající holografické principy k vytvoření obrazu partnera. Odborníci se domnívají, že za několik let se tato technologie bude moci stát komerční službou.
Velmi nadějným směrem je 3D tisk pomocí hologramů. Holografický obraz součásti je rozdělen po částech na projekce, a poté je pod kontrolou programu proveden rychlý vrstvový tisk každé projekce.
Oblasti digitální holografie, které se používají ve vědeckém a aplikovaném výzkumu, se aktivně rozvíjejí: holografická mikroskopie (vizualizace mikro a nanoobjektů) a holografická interferometrie (dynamická registrace změn parametrů objektu - teplota, tvar, index lomu).
Kromě toho je digitální holografie již široce používána v lékařském a biologickém zobrazování, v systémech pro kódování, přenos a ukládání dat a také umožňuje zvýšit bezpečnost produktů, bankovek a bankovních karet.
Ruské úspěchy
V současné době provádí výzkum v oblasti holografie - analogového i digitálního - řada univerzit a společností, jejichž laboratoře dosáhly významných výsledků.
Například NRNU MEPhI zavedl systém pro dynamické zaznamenávání, přenos a optickou demonstraci hologramů v reálném čase s rozlišením nejméně 2 miliony pixelů. Umožňuje vzdáleně reprodukovat scény a objekty zaznamenané v optickém i infračerveném rozsahu - které lze použít například k záznamu informací v agresivním prostředí.
Dnes je pro přenos holografického videa zapotřebí kanál s šířkou pásma alespoň jednotek gigabitů za sekundu, a proto jsou technologie pro převod a kompresi digitálních hologramů velmi důležité. NRNU MEPhI tímto směrem aktivně pracuje. V květnu 2019 časopis Vědecké zprávy představil metodu komprese holografických informací stokrát, vyvinutou v rámci grantu Ruské vědecké nadace č. 18-79-00277.
Další důležitou oblastí je zlepšování kvality optického zobrazování 3D scén z nahraných hologramů. Ústav laserových a plazmatických technologií (LaPlaz) společnosti NRNU MEPhI vyvíjí metody pro zlepšení počítačového a reálného optického zobrazování hologramů pomocí multi-gradačních modulátorů z tekutých krystalů a binárních vysokorychlostních mikromirrorů. V roce 2019 publikovali vědci z NRNU MEPhI rozsáhlou studii binarizačních metod pro zobrazování 3D objektů v nejlepší kvalitě v časopise OpticsandLasersinEngineering. Jak vědci vysvětlili, tento vývoj by mohl být užitečný při vytváření vysokorychlostních 3D displejů.
Holografie je použitelná nejen pro ukládání, ale také pro ochranu informací. Vědci v NRNU MEPhI v současné době vytvářejí systémy kódování dat pomocí obrazu zaznamenaného na hologramu jako kódovacího klíče. V rámci grantu Ruské vědecké nadace č. 19-19-00498 probíhá práce na vytvoření kódovacího systému založeného na vysokorychlostních mikromirrorových modulátorech světla. Takový systém je schopen kódovat informace při šířce pásma gigabitů za sekundu.
Neméně důležitou oblastí výzkumu je rozpoznávání objektů. Dnes, jak odborníci NRNU MEPhI vysvětlili, rozpoznávací zařízení obvykle používají pouze prostorové prvky. V nedávno publikovaném článku v časopise Optics Communications byla navržena metoda pro rozpoznávání tvarových i spektrálních rysů, použitelná například v orientačních zařízeních v prostoru nebo pro identifikaci biologických druhů.