AR中的全息投影技術(shù)原來是這么回事

要說如今科技圈什么關(guān)注度最高？全息投影技術(shù)絕對(duì)排得上名列。這項(xiàng)技術(shù)發(fā)明于1947年的英國匈牙利裔物理學(xué)家丹尼斯·蓋伯，他因此項(xiàng)工作獲得了 1971 年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這項(xiàng)技術(shù)從發(fā)明開始就一直應(yīng)用于電子顯微技術(shù)中，在這個(gè)領(lǐng)域中被稱為電子全息投影技術(shù)，但一直到 1960 年激光的發(fā)明后，全息投影才取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展?，F(xiàn)在，大家所熟知的微軟 Hololens 和 Magic Leap 所謂的神秘黑科技就是運(yùn)用了這項(xiàng)技術(shù)。今天，我們來為大家深入剖析一下全息投影技術(shù)。

全息投影是一種顯示技術(shù)，它需要媒介，而且得實(shí)時(shí)進(jìn)行，并且可以與人交互。我們把它的媒介稱之為“全息介質(zhì)”，它不能憑空產(chǎn)生，這就是為什么目前這項(xiàng)技術(shù)很難普及的原因。全息投影將影像投射到全息介質(zhì)上，從而在人們眼前呈現(xiàn)出了3D的效果。這項(xiàng)技術(shù)也被人們稱為虛擬成像技術(shù)，現(xiàn)在非常火熱的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）就運(yùn)用到了這個(gè)技術(shù)。

全息投影可以分為如下若干類。透射全息投影，如利思和烏帕特尼克斯所發(fā)明的技術(shù)，這種技術(shù)通過向全息投影膠片照射激光，然后從另一個(gè)方向來觀察重建的圖像。后來經(jīng)過改進(jìn)，彩虹全息投影可以使用白色光來照明，以觀察重建的圖像。彩虹全息投影廣泛的應(yīng)用于諸如信用卡安全防偽和產(chǎn)品包裝等領(lǐng)域。這些種類的彩虹全息投影通常在一個(gè)塑料膠片形成了表面浮雕圖案，然后通過在背面鍍上鋁膜使光線透過膠片以重建圖像。另一種常見的全息投影技術(shù)稱為反射全息投影，或稱為丹尼蘇克全息投影。這種技術(shù)可以通過使用白色光源從和觀察者相同的方向來照射膠片，通過反射來重建彩色的圖像，以重建圖像。鏡面全息投影是一種通過控制鏡面在二維表面上的運(yùn)動(dòng)來制造三維圖像的相關(guān)技術(shù)。它通過控制反射光線或者折射光線來構(gòu)造全息圖像，而蓋伯的全息投影是通過衍射光來重建波前的。

促使全息投影在短短的一段時(shí)間內(nèi)就蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵原因是低成本的固體激光器的大規(guī)模生產(chǎn)，如DVD播放機(jī)和其他的一些常用設(shè)備中所使用的激光器。這些激光器對(duì)全息投影的發(fā)展也產(chǎn)生了極大的促進(jìn)作用。這些廉價(jià)的體積又很小的固體激光器可以在某些條件下與最初用于全息投影的那些大型的昂貴的氣體激光器相媲美，因此使得預(yù)算較低的研究者、藝術(shù)家甚至業(yè)余愛好者都可以參與到全息投影研究中來。

全息投影技術(shù)（front-projected holographic display）也稱虛擬成像技術(shù)是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像的記錄和再現(xiàn)的技術(shù)。

其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過程：被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點(diǎn)的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強(qiáng)度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。記錄著干涉條紋的底片經(jīng)過顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱全息照片。

其第二步是利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息，這是成象過程：全息圖猶如一個(gè)復(fù)雜的光柵，在相干激光照射下，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個(gè)象，即原始象（又稱初始象）和共軛象。再現(xiàn)的圖像立體感強(qiáng)，具有真實(shí)的視覺效應(yīng)。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點(diǎn)的光信息，故原則上它的每一部分都能再現(xiàn)原物的整個(gè)圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個(gè)不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。