简单3d全息影像技术实验探究2

简单3d全息影像技术实验探究

作者：陈锦林指导老师：

小组成员：林泽帆、纪晓钦、纪锋盛、纪泽嘉、陈世豪、黄书烁、陈锦林、李东妍、陈婉娴、陈燕璇

小组组长：林泽帆

摘要：全息显示的基本机理

全息学自20世纪60年代激光器问世后得到了迅速的发展。其基本机理是利用光波干涉法同时记录物光波的振幅与相位。由于全息再现象光波保留了原有物光波的全部振幅与相位的信息，故再现象与原物有着完全相同的三维特性。换句话说，人们观看全息像时会得到与观看原物时完全相同的视觉效果，其中包括各种位置视差，这即是全息三维显示的理论依据。从这种意义上来说，全息才是真正的三维图像，而上述的各种由体视对合成的图像充其量仅是准三维图像（并无垂直视差的感觉）。20世纪80年代后，激光全息技术的迅速发展，成为一种异军突起的高新技术产业。在激光全息技术中，全息显示技术由于更接近于人们的日常生活而倍受关注。它不仅可制出惟妙惟肖的立体三维图片美化人们的生活，还可将其用于证券、商品防伪、商品广告、促销、艺术图片、展览、图书插图与美术装潢、包装、室内装潢、医学、刑侦、物证照相与鉴别、建筑三维成像、科研、教学、信息交流、人像三维摄影及三维立体影视等众多领域，近年来还发展成为宽幅全息包装材料而得到了广泛的应用。由于白光再现全息技术可在白昼自然环境中或在普通白光照射条件下观看物体的三维图像，一直研究全息技术的最新发展及运用，期待自身的努力使得全息显示技术得到了迅速的发展。本次研究性学习目的是了解有关3D全息影像知识，学会制作简单的3D全息影像。

关键词:三维、信息技术、全息影像技术

序言：在高中阶段，我们接触信息技术的频率日益增多，而全息影像又与我们的生活有着密切的联系。我们带着浓厚的兴趣和科学的态度进入到了对3D全息影像技术的探究中。

正文：

一、全息影像的日常联系

人类之所以能感受到立体感，是由于人类的双眼是横向观察物体的，且观察角度略有差异，图像经视并排，两眼之间有6厘米左右的间隔，神经中枢的融合反射及视觉心理反应便产生了三维立体感。根据这个原理，可以将3D显示技术分为两种：一种是利用人眼的视差特性产生立体感；另一种则是在空间显示真实的3D立体影像，如基于全息影像技术的立体成像。全息影像是真正的三维立体影像，用户不需要佩戴带立体眼镜或其他任何的辅助设备，就可以在不同的角度裸眼观看影像。

人类之所以能感受到立体感，是由于人类的双眼是横向观察物体的，且观察角度略有差异，图像经视并排，两眼之间有6厘米左右的间隔，神经中枢的融合反射及视觉心理反应便产生了三维立体感。根据这个原理，可以将3D显示技术分为两种：一种是利用人眼的视差特性产生立体感；另一种则是在空间显示真实的

3D立体影像，如基于全息影像技术的立体成像。全息影像是真正的三维立体影像，用户不需要佩戴带立体眼镜或其他任何的辅助设备，就可以在不同的角度裸眼观看影像。

从《星球大战》开始，让身处不同地方的人出现在同一可活动的全息图

中，就成为科幻的经典情节。但11月4日出版的英国《自然》杂志封面文章介绍的新成果，显示科学家们已发明出近乎实时传送水平的3D全息成像技术，即“全息网真”。《每日邮报》评论称该突破可使电视电影、电脑游戏、街头3D 广告甚至远程医疗出现彻底革命。

二、全息显示

1、透射式全息

2、反射式全息

3、像面式全息

4、彩虹式全息

5、合成式全息

6、模压式全息

7、计算机全息

三、技术产品

1.360全息幻影成像系统

2.全息投影

全息投影是近期非常流行的技术，它采用全息膜配合投影展示产品，提供了丰富的全息影像，可以在玻璃、亚克力等材质上成像，将装饰性、实用性融为一体，成为现在一种前沿的市场推广手段。2008 年美国 CNN 电视台首次在总统大选的报道中应用了全息投影技术，动用了 35 部高清摄像机，从各角度同时对主持人进行拍摄，拍摄的图像数据传输到 20 台电脑中进行合成处理，最终通过高清投影仪实现全息人像的真实再现。

全息投影技术是通过在空气或特殊镜片上形成立体影像，是全息摄影术的拟想发展，可以从任何角度观看全息影像的不同侧面。目前市摄影术的逆向展示，场上可实现的全系投影从技术上分为三种：

（1）空气投影：美国麻省的一名 29 岁研究生发明了一种空气投影）技术，可以在气流墙上投影图像，并且使其具备交互功能。这一技术灵感来源于海市蜃楼原理，将图像投射在大片的水蒸气上，由于组成水蒸气的水分子震动不均衡，可以形成立体感很强的全息图像。

（2）激光束投影：日本公司研制了一种利用激光束来投射实体的全息影像投射方法。这一方法主要利用了氧气和氮气在空气中散开时，两者混合成的气体变成灼热的物质，并在空气中通过不断的小爆炸形成全息图像。（3）美国南加利福尼亚大学的研究人员研制了一种360度全息显示屏：将图像投影在高速旋转的镜子上，从而实现全息影像。

3.雾幕立体成像系统雾幕立体成像，也被称为雾屏成像，通过镭射光借助空气中的微粒，在空气中成像，使用雾化设备产生人工喷雾墙，利用这层水雾墙代替传

统的投影屏，结合空气动力学制造出能产生平面雾气的屏幕，再将投影仪投射喷雾墙上形成全息图像。

四、电影实际应用

看过《星球大战》的观众会对其中角色可以与等身大小的图像交谈互动的场面印象深刻，它类似一种立体的影像投射，其介质就是空气。这就是从全息技术——利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实3D图像的手段演化而来的。而最新问世全息网真，就可以提供真人大小的图像、超高清晰度的视效、具有立体感和特殊设计的环境，营造出一种让身处不同地方的人能“身临其境”的场所，实现所谓的“咫尺天涯”。

这项新技术是美国亚利桑那大学光学学院研究人员的心血结晶。据描述，其可以在一个地点记录下3D图像，然后实时地显示在地球任何位置。样机采用一种光致折变的新材料制成10英寸屏幕，每两秒钟刷新一次全息图，而“负责”记录的是普通相机组成的阵列，其中每一架相机都担负了不同角度的拍摄任务。信息编码成“干涉图样”后再写入“光致折变”材料。现场演示时其创建出一架F-4幻影轰炸机近乎实时的3D图像。

该技术最简单直接的用途是将淘汰掉全息视频会议，还能使观众在欣赏3D 全息影像时，无需佩戴特殊眼镜和任何辅助设备；而其进一步应用甚至可建立一个“3D导图”，允许各地外科医师会诊，或“化身”参与到几百公里之外的病人手术中。

领导该研究的纳赛尔·佩汉姆巴瑞博士称，如今的这项成果带领人们向最终目标——现实全息网真前进了一大步。而现实全息网真就是以最高的刷新率（电子束对屏幕上的图像重复扫描的次数，刷新率越高，所显示的图像稳定性就越好），将影像从地球一端传送到另一端。