Требования к объемному телевидению

1.

ЛЕКЦИЯ 2 (часть2)

2.

Острота зрения

3.

4.

ТРЕБОВАНИЯ К ОБЪЕМНОМУ ТЕЛЕВИДЕНИЮ
• Каким должно быть объемное телевидение?
• С точки зрения потребителя
• Устройство воспроизведения должно создавать
реалистичное ощущение объемности изображения.
• Просмотр должен осуществляется естественно, без
напряжения, для просмотра не должны требоваться
дополнительные устройства (например, шлем или
специальные очки).
• Он должен быть доступен как для одного наблюдателя, так
и для нескольких зрителей одновременно.
• Устройство визуализации должно «уметь» показывать как
стереоскопические, так и обычные изображения.
• .
4

5.

• С точки зрения инженера (производителя)
• Объем данных, необходимых для показа
стереоскопического изображения, не должен существенно
превосходить объем данных, передаваемых для обычного
изображения.
• Способ передачи данных должен быть совместим с
существующими стандартами и технологиями.
5

6.

Физические основы стереоскопического восприятия
• Природа наделила человека бинокулярным зрением -парой глаз, расположенных на расстоянии 60-70 мм. За
счет этого человек видит мир одновременно с двух точек
наблюдения
• Эти два изображения принято называть стереопарой
• Получить представление об объемности окружающего мира
человеку позволяет ряд явлений: геометрическая и
воздушная перспектива, тени и блики на поверхностях
объектов, относительные размеры объектов.
Изобразительные приемы, моделирующие эти явления,
используются художниками с давних пор для передачи
объемности трехмерных предметов, нарисованных на
плоскости.
6

7.

ПАРАЛЛАКС
Параллакс: каждый глаз видит предмет по-своему;
мозг оценивает разницу и формирует объемный образ
7

8.

КАК СОЗДАЕТСЯ СТЕРЕОЭФФЕКТ
• Поляризационный метод стереопроекции Предложен Ж.
Андертоном в 1891 году.
• Левый и правый кадр проецируются одновременно, но свет
поляризуется (линейно или циркулярно) в разных
направлених. Просмотр осуществляется с помощью очков,
имеющих соответствующие светофильтры
(поляризационные).
• -- необходимость использования дорогостоящего оборудования,
специальных устройств визуализации и очки, которые зритель
должен надевать. Используется в кинотеатрах IMAX и др.
Очки с активной поляризацией
8

9.

• Они проецируют на каждый из глаз свою, чуть
отличающуюся от другой, картинку, и благодаря этому
отличию в вашем мозге формируется восприятие глубины.
• НО восприятие глубины у человека содержит десяток
оттенков глубины, которые мозг человека использует для
определения расстояния до предмета.
• Параллакс — это один из таких оттенков.
• По сути, вы сражаетесь с собственным мозгом, который
немного сбивается с толку. Со временем ваш мозг просто
начинает игнорировать остальные оттенки.
• Такое состояние, известное как "бинокулярная дисфория" —
это плата за обман мозга, который заставили поверить в
иллюзию 3D.
9

10.

АНАГЛИФ
• Анаглиф - метод получения стереоэффекта для стереопары
обычных изображений при помощи цветового кодирования
изображений, предназначенных для левого и правого глаза. Для
получения эффекта необходимо использовать специальные
(анаглифические) очки, в которых вместо диоптрийных стекол
вставлены специальные светофильтры, как правило, для левого
глаза — красный, для правого — голубой или синий
• каждый глаз воспринимает изображение, окрашенное в
противоположный цвет.
Очки использующие специальные светофильтры
10

11.

ОЧКИ ПАССИВНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ: ЛИНЕЙНОЙ ИЛИ ЦИРКУЛЯРНОЙ
• При этом на экране показываются кадры для правого и
левого глаз в чересстрочном формате. Достоинство
пассивной поляризации в полном отсутствии мерцания и
утомления глаз
• Такой способ обычно предполагает уменьшение
разрешения в два раза,
Очки с пассивной поляризацией
11

12.

ТРАНСЛЯЦИИ S3D-КАНАЛОВ (три способа)
• 1. Передача двух каналов видео с уменьшением
горизонтального разрешения. В этом случае в один кадр
HD-разрешения шириной 1920 пикселов записываются оба
кадра (side-by-side). При этом разрешение каждого канала
по горизонтали становится 960 пикселов. Достоинство этого
формата в том, что для S3D-трансляций можно
использовать существующие HD-каналы.
• 2. Трансляция каналов для левого и правого глаза
отдельными каналами.
• 3. Увеличение частоты кадров
• Видимо за счет сравнительной простоты, в тестовых
телевизионных S3D-трансляциях чаще используется
первый подход side-by-side
12

13.

S3D видео в формате Side-by-Side на экране телевизора в 2D режиме.
Для выполнения стереоскопической съемки обычно
используются конструкции из двух обычных камер. Камеры
крепятся рядом горизонтально
Стереокамера с горизонтальным
креплением камер
13

14.

15.

ОЧКИ "ШТОРНОГО" ТИПА
• В очках такого типа стекла меняют свою прозрачность
синхронно с показом на экране кадров, предназначенных
для левого и правого глаз .
• Дисплеи и телевизоры должны поддерживать частоту
обновления от 120 Гц и более для того, чтобы уменьшить
эффект мерцания. При 120 Гц мерцание все же заметно,
если в поле зрения попадают источники освещения или
дневной свет. Есть сообщения, что выпускаются
телевизоры с частотой 240 Гц.
15

16.

Есть конструкции, позволяющие показать полное
разрешение для каждого глаза. Например, конструкции с
применением полупрозрачного зеркала. LCD дисплеев
Экран LCD линейно поляризован под углом 45 градусов.
Примечательно, что собрать такой дисплей можно
самостоятельно на основе двух обычных LCD дисплеев.
Российская компания CiFRO-CiTY из г. Новосибирска
наладила выпуск полупрозрачных зеркал и консолей для
крепления дисплеев
S3D дисплей на основе двух мониторов и
полупрозрачного зеркала
16

17.

Стереоскопи́ ческий фотоаппарат (стере́офотоаппара́т, стере́ока́мера) — тип
фотоаппарата с двумя или более съёмочными объективами, создающими
раздельные кадры на фотоплёнке или матрице.
Для стерео съемки достаточно просто сделать два снимка, сместив при этом
фотоаппарат перед вторым нажатием на кнопку затвора на несколько сантиметров
вправо или влево. При съёмке удалённых объектов (пейзажей) смещение может
понадобится больше, от нескольких метров. (Метод «с ноги на ногу»: )
Первый стереофотоаппарат был сконструирован и запатентован в 1854 г.
российским изобретателем Иваном Фёдоровичем Александровским
С 2010 г. консорциум Project разрабатывает новый стандарт 3D-телевещания
DVB 3D- TV.
В России конвейерное производство 3D-телевизоров началось в апреле 2010 г. в
технопарке Ворсино (Калужская область) на предприятии Samsung Electronics.
17 мая 2010 года телеканал OCEAN-TV впервые запустил тестовое 3D телевещание,
а с 8 июня 2010 года, во Всемирный день Мирового океана запустил регулярный
показ музыкальных роликов с подводными съёмками в 3D формате.

18.

19.

Стереоскопический диапозитив
формата «Realist»
Nimslo со вспышкой Nimslo
Opti-Lite

20.

Демонстрация 3D-видео
Способы демонстрации
Старые:
Современные:
Будущие:
- Механическое
разделение
картинки
- Анаглиф
-Очки «шторного»
типа
- Очки пассивной
поляризации
- Демонстрация 3Dизображения без
очков

21.

Создание стереоизображения без стереофотоаппаратов

22.

Виды трёхмерных мониторов
Стереоскопические 3D-дисплеи формируют отдельные изображения
для каждого глаза. Такой принцип используется в стереоскопах,
известных ещё с начала XIX века
Автостереоскопические 3D-дисплеи воспроизводят трёхмерное
изображение без каких-либо дополнительных аксессуаров для глаз
или головы (таких как стереоочки или шлемы виртуальной
реальности).
Объёмные дисплеи используют различные физические механизмы
для показа светящихся точек в пределах некоторого объёма. Такие
дисплеи вместо пикселов оперируют вокселами.
Объёмные дисплеи строятся на разных принципах. Например, могут
состоять из множества плоскостей, формирующих изображение,
которые расположены одна над другой, или плоских панелей,
создающих эффект объёмности за счёт своего вращения в
пространстве.

23.

Voxel — образовано из слов: объёмный (англ. volumetric) и пиксель
(англ. pixel)) — элемент объёмного изображения, содержащий значение
элемента растра в трехмерном пространстве.
Вокселы являются аналогами двумерных пикселей для трёхмерного
пространства
Воксельные модели часто используются для визуализации и анализа
медицинской научной информации
Одной из новейших перспективных технологий, позволяющей делать эффективную
детализацию воксельных объектов, является разряженное воксельное октодерево.
Докселы — это вокселы, изменяющиеся во времени. Как ряд картинок составляет
анимацию, так и ряд воксельных моделей во времени могут составлять трёхмерную
анимацию.

24.

25.

26.

27.

РАСТРОВЫЕ МЕТОДЫ
• Растровому стерео более 110 лет. Впервые метод безочкового стерео
с применением параллельного светопоглощающего растра предложен
одновременно Бертье и Лизегангом
• Подобные устройства "безочковой" объемной визуализации называются
автостереоскопическими. В настоящее время в основном
используется линзово-растровый (lenticular) вариант конструкции
экранов. Для показа через растр исходная стереопара кадров
"нарезается" на вертикальные полоски, которые затем чередуются так,
чтобы под каждой линзой оказалась пара полос: одна от левого кадра,
другая -- от правого. Такое "полосатое" изображение называют
кодированным.
Схема разделения кодированного
изображения стереопары с помощью
линзового растра. Левое изображение
условно обозначено красным цветом,
правое – голубым (изображения с сайта
27

28.

• Достоинство растрового метода в том, что устройство
сепарации объединено с самим изображением и зрителю
нет необходимости надевать какие-либо очки для
просмотра. Кроме того, формирование объемного
изображения из серии кадров, снятых с различных точек
зрения, позволяет придать большую реалистичность
сцене.
• Недостаток в том, что для качественного воспроизведения
объемного изображения требуется гораздо больше
данных.
• Стереовидео обозначается S3D, многоракурсное видео M3D
28

29.

• Наибольший эффект от линзово-растрового способа
показа достигается, когда показываются не два кадра
стереопары, а ряд кадров, сделанных с небольшим
смещением по горизонтали (многоракурсная съемка). В
этом случае при просмотре образуется широкая зона
стереовидения, в которой наблюдатель может
перемещаться, поочередно наблюдая сцену с разных
ракурсов. Появляется возможность как бы заглянуть за
объекты переднего плана. Это придает натуральность
наблюдаемому стереоизображению
Многообъективный
стереофотоаппарат
Если для анаглифного и поляризационного методов
достаточно двух кадров стереопары, то для растрового
желательно иметь одновременно 9-12 кадров.
29

30.

ФОРМАТ 2D + Z
• . Разработка линзово-растровых 3D устройств началась
еще в прошлом веке (например, Philips),
• успеха удалось добиться лишь сравнительно недавно с
распространением стандарта высокого разрешения
(HD).
• Выполнение видеосъемки в формате 2D + Z
Любому обычному (2D) изображению можно сопоставить
информацию об удаленности каждого пиксела от
наблюдателя (Z-координату).
• Такое представление изображения называют "формат
2D+Z", а плоскость координат Z - "картой глубины".
• Карту глубины можно представить в виде монохромного
изображения.
30

31.

Исходный кадр и карта глубины
(изображение карты глубины
нарисовано дизайнером)
• Формат 2D+Z является продолжением концепции
представления информации об изображении по
компонентам. Как известно, и в аналоговом, и в цифровом
телевидении изображение формируется из яркости и двух
цветовых составляющих
31

32.

• Использование формата 2D+Z позволяет осуществить
передачу стереоскопического видео с увеличением потока
данных всего на 15-20%.
• Используя карту глубины, создается серия
видеоканалов, показывающая один и тот же кадр как
бы с разных точек зрения - моделируется M3D видео и
затем демонстрируется с использованием растрового
дисплея
• Однако задача построения карты глубины (Z) требует
применения сложных алгоритмов и требует больших
вычислительных ресурсов.
• Устройства отображения M3D понижают разрешение
изображения еще в большей степени, из-за необходимости
показа на одном экране HD
32

33.

Однако 2D+Z -- это не многоракурсная серия и даже не стереопара. Чтобы
показать объемное изображение, необходимо выполнить расчет серии кадров.
Восстановление стереоскопического изображения происходит путем
интерполяции исходного изображения с учетом карты глубины. Полученная
серия кадров затем демонстрируется с использованием растрового дисплея
Трансформация 2D+Z изображения в серию кадров и показ на устройстве
объемной визуализации
33

34.

Стандартизация
• Формат MPEG-2 имеет дополнительный многоракурсный
(multiview) профиль, принятый в 1996 году и позволяющий
кодировать и передавать изображения с двух и более
камер [см. Jens-Rainer Ohm. Stereo/Multiview Video Encoding
Using the MPEG Family of Standards.].
Спецификация формата MPEG-4, части 2, определяющая
способ кодирования видеообъектов, позволяет
стандартным способом передавать и обычное 2D
изображение, и соответствующую ему карту глубины (Z).
34

35.

• Аналогичные возможности есть и в MPEG-4, части 10
(AVC). Причем стандарты определяют возможность
кодировать плоскость Z как дополнительные данные,
которые могут быть проигнорированы устройствами, не
ожидающими их появления. При этом наличие Z никак не
повлияет на декодирование основного изображения.
Форматы MPEG-2 и MPEG-4 (AVC) являются основными в
цифровом телевидении, поэтому уже есть достаточная база
для стандартной трансляции 3D видеоданных.
35

36.

Схема прототипа 3D IPTV системы доставки 3D видео-по-запросу
Система включает сервер, содержащий библиотеку 3D видеофильмов и
обеспечивающий сервис видео-по-запросу, (video on demand — VOD), и
распределенную сеть абонентов, стереомониторы которых оснащены
приставками 3DSTB
Областью применения таких систем может быть и вещание 3D видео в сетях
IPTV для отдельных абонентов, и доставка цифрового видео к большим экранам
демонстрации рекламной информации в стереоскопическом формате
36

37.

3D ТВ. Реализация и перспективы развития
Схема трансляции 3 D телевидения
Внедрение нового формата вещания это большой инфраструктурный
проект, решаемый на уровне государства. В самых общих чертах схема ТВ
трансляции включает в себя этапы съемки и подготовки видео, компрессии,
трансляции приема и декодирования, демонстрации
37

38.

Голографические Телевизоры
Голографические ТВ, смогут обеспечить полноценное 3D изображение,
без обмана мозга и насилия человеческого организма.
38

39.

Голография позволяет увидеть поистине настоящие объемные фигуры, как
статичные так и движущиеся.
В настоящий момент воспроизводится с помощью
микро-электро-механического дисплея, который способен отображать
динамическую голограмму.
Данный дисплей работает с большим количеством специальных платформ,
эти платформы способны перемещаться как вверх так и вниз, за счет этих
платформ и специального лазера и получается полноценное изображение.
Известны 4 метода создания голографической картинки
1) С помощью синхронизированных камер и компьютеров.
Одновременно снимали 35 камер высокого разрешения.
Камеры совместным потоком передавали сложную картинку в студию,
будучи, в свою очередь, синхронизированными со студийными камерами,
чтобы не произошло никаких накладок.
Общую картинку в режиме реального времени обрабатывали сразу 12
компьютеров.
39

40.

• 2) Технология FogScreens, создающая изображения в воздухе с
помощью капель жидкости.
• Созданные с помощью специальных устройств, трехмерные
образы будут висеть в воздухе, их можно будет обойти и
рассмотреть с разных сторон, даже пройти сквозь
ТВ с помощью носителей
40

41.

• 3) Цветная электронная голография.
Голограмма создается на основе интегральной фотографии, когда субъекты
снимаются при обычном освещении видеокамерой с объективом,
имитирующим устройство фасеточного глаза насекомых. Такой объектив
состоит из множества микролинз.
41

42.

• 3)Голограмма демонстрируется на трех LCD-панелях в красном,
голубом и зеленом цветах. Затем голографические изображения
одного и того же объекта воспроизводятся лазерными лучами и
синтезируются в трехмерное видео, которое может быть
показано в режиме реального времени.
• 4) Трехмерные голографические экраны.
Основа устройства – новый полимерный материал, который
может записывать трёхмерную графическую информацию,
стирать ее и выводить на экран новый объёмный кадр в
считанные минуты.
Ученые уверены, что им удастся усовершенствовать свое
изобретение и добиться обновления голографической
информации со скоростью около 30 кадров в минуту.
42

43.

Рис.22 Пленочная голограмма.
43

44.

Гологра́фия
Гологра́фия — набор технологий для точной записи, воспроизведения
и переформирования волновых полей оптического эл. излучения,
особый фотографический метод, при котором с помощью лазера
регистрируются, а затем восстанавливаются изображения трехмерных
объектов, в высшей с
Рассеянные объектом волны характеризуются амплитудой и фазой.
Обычная фотографическая пленка регистрирует амплитуду, преобразуя
ее значения в соответствующее почернение фотографической
эмульсии.
Фазовые соотношения становятся доступными для регистрации с
помощью интерференции, преобразующей фазовые соотношения в
соответствующие амплитудные. Интерференция возникает, когда в
некоторой области пространства складываются несколько
электромагнитных волн, частоты которых с очень высокой степенью
точности совпадают.
Когда записывают голограмму, в определённой области пространства
складывают две волны: одна из них идёт непосредственно от источника
(опорная волна), а другая отражается от объекта записи.

45.

Схема Денисюка
Объектная и опорная волны
падают на пластинку с разных
сторон (т. н. схема на встречных
пучках).
Такая схема позволяет записать на одну пластинку три голограммы одного объекта
красным, зеленым и синим лазерами, получив в итоге одну цветную голограмму,
которую практически невозможно отличить от самого объекта.
Голография крайне требовательна к разрешающей способности фотоматериалов.
Расстояние между двумя максимумами (d ) интерференционной картины того же
порядка, что и длина волны лазера, (632,8 нм для гелий-неонового лазера, 532 нм для
неодимового).
Величина d порядка 0.0005 мм. Чтобы получить чёткое изображение картины
интерференции, потребовались регистрирующие среды с разрешающей способностью
до 6000 линий на миллиметр (при записи по схеме на встречных пучках с углом
схождения лучей 180°).

46.

На сайте Бюро по регистрации патентов и торговых марок США
опубликовано сообщение о том, что корпорация Apple запатентовала
интерактивный 3-мерный дисплей, проецирующий изображение
непосредственно в воздухе. 3-мерное изображение получается без
использования специальных 3D-очков.
Основой инновационного дисплея является углубленный зеркальный
модуль, над которым и появляется объемное изображение при помощи
инфракрасных лазеров и др. светоизлучающих устройств.
При этом изображение интерактивное: пользователь управляет им с
помощью жестов и касаний.

47.

48.

Системы
NTSC
PAL
Аналоговое
ТВ , станд
Формат Разрешение
SECAM.
4:3
SDTV
480
(NTSC)
576 (PAL)
DVD
720 ×480,
704 ×480,
352 ×480,
352 × 240
пикселей
(NTSC
720 × 776 ,
704 × 576,
352 × 576,
352 × 288
пикселей
(PAL)
Развертка
4:3
4:3
640х480
SD,
с прогрессивным
с чересстрочным
форматом записи
480 SD,
576 SD,
4:3
16:9
SD,
Если не
дотягивают
до 1280 × 720
Full HD
(1080p)
16:9
1920×1080p
HDTV
на диски BluRay и HDDVD
4K
UHDTV
(2160p)
16:9
3840 × 2160
8K
UHDTV
(4320p)
16:9
7680 × 4320
1080p
—
с прогрессивным
форматом 1080i —
с чересстрочным
форматом записи
час
видео
в
разрешении
8К
требует
порядка
300
Гигабайт

49.

HDR
ТЕЛЕВИДЕНИЕ
• ЧТО ТАКОЕ HDR
• Глаза человека могут адаптироваться к изменению освещения до 24
ступеней экспозиции, поэтому мы способны различить детали и на светлом
небе, и на темной одежде.
• Но матрица фотокамеры не может приспосабливаться к свету. У нее есть
фиксированный динамический диапазон, то есть разница в освещении
между самым ярким участком мотива, который она может зафиксировать,
не превратив его в белое пересвеченное пятно, и самым темным участком,
в котором зафиксированная информация не перекрывается шумом.
• Динамический диапазон матрицы большинства цифровых камер равен
примерно 9 ступеням экспозиции, что гораздо меньше способности глаз
человека запечатлевать оттенки
• Цифровая фотография дает нам возможность манипулировать снимками на
компьютере. Поэтому вполне естественным было бы сделать несколько
кадров с различной экспозицией, соединив их в один, что дало бы нам
возможность заметно расширить динамический диапазон снимка. Один из
таких способов заключается в работе со слоями в Photoshop. Второй способ
— создании HDR

50.

• Перевод в формат другой битности- называется тональным
отображением (tone mapping).
• Из 8-битных фотографий нельзя сделать HDR, даже если
обработать их в специальных программах, таких как Photomatix
• что выравнивание изображений занимает в «Фотошопе»
• С технической точки зрения HDR можно определить как файл, в котором
яркости пикселей сохранены не в целочисленном виде, а в формате с
плавающей запятой. Для HDRI чаще всего используются 32-битные форматы
Radiance (.hdr) или OpenEXR (.exr). Так как обычные мониторы не могут
отобразить все значения яркости в 32-битном файле,
• Для создания HDR-изображения нужно сделать несколько снимков с
различной экспозицией, запечатлев детали как в темных, так и в светлых
частях мотива. Изменять экспозицию, как известно, можно разными
способами, но в случае HDR делать это следует изменением выдержки.
• Лучше даже, если на фотографии с максимальной выдержкой гистограмма
начинается в середине шкалы. Тогда мы можем быть уверены, что в
получившемся HDR не будет шумов в темных участках, если мы захотим их
осветлить.

51.

52.

Яхтклуб

53.

Вечерний мост

54.

Закат

55.

Огни города

56.

Вечер в Чикаго

57.

58.

59.

60.

61.

62.

63.

64.

65.

66.

Гологра́фия
• Гологра́фия - набор технологий для точной записи, воспроизведения
и переформирования волновых полей оптического
электромагнитного излучения, особый фотографический метод, при
котором с помощью лазера регистрируются, а затем
восстанавливаются изображения трехмерных объектов, в высшей
степени похожие на реальные.
• Данный метод был предложен в 1947 году Дэннисом Габором
• Рассеянные объектом волны характеризуются амплитудой и фазой.
Регистрация амплитуды волн не представляет затруднений; обычная
фотографическая пленка регистрирует амплитуду, преобразуя ее значения
в соответствующее почернение фотографической эмульсии. Фазовые
соотношения становятся доступными для регистрации с помощью
интерференции, преобразующей фазовые соотношения в соответствующие
амплитудные. Интерференция возникает, когда в некоторой области
пространства складываются несколько электромагнитных волн, частоты
которых с очень высокой степенью точности совпадают.

67.

• Когда записывают голограмму, в определённой области пространства
складывают две волны: одна из них идёт непосредственно от источника
(опорная волна), а другая отражается от объекта записи (объектная
волна). В этой же области размещают фотопластинку (или иной
регистрирующий материал), в результате на этой пластинке возникает
сложная картина полос потемнения, которые соответствуют
распределению электромагнитной энергии (картине интерференции) в
этой области пространства.
• Если теперь эту пластинку осветить волной, близкой к опорной, то она
преобразует эту волну в волну, близкую к объектной. Таким образом, мы
будем видеть (с той или иной степенью точности) такой же свет, какой
отражался бы от объекта записи.
• Голограмма является записью интерференционной картины, поэтому
важно, чтобы длины волн (частоты) объектного и опорного лучей с
максимальной точностью совпадали друг с другом, и разность их фаз не
менялась в течение всего времени записи (иначе на пластинке не
запишется чёткой картины интерференции). Поэтому источники света
должны испускать электромагнитное излучение с очень стабильной
длиной волны в достаточном для записи временном диапазоне.

68.

• Чаще всего когерентность принято характеризовать
длиной когерентности — той разностью оптических путей
двух волн, при которой контраст интерференционной
картины уменьшается в два раза по сравнению с
интерференционной картиной, которую дают волны,
прошедшие от источника одинаковое расстояние. Для
различных лазеров длина когерентности может
составлять от долей миллиметра (мощные лазеры,
предназначенные для сварки, резки и других применений,
нетребовательных к этому параметру) до сотен и более
метров (специальные, так называемые одночастотные
лазеры).

69.

Схема записи Лейта-Упатниекса

70.

• В 1962 г. советский физик Юрий Николаевич Денисюк предложил
перспективный метод голографии с записью в трехмерной среде. В
этой схеме луч лазера расширяется линзой и направляется зеркалом
на фотопластинку. Часть луча, прошедшая через неё, освещает
объект. Отраженный от объекта свет формирует объектную волну. Как
видно, объектная и опорная волны падают на пластинку с разных
сторон (т. н. схема на встречных пучках). В этой схеме записывается
отражающая голограмма, которая самостоятельно вырезает из
сплошного спектра узкий участок (участки) и отражает только его (т.о.
выполняя роль светофильтра). Благодаря этому изображение
голограммы видно в обычном белом свете солнца или лампы

71.

Голография крайне требовательна к разрешающей способности
фотоматериалов. Расстояние между двумя максимумами
интерференционной картины того же порядка, что и длина волны лазера, а
последняя чаще всего составляет 632,8 нм для гелий-неонового лазера, 532
нм для неодимового лазера на второй гармонике, 532 нм и 488 нм для
аргонового лазера. Таким образом, это величина порядка 0.0005 мм. Чтобы
получить чёткое изображение картины интерференции, потребовались
регистрирующие среды с разрешающей способностью до 6000 линий на
миллиметр (при записи по схеме на встречных пучках с углом схождения
лучей 180°).
• Регистрирующие среды подразделяются на плоские (двумерные) и
объёмные (трёхмерные или толстые). Для классификации используется
параметр, который иногда в литературе называют критерий Клейна:
• Q= \frac {2\pi\lambda d}{n \Lambda^2},
где λ — длина волны;
• d — толщина слоя;
n — средний коэффициент преломления слоя;
Λ — расстояние между интерференционными плоскостями.
• Объёмными (толстыми) голограммами считаются такие, у которых Q > 10. И
наоборот, голограмма считается тонкой (плоской), когда Q < 1.

72.

Основным фотоматериалом для записи голограмм являются специальные
фотопластинки на основе традиционного бромида серебра. За счёт
специальных присадок и специального механизма проявления удалось
достичь разрешающей способности более 5000 линий на миллиметр,
однако за это приходится платить крайне низкой чувствительностью
пластинки и узким спектральным диапазоном (точно подобранным под
излучение лазера). Чувствительность пластинок настолько низкая, что их
можно выставить на несколько секунд под прямой солнечный свет без
риска засветки.
Кроме того, иногда применяются фотопластинки на основе бихромированной
желатины, которые обладают ещё большей разрешающей способностью,
позволяют записывать очень яркие голограммы (до 90 % падающего света
преобразуется в изображение), однако они ещё менее чувствительны, причём
они чувствительны только в области коротких волн (синий и, в меньшей степени,
зелёный участки спектра).
Фотохромные кристаллы
Наряду с фотографическими мелкозернистыми галогенсеребряными средами,
применяются так называемые фотохромные среды, изменяющие спектр
поглощения под действием записывающего света.
KCl Одними из эффективнейших среди фотохромных кристаллов являются
щёлочно-галоидные кристаллы, из которых наилучшие результаты были
получены на аддитивно окрашенных кристаллах хлорида калия (KCl).
Голограммы, записанные на таких кристаллах, достигают 40 %

73.

Одними из эффективнейших среди фотохромных кристаллов являются
щёлочно-галоидные кристаллы, из которых наилучшие результаты были
получены на аддитивно окрашенных кристаллах хлорида калия (KCl).
Голограммы, записанные на таких кристаллах, достигают 40 % относительной
дифракционной эффективности при теоретически возможной в данной среде
60 %. При этом голограммы в данном материале весьма толстые (толщиной
до нескольких миллиметров, и могут в принципе достигать единиц
сантиметров). Голографическая запись в аддитивно окрашенных кристаллах
KCl базируется на фототермическом F-X преобразовании центров окраски, то
есть фактической коалесценции одиночных анионных вакансий в более
крупные кластерные образования размером десятки нанометров. При этом
голографическая запись в таких кристаллах реверсивна (обратима) и очень
устойчива по времени[9].
Сегнетоэлектрические кристаллы
При голографической записи, в качестве регистрирующей среды, так же
широко используются сегнетоэлектрические кристаллы. В основном это
ниобат лития — LiNbO3. Явление изменения показателя преломления под
действием света вызвано электрооптическим эффектом. При записи
голограмм сегнетоэлектрические кристаллы обладают теми же
преимуществами, что и фотохромные материалы. Кроме того, после
множества циклов «запись — стирание» не наблюдается эффекта усталости.
Поскольку получаемые голограммы являются фазовыми, их дифракционная
эффективность может быть на порядок выше, чем у голограмм на
фотохромных материалах

74.

• Голографические фотополимерные материалы
• В последние годы интенсивно разрабатываются
регистрирующие среды на базе голографических
фотополимерных материалов, представляющих собой
многокомпонентную смесь органических веществ, нанесенную
в виде аморфной пленки толщиной 10-150 мкм на стеклянную
или пленочную подложку. Фотополимерные пленки менее
дорогостоящие чем кристаллы ниобата лития, менее громоздки
и имеют по сути большую величину изменения коэффициента
преломления, что приводит к большим значениям
дифракционной эффективности и большей яркости
голограммы. Однако, с другой стороны ниобат лития, из-за его
толщин, способен сохранять большие объемы информации,
чем фотополимерные пленки, толщины которых ограничены

75.

• Поскольку фотополимеры не обладают зернистым
строением, то разрешающая способность такого
материала достаточна для сверхплотной записи
информации. Чувствительность фотополимера
сравнима с чувствительностью фотохромных
кристаллов. Записанные голограммы являются
фазовыми, что позволяет получать высокую
дифракционную эффективность. Такие материалы
позволяют хранить информацию длительное время,
устойчивы к воздействию температур, а также
отличаются улучшенными оптическими
характеристиками