Digitale holografie is een manier om 3D-informatie te registreren met behulp van digitale camera's. Tegenwoordig heeft het al een brede praktische toepassing, en in de toekomst zullen wetenschappers zeker onmisbaar zijn op een aantal gebieden, van geneeskunde tot astronomie. Over het heden en de toekomst van digitale holografie.
Fysieke principes van holografie
Holografie is een methode waarmee u informatie over een object kunt registreren en de afbeelding kunt herstellen, ook in een driedimensionale vorm. Dit wordt bereikt door niet alleen de amplitude van het licht te registreren (zoals bij standaardfotografie), maar ook de fase, waardoor het uit het hologram gereconstrueerde beeld vanuit verschillende hoeken kan worden bekeken.
Hologrammen worden geregistreerd door de totale amplitude van twee lichtbundels te registreren: een object (gereflecteerd door een object of erdoorheen doorgelaten) en een referentie. Als ze coherent met elkaar zijn - ze hebben een constant faseverschil - dan ontstaat er een interferentiepatroon in het vlak van overlappende bundels, dat wordt geregistreerd door digitale fotosensoren of fotogevoelige media.
Wereld trends
Met behulp van digitale holografie kunt u een echte driedimensionale visualisatie van objecten en scènes maken. Hiervoor is geen speciale bril nodig voor het observeren van scènes of een speciale positionering van de waarnemer. Op basis van dit principe worden nu actief 3D-displays ontwikkeld, waarmee beelden van hoge kwaliteit kunnen worden gevisualiseerd. Zoals wetenschappers zeker weten, nadert het moment waarop kleurenafbeeldingen van hologrammen qua kleurkwaliteit vergelijkbaar zullen zijn met die van foto's, terwijl ze een driedimensionaal beeld van een object reproduceren.
Promotie video:
Een van de huidige vorderingen is 5G-communicatie met behulp van holografische principes om een beeld van de gesprekspartner te creëren. Deskundigen zijn van mening dat deze technologie over een paar jaar een commerciële dienst kan worden.
Een veelbelovende richting is 3D-printen met hologrammen. Het holografische beeld van het onderdeel wordt door secties in projecties verdeeld en vervolgens, onder programmabesturing, wordt een snelle laag-voor-laag afdruk van elke projectie uitgevoerd.
De gebieden van digitale holografie die worden gebruikt in wetenschappelijk en toegepast onderzoek zijn actief in ontwikkeling: holografische microscopie (visualisatie van micro- en nano-objecten) en holografische interferometrie (dynamische registratie van veranderingen in objectparameters - temperatuur, vorm, brekingsindex).
Bovendien wordt digitale holografie al veel gebruikt in medische en biologische beeldvorming, in systemen voor codering, verzending en opslag van gegevens, en maakt het ook mogelijk om de veiligheid van producten, bankbiljetten en bankpassen te verhogen.
Russische prestaties
Tegenwoordig wordt onderzoek op het gebied van holografie - zowel analoog als digitaal - uitgevoerd door een aantal universiteiten en bedrijven waarvan de laboratoria significante resultaten hebben behaald.
NRNU MEPhI heeft bijvoorbeeld een systeem geïmplementeerd voor dynamische opname, transmissie en realtime optische demonstratie van hologrammen met een resolutie van ten minste 2 miljoen pixels. Hiermee kunt u op afstand scènes en objecten reproduceren die zijn opgenomen in zowel het optische als het infraroodbereik - wat bijvoorbeeld kan worden gebruikt om informatie in agressieve omgevingen op te nemen.
Tegenwoordig is voor de overdracht van holografische video een kanaal met een bandbreedte van ten minste gigabit-eenheden per seconde vereist, dus technologieën voor het converteren en comprimeren van digitale hologrammen zijn van groot belang. NRNU MEPhI werkt actief in deze richting. In mei 2019 presenteerde het tijdschrift Scientific Reports een methode om holografische informatie honderden keren te comprimeren, ontwikkeld in het kader van de Russian Science Foundation-subsidie nr. 18-79-00277.
Een ander belangrijk gebied is het verbeteren van de kwaliteit van de optische weergave van 3D-scènes van opgenomen hologrammen. Het Institute of Laser and Plasma Technologies (LaPlaz) van NRNU MEPhI ontwikkelt methoden voor het verbeteren van computer- en echte optische weergave van hologrammen met behulp van multi-gradatie vloeibaar kristal en binaire high-speed micromirror lichtmodulatoren. In 2019 publiceerden wetenschappers van NRNU MEPhI een grootschalige studie van binarisatiemethoden voor het weergeven van 3D-objecten in de beste kwaliteit in het tijdschrift OpticsandLasersinEngineering. Zoals de wetenschappers hebben uitgelegd, zou deze ontwikkeling nuttig kunnen zijn bij het maken van snelle 3D-schermen.
Holografie is niet alleen van toepassing op het opslaan, maar ook op het beschermen van informatie. Wetenschappers van NRNU MEPhI zijn momenteel bezig met het maken van gegevenscoderingssystemen met behulp van een afbeelding die is opgenomen op een hologram als coderingssleutel. In het kader van subsidie nr. 19-19-00498 van de Russian Science Foundation wordt gewerkt aan een coderingssysteem op basis van supersnelle micromirror-lichtmodulatoren. Zo'n systeem is in staat om informatie te coderen met een bandbreedte van gigabit per seconde.
Een even belangrijk onderzoeksgebied is objectherkenning. Zoals de specialisten van NRNU MEPhI uitlegden, gebruiken herkenningsapparaten tegenwoordig meestal alleen ruimtelijke kenmerken. In een recent gepubliceerd artikel in het tijdschrift Optics Communications werd een methode voorgesteld voor herkenning door zowel vorm als spectrale kenmerken, die bijvoorbeeld toepasbaar is in oriëntatieapparatuur in de ruimte of voor het identificeren van biologische soorten.
