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全息投影技术并不神秘,一文保你快速读懂

来源:与非网 更新日期:2018-03-01 作者:佚名

    近日,传闻称苹果下一代iPhoneXI将新增全息投影技术,应用场景就是在每次解锁的时候,你会看到另外一个自己,技术实现是3D全息图与面部识别相关联,当你的脸被扫描时,它会通过3D投影实时显示。这看似很炫,不过实用价值似乎不高。小编认为,如果iPhoneXI搭载了全息投影技术,仅仅是解锁瞬间的酷炫,这项技术是不能为iPhone带来有效附加值的。

    那么,本文小编就带大家来看看全息投影这项黑科技。

    我先从应用说起吧。

    大家对初音未来都不陌生吧,对,就是那个红米的“代言人”。

    初音未来是世界上第一个使用全息投影技术举办演唱会的虚拟偶像——透明膜全息投影,附着于玻璃来展示。尽管当时的技术还不足够成熟,但从2D到3D的效果转变狠狠的冲击着一众宅男们的神经元。因此我们现在会经常看到全息3D投影这个词。

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    初音之后,全息投影变成了舞台上常用的黑科技之一。不仅可以产生立体的空中幻像,还可以使幻像与表演者产生互动,一起完成表演,产生令人震撼的演出效果。比如2013年周杰伦“摩天轮”演唱会上,就将邓丽君“复活”了,与周杰伦隔空对唱了《你怎么说》等歌曲;2015年春晚,李宇春演唱《蜀绣》就采用全息投影技术对李宇春进行了 “分身术”。

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    大家习惯了用“全息”称这项技术,但若细究,这些舞台上的幻化影像可以勉强称作“全息投影”但坚决不能称作“全息影像”。

    你可能会问,为什么下这个定论,下面小编就带你刨根问底“全息”技术。

    全息技术原理

    全息影像技术也称虚拟成像技术,是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实三维图像的技术。

    干涉原理:

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衍射原理:

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实现过程分为两个步骤:

    第一步:拍摄,形成全息图

    利用干涉原理记录物体光波信息,即拍摄过程。被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作为参考光束射到全息底片上,和物光束叠加产生干涉,把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度,从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。

    记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后,便成为一张全息图,或称全息照片。

    第二步:成像

    利用衍射原理再现物体光波信息,即成像过程。全息图犹如一个复杂的光栅,在相干激光照射下,一张正弦型全息图的衍射光波可给出两个象,即原始象和共轭象。再现的图像立体感强,具有真实的视觉效应。

    全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息,故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像,通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像,而且能互不干扰地分别显示出来。

    看完这冗长的原理后,也许我们还不能很好的理解,为什以上场景的应用被“真正”两字拒之门外。目前,市场的“全息”技术可分为如下几类:

    伪全息

    类全息平面投影是近年来广为流传的一种借用全息概念的伪立体展示方式,其实际上是一种平面投影。

    我们见到的全息投影大多数只是一种平面投影,画面是被投影在一个透明屏幕上的,所以这与360度、270度、180度,都不咋沾边。

    那么就来说说以上应用案例为啥都是“伪全息”。

    初音未来使用KIMOTO的DILAD Screen,如下是原理。

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    春晚舞台上大多使用的是薄膜投射反射。它的真名叫做——佩伯尔幻像,是一种很巧妙的光学错觉技术,灯光照射在真实表演者身上,透过玻璃映射在舞台上的特定区域就形成了上图中的虚拟影像,也就是反射的原理。如今借助CG技术和高亮度灯光之后,佩珀尔幻象表演已栩栩如生。

    相信大家已经在以上投影方式中找到了共同点,那就是固定的“屏幕”,那么屏幕动起来,会不会带来更好的3D感呢?

    别说,还真有旋转屏幕投影。

    南加利福尼亚大学研究了360º Light Field Display,即高速投影机投影到旋转的屏幕上,计算机算好每个角度应该显示的物体的样子,然后在中央设置一个高速旋转的镜子,将光反射出去。这样保证了在任何角度(除了俯视或仰视)观察,都会看到物体真实的样子,仿佛一个真实物体悬在半空中。号称伪装最好的“伪全息”技术。

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无论怎么说,这些应用场景都没脱离投影“介质”。

    主观感知的全息

    在AR领域,人们同样追求还原虚拟物体的三维信息,让AR虚像尽可能栩栩如生。但是,目前的AR显示技术还无法实现全部还原物体的光信息。因此,多是通过双目视差与3D实时渲染的技术,使用户感知到立体的图像,被定义为主观感知的全息。

    狭义全息

    记录和还原三维物体全部光信息。

    全息技术简史

    经过这么多年的发展,为何真正的全息投影离我们还是那么遥远?

    下面我们就从全息投影发展说起。

    第一阶段:概念提出

    1947年,英国人丹尼斯•伽柏在研究电子显微镜的过程中,提出了全息摄影术这样一种全新的成像概念,并获得了诺贝尔奖。

    这幅图像记录了物体的振幅、相位、亮度、外形分布等信息,称为全息术,即包含了全部信息。

    但在当时的条件下,全息图像的成像质量很差,只是采用水银灯记录全息信息,由于水银灯无法分离同轴全息衍射波,因此,十年后,这项技术依然处于停步不前的状态。

    第二阶段:离轴全息技术

    1960年,激光器发明给全息术带来了福音。全息投影利用了光的衍射和干涉等性质,所以需要相干性很强的光源——这正是激光的特性。不过,激光投影意味着物体只能以单色显示。

    1962年,苏联科学家拍摄了第一张记录了三维物体的光学全息照片。同年,美国人雷斯和阿帕特尼克斯将通信行业中“侧视雷达”理论应用在全息术上,发明了离轴全息技术。因此全息术进入新的发展阶段。

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    这一技术采用离轴光记录全息图像,然后利用离轴再现光得到三个空间相互分离的衍射分量,可以清晰的观察到所需的图像,克服了全息图成像质量差的问题。

    第三阶段:彩虹全息术

    1969年,本顿发明了彩虹全息术,能在白炽灯光下观察到明亮的立体成像,带动全息术进入了第三个发展阶段。

    第四阶段:数字全息技术

    20世纪60年代末期,古德曼和劳伦斯等人提出了新的全息概念,即数字全息技术,开创了精确全息技术的时代。

    90年代,随着高分辨率CCD的出现,人们开始用CCD等光敏电子元件代替传统的感光胶片或新型光敏等介质记录全息图,并用数字方式通过电脑模拟光学衍射来呈现影像,使得全息图的记录和再现真正实现了数字化。

    数字全息技术是计算机技术、全息技术和电子成像技术结合的产物。

    第五阶段:全息膜技术

    2001年,德国的科学家首次研发成功全息膜技术,是的我们离真正的全息投影技术又进了一步。

    全息影像真正的介质

    现在要划重点了,各位要认真读下面这段文字了。

    真正的全息影像或者全息投影可以从地平线上的空气中就能显示出来影像,而且观看角度可以随意变换,体验者能够从三维立体的画面之中穿梭自如。

    也就是说,以空气为介质的“真全息”还躺在实验室难产。

    全息技术与AR擦出什么火花

    我们先不纠结“真”与“假”的问题,全息影像还在发展的路上,我们相信最终的额形态终究会到来。那么,就来说说小编看到全息投影的一大发展趋势吧。

    在AR应用中,全息技术也是一大热词。AR创作出在真实空间内并不存在的事物,这与全息投影似乎能有很多结合点。

    2017年微软推出了一款 HoloLensAR 全息眼镜,这台设备能将3D全息影像植入到我们的现实世界。沃尔沃正在使用HoloLens做着不同以往的汽车设计,NASA正在使用HoloLens让科学家们探索不同星球。

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    近日,Digi-Capital发布的报告显示,AR(包括移动AR、智能眼镜)可以在5年内达到35亿的装机量,有望达到850亿-900亿美元市场规模。

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我们相信,随着AR的发展,全息技术会得以进一步应用。

    全息投影手机是否是未来趋势呢?

    2017年7月,摄像机制造商RED宣布其开发出一款搭载有全系投影技术的智能手机Hydrogen One,用户不用佩戴眼镜或者头盔就可以享受3D视觉体验。手机预计会在2018年第一季度完成发货,高端版本的售价为1595美元,低端版本为1195美元,其目标用户不是普通大众消费者,而是相机发烧友。

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我们也相信,如果全息技术能在手机实现更多好玩的应用,这将成为手机卖点之一。

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