全息影像技术是什么

全息技术是一种利用干涉和衍射原理记录和再现物体真实三维图像的技术。所谓“全息术”，即“所有信息”，是指通过投影记录和再现被摄物体发出的光的所有信息。全息成像技术也俗称虚拟成像技术或全息成像。

全息技术是一种利用干涉和衍射原理记录和再现物体真实三维图像的技术。所谓“全息术”，即“所有信息”，是指通过投影记录和再现被摄物体发出的光的所有信息。全息成像技术也俗称虚拟成像技术或全息成像。其成像原理是利用光波干涉的方式记录物体光波的相位和振幅，同时利用衍射原理显示物体的光波信息，从而达到成像的效果。

简介

自20世纪60年代激光出现以来，全息成像技术发展迅速。全息图像是虚拟成像技术的一种流行表达，也称为全息成像和体模成像。其基本成像机制是利用光干涉方法同时记录物体光波的振幅和相位，然后利用衍射原理再现物体的光波信息。由于全息图像再现的光波信息保留了原始物体光波的所有振幅和相位信息，所以再现的图像具有很强的立体感，与3D电影一样具有与原始物体相同的三维特征。当人们观看全息图像时，他们会获得与观看原始物体时完全相同的视觉效果，包括各种位置视差。由于照射在物体上的每个点的光信息在成像后被记录在全息图像中，所以原则上，全息图像的任何部分都可以再现物体的原始部分图像，并且如果使用多次曝光，则可以在同一图像的底片上以多种状态记录同一物体的不同图像，这可以在没有相互干扰的情况下显示。此外，通过不同波长的激光照射形成的全息图像可以相应地放大或缩小。

全息显示技术并不是指丹尼斯·加博尔在1956年发明的全息术或全息摄影术。是以三维空(图像是物理上的“三维”，而不是纯粹视觉上的“三维”)来投影三维图像的下一代显示技术。其中，

全息照相术:丹尼斯·加博尔发明的一种照相方法，可以从多个角度观看打印的照片，但有一些角度限制。许多防伪标签都是用全息印刷的图像制作的。

全息显示也可以看作是广义上的一种全息图像，但所谓的全息图片只是投射在一个透明的全息板上。所以所谓的全息图像只是一个平面而不是三维图像，是应用最广泛的全息技术。

全息显示:一种仍在研究中的全息图像技术，主要出现在科幻作品中。制作物理上纯粹的3D图像，观看者可以不受限制地从不同角度观察甚至进入图像。

技术原理

由于人眼水平观察物体，观察角度略有不同，所以图像是并排观看的，两眼之间的距离约为6厘米。神经中枢的融合反射和视觉心理反应产生三维立体印象。根据这个原理，三维显示技术可以分为两种:一种是利用人眼的视差特性产生三维感；另一种是在空之间显示真实的3D立体图像，比如基于全息成像技术的立体成像。

全息术使用激光作为照明光源，将光源发出的光分成两束，一束直接射向感光膜，另一束被被摄体反射后射向感光膜。两束光在感光膜上叠加产生干涉，感光膜上各点的灵敏度不仅随两束光的强度而变化，还随两束光的相位相关而变化。因此，全息术不仅记录物体上的反射强度，还记录相位信息。

首先，参考光和物光的干涉条纹场由CCD等器件接收，通过图像采集卡传输到计算机记录数字全息图；然后，利用菲涅耳衍射原理，在计算机中模拟光学衍射过程，实现全息图的数字再现。最后，根据数字图像的基本原理，对全息图进行进一步处理，去除数字干扰，得到清晰的全息图像。第一步是利用干涉原理记录物体的光波信息，这就是拍摄过程:

待拍摄物体在激光照射下形成漫射物光束；另一部分激光作为参考光束射在全息底片上，与物光束重叠产生干涉，将物光波上各点的相位和振幅转换成空之间变化的强度，从而利用干涉条纹之间的对比度和间隔记录物光波的所有信息。在用干涉条纹显影和固定胶片后，它就变成了全息图。

第二步是利用衍射原理重构物体的光波信息，这是一个成像过程:全息图就像一个复杂的光栅。在相干激光的照射下，线性记录正弦全息图的衍射光波一般能给出两个像，即原始像(也称初始像)和共轭像。再现的图像立体感强，视觉效果真实。全息图的每一部分都记录了物体上每个点的光学信息，所以原则上，全息图的每一部分都可以再现原件的整个图像，并且可以通过多次曝光在同一张底片上记录多个不同的图像，这些图像可以在没有干扰的情况下单独显示。

构图类型

传输类型

透射全息显示图像是最基本的全息显示图像之一。记录时，用相干光照射物体，物体表面的反射光和散射光到达记录干板，形成物体光波；同时，引入另一参考光波(平面光波或球面光波)照射记录干板。干涉图案，即全息显示图像，可以在曝光记录干板之后获得。在再现期间，用与参考光波相同的光波照射记录干板。当人眼在透射光下观看全息板时，可以在板后的原始位置看到与原件完全相同的再现图像，此时的图像属于虚像。如果用与参考光波的共轭光波相同的光波照射记录干板，即从记录干板的右侧发射并稍微会聚的球面光波，它将被记录干板衍射并会聚以形成原件的实像。

透射全息显示图像清晰生动，景深大(仅受光波相干长度限制)，观看效果相当好。然而，为了确保光的相干性，需要激光记录和再现。激光的使用也会带来其独特的散斑效应，即微小的、随机分布的颗粒状结构附着在重建的像面上。

主要特征

全息技术是计算机技术、全息技术和电子成像技术相结合的产物，通常采用相干性好的激光来完成。利用相干光干涉，可以记录光波的振幅信息和相位信息，从而获得包括物体形状和尺寸在内的所有信息。它通过电子元件记录全息图，省略了图像的后化学处理，节省了大量时间，实现了图像的实时处理。同时，可以通过计算机对数字图像进行定量分析，通过计算得到图像的强度和相位分布，模拟多个全息图的叠加。

全息图像是真实的三维图像，用户无需佩戴立体眼镜或任何其他辅助设备，就可以用肉眼从不同角度观看图像。其基本机制是利用光波干涉法同时记录物体光波的振幅和相位。因为全息再现光波保留了原始光波的所有振幅和相位信息，所以再现具有与原始光波相同的三维特征。

与普通摄影相比，全息摄影记录的信息更多，所以它的容量比普通摄影大得多(几百倍甚至几千倍)。全息图像通过用光源照射全息图来显示。光源的频率和透射方向与参考光束完全相同，可以再现物体的立体图像。观众可以从不同的角度看到物体的很多面，但是看不到，因为只记录了图像。

普通摄影是二维平面采样，全息摄影是多角度摄影，这些照片是叠加的。要实现立体“叠加”，就要利用光的干涉原理，用单束光(常用投影仪)照射，使物体反射的光被分裂(分裂技术)成多束相干光，可以叠加实现立体图像。

全息摄影比普通摄影处理需要100倍以上的信息，对摄影、处理和传输平台提出了很高的要求。所以最早的全息技术只是用来处理静态照片的。随着技术的发展和计算机计算速度的不断提高，动态全息图像的处理和传输已经实现。

1.重建的立体图像有利于保存珍贵的艺术品供收藏。

2.拍摄时，每一个点都记录在全息图的任意一点上。照片一旦损坏，没多大关系。

3.全息图立体感强，图像生动，借助激光可以在各种展览中展示，会得到非常好的效果。

技术应用

全息术的原理适用于各种形式的波，如X射线、微波、声波、电子波等。最常用的光源是投影仪，因为首先光源的亮度比较稳定；其次，投影仪还具有放大图像的功能，作为全息显示器非常实用。

只要这些波动在形成干涉图样时有足够的相干性。光学全息术有望广泛应用于立体电影、电视、展览、显微、干涉测量、投影光刻、军事侦察监视、水下探测、金属内部探测、珍贵历史文物艺术品保存、信息存储、遥感、物理状态快速变化的瞬时现象和过程(如爆炸和燃烧)的研究与记录等。

主要产品

1.全息图

全息图有着广泛的应用，如研究火箭飞行中的冲击波，飞机机翼蜂窝结构的无损检测等。不仅有激光全息术，还有白光全息术、彩虹全息术、全景彩虹全息术，让人看到四面八方的风景。全息3D立体显示正在向全息彩色立体电视和电影发展。

除了用光波产生全息图，还发展了用计算机产生全息图。全息图应用广泛，可用作各种薄膜光学元件，如各种透镜、光栅、滤光片等。它们可以在空之间重叠，非常紧凑轻便，适合太空飞行。用全息图存储数据具有容量大、易提取、抗污染等优点。超声全息术可以再现水下物体的三维图案，因此可以用于水下侦察和监视。因为对可见光不透明的物体通常对超声波透明，所以超声全息术可以用于水下军事行动、医学透视和工业无损检测。

小全息图可以戴在脖子上形成美丽的装饰品，可以再现人们喜爱的动物、五彩缤纷的花朵和蝴蝶。快速发展的浮雕彩虹全息图不仅可以成为生动的漫画、贺卡和三维邮票，还可以作为防伪标记出现在商标、身份证、银行信用卡甚至钞票上。书上装饰的全息立体照片和闪耀在礼品包装上的全息彩虹，使人们实现了21世纪印刷技术和包装技术的新飞跃。模压全息logo，由于其立体层次感、随观察角度变化的彩虹效应、千变万化的防伪标志，结合其他高科技防伪手段，将新世纪的防伪技术推向了一个新的辉煌高峰。当一些珍贵的文物被这种技术拍摄下来时，可以真实地三维再现，供游客欣赏，同时妥善保存原有的物品，防止被盗。大型全息图不仅可以显示汽车、卫星和各种3D广告，还可以利用脉冲全息术再现人像和婚礼纪念照片。

2.全息显示

比利时鲁汶的校际微电子研究中心(Imec)开发了一个微电机像素系统(MEMS)平台，使全息影视更接近现实。Imec搭建的全息显示器在一个MEMS平台上用激光照射，可以像一个小镜面活塞一样上下移动。每个像素都连接到一个像弹簧一样的机械设备上，可以通过打开和关闭来拉伸或放松。在安装微机电系统之前，芯片在硅片上生长一层氧化硅，并依次刻蚀掉氧化硅上的一些正方形，产生棋盘一样的图案。蚀刻的像素只比附近的氧化硅低150纳米左右，然后在整个芯片的顶部涂上一层铝反射层。当激光照射到芯片上时，会在相邻像素的边界以一定角度反射。整个芯片上的衍射光相互干涉、叠加或抵消，从而形成3D图像。

小镜面平台每秒钟快速上下移动几次，这些全息图可以通过交换静止图像使像素移动，以动态的形式投射出来。Imec视觉系统研究组高级研究员理查德·斯塔尔(Richard Starr)解释说，为了产生衍射形成全息图像，每个微机电系统元件必须小于照射在芯片上的激光波长，因此元件应该约为0.5微米× 0.5微米，由硅锗混合物制成。该公司用这种材料制作了可倾斜的微机电系统反射镜，并希望集成所需的数据处理逻辑，直接控制像素下的微机电系统组件，使快速显示更加容易。

3.全息图像显示装置

交互式全息图像展示柜利用干涉衍射原理，在悬浮空中投射出立体感很强的三维光影。效果可以从各个角度来看，让展示效果更科学，更有未来感。

适用场合:博物馆、专卖店、展览、策划展览等。；

系统组成:机柜结构、高清显示器、射频成像胶片、光学分光镜、景观照明、多媒体电脑

R&D背景

1947年，匈牙利人丹尼斯·加博尔在研究电子显微镜时，提出了一个全新的成像概念——全息术。全息成像利用光的干涉原理，将物体发出的特定光波以物品的形式记录下来，在特殊条件下进行再现，形成逼真的三维图像，记录物体的振幅、相位、亮度、形状分布等信息，所以称之为全息术，意思是包含了所有的信息。但是在当时的条件下，全息图像的成像质量很差，只能用汞灯记录全息信息。但由于汞灯性能较差，同轴全息衍射波无法分离，因此大量科学家花了十年时间也没有在这项技术上取得很大进展。

自20世纪60年代激光出现以来，全息术发展迅速。

1962年，美国Reis和Apartnix在基本全息术的基础上，将通信行业的“侧视雷达”理论应用到全息术中，发明了离轴全息术，将全息术带入了一个新的发展阶段。该技术利用离轴光记录全息图像，然后利用离轴重构光获得相互分离的三个衍射分量，可以清晰地观察到所需图像，有效克服了全息图成像质量差的问题。

1969年，本顿发明了彩虹全息术，可以在白炽灯下观察明亮的立体图像。其基本特征是在适当的位置增加一定宽度的狭缝，限制再现光波，以减少图像的颜色模糊。根据人眼水平排列的特点，牺牲了垂直物体信息，保留了水平物体信息，降低了对光源的要求。彩虹全息术的发明使全息术进入了第三个发展阶段。传统的全息技术是利用卤化银等材料制作感光胶片来完成全息图像。

后期处理，如定影，整个生产过程非常复杂，因为需要开发，琐碎。然而，现代全息技术使用新的感光介质，如光导塑料、光折变晶体、光敏聚合物等。，不仅可以省去传统技术中的后处理步骤，而且比传统材料具有更高的信息容量和衍射率。

但使用感光胶片或新的感光介质，需要通过光波衍射再现记录的波前信息，用肉眼直接观察再现结果，很难定量分析图像的精度，形成准确的全息图像。

20世纪60年代末，古德曼和劳伦斯提出了全息术的新概念——数字全息术，开创了精确全息术的时代。

1971年，丹尼斯·盖博因发明全息术获得诺贝尔奖。

20世纪80年代以后，随着激光全息术的迅速发展，它已经成为一个新的技术产业。在激光全息术中，全息显示技术因其更贴近人们的日常生活而备受关注。由于白光再现全息术可以在白天或普通白光照射下观察自然环境中物体的三维图像，我们一直在研究全息术的最新发展和应用，期待自己的努力使全息显示技术得到快速发展。

20世纪90年代，随着高分辨率CCD的出现，人们开始用CCD等感光电子元件代替传统感光胶片或新型感光介质来记录全息图，并通过计算机模拟光学衍射以数字方式呈现图像，使全息图的记录和再现真正数字化。

衍生技术

随着人们对普通3D立体成像带来的视觉效果逐渐不满意，以及更多数字全息技术和成像媒体研究成果的出现，一批使用数字全息技术的产品应运而生，并被广泛应用于各个行业。

360全息体模成像系统

360全息成像是由透明材料制成的四面锥体。当观察者的视线通过椎体的一个面时，通过面镜和反射可以从椎体内的空空间看到自由浮动的图像。

该系统由机柜、聚光灯、分光镜、视频播放器等组成。利用分光镜成像原理，将产品图像或3D模型在3D建模后叠加在场景上，无需任何辅助设备即可观看3D图像。该产品主要用于展示细节丰富的物品，如汽车、珠宝、人物等。

正面投影全息显示器

全息摄影是一种新的摄影技术，它记录了关于物体反射波的振幅和相位的所有信息。普通摄影记录的是物体表面的光强分布，却无法记录物体反射光的相位信息，因此失去了立体感。

全息投影可以从任何角度观察全息图像的不同侧面。在摄影的逆向显示中，可以在现场实现的整个系统投影在技术上分为三种:

(1) 空空气投影:一位来自美国马萨诸塞州的29岁研究生发明了一种空空气投影技术，可以将图像投影到气流墙上，使其具有交互性。受海市蜃楼原理的启发，这项技术将图像投射在大面积的水蒸气上。因为组成水蒸气的水分子振动不均匀，可以形成立体感很强的全息图像。

(2)激光束投影:日本公司开发了一种利用激光束投影实体的全息图像投影方法。这种方法主要是利用氧气和氮气分散在空气体中，混合气体变成热物质，在空气体中连续小爆炸形成全息图像。(3)南加州大学的研究人员开发了一种360度全息显示屏，将图像投射到高速旋转的镜子上，实现全息图像。

雾幕立体成像

雾幕立体成像系统，又称雾屏成像，利用激光在空气体中的粒子帮助下在空气体中成像，利用雾化设备产生人工喷壁，利用这层喷壁代替传统的投影屏，结合空空气动力学创造出可以产生平面雾的屏幕，然后将投影仪投射到喷壁上形成全息图像。

应用案例

全息图像最早出现在《星球大战》的电影中。后来的《特种部队:眼镜蛇的崛起》把3D全息投影系统发挥到了极致。比如人们可以通过固定地点的卫星等各种仪器把自己的图像投射到自己想去的地方，还可以说话。当然，民用全息影像还没有电影那么神奇，完全可以模拟物体，但我相信随着时间的推移，电影的内容最终会重新出现在现实世界中。

迈克尔·杰克逊于2009年6月去世，但他的音乐传奇仍在继续。美国公告牌流行音乐颁奖典礼在拉斯维加斯举行，迈克尔杰克逊再次“复活”，为颁奖典礼掀起高潮。迈克尔·杰克逊的纪念专辑《Xscape》已于5月13日在美国发行。虽然迈克尔杰克逊无法推广，但公告牌音乐颁奖典礼已经为他预留了一个特写房间。

2014年5月19日，组织者通过全息图像恢复技术，让迈克尔·杰克逊在舞台上表演了新单曲《奴役节奏》。身穿金色夹克和红色裤子的迈克尔·杰克逊出现在宝座上，火焰喷向舞台四周，开始了杰克逊的全场舞蹈模式。杰克逊带领舞者们再次展示了太岁空等经典舞步。这难以想象的一幕让很多参加颁奖典礼的明星起立鼓掌。