全息影像技术是什么 _生活百科

全息技术是利用干涉和衍射原理来记录并再现物体真实的三维图像的技术。所谓的“全息”即“全部信息”，是指用投影的方法记录并且再现被拍物体发出的光的全部信息。全息影像技术一般也被称作虚拟成像技术或是全息成像，其成像原理就是凭借光波干涉对物体光波的相位与振幅进行记录，与此同时，凭借衍射原理对物体的光波信息进行展现，从而达到成像的效果。

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简介全息影像技术自 20 世纪 60 年代激光器问世后得到了迅速的发展。全息影像是虚拟成像技术通俗说法，又称为全息成像和幻影成像，其基本成像机理是利用光波干涉法来同时记录物体光波的振幅与相位，然后再利用衍射原理再现物体的光波信息。由于全息影像再现的光波信息保留了原有物体光波的全部振幅与相位的信息，因而再现出的影像立体感强，与原物体有着与 3D 电影完全相同的三维特性。人们观看全息影像时会得到与观看原物体时完全相同的视觉效果，其中包括各种位置视差。由于照射在物体上每一个点的光信息都记录在了成像后的全息影像中，因而从原则上来讲，任取全息影像的其中一部分都能够再出原来物体的部分图像，而且如果使用多次曝光的技术，还有可能在同一张影像的底片上记录到同一物体的多个状态下不同的图像，而且能够分别在互不干扰的情况下显示出来。此外，使用不同波长的激光照射后形成的全息影像还能相应地放大或缩小。
全息影像技术（Holographic display），并非指由 1956 年丹尼斯·加博尔发明的全息摄影（holography）或称全像摄影。而是一种在三维空间中投射三维立体影像（影像为物理上的“立体”而非单纯视觉上的“立体”）的次世代显示技术。其中，
全息摄影：（holography）由丹尼斯·加博尔发明的摄影方法，这种摄影方式打印出来的照片可以从多个角度观看，但是有角度局限性。很多防伪标识都是使用全息摄影打印出来的图像制作的。
全息投影：（front-projected holographic display）宽泛的来说也可以算作是全息影像的一种，但是所谓的全息画面只是投射在一块透明的“全息板”上面。因此所谓的全息图像也不过是一个平面而非立体图像，是最广泛使用的全息技术。
全息影像（Holographic display）：尚在研究，多在科幻作品中出现的全息影像技术。制作一种物理上的纯三维影像，观看者可以从不同的角度不受限制的观察甚至，进入影像内部。
技术原理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。
全息摄影采用激光作为照明光源，并将光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片。两束光在感光片上叠加产生干涉，感光底片上各点的感光程度不仅随强度也随两束光的位相关系而不同。所以全息摄影不仅记录了物体上的反光强度，也记录了位相信息。
首先通过 CCD 等器件接收参考光和物光的干涉条纹场，由图像采集卡将其传入电脑记录数字全息图；然后利用菲涅尔衍射原理在电脑中模拟光学衍射过程，实现全息图的数字再现；最后利用数字图像基本原理再现的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。其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程：
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。
其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息，这是成象过程：全息图犹如一个复杂的光栅，在相干激光照射下，一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象，即原始象（又称初始象）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。
组成种类透射式透射式全息显示图像属于一种最基本的全息显示图像。记录时利用相干光照射物体，物体表面的反射光和散射光到达记录干板后形成物光波；同时引入另一束参考光波（平面光波或球面光波）照射记录干板。对记录干板曝光后便可获得干涉图形，即全息显示图像。再现时，利用与参考光波相同的光波照射记录干板，人眼在透射光中观看全息板，便可在板后原物处观看到与原物完全相同的再现像，此时该像属于虚像。假如利用与参考光波的共轭光波相同的光波照射记录干板，即从记录干板右方射向记录干板而会聚一点的球面光波，则经记录干板衍射后会聚而形成原物的实像。
透射式全息显示图像清晰逼真，景深较大（仅受光波相干长度的限制），观看效果颇佳。但为确保光的相干性，需用激光记录与再现。采用激光也会带来其特有的散斑效应的弊病，即再现像面上附有微小而随机分布的颗粒状结构。
主要特点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，一般是利用相干性较好的激光完成的。利用相干光干涉，记录光波的振幅信息和相位信息，因此可以得到物体包含形状、大小等的全部信息。它通过电子元件记录全息图，省略了图像的后期化学处理，节省了大量时间，实现了对图像的实时处理。同时，其可以进行通过电脑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，并且模拟多个全息图的叠加等操作。
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。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。
与普通的摄影技术相比，全息摄影技术记录了更多的信息，因此容量比普通照片信息量大得多（百倍甚至千倍以上）。全息影像的显示，则是通过光源照射在全息图上，这束光源的频率和传输方向与参考光束完全一样，就可以再现物体的立体图像。观众从不同角度看，就可以看到物体的多个侧面，只不过看得见摸不到，因为记录的只是影像。
普通的摄像是二维平面采样，而全息摄像则是多角度摄像，并且将这些照片叠加。为了实现立体“叠加”，需要利用光的干涉原理，用单一的光线（常用投影机）进行照射，使物体反射的光分裂（分光技术）成多束相干光，将这些相干光叠加就能实现立体影像。
全息摄像需要比普通摄像处理 100 倍以上的信息量，对拍摄以及处理和传输平台都提出了很高的要求。因此最早的全息技术仅用于处理静态的照片，随着技术的发展，计算机运算速度的不断提升，处理和传输动态全息影像已经得以实现。
1. 再造出来的立体影像有利于保存珍贵的艺术品资料进行收藏。
2. 拍摄时每一点都记录在全息片的任何一点上，一旦照片损坏也关系不大。
3. 全息照片的景物立体感强，形象逼真，借助激光器可以在各种展览会上进行展示，会得到非常好的效果。
技术应用全息学的原理适用于各种形式的波动，如 X 射线、微波、声波、电子波等。最常用的光源是投影机，因为一来光源亮度相对稳定，二来，投影机还具有放大影像的作用，作为全息展示非常实用。
只要这些波动在形成干涉花样时具有足够的相干性即可。光学全息术可望在立体电影、电视、展览、显微术、干涉度量学、投影光刻、军事侦察监视、水下探测、金属内部探测、保存珍贵的历史文物、艺术品、信息存储、遥感，研究和记录物理状态变化极快的瞬时现象、瞬时过程（如爆炸和燃烧）等各个方面获得广泛应用。
主要产品1.全息图
全息图有极其广泛的应用，如用于研究火箭飞行的冲击波、飞机机翼蜂窝结构的无损检验等。不仅有激光全息，而且研究成功白光全息、彩虹全息，以及全景彩虹全息，使人们能看到景物的各个侧面。全息三维立体显示正在向全息彩色立体电视和电影的方向发展。
除用光波产生全息图外，已发展到可用计算机产生全息图。全息图用途很广，可作成各种薄膜型光学元件，如各种透镜、光栅、滤波器等，可在空间重叠，十分紧凑、轻巧，适合于宇宙飞行使用。使用全息图贮存资料，具有容量大、易提取、抗污损等优点。超声全息照相能再现潜伏于水下物体的三维图样，因此可用来进行水下侦察和监视。由于对可见光不透明的物体，往往对超声波透明，因此超声全息可用于水下的军事行动，也可用于医疗透视以及工业无损检测测等。
小型全息图可以戴在颈项上形成美丽装饰，它可再现人们喜爱的动物，多彩的花朵与蝴蝶。迅猛发展的模压彩虹全息图，既可成为生动的卡通片、贺卡、立体邮票，也可以作为防伪标识在商标、证件卡、银行信用卡，甚至钞票上出现。装饰在书籍中的全息立体照片，以及礼品包装上闪耀的全息彩虹，使人们体会到 21 世纪印刷技术与包装技术的新飞跃。模压全息标识，由于它的三维层次感，并随观察角度而变化的彩虹效应，以及千变万化的防伪标记，再加上与其他高科技防伪手段的紧密结合，把新世纪的防伪技术推向了新的辉煌顶点。把一些珍贵的文物用这项技术拍摄下来，展出时可以真实地立体再现文物，供参观者欣赏，而原物妥善保存，防失窃，大型全息图既可展示轿车、卫星以及各种三维广告，亦可采用脉冲全息术再现人物肖像、结婚纪念照。
2.全息显示器
比利时鲁汶校际微电子研究中心（Imec）已开发出一套微电机像素系统（MEMS）平台，让全息影视更加接近现实。Imec 建造的全息显示器，是用激光照射在一种微电机系统（MEMS）平台上，该平台能上下运动，就像一个小的反光镜活塞。每个像素都附着在一个像弹簧一样的机械装置上，通断电能拉长或放松。安装 MEMS 之前，芯片是在硅晶片上生长一层氧化硅，有序地在氧化硅上蚀掉一些方块，生成一种像国际象棋棋盘似的花纹。蚀掉的像素仅比附近氧化硅低约 150 纳米，然后在整个芯片最上面涂一层铝反光层。当激光照在芯片上，就会在相邻像素的边界以一定角度反射回来。整个芯片上衍射的光互相干涉叠加或抵消，就形成了 3D 图像。
小反光镜平台每秒钟若干次地迅速上下运动，交换静止图像使像素动起来，就能将这些全息图以动态形式放映。Imec 视觉系统研究小组高级研究员理查德·斯塔尔解释说，为了产生衍射以形成全息图像，每个 MEMS 构件都必须小于照射在芯片上的激光的波长，因此构件要在 0.5 微米×0.5 微米左右，由硅锗混合物制成，公司已经用这种材料制作了可倾斜的 MEMS 反光镜，并希望能融合所需的数据处理逻辑，直接控制像素下面的 MEMS 构件，以让快速显示更容易。
3.全息影像展示装置
通寰互动的全息影像展示柜利用干涉衍射原理，投射出悬浮空中极具纵深感的三维立体光影。效果可以进行全角度观看，使展示效果更富科技感和未来感。
适用场合：博物馆、专卖店、展会、规划展示等；
系统构成：柜体结构、高清显示器、RF 成像膜、光学分光镜、配景灯光、多媒体计算机
研发背景1947 年，匈牙利人丹尼斯盖博 (Dennis Gabor)在研究电子显微镜的过程中，提出了全息摄影术(Holography)这样一种全新的成像概念。全息术的成像利用了光的干涉原理，以条文形式记录物体发射的特定光波，并在特殊条件下使其重现，形成逼真的三维图像，这幅图像记录了物体的振幅、相位、亮度、外形分布等信息，所以称之为全息术，意为包含了全部信息。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，但由于水银灯的性能太差，无法分离同轴全息衍射波，因此大量的科学家花费了十年的时间却没有使这一技术有很大进展。
全息学（Holography）自 20 世纪 60 年代激光器问世后得到了迅速的发展。
1962 年，美国人雷斯和阿帕特尼克斯在基本全息术的基础上，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，带动全息技术进入了全新的发展阶段。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，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，能在白炽灯光下观察到明亮的立体成像。其基本特征是，在适当的位置加入一个一定宽度的狭缝，限制再现光波以降低像的色模糊，根据人眼水平排列的特性，牺牲垂直方向物体信息，保留水平方向物体信息，从而降低对光源的要求。彩虹全息术的发明，带动全息术进入了第三个发展阶段。传统全息技术采用卤化银等材料制成感光胶片，完成全息图像信。
定影等后期处理，整个制作过程非常繁息的记录，由于需要进行显影、琐。而现代的全息技术材质采用新型光敏介质，如光导热塑料、光折变晶体、光致聚合物等，不仅可以省去传统技术中的后期处理步骤，而且信息的容量和衍射率都比传统材料较高。
然而，采用感光胶片或新型光敏介质，都需要通过光波衍射重现记录的波前信息，肉眼直接观察再现结果，这样难以定量分析图像的精确度，无法形成精确的全息影像。
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———数字全息技术，开创了精确全息技术的时代。
1971 年，由于全息摄影术的发明，丹尼斯盖博获得了诺贝尔奖。
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。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。
到了 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。
衍生技术随着人们逐渐不满足普通的 3D 立体成像带来的视觉效果，以及更多的数字全息技术和成像介质的研究成果的出现，出现了一批利用数字全息技术的产品，并在各行业得到了广泛应用。
360 全息幻影成像系统
360 全息成像，是由透明材料制成的四面锥体。当观众的视线透过椎体的一个面时，通过表面镜射和反射，能够从椎体内的空间里看到自由飘浮的影像。
这套系统由柜体、射灯、分光镜、视频播放器等组成，利用分光镜成像原理，对产品实拍三维建模后将产品影像或三维模型叠加进场景中，不需任何辅助设备即可观看三维画面。这一产品主要用于展示细节丰富的物品，如汽车、珠宝、人物等。
全息投影技术
全息摄影是指一种记录被摄物体反射波的振幅和位相等全部信息的新型摄影技术。普通摄影是记录物体面上的光强分布，它不能记录物体反射光的位相信息，因而失去了立体感。
全息投影可以从任何角度观看全息影像的不同侧面。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。
雾幕立体成像
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。
应用案例全息影像首次在电影中大放异彩是在《星球大战》。随后，《特种部队：眼镜蛇的崛起》又把 3D 全息影像投射系统发挥到极致。如人在固定地点通过卫星等各种仪器，将自己的影像投射到想去的地方，还可以说话等。当然，民用全息影像，还未能做到电影般神奇，完全对物体进行拟真，但相信假以时日，电影的内容终会在真实世界中再现。
迈克尔·杰克逊(MJ)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礼在拉斯维加斯举行，迈克尔·杰克逊再度“复活”，为颁奖礼掀起高潮。迈克尔·杰克逊纪念专辑《Xscape》已于 5 月 13 日在美国发售，虽然迈克尔·杰克逊不能为此宣传造势，但公告牌音乐颁奖礼却为他留出特写空间。
2014 年 5 月 19 日，主办方通过全息影像还原技术使迈克尔·杰克逊在舞台上热舞首秀新单曲《SlavetoTheRhythm》，穿着金色夹克和红色裤子的迈克尔·杰克逊坐着宝座亮相，舞台四周喷出火焰，开启杰克逊全场热舞的模式，杰克逊带领舞者再度秀出太空步等经典舞步，这一难以想象的场面令出席颁奖礼的众多明星起立鼓掌。
【全息影像技术是什么】