Голографические телевизоры совсем скоро. Голографическое телевидение в ближайшее время! Синхронизированные камеры и компьютеры

Разработка технологий голографического изображения объектов ведется по нескольким направлениям.

1. Синхронизированные камеры и компьютеры

1. Трехмерные голографические экраны

Автор новой работы - Насер Пейхамбариан, профессор из Аризонского университета. Основа устройства – новый полимерный материал, который может записывать трёхмерную графическую информацию, стирать ее и выводить на экран новый объёмный кадр в считанные минуты. Несмотря на то, что внедрение новой технологии в использование подразумевает ряд технических сложностей, ученые уверены, что им удастся усовершенствовать свое изобретение и добиться обновления голографической информации со скоростью около 30 кадров в минуту.

Пейхамбариан уверен, что в течение нескольких лет ему удастся довести скорость обновления графической информации на экране до уровня, достаточного для создания полноценного видеомонитора. Данное голографическое устройство может быть использовано в медицинских целях, а также наверняка заинтересует военных.

1. Фазированная антенная решетка

Специалисты Массачусетского технологического института впервые смогли создать оптическую фазированную антенную решетку (ФАР). Помимо всего прочего, она позволит создавать голографические телевизоры, в которых объект можно будет рассматривать со всех сторон.

Управлять лучом света можно двумя способами: с помощью механических приводов, поворачивающих лампочку, а также варьируя фазу света. В последнем случае интерференция света от двух излучателей позволяет создавать направленный световой луч. Говоря проще, световые лучи излучателей гасят другу друга в одних направлениях и усиливают в других, в результате чего формируется направленный луч. Принцип ФАР хорошо известен и используется в радиолокационных станциях, но специалистам MIT впервые удалось сделать аналогичную крупную оптическую антенну. Это настоящая революция в оптике.

Оптическая ФАР MIT (Массачусетский технологический институт) состоит из массива 4096 излучателей, которые размещены на одном кристалле кремния (576×576 мкм). Излучатели проецируют изображение логотипа MIT. При этом свет излучают все 4096 источника света, но благодаря изменению направления лучей на несколько миллиметров, получается не ровное световое пятно, а логотип. Также ученые продемонстрировали и второй образец ФАР – с 64 излучателями. Данный чип отличается возможностью менять фазу и может создавать движущееся изображение.

Новая технология может найти применение в самой широкой сфере: от более дешевых и эффективных дальномеров, до медицинских устройств и голографических телевизоров. Кремниевые чипы с оптическими ФАР можно производить в промышленных масштабах, единственный недостаток технологии - это наличие большого количества управляющих проводов (по числу излучателей). Для больших ФАР это может стать проблемой, правда разработчики заявляют, что она решаема.

Описание:

Голографический телевизор позволяет с помощью специальных технических средств (установленной внутри него оптической призмы, LED панели и пр.) и программного обеспечения (системы Digital 3D Signage) показывать объемные изображения – голограммы, используя обычные 2D видеоролики.

Голографический телевизор формирует внутри оптической призмы изображение обычного видеоролика, преобразуя его в специальный 3D формат. Сформированное изображение с LED панели проецируется на главный оптический элемент голографического телевизора – оптическую призму специальной конструкции. Стекло призмы имеет специальное оптическое покрытие , которое преломляет лучи изображения в центр призмы и формирует 3D изображение парящее «в воздухе». Это изображение можно просматривать со всех сторон и наслаждаться фантастическим эффектом.

Голографические телевизоры выпускаются любых размеров и форм, с оформлением в любые материалы и дополнения. Для их размещения не требуется много места.

Программное обеспечение для голографического телевизора:

Система Digital 3D Signage – это специально разработанное программное обеспечение для показа любого цифрового контента на голографических телевизорах. Это система автоматического конвертирования обычных видеороликов в голографический формат 3D призмы в реальном времени. Данное программное обеспечение позволяет использовать уже существующие обычные видеоролики и выводить без их предварительной адаптации для голографических носителей. Голографический телевизор, используя программное обеспечение Digital 3D Signage, автоматически в реальном режиме времени изменяет видеоролик и выводит его в призму в идеальном 3D формате. Благодаря Digital 3D Signage не нужно изготавливать специальные видеоролики для показа на голографических носителях и соответственно тратить дополнительные средства.

Система Digital 3D Signage также позволяет создавать рекламную сеть национального масштаба. Т.е. сеть голографических телевизоров может управляться с одного общего сервера по сети Интернет.

Преимущества:

– эффект 3D без очков ,

– голографические телевизоры имеют сверхлегкий и прочный корпус из металлопластиковых материалов ,

– применен сверхлегкий, прочный материал оптической призмы. За счет этого вес голографических телевизоров удалось снизить в 4 – 5 раз без потерь качественных характеристик,

– значительно расширены возможности призмы за счет введения функции функции «Rotate», т.е. один и тот же голографический телевизор можно просто перевернуть на 180 градусов и нажать соответствующую клавишу на беспроводном пульте управления и он будет показывать видеоролики уже в новом положении. Таким образом одну и ту же призму можно использовать как в положении N-Призмы так и в положении V-Призмы, в зависимости от необходимого расположения призмы,

– наилучшее по четкости, насыщенности и цветопередачи изображение,

Понятен всеобщий интерес к возможности осуществления объемного голографического телевидения. Такое телевидение максимально приблизит искусство и технику телевизионного

воспроизведения к реальным условиям и позволит создать почти стопроцентный эффект присутствия.

Хотя первое объемное телевизионное изображение, полученное на ином принципе, было продемонстрировано Шмаковым 17 лет назад , дальнейшие перспективы трехмерного телевидения связываются именно с голографией. Разработка таких систем интенсивно обсуждается и, по-видимому, прогрессирует. Так, есть сообщения, что уже в 1967 г. будет показан макет коммерческой голографической системы, передающей трехмерные изображения и требующей полосу не более .

Впервые идея голографического телевидения была, по-видимому, высказана Роджерсом в его патенте от 1958 г. - еще до изобретения лазера. Наиболее подробное обсуждение требований к голографической системе трехмерного телевидения приведено в работе . Показано, что такая система потребует полосу около 10" гц (при разрешении телеэкрана 700 линия! что на четыре порядка превышает полосу современного телеканала. Поэтому передача трехмерных изображений по обычному телеканалу возможна в настоящее время лишь для простых объектов или в режиме медленного сканирования.

Если изготовить крупноструктурные голограммы, выбирая малый угол между предметными опорным пучками, то их можно будет сразу же передавать по телевидению. Первую успешную телетрансляцию таких голограмм уже удалось провести. Однако этот метод пригоден лишь для малых двумерных предметов типа транспаранта. По сравнению с обычной телетрансляцией он имеет лишь те преимущества, что информация об изображении передается в закодированном виде и что такая передача отличается высокой помехоустойчивостью. Даже потеряв до 90% информации (например, 9 из 10 мин связь не работала из-за помех), можно восстановить различные контуры всего исходного изображения.

Другой возможный путь - телевидение в СВЧ-диапазоне . В качестве СВЧ-голограммы можно использовать многоэлементные антенные решетки. Количество информации, содержащейся в голограмме, которая получена в миллиметровом диапазоне, не слишком велико может быть передано обычными средствами. Наблюдение на приемном конце телеканала предполагается осуществить путем облучения лазером уменьшенной голограммы. Однако такие голограммы очень малы и не дают заметного параллакса. Если склеить набор таких голограмм, предмет

будет виден таким, как будто его наблюдают через множество маленьких отверстий в экране.

Дальнейшее наступление на голографическое телевидение, очевидно, пойдет с нескольких сторон. Во-первых, совершенствование телевизионной техники позволит повысить скорость передачи и качество трехмерности голографических изображений. Далее, развитие лазерной техники обеспечит создание сверхширокоиолосных оптических линий связи, а также соответствующих систем модуляции и сканирования световых пучков. По-видимому, использование лазерного луча является единственным путем передачи колоссального объема информации, заключенной в голограмме.

Третье направление связано с разработкой динамических приемников изображения и более быстродействующих экранов с повышенной разрешающей способностью. Сегодня особенно нерсиективными кажутся фотохромные материалы и термопластики. У первых разрешение находится на молекулярном уровне, но нока мала чувствительность. Вторые отличаются быстродействием - уже сейчас изготовление голограммы занимает несколько секунд, и это время может быть снижено до долей секунды.

Кроме того, голографическое телевидение должно изыскать средства экономии полосы пропускания. Например, можно без значительного ущерба уменьшить иоле зрения в вертикальном направлении. Необходимо, кроме того, воспользоваться и тем, что последовательные изображения лишь слегка отличаются друг от друга. Создавая у края голограммы расходящийся опорный луч, можно значительно укрупнить наименьший элемент голограммы. Возможны также затемнение несущественных деталей изображения и другие оптические трюки. Наконец, не вся записанная на голограмме информация требуется для восстановления изображения, и нужно научиться управлять этим свойством избыточности.

Разработка технологий голографического изображения объектов ведется по нескольким направлениям. Особенно в этом преуспели американские и японские ученые.

1) С помощью синхронизированных камер и компьютеров.

2) Технология FogScreens, создающая изображения в воздухе с помощью капель жидкости.

С помощью двух устройств FogScreens и проектора, который управляет движением двумерных изображений, можно создать два плоских изображения, которые затем трансформируются в трехмерное — его и видит пользователь без всяких специальных приспособлений.

Ранее подобный эффект можно было получить лишь в лабораторных условиях, небольшого размера около десятка сантиметров. Теперь удалось достичь величины реальной комнаты с расстояниями в несколько метров. Исследователи назвали свое устройство «бесплотным дисплеем» (immaterial display), который может найти множество применений — в виртуальных турах по музеям, в телеконференциях и телемедицине, различных игровых и обучающих системах, электронных книгах с трехмерными иллюстрациями и других областях.

3) Цветная электронная голография.

Для того, чтобы создать цветную голограмму обычным методом, необходимо просветить объект отдельно красным, зеленым и голубым лазерными лучами, причем это нужно делать в темном помещении; поэтому, используя данный способ, невозможно получить голографическое изображение движущихся объектов.
Новая технология позволяет снимать объект на видео при обычном освещении. Затем с помощью высокоскоростной обработки данных из отснятого видео создается голографическое изображение.
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.
Пока размер воспроизводимого образа — всего 1 см, так как голография имеет маленький угол 3D-обозрения — 2°. В ближайшие три года ученые из японского института ИКТ намерены увеличить размер трехмерного видеоизображения в четыре раза.

4) Трехмерные голографические экраны.
Автор новой работы - Насер Пейхамбариан, профессор из Аризонского университета.
Основа устройства - новый полимерный материал, который может записывать трёхмерную графическую информацию, стирать ее и выводить на экран новый объёмный кадр в считанные минуты. Несмотря на то, что внедрение новой технологии в использование подразумевает ряд технических сложностей, ученые уверены, что им удастся усовершенствовать свое изобретение и добиться обновления голографической информации со скоростью около 30 кадров в минуту.

Пейхамбариан уверен, что в течение нескольких лет ему удастся довести скорость обновления графической информации на экране до уровня, достаточного для создания полноценного видеомонитора.
В настоящее время круг применения данного голографического устройства весьма ограничен. Оно может быть использовано в медицинских целях, а также наверняка заинтересует военных. Говорить о трёхмерном телевидении тоже пока рано: помимо экрана для просмотра телепрограмм нужны сам телевизор, передающая станция и камеры, снимающие передачу.

Веклич А.В,
Ерушевич Д.А,
Борисов Р.А,
Рачек В.Б.
Институт инженерной физики и радиоэлектроники СФУ
660074, Красноярск, ул. Киренского 26.
E-mail: [email protected]

В данной статье рассматривается голография. Изучены принципы работы голографического телевидения. Из анализа технологии выделены перспективы использования технологии. Спрогнозировано появление технологии, доступной для всех.

Ключевые слова: FogScreens, 3D, голограмма, голографическое телевидение

In this article discusses the holography. Studied the principles of holographic television. Due technology analysis highlighted the prospects for the use of technology. It predicts the emergence of technology, accessible to all.

Keywords: FogScreens, 3D, hologram, holographic television

Голография - особый способ записи и последующего восстановления волнового поля, основанный на регистрации интерференционной картины. Она обязана своим возникновением законам волновой оптики - законам интерференции и дифракции. Этот принципиально новый способ фиксирования и воспроизведения пространственного изображения предметов изобретен английским физиком Д.Габортом в 1947 году, за что он получил Нобелевскую премию в 1971 году. Экспериментальное воплощение и дальнейшая разработка этого способа советским ученым Ю.Н.Денисюком в 1962 году и американскими физиками Э.Лейтом и Ю.Упатниексом в 1963 году стали возможными после появления в 1960 году источников света высокой степени когерентности - лазеров.

Методы голографии, запись голограммы в трехмерных средах, цветное и панорамное голографирование и т.д., находят все большее развитие. Она может применяться в ЭВМ с голографической памятью, голографическом электронном микроскопе, голографическом кино и телевидении, голографической интерферометрии и т.д.

Первое объемное телевизионное изображение, полученное на ином принципе, было продемонстрировано Павлом Васильевичем Шмаковым 17 лет назад, дальнейшие перспективы трехмерного телевидения связываются именно с голографией. Разработка таких систем интенсивно обсуждается и, по-видимому, прогрессирует. Так, есть сообщения, что уже в 1967 году будет показан макет коммерческой голографической Разработка технологий голографического изображения объектов ведется по нескольким направлениям. Особенно в этом преуспели американские и японские ученые.

Первым человеком, который смог получить действующую голограмму, стал наш соотечественник, Ю.Н Денисюк. В 1962 году он разработал метод съемки и воспроизведения голограмм, который применяется и в настоящее время. После этого ученые задумались: раз есть статическое объемное изображение, то почему не создать динамическое - голографическое кино? Идея была хоть куда - ведь такое кино дает не иллюзию объемности, а саму объемность и, соответственно, яркий эффект присутствия зрителя в киносцене.

Выделяют четыре направления по разработке технологий голографического телевидения:

Получение голографического телевидения с помощью синхронизированных камер и компьютеров - ведущий телеканала Андерсон Купер провел интервью в режиме реального времени с голограммой знаменитого исполнителя will.i.am, который находился в совсем другом месте. Для этого потребовались усилия компаний SportVu и Vizrt, а так же понадобилось много техники. Человека, проецируемого в студию CNN, 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. Кроме того, для большей надежности применялось и инфракрасное сканирование. И после всего этого общую картинку в режиме реального времени обрабатывали сразу 12 компьютеров.

Получение голографического изображения с помощью технологии FogScreens - с помощью двух устройств FogScreens и проектора, который управляет движением двумерных изображений, можно создать два плоских изображения, которые затем трансформируются в трехмерное - его и видит пользователь без всяких специальных приспособлений.

Получение голографического изображения с помощью цветной электронной голографии - 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. Он также используется для демонстрации 3D-изображений.

Получение голографического изображения с помощью трехмерных голографических экранов - сейчас голографический дисплей, разработанный аризонскими специалистами, имеет вид пленки толщиной менее миллиметра и площадью около 10 квадратных сантиметров. Трехмерное голографическое изображение может быть построено на таком экране менее чем за 3 минуты.

Проанализировав развитие технологий, связанных с голографическим телевидением, можно спрогнозировать его скорого появления в нашей жизни.

По прогнозам ученных к 2020 году технология голографического телевидения будет доступна почти каждому. Можно выделить основные аспекты будущего телевидения:

1. Совершенствование телевизионной техники позволит повысить скорость передачи и качество трёхмерности голографических изображений.

2. Развитие лазерной техники обеспечит создание сверхширокополосных оптических линий связи, а также соответствующих систем модуляции и сканирования световых пучков. Использование лазерного луча является единственным путем передачи колоссального объема информации, заключенной в голограмме.

3. Разработка динамических приёмников изображения и более быстродействующих экранов с повышенной разрешающей способностью. Сегодня особо перспективными кажутся фотохромные материалы и термопластики. У первых разрешение находится на молекулярном уровне, но пока мала чувствительность. Вторые отличаются быстродействием - уже сейчас изготовление голограммы занимает несколько секунд, и это время может быть снижено до долей секунды.

Выделим основные перспективы развития технологии

Типичные для этого периода голографические дисплеи стоят больших денег, большинство из них на данный момент рассматривается как предмет роскоши. Тем не менее, конкуренция между главными производителями в скором времени отметится снижением затрат на производство, что делает данный товар доступным для большинства людей. Дальнейшее усовершенствование технологии также приводит к созданию более крупных и чётких дисплеев. Эти экраны можно как закрепить на стене (при этом лазерное изображение отображается на ее фоне), так и поместить на стол в горизонтальном положении, расположив остальные компоненты устройства под столом.

В течение ближайших десятилетий совершенствование данной технологии позволит делать целые комнаты, «меблированные» голограммами.

Микросхему можно будет использовать в производстве широкого спектра устройств.

Использование технология во всех сферах жизни, начиная от видео-игр и заканчивая высокоточной роботизированной медтехникой, которая применяется для проведения сложных операций.

1. Holographic TV could be here by 2020 - [Электронный ресурс],
2. URL: http/www.dvice.com
3. Gurevich, S., Konstantinov V.,Chernykch D.: Interference- holography studies in space. Proc. SPIE, 1183(1989), 479-485
4. Gurevich, S., Konstantinov, V., Relin, V., Babenko, V.: Optimization of the wavefront recording and reconstructing in real-time holographic interferometry. Proc. of SPIE, 3238(1997), 16-19
5. Bat’kovich, V., Budenkova, O., Konstantinov, V., Sadov, O., Smirnova, E.: Determination of the temperature distribution in liquids and solids using holographic interferometry, Tech. Phys., 44(1999)6, 704-708.