3d全息影像技術(shù)技術(shù)原理

全息技術(shù)是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像的記錄和再現(xiàn)的技術(shù)，其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過(guò)程:被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點(diǎn)的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強(qiáng)度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來(lái)，記錄著干涉條紋的底片經(jīng)過(guò)顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱全息照片;其第二步是利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息，這是成象過(guò)程:全息圖猶如一個(gè)復(fù)雜的光柵，在相干激光照射下，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個(gè)象，即原始象(又稱初始象)和共軛象。再現(xiàn)的圖像立體感強(qiáng)，具有真實(shí)的視覺(jué)效應(yīng)，全息圖的每一部分都記錄了物體上各點(diǎn)的光信息，故原則上它的每一部分都能再現(xiàn)原物的整個(gè)圖像，通過(guò)多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個(gè)不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來(lái)。

全息原理是"一個(gè)系統(tǒng)原則上可以由它的邊界上的一些自由度完全描述"，是基于黑洞的量子性質(zhì)提出的一個(gè)新的基本原理。其實(shí)這個(gè)基本原理是聯(lián)系量子元和量子位結(jié)合的量子論的。其數(shù)學(xué)證明是，時(shí)空有多少維，就有多少量子元;有多少量子元，就有多少量子位，它們一起組成類似矩陣的時(shí)空有限集，即它們的排列組合集。全息不全，是說(shuō)選排列數(shù)，選空集與選全排列，有對(duì)偶性。即一定維數(shù)時(shí)空的全息性完全等價(jià)于少一個(gè)量子位的排列數(shù)全息性;這類似"量子避錯(cuò)編碼原理"，從根本上解決了量子計(jì)算中的編碼錯(cuò)誤造成的系統(tǒng)計(jì)算誤差問(wèn)題。而時(shí)空的量子計(jì)算，類似生物DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)的雙共軛編碼，它是把實(shí)與虛、正與負(fù)雙共軛編碼組織在一起的量子計(jì)算機(jī)。這可叫做"生物時(shí)空學(xué)"，這其中的"熵"，也類似"宏觀的熵"，不但指混亂程度，也指一個(gè)范圍。從"源于生活"來(lái)說(shuō)，應(yīng)該指。因此，所有的位置和時(shí)間都是范圍。位置"熵"為面積"熵"，時(shí)間"熵"為熱力學(xué)箭頭"熵"，其次，類似N數(shù)量子元和N數(shù)量子位的二元排列，與N數(shù)行和N數(shù)列的行列式或矩陣類似的二元排列，其中有一個(gè)不相同，是行列式或矩陣比N數(shù)量子元和N數(shù)量子位的二元排列少了一個(gè)量子位，這是否類似全息原理，N數(shù)量子元和N數(shù)量子位的二元排列是一個(gè)可積系統(tǒng)，它的任何動(dòng)力學(xué)都可以用低一個(gè)量子位類似N數(shù)行和N數(shù)列的行列式或矩陣的場(chǎng)論來(lái)描述呢?數(shù)學(xué)上也許是可以證明或探究的。

1、反德西特空間，即為點(diǎn)、線、面內(nèi)空間，是可積的。因?yàn)辄c(diǎn)、線、面內(nèi)空間與點(diǎn)、線、面外空間交接處趨于"超零"或"零點(diǎn)能"零，到這里是一個(gè)可積系統(tǒng)，它的任何動(dòng)力學(xué)都可以有一個(gè)低一維的場(chǎng)論來(lái)實(shí)現(xiàn)。也就是說(shuō)，由于反德西特空間的對(duì)稱性，點(diǎn)、線、面內(nèi)空間場(chǎng)論中的對(duì)稱性，要大于原來(lái)點(diǎn)、線、面外空間的洛侖茲對(duì)稱性，這個(gè)比較大一些的對(duì)稱群叫做共形對(duì)稱群。當(dāng)然這能通過(guò)改變反德西特空間內(nèi)部的幾何來(lái)消除這個(gè)對(duì)稱性，從而使得等價(jià)的場(chǎng)論沒(méi)有共形對(duì)稱性，這可叫新共形共形。如果把馬德西納空間看作"點(diǎn)外空間"，一般"點(diǎn)外空間"或"點(diǎn)內(nèi)空間"也可看作類似球體空間。反德西特空間，即"點(diǎn)內(nèi)空間"是場(chǎng)論中的一種特殊的極限。"點(diǎn)內(nèi)空間"的經(jīng)典引力與量子漲落效應(yīng)，其弦論的計(jì)算很復(fù)雜，計(jì)算只能在一個(gè)極限下作出。例如上面類似反德西特空間的宇宙質(zhì)量軌道圓的暴漲速率，是光速的8.88倍，就是在一個(gè)極限下作出的。在這類極限下，"點(diǎn)內(nèi)空間"過(guò)渡到一個(gè)新的時(shí)空，或叫做pp波背景?？删_地計(jì)算宇宙弦的多個(gè)態(tài)的譜，反映到對(duì)偶的場(chǎng)論中，我們可獲得物質(zhì)族質(zhì)量譜計(jì)算中一些算子的反常標(biāo)度指數(shù)。

2、這個(gè)技巧是，弦并不是由有限個(gè)球量子微單元組成的。要得到通常意義下的弦，必須取環(huán)量子弦論極限，在這個(gè)極限下，長(zhǎng)度不趨于零，每條由線旋耦合成環(huán)量子的弦可分到微單元10的-33次方厘米，而使微單元的數(shù)目不是趨于無(wú)限大，從而使得弦本身對(duì)應(yīng)的物理量如能量動(dòng)量是有限的。在場(chǎng)論的算子構(gòu)造中，如果要得到pp波背景下的弦態(tài)，我們恰好需要取這個(gè)極限。這樣，微單元模型是一個(gè)普適的構(gòu)造，也清楚了。在pp波這個(gè)特殊的背景之下，對(duì)應(yīng)的場(chǎng)論描述也是一個(gè)可積系統(tǒng)。

隨著人們逐漸不滿足普通的 3D 立體成像帶來(lái)的視覺(jué)效果，以及更多的數(shù)字全息技術(shù)和成像介質(zhì)的研究成果的出現(xiàn)，出現(xiàn)了一批利用數(shù)字全息技術(shù)的產(chǎn)品，并在各行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

1.360全息幻影成像系統(tǒng)

360全息成像，是由透明材料制成的四面錐體。當(dāng)觀眾的視線透過(guò)椎體的一個(gè)面時(shí)，通過(guò)表面鏡射和反射，能夠從椎體內(nèi)的空間里看到自由飄浮的影像。

這套系統(tǒng)由柜體、射燈、分光鏡、視頻播放器等組成，利用分光鏡成像原理，對(duì)產(chǎn)品實(shí)拍三維建模后將產(chǎn)品影像或三維模型疊加進(jìn)場(chǎng)景中，不需任何輔助設(shè)備即可觀看三維畫(huà)面。這一產(chǎn)品主要用于展示細(xì)節(jié)豐富的物品，如汽車、珠寶、人物等。

2.全息投影

全息投影是近期非常流行的技術(shù)，它采用全息膜配合投影展示產(chǎn)品，提供了豐富的全息影像，可以在玻璃、亞克力等材質(zhì)上成像，將裝飾性、實(shí)用性融為一體，成為現(xiàn)在一種前沿的市場(chǎng)推廣手段。 2008 年美國(guó) CNN 電視臺(tái)首次在總統(tǒng)大選的報(bào)道中應(yīng)用了全息投影技術(shù)，動(dòng)用了 35 部高清攝像機(jī)，從各角度同時(shí)對(duì)主持人進(jìn)行拍攝，拍攝的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)?20 臺(tái)電腦中進(jìn)行合成處理，最終通過(guò)高清投影儀實(shí)現(xiàn)全息人像的真實(shí)再現(xiàn)。

全息投影技術(shù)是通過(guò)在空氣或特殊鏡片上形成立體影像，是全息攝影術(shù)的擬想發(fā)展，可以從任何角度觀看全息影像的不同側(cè)面。目前市攝影術(shù)的逆向展示，場(chǎng)上可實(shí)現(xiàn)的全系投影從技術(shù)上分為三種:

(1) 空氣投影:美國(guó)麻省的一名 29 歲研究生發(fā)明了一種空氣投影)技術(shù)，可以在氣流墻上投影圖像，并且使其具備交互功能。這一技術(shù)靈感來(lái)源于海市蜃樓原理，將圖像投射在大片的水蒸氣上，由于組成水蒸氣的水分子震動(dòng)不均衡，可以形成立體感很強(qiáng)的全息圖像。

(2)激光束投影:日本公司研制了一種利用激光束來(lái)投射實(shí)體的全息影像投射方法。這一方法主要利用了氧氣和氮?dú)庠诳諝庵猩㈤_(kāi)時(shí)，兩者混合成的氣體變成灼熱的物質(zhì)，并在空氣中通過(guò)不斷的小爆炸形成全息圖像。 (3) 美國(guó)南加利福尼亞大學(xué)的研究人員研制了一種360度全息顯示屏:將圖像投影在高速旋轉(zhuǎn)的鏡子上，從而實(shí)現(xiàn)全息影像。

3.霧幕立體成像系統(tǒng)霧幕立體成像，也被稱為霧屏成像，通過(guò)鐳射光借助空氣中的微粒，在空氣中成像，使用霧化設(shè)備產(chǎn)生人工噴霧墻，利用這層水霧墻代替?zhèn)鹘y(tǒng)的投影屏，結(jié)合空氣動(dòng)力學(xué)制造出能產(chǎn)生平面霧氣的屏幕，再將投影儀投射噴霧墻上形成全息圖像。

透射式全息顯示圖像屬于一種最基本的全息顯示圖像。記錄時(shí)利用相干光照射物體，物體表面的反射光和散射光到達(dá)記錄干板后形成物光波;同時(shí)引入另一束參考光波(平面光波或球面光波)照射記錄干板。對(duì)記錄干板曝光后便可獲得干涉圖形，即全息顯示圖像。再現(xiàn)時(shí)，利用與參考光波相同的光波照射記錄干板，人眼在透射光中觀看全息板，便可在板后原物處觀看到與原物完全相同的再現(xiàn)像，此時(shí)該像屬于虛像。假如利用與參考光波的共軛光波相同的光波照射記錄干板，即從記錄干板右方射向記錄干板而會(huì)聚一點(diǎn)的球面光波，則經(jīng)記錄干板衍射后會(huì)聚而形成原物的實(shí)像。

透射式全息顯示圖像清晰逼真，景深較大(僅受光波相干長(zhǎng)度的限制)，觀看效果頗佳。但為確保光的相干性，需用激光記錄與再現(xiàn)。采用激光也會(huì)帶來(lái)其特有的散斑效應(yīng)的弊病，即再現(xiàn)像面上附有微小而隨機(jī)分布的顆粒狀結(jié)構(gòu)。

為克服透射式全息顯示圖像無(wú)法利用普通白光(非相干光)再現(xiàn)的缺陷，人們又發(fā)展了反射式全息顯示圖像。將物體置于全息板的右側(cè)，相干點(diǎn)光源從左方照射全息板。將直接照射至全息板平面上的光作為參考光;而將透過(guò)全息板(未經(jīng)處理過(guò)的全息板是透明的)的光射向物體，再由物體反射回全息板的光作為物光，兩束光干涉后便形成全息顯示圖像。由于記錄時(shí)物光與參考光分別從全息板兩側(cè)入射，故全息板上的干涉條紋層大致與全息板平面平行。再現(xiàn)時(shí)，利用光源從左方照射全息板，全息板中的各條紋層宛如鏡面一樣對(duì)再現(xiàn)光產(chǎn)生出反射，在反射光中觀看全息板便可在原物處觀看到再現(xiàn)的圖像。

制作反射式全息顯示圖像時(shí)，通常采用較普通透射式全息顯示圖像更厚的記錄介質(zhì)(厚約15μm的感光乳膠層)。因干涉條紋層基本上與全息板平面平行，介質(zhì)層內(nèi)形成多層干涉條紋層，即反射層，故全息板的衍射相當(dāng)于三維光柵的衍射，必須滿足布拉格(Bragg)衍射條件，即僅有某些具有特定波長(zhǎng)及角度的光才能形成極大的衍射角。由于具有這種選擇性，反射式全息顯示圖象便可用普通白光擴(kuò)展光源再現(xiàn)。這是其一大優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)亦消除了激光的散斑效應(yīng)。近年來(lái)，該類全息顯示圖像已廣泛應(yīng)用于小型裝飾物的三維顯示，并已實(shí)現(xiàn)商品化，市面上將其稱為"激光寶石"。反射式全息顯示圖象還可用作壁掛式顯示，但制作屏幕較大的反射式全息顯示圖像技術(shù)難度較大;另一缺陷是其景深不太大，距記錄介質(zhì)平面較遠(yuǎn)處的圖像有點(diǎn)模糊不清。

根據(jù)全息學(xué)的理論，對(duì)于普通透射式全息顯示圖像而言，當(dāng)再現(xiàn)光波長(zhǎng)與記錄時(shí)的光波長(zhǎng)不同，或再現(xiàn)光源為非理想點(diǎn)光源而有一定的空間擴(kuò)展時(shí)，再現(xiàn)像點(diǎn)將會(huì)發(fā)生彌散而變得模糊，由上述兩種因素造成的像點(diǎn)模糊量皆與象點(diǎn)和全息板的距離成正比。因此，假如記錄時(shí)讓物點(diǎn)落在全息板上或很靠近于全息板，則用普通白光擴(kuò)展光源再現(xiàn)時(shí)，像點(diǎn)的模糊量仍小至可接受的程度。因?qū)嶋H物體難以直接"嵌入"全息板，故人們采用將物體通過(guò)透鏡成像于全息板的附近，同時(shí)引入?yún)⒖脊獠ㄅc其干涉的辦法來(lái)記錄全息顯示圖像，這樣記錄的全息顯示圖像稱為像面全息顯示圖像，它可用普通白光擴(kuò)展光源再現(xiàn)。顯然，這種全息顯示圖像的景深也是有限的，距全息板平面愈遠(yuǎn)的像點(diǎn)愈模糊不清。

20世紀(jì)70年代末，一種新型全息顯示圖像即彩虹式全息顯示圖像(Rainbow Hologram)問(wèn)世，它可采用白光再現(xiàn)，圖像清晰明亮，尤其適用于立體三維顯示，倍受人們的重視。彩虹式全息顯示圖像是采用激光記錄全息顯示圖像，用白光照射再現(xiàn)單色圖像的一種全息顯示技術(shù)。其基本特點(diǎn)是在記錄系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)奈恢眉尤胍粋€(gè)狹縫，其作用是限制再現(xiàn)光波，以降低圖像的色模糊，從而實(shí)現(xiàn)白光再現(xiàn)單色圖像。有人曾系統(tǒng)地分析過(guò)彩虹式全息顯示圖像的成像過(guò)程。其基本記錄方式以一步法為例，物體通過(guò)透鏡成像于全息板附近，同時(shí)光路中設(shè)置一個(gè)狹縫來(lái)限制成像光的孔徑。利用白光點(diǎn)光源以共軛方式照射全息板，便會(huì)同時(shí)再現(xiàn)物像與縫隙的實(shí)像。由于全息顯示圖像的基本作用相當(dāng)于光柵，在白光照射下具有色散的作用，故不同顏色的狹縫像分布于不同的方位。當(dāng)人眼從縫隙像左方觀看全息板時(shí)，通過(guò)不同顏色的縫隙像便可觀看到該種顏色的物像。當(dāng)人眼上下移動(dòng)時(shí)，物象會(huì)產(chǎn)生出宛如彩虹一樣的顏色變化，這也是此種全息顯示圖像名稱的由來(lái)。

彩虹式全息顯示圖像技術(shù)的問(wèn)世給全息顯示注入了新的活力，眾多研究者對(duì)其進(jìn)行了不斷的改進(jìn)與發(fā)展，并在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。如將記錄時(shí)的單縫變?yōu)槎嗫p，可使同一角度觀看的再現(xiàn)像具有與實(shí)物一樣的彩色，或?qū)诎讏D像進(jìn)行假彩色編碼。因人們對(duì)色彩的分辨能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)灰度級(jí)的分辨能力，此種假彩色化法可極大提高對(duì)圖像的判讀能力。近年來(lái)還提出并實(shí)現(xiàn)了新型的雙孔徑彩虹式全息顯示圖像和大角度環(huán)形孔徑彩虹式全息顯示圖像。前一種可在普通白光擴(kuò)展光源下，將再現(xiàn)象的分辨率大大提高，并能由一體視對(duì)平面圖像合成無(wú)需配戴眼鏡觀看的立體三維圖像。后一種則將單縫孔徑變?yōu)榇笾睆降沫h(huán)形孔徑，從而可實(shí)現(xiàn)360°環(huán)視的再現(xiàn)像，即在白光照射下，可繞全息板轉(zhuǎn)一周以觀看物體所有側(cè)面的再現(xiàn)像。

合成式全息顯示圖像是指將一系列由普通拍攝物體的二維底片借助全息方法記錄在一塊全息軟片(或干板)上，再現(xiàn)時(shí)實(shí)現(xiàn)原物體的準(zhǔn)立體三維顯示的一種技術(shù)。實(shí)現(xiàn)再現(xiàn)物體360°環(huán)視像的另一種有效方法便是合成式全息顯示圖像。它可制成圓筒式，亦可制成平面式。這里以旋轉(zhuǎn)物體為例說(shuō)明合成式全息顯示圖像的制作技術(shù)。顯然，假若將物體變?yōu)閷?shí)際場(chǎng)景，則可制作立體電視;假若將轉(zhuǎn)動(dòng)物體變?yōu)橐幌盗羞B續(xù)變化的二維圖片，則可制成活動(dòng)的動(dòng)畫(huà)。

這種合成式全息顯示圖像實(shí)際上是彩虹式全息顯示圖像與合成技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。利用這種方法在平面全息板上再現(xiàn)環(huán)視或立體活動(dòng)圖像，是極其誘人的。其缺陷是記錄過(guò)程較為復(fù)雜，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與普及，這一缺陷已不再成為嚴(yán)重的問(wèn)題。近年來(lái)，研制出一套由計(jì)算機(jī)控制的合成式全息顯示圖像自動(dòng)記錄系統(tǒng)，并成功地由它制出像質(zhì)頗佳的360°環(huán)視合成式全息顯示圖像。

在合成式全息顯示技術(shù)中，有一種可顯示被拍攝物體動(dòng)態(tài)過(guò)程的角度多路合成式全息顯示技術(shù)，它是一種電影拍攝與全息拍攝完美結(jié)合的技術(shù)。它使用電影攝影機(jī)進(jìn)行第一步記錄，再在激光照射下用"全自動(dòng)合成全息拍攝系統(tǒng)"將記錄的二維電影片制成全息顯示圖像，它是一種實(shí)現(xiàn)了白光記錄和白光再現(xiàn)被記錄物動(dòng)態(tài)過(guò)程的高層次全息顯示技術(shù)?？v向多路合成的全息顯示圖像，由于采用了不同角度的視像進(jìn)行合成，故稱為角度多路合成式全息顯示圖像。它是一項(xiàng)集電影特技攝影、激光全息、光機(jī)電一體化、微機(jī)控制及納米感光材料等高新技術(shù)于一體的最新技術(shù)。還有另一類縱向多路合成的全息顯示圖像，它是由對(duì)客體不同深度的一系列平面層拍攝的底片合成的。如醫(yī)學(xué)中用X射線斷層攝影(CT)或超聲波斷層攝影，可得到垂直于人體軸線方向的一系列平面圖片。利用全息顯示技術(shù)將其按原順序、原間隔制成合成式全息顯示圖象，再現(xiàn)時(shí)則可觀看到一系列縱向平行排列的透明平面圖像。當(dāng)這些像的縱向間隔小到一定程度時(shí)，觀看者便如同觀看原物的透明立體三維圖像一樣?？v向多路合成的全息圖像亦可利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行制作。

角度多路合成式全息顯示技術(shù)具有發(fā)展前景的潛力。它可將計(jì)算機(jī)圖像信息處理、光學(xué)圖像信息處理、納米感光化學(xué)信息處理、影視技術(shù)多年來(lái)積累的視覺(jué)心理學(xué)及生理學(xué)深度感等方面的經(jīng)驗(yàn)融合一體，對(duì)采集的圖像信息進(jìn)行處理，從而獲得優(yōu)質(zhì)的三維空間立體影像。觀看這種角度多路合成式全息顯示立體影象時(shí)，無(wú)需配戴眼鏡等附加裝置。它是目前記錄并顯示伴有活動(dòng)圖象的三維立體影像的最佳方法。隨著液晶顯示技術(shù)及納米級(jí)實(shí)時(shí)記錄介質(zhì)材料的研制開(kāi)發(fā)，角度多路合成式全息顯示技術(shù)將會(huì)發(fā)展成為新一代具有可持續(xù)發(fā)展的科研項(xiàng)目及值得巨大投入的研究課題。

上述各種全息顯示圖像的共同缺陷是復(fù)制較為煩瑣，通常需采用激光源及光學(xué)器件，而且每復(fù)制一次皆需曝光、顯影和定影等過(guò)程。為解決這一問(wèn)題，20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)出一種可象印書(shū)一樣大批量快速?gòu)?fù)制的模壓式全息顯示圖像。其制作工藝過(guò)程可分為如下三步:

記錄原版全息顯示圖像，這種全息顯示圖像的記錄過(guò)程類似于彩虹式全息顯示圖像，但它屬于浮雕型，即與光強(qiáng)分布相應(yīng)的干涉條紋已轉(zhuǎn)變?yōu)榘纪剐蜏喜蹱罘植?

制作金屬壓模，即由原版全息顯示圖像經(jīng)電鍍和鑄模等工序轉(zhuǎn)為金屬模板;

壓印復(fù)制，通常是在透明塑料片上利用金屬模板進(jìn)行熱壓以得到復(fù)制的全息顯示圖像。這種模壓式全息顯示圖像既可制成透射式，亦可將其表面鍍以高反射率金屬膜，使其變成反射式。模壓復(fù)制技術(shù)涉及到光刻膠母版制作、電鑄及全息模壓技術(shù)，是全息顯示技術(shù)中難度最大的一種技術(shù)，它屬于高層次的全息顯示技術(shù)。

模壓式全息顯示圖像的最大優(yōu)點(diǎn)是可大批量生產(chǎn)。一個(gè)優(yōu)質(zhì)的模板可連續(xù)壓印一百萬(wàn)次以上，故全息顯示圖像的成本大為降低。這種全息顯示圖像的制作現(xiàn)已成為一個(gè)頗具規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于防偽商標(biāo)、各種證卡及藝術(shù)性顯示等。常見(jiàn)的各種防偽標(biāo)志便是一種反射式模壓彩虹全息顯示圖像，從不同的角度觀看時(shí)，其色彩會(huì)發(fā)生一些變化。擬將合成式全息顯示技術(shù)與模壓技術(shù)有機(jī)結(jié)合一起，制成一種可360°環(huán)視或動(dòng)畫(huà)式模壓全息顯示圖像。

最后簡(jiǎn)單介紹一下近年來(lái)發(fā)展頗為迅速的計(jì)算機(jī)全息顯示圖像(ComputerGenerated Hologram)，簡(jiǎn)稱為CGH。既然全息顯示圖像屬于一種干涉圖樣，假如能利用計(jì)算機(jī)直接產(chǎn)生出這種圖樣，則無(wú)需再采用光學(xué)設(shè)備實(shí)地記錄了。這種方法既可完全節(jié)省光源及要求相當(dāng)精密的光路設(shè)置，又能模擬實(shí)際上并不存在的各種物體，故具有明顯的簡(jiǎn)易性與靈活性。

計(jì)算機(jī)全息顯示圖像目前已在圖像處理和干涉計(jì)量等領(lǐng)域內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用。它同樣亦可應(yīng)用于立體三維圖像顯示，僅是成像質(zhì)量仍需作進(jìn)一步的改進(jìn)。值得指出的是將光學(xué)與電子學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合一起，發(fā)揮其各自的優(yōu)勢(shì)，將是實(shí)現(xiàn)立體三維顯示的一種有效途徑。

人類之所以能感受到立體感，是由于人類的雙眼是橫向觀察物體的，且觀察角度略有差異，圖像經(jīng)視并排，兩眼之間有6厘米左右的間隔，神經(jīng)中樞的融合反射及視覺(jué)心理反應(yīng)便產(chǎn)生了三維立體感。根據(jù)這個(gè)原理，可以將3D顯示技術(shù)分為兩種:一種是利用人眼的視差特性產(chǎn)生立體感;另一種則是在空間顯示真實(shí)的3D立體影像，如基于全息影像技術(shù)的立體成像。全息影像是真正的三維立體影像，用戶不需要佩戴帶立體眼鏡或其他任何的輔助設(shè)備，就可以在不同的角度裸眼觀看影像。

1947年，匈牙利人丹尼斯 蓋博 (Dennis Gabor)在研究電子顯微鏡的過(guò)程中，提出了全息攝影術(shù)(Holography)這樣一種全新的成像概念。全息術(shù)的成像利用了光的干涉原理，以條文形式記錄物體發(fā)射的特定光波，并在特殊條件下使其重現(xiàn)，形成逼真的三維圖像，這幅圖像記錄了物體的振幅、相位、亮度、外形分布等信息，所以稱之為全息術(shù)，意為包含了全部信息。但在當(dāng)時(shí)的條件下，全息圖像的成像質(zhì)量很差，只是采用水銀燈記錄全息信息，但由于水銀燈的性能太差，無(wú)法分離同軸全息衍射波，因此大量的科學(xué)家花費(fèi)了十年的時(shí)間卻沒(méi)有使這一技術(shù)有很大進(jìn)展。

由于全息攝影術(shù)的發(fā)明，丹尼斯 蓋博在 1971 年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

1962 年，美國(guó)人雷斯和阿帕特尼克斯在基本全息術(shù)的基礎(chǔ)上，將通信行業(yè)中"側(cè)視雷達(dá)"理論應(yīng)用在全息術(shù)上，發(fā)明了離軸全息技術(shù)，帶動(dòng)全息技術(shù)進(jìn)入了全新的發(fā)展階段。這一技術(shù)采用離軸光記錄全息圖像，然后利用離軸再現(xiàn)光得到三個(gè)空間相互分離的衍射分量，可以清晰的觀察到所需的圖像，有效克服了全息圖成像質(zhì)量差的問(wèn)題。

1969年，本頓發(fā)明了彩虹全息術(shù)，能在白熾燈光下觀察到明亮的立體成像。其基本特征是，在適當(dāng)?shù)奈恢眉尤胍粋€(gè)一定寬度的狹縫，限制再現(xiàn)光波以降低像的色模糊，根據(jù)人眼水平排列的特性，犧牲垂直方向物體信息，保留水平方向物體信息，從而降低對(duì)光源的要求。彩虹全息術(shù)的發(fā)明，帶動(dòng)全息術(shù)進(jìn)入了第三個(gè)發(fā)展階段。 傳統(tǒng)全息技術(shù)采用鹵化銀等材料制成感光膠片，完成全息圖像信。

定影等后期處理，整個(gè)制作過(guò)程非常繁息的記錄，由于需要進(jìn)行顯影、瑣。而現(xiàn)代的全息技術(shù)材質(zhì)采用新型光敏介質(zhì)，如光導(dǎo)熱塑料、光折變晶體、光致聚合物等，不僅可以省去傳統(tǒng)技術(shù)中的后期處理步驟，而且信息的容量和衍射率都比傳統(tǒng)材料較高。

然而，采用感光膠片或新型光敏介質(zhì)，都需要通過(guò)光波衍射重現(xiàn)記錄的波前信息，肉眼直接觀察再現(xiàn)結(jié)果，這樣難以定量分析圖像的精確度，無(wú)法形成精確的全息影像。

20 世紀(jì) 60 年代末期，古德曼和勞倫斯等人提出了新的全息概念---數(shù)字全息技術(shù)，開(kāi)創(chuàng)了精確全息技術(shù)的時(shí)代。到了 90 年代，隨著高分辨率CCD的出現(xiàn)，人們開(kāi)始用 CCD 等光敏電子元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的感光膠片或新型光敏等介質(zhì)記錄全息圖，并用數(shù)字方式通過(guò)電腦模擬光學(xué)衍射來(lái)呈現(xiàn)影像，使得全息圖的記錄和再現(xiàn)真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。

數(shù)字全息技術(shù)的成像原理是，首先通過(guò) CCD 等器件接收參考光和物光的干涉條紋場(chǎng)，由圖像采集卡將其傳入電腦記錄數(shù)字全息圖;然后利用菲涅爾衍射原理在電腦中模擬光學(xué)衍射過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全息圖的數(shù)字再現(xiàn);最后利用數(shù)字圖像基本原理再現(xiàn)的全息圖進(jìn)行進(jìn)一步處理，去除數(shù)字干擾，得到清晰的全息圖像。

數(shù)字全息技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、全息技術(shù)和電子成像技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。它通過(guò)電子元件記錄全息圖，省略了圖像的后期化學(xué)處理，節(jié)省了大量時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖像的實(shí)時(shí)處理。同時(shí)，其可以進(jìn)行通過(guò)電腦對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行定量分析，通過(guò)計(jì)算得到圖像的強(qiáng)度和相位分布，并且模擬多個(gè)全息圖的疊加等操作。

全息顯示的基本機(jī)理

全息學(xué)(Holography)自20世紀(jì)60年代激光器問(wèn)世后得到了迅速的發(fā)展。其基本機(jī)理是利用光波干涉法同時(shí)記錄物光波的振幅與相位。由于全息再現(xiàn)象光波保留了原有物光波的全部振幅與相位的信息，故再現(xiàn)象與原物有著 完全相同的三維特性。換句話說(shuō)，人們觀看全息像時(shí)會(huì)得到與觀看原物時(shí)完全相同的視覺(jué)效果，其中包括各種位置視差，這即是全息三維顯示的理論依據(jù)。從這種意義上來(lái)說(shuō)，全息才是真正的三維圖像，而上述的各種由體視對(duì)合成的圖像充其量?jī)H是準(zhǔn)三維圖像(并無(wú)垂直視差的感覺(jué))。20世紀(jì)80年代后，激光全息技術(shù)的迅速發(fā)展，成為一種異軍突起的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。在激光全息技術(shù)中，全息顯示技術(shù)由于更接近于人們的日常生活而倍受關(guān)注。它不僅可制出惟妙惟肖的立體三維圖片美化人們的生活，還可將其用于證券、商品防偽、商品廣告、促銷、藝術(shù)圖片、展覽、圖書(shū)插圖與美術(shù)裝潢、包裝、室內(nèi)裝潢、醫(yī)學(xué)、刑偵、物證照相與鑒別、建筑三維成像、科研、教學(xué)、信息交流、人像三維攝影及三維立體影視等眾多領(lǐng)域，近年來(lái)還發(fā)展成為寬幅全息包裝材料而得到了廣泛的應(yīng)用。由于白光再現(xiàn)全息技術(shù)可在白晝自然環(huán)境中或在普通白光照射條件下觀看物體的三維圖像，一直研究全息技術(shù)的最新發(fā)展及運(yùn)用，期待自身的努力使得全息顯示技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。

1、 再造出來(lái)的立體影像有利于保存珍貴的藝術(shù)品資料進(jìn)行收藏。

2、 拍攝時(shí)每一點(diǎn)都記錄在全息片的任何一點(diǎn)上，一旦照片損壞也關(guān)系不大。

3、 全息照片的景物立體感強(qiáng)，形象逼真，借助激光器可以在各種展覽會(huì)上進(jìn)行展示，會(huì)得到非常好的效果。

現(xiàn)今3D風(fēng)盛行 也有一些偽3D電影 也就是前期不是采用的3D技術(shù)拍攝的 經(jīng)過(guò)后期加工或者后期3D制作而成的偽3D影片 這樣的3D呈現(xiàn)效果不是很好 如年初引進(jìn)大片《創(chuàng)戰(zhàn)紀(jì)》

不閃式是偏光式的一種。偏光式3D技術(shù)也叫偏振式3D技術(shù)，英文為Polarization 3D，配合使用的是被動(dòng)式偏光眼鏡。偏光式3D技術(shù)的圖像效果比色差式好，而且眼鏡成本也不算太高，比較多電影院采用的也是該類技術(shù)，不過(guò)對(duì)顯示設(shè)備的亮度要求較高。

偏光式3D是利用光線有"振動(dòng)方向"的原理來(lái)分解原始圖像的，先通過(guò)把圖像分為垂直向偏振光和水平向偏振光兩組畫(huà)面，然后3D眼鏡左右分別采用不同偏振方向的偏光鏡片，這樣人的左右眼就能接收兩組畫(huà)面，再經(jīng)過(guò)大腦合成立體影像。因?yàn)槠?D技術(shù)采用的是分光法成像原理，會(huì)使畫(huà)面分辨率減半，難以實(shí)現(xiàn)真正的全高清3D影像，而且降低了畫(huà)面的亮度。此外，偏光式3D技術(shù)對(duì)顯示器的要求較高(達(dá)到240赫茲刷新頻率)。

不閃式3D的優(yōu)越性

不閃式的優(yōu)越性歸納下來(lái)有幾個(gè)方面 :

1.沒(méi)有閃爍，能體現(xiàn)讓眼睛非常舒適的3D影像。不閃式3D沒(méi)有電力驅(qū)動(dòng)，可舒適佩戴眼鏡并且全然沒(méi)有閃爍感。因此可以盡情享受讓眼睛非常舒適的3D影像?？磳?shí)際測(cè)量閃爍程度的數(shù)據(jù)就能知道數(shù)據(jù)幾乎是零，不會(huì)有頭暈的狀態(tài)出現(xiàn)。

2.可視角度廣，觀看不閃式3D電視時(shí)只要是在推薦距離內(nèi)，在任何角度觀看，它的畫(huà)面效果、色彩表現(xiàn)力都不打折扣，可以在沒(méi)有角度限制的情況下去享受完美震撼的3D影像。

3.能夠用輕便舒適的眼鏡享受3D影像。不閃式3D眼鏡輕便、價(jià)格合理，還可以使用夾套眼鏡讓配戴眼鏡的人也能舒服使用。

4.體現(xiàn)沒(méi)有重疊畫(huà)面的3D影像。畫(huà)面重疊現(xiàn)象是因?yàn)橛覀?cè)影像進(jìn)入左側(cè)眼睛或左側(cè)影像進(jìn)入右側(cè)眼睛而發(fā)生的。不閃式3D所使用的特殊薄膜分離左右影像后體現(xiàn)3D影像，所以不會(huì)發(fā)生畫(huà)面重疊現(xiàn)象，好像看到活生生的真實(shí)物體的立體影像。通過(guò)實(shí)際測(cè)量畫(huà)面重疊的數(shù)據(jù)就能知道不閃式3D的重疊數(shù)據(jù)是人無(wú)法感知的水平。

缺點(diǎn):

1、不能在水平實(shí)現(xiàn)3D全高清畫(huà)面，3D畫(huà)面清晰度減少一半，分辨率低(1920×540)，不閃式1080p畫(huà)面播放出來(lái)只有540p。

2、裸眼技術(shù)成本高，應(yīng)用偏光式3D技術(shù)要求電視具備240Hz以上刷新頻率。

近些年，各大知名廠商3D顯示器不斷涌現(xiàn)，在市面上流通的品牌主要有:聯(lián)想、華碩、LG、三星、Acer以及優(yōu)派。顯然，這是個(gè)十分誘人的技術(shù)，絕對(duì)是未來(lái)的一個(gè)趨勢(shì)。如果游戲中使用這樣的顯示器，一定讓我們興奮，讓我們激動(dòng)。只可惜，還缺少足夠的3D片源。

快門式3D技術(shù)是如今顯示器中最常使用的一種。主要是通過(guò)提高畫(huà)面的快速刷新率(至少要達(dá)到120Hz)來(lái)實(shí)現(xiàn)3D效果，屬于主動(dòng)式3D技術(shù)。當(dāng)3D信號(hào)輸入到顯示設(shè)備(諸如顯示器、投影機(jī)等)后，120Hz的圖像便以幀序列的格式實(shí)現(xiàn)左右?guī)惶娈a(chǎn)生，通過(guò)紅外發(fā)射器將這些幀信號(hào)傳輸出去，負(fù)責(zé)接收的3D眼鏡在刷新同步實(shí)現(xiàn)左右眼觀看對(duì)應(yīng)的圖像，并且保持與2D視像相同的幀數(shù)，觀眾的兩只眼睛看到快速切換的不同畫(huà)面，并且在大腦中產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)(攝像機(jī)拍攝不出來(lái)效果)，便觀看到立體影像。

快門式缺點(diǎn)

一:眼鏡的問(wèn)題，首先眼鏡是需要配備電池的，但是眼鏡必須要戴著才能欣賞電視節(jié)目。

二:畫(huà)面閃爍的問(wèn)題，3D眼鏡閃爍的問(wèn)題，主要體現(xiàn)在主動(dòng)快門式3D眼鏡，3D眼鏡左右兩側(cè)開(kāi)閉的頻率均為50/60Hz，也就是說(shuō)兩個(gè)鏡片每秒各要開(kāi)合50/60次，即使是如此快速，用戶眼睛仍然是可以感覺(jué)得到，如果長(zhǎng)時(shí)間觀看，眼球的負(fù)擔(dān)將會(huì)增加。

三:亮度大打折扣，帶上這種加入黑膜的3D眼鏡以后，每只眼睛實(shí)際上只能得到一半的光，因此主動(dòng)式快門看出去，就好像戴了墨鏡看電視一樣，并且眼睛很容易發(fā)生疲勞。

快門式3D技術(shù)，靠眼鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)3D畫(huà)面效果;不閃式3D技術(shù)，靠面板來(lái)實(shí)現(xiàn)3D畫(huà)面效果。

裸眼3d顯示器，由3d立體現(xiàn)實(shí)終端、播放軟件、制作軟件、應(yīng)用技術(shù)四部分組成，是集光學(xué)、攝影、電子計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制、軟件、

3d動(dòng)畫(huà)制作等現(xiàn)代高科技技術(shù)于一體的交差立體顯示系統(tǒng)。

裸眼3d顯示技術(shù)是影像行業(yè)最新、前沿的高新技術(shù)，它的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)平面圖像給人們帶來(lái)的視覺(jué)疲憊，也是圖像制作領(lǐng)域的一場(chǎng)技術(shù)革命，是一次質(zhì)的變化，它以新特奇的表現(xiàn)手法，強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊力，良好優(yōu)美的環(huán)境感染力，吸引著人們的目光。

裸眼式優(yōu)點(diǎn)

一:無(wú)需借助任何輔助設(shè)備即可觀看三維立體影像效果。

二:與當(dāng)前世界3D顯示器各廠商產(chǎn)品相比，有更高的亮度，對(duì)環(huán)境光線沒(méi)有任何要求條件，適合各個(gè)場(chǎng)所的立體展示。

三:專門算法能有效去除摩爾紋，雙眼沒(méi)有障礙地接受視頻圖像，如身臨其境。

裸眼式缺點(diǎn)

分辨率、可視角度和可視距離等方面還存在很多不足。