余重秀

從經(jīng)典的《星球大戰(zhàn)》到《鋼鐵俠》，立體全息影像在很多科幻電影中以特效的形式呈現(xiàn)給觀眾。影片中的人物可以跟在空氣中形成的三維影像進(jìn)行交流互動，不僅帶來了震撼的視覺效果，也引發(fā)了人們對未來技術(shù)的憧憬。那么電影當(dāng)中的這種技術(shù)距離我們的現(xiàn)實(shí)生活到底有多遠(yuǎn)呢？

全息攝影的奧秘

全息，顧名思義指自然界的人或物的散射或發(fā)射光的全部信息（包括光波的振幅和相位信息）。全息攝影則是一種真正意義上的三維成像技術(shù)，普通攝影只能記錄光某個方向的強(qiáng)度（或振幅）信息，而全息攝影利用了光的干涉和衍射原理，不僅能夠記錄光的強(qiáng)度，還能記錄光從哪里發(fā)出，朝哪個方向發(fā)射的信息（即相位信息）。從不同的角度去觀看全息照片，看到的圖像內(nèi)容是不一樣的，跟觀看真實(shí)物體的感受一樣。因此，全息攝影是發(fā)展成為三維立體顯示非常有效的方法之一。

普通攝影術(shù)基于透鏡成像原理，在自然環(huán)境下即能拍攝成像。而全息攝影術(shù)需要利用特殊的光源（一般采用激光），記錄物體發(fā)出的散射光。記錄的時候?qū)⒓す馐譃閮墒皇苯油渡涞接涗浗橘|(zhì)上，稱為參考光束;另一束光束投射到目標(biāo)物體上，經(jīng)過物體表面的散射作用形成物光束。讓物光束投射在記錄介質(zhì)的同一區(qū)域上，它與參考光束在記錄介質(zhì)上產(chǎn)生干涉疊加，形成干涉條紋，再經(jīng)過處理之后，就得到一張全息照片。

再現(xiàn)物體像的時候，需要用一束激光照射到全息照片上。當(dāng)這束激光的波長和傳播方向與參考光束完全一樣時，就還原了物體原來的光場。我們從不同角度觀看，可以觀看到物體的不同側(cè)面，就跟看到真實(shí)的物體一樣。

全息攝影的記錄材質(zhì)也與普通攝影不同。傳統(tǒng)光學(xué)全息采用鹵化銀、重鉻酸鹽明膠和光致抗蝕劑等制成感光膠片來記錄全息圖，全息圖需要經(jīng)過后續(xù)的顯影、定影、漂洗、烘干等處理，顯得煩瑣而費(fèi)時。近些年來，出現(xiàn)了光導(dǎo)熱塑料、光致聚合物、光折變晶體等新型光敏材料，不僅能省去繁瑣的化學(xué)處理，而且存儲信息的容量和衍射效率得以提高。

更加便利的數(shù)字全息技術(shù)

全息照片實(shí)質(zhì)上是一種干涉圖樣，利用數(shù)字技術(shù)可以在計算機(jī)中模擬出光場的干涉、衍射過程，直接“計算”出這種干涉圖樣，于是在20世紀(jì)60年代末形成了數(shù)字全息技術(shù)。這種技術(shù)既可以免去嚴(yán)苛的光學(xué)記錄實(shí)驗(yàn)環(huán)境，又能模擬實(shí)際上并不存在的各種物體，故具有明顯的簡易性與靈活性。數(shù)字全息技術(shù)把光學(xué)與電子學(xué)技術(shù)有效地結(jié)合在一起，發(fā)揮其各自的優(yōu)勢，展現(xiàn)出新的發(fā)展前景。

第一代全息照片需要使用激光記錄和再現(xiàn)出原始的三維物體像。第二代全息照片只需要使用激光記錄，而用白光再現(xiàn)立體像，放寬了觀看全息照片的條件，如反射全息、像面全息、彩虹全息、模壓全息等就是這樣。數(shù)字全息技術(shù)用光敏電子成像器件（如電荷耦合器件CCD）代替感光材料，能夠更加方便、快捷地記錄全息圖。數(shù)字全息圖是采用光調(diào)制器件（如空間光調(diào)制器SLM）或在計算機(jī)中來模擬全息圖的光學(xué)再現(xiàn)過程的，再現(xiàn)一張全息圖時，從不同角度可以看到物體不同的側(cè)面或者顏色的變化。

“打不碎”的全息照片

全息照片有一個非常有趣的現(xiàn)象，即照片的碎片可再現(xiàn)完整的物體圖像，并不會因?yàn)檎掌钠扑槎ハ竦耐暾?。普通攝影中，物體跟普通照片是點(diǎn)對點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，普通照片上一個小區(qū)域（或像素）只記錄了一個物點(diǎn)發(fā)出的一個方向的強(qiáng)度信息。但在全息攝影中，由于全息照片的特殊記錄方法，物體跟全息照片是點(diǎn)對體積的對應(yīng)關(guān)系，全息照片上的每個像素都記錄了物體上各點(diǎn)發(fā)出的光線信息。

全息技術(shù)的各種應(yīng)用

全息技術(shù)已在人們的生活、文化教育、生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究中發(fā)揮著重要作用。利用全息照片的藝術(shù)性和可觀賞性，產(chǎn)生了全息藝術(shù)品、全息商標(biāo)、全息郵票、全息博物館，利用全息圖的高科技特點(diǎn)產(chǎn)生了全息防偽，用于商品、錢幣、證件等防偽。近年來又在發(fā)展全息電視、全息電影等三維立體顯示技術(shù)。在世界各地都有各種各樣的全息產(chǎn)品和應(yīng)用。

1987年，我國發(fā)行了一枚全息郵折，這一年是丁卯年（兔年），在四方連郵折上有三只小兔子的全息立體照片。從不同的角度觀看，可以看到小兔子的正面、側(cè)面等不同的影像，確實(shí)可以用栩栩如生來形容了。

2010年4月21日，美國財政部和聯(lián)邦儲備局共同發(fā)布了發(fā)行新版100美元的設(shè)計方案，他們采用全息防偽技術(shù)，在美鈔上設(shè)置了安全線。

全息博物館，顧名思義是用全息照片代替實(shí)物在博物館內(nèi)展覽。目前，美國、英國等國家的一些城市就有全息博物館，他們把一些稀世珍寶拍成全息照片，以減少文物損壞、被盜等安全隱患。

全息投影技術(shù)目前在產(chǎn)品展覽、發(fā)布會、舞臺節(jié)目、酒吧娛樂等場合得到了較為廣泛的應(yīng)用，它還能對虛擬的景物成像，成為虛擬成像技術(shù)之一。利用這種技術(shù)可以產(chǎn)生立體的空中幻像，還可以使幻像與表演者產(chǎn)生互動，形成一種共同表演的錯覺，產(chǎn)生令人震撼的演出效果。

全息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展

1948年，英籍匈牙利科學(xué)家蓋博發(fā)明了全息術(shù)，之后它的發(fā)展已經(jīng)歷了半個多世紀(jì)，相繼產(chǎn)生了多種全息，如透射全息、反射透射、像面全息、彩虹全息、白光再現(xiàn)全息、真彩色全息、動態(tài)全息、計算全息、數(shù)字全息等等，它的實(shí)現(xiàn)技術(shù)也越來越多、越來越成熟。全息立體顯示走出了實(shí)驗(yàn)室，已經(jīng)服務(wù)于人類社會。

近年來，全息技術(shù)在大尺寸、高分辨率、真彩色、實(shí)時動態(tài)等關(guān)鍵技術(shù)上取得了一些突破。麻省理工學(xué)院空間成像研究組成功研制了三款全息立體視頻顯示系統(tǒng)，能夠以每秒20幀的速率顯示真彩色立體全息視頻。德國SeeReal技術(shù)公司研發(fā)了20英寸的單色立體全息顯示裝置。英國QinetiQ公司利用超級計算機(jī)，通過計算的方式得到計算全息圖，實(shí)現(xiàn)高分辨率的全息立體顯示。

由于全息攝影術(shù)的實(shí)驗(yàn)條件嚴(yán)格，而數(shù)字全息術(shù)受計算機(jī)速率與顯示載體的限制，立體全息視頻在走向千家萬戶的實(shí)用方面仍然差強(qiáng)人意，于是“偽全息”等裸眼立體顯示技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。與全息顯示在空間中再現(xiàn)物體的實(shí)像不同，“偽全息”主要模仿人眼立體視覺原理使觀眾感知到物體的立體感。立體視覺原理是指人的雙眼在觀看同一場景時，由于左右眼之間存在一定間距，左右眼視網(wǎng)膜上的成像來自于不同視角，左右視點(diǎn)圖像之間存在著細(xì)微的差異。大腦皮層通過對兩幅圖像進(jìn)行融合，提取出場景中的深度信息，從而感受到立體效果。目前裸眼立體顯示已經(jīng)能達(dá)到較高的分辨率，正在逐步走向大眾。

智能全息投影儀走進(jìn)日常生活

2014年底，一款名為Bleen的智能全息投影儀研發(fā)成功，科幻電影中天馬行空的想象似乎真的變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。Bleen的外形像是一顆蛋，重5.5千克。它能直接在其上方的空中投射出3D影像，這種360°的投影具有光影和空間質(zhì)量的實(shí)感，十分生動逼真，影像最高可達(dá)到2.5米。除了投影能力外，Bleen還配備有動態(tài)傳感器和光傳感器等，可以探測環(huán)境或動作的變化，并根據(jù)這些變化實(shí)時地改變投射、變幻的內(nèi)容。這種全息投影不需要戴上任何3D眼鏡，就能觀賞，人們甚至還能與投射的人物角色產(chǎn)生互動。在家里配備這樣一款全息投影儀，是不是很酷呢？