王潔

摘 要：隨著電子信息技術的飛速發(fā)展，全息投影技術作為一種新型三維成像技術在不同行業(yè)得到了越來越廣泛的應用。不同于以往的投影技術，運用全息投影技術，人眼能直接看到空間中的三維圖像。本文詳細介紹了全息投影技術的基本原理，結合具體光路結構對全息投影過程進行介紹，分析全息投影技術相較與其它三維顯示技術的優(yōu)缺點對比，對全息投影的關鍵技術進行了討論，結合全息投影技術在影視等領域的進行了詳細的介紹，分析目前全息投影技術發(fā)展的瓶頸，并對全息投影技術的發(fā)展和未來進行展望。

關鍵詞：全息投影;三維圖像;應用展望

0 引言

全息投影技術實質上是一種新型的三維成像技術，利用干涉記錄和衍射再現(xiàn)原理還原物體真實三維圖像的一種技術。隨著全息投影技術的不斷發(fā)展，被人們廣泛應用于各個行業(yè)的諸多領域，給我們的生活帶來了很大的變化，并且也讓我們的世界變得更加的精彩了。

1947年，英國物理學家丹尼斯·蓋伯發(fā)明全息投影技術，1962年蘇聯(lián)科學家獲得了第一張光學三維全息投影圖。1967年，Goodman又提出了數(shù)字全息的概念，CCD或CMOS等光電轉換器件代替銀鹽干板來記錄干涉后的全息圖，通過計算機模擬衍射過程實現(xiàn)物體的全息再現(xiàn)。雖然全息投影出現(xiàn)的時間很早，但是受到記錄介質和再現(xiàn)介質的限制，一直很難得到商業(yè)化應用。進入21世紀，性能優(yōu)良介質的出現(xiàn)和越來越廣泛的應用極大的促進了全息投影技術的發(fā)展。

本文詳細介紹了全息投影技術的基本原理，結合具體光路結構對全息投影過程進行介紹，并在此基礎上分析了全息投影技術相較與其它三維顯示技術的優(yōu)缺點對比，結合全息投影技術在影視等領域的進行了詳細的介紹，分析目前全息投影技術發(fā)展的瓶頸，并對全息投影技術的發(fā)展和未來進行展望。對于全息投影技術的發(fā)展有著積極的意義。

1 基本原理

通過對攜載物體三維信息的物光波進行記錄，并且還原出物體的波前信息就可以實現(xiàn)對原先記錄物體的三維成像。全息投影技術是利用光的干涉和衍射原理，將記錄樣本的信息以干涉條紋的形式記錄下來，并通過再現(xiàn)光照射記錄介質還原記錄樣本的一種技術。核心原理包括干涉記錄和衍射再現(xiàn)兩個過程。

1.1 干涉記錄

首先是利用干涉原理進行記錄，把光源一分為二，一束光照射物體獲得反射或者散射的物光波，另一部分光源作為參考光波照射到記錄介質，兩束光發(fā)生干涉形成一系列明暗相間的條紋。記錄條紋的介質經(jīng)過顯影、定影等處理程序后，便成為全息圖，對于數(shù)字全息來說，則是用CCD，CMOS等光電傳感器代替記錄介質。

記錄過程表達式如下所示：

1.2 衍射再現(xiàn)

通過再現(xiàn)光波照射記錄介質實現(xiàn)衍射再現(xiàn)：全息圖是一系列明暗相間的條紋，當再現(xiàn)光波進行照射時，會產(chǎn)生一對孿生像，分別是再現(xiàn)像和共軛像。再現(xiàn)像具有高度真實的三維立體感覺。產(chǎn)生的過程如下所示：

再現(xiàn)過程：用另一束參考光來照射全息圖，可以得到原來的物光波信息。

2 優(yōu)劣勢對比

近年來，數(shù)字全息顯示技術的發(fā)展為三維立體顯示提供了新的平臺，其中VR、AR、MR也是廣泛使用的三維顯示技術，下面我們進行具體的對比。

Virtual Reality，簡稱VR，稱為虛擬現(xiàn)實。通過電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供包括視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者身臨其境，在虛擬世界中進行互動。在VR系統(tǒng)中，雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩只眼睛看到的不同圖像是分別產(chǎn)生的，顯示在不同的顯示器上。

增強現(xiàn)實（Augmented Reality，簡稱AR），目的是將虛擬的世界和現(xiàn)實的世界進行疊加，以現(xiàn)實世界為主體，通過攝像機獲取真實世界的位置并進行圖像處理獲得兩者的疊加互動。

MR，Mixed Reality，混合現(xiàn)實，一種將真實場景和虛擬場景非常自然地融合在一起，也可以看成為增強現(xiàn)實的一部分，但是在這里很難分清哪個是真實哪個是虛擬，兩者很好的融合為一個整體。

簡單來說，虛擬現(xiàn)實（VR）是完全由計算機創(chuàng)造的虛假的世界，增強現(xiàn)實（AR）所在的世界則是有真有假。無論是虛擬現(xiàn)實還是增強現(xiàn)實，都是基于雙目立體視覺的原理，使左眼和右眼互不干擾，看到不同的圖像，然后兩者在大腦合成立體圖像。但是全息投影則是記錄的物光波信息，可以實現(xiàn)真正的三維信息的再現(xiàn)，通過單目也可以看到立體圖像，因此相比前者更加具有身臨其境的感覺。全息投影技術不需要佩帶任何硬件設備就可以看到真實的物體三維信息。全息技術可以用在電影放映中。如今，全息投影已經(jīng)成為了目前市場上應用非?；馃岬囊环N多媒體投影技術。全息帶給傳統(tǒng)電影的影響是非常巨大的，觀眾觀看全息電影，首先體驗到的就是身臨其境之感。全息是裸眼3D投影技術，因此在不同的位置觀看全息電影，看到的畫面是和現(xiàn)實毫無差別的。

3 應用

全息投影技術可以更加直觀的觀測三維信息，在生物醫(yī)學方面得到了廣泛的應用。1987年，Onural和Scott改善了數(shù)字全息技術的重構算法，并應用到了微粒測量，逐步發(fā)展下，如今可以用于對觀測樣本的細胞數(shù)目進行定量和定性分析、用于記錄細胞分裂，融合等動態(tài)過程，其中數(shù)字全息顯微的一個突出優(yōu)點在于它的動態(tài)性。

關于全息三維成像技術已經(jīng)發(fā)展了很多年，并得到了廣泛應用。全息投影技術可以實現(xiàn)真實和虛擬環(huán)境的結合，將真實的人和虛擬的人進行配合完成演出。2015年春晚節(jié)目《蜀繡》，就是采用了全息投影技術。舞臺中央放置著傾斜45°的全息薄膜，起到衍射再現(xiàn)的作用。三維圖像經(jīng)過前期的干涉記錄過程和后期的特效處理，在演出過程中進行精密的配合，才出現(xiàn)了演出時華麗的視覺效果。但是這并不是完全意義上的全息投影技術，因為通過全息膜得到的圖像仍然不是一個完整意義的三維物體，目前投影介質仍然是一個困擾的問題。

4 總結

本文介紹了全息投影技術的基本原理、光路結構，分析了全息投影技術相較與其它三維顯示技術的優(yōu)缺點對比，對全息投影的關鍵技術進行了討論。全息投影技術是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ娜S成像技術?？梢詫崿F(xiàn)裸眼三維成像，可以得到更加身臨其境的感覺。然后目前全息投影技術距離大規(guī)模的商業(yè)化應用仍然具有很大的距離，具體原因主要包括：

（1）全息成像工藝相當復雜，制作成本高，投影記錄介質和再現(xiàn)介質的成本都非常昂貴。

（2）全息投影的成像目前仍然受到場地的限制，很容易受到周圍環(huán)境的影響。

然而，目前隨著工藝的不斷提高，性能優(yōu)良性價比更高的全息投影介質和再現(xiàn)介質的出現(xiàn)只是時間的問題，相信在不久的將來，全息投影技術能真正惠及到普通家庭當中。

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