G20文艺晚会中的“全息技术是什么?

Xsens动作捕捉 2022-10-06 12398

G20文艺晚会中的“全息技术是什么?  第1张

严格意义上的全息,是空气成像,并且呈现出360度三维立体画面,即在空气中释放记录不同坐标处的光的颜色和强度、相位。

从目前很多商演全息成像方式上来看,多是投影成像(原理见下图),除此之外,LED显示则是另一种被大家所熟知的成像方式。从成像介质的划分来看,全息分为纱幕和透明反射膜两种。因此,全息影像呈现组合大致有三种:LED+透明膜、投影+透明膜、投影+纱幕。


——全息影像光学成像原理


G20文艺晚会中的“全息技术是什么?  第2张


LED全息有着高亮度和高清晰度的优点,但是成像的精细度低,只适合远距离观看。

投影全息则有着成像精细度高、画质细腻的优点,但亮度和清晰度则会受损,更适合近距离观看。


——全息影像效果


G20文艺晚会中的“全息技术是什么?  第3张


——全息影像远距离效果


G20文艺晚会中的“全息技术是什么?  第4张


——全息技术到底需要哪些材料?


简单来讲,通过光存储及发光、光栅等装置将各种成像光信息在空气中释放展现出来。这就涉及到“光存储材料及全息原理”。


 一般有这些光存储材料

1

光致聚合物

G20文艺晚会中的“全息技术是什么?  第5张

光致聚合物主要由单体、聚合体和光敏剂组成。记录光照射聚合物后,光敏剂被激发,并引发曝光过程;然后,自由基引发单体分子聚合,最后在材料中形成位相型全息图。光致聚合物具有较高感光灵敏度、高分辨率、高衍射效率以及高信噪比,可用完全干法处理及快速显影,记录的生息图具有很高的几何保真度,并易于长期保存。光致聚合物的本要缺点在于其体积容易受到影响而发生变化。


2

光致变色材料


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这是由于光致变色膜层内的分子极化特性发生改变,会导致膜层折射率的变化。尤其记录波长与介质吸收谱非共振时,膜层内部可产生显著的折射率变化。光致变色材料具有无颗粒特征,分辨率仅受记录光波长和光学系统的影响。但是光致变色材料存储的全息图的衍射效率并不高。


3

光导热塑材料


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光导热塑材料是另一种记录浮雕型位相全息图的记录材料,是在电照相基础上发展起来的一种全息记录材料。但由于其分辨率不够高,且高质量导电薄膜制造困难,因此应用有限。


4

重铬酸盐明胶(DCG)


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铬酸盐明胶(DCG)是在明胶中浸人Cr2O2-7,离子构成的位相型全息记录材料。它的光学性能良好,典型膜厚为10—30μm,被光照的部分不会变黑,因此再现全息图也不吸收光,是一种理想的位相型全息记录材料。DCG可分为未硬化和硬化两种。未硬化的DCG记录的全息图的衍射效率只有30%,没有充分体现DCG材料的优点。采用硬化DCG记录的折射率调制型全息图具有良好的光学性质,分辨率达到理论值的90%,且背景散射小于信号的1份。DCG材料的缺点在于:再现性差,即感光层从曝光到显影影像出现失真,光谱敏感范围有限;感光度较差;对空气的湿气抵抗力差等。即便如此,由于其在光学性能上的优越性,该材料依然被广泛应用于全息存储、各种全息元件的制作等方面。

全息光存储原理

在全息光存储中 , 数据信息是 以全息图的形式被记录在存储材料中。与目前其它光存储方法所不同的是 ,由于全息存储材料上保存数据信息的全息图所记录的是物光和参考光的干涉图样 , 因此它不仅保存了物光的振幅信息 , 而且还保存了其完整的空间位相信息 , 这是由全息方法本身的物理特性所决定的。

G20文艺晚会中的“全息技术是什么?  第9张

全息图记录与再现的基本原理。 来自物方携带有调制信号( 欲实现存储的信息) 的光称为物光, 另一束光称为参考光。 物光和参考光是由同一激光器输出的激光束经分光镜而得到的,因此满足形成干涉所需的相干条件。当物光和参考光相遇时就会产生干涉,从而在空间形成光的干涉图样。令物光和参考光在全息光存储材料中相遇并发生干涉, 干涉图样会使存储材料的化学或物理特性发生改变,存储材料在折射率或者吸收率上的相应变化就作为干涉图样的复制品而存储下来。通过参考光照射光栅, 可以再现事物本身的全息图像。


 全息投影、裸眼3D和VR、AR、MR三者的区别 

 

裸眼3D、全息投影与VR、AR、MR三者的区别主要体现在观看方式上,前两者不需要借助辅助设备就能直接观看,而VR、AR、MR所展示出的效果则需要借助辅助设备才能实现顺利观看。

从概念上来说,VR是纯虚拟数字画面,而AR虚拟数字画面加上裸眼现实,MR是数字化现实加上虚拟数字画面。VR是AR的子集,AR是MR的子集。


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