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| 全息投影 |
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中文名:全息投影技術 外文名:Holographic Projection 原 理:干涉記錄， 衍射重現 應 用:顯示、無損探傷、 全息干涉計量等 |
全息投影技術（front-projected holographic display）屬於3D技術的一種，原指利用干涉原理記錄並再現物體真實的三維圖像的技術。而後隨着科幻電影與商業宣傳的引導，全息投影的概念逐漸延伸到舞台表演、展覽展示等商用活動中。但我們平時所了解到的全息往往並非嚴格意義上的全息投影，而是使用佩珀爾幻象、邊緣消隱等方法實現3D效果的一種類全息投影技術。 「全息」來自希臘字「holo」，含義是「完全的信息」，即包含光波中的振幅和相位信息。普通的攝影技術僅能記錄光的強度信息(振幅)，深度信息（相位）則會丟失。而全息技術的干涉過程中，波峰與波峰的疊加會更高，波峰波谷疊加會削平因此會產生一系列不規則的，明暗相間的條紋，從而把相位信息轉換為強度信息記錄在感光材料上。 [1]
全息投影歷史發展
1947年，英國匈牙利裔物理學家丹尼斯·蓋伯發明了全息投影術，他因此項工作獲得了1971年的諾貝爾物理學獎。其它的一些科學家在此之前也曾做過一些研究工作，解決了一些技術上的的問題。全息投影的發明是蓋伯在英國BTH公司研究增強電子顯微鏡性能手段時的偶然發現，而這項技術由該公司在1947年12月申請了專利（專利號GB685286）。這項技術從發明開始就一直應用於電子顯微技術中，在這個領域中被稱為電子全息投影技術，但由於光波的相干性與大強度光源等問題的限制，全息投影技術一直到1960年激光的發明才取得了實質性的進展。
第一張實際記錄了三維物體的光學全息投影照片是在1962年由蘇聯科學家尤里·丹尼蘇克拍攝的。與此同時，美國密歇根大學雷達實驗室的工作人員艾米特·利思和尤里斯·烏帕特尼克斯也發明了同樣的技術。尼古拉斯·菲利普斯改進了光化學加工技術，以生產高質量的全息投影圖片。
全息投影可以分為如下若干類。透射全息投影，如利思和烏帕特尼克斯所發明的技術，這種技術通過向全息投影膠片照射激光，然後從另一個方向來觀察重建的圖像。後來經過改進，彩虹全息投影可以使用白色光來照明，以觀察重建的圖像。彩虹全息投影廣泛的應用於諸如信用卡安全防偽和產品包裝等領域。這些種類的彩虹全息投影通常在一個塑料膠片形成了表面浮雕圖案，然後通過在背面鍍上鋁膜使光線透過膠片以重建圖像。另一種常見的全息投影技術稱為反射全息投影，或稱為丹尼蘇克全息投影。這種技術可以通過使用白色光源從和觀察者相同的方向來照射膠片，通過反射來重建彩色的圖像，以重建圖像。鏡面全息投影是一種通過控制鏡面在二維表面上的運動來製造三維圖像的相關技術。它通過控制反射光線或者折射光線來構造全息圖像，而蓋伯的全息投影是通過衍射光來重建波前的。
促使全息投影在短短的一段時間內就蓬勃發展的關鍵原因是低成本的固體激光器的大規模生產，如DVD播放機和其他的一些常用設備中所使用的激光器。這些激光器對全息投影的發展也產生了極大的促進作用。這些廉價的體積又很小的固體激光器可以在某些條件下與最初用於全息投影的那些大型的昂貴的氣體激光器相媲美，因此使得預算較低的研究者、藝術家甚至業餘愛好者都可以參與到全息投影研究中來。
全息投影技術原理
全息投影技術（front-projected holographic display）也稱虛擬成像技術，是利用干涉和衍射原理記錄並再現物體真實的三維圖像的記錄和再現的技術。 其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，此即拍攝過程：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，和物光束疊加產生干涉，把物體光波上各點的位相和振幅轉換成在空間上變化的強度，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。記錄着干涉條紋的底片經過顯影、定影等處理程序後，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物體光波信息，這是成象過程：全息圖猶如一個複雜的光柵，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象，即原始象（又稱初始象）和共軛象。再現的圖像立體感強，具有真實的視覺效應。全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息，故原則上它的每一部分都能再現原物的整個圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。
全息投影延伸分類
全息技術可細分為光全息技術、數字全息技術、計算全息技術、微波全息技術、反射全息技術、聲全息技術等等。應用在顯示、測量、加密、識別等各個領域，我們常見的傳統全息技術即為光全息技術。
全息投影特點
全息技術能記錄物體光波振幅和相位的全部信息，並能把它再現出來。因此，應用全息技術可以獲得與原物完全相同的立體像（從不同角度觀察全息圖的再現虛像，可以看到物體的不同側面，有視察效應和景深感）。
全息圖的任何局部都能再現原物的基本形狀，物體上任意點散射的球面波可抵達全息干板的每個點或每個局部，與參考光相干涉形成基元全息圖，也就是全息圖的每點或局部都記錄着來自所有物點的散射光。因此，物體全息圖每一局部都可以再現出記錄時所有照射到該點局部的物點，形成物體的像，也就是破損後部分全息圖仍能再現物體的像。 作為光波信息的記錄者，有無全息圖是判斷我們所接觸的3D技術是否為全息技術的重要標準。
全息投影相關3D技術
當前已實現的3D技術（並非全息）主要為以下幾種： 空氣投影和交互技術：在美國麻省一位叫ChadDyne的29歲理工研究生髮明了一種空氣投影和交互技術，這是顯示技術上的一個里程碑，它可以在氣流形成的牆上投影出具有交互功能的圖像。此技術來源海市蜃樓的原理，將圖像投射在水蒸氣液化形成的小水珠上，由於分子震動不均衡，可以形成層次和立體感很強的圖像。
激光束投射實體的3D影像：這種技術是利用氮氣和氧氣在空氣中散開時，混合成的氣體變成灼熱的漿狀物質，並在空氣中形成一個短暫的3D圖像。這種方法主要是不斷在空氣中進行小型爆破來實現的 360度全息顯示屏：這種技術是將圖像投影在一種高速旋轉的鏡子上從而實現三維圖像。
邊緣消隱技術：我們在春晚、演唱會、舞台上看到的「全息」技術基本就是此類技術，將畫面投射到「全息」膜上或者反射到「全息」膜上，再利用暗場來隱藏起全息膜，從而形成圖像懸浮在空中的效果。 旋轉LED顯示技術：這種技術利用了視覺暫留原理，通過LED的高速旋轉來實現平面成像，但由於LED燈條在旋轉時並非密不透風，觀察者依然可以看到燈條後的物體，從而讓觀察者感覺畫面懸浮在空中，實現類似3D的效果。
全息投影誤區相關
全息的概念在國內擁有良好的群眾基礎；科幻電影裡看見漂浮在空氣中的顯示器，常被大家稱為「全息顯示」；既然「全息」的群眾基礎這麼好，很多商家在宣傳透明顯示和3D顯示相關技術的時候都會加一個「全息」的藝名，例如阿里巴巴上賣的投影「全息」膜；例如科技展廳內常見的金字塔「全息」展示櫃，甚至如微軟的HoloLens也只是雙目立體虛像顯示，而非「全息」顯示器（雖然有光波導和光柵部件），因此導致國內對「全息」的認知有着普遍的誤解。而事實上當我們需要判斷看見的「全息」投影是否是真正的全息時，只需知道有無全息圖即可。