告別實體屏幕——全息投影技術

一.全息投影的發展歷史

1947年匈牙利人DennisGabor在研究電子顯微鏡過程中，首次提出了全息技術這一全新的成像概念。1962年，美國人雷斯和阿帕特尼克斯在基本全息技術基礎上，將通信行業中的“側視雷達”理論應用在全息技術上，發明了離軸全息技術，帶動了全息技術進入了全新的發展階段。1969年，本頓發明了彩虹全息技術，能在白熾燈光下觀察到明亮的立體成像，彩虹全息技術的發明，帶動了全息技術進入了第三個發展階段。

傳統全息技術采用鹵化銀等材料制成感光膠片，完成全息圖像信息的記錄。由于需要進行顯影、定影等后期處理，整個制作過程非常繁瑣。而現代的全息技術材質采用新型光敏介質，如光導熱塑料、光折變晶體、光致聚合物等，不僅可以省去傳統技術中的后期處理步驟，而且信息的容量和衍射率都比傳統材料高。然而，采用感光膠片或新型光敏介質，都需要通過光波衍射重現記錄的波前信息，肉眼直接觀察再現結果，這樣難以定量分析圖像的精確度，無法形成精確的全息影像。

圖1  1962年拍攝的全息影像

到了90年代，隨著高分辨率CCD的出現，人們開始使用CCD等光敏電子元件代替傳統的感光膠片或新型光敏等介質記錄全息圖像，并用數字方式通過電腦模擬光學衍射來呈現影像，使得全息圖像的記錄和再現真正實現了數字化。

二.全息投影技術的原理

全息投影技術也稱虛擬成像技術，是利用干涉和衍射原理記錄并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。記錄著干涉條紋的底片經過顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱全息照片。

圖2  全息成像原理

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：全息圖猶如一個復雜的光柵，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。

三.全息投影技術的應用

1.全息防偽技術

全息防偽技術是應用激光全息技術發展起來的一種新型防偽技術，又稱激光防偽，此技術引用早期，確實起到了一定防偽作用，但是隨著時間的推移，激光全息圖像制作技術迅速擴散。如今已被造假者各個方面攻破，幾乎完全喪失了防偽的能力。改進型激光全息圖像防偽技術，第一代激光全息防偽技術的泛濫，促使人們不得不開始尋求改進現有技術。改進后的技術主要有三種：一是應用計算機圖像處理技術改進全息圖像；二是透明激光全息圖像防偽技術；三是反射激光全息圖像防偽技術。 

普通的激光全息圖像一般是用鍍鋁的聚酯膜經過模壓（也可以先用聚酯薄膜經過模壓再鍍鋁）而成，鍍鋁的作用是增加反射光的強度使再現圖像更加明亮。照明光和觀察方向都在觀察者這一側，這樣的激光彩虹模壓全息圖是不透明的。透明激光全息圖像實際上就是取消了鍍鋁層，將全息圖像直接模壓在透明的聚酯薄膜上。1996年我國公安部將透明激光全息圖像應用在居民身份證上，將身份證用透明膜整體覆蓋，在光線下觀察身份證正面時，不但能看清證件內容，還能看到透明膜上顯現出來的二維、三維彩虹全息圖像。

反射激光全息圖像成像原理是將入射激光射到透明的全息乳膠介質上，一部分光作為參考光，另一部分透過介質照亮物體，再由物體散射回介質作為物光，物光和參考光相互干涉，在介質內部生成多層干涉條紋面，介質底片經處理后在介質內部生成多層半透明反射面（例如6微米厚的乳膠層里可以有20多個反射面），用白光點光源照射全息圖，介質內部生成的多層半透明反射面將光反射回來，迎著反射光可以看到原物的虛像，因而稱為反射激光全息圖。

2.全息技術在醫學方面的應用

全息投影技術在醫學的應用改變了醫療診斷和治療方式，從而 減輕了病人在診斷與治療是的痛苦，全息投影技術可以用于量血壓，照X光，直接用眼鏡就能看到病人體內的病變情況，從而幫助醫生分析與治療。

當然全息投影可以通過圖片處理與立體制作將展現4D的全息投影技術，將人體信息全部呈現出來，真實性更高，同時此圖片可以保存，多次播放便于醫生仔細觀察，而且對于某些較小部位不易觀察的地方可以通過放大，旋轉，倒置等措施進行清晰放大，更易于觀察。全息投影技術也可以在牙科技術上使用，把此技術鑲嵌在檢查筆內，然后吧筆放在口中全體掃描，記錄。再把此圖像呈現在電腦上便可清晰觀察牙齒的排列情況，從而選用合適的牙套進行牙齒的矯正。

3.全息技術在藝術方面的應用

互動多媒體全息投影技術舞臺美術設計虛擬應用 互動多媒體科技創新型的應用與設計，正逐漸的改變著人們的視聽感受，改變著人們對事物的欣賞態度。這讓很多人習慣于在立體直觀的視角去接受和理解事物。美輪美奐的布景，引人入勝的轉場，燈光迷離的光效，給人們極大的視覺體驗。

立體式互動體驗舞臺美術設計和指導在技術應用上普遍會用到全息投影技術，全息投影技術不僅可以產生立體的空中幻像，還可以使幻像與表演者產生互動，一起完成表演，產生令人震憾的演出效果。在互動多媒體全息投影技術與影視片段創新性的融合與協同科技中，舞臺藝術與電影片斷在同一空間出現了非凡的融合，給觀眾展示了世界多媒體藝術最新的創新成果。全息投影技術在舞美中的應用提升的不僅僅是一種觀賞視覺，更是一種自我滿足式的體驗化消費，人們在一種光影和科技幻化出的虛擬視界里面，一邊在驚嘆于科技技術手段的神奇，同時也會被豐富多彩的內容所吸引。