全息技术的发展及其应用-赵继涛博士

2021-10-21

摘要:科技的高速发展,新技术的不断涌现,导致社会环境不断发展变化。不断将新技术适当而有机地整合到社会的方方面面,丰富着人们的生活。文章从全息技术相关概念入手,分析了全息技术在公共场合、通信、医学、先进设备等领域的应用现状,并对全息技术的未来应用趋势进行了展望。 

关键词:科技发展  全息技术  技术应用

1引言

全息的意思是完全信息。现在人们所说的全息分为两大体系:一是光学意义上的,一是投影呈现领域的,但在实际应用中人们没有将之细分。其中,光学意义上的全息是利用光的干涉原理,将整个物体发射的特定光波以干涉条纹的形式把物体的全部信息记录下来,并在一定条件下形成与物体本身很像的三维图像。这种意义上的全息技术具有三个特点:①三维立体性,即全息照相再现出的图像是三维的,它呈现出来的效果就像观看了真实物体一样富有立体感;②可分割性,指全息照片即使破碎了,也不影响整个物体的图像,不会因照片的破碎而失去像的完整性;③信息容量大,它的理论存储量上限远大于磁盘和光盘的存储量。投影呈现领域的全息则是利用光学传输特点,使数字影像在“空中”呈现,从而实现与真实物体在视觉空间上的“虚实融合”[1]。 

全息技术思想提出以来,不断地融合到其它学科领域,形成了各种新兴技术,比如全息存储、模压微全息、全息计量等技术,也相继产生了多种全息,如透射全息、像面全息、彩虹全息、白光再现全息、真彩色全息、动态全息、计算全息、数字全息等,全息技术也越来越多、越来越成熟。其中全息立体显示突破了实验室研究层次,已经进入到社会应用中[2]。

2 发展

全息技术是用来记录光线模式的方法,这些模式被再现称为全息图的三维图像。匈牙利物理学家丹尼斯·加博尔于 1947 年发明了全息图,而如今更先进的全息技术开始为个体用户、企业和政府提供支持。目前,全息技术朝着两个方向发展:全息显示的视觉质量以及多维度全息体验。全息显示设备通过全息技术将大尺寸、高分辨率的图像在不同的焦点距离投射到不同的平面上,实现视觉立体效果。随着硬件能力的不断提升以及成本的降低,全息显示向规模更大、成本更低、保真度更高的目标发展[3]。

3 应用现状

3.1 全息技术在公共场合的应用 

全息技术在时装界、娱乐界、博物馆、政界均开启了应用热潮。在时装界,全息压模技术和时装界的结合成了设计师的宠儿,早在 2006 年一场秋冬季时装发布会上,亚历山大就展示了一幅凯特的全息照片。在娱乐界,国内产生最广泛影响的应用是 2015 年春节联欢晚会李宇春表演的《蜀绣》,节目通过特效“分身”出多个李宇春,在观众面前栩栩如生地同台表演。在此之前,轰动一时的邓丽君和周杰伦隔空对唱,也采用了全息技术。这些画面的实现,就是利用全息投影技术,产生立体的空中幻象,使幻象与表演者互动,一起完成表演,产生令人震撼的演出效果。目前,美国、英国等的一些城市已经出现了全息博物馆,他们把一些稀世珍宝拍成全息照片加以呈现,以减少文物损坏、被盗等安全隐患。也有国外设计师将全息技术安装在座椅的靠背上,可为乘客提供点餐、通信以及环境三维图像等信息。甚至在政界也开启了全息“酷炫风”,如印度总理莫迪在 2014 年 5 月的竞选中,使用全息技术,让自己出现在不同的地方拉票演讲。

3.2 通讯

全息连接 (Holographic connectivity)、AR/VR (virtual and augmented reality) 被认为是 5G 最重要的需求之一, 尤其是对 5G 高吞吐量需求的典型应用之一, 5G 将能够支持把当前有线或固定无线接入的 AR/VR 变为更广泛场景的无线移动 AR/VR。一旦 AR/VR 可以更简单方便且不受位置限制的移动使用, 将会促进 AR/VR 业务快速发展, 进而刺激 AR/VR 技术与设备本身的快速发展与成熟。可以预期, 10 年后 (2030 年 ∼), 媒体交互形式将可能以现在平面多媒体为主, 发展为高保真 AR/VR交互为主, 甚至全息信息交互, 进而无线全息通信将成为现实。高保真 AR/VR 将普遍存在, 全息通信及显示也可随时随地地进行, 从而人们可以在任何时间和地点享受完全沉浸式全息交互体验, 即实现所谓 “全息连接” 的通信愿景[4]。

 3.3 全息设备

    深圳亿思达集团钛客科技在 2014 年发布了全球首款全息手机——Takee,利用该手机可以看到全息图像,它内置专业的特殊摄像头来精准地追踪眼球并得以建模从而使我们看到全息图像,同时随着眼球位置的转移画面还会随之自动适配。用户可以不受视角限制,能裸眼观看逼真的、高清晰度的 3D 立体电影。有人畅想未来的全息手机可以跟踪用户的眼球,实时显示眼球看到的影像,实现和我们肉眼一样的观感。可以想象,随着手机产业技术、全息技术的不断发展,全息应用将在手机上普及,这样各种手机应用如游戏、直观购物、影视、导航以及地图等将搭载全息技术而在手机市场上拥有可观的前景。如用 3D 打印一个立体的人,这个人不必亲临现场,只需要通过全息图像技术采集此人的全息图像,并传到打印机就可以实现。

3.4 全息在医学的应用 

全息技术在医疗方面的应用研究较早。如加拿大皇后大学人类媒体研究室在 2012 年成功研发了 3D 全息投影设备,这些设备可以辅助远程医疗,甚至为了能让外科医生方便练习操刀手术,国外一些科技公司还研发了 3D 全息可视心脏——这在医学方面是一个很大的突破。

4展望

全息技术应用尚处于初级阶段,很多技术有待提高和突破。再加上全息技术在很多领域的应用还未成熟,这些现状导致全息技术的应用受到限制。本文认为,随着科学技术的不断进步,全息技术将出现在生活的每一个角落,并将成为打开虚实交融世界的钥匙,成为未来的发展潮流,值得所有人期待。

当前,我国很多学者不断探讨全息技术,国家持续加大科研经费投入,各种先进技术也受到了更多关注,并被不断地应用到社会中。在这样的时代背景下,全息技术将很快步入社会领域,更好地支持我国科技创新。总之,全息技术将成为智慧时代的一个利器,值得我们去关注和研究。

参 考 文 献

[1] 纪红. 数字全息3D图像再现的方法研究[D]. 电子科技大学, 2013: 75.

[2] 李佩佩, 陈琳, 冯熳. 全息技术在智慧教育中的应用研究[J]. 现代教育技术, 2017,27(06):12-17.

[3] 万俊杰, 李泰新. 新传输层技术[J]. 电信科学, 2019,35(10):43-50.

[4] 赵亚军, 郁光辉, 徐汉青. 6G移动通信网络:愿景、挑战与关键技术[J]. 中国科学:信息科学, 2019,49(08):963-987.