Компьютерные голограммы (CGH)произвели революцию в области голографии, позволив создавать и отображать трехмерные изображения в цифровом формате без необходимости использования традиционных материалов для голографической записи. Эти голограммы используют вычислительные алгоритмы для моделирования интерференционных картин, которые могут быть созданы реальным объектом, что позволяет генерировать голографические изображения, которые можно отображать с использованием различных методов. В этой статье мы рассмотрим основные этапы создания компьютерной голограммы, уделив особое внимание голограммам на основе Фурье, которые представляют собой важный класс CGH.
Шаг 1: Понимание принципов голографии
Прежде чем углубляться в особенности создания компьютерной голограммы, важно иметь базовые знания о голографии. По своей сути голография — это метод записи и восстановления трехмерной структуры объекта путем захвата интерференционных картин между световыми волнами, отраженными или излучаемыми объектом, и опорным лучом. Эти интерференционные картины при освещении соответствующим источником света могут восстановить трехмерное изображение исходного объекта.
Шаг 2. Подготовка данных объекта
Первым шагом в создании компьютерной голограммы является получение или генерация данных, представляющих объект, который вы хотите голографически отобразить. Эти данные могут поступать из различных источников, включая 3D-сканы, компьютерные модели или даже изображения объектов реального мира. Получив эти данные, вам нужно будет преобразовать их в формат, который может использоваться алгоритмом CGH. Обычно это предполагает представление объекта в виде серии точек или многоугольников, а также связанных с ними свойств цвета и материала.
Шаг 3: Вычисление светового поля
Имея данные об объекте, следующим шагом будет вычисление светового поля, которое будет наблюдать наблюдатель, рассматривающий объект с определенной позиции и ориентации. Это световое поле содержит информацию об амплитуде и фазе световых волн, исходящих от объекта, а также об их направленности. В контексте голограмм на основе Фурье это световое поле обычно рассчитывается в дальней плоскости наблюдателя, которая представляет собой гипотетическую плоскость, расположенную на значительном расстоянии от объекта.
Шаг 4: Преобразование Фурье в плоскость линзы
После того, как световое поле в дальней плоскости наблюдателя вычислено, следующим шагом будет использование преобразования Фурье для преобразования этого поля обратно в плоскость линзы. Преобразование Фурье — это математическая операция, которая разлагает функцию на ее частотные компоненты, которые в данном случае представляют собой различные углы и длины волн света, исходящего от объекта. Применяя преобразование Фурье к световому полю в дальней плоскости наблюдателя, мы можем получить голографический рисунок, который при освещении когерентным источником света и просмотре через соответствующую линзу восстановит исходное трехмерное изображение.
Шаг 5: ОтображениеКомпьютерная голограмма
Наконец, как только голографический рисунок вычислен, его можно отобразить с помощью различных методов. Для голограмм на основе Фурье это обычно включает использование пространственного модулятора света (SLM), такого как ЖК- или светодиодный дисплей, для модуляции амплитуды и фазы источника когерентного света (например, лазера) в соответствии с вычисленным голографическим шаблоном. . Полученные световые волны затем интерферируют друг с другом, образуя реконструированное трехмерное изображение, которое может наблюдать наблюдатель, находящийся на соответствующем расстоянии и под соответствующим углом.
Создание cкомпьютерная голограммавключает в себя несколько ключевых шагов, включая подготовку данных объекта, вычисление светового поля, применение преобразования Фурье и, наконец, отображение голографического рисунка. Хотя голограммы на основе Фурье представляют собой лишь один из подходов к CGH, они оказались мощным инструментом для создания и отображения трехмерных изображений. Поскольку технологии продолжают развиваться, мы можем ожидать, что в ближайшие годы мы увидим еще более сложные и универсальные методы создания и отображения компьютерных голограмм.
