被應用于各大晚會的全息投影技術，你了解嗎？

    由著*導演張藝謀執導的G20峰會文藝演出4日晚在杭州西湖震撼上演，據介紹，此次演出使用了全息投影技術，將科技手段和自然環境完美融合，成為演出最大亮點之一。張藝謀透露說，這一次在場地上應用了一種全息的處理，展現影像和人的互動關系。演出結束后，演出美圖刷爆各級屏幕，現場觀眾紛紛表示，簡直身臨其境，如入畫中。全息投影是什么技術呢？來了解下吧！

    全息技術簡介

    全息（Holography）（來自于拉丁詞匯，whole+ drawing的復合），特指一種技術，可以讓從物體發射的衍射光能夠被重現，其位置和大小同之前一模一樣。從不同的位置觀測此物體，其顯示的像也會變化。因此，這種技術拍下來的照片是三維的。

    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并再現物體真實的三維圖像的技術。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，產生令人震撼的演出效果。

    發展歷史

    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。其實，這個發明是蓋伯在英國BTH公司研究增強電子顯微鏡性能手段時的偶然發現，此后，這項技術也就一直應用于電子顯微技術中，在這個領域中被稱為電子全息投影技術。

    直到1960年激光的發明才使全息投影技術取得了實質性的進展。第*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。

    全息圖像成像原理

    普通照相，只能記錄物體光場的強度（復振幅模的平方），它不能表征物體的全部信息。采用全息方法，同樣也是記錄光場的強度，但它是參考光和物光干涉后的強度。對采用如此方法記錄下來的光強（晶體或全息膠片中），利用參考光再現時，可以將全面表征物體信息的物光的復振幅表現出來。

    全息圖像的拍攝與重現要利用光的干涉與衍射原理。首先，得具備相干光源。所謂相干光，是指兩束滿足相干條件的光，這兩束光在相遇區域需要滿足：①振動方向相同；②振動頻率相同；③相位相同或相位差保持恒定。由于激光具有很好的空間相干性和時間相干性，為全息照相提供了一個理想的光源，這也是為什么自1960年激光發明后，全息照相技術得到快速發展的原因。

相干光示意圖

    第*步，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。

全息照相示意圖

    第二步，利用衍射原理再現物體光波信息，這是成像過程：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像，即原始像（又稱初始像）和共軛像。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。

全息影像再現示意圖

    全息投影的發展及運用

    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于 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、藝術家甚至業余愛好者都可以參與到全息投影研究中來。

    從事全息投影設備生產的廠家也有很多。例如，德國Sax 3D公司，很多我們在演唱會、T臺中所見到的全息投影表演都來自于這家公司所提供的全息投影技術。這種技術應用到舞臺當中時，擁有超高分辨率的激光投射裝置（一般是2個以上的專業投影儀交叉投射）會將功率較高的光線投射在固定的介質之上。而這個介質，一般都是擁有高透光率的一塊半透明幕布，且折射精度要做到每像素100納米級別。在個別時候，瀑布、水幕、甚至云彩 也都可以充當這個“介質”的角色，只不過應用場景不同罷了。

周杰倫演唱會中所使用的巨型“金字塔式”全息投影

    除了 “幕布式”全息投影技術，“金字塔形”全息投影也是一種相對廉價的解決方案。在沒正式使用幕布式全息投影技術之前，對高科技非常感興趣的周杰倫就曾在幾年前的“超時代演唱會”中使用過“金字塔形”全息投影。

    從上述幾種全息投影方案來看，它們無一例外的使用了半透膜或類似載體作為顯像所需的“屏幕”。早前，日本的Aerial Burton宣布研究出了以空氣為介質的全息投影技術，號稱不需要任何屏幕就能在空氣中投射影像，據介紹，該套空氣投影系統使用了一系列精準調節的激光發射器，選擇性的電離空氣分子使之發出白光。不過，從Aerial Burton展示的圖片可以看出，這種以空氣為介質的全息投影技術仍處于一個不是很實用的雛形階段。

Aerial Burton公司以空氣為介質的全息投影技術

    Ostendo 是美國的一家新創公司，兩年前，他們宣稱正在研發三維全息投影芯片，可以嵌入到移動設備中實現三維全息投影。據介紹，他們研制的第二款投影芯片，將可以實現全息三維投影，立體影像可以漂浮在空氣中，看上去就像是一個真實存在的物體。但到目前為止，似乎沒有更多這方面的報道，打開Ostendo 的網站，也看不到關于產品及技術的介紹，只看到幾句宣傳語：“Ostendo的 QPI技術將助力微型投影儀嵌入到智能手機中,實現下一代移動3D全息顯示”。不過，前不久，康得新宣布投資Ostendo進軍VR硬件領域。或許，不久的將來，我們就能看到這種可以給智能手機等便攜設備帶來全息投影體驗的產品了，拭目以待吧！