Hologramy generowane komputerowo (CGH)zrewolucjonizowały dziedzinę holografii, umożliwiając cyfrowe tworzenie i wyświetlanie trójwymiarowych obrazów bez konieczności stosowania tradycyjnych holograficznych materiałów rejestrujących. Hologramy te wykorzystują algorytmy obliczeniowe do symulacji wzorców interferencji, które utworzyłyby rzeczywisty obiekt, umożliwiając generowanie obrazów holograficznych, które można wyświetlić przy użyciu różnych technik. W tym artykule omówimy podstawowe etapy tworzenia hologramu generowanego komputerowo, ze szczególnym uwzględnieniem hologramów Fouriera, które reprezentują ważną klasę CGH.
Krok 1: Zrozumienie zasad holografii
Zanim zagłębimy się w szczegóły tworzenia hologramu generowanego komputerowo, niezbędna jest podstawowa wiedza na temat holografii. U podstaw holografii leży technika rejestrowania i rekonstrukcji trójwymiarowej struktury obiektu poprzez uchwycenie wzorców interferencji pomiędzy falami świetlnymi odbitymi lub emitowanymi przez obiekt a wiązką odniesienia. Te wzory interferencyjne, oświetlone odpowiednim źródłem światła, mogą zrekonstruować trójwymiarowy obraz oryginalnego obiektu.
Krok 2: Przygotowanie danych obiektu
Pierwszym krokiem w tworzeniu hologramu wygenerowanego komputerowo jest pozyskanie lub wygenerowanie danych reprezentujących obiekt, który chcesz wyświetlić holograficznie. Dane te mogą pochodzić z różnych źródeł, w tym ze skanów 3D, modeli komputerowych, a nawet obrazów obiektów ze świata rzeczywistego. Gdy już będziesz mieć te dane, musisz je przekonwertować na format, który może być używany przez algorytm CGH. Zwykle wiąże się to z przedstawieniem obiektu jako serii punktów lub wielokątów wraz z powiązanymi z nimi właściwościami koloru i materiału.
Krok 3: Obliczanie pola świetlnego
Mając już dane obiektu, kolejnym krokiem jest obliczenie pola świetlnego, jakie obserwowałby obserwator obserwujący obiekt z określonej pozycji i orientacji. To pole świetlne zawiera informacje o amplitudzie i fazie fal świetlnych emitowanych przez obiekt, a także o ich kierunkowości. W kontekście hologramów Fouriera to pole świetlne jest zwykle obliczane w płaszczyźnie dalekiego obserwatora, która reprezentuje hipotetyczną płaszczyznę znajdującą się w znacznej odległości od obiektu.
Krok 4: Transformacja Fouriera do płaszczyzny soczewki
Po obliczeniu pola świetlnego w płaszczyźnie odległego obserwatora następnym krokiem jest użycie transformaty Fouriera w celu przekształcenia tego pola z powrotem na płaszczyznę soczewki. Transformata Fouriera to operacja matematyczna, która rozkłada funkcję na jej składowe częstotliwości, które w tym przypadku reprezentują różne kąty i długości fal światła wychodzącego z obiektu. Stosując transformatę Fouriera do pola świetlnego w płaszczyźnie odległego obserwatora, możemy otrzymać wzór holograficzny, który po oświetleniu spójnym źródłem światła i oglądaniu przez odpowiednią soczewkę zrekonstruuje oryginalny trójwymiarowy obraz.
Krok 5: WyświetlanieHologram wygenerowany komputerowo
Wreszcie, po obliczeniu wzoru holograficznego, można go wyświetlić za pomocą różnych technik. W przypadku hologramów opartych na technologii Fouriera zwykle wiąże się to z użyciem przestrzennego modulatora światła (SLM), takiego jak wyświetlacz LCD lub LED, w celu modulowania amplitudy i fazy spójnego źródła światła (np. lasera) zgodnie z obliczonym wzorem holograficznym . Powstałe fale świetlne następnie interferują ze sobą, tworząc zrekonstruowany trójwymiarowy obraz, który może oglądać obserwator umieszczony w odpowiedniej odległości i pod odpowiednim kątem.
Tworzenie cHologram generowany komputerowoobejmuje kilka kluczowych etapów, w tym przygotowanie danych obiektu, obliczenie pola świetlnego, zastosowanie transformaty Fouriera i wreszcie wyświetlenie wzoru holograficznego. Chociaż hologramy oparte na technologii Fouriera reprezentują tylko jedno podejście do CGH, okazały się potężnym narzędziem do generowania i wyświetlania obrazów trójwymiarowych. W miarę ciągłego postępu technologicznego w nadchodzących latach możemy spodziewać się jeszcze bardziej wyrafinowanych i wszechstronnych metod tworzenia i wyświetlania hologramów generowanych komputerowo.
