L'olografia digitale è un modo per registrare le informazioni 3D utilizzando fotocamere digitali. Oggi ha già un'ampia applicazione pratica e in futuro, gli scienziati sono sicuri, sarà indispensabile in una serie di settori, dalla medicina all'astronomia. Sul presente e sul futuro dell'olografia digitale.
Principi fisici dell'olografia
L'olografia è un metodo che consente di registrare informazioni su un oggetto e ripristinarne l'immagine, anche in forma tridimensionale. Ciò si ottiene registrando non solo l'ampiezza della luce (come nella fotografia standard), ma anche la fase, che permette di osservare l'immagine ricostruita dall'ologramma da varie angolazioni.
Gli ologrammi vengono registrati registrando l'ampiezza totale di due fasci di luce: un oggetto (riflesso da un oggetto o trasmesso attraverso di esso) e uno di riferimento. Se sono coerenti tra loro (hanno una differenza di fase costante), si forma un modello di interferenza nel piano dei raggi sovrapposti, che viene registrato da fotosensori digitali o supporti fotosensibili.
Tendenze mondiali
Usando l'olografia digitale, puoi creare una visualizzazione tridimensionale reale di oggetti e scene. Ciò non richiede occhiali speciali per l'osservazione delle scene o un posizionamento speciale dell'osservatore. In base a questo principio, i display 3D vengono ora sviluppati attivamente, che consentono di visualizzare immagini di alta qualità. Come gli scienziati sono sicuri, si avvicina il momento in cui le immagini a colori dagli ologrammi saranno simili in qualità di colore alle fotografie, riproducendo al contempo un'immagine tridimensionale di un oggetto.
Video promozionale:
Uno dei progressi attuali è la comunicazione 5G che utilizza principi olografici per creare un'immagine dell'interlocutore. Gli esperti ritengono che tra qualche anno questa tecnologia potrà diventare un servizio commerciale.
Una direzione estremamente promettente è la stampa 3D utilizzando ologrammi. L'immagine olografica della parte viene suddivisa per sezioni in proiezioni e quindi, sotto il controllo del programma, viene eseguita una stampa veloce strato per strato di ciascuna proiezione.
Le aree dell'olografia digitale utilizzate nella ricerca scientifica e applicata si stanno sviluppando attivamente: microscopia olografica (visualizzazione di micro e nano oggetti) e interferometria olografica (registrazione dinamica dei cambiamenti nei parametri degli oggetti - temperatura, forma, indice di rifrazione).
Inoltre, l'olografia digitale è già ampiamente utilizzata nell'imaging medico e biologico, nei sistemi di codifica, trasmissione e archiviazione dei dati, e consente anche di aumentare la sicurezza di prodotti, banconote e carte bancarie.
Risultati russi
Oggi la ricerca nel campo dell'olografia, sia analogica che digitale, è svolta da numerose università e aziende i cui laboratori hanno ottenuto risultati significativi.
Ad esempio, NRNU MEPhI ha implementato un sistema per la registrazione dinamica, la trasmissione e la dimostrazione ottica in tempo reale di ologrammi con una risoluzione di almeno 2 milioni di pixel. Consente di riprodurre in remoto scene e oggetti registrati sia nella gamma ottica che in quella a infrarossi, che possono essere utilizzati, ad esempio, per registrare informazioni in ambienti aggressivi.
Oggi, per la trasmissione di video olografici, è richiesto un canale con una larghezza di banda di almeno unità di gigabit al secondo; pertanto, le tecnologie per la conversione e la compressione degli ologrammi digitali sono di grande importanza. NRNU MEPhI sta lavorando attivamente in questa direzione. Nel maggio 2019, la rivista Scientific Reports ha presentato un metodo per comprimere le informazioni olografiche centinaia di volte, sviluppato nell'ambito della sovvenzione n. 18-79-00277 della Russian Science Foundation.
Un'altra area importante è il miglioramento della qualità della visualizzazione ottica di scene 3D da ologrammi registrati. L'Institute of Laser and Plasma Technologies (LaPlas) di NRNU MEPhI sviluppa metodi per migliorare il computer e la visualizzazione ottica reale di ologrammi utilizzando cristalli liquidi multi-gradazione e modulatori binari di luce a micromirror ad alta velocità. Nel 2019, gli scienziati di NRNU MEPhI hanno pubblicato uno studio su larga scala sui metodi di binarizzazione per la visualizzazione di oggetti 3D con la migliore qualità nella rivista Opticsand Lasersin Engineering. Come hanno spiegato gli scienziati, questo sviluppo potrebbe essere utile per creare display 3D ad alta velocità.
L'olografia è applicabile non solo per l'archiviazione, ma anche per la protezione delle informazioni. Gli scienziati della NRNU MEPhI stanno attualmente creando sistemi di codifica dei dati utilizzando un'immagine registrata su un ologramma come chiave di codifica. Nell'ambito della sovvenzione n. 19-19-00498 della Russian Science Foundation, sono in corso lavori per creare un sistema di codifica basato su modulatori di luce a micromirror ad alta velocità. Un tale sistema è in grado di codificare le informazioni con una larghezza di banda di gigabit al secondo.
Un'area di ricerca altrettanto importante è il riconoscimento degli oggetti. Oggi, come hanno spiegato gli specialisti di NRNU MEPhI, i dispositivi di riconoscimento di solito utilizzano solo caratteristiche spaziali. In un articolo pubblicato di recente sulla rivista Optics Communications, è stato proposto un metodo per il riconoscimento sia per forma che per caratteristiche spettrali, applicabile, ad esempio, a dispositivi di orientamento nello spazio o per identificare specie biologiche.
