傅里葉光學(xué)在全息電影中的應(yīng)用

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1、[鍵入文字]傅里葉光學(xué)在全息電影中的應(yīng)用全息電影是將全息攝影術(shù)和電影技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。其基本概念是利用光的干涉原理和人眼的視覺殘留效應(yīng)，將被攝的運(yùn)動(dòng)景物以一定的時(shí)間頻率和干涉條紋形式記錄在具有高分辨率的全息膠卷上，然后把這記錄有信息的全息膠卷置于特殊的放映機(jī)內(nèi)，觀眾就能在屏幕上觀察到一幅幅作連續(xù)活動(dòng)的難以與實(shí)物相區(qū)別的空間三維立體影像。本文論述了傅里葉光學(xué)在全息電影中的應(yīng)用。1引言三維圖像顯示技術(shù)是人類多年的理想。對(duì)它的研究如果從1908年法國(guó)光學(xué)家李普曼發(fā)明積分照相算起已有170年歷史了。此后，人們?cè)芯窟^(guò)各種顯示立體圖像的技術(shù)(例如雙目體視法、蠅眼透鏡三維圖像法和投影型三維圖像法等)，并

2、在彩色攝影和彩色電影的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了立體攝影和立體電影顯示技術(shù)。從而對(duì)人類的文明和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展做出了極大的貢獻(xiàn)。但是從近代信息論的觀點(diǎn)看，它們是那樣的不足，因?yàn)樯鲜鏊蟹椒ㄋ涗浀闹皇俏矬w發(fā)出的(或反射的)光波的振幅，而將光波的位相信息丟掉了。1947年英國(guó)科學(xué)家丹尼斯·蓋伯(DentrisGabor)為改進(jìn)電子顯微鏡的分辨率而發(fā)明的全息照相術(shù)則可同時(shí)記錄下光波的振幅和位相信息。因此由全息記錄的全息圖在再現(xiàn)時(shí)能獲得與原物光場(chǎng)一樣的三維圖像。無(wú)怪乎全息術(shù)一經(jīng)問(wèn)世，人們首先就想到全息電影問(wèn)題。人類實(shí)現(xiàn)三維圖像顯示技術(shù)從此有了新的希望。為了實(shí)現(xiàn)全息電影，各國(guó)物理學(xué)家和電影技術(shù)專家們都進(jìn)行了研究，提

3、出過(guò)各種方案:例如散射板法，大透鏡法，大反射鏡法和有區(qū)域聚焦的全息屏幕法等。但是這些三維顯示方案不是影像亮度太低(如散射板法)，就是視場(chǎng)范圍有限(如大透鏡法、大反射鏡法)，不能滿足大量觀眾的觀看，因此這些方案作為影院式全息電影是不適合的。它們基本上只適宜于科學(xué)研究和廠告宣傳等方面。近年來(lái)在影院式三維全息電影研究方面出現(xiàn)了較大進(jìn)展。例如1976年蘇聯(lián)在國(guó)際電影節(jié)上曾試映過(guò)單色全息電影的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。它是用相干長(zhǎng)度10米、脈沖能量0.1焦耳、脈沖重復(fù)率20次/秒的脈沖紅寶石激光器作光源以及分辨率達(dá)100線/mm的全息電影膠片記錄景物。然后用水銀燈的5770一5790的黃色輻射將全息圖畫面通過(guò)放映在1

4、米*1米的多像8[鍵入文字]全息反射屏幕上。屏幕雖然僅為四個(gè)視覺區(qū)、放映持續(xù)時(shí)間為2分鐘，但它的逼真三維效果曾引起轟動(dòng)。這是電影技術(shù)的一場(chǎng)真正的革命。我們知道在電影銀幕上出現(xiàn)的光場(chǎng)和由實(shí)物所建立的光場(chǎng)是有極大差別的。因?yàn)殂y幕的光場(chǎng)是由二維平面銀幕反射形成，而實(shí)物光場(chǎng)是由三維物體反射形成的，因而是三維的。全息影像則能實(shí)現(xiàn)恢復(fù)原物光場(chǎng)的本領(lǐng)。所以全息三維像有著近代電影難以達(dá)到的如下重要特性:1.當(dāng)觀眾頭部作移動(dòng)時(shí)，如同看實(shí)物一樣全息像的透視是變化的。2.觀眾兩眼所看到的全息像的透視也是彼此不同的。3.全息像的可變清晰度取決于觀眾對(duì)像的各部分細(xì)節(jié)的視力調(diào)節(jié)，因此觀看時(shí)人眼不會(huì)疲勞。與一般的3D電影

5、相比，全息電影的主要優(yōu)點(diǎn)有：1.能得到三維全息影像。對(duì)這樣的影像，即使觀察者頭部不經(jīng)意的輕微移動(dòng)也會(huì)使影像的透視改變，如同看真實(shí)物體一樣。并且觀察者的眼睛處于自然觀察狀態(tài)，因此長(zhǎng)時(shí)間的觀察也不會(huì)感到疲勞。2．高的信息記錄密度。一般全息電影軟件具有高的分辨本領(lǐng)。例如前蘇聯(lián)PE型軟片，其感光乳膠顆粒的平均直徑為5~12nm，分辨率達(dá)到每毫米1000條線以上，比目前電影用的彩色膠片的分辨率高幾十倍。3.記錄傅里葉變換全息圖時(shí)，全息像每個(gè)小單元的信息都分布在全息圖整個(gè)表面上，這不僅使軟片上的畫面尺寸縮小很多倍，而且畫面上的劃痕和臟點(diǎn)不會(huì)導(dǎo)致像質(zhì)變劣。此外傅里葉變換全息圖還有一重要的適合于電影的性質(zhì)，

6、即全息圖做垂直于光軸移動(dòng)時(shí)，再現(xiàn)像是靜止的。利用這一性質(zhì)，便可制造簡(jiǎn)單可靠的、能使軟片做緩慢而連續(xù)移動(dòng)的電影放映機(jī)。4.全息電影采用位相記錄，與普通電影相比，膠片對(duì)光的吸收大大減少，因此，電影放映時(shí)全息膠片發(fā)熱不明顯。5.多（線）聚焦全息銀幕的亮度系數(shù)比普通的電影屏幕搞許多倍，故前者在放映中需要的光能少。2全息電影的基本原理全息電影是一種新的電影技術(shù)，它是在全息攝影術(shù)、激光技術(shù)，特別是厚層反射全息術(shù)和合成全息術(shù)等基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。用作全息電影的全息照片具有特殊的存儲(chǔ)性能和在一定條件下使實(shí)物的視覺特性再現(xiàn)的優(yōu)異性能。用這種方法獲得的影像不僅不同于二維平面影像而且也不同于立休影像，全息影像8[鍵

7、入文字]似乎獨(dú)立于平而影像之外，呈現(xiàn)在玻璃隔板的后面。打破了人眼所習(xí)慣了的影像與屏幕的聯(lián)系。全息電影必須解決下面三個(gè)復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題:1.大場(chǎng)面全息電影的拍攝；2.全息像天然彩色的正確傳遞；3.能滿足眾多觀眾的觀看。經(jīng)過(guò)了大量和深入細(xì)致的理論和實(shí)驗(yàn)研究，已初步提出了基于以下基本概念的影院式全息電影的基本原理:首先，在攝影和放映時(shí)均采用大直徑和高透光率的鏡頭。用這種鏡頭拍攝下來(lái)的場(chǎng)面不是單一的影像，而是不同角度的