Holografía

Holografía qu'introduz presentaciones nel 8º Congresu de la Innovación y Teunoloxía Educativa nel Institutu Teunolóxicu y d'Estudios Cimeros de Monterrey.

La holografía o vision grafica ye una téunica avanzada de fotografía que consiste en crear imáxenes tridimensionales basada nel emplegu de la lluz. Pa esto utiliza un rayu láser que graba microscópicamente una película fotosensible. La interferencia que se produz ente dos faes de lluz coherente fai posible que la lluz d'unu d'estos se reflecte nel oxetu. Esta, al recibir una lluz puntual dende la perspeutiva fayadiza, proyeuta una imaxe en tres dimensiones. Amás, procesaes y allumaes de manera precisa, les imáxenes pueden apaecer saliéndose de les sos llendes, pa escontra fora o escontra dientro del marcu, y l'observador, ensin tener la necesidá de nengún accesoriu, puede ver ensin discontinuidaes y variando les perspectives dependiendo de la so posición. L'usu de les téuniques holográfiques en sistemes de videu ye un procesu complexu que supón un gran retu a nivel teunolóxicu. Si pueden resolvese estos retos, podría convertise nel sistema que s'utilizaría nuna futura televisión tridimensional.

Visión histórica de la holografía

La holografía foi inventada en 1948 pol físicu húngaru Dennis Gabor, que recibió por esto'l premiu Nobel de Física en 1971. Recibió la patente GB685286 pola so invención. Sicasí, perfeccionóse años más tarde col desenvolvimientu del láser, pos los hologrames de Gabor yeren bien primitivos por causa de nun perfeccionase lo suficiente los sos aparatos.

Orixinalmente, Gabor namái quería atopar una manera p'ameyorar el resolución y definición de les imáxenes del microscopiu electrónicu. Plantegó un problema interesante: cuando s'alluma una rendija con lluz d'un solu color, llógrase una figura de franxes que dexa conocer la forma y dimensiones de la rendija. Gabor describió'l procesu de descodificación de la información fotografiada, escontra falta atopar la manera de rexistrar l'enclín de los rayos de lluz que llegaben a la pel·lícula fotográfica. Llamó a este proceso «holografía», del griegu «holos»(completu), una y bones los hologrames amosaben un oxetu dafechu y non yá una perspeutiva.

Los primeros hologrames que verdaderamente representaben un oxetu tridimensional bien definíu fueron fechos por Emmett Leith y Juris Upatnieks n'Estaos Xuníos en 1963, y por Yuri Denisyuk na Xunión Soviética. Unu de les meyores más prometedores fechos apocayá foi'l so usu pa los reproductores de DVD y otres aplicaciones. Tamién s'utiliza anguaño en tarxetes de creitu, billetes de bancu, etiquetes de seguridá, embalaxes, certificaos, pasaportes y documentos d'identidá, según discos compactos y otros productos, amás del so usu como símbolu d'orixinalidá y seguridá.

Principiu de funcionamientu d'un holograma

NOTA: Pa entender el principiu de funcionamientu d'un holograma describe'l grabáu nun holograma finu d'una escena que namái contién un puntu que reflexa la lluz. Esta descripción ye solamente esquemática y nun respeta la escala ente los oxetos y el llonxitú d'onda. Namái sirve pa entender el principiu.

Grabáu d'un holograma

Enregistrement de l'hologramme

Na imaxe allúmase la escena con ondes planes que vienen de la esquierda. Una parte de la lluz reflexar nel puntu, representáu como un círculu blancu. Namái ta representada la lluz reflexada escontra la derecha. Eses ondes esfériques alloñar del puntu y amiéstense a les ondes planes qu'allumen la escena. Nos sitios onde les crestes coinciden con crestes y los valles con valles va haber máximos d'amplitú. Simétricamente, onde les crestes coinciden con valles y los valles con crestes l'amplitú va ser mínima. Hai sitios del espaciu onde siempres l'amplitú ye máxima y sitios onde l'amplitú siempres ye mínima.

La superficie d'una placa fotosensible allugada nel sitiu puntiáu de la imaxe va tar lo más espuesta onde l'amplitú ye máxima y lo menos espuesta nos sitios onde l'amplitú ye mínima. Dempués d'un tratamientu fayadizu, les zones más espuestes van resultar más tresparentes y les zones menos espuestes más opaques.

Ye interesante señalar, que si mientres la esposición, la placa muévese mediu llonxitú d'onda (un cuartu de micrón), una bona parte de les zones pasaría de les más espuestes a les menos espuestes y el grabáu del holograma fracasaría.

Observación del holograma

Allumamos l'holograma con ondes planes que vienen de la esquierda. La lluz pasa polos "espacios" tresparentes del holograma y cada "espaciu" crea ondes semiesfériques que s'arrobinen escontra la derecha. Na imaxe a la derecha solo dibuxemos la parte interesante de la cresta de les ondes. Escláriase que les ondes que salen de los "espacios" de la placa amestar pa dar frentes d'onda semiesféricos similares a los frentes producíos pola lluz reflexada pol puntu de la escena. Un observador asitiáu a la derecha de la placa ve lluz que paez salir d'un puntu asitiáu nel sitiu onde taba'l puntu de la escena. Eso ye debíu al fechu que l'holograma dexa pasar – o favorez – la lluz que tien la "bona" fase nel "bon" sitiu.

Oxetu en llugar d'un puntu únicu

En realidá, la lluz reflexada per una pequeñu parte d'un oxetu (el puntu del exemplu precedente) ye débil y solo puede contribuyir a que zones del holograma sían un pocu más escures o más clares. Eso nun torgar la formación de frentes d'onda semiesféricos mientres la llectura del holograma. L'observador va atopar solamente, que'l puntu ye pocu brillante.

Un segundu puntu lluminosu añade, al grabáu del holograma, les sos propies zones un pocu más clares o escures. A la observación, el segundu xuegu de zones clares y escures crea otru conxuntu de frentes d'onda que paez aniciase de la posición onde s'atopaba'l segundu puntu. Si'l puntu atopábase más lloñe, se -y "va ver" más lloñe y viceversa. L'holograma graba la información tridimensional de la posición de los puntos.

Un oxetu grande nun ye otra cosa qu'un conxuntu de puntos. Cada zona puntual del oxetu crea zones más o menos grises que s'amiesten na placa. Cada conxuntu de zones grises crea, a la observación, ondes semiesfériques que paecen salir del "bon" sitiu del espaciu: y asina vemos una imaxe (virtual) del oxetu.

Na práutica, esti tipu d'holograma finu y con allumáu perpendicular – ye pocu utilizáu, una y bones les emulsiones sensibles son más trupes que'l llonxitú d'onda. Amás los hologrames con allumáu perpendicular dan tamién imáxenes más reales (nel sentíu ópticu de la pallabra) inoportunes na observación.

Exemplu d'holograma nun billete

Aplicaciones

• Nos reproductores DVD, nes tarxetes de creitu, nos discos compactos y nos billetes.
• Símbolu d'orixinalidá y seguridá.
• Reproducción d'imaxe y videu tridimensional: múltiples aplicaciones en sectores como la televisión, el diseñu industrial, la medicina, la educación, la investigación, les comunicaciones...
• Conciertos holograficos de Vocaloid

Exemplos de dispositivos holográficos

Cheoptics 360

El dispositivu "Cheoptics 360" desenvueltu poles empreses viZoo y Ramboll ye un sistema de videu holográficu. Ye un proyeutor de videu formáu por una pirámide invertida que ye capaz de xenerar imáxenes tridimensionales dientro del so espaciu de proyeición. La imaxe proyeutada vese totalmente en 3D dende cualquier ángulu d'observación. Hai proyeutores en cada estremu del aparatu que se combinen pa xenerar la imaxe nel centru dando una sensación de total realismu al espectador. Pueden proyeutase imáxenes dende 1,5 hasta 30 metros d'altor con cualquier condición llumínica ambiental (interior o esterior). Tamién dexa reproducir videos de películes o dende l'ordenador personal.

Heliodisplay

Imaxe del Heliodisplay

El Heliodisplay ye una teunoloxía creada pola empresa IO2Technology que reproduz hologrames en 2-D ensin utilizar un mediu físicu como una pantalla. Dexa proyeutar una imaxe estática o en movimientu nel aire con una cierta calidá, d'unes 27 pulgaes, ensin riquir medios alternativos como fumu o agua y puede ser utilizáu en cualquier redolada ensin instalaciones adicionales.

Puede describise el dispositivu como una caxa que se puede enchufar a un conector USB, a una fonte de videu o d'imaxe como pue ser un DVD o un ordenador personal, por casu. Utiliza aire normal pa funcionar. Lo que fai ye convertir les propiedaes del reflexu del aire. L'aire ye prindáu, convertíu instantáneamente y vueltu a espulsar. La imaxe proyéctase sobre l'aire convertíu.

Otra carauterística importante ye que la imaxe xenerada ye interactiva. Vale dicir que la sensación de la imaxe que se proyeuta nun ye totalmente tridimensional. La sensación 3D namái ye frontera, yá que vista de llau la imaxe vese plana.

MARK II

Ye un proyeutu de videu holográficu que se ta desenvolviendo nel Massachusetts Institute of Technology (MIT) por un grupu d'investigadores empobinaos pol profesor S. Benton.

Esti sistema basar nel cálculu por aciu ordenador de les franxes d'interferencia que produciríen imáxenes sintétiques. Al sintetizar estes franxes por aciu complexos modelos matemáticos, consíguese un amenorgamientu importante nel númberu de muestres de los hologrames sintéticos acutando'l paralax de movimientu nes direiciones con más interés. Nesti dispositivu, namái se codifica la información de parallaje horizontal porque se supón que va ser el movimientu más realizáu pol espectador. Con ello, amenórgase'l númberu de muestres de les franxes d'interferencia nun factor de 100.

El sistema basar na construcción de les imáxenes por aciu una esploración conxunta de dellos fexes láser que la so amplitú se modula en concordanza coles franxes d'interferencies del holograma calculáu primeramente. La esploración realizar por aciu un conxuntu de moduladores acusticoòptics que barren distintes franxes horizontales de la imaxe. Pueden presentase imáxenes de 150 x 75 x 150 mm, con un ángulu de visión horizontal de 36 graos, y ye capaz d'amosar una imaxe per segundu.

MARK III

El sistema denomináu Mark III ye una evolución de los dispositivos holográficos desenvueltos pol MIT mientres la década de los 80. Los sistemes anteriores yeren bien complexos y avolumaos y precisaben hardware especializáu pa xenerar la señal de videu. L'oxetivu del proyeutu ye'l de desenvolver un sistema de visualización holográficu d'ámbitu domésticu. Va Formar imáxenes monocromáticas en 3D con unes dimensiones similares al cubu de Rubik.

Pa crear un videu holográficu, tien de producise un modelu tridimensional en tiempu real de los oxetos dientro d'una escena. A partir d'ésti, calcúlase'l patrón de difracción necesariu pa formar la imaxe. El procesáu ye bien complexu, pero optimizóse por que trabaye coles tarxetes gráfiques doméstiques. La señal de videu xeneráu unviar a un modulador de lluz, que ye, básicamente una guía d'ondes cubierta d'un material piezoeléctrico que según la señal recibida se deforma más o menos. La onda de lluz ta acompasada de distintes intensidaes y frecuencies. De proyeutase sobre un cristal tresllúcíu, les distintes ondes interfieren xenerando una escena tridimensional. Esti nuevu modulador dexa emitir lluz en vertical y horizontal, evitando asina l'usu de munches lentes y espejo.

Interactive 360° Light Field Display

Ye un dispositivu de videu holográficu desenvueltu en xunto por Sony, Fake Space Lab y la Universidá del Sur de California, presentáu nel SIGGRAPH 2007.

El sistema presentáu consta d'un videoproyector d'alta velocidá, un espeyu rotatoriu cubiertu por un difusor holográficu y un circuitu semiconductor FPGA (Field Programmable Gate Array), que s'encarga de decodificar la señal DVI. Utilízase una tarxeta gráfica programable y estándar que puede renderizar más de 5.000 imáxenes per segundu y proyeutar vistes en 360 graos con separación de 1,25 graos. Delles carauterístiques:

• Nun riquir gafes especiales.
• Ye omnidireccional: visión en 3D en 360 graos.
• Nun reproduz color.
• Dexa la interactividad cola imaxe holográfica.

Bibliografía

• Hariharan, P, Optical Holography: principles, techniques, and applications, Cambridge University Press, ISBN 978-0521439657 
• Lasers and holography: an introduction to coherent optics W. Y. Kock, Dover Publications (1981), ISBN 978-0-486-24041-1
• Principles of holography H. M. Smith, Wiley (1976), ISBN 978-0-471-80341-6
• G. Berger et al., Digital Data Storage in a phase-encoded holograhic memory system: data quality and security, Proceedings of SPIE, Vol. 4988, p. 104-111 (2003)
• Holographic Visions: A History of New Science Sean F. Johnston, Oxford University Press (2006), ISBN 0-19-857122-4

Ver tamién

• Óptica
• Universu holográficu
• Tridimensional
• Holografía dixital
• Holografía dinámica
• Holografía especular
• Pantalla moduladora interferométrica
• Panel SEI
• Papel electrónicu

Enllaces esternos

• Historia de la Holografía - bb612ar
• Instrucciones simples pa faer hologrames
• Videos holográficos

• Wikimedia Commons acueye conteníu multimedia sobre Holografía.

• Datos: Q527628
• Multimedia: Holography