全息影像的原理

1. 全息影像的原理

全息原理是“一个系统原则上可以由它的边界上的一些自由度完全描述”，是基于黑洞的量子性质提出的一个新的基本原理。其实这个基本原理是联系量子元和量子位结合的量子论的。其数学证明是，时空有多少维，就有多少量子元；有多少量子元，就有多少量子位。它们一起组成类似矩阵的时空有限集，即它们的排列组合集。全息不全，是说选排列数，选空集与选全排列，有对偶性。即一定维数时空的全息性完全等价于少一个量子位的排列数全息性；这类似“量子避错编码原理”，从根本上解决了量子计算中的编码错误造成的系统计算误差问题。而时空的量子计算，类似生物DNA的双螺旋结构的双共轭编码，它是把实与虚、正与负双共轭编码组织在一起的量子计算机。这可叫做“生物时空学”，这其中的“熵”，也类似“宏观的熵”，不但指混乱程度，也指一个范围。时间指不指一个范围？从“源于生活”来说，应该指。因此，所有的位置和时间都是范围。位置“熵”为面积“熵”，时间“熵”为热力学箭头“熵”。其次，类似N数量子元和N数量子位的二元排列，与N数行和N数列的行列式或矩阵类似的二元排列，其中有一个不相同，是行列式或矩阵比N数量子元和N数量子位的二元排列少了一个量子位，这是否类似全息原理，N数量子元和N数量子位的二元排列是一个可积系统，它的任何动力学都可以用低一个量子位类似N数行和N数列的行列式或矩阵的场论来描述呢？数学上也许是可以证明或探究的。1、反德西特空间，即为点、线、面内空间，是可积的。因为点、线、面内空间与点、线、面外空间交接处趋于“超零”或“零点能”零，到这里是一个可积系统，它的任何动力学都可以有一个低一维的场论来实现。也就是说，由于反德西特空间的对称性，点、线、面内空间场论中的对称性，要大于原来点、线、面外空间的洛仑兹对称性，这个比较大一些的对称群叫做共形对称群。当然这能通过改变反德西特空间内部的几何来消除这个对称性，从而使得等价的场论没有共形对称性，这可叫新共形共形。如果把马德西纳空间看作“点外空间”，一般“点外空间”或“点内空间”也可看作类似球体空间。反德西特空间，即“点内空间”是场论中的一种特殊的极限。“点内空间”的经典引力与量子涨落效应，其弦论的计算很复杂，计算只能在一个极限下作出。例如上面类似反德西特空间的宇宙质量轨道圆的暴涨速率，是光速的8.88倍，就是在一个极限下作出的。在这类极限下，“点内空间”过渡到一个新的时空，或叫做pp波背景。可精确地计算宇宙弦的多个态的谱，反映到对偶的场论中，我们可获得物质族质量谱计算中一些算子的反常标度指数。2、这个技巧是，弦并不是由有限个球量子微单元组成的。要得到通常意义下的弦，必须取环量子弦论极限，在这个极限下，长度不趋于零，每条由线旋耦合成环量子的弦可分到微单元10的-33次方厘米，而使微单元的数目不是趋于无限大，从而使得弦本身对应的物理量如能量动量是有限的。在场论的算子构造中，如果要得到pp波背景下的弦态，我们恰好需要取这个极限。这样，微单元模型是一个普适的构造，也清楚了。在pp波这个特殊的背景之下，对应的场论描述也是一个可积系统。

2. 全息投影的历史发展

1947年，英国匈牙利裔物理学家丹尼斯·盖伯发明了全息投影术，他因此项工作获得了1971年的诺贝尔物理学奖。其它的一些科学家在此之前也曾做过一些研究工作，解决了一些技术上的的问题。全息投影的发明是盖伯在英国BTH公司研究增强电子显微镜性能手段时的偶然发现，而这项技术由该公司在1947年12月申请了专利（专利号GB685286）。这项技术从发明开始就一直应用于电子显微技术中，在这个领域中被称为电子全息投影技术，但是全息投影技术一直到1960年激光的发明才取得了实质性的进展。第一张实际记录了三维物体的光学全息投影照片是在1962年由苏联科学家尤里·丹尼苏克拍摄的。与此同时，美国密歇根大学雷达实验室的工作人员艾米特·利思和尤里斯·乌帕特尼克斯也发明了同样的技术。尼古拉斯·菲利普斯改进了光化学加工技术，以生产高质量的全息投影图片。全息投影可以分为如下若干类。透射全息投影，如利思和乌帕特尼克斯所发明的技术，这种技术通过向全息投影胶片照射激光，然后从另一个方向来观察重建的图像。后来经过改进，彩虹全息投影可以使用白色光来照明，以观察重建的图像。彩虹全息投影广泛的应用于诸如信用卡安全防伪和产品包装等领域。这些种类的彩虹全息投影通常在一个塑料胶片形成了表面浮雕图案，然后通过在背面镀上铝膜使光线透过胶片以重建图像。另一种常见的全息投影技术称为反射全息投影，或称为丹尼苏克全息投影。这种技术可以通过使用白色光源从和观察者相同的方向来照射胶片，通过反射来重建彩色的图像，以重建图像。镜面全息投影是一种通过控制镜面在二维表面上的运动来制造三维图像的相关技术。它通过控制反射光线或者折射光线来构造全息图像，而盖伯的全息投影是通过衍射光来重建波前的。促使全息投影在短短的一段时间内就蓬勃发展的关键原因是低成本的固体激光器的大规模生产，如DVD播放机和其他的一些常用设备中所使用的激光器。这些激光器对全息投影的发展也产生了极大的促进作用。这些廉价的体积又很小的固体激光器可以在某些条件下与最初用于全息投影的那些大型的昂贵的气体激光器相媲美，因此使得预算较低的研究者、艺术家甚至业余爱好者都可以参与到全息投影研究中来。2014年6月，美国加州的一家新创公司，正在研发三维全息投影芯片，最早2015年底之前，智能手机将具备三维投影的功能。研制出一个体积只有药片大小的三维全息投影仪，分辨率高达5000PPI，可以精确控制每一个光束的亮度、颜色，以及角度。只需要一个芯片，就可以投射出一个可以接受的三维全息图像，不过只要增加芯片数量，则可以投射出形状更加复杂的三维物体，细节更加详实，这一芯片和技术的研发还在初始阶段，第一款芯片，目的是全息投影二维图像，芯片在2015年的夏天交付给手机厂商。他们研制的第二款投影芯片，将可以实现全息三维投影，立体影像可以漂浮在空气中，看上去就像是一个真实存在的物体。第一款芯片推出几个月之后，第二款芯片也将开始进入生产制造。另外除了智能手机之外，该公司研发的三维全息投影芯片，还将进入到各种显示设备中，比如电视机、智能手表，甚至是“全息桌面”。届时，三维全息投影时代将真正到来。

3. 全息影像技术的研发背景

1947年，匈牙利人丹尼斯 盖博 (Dennis Gabor)在研究电子显微镜的过程中，提出了全息摄影术(Holography)这样一种全新的成像概念。全息术的成像利用了光的干涉原理，以条文形式记录物体发射的特定光波，并在特殊条件下使其重现，形成逼真的三维图像，这幅图像记录了物体的振幅、相位、亮度、外形分布等信息，所以称之为全息术，意为包含了全部信息。但在当时的条件下，全息图像的成像质量很差，只是采用水银灯记录全息信息，但由于水银灯的性能太差，无法分离同轴全息衍射波，因此大量的科学家花费了十年的时间却没有使这一技术有很大进展。 全息学（Holography）自20世纪60年代激光器问世后得到了迅速的发展。 1962 年，美国人雷斯和阿帕特尼克斯在基本全息术的基础上，将通信行业中“侧视雷达”理论应用在全息术上，发明了离轴全息技术，带动全息技术进入了全新的发展阶段。这一技术采用离轴光记录全息图像，然后利用离轴再现光得到三个空间相互分离的衍射分量，可以清晰的观察到所需的图像，有效克服了全息图成像质量差的问题。 1969年，本顿发明了彩虹全息术，能在白炽灯光下观察到明亮的立体成像。其基本特征是，在适当的位置加入一个一定宽度的狭缝，限制再现光波以降低像的色模糊，根据人眼水平排列的特性，牺牲垂直方向物体信息，保留水平方向物体信息，从而降低对光源的要求。彩虹全息术的发明，带动全息术进入了第三个发展阶段。 　传统全息技术采用卤化银等材料制成感光胶片，完成全息图像信。 定影等后期处理，整个制作过程非常繁息的记录，由于需要进行显影、琐。而现代的全息技术材质采用新型光敏介质，如光导热塑料、光折变晶体、光致聚合物等，不仅可以省去传统技术中的后期处理步骤，而且信息的容量和衍射率都比传统材料较高。 然而，采用感光胶片或新型光敏介质，都需要通过光波衍射重现记录的波前信息，肉眼直接观察再现结果，这样难以定量分析图像的精确度，无法形成精确的全息影像。 20 世纪 60 年代末期，古德曼和劳伦斯等人提出了新的全息概念———数字全息技术，开创了精确全息技术的时代。 1971 年，由于全息摄影术的发明，丹尼斯 盖博获得了诺贝尔奖。 20世纪80年代后，激光全息技术的迅速发展，成为一种异军突起的高新技术产业。在激光全息技术中，全息显示技术由于更接近于人们的日常生活而倍受关注。由于白光再现全息技术可在白昼自然环境中或在普通白光照射条件下观看物体的三维图像，一直研究全息技术的最新发展及运用，期待自身的努力使得全息显示技术得到了迅速的发展。 到了 90 年代，随着高分辨率CCD的出现，人们开始用 CCD 等光敏电子元件代替传统的感光胶片或新型光敏等介质记录全息图，并用数字方式通过电脑模拟光学衍射来呈现影像，使得全息图的记录和再现真正实现了数字化。

4. 全息摄影的研究简史

全息图（Hologram）是盖伯（Gabor）在1948年为改善电子显微镜像质所提出的，其意义在于完整的记录。盖伯的实验解决了全息术发明中的基本问题，即波前的记录和再现，但由于当时缺乏明亮的相干光源（激光器），全息图的成像质量很差。1962年随着激光器的问世，利思和乌帕特尼克斯(Leith and Upatnieks）在盖伯全息术的基础上引入载频的概念发明了离轴全息术，有效地克服了当时全息图成像质量差的主要问题---孪生像，三维物体显示成为当时全息术研究的热点，但这种成像科学远远超过了当时经济的发展，制作和观察这种全息图的代价是很昂贵的，全息术基本成了以高昂的经费来维持不切实际的幻想的代名词。1969年本顿（Benton）发明了彩虹全息术，掀起以白光显示为特征的全息三维显示新高潮。彩虹全息图是一种能实现白光显示的平面全息图，与丹尼苏克（Denisyuk）的反射全息图相比，除了能在普通白炽灯下观察到明亮的立体像外，还具有全息图处理工艺简单、易于复制等优点。

5. 全息影像的介绍

全息技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息，此即拍摄过程：被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作为参考光束射到全息底片上，和物光束叠加产生干涉，把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度，从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。

6. 全息影像技术是怎样的，它有着怎样的发展史？

全息技术：在科学上用干涉以及衍射相关方面的原理记录并且还原物体真实情况的一种三维图像方面的技术。
全息：顾名思义，字面理解就是全部信息的意思，用投影这种特殊的方法记录同时还原物体的光的信息。全息影像技术：又称虚拟成像技术亦或全息成像技术。原理：利用光波干涉对物体光波的各个方面的数据进行记录，同时，利用衍射原理对信息的展现功能，达到成像的。
全息影像技术从上世纪60得到迅速发展。全息影像技术：又称虚拟成像技术亦或全息成像技术， 利用光波干涉记录物体光波各个方面的数据，利用衍射原理再现信息。由于再现的信息保留了原有物体各个方面的信息，影像立体感较强，有着三维特性，相同的视觉效果，包括位置视差。由于光信息记录在全息影像中。任取一部分都能显示部分图像，使用多次曝光，记录多个状态下不同的图像，在不干扰的情况下显示。使用激光照射形成的全息影像还能放大或缩小。
人眼横向观察，角度有差异，经视并排，有6厘米的间隔，产生了三维立体感。根据原理，3D技术分为两种：利用人眼产生立体感；显示3D立体影像，如基立体成像。 
1947年，盖博在研究显微镜过程中，提出全息摄影术(Holography)的成像概念。利用光干涉，以记录特定光波，特殊条件下使其重现，形成三维图像，这幅图像记录了物体各个方面的数据，所以称之为全息术，包含全部信息。但成像质量差，采用水银灯记录，水银灯性能差，无法分离衍射波，花费十年的时间没有使进展。 
全息学从上世纪60年代激得到发展。
1962 年，雷斯和阿帕特尼克斯在基础上，将侧视雷达”理论应用，发明离轴全息技术，进入全新发展阶段。采用离轴光记录全息图像，然后得到衍射分量，清晰观察图像，克服成像质量差的问题。

7. 全息影像技术是怎样的，它又有着怎样的发展史？

全息影像技术：利用干涉以及衍射的原理来记录并还原物体真实图案的三维图像的一种技术。从上世纪40年代后期开始出现，到90年代逐渐完善。
“全息”就是“全部信息”，用投影记录并还原被拍物体的全部信息。这种技术又叫虚拟成像技术、全息成像，原理是利用光波干涉对光波的相位与振幅进行完整的记录，凭借衍射，对物体的散发的光波信息进行展现，然后达到成像。
1947年，盖博 在研究电子显微镜中，提出了全息影像技术这样的成像概念。成像利用了光干涉原理，以条文形式记录特定光波，使其重现，形成三维图像，图像记录了物体的振幅和相位以及亮度等多个方面的信息，所以称为全息术，包含全部信息。当时的条件下，成像质量很差，采用水银灯记录，由于水银灯性能太差，无法分离同轴全息衍射波，科学家花费十年左右的时间没有使全息影像技术有很大的改进。全息学从上世纪60年代激光器的问世后，得到了长足的发展。
1962 年，雷斯和阿帕特尼克斯在其基础上，将“侧视雷达”理论应用到此上面，发明了全新的离轴全息技术，全息技术由此进入发展阶段。这技术采用特殊的离轴光记录全息图像，然后利用再现光得到衍射分量，观察图像，克服成像质量差的问题。
1969年，本顿发明了彩虹全息术，在白炽灯下观察到成像。在适当位置加入宽度的狭缝，限制光波，降低色模糊，根据人眼特性，牺牲垂直信息，保留水平信息，降低光源的要求。这种技术的发明，全息术进入第三个时期的阶段。 　
传统的全息技术采用卤化银等制成感光胶片，完成图像以及定影后期处理的方式，制作过程非常复杂，需要进行显影和琐这两种过程。现代全息技术材质采用光敏介质，光导热塑料和光折变晶体等材料都是可纳用的范围，省去后期处理步骤，信息容量以及衍射率都较高。

8. 全息影像技术的技术原理

全息技术：利用干涉原理