全息投影技術(shù)并不神秘，一文保你快速讀懂

    近日，傳聞稱蘋果下一代iPhoneXI將新增全息投影技術(shù)，應(yīng)用場景就是在每次解鎖的時候，你會看到另外一個自己，技術(shù)實現(xiàn)是3D全息圖與面部識別相關(guān)聯(lián)，當(dāng)你的臉被掃描時，它會通過3D投影實時顯示。這看似很炫，不過實用價值似乎不高。小編認(rèn)為，如果iPhoneXI搭載了全息投影技術(shù)，僅僅是解鎖瞬間的酷炫，這項技術(shù)是不能為iPhone帶來有效附加值的。

    那么，本文小編就帶大家來看看全息投影這項黑科技。

    我先從應(yīng)用說起吧。

    大家對初音未來都不陌生吧，對，就是那個紅米的“代言人”。

    初音未來是世界上第一個使用全息投影技術(shù)舉辦演唱會的虛擬偶像——透明膜全息投影，附著于玻璃來展示。盡管當(dāng)時的技術(shù)還不足夠成熟，但從2D到3D的效果轉(zhuǎn)變狠狠的沖擊著一眾宅男們的神經(jīng)元。因此我們現(xiàn)在會經(jīng)常看到全息3D投影這個詞。

    初音之后，全息投影變成了舞臺上常用的黑科技之一。不僅可以產(chǎn)生立體的空中幻像，還可以使幻像與表演者產(chǎn)生互動，一起完成表演，產(chǎn)生令人震撼的演出效果。比如2013年周杰倫“摩天輪”演唱會上，就將鄧麗君“復(fù)活”了，與周杰倫隔空對唱了《你怎么說》等歌曲；2015年春晚，李宇春演唱《蜀繡》就采用全息投影技術(shù)對李宇春進行了 “分身術(shù)”。

    大家習(xí)慣了用“全息”稱這項技術(shù)，但若細(xì)究，這些舞臺上的幻化影像可以勉強稱作“全息投影”但堅決不能稱作“全息影像”。

    你可能會問，為什么下這個定論，下面小編就帶你刨根問底“全息”技術(shù)。

    全息技術(shù)原理

    全息影像技術(shù)也稱虛擬成像技術(shù)，是利用干涉和衍射原理記錄并再現(xiàn)物體真實三維圖像的技術(shù)。

    干涉原理：

衍射原理：

實現(xiàn)過程分為兩個步驟：

    第一步：拍攝，形成全息圖

    利用干涉原理記錄物體光波信息，即拍攝過程。被攝物體在激光輻照下形成漫射式的物光束；另一部分激光作為參考光束射到全息底片上，和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點的位相和振幅轉(zhuǎn)換成在空間上變化的強度，從而利用干涉條紋間的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄下來。

    記錄著干涉條紋的底片經(jīng)過顯影、定影等處理程序后，便成為一張全息圖，或稱全息照片。

    第二步：成像

    利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息，即成像過程。全息圖猶如一個復(fù)雜的光柵，在相干激光照射下，一張正弦型全息圖的衍射光波可給出兩個象，即原始象和共軛象。再現(xiàn)的圖像立體感強，具有真實的視覺效應(yīng)。

    全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息，故原則上它的每一部分都能再現(xiàn)原物的整個圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像，而且能互不干擾地分別顯示出來。

    看完這冗長的原理后，也許我們還不能很好的理解，為什以上場景的應(yīng)用被“真正”兩字拒之門外。目前，市場的“全息”技術(shù)可分為如下幾類：

    偽全息

    類全息平面投影是近年來廣為流傳的一種借用全息概念的偽立體展示方式，其實際上是一種平面投影。

    我們見到的全息投影大多數(shù)只是一種平面投影，畫面是被投影在一個透明屏幕上的，所以這與360度、270度、180度，都不咋沾邊。

    那么就來說說以上應(yīng)用案例為啥都是“偽全息”。

    初音未來使用KIMOTO的DILAD Screen，如下是原理。

    春晚舞臺上大多使用的是薄膜投射反射。它的真名叫做——佩伯爾幻像，是一種很巧妙的光學(xué)錯覺技術(shù)，燈光照射在真實表演者身上，透過玻璃映射在舞臺上的特定區(qū)域就形成了上圖中的虛擬影像，也就是反射的原理。如今借助CG技術(shù)和高亮度燈光之后，佩珀爾幻象表演已栩栩如生。

    相信大家已經(jīng)在以上投影方式中找到了共同點，那就是固定的“屏幕”，那么屏幕動起來，會不會帶來更好的3D感呢？

    別說，還真有旋轉(zhuǎn)屏幕投影。

    南加利福尼亞大學(xué)研究了360º Light Field Display，即高速投影機投影到旋轉(zhuǎn)的屏幕上，計算機算好每個角度應(yīng)該顯示的物體的樣子，然后在中央設(shè)置一個高速旋轉(zhuǎn)的鏡子，將光反射出去。這樣保證了在任何角度（除了俯視或仰視）觀察，都會看到物體真實的樣子，仿佛一個真實物體懸在半空中。號稱偽裝最好的“偽全息”技術(shù)。

無論怎么說，這些應(yīng)用場景都沒脫離投影“介質(zhì)”。

    主觀感知的全息

    在AR領(lǐng)域，人們同樣追求還原虛擬物體的三維信息，讓AR虛像盡可能栩栩如生。但是，目前的AR顯示技術(shù)還無法實現(xiàn)全部還原物體的光信息。因此，多是通過雙目視差與3D實時渲染的技術(shù)，使用戶感知到立體的圖像，被定義為主觀感知的全息。

    狹義全息

    記錄和還原三維物體全部光信息。

    全息技術(shù)簡史

    經(jīng)過這么多年的發(fā)展，為何真正的全息投影離我們還是那么遙遠(yuǎn)？

    下面我們就從全息投影發(fā)展說起。

    第一階段：概念提出

    1947年，英國人丹尼斯•伽柏在研究電子顯微鏡的過程中，提出了全息攝影術(shù)這樣一種全新的成像概念，并獲得了諾貝爾獎。

    這幅圖像記錄了物體的振幅、相位、亮度、外形分布等信息，稱為全息術(shù)，即包含了全部信息。

    但在當(dāng)時的條件下，全息圖像的成像質(zhì)量很差，只是采用水銀燈記錄全息信息，由于水銀燈無法分離同軸全息衍射波，因此，十年后，這項技術(shù)依然處于停步不前的狀態(tài)。

    第二階段：離軸全息技術(shù)

    1960年，激光器發(fā)明給全息術(shù)帶來了福音。全息投影利用了光的衍射和干涉等性質(zhì)，所以需要相干性很強的光源——這正是激光的特性。不過，激光投影意味著物體只能以單色顯示。

    1962年，蘇聯(lián)科學(xué)家拍攝了第一張記錄了三維物體的光學(xué)全息照片。同年，美國人雷斯和阿帕特尼克斯將通信行業(yè)中“側(cè)視雷達(dá)”理論應(yīng)用在全息術(shù)上，發(fā)明了離軸全息技術(shù)。因此全息術(shù)進入新的發(fā)展階段。

    這一技術(shù)采用離軸光記錄全息圖像，然后利用離軸再現(xiàn)光得到三個空間相互分離的衍射分量，可以清晰的觀察到所需的圖像，克服了全息圖成像質(zhì)量差的問題。

    第三階段：彩虹全息術(shù)

    1969年，本頓發(fā)明了彩虹全息術(shù)，能在白熾燈光下觀察到明亮的立體成像，帶動全息術(shù)進入了第三個發(fā)展階段。

    第四階段：數(shù)字全息技術(shù)

    20世紀(jì)60年代末期，古德曼和勞倫斯等人提出了新的全息概念，即數(shù)字全息技術(shù)，開創(chuàng)了精確全息技術(shù)的時代。

    90年代，隨著高分辨率CCD的出現(xiàn)，人們開始用CCD等光敏電子元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的感光膠片或新型光敏等介質(zhì)記錄全息圖，并用數(shù)字方式通過電腦模擬光學(xué)衍射來呈現(xiàn)影像，使得全息圖的記錄和再現(xiàn)真正實現(xiàn)了數(shù)字化。

    數(shù)字全息技術(shù)是計算機技術(shù)、全息技術(shù)和電子成像技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。

    第五階段：全息膜技術(shù)

    2001年，德國的科學(xué)家首次研發(fā)成功全息膜技術(shù)，是的我們離真正的全息投影技術(shù)又進了一步。

    全息影像真正的介質(zhì)

    現(xiàn)在要劃重點了，各位要認(rèn)真讀下面這段文字了。

    真正的全息影像或者全息投影可以從地平線上的空氣中就能顯示出來影像，而且觀看角度可以隨意變換，體驗者能夠從三維立體的畫面之中穿梭自如。

    也就是說，以空氣為介質(zhì)的“真全息”還躺在實驗室難產(chǎn)。

    全息技術(shù)與AR擦出什么火花

    我們先不糾結(jié)“真”與“假”的問題，全息影像還在發(fā)展的路上，我們相信最終的額形態(tài)終究會到來。那么，就來說說小編看到全息投影的一大發(fā)展趨勢吧。

    在AR應(yīng)用中，全息技術(shù)也是一大熱詞。AR創(chuàng)作出在真實空間內(nèi)并不存在的事物，這與全息投影似乎能有很多結(jié)合點。

    2017年微軟推出了一款 HoloLensAR 全息眼鏡，這臺設(shè)備能將3D全息影像植入到我們的現(xiàn)實世界。沃爾沃正在使用HoloLens做著不同以往的汽車設(shè)計，NASA正在使用HoloLens讓科學(xué)家們探索不同星球。

    近日，Digi-Capital發(fā)布的報告顯示，AR（包括移動AR、智能眼鏡）可以在5年內(nèi)達(dá)到35億的裝機量，有望達(dá)到850億-900億美元市場規(guī)模。

我們相信，隨著AR的發(fā)展，全息技術(shù)會得以進一步應(yīng)用。

    全息投影手機是否是未來趨勢呢？

    2017年7月，攝像機制造商RED宣布其開發(fā)出一款搭載有全系投影技術(shù)的智能手機Hydrogen One，用戶不用佩戴眼鏡或者頭盔就可以享受3D視覺體驗。手機預(yù)計會在2018年第一季度完成發(fā)貨，高端版本的售價為1595美元，低端版本為1195美元，其目標(biāo)用戶不是普通大眾消費者，而是相機發(fā)燒友。

我們也相信，如果全息技術(shù)能在手機實現(xiàn)更多好玩的應(yīng)用，這將成為手機賣點之一。