Отличиефотографии от голограммы
Введение
Техникафотографирования и голографирования достигла высокого уровня, и их научное ипрактическое значение в настоящее время огромно. Возможность широкогоиспользования голограмм и различной голографической продукции, обусловленабольшими достижениями в науке и технологии, основными стадиями которых являютсясхемы регистрации голограмм, процессы и материалы записи голограмм-оригиналов испособы их тиражирования. Для наблюдения широкого класса голограмм можноиспользовать полихроматические маломощные источники света типа ламп накаливанияи ламп дневного света, что позволяет применять голограммы в изделиях бытового ирекламного назначения, таких как этикетки, значки, сувениры, иллюстрации вполиграфических изданиях, слайды для диапроекторов объемного изображения и др.
Историческаяаналогия
1. Этапом,способствующим массовому распространению фотографии, был переход к разделенномунегативно-позитивному процессу, позволявшему получать с фотопластинок конечноефотоизображение на бумаге, обладающей диффузным характером рассеяния иобеспечивающей комфортные условия наблюдения изображения. Аналогично визобразительной голографии при портретных съемках отдельно записываетсяоригинал-голограмма, а затем производится интерференционное копированиеголограмм.
2. Далее вфотографии был осуществлен переход к фиксации негативного изображения на пленкус последующим изменением масштаба изображения с помощью фотоувеличителя дляполучения позитивного отпечатка на фотобумаге. В этой части голографии ещепредстоит пройти свой путь, хотя запись голограмм на фотопленку уже неэкзотика.
3. Наконец,следующим этапом в становлении фотографии явился серийный выпуск пленочныхматериалов и фотоаппаратов, налаженный Дж. Истменом и организация его фирмой(Кодак) системы фотографического сервиса для массового потребителя. Именно этотэтап привел к созданию современной высокорентабельной системы фотографическогобизнеса. В области голографии рентабельное производство пока удалось создатьтолько для радужной голографии, но в части получения копий она скорее ближе потехнологии к полиграфии, чем к фотографии.
Даже такойбеглый анализ развития фотографии и голографии, показывает необходимостькомплексного подхода при создании рентабельного голографического бизнеса и,одновременно проясняет причины коммерческого неуспеха усилий отдельныхотечественных групп и лабораторий в этой области.
В технологииизготовления голограмм используются последние достижения оптики, квантовойрадиофизики, микроэлектроники, оптоэлектроники, химии и физики различных светочувствительныхматериалов, полиграфии и т.п. Высокая наукоемкость голографической технологиисоздает большие трудности при организации серийного производства и требуетзначительных капиталовложений. Тем не менее, судя по зарубежному опыту, этитрудности вполне преодолимы и конечная голографическая продукция имеетотносительно низкую стоимость, что способствует широкому использованиюголограмм и обеспечивает хорошую рентабельность производства в целом.Необходимо также учитывать, что развитие голографии как области оптики ещедалеко от завершения и постоянно возникающие новые результаты позволятрасширять производство как по ассортименту, так и по качеству.
На рубежевеков изобразительная голография достигла высокого технического совершенства.Образцы голограмм производят, как правило, неизгладимое впечатление назрителей. Но, тем не менее, она еще не стала массовой и, тем более, не являетсячастью художественной культуры общества. В развитии изобразительной голографиинаблюдается глубокая аналогия с историческим ходом совершенствованияхудожественной фотографии. Известно, что первым массовым фотопроцессом быладагеротипия, позволявшая получать на поверхности металлической пластинкифотоизображения, наблюдаемые под ограниченным углом зрения и при специальныхусловиях освещения. Современные изобразительные голограммы, получаемые посхемам Ю.Н. Денисюка или С. Бентона, также требуют специальных источниковосвещения и фиксированного направления наблюдения. С физической точки зренияголография является развитием липпмановского способа цветной фотографии, гдекодирование цвета осуществлялось за счет формирования объемныхинтерференционных структур в фотоэмульсии.
Почему мывидим фотографию плоской, а голограмму — объёмной?
Сначалаопределим, каким образом мы ощущаем объём. Каждая точка предмета отражает светво все стороны, поэтому мы можем видеть её, а также и весь предмет с разныхсторон. Левый глаз видит предмет с более левого ракурса, а правый — с болееправого. Два изображения с разных ракурсов от каждого глаза обрабатываютсямозгом и он нам дает ощущение объёма предмета. Закройте один глаз, и вы увидитепредмет плоским; теперь об объёме предметов можно догадаться лишь по вторичнымпризнакам — падающим теням и тому, как мы фокусируем хрусталик глаза на то илииное расстояние.
Теперьподумаем, как предмет оказывается на фотографии. На фотоплёнку с помощью линзыфокусируется световой фронт, рассеиваемый предметом (каждой его точкой).Замечу, что точно также хрусталик глаза фокусирует рассеиваемый световой фронтна глазное дно. После фокусировки рассеянный световой фронт превращается внаправленный. То есть световые лучи, идущие от каждой точки предмета во всестороны, теперь идут только в одном направлении — каждый на свою точкуфотоплёнки. На фотопленке появляется световой рисунок, в котором мы узнаемизображение предмета. Рисунок фиксируется фоточувствительным слоем пленки, итеперь его можно спроецировать на фотобумагу и зафиксировать на ней. Каждыйглаз, смотрящий на фотографию получит одну и ту же картинку, и мозг нам выдаст,что предмет плоский./>
Почему жеголограмма даёт нам ощущение объёма? Потому что она полностью моделируетпадающий на неё при записи световой фронт, рассеиваемый предметом. Каждая точкаголограммы запоминает все попадающие на неё лучи, рассеиваемые всеми точкамипредмета (а не только сфокусированные, как при обычной фотосъёмке), которыепотом и воспроизводятся ею. При определённой подсветке голограммы за счётявления дифракции возобновляется весь световой фронт, шедший от предмета и уженичем от него не отличается. А раз световые фронты теперь совпадают, то каждыйглаз снова видит изображение с разных ракурсов./>
В отличие отфотографий, записанная голограмма позволяет воспроизвести абсолютно точнуюкопию волны, рассеянной объектом — эта волна при записи голограммы называетсяобъектной или рабочей. При этом сохраняется не только информация об амплитудекаждой точки падающего на пластику волнового фронта (распределении освещенностипо объекту), но и сведения о распределении фазы в нем (то есть о расстоянии откаждой точки объекта до плоскости регистрации). В результате сохраняется (и ееможно в любой момент воспроизвести!) абсолютно вся информация, которую мыполучаем видя этот объект при его жизни.
фотография голограмма объемность оптический
Свойстваголограмм
Голографическоеизображение отличается от фотографии не только своей объемностью, но и ещенесколькими важными свойствами.
1. Полнота записиинформации. На носителе в принципе записывается вся информация опространственной структуре объекта, его спектральных (цветовых) свойствах и овременной динамике изменения объекта. Таким образом, голограмма позволяеттеоретически записать всю информацию, которой пользуется зрительный анализаторчеловека для ориентации в окружающей среде.
2. Голографическоеизображение можно увеличить на стадии восстановления. Когда голограммузаписывают параллельным световым пучком, а восстанавливают расходящимся,изображение увеличивается пропорционально углу расхождения (геометрическийкоэффициент увеличения kг). Если запись ведется излучениемдлиной волны λ1, а восстановление – кратной ему λ2 >λ1, изображение станет больше в k = λ2/λ1раз (волновой коэффициент увеличения kв). Полное увеличениеравно произведению обоих коэффициентов; например, для рентгеновского микроскопа(λ1 = 10–2 мкм, λ2 = 0,5 мкм) с kг= 200 полное увеличение k = 106.
3. Если на однупластинку записать несколько голограмм, используя разные, но не кратные, длиныволн, все они могут быть считаны независимо при помощи лазеров ссоответствующим излучением. Таким же образом можно записать и полноцветноеизображение.
4. Голограмму можнорассчитать и нарисовать при помощи компьютера и даже вручную. Так, зоннуюпластинку Френеля нетрудно начертить, получив простейшую голограмму однойточки, но чем сложнее объект, тем более запутанной становится такаяискусственная голограмма.
5. Распределенностьзаписи. В любую точку плоской голограммы «по Габору» попадает свет, отраженныйот всех точек предмета. Голограмму можно разбить на несколько кусков, и каждыйбудет полностью воспроизводить первоначальное изображение. Каждая малая частьголограммы содержит информацию о комплексе пространственно — цветовыхпараметров всего объекта. При этом, чем большая часть голограммы используетсядля реконструкции объекта, тем точнее (детальнее) он восстанавливается.Следовательно, каждый малый кусочек голограммы содержит нечеткое представлениеобо всем объекте в целом.Отпечаток голограммы, где черные полосы стали прозрачнымии наоборот, дает то же изображение, что исходная голограмма. Ни фотография, ниголограмма «по Денисюку» таким свойством не обладает.
6. Эквивалентностьголограммы и объекта. Согласно современному естествознанию объекты проявляютсяв мире через их взаимодействие в виде различных полей. Если воспроизвести вдинамике весь комплекс полей, рассеянных объектом, то для стороннегонаблюдателя возникший образ будет неотличим от самого объекта, то естьвозникает как бы материальная копия объекта. Это копия будет тем более точна,чем полнее записывается и используется при воспроизведении голограммы весьобъем рассеянного объектом излучения. Принцип, что голограмма в пределеэквивалентна или является материальной копией объекта, был сформулирован впервых работах Ю.Н. Денисюка [1963 г.].
В отличие отфотографий и стереограмм голограмма способна воспроизвести абсолютно точнуюкопию волны, рассеянной объектом, за счет чего и достигается стопроцентнаясохранность информации. Фотография, как известно, создает лишь плоское,двухмерное изображение, голограмма же может воспроизводить точную трехмернуюкопию изображаемого. Исключением являются разве что источники света, например,электрическая лампа: ее на голограмме не видно — а все потому, что снимаемыйобъект должен быть освещен лазерным светом, ибо только он один и фиксируется наголограмме.
Еще одномаленькое неудобство — в отличие от фотографий и картин для созерцанияголографических чудес необходим опять-таки источник света (все та же лампа), впротивном случае нашим глазам предстает размытое изображение.
Голографическоеизображение обладает удивительной реалистичностью и зачастую неотличимо отреального объекта. На голограммах очень хорошо смотрятся рельефные вещи. Оченьхорошо передается фактура всех фрагментов таких экспонатов, как иконы. Квопросу о динамическом диапазоне голограммы и фотографии. Фотография, ксожалению, не хочет иллюстрировать высокую яркость блестящих зон металлическойстатуэтки. На реальной голограмме этот блеск очень яркий. Но что интересно — прирассмотрении этой фотографии возникает полное впечатление, что на ней снятреальный металлический объект, а не его световая иллюзия. Реалистичностьдополняется невозможным в фотографии и даже в живописи диапазоном яркости.Фотограф и художник ограничены в своих экспериментах с яркостью — ничего болееяркого, чем незакрашенный лист бумаги, они позволить себе не могут. Наголографическом изображении яркие места формируются за счет света, приходящегосо всей поверхности голограммы. Перенаправлением света с темных участковдостигается удивительная реальность передачи водяных капель, стеклышек и прочихпрозрачных предметов, в реальности наделенных большим динамическим диапазономяркости. И те приемы, что даются фотохудожникам и живописцам ценой большогоопыта и изрядного мастерства, голограмма фиксирует без малейших искажений.Также особенно удаются голографические изображения прозрачных объектов. Кпримеру, через голограмму линзы можно просматривать увеличенное изображениерасположенных за ней объектов.
Наиболееширокое применение голография находит в науке и технике. Голографическимиметодами контролируют точность изготовления изделий сложной формы, исследуют ихдеформации и вибрации. Для этого деталь, подлежащую контролю, облучают светомлазера, и отраженный свет пропускают сквозь голограмму эталонного образца. Приотклонении размеров от эталонных, искажении формы и появлении поверхностныхнапряжений возникают полосы интерференции, число и расположение которыххарактеризует степень отличия изделия от образца или величину деформаций.Аналогичным образом исследуют обтекание тел потоками жидкости и газа:голограммы позволяют не только увидеть в них вихри и области уплотнений, но иоценить их интенсивность.
Голографическимиметодами можно распознавать образы, т.е. искать объекты, идентичные заданному,среди множества других, похожих на него. Такими объектами могут бытьгеометрические фигуры, фотографии людей, буквы или слова, отпечатки пальцев ит.д. На пути лазерного луча устанавливают сначала кадр, на котором может находитьсяискомый объект, а за ним – голограмму этого объекта. Появление яркого пятна навыходе говорит, что объект в кадре присутствует. Такая оптическая фильтрацияможет производиться автоматически и с большой скоростью.
Объемныеголограммы или голограммы Денисюка широко используются в музейных выставкахэкспонатов, представляющих историческую или культурную ценность, хищение илипорча которых могли бы стать невосполнимой утратой. Такие голограммы реальнопередают не только объем экспоната, но и его цвет, создавая полную зрительнуюиллюзию оригинала. Как уже отмечалось, эти голограммы можно рассматривать внекогерентном свете и дополнительного лазерного освещения музейных экспозицийне требуется.
Свойствафотографии
Техника фотографированиядостигла высокого уровня, и научное и практическое значение фотографии внастоящее время огромно. Нет сомнения в том, что она сохранит свое значение и вбудущем как превосходное и простое средство регистрации важнейшей информации,доступной оптическим методам наблюдения.
Для полученияфотографии какого-либо несамосветящегося объекта его освещают и, используяоптическую систему (объектив, сферическое зеркало), формируют действительноеизображение предмета на фотопластинке (пленке), которую затем проявляют ификсируют.
Однако, несмотря навысокое развитие инструментальной оптики и фотографической техники, возможностифотографии в некоторых отношениях ограничены. Рассмотрим вкратце ограничения,присущие этому традиционному методу записи оптической информации:
1. Для полученияизображения объекта на экране или на фотопластинке необходима оптическаясистема.
2. Оптическаясистема формирует изображение трехмерного объекта на плоском экране илифотопластинке, причем в оптимальных условиях при этом находятся только те точкиобъекта, которые лежат в одной определённой плоскости, перпендикулярной коптической оси системы.
3. Полученное наэкране или фотопластинке изображение не дает возможности обозреть объект сразличных сторон, как это происходит при непосредственном его наблюдении.Другими словами, при фотографической регистрации утрачивается объемностьобъекта.
4. На каждом участкеповерхности фотопластинки фиксируется информация лишь об определенной деталиобъекта, поэтому с помощью части негатива нельзя наблюдать полное изображениепредмета.
5. На этом негативенецелесообразно фиксировать изображения нескольких объектов, если этиизображения перекрываются: информация об одном объекте помешает восприятиюинформации о другом объекте.
Вывод
Беглый анализразвития фотографии и голографии, показывает необходимость комплексного подходапри создании рентабельного голографического бизнеса и, одновременно проясняетпричины коммерческого неуспеха усилий отдельных отечественных групп илабораторий в этой области. Значимость голографии не ограничивается областью еепрактического приложения. Важнейшее значение голографии заключается ввозникновении и развитии идей принципиально новых, в изучении явлений, которыев природе, как правило, не встречаются. Голография — это мир, от начала и доконца созданный человеческим разумом и яркое подтверждение его неограниченныхвозможностей. С физической точки зрения голография является развитиемлиппмановского способа цветной фотографии, где кодирование цвета осуществлялосьза счет формирования объемных интерференционных структур в фотоэмульсии. Дляразвития методов изобразительной голографии необходимо решать целый комплекснаучно-технологических проблем, тем не менее, ключевыми все-таки остаютсяпроблемы организационно-финансовые и художественные. До тех пор покаголографические средства не начнут использоваться реально в искусстве и дизайнеи не появятся организаторы голографического бизнеса масштаба Дж. Истмена, врядли следует ожидать дальнейших больших успехов в этой области.
Список литературы
· Трофимова Т. И.Курс физики: Учеб. Пособие для вузов.- 6-е изд., стер. – М.: Высшая школа.,2000.-542с.: ил.
· http://nature.web.ru/
· Элементарныйучебник физики: учебное пособие. В 3-х т./Под редакцией Г. С. Ландсберга. Т. III. Колебания и волны. Оптика. Атомнаяи ядерная физика. – 10-е изд., перераб.- М.: Наука., 1986.-656с.
· Демидов В.Е.Пойманное пространство. М., «Знание», 1982
· Пирожников Л.Б.Что такое голография? М., «Московский рабочий», 1983
· Ландсберг Г. С«Общий курс физики: оптика.» — М: «Наука.»,1976 г.