211service.com
Praktisk holografisk video
Tyranniet med tvådimensionella dator- och TV-skärmar kan snart vara över. Ett team av MIT-forskare har föreslagit ett sätt att göra ett holografiskt videosystem som fungerar med datorhårdvara för konsumenter, till exempel datorer med grafikkort och spelkonsoler. Skärmen, säger forskarna, kommer att vara tillräckligt liten för att lägga till ett underhållningscenter, ge lika bra upplösning som en vanlig analog tv och kosta bara ett par hundra dollar.
Praktisk holografi: Modulatorn omvandlar en videosignal (från den svarta kabeln i botten) till en vibration. När laserljus passerar genom modulatorn, ändrar vibrationerna ljusets ljusstyrka och frekvens. Det förändrade ljuset lyser sedan på en skärm, och de varierande intensiteterna och frekvenserna skapar ett tredimensionellt hologram.
En holografisk videoskärm kan ge ett annat sätt att se medicinska bilder som MRI och CT-skanningar, såväl som uppsättningar av komplexa, flerdimensionella data och design för möbler och bilar, säger V. Michael Bove Jr ., chef för konsumentelektronikprogrammet, CELab, vid MIT. Och systemet skulle vara en naturlig passform för att visa videospel och virtuella världar. De flesta spel har nu sofistikerade tredimensionella modeller som sitter djupt i deras mjukvara, men du ser dem inte eftersom [bilderna] återges som en tvådimensionell bild, säger Bove.
Det nya systemet, kallat Mark III, är den tredje generationen (efter Mark I och Mark II) av MIT-designade holografiska videoskärmar som går tillbaka till slutet av 1980-talet. Dessa tidigare system var högljudda, petiga, krävde specialiserad datorhårdvara för att generera en videosignal och var en allmän smärta i nacken att arbeta med, säger Bove. För några år sedan undrade han om han kunde förvandla ett laboratoriebaserat holografiskt displaysystem som kostade tiotusentals dollar till en prisvärd konsumentprodukt.
Således har Bove och hans team utvecklat Mark III – som förväntas vara färdigt inom ett par månader – som är baserat på de tidigare systemen men har tre stora skillnader. För det första, förklarar Bove, behandlar det nya systemet tredimensionella bilder på en vanlig grafikprocessor snarare än på specialiserad hårdvara. Det visar sig, säger han, att grafikkorten som finns i avancerade datorer och spelkonsoler passar bra för den typ av bildbehandling som krävs för att skapa ett hologram. För det andra har hans team gjort om en gadget som kallas en akusto-optisk modulator, som vanligtvis finns i telekommunikationssystem, för att rikta ljus från lasrar för att bilda hologrammet. Den nya modulatorn har en högre bandbredd, vilket ger ett högupplöst hologram, och är billigare än de som används i Mark II. För det tredje har forskarna eliminerat några av de klumpiga optiska komponenterna som gjorde Marks I och II lika stora som ett matbord.
För att skapa en holografisk video, säger Bove, producerar programvaran en tredimensionell realtidsmodell av objekten i en scen. Så, för en MRT av ett bankande hjärta, använder programvaran en samling siffror som beskriver positionen för alla punkter på hjärtats yta, i alla tre dimensioner. Med en sådan modell på plats beräknar programvaran hur lasrar behöver projicera ljuset för att skapa ett hologram. I huvudsak skapar programvaran en ritning för lasrarna att följa som består av grunden för alla hologram: ett diffraktionsmönster, som uppstår när ljusvågor interfererar med varandra.
För ett hologram som består av en enda färg beräknas bara ett diffraktionsmönster, säger Bove, men för att skapa en fullfärgsbild måste tre olika mönster skapas, ett för var och en av de additiva primärfärgerna: röd, blå och grön. Beräkningen består av att rendera en tredimensionell modell, generera diffraktionsmönstren och producera en videosignal, vilket allt kan göras med hjälp av hårdvara från hyllan.
Sedan, säger Bove, skickas den holografiska videosignalen in i en ljusmodulator, som består av en vågledare – gjord av ett material som kallas litiumniobat – där ljus färdas, täckt av ett piezoelektriskt material som omvandlar videosignalen till vibrationer. Videosignalen ändrar formen på det piezoelektriska materialet, vilket ändrar egenskaperna hos ljuset som rör sig genom vågledaren. Den emitterade ljusvågen är alltså sammansatt av olika intensiteter och frekvenser som, när de projiceras på en dimmig glasbit, återskapar en tredimensionell scen. Eftersom denna nya modulator kan avge ljus i vertikal riktning såväl som i horisontell riktning, kan den också hjälpa till att eliminera vissa speglar och linser som gjorde tidigare generationer av skärmar skrymmande.
Medan projektet är i sitt slutskede, har det potential att hjälpa till att göra holografisk video mer tillgänglig. Jag är fascinerad av möjligheterna som [forskarna] visar, säger Harold Garner , professor i biokemi och internmedicin vid University of Texas Southwestern Medical Center i Dallas. Garner har utvecklat ett holografiskt system för att titta specifikt på medicinska bilder som MRI. Jag ser verkligen fram emot en riktig enhetsdemonstration.
Medan hans expertis är inom holografiska bilder för medicin, tror Garner att människor kommer att börja kräva mer än bara högupplösta skärmar från sina tv-apparater och datorskärmar, och så småningom kommer de också att vilja ha tredimensionella videor. Det är bara en tidsfråga, säger han. Men det som gör det utmanande, tillägger Garner, är att konsumenterna efterfrågar större och ljusare bilder, och forskare är långt ifrån att leverera 60-tums högupplösta hologram. På grund av konsumenternas smak kan du behöva välja och vraka de kommersiella tillämpningarna för denna teknik, säger Garner.
Bove och hans team har för närvarande en fjärde generation av system uppradade, som kommer att kunna visa en bild lika stor som en stationär PC-skärm; däremot är det nuvarande systemets displayer bara ungefär lika stora som en Rubiks kub. Dessutom kan den nuvarande displayen bara göra monokromatiska hologram, men den fjärde generationen kommer att ha ett komplett utbud av färger, säger Bove.