Čo je to holografia ?
Zdá sa vám 3D televízia s okuliarmi mierne uletená a technológie využívajúce paralax bariéru zas obmedzujúce? Ešte stále to nie je obraz naozajstného trojrozmerného sveta, všakže? Technológia, ktorá to dokáže majstrovsky, je však známa už viac ako pol storočia.
Aj ten najlepší súčasný 3D televízor či obraz v trojdimenzionálnom kine poskytuje len nedokonalú ilúziu reálneho sveta. Vo všetkých prípadoch stereoskopického zobrazenia ide totiž o pohľad statického pozorovateľa. Zobrazené objekty nemôžeme obísť a pozrieť si ich zozadu, ani zboku, nahliadnuť, čo je za nimi. Takáto informácia v dnešnej stereoskopii chýba. Bude to v budúcnosti inak? Autori sci-fi tvrdia, že áno a nevychádzajú len z fantázie. Slávny Isaac Asimov, autor mnohých diel, okrem iného s námetom robotiky, už v roku 1957 vo svojom kriminálnom sci-fi románe Vo vesmíre niekto vraždí (orig. The Naked Sun) opísal spoločnosť, kde sa ľudia stýkali takmer výlučne vďaka trojdimenzionálnej videokomunikácii v podobe rozšírenej reality. Partnera, s ktorým komunikujete, môžete v takomto prípade nielen vidieť priestorovo, ale máte dojem, že sa nachádza s vami v miestnosti.
3D NIE JE 3D
Trojrozmerný obraz nezávisí od uhla pohľadu, aspoň nie v tom zmysle, ako pri autostereoskopických planárnych 3D televízoroch. Pri zmene pozorovacieho uhla holografického obrazu sa mení aj obraz tak, ako pri reálnom pozorovaní. Sledovaný objekt si môžeme pozrieť zo všetkých strán ako sochu, teda v prípade potreby aj zhora alebo zdola. Predstavme si scénu v kine, alebo pri sledovaní TV v podobe, kde sme priamo vtiahnutí doprostred deja. Aby sme obsiahli celý obraz diania, musíme sa obzerať aj dozadu… Trochu nepraktické, trochu šialené a mimoriadne náročné na dátový tok a na realizáciu, ale žiadne sci-fi. Takáto technológia už roky reálne existuje (aj keď nie v podobe televízie) a svojim spôsobom sa s ňou stretávame denne. Volá sa holografia. Aj keď hologramy, ktoré sa používajú napr. na eurobankovkách, ale aj na mnohých iných chránených listinách a tovaroch, nie sú tými hologramami, o ktorých je tu reč. Na ich zobrazenie totiž nepotrebujeme koherentné svetlo.
CELÝ VESMÍR
Názov holografia vznikol z gréckych slov „holos“=celý, úplný a „grafein“=písať, znamená teda „úplný záznam“. Vyjadruje skutočnosť, že hologram obsahuje kompletnú informáciu o obraze originálu, a čo je mimoriadne zaujímavé, túto kompletnú informáciu obsahuje každý, aj najmenší fragment hologramu. Inak povedané, informácia o detailoch je zaznamenaná v celom objeme hologramu. Niektorí fyzici sa domnievajú, že aj náš vesmír sa do značnej miery chová ako hologram. S myšlienkou, že by vesmír mohol fungovať ako hologram, prišli už začiatkom 90. rokov 20. storočia fyzici Leonard Susskind (jeden z tvorcov teórie strún) a nositeľ Nobelovej ceny Gerard ‚t Hooft, pričom vychádzali z teórií o čiernych dierach, ktoré v 70-tych rokoch publikovali Stephen Hawking a Jacob Bekenstein. V súčasnosti sa nemeckým vedcom z laboratória GEO 600 pri (neúspešnom) hľadaní dôkazu o existencii gravitačných vĺn zrejme podaril „vedľajší produkt“, dôkaz o existencii vesmírneho hologramu. Prípadné potvrdenie hypotézy reprezentuje (ortodoxní vedci snáď odpustia) aj ezoterický princíp „ako hore, tak aj dole“. Zákony mikrosveta (kvantová fyzika elementárnych častíc), ktoré v našom makrosvete zdanlivo neplatia, by sa mohli istým spôsobom opäť uplatňovať na úrovni megasveta, teda vesmíru a možno nielen v oblasti čiernych dier. Ale to sa už dostávame na hypotetickú pôdu vedeckých špekulácií, ktoré mali vždy blízko nielen k filozofii, ale aj ku sci-fi.
Princíp holografie objavil už v roku 1947 britský fyzik maďarského pôvodu Dennis Gabor (1900-1979, pôvodným menom Gábor Dénes), ktorý za svoj prínos dostal v roku 1971 Nobelovu cenu za fyziku. K objavu došlo paradoxne náhodou pri riešení lepšieho zobrazovania elektrónových mikroskopov. Holografia sa však stala realitou až po skonštruovaní prvého lasera v roku 1960. Tento spôsob zobrazenia totiž potrebuje zdroj bodového, monochromatického a zároveň koherentného svetla (všetky lúče vo zväzku majú rovnakú vlnovú dĺžku aj rovnakú fázu), ktorým je práve laser.
AKO TO FUNGUJE?
Pri zázname hologramu sa laserový lúč na polopriepustnom zrkadle rozdelí na dva zväzky. Prvý z nich, signálny, je modulovaný vlastnosťami zobrazovaného/snímaného objektu a informácie o ňom sú obsiahnuté v amplitúde aj fáze tohto lúča. Druhý, tzv. referenčný zväzok, je pomocný.
Dáta, ktoré majú byť zaznamenané, sa nakódujú na signálny zväzok pomocou priestorového svetelného modulátora (Spatial Light Modulator – SLM), obidva zväzky interferujú a takto vytvorený interferenčný obraz tvorený svetlými a tmavými prúžkami sa zapíše na záznamové médium. Výsledný získaný záznam obrazu sa nazýva hologram.
Čítanie holografického záznamu je založené na ohybe čítacej vlnoplochy na zázname interferenčného poľa. Ak je záznam ožiarený koherentným svetlom, tzv. rekonštrukčným zväzkom za rovnakých podmienok, za akých vznikol (z hľadiska smeru a tvaru vlny), vytvorí sa aj druhý zväzok a pôvodný 3D obraz. Jedna vec je však rekonštruovať holografický trojrozmerný obraz zaznamenaný na fotocitlivom materiáli, iná zas premietať takýto obraz z displeja alebo televíznej obrazovky. Existuje už množstvo autostereoskopických technológií, ktoré umožňujú sledovať trojrozmerný obraz bez špeciálnych okuliarov – mnohé sa s výhodou použili práve v mobiloch – HTC Evo 3D, LG Optimus 3D čiLG Optimus 3D Max, ale od holografie majú ďaleko. Aspoň zatiaľ.
NOVÝ APPLE IPHONE S NOVÝM DISPLEJOM?
V súvislosti s holografickým 3D displejom sa spomína aj jeden z patentov Apple, ktorý by sa mohol dočkať uplatnenia v novom iPhone, ale možno pôjde len o projekčnú klávesnicu. Objavujú sa aj skutočné holografické displeje, no ani tie zatiaľ na reprodukciu videa v reálnom čase nedosiahnu a obmedzujú sa na zobrazenie statických alebo pomaly sa meniacich obrazov. Uplatnenie nachádzajú zatiaľ hlavne v prezentačných aplikáciách, kde dokážu zaujať. Problémom je veľký dátový tok náročný na spracovanie a pri nasadení do televíznych reťazcov mimoriadne náročný aj na prenosovú kapacitu. Bez optiky do domu FTTH takúto úroveň IPTV sotva budeme môcť zažiť, aj keď bude reálne dostupná. Mohlo by k tomu dôjsť v časovom horizonte zhruba 5 až 10 rokov, ale už dnes vedci na renomovaných pracoviskách ako MIT či Arizonská univerzita dosahujú pozoruhodné výsledky vo vývoji holografických displejov a sú už schopní zobraziť živý, pohyblivý 3D obraz v reálnom čase.
DÁTA A ZAS DÁTA
Ďalšou, z praktického hľadiska nemenej významnou oblasťou využitia holografie sú pamäťové médiá. S myšlienkou využitia metódy holografie k hustému zápisu binárnych dát prišiel už v roku 1963 Pieter van Heerden zo spoločnosti Polaroid. Aj prvé pokusy o konštrukciu holografických pamätí sa datujú do šesťdesiatych rokov. Pracovali na nich napríklad firmy Bell, IBM, Thompson, RCA, ale aj výskumníci zo Sovietskeho zväzu. Pri holografických pamätiach sa takisto zväzok lúčov rozdelí na objektový a referenčný. Keď objektový zväzok prejde maticou tmavých a čírych pixlov predstavujúcich bity, interferuje s referenčným zväzkom vo vnútri svetlocitlivej doštičky. Dáta uložené v pamäti sa vyvolajú osvetlením referenčným zväzkom pod rovnakým uhlom, pod akým záznam vznikal. Modifikáciou uhla a frekvencie lúča je možné dosiahnuť vyššiu hustotu zápisu. Vzniká tak mnohovrstvový optický disk, ktorý pri rovnakých, alebo porovnateľných rozmeroch ako DVD/BD dosahuje mnohokrát väčšiu pamäťovú kapacitu. Hovoríme tu o desiatkach až stovkách záznamových vrstiev.
Už v roku 2004 predstavila japonská firma Optware holografický disk rozmerov bežného DVD s kapacitou 1TB. Problémom pri holografických diskoch však bola dosť dlho možnosť prepisovania zaznamenaných dát. Spoločnosti InPhase, Optware, Maxell, Hitachi, Call/Recall a General Electric však dosahujú pri vývoji optických diskov s holografickým záznamom v poslednej dobe výrazné pokroky. V júli 2011 na IEEE konferencii predstavila spoločnosť GE prepisovateľný holografický disk s kapacitou 500 GB a rýchlosťou napaľovania na úrovni Blu-ray. Firmy vyvíjajúce holografické optické disky ale nemajú na ružiach ustlané. Prečo? Nuž, extrémne silná lobby v tomto trhovom segmente je len jednou stránkou mince. Ešte si pamätáme, ako ťažko sa rodila zhoda na štandarde Blu-ray, všakže? Ďalším dôvodom je nepretržitý rast kapacity magnetických diskov, keď aplikácie tzv. spintroniky (patent IBM) zvýšili kapacitu pevných diskov len v období rokov 1997 – 2009 tisícnásobne (z 2 GB v r. 1997 na 1 TB v r. 2009). A tým zďaleka nie sú možnosti spintroniky vyčerpané. Okrem toho, holografické disky majú istý problém s chybovosťou a chýbajú aplikácie, ktoré by si žiadali presne takýto typ veľkokapacitného média. Celovečerný film v HD rozlíšení sa zmestí aj na Blu-ray disk, takže možno až nástup videa v rozlíšení HD 4K (4096 x 2160 pixlov), prípadne HD v 3D verzii či v podobe hologramu vytvorí potrebný dopyt.
A takto možno bude vyzerať náš domov o pár rokov:
Holografické pamäti však určite nepovedali posledné slovo. Aj keď možno nezožnú slávu na poli optických diskov, ich možnosti sa však môžu naplno rozvinúť s príchodom optických počítačov. Vysoká hustota záznamu a zápis informácií v mnohovrstvovom usporiadaní, resp. v celom objeme média, im garantuje budúcnosť. Takisto rastúci výkon procesorov a grafického hardvéru či zdokonaľovanie kompresných metód povedie pravdepodobne čoskoro k prelomeniu technologických bariér pri konštrukcii holografických displejov. A dočkáme sa trojrozmerného obrazu nie v podobe virtuálnej reality, ale realistickej ilúzie. Či to bude tento rok je však stále otázne.
Zdroj : techbox.dennikn.sk
