Возможности изобразительной голографии

Суть основных методов голографии была рассмотрена весьма кратко, причем было опущено множество технических подробностей и обращено внимание читателя только на три основных понятия, а именно:

1. Каким образом возникает голографическое изображение?

2. Как делают объемные голографические изображения и почему они объемные?

3. Как делают цветные изображения в голографии?

Теперь можно перейти к оценке изобразительных возможностей голографии. Объективная оценка этих возможностей, сделанная на основе конкретных знаний, существенно отличается от поверхностно-популярных оценок и прогнозов типа газетных интервью, из которых следует что голография может все.

Итак, принцип создания объемного изображения с помощью голограммы не отличается от известного принципа стереоскопии, т. е. на сетчатки глаз человека проецируются плоские изображения, отличающиеся друг от друга бинокулярным параллаксом, а уж вследствие этого в сознании человека возникает ощущение глубины пространства и объемности изображаемых предметов.

Голография, растровая стереоскопия и интегральная фотография имеют своей целью обеспечить человека возможностью наблюдать множество стереопар, которые затем и создают иллюзию объемности изображаемых предметов.

Таким образом, в том, что голография создает трехмерные изображения, нет никаких таинственных преимуществ перед другими методами создания стереоизображении. Всё равно человек наблюдает эти новейшие голографические чудеса через обыкновенную стереопару, как, впрочем, он наблюдает и реальные объемные предметы, тоже пользуясь стереопарой.

Необходимо отметить, что голография отличается от растровой стереофотографии и интегральной фотографии только принципиально новым способом записи оптической информации на фотопленке, но не принципом создания ощущения у человека объемности изображений.

Из сказанного очевидно, что принцип этот стар как стереофотография, рождение которой можно отнести к 1839 году, когда французский ученый Дагер продемонстрировал первые в мире фотографии, а первый стереоскоп был создан в 1833 году, т. е. за шесть лет до появления фотографии. С тех давних пор и начался процесс совершенствования техники воспроизведения стереоскопических изображений.

Можно ли считать голографию венцом в развитии техники воспроизведения стереоизображений?

Приводимый ниже краткий анализ возможностей голографии является попыткой ответить на этот вопрос.

Фотографические средства отображения окружающих нас предметов показывают их в уменьшенном виде. Однако мы привыкли к этому, и если, например, мы видим на фотографии изображение дома высотой 5 - 6 см, а людей возле него ростом в несколько миллиметров, мы не удивляемся.

Такие изображения построены по законам линейной перспективы и потому создают у нас иллюзию правильных размеров.

Все объекты, видимые непосредственно на натуре, ни когда не представляются зрительно несоответствующими своим размерам и форме. Наблюдая на натуре, например, многоэтажный дом и людей с некоторого расстояния, мы видим его тоже маленьким, но твердо знаем и даже ощущаем его действительную величину.

Как известно, создателями науки о перспективе были художники. Они разработали методы изображения предметов на рисунках различного формата в соответствии со зрительным восприятием. Появившаяся позднее фотография удивительно легко повторила опыт художников, сохраняя линейную перспективу на фотоснимках.

Таким образом, различные виды изобразительного искусства и фотография имеют общее и совершенно необходимое свойство - они могут уменьшать в любой степени изображение предметов с сохранением линейной перспективы.

Предметы окружающего нас мира, как правило, слишком велики, и чтобы воспроизвести их изображение, его надо сильно уменьшить до формата картины или фотоснимка. Очень редко изображают их в натуральную величину.

Совсем другое положение создалось в голографии, где на фотопленке записывают амплитуды и фазы световых волн, а потом восстанавливают их. Отсюда следует, что этот способ по самому принципу получения изображений всегда воспроизводит объект в натуральном масштабе кроме комбинированных методов.

Это свойство голографического изображения является, пожалуй, самым серьезным препятствием использования голографии как изобразительного средства в стереоскопии.

У читателя может возникнуть вопрос: "А нельзя ли какими-либо техническими приемами изменить масштаб изображения?" Можно. И с этого фактически началось изобретение голографии. Д. Габор разработал метод восстановления волнового фронта именно для целей микроскопии, т. е. для увеличения изображений. Он предлагал использовать при восстановлении изображения с голограммы излучение со значительно большей длиной волны, чем на стадии получения голограммы. Увеличение должно быть равно отношению длин волн.

Следующее ограничение - это большая трудность или даже признаваемая ведущими специалистами [22] невозможность получения цветных изображений с точной цветопередачей.

Очевидно, в наше время, когда широко развито цветное кино, цветная фотография и даже цветное телевидение одноцветные изображения не могут быть признаны средством изобразительного искусства.

Все упомянутые виды изобразительного искусства длительное время не имели цвета, но обеспечивали получение черно-белых изображений, что было вполне приемлемо. Однако голография не может дать даже черно-белого изображения. Объемные изображения, восстановленные с голограммы, как правило, красные или оранжевые. Это обусловлено тем, что голографирование производится в монохроматических лучах лазера, причем восстанавливается именно та длина волны, которая была использована первоначально.

Выше было показано, каким образом можно создать цветное голографическое изображение, но приведенные пояснения только демонстрируют принцип. На практике все обстоит сложнее. Дело в том, что сейчас пока еще только газовые лазеры способны испускать свет различной длины волны, т. е. разного цвета. Испускаемое различными типами лазеров монохроматическое излучение различных длин волн позволяет приближенно подобрать триаду основных цветов для синтеза многоцветного изображения.

Однако все газовые лазеры дают непрерывное и маломощное излучение, следовательно, голограмму можно создать только при условии, что за несколько минут экспозиции предмет не сдвинется даже на какую-то долю длины волны света (Х/8). Отсюда следует, что голографирование нужно производить в специальной установке, рассмотренной выше, а предметами для съемки могут быть пока только мелкие игрушки или фарфоровые статуэтки.

Таким образом, цветные голографические изображения возможны пока только для сюжетов, не представляющих практического интереса. Кроме того, цветопередача отличается неточностью и невозможностью ее исправить в той степени, в какой это возможно в современной цветной фотографии.

В качестве источника излучения можно применить импульсный лазер. Благодаря огромной мощности излучения (сотни МВт) и, следовательно, сверхкороткой экспозиции (15 - 20 нс) можно голографировать не только колеблющиеся предметы, но и очень быстро движущиеся, например полет пули. Казалось бы, проблема решена. Однако в настоящее время практически доступным является излучение только красного цвета рубиновых лазеров (λ=0,69 мкм). Более сложно получить зеленый цвет, хотя сейчас для этой цели используют вторую гармонику излучения неодимового лазера (λ=0,53 мкм). К сожалению, импульсный лазер с синим излучением, по-видимому, пока еще не создан, поэтому хорошей триады цветных излучений для импульсного голографирования цветных объектов еще нет.

К этому следует добавить, что для устранения некогерентной засветки голографирование необходимо производить в темном помещении.

Длина пространственной когерентности импульсного одночастотного лазера равна приблизительно 1 м, т. е. расположение предметов по глубине должно простираться в пределах этого метра. Для жанровой стереоскопии этого мало.

При воздействии па фотослой очень короткого наносекундного светового импульса от лазера происходит нарушение закона взаимозаместимости [22, 23], сформулированного еще в XIX веке, который утверждает что фотохимическое превращение определяется произведением интенсивности света I на продолжительность его действия t. Согласно закону, I₁·t₁=I₂·t₂=I₃·t₃, если при любых вариациях величин I и t их произведение постоянно. Если при данной экспозиции и при обеспечении требуемых условии обработки эмульсионного слоя время экспонирования лежит в наносекундном интервале, то оптическая плотность проявленного фотослоя имеет меньшую величину чем следовало бы по применяемой экспозиции.

Нарушение закона взаимозависимости приводит к тому, что при длительности экспозиции от 10 до 50 нс плотность энергии необходимо увеличить в два-четыре раза

К этому следует добавить, что повышение мощности источника приводит к возникновению опасности поражения глаз, и мощность, допускаемая для съемки, например, человека, крайне ограниченна.