Computergenerierte Hologramme (CGHs)haben den Bereich der Holographie revolutioniert, indem sie die digitale Erstellung und Anzeige dreidimensionaler Bilder ermöglicht haben, ohne dass herkömmliche holografische Aufzeichnungsmaterialien erforderlich sind. Diese Hologramme nutzen Rechenalgorithmen, um die Interferenzmuster zu simulieren, die von einem realen Objekt erzeugt würden, und ermöglichen so die Erzeugung holografischer Bilder, die mit verschiedenen Techniken angezeigt werden können. In diesem Artikel werden wir die grundlegenden Schritte zur Erstellung eines computergenerierten Hologramms untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf Fourier-basierten Hologrammen liegt, die eine wichtige Klasse von CGHs darstellen.
Schritt 1: Die Prinzipien der Holographie verstehen
Bevor Sie sich mit den Besonderheiten der Erstellung eines computergenerierten Hologramms befassen, ist es wichtig, über ein grundlegendes Verständnis der Holographie zu verfügen. Im Kern handelt es sich bei der Holographie um eine Technik zur Aufzeichnung und Rekonstruktion der dreidimensionalen Struktur eines Objekts durch die Erfassung der Interferenzmuster zwischen den vom Objekt reflektierten oder emittierten Lichtwellen und einem Referenzstrahl. Diese Interferenzmuster können bei Beleuchtung mit der entsprechenden Lichtquelle ein dreidimensionales Bild des Originalobjekts rekonstruieren.
Schritt 2: Vorbereiten der Objektdaten
Der erste Schritt bei der Erstellung eines computergenerierten Hologramms besteht darin, die Daten zu erfassen oder zu generieren, die das Objekt darstellen, das Sie holografisch darstellen möchten. Diese Daten können aus verschiedenen Quellen stammen, darunter 3D-Scans, Computermodelle oder sogar Bilder realer Objekte. Sobald Sie diese Daten haben, müssen Sie sie in ein Format konvertieren, das vom CGH-Algorithmus verwendet werden kann. Dabei geht es in der Regel darum, das Objekt als eine Reihe von Punkten oder Polygonen zusammen mit den zugehörigen Farb- und Materialeigenschaften darzustellen.
Schritt 3: Berechnung des Lichtfeldes
Anhand der Daten des Objekts besteht der nächste Schritt darin, das Lichtfeld zu berechnen, das ein Beobachter beobachten würde, der das Objekt aus einer bestimmten Position und Ausrichtung betrachtet. Dieses Lichtfeld enthält Informationen über die Amplitude und Phase der vom Objekt ausgehenden Lichtwellen sowie deren Richtung. Im Zusammenhang mit Fourier-basierten Hologrammen wird dieses Lichtfeld typischerweise in der entfernten Beobachterebene berechnet, die eine hypothetische Ebene darstellt, die sich in erheblicher Entfernung vom Objekt befindet.
Schritt 4: Fourier-Transformation zur Linsenebene
Sobald das Lichtfeld in der fernen Beobachterebene berechnet wurde, besteht der nächste Schritt darin, dieses Feld mithilfe einer Fourier-Transformation wieder in die Linsenebene umzuwandeln. Die Fourier-Transformation ist eine mathematische Operation, die eine Funktion in ihre Frequenzkomponenten zerlegt, die in diesem Fall die verschiedenen Winkel und Wellenlängen des vom Objekt ausgehenden Lichts darstellen. Durch Anwenden einer Fourier-Transformation auf das Lichtfeld in der fernen Beobachterebene können wir ein holografisches Muster erhalten, das bei Beleuchtung mit einer kohärenten Lichtquelle und Betrachtung durch eine geeignete Linse das ursprüngliche dreidimensionale Bild rekonstruiert.
Schritt 5: Anzeigen derComputergeneriertes Hologramm
Sobald das holografische Muster berechnet wurde, kann es schließlich mit verschiedenen Techniken angezeigt werden. Bei Fourier-basierten Hologrammen umfasst dies typischerweise die Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators (SLM), wie z. B. eines LCD- oder LED-Displays, um die Amplitude und Phase einer kohärenten Lichtquelle (z. B. eines Lasers) entsprechend dem berechneten holographischen Muster zu modulieren . Die resultierenden Lichtwellen interferieren dann miteinander und bilden das rekonstruierte dreidimensionale Bild, das von einem Beobachter betrachtet werden kann, der sich in der entsprechenden Entfernung und im entsprechenden Winkel befindet.
Erstellen eines cComputergeneriertes Hologrammumfasst mehrere wichtige Schritte, darunter die Vorbereitung der Objektdaten, die Berechnung des Lichtfelds, die Anwendung einer Fourier-Transformation und schließlich die Anzeige des holografischen Musters. Während Fourier-basierte Hologramme nur einen Ansatz für CGH darstellen, haben sie sich als leistungsstarkes Werkzeug zur Erzeugung und Anzeige dreidimensionaler Bilder erwiesen. Da die Technologie weiter voranschreitet, können wir in den kommenden Jahren mit noch ausgefeilteren und vielseitigeren Methoden zur Erstellung und Anzeige computergenerierter Hologramme rechnen.
