211service.com
Holografische video voor thuis
In een donkere kamer in de hal van het kantoor van Michael Bove bij MIT's Media Lab staat een apparaat met een wit scherm ter grootte van een cd-juwelendoosje. Wanneer Bove in een stoel tegenover de machine zit en een schakelaar omdraait, lijkt een afbeelding van een menselijke ribbenkast een paar centimeter buiten het scherm te springen. Het beeld wordt geproduceerd door de Mark II, een 14 jaar oud holografisch videosysteem dat het grootste deel van de ruimte in beslag neemt. Maar de levendigheid ervan is een van de inspiratiebronnen voor Bove's eigen project: 3D-videodisplays naar de consumenten- en medische markt brengen.
Verlichtende afbeeldingen: Michael Bove houdt een hologram van een theekopje vast.
Het nieuwe systeem van Bove, dat Mark III heet, moet tegen het einde van de zomer klaar zijn. Het kan draaien op een standaard pc met een grafische kaart en zal klein genoeg zijn om op een bureau te passen. (Daarentegen vereiste een eerdere versie van Mark II hele rekken met computers.) Hoewel Bove nog geen productiepartners heeft, voorspelt hij dat een product op basis van het ontwerp van Mark III slechts een paar honderd dollar zou kosten om te produceren en zou kunnen wordt standaard in dokterspraktijken als een manier om magnetische resonantiebeelden en computertomografiescans in 3D-details te bekijken. Het zou ook binnen de prijsklasse van gamers en technologieliefhebbers vallen.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van juli 2007
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
De ontwikkeling van holografische video aan het MIT dateert van eind jaren tachtig, toen onderzoekers Mark I samenstelden, een proof-of-concept-systeem met een scherm met een lage resolutie. Maar Mark I en Mark II waren voorbestemd om het lab nooit te verlaten. Ze waren, zegt Bove, luid, kieskeurig en een algemene pijn in de nek om mee te werken. En hoewel talloze onderzoekers in de Verenigde Staten, Japan, Korea en het Verenigd Koninkrijk tijd en geld hebben geïnvesteerd in holografische video, heeft nog niemand een manier gevonden om een systeem te bouwen dat compact, goedkoop en gebruiksvriendelijk is.
In 2004 begon Bove, hoofd van het Consumer Electronics Lab aan het MIT, de mogelijkheid te onderzoeken om holografische video praktisch te maken voor consumenten. Dankzij steeds krachtigere pc's, kleine, ultraheldere lasers en andere compacte opto-elektronische apparaten, zegt hij, is een gebruiksvriendelijk systeem nu binnen handbereik. En, zegt hij, er is steeds meer 3D-informatie die ronddraait en gemakkelijk holografisch kan worden geprojecteerd. Veel videogames zijn nu bijvoorbeeld gebaseerd op geavanceerde 3D-modellen van de virtuele wereld – modellen die moeten worden afgevlakt voor de 2‑D-schermen van pc's of gamemachines. Evenzo moeten de 3D-gegevens in de grote opslagplaatsen van magnetische resonantiebeelden en computertomografiescans van ziekenhuizen worden weergegeven als 2D-dwarsdoorsneden zodat artsen en patiënten ze kunnen interpreteren.
Multimedia
Bekijk een demo van de optische opstelling die 3D-video produceert.
De videohologrammen van het Media Lab lijken te zweven boven een stuk matglas. Een elektronisch apparaat achter het glas, een lichtmodulator genaamd, reproduceert interferentiepatronen die informatie over het afgebeelde object coderen. Laserlicht dat op de modulator valt, wordt net zo verstrooid als wanneer het onder verschillende hoeken op het object zou worden gereflecteerd.
Een holografische video begint met een berekend 3D-model van een bewegend object of tafereel. Dit model kan worden gezien als een groot aantal punten op het oppervlak op verschillende diepten die in de loop van de tijd veranderen, zegt Bove. Om dat model holografisch te maken, moet een computer de intensiteit berekenen van het licht dat zou worden gereflecteerd vanaf elk punt op het object tot het punt waar de ogen van de kijker zullen zijn. Je moet een diffractiepatroon maken dat alle verschillende intensiteiten voor alle verschillende hoeken reconstrueert, zegt Bove. Hij ontdekte dat grafische chips in de huidige pc's dit soort 3‑D-rendering goed kunnen doen, de diffractiepatronen berekenen en ze combineren tot een enkele video-uitgang.
Nadat de berekening is voltooid, wordt de uitvoer naar de lichtmodulator gevoerd. De introductie van een nieuwe modulator, zegt Bove, is een van de belangrijkste redenen waarom hij en zijn team de holografische opstelling hebben kunnen verkleinen. De modulator is een goedkoop apparaat dat is aangepast voor gebruik in telecommunicatie; Daniel Smalley, een afgestudeerde student in het laboratorium van Bove, wijzigde de componenten en optimaliseerde ze om elektrische signalen om te zetten in holografische patronen. Eerdere holografische systemen gebruikten tot 18 afzonderlijke modulatoren die waren gemaakt van dure materialen en veel ruimte in beslag namen. Het nieuwe apparaat is volgens Bove ongeveer half zo groot als een postzegel. Het is snel en kan een grote hoeveelheid gegevens bevatten, waardoor hologrammen met een hoge resolutie mogelijk zijn.
Wanneer licht van een laser of een reeks lasers de modulator binnenkomt, wordt het omgezet in een reeks diffractiepatronen die worden gevormd en gefocust door een aantal lenzen en spiegels voordat ze het scherm bereiken. Een van de voordelen van de nieuwe modulator, legt Bove uit, is dat het de onderzoekers in staat stelt om het gebruik van een omvangrijke roterende spiegel te vermijden die eerdere opstellingen nodig hadden om te voorkomen dat een holografische scène horizontaal afdrijft. Die spiegel was de vloek van de twee vroege generaties van [holografische] videoweergave, zegt hij. Nu het is geëlimineerd, heeft Quinn Smithwick, een postdoc in het lab, bedacht hoe het optische pad van het systeem kan worden ingekort en gevouwen, zodat de benodigde componenten in een ruimte van ongeveer een halve meter lang passen.
Momenteel gebruikt Mark III een gaslaser die is ondergebracht in een buis van een meter lang. Maar in zijn definitieve versie zal het een halfgeleiderlaser gebruiken die zo klein is als een postzegel. Bove zegt dat het systeem een monochromatische videoscène zal projecteren, ongeveer zo groot als een momentopname, met de resolutie van een standaard televisiebeeld.
Bove en zijn team zijn zich ervan bewust dat dit soort display het niet zou redden in consumententoepassingen en hebben plannen opgesteld voor de volgende generatie van het systeem, Mark IV. Mark IV zal een set krachtige rode, blauwe en groene halfgeleiderlasers gebruiken om full-color video's op een scherm ter grootte van een computermonitor te schijnen. Een prototype zou binnen een paar jaar klaar kunnen zijn.
De markt zal natuurlijk bepalen hoe snel of ooit holografische video zijn weg vindt naar huiskamers of dokterspraktijken. Als alles goed gaat, kan het artsen echter een beter kijkje in het lichaam geven, wetenschappers gegevens nauwkeuriger laten visualiseren en gamers helpen zich dieper in virtuele werelden onder te dompelen.