211service.com
Praktische holografische video
De tirannie van tweedimensionale computer- en tv-schermen zou binnenkort voorbij kunnen zijn. Een team van MIT-onderzoekers heeft een manier voorgesteld om een holografisch videosysteem te maken dat werkt met computerhardware voor consumenten, zoals pc's met grafische kaarten en gameconsoles. Het scherm, zeggen de onderzoekers, zal klein genoeg zijn om toe te voegen aan een entertainmentcentrum, een resolutie bieden die net zo goed is als een standaard analoge televisie en slechts een paar honderd dollar kosten.
Praktische holografie: De modulator zet een videosignaal (van de zwarte kabel aan de onderkant) om in een trilling. Wanneer laserlicht door de modulator wordt geleid, wijzigen de trillingen de helderheid en frequentie van het licht. Het veranderde licht wordt dan op een scherm geschenen en de variërende intensiteiten en frequenties creëren een driedimensionaal hologram.
Een holografisch videoscherm zou een andere manier kunnen zijn om medische beelden zoals MRI's en CT-scans te bekijken, evenals sets van complexe, multidimensionale gegevens en ontwerpen voor meubels en auto's, zegt V. Michael Bove Jr ., directeur van het programma voor consumentenelektronica, CELab, aan het MIT. En het systeem zou perfect geschikt zijn voor het weergeven van videogames en virtuele werelden. De meeste games hebben nu geavanceerde driedimensionale modellen die diep in hun software zitten, maar je ziet ze niet omdat [de afbeeldingen] worden weergegeven als een tweedimensionale afbeelding, zegt Bove.
Het nieuwe systeem, genaamd Mark III, is de derde generatie (na Mark I en Mark II) van door MIT ontworpen holografische videoschermen die dateren uit de late jaren tachtig. Deze eerdere systemen waren luid, kieskeurig, vereisten gespecialiseerde computerhardware om een videosignaal te genereren en waren een algemene pijn in de nek om mee te werken, zegt Bove. Een paar jaar geleden vroeg hij zich af of hij van een laboratoriumgebaseerd holografisch displaysysteem dat tienduizenden dollars kostte een betaalbaar consumentenproduct kon maken.
Zo hebben Bove en zijn team Mark III ontwikkeld - die naar verwachting binnen een paar maanden zal worden voltooid - die is gebaseerd op de eerdere systemen, maar met drie grote verschillen. Ten eerste, legt Bove uit, verwerkt het nieuwe systeem driedimensionale afbeeldingen op een standaard grafische processor in plaats van op gespecialiseerde hardware. Het blijkt, zegt hij, dat de grafische kaarten die te vinden zijn in high-end pc's en gameconsoles goed passen bij het type beeldverwerking dat nodig is om een hologram te maken. Ten tweede heeft zijn team een gadget opnieuw ontworpen, een akoesto-optische modulator genaamd, die vaak wordt aangetroffen in telecommunicatiesystemen, om het licht van lasers te richten om het hologram te vormen. De nieuwe modulator heeft een hogere bandbreedte, wat zorgt voor een hologram met hoge resolutie, en is goedkoper dan degene die in Mark II worden gebruikt. Ten derde hebben de onderzoekers enkele van de onhandige optische componenten geëlimineerd die de Marks I en II zo groot maakten als een eettafel.
Om een holografische video te maken, zegt Bove, produceert software een realtime, driedimensionaal model van de objecten in een scène. Dus voor een MRI van een kloppend hart gebruikt de software een verzameling getallen die de positie van alle punten op het oppervlak van het hart beschrijven, in alle drie de dimensies. Met zo'n model berekent software hoe lasers het licht moeten projecteren om een hologram te creëren. In wezen creëert de software een blauwdruk voor de te volgen lasers die de basis vormt van alle hologrammen: een diffractiepatroon dat ontstaat wanneer lichtgolven met elkaar interfereren.
Voor een hologram dat uit één kleur bestaat, wordt slechts één diffractiepatroon berekend, zegt Bove, maar om een kleurenafbeelding te maken, moeten drie verschillende patronen worden gemaakt, één voor elk van de toegevoegde primaire kleuren: rood, blauw en groente. De berekening bestaat uit het renderen van een driedimensionaal model, het genereren van de diffractiepatronen en het produceren van een videosignaal, wat allemaal kan worden gedaan met kant-en-klare hardware.
Vervolgens, zegt Bove, wordt het holografische videosignaal naar een lichtmodulator gestuurd, die bestaat uit een golfgeleider - gemaakt van een materiaal dat lithiumniobaat wordt genoemd - waar licht zich voortplant en bedekt is met een piëzo-elektrisch materiaal dat het videosignaal omzet in trillingen. Het videosignaal verandert de vorm van het piëzo-elektrische materiaal, waardoor de eigenschappen van het licht dat door de golfgeleider beweegt veranderen. De uitgezonden lichtgolf is dus samengesteld uit verschillende intensiteiten en frequenties die, wanneer ze op een mistig stuk glas worden geprojecteerd, een driedimensionaal tafereel nabootsen. Omdat deze nieuwe modulator zowel in verticale richting als in horizontale richting licht kan uitstralen, kan hij ook helpen sommige spiegels en lenzen te elimineren die eerdere generaties beeldschermen omvangrijk maakten.
Hoewel het project zich in de laatste fase van voltooiing bevindt, heeft het de potentie om holografische video toegankelijker te maken. Ik ben gefascineerd door de mogelijkheden die [de onderzoekers] laten zien, zegt Harold Garner , hoogleraar biochemie en interne geneeskunde aan het Southwestern Medical Center van de Universiteit van Texas in Dallas. Garner heeft een holografisch systeem ontwikkeld om specifiek naar medische beelden zoals MRI's te kijken. Ik kijk echt uit naar een echte apparaatdemonstratie.
Hoewel zijn expertise ligt in holografische afbeeldingen voor medicijnen, gelooft Garner dat mensen meer zullen gaan eisen dan alleen high-definition schermen van hun televisies en computerschermen, en uiteindelijk ook driedimensionale video's zullen willen. Het is slechts een kwestie van tijd, zegt hij. Maar wat het uitdagend maakt, voegt Garner toe, is dat consumenten grotere en helderdere afbeeldingen eisen, en onderzoekers zijn nog lang niet klaar met het leveren van 60-inch high-definition hologrammen. Vanwege de smaak van de consument moet je misschien de commerciële toepassingen voor deze technologie kiezen en kiezen, zegt Garner.
Bove en zijn team hebben momenteel een systeem van de vierde generatie opgesteld, dat een afbeelding zo groot als een desktop-pc-monitor kan weergeven; de displays van het huidige systeem zijn daarentegen slechts ongeveer zo groot als een Rubik's Cube. Ook is het huidige scherm alleen geschikt voor monochromatische hologrammen, maar de vierde generatie zal een volledig kleurenpalet hebben, zegt Bove.