Тема: Цифровая Голограмма

[donavi]

Почему не получается запечатлеть голограмму цифровым фотоаппаратом ?
это потому что матрица фотоаппарата двухмерна?  или тут дело в методе экстраполяции полученного сигнала из матрицы превращает его в 2 мерный.


И еще вопрос, кто нибудь пробовал создавать голограммы в 920nm или 808nm диапазоне?

[Gall]

Цифровая голограмма - так правильно пишется. (В заголовке темы ошибку в написании исправил).

Чисто теоретически цифровой фотоаппарат мог бы снять голограмму. Но не современный, а в далеком будущем. На самом деле даже обычная фотопленка для голографии не годится - сейчас увидите, почему.

Маленькая любительская голограммка 6 на 6 см пишется на фотопластинке ПФГ-03М. Такая пластинка имеет разрешение около 5000 линий на миллиметр. Это значит, что на один квадратный миллиметр голограммы приходится примерно 25 "мегапикселей", а на всю голограмму - 90 "гигапикселей". ("Пиксели" в кавычках, потому что это не совсем пиксели, но не суть). И это при малюсеньком размере! А бывают большие голограммы, метр на метр размером. Это уже 25 терапикселей!

Вот и объяснение. Когда появятся матрицы фотоаппаратов с разрешением хотя бы 100 гигапикселей, а лучше бы хотя бы терапиксель, тогда будем делать голограммы цифровым фотоаппаратом. А пока нам до них как до Луны пешком. Ну и флешка фотоаппарата должна иметь соответствующий объем - хотя бы терабайт.

Справедливости ради скажу, что с большой серии цифровых снимков можно сделать хорошую имитацию голограммы. По сути своей это настоящая голограмма многих плоских картинок, наложенных друг на друга, но глазом отличить ее от истинно объемной почти невозможно. Именно так делается большинство сувенирных голограмм.

По той же причине не годится обычная фотопленка и обычный проявитель. Пленка для голографии почти такая же, как черно-белая для фотографии, но чувствительна к другим длинам волн (обычная пленка фигово работает с красным) и имеет более "нежную" эмульсию. Проявитель отличается сильно: он запускает не "химический", а "физический" процесс проявления, обеспечивая требуемое высокое разрешение.

Голограмму можно записать на любой длине волны, но ИК-голограмма будет видна только ИК-зрением. Для научного эксперимента это может быть и полезно, но глазом ее не увидеть. Хотя 808 нм можно и "усадить" при проявлении до видимого темно-красного, но при этом изображение слегка исказится. То же самое относится к УФ-голограммам. На практике записанная лазером 808 нм в любительских условиях голограмма скорее всего при проявлении "сядет" и станет темно-красной, видимой. (Красная обычно "садится" до золотистой или даже зеленой; этот цвет красив и приятен, поэтому такая усадка считается даже достоинством). Причина усадки - в уменьшении расстояний между потемнениями на фотоэмульсии из-за растворения излишков вещества в проявителе и фиксаже. Существуют способы компенсировать этот эффект и даже получить обратный.

Любители пишут голограммы в красном потому, что во-первых фотопластинки для красного самые доступные, а во-вторых большинство недорогих качественных лазеров именно красные. Других причин нет. Процесс простой, дешевый и легко делается дома в ванной комнате.

Слово "голограмма" происходит от греческого "????" - "полный", в латинской транскрипции "holos". Поэтому слово пишется именно через "о", независимо от возникающих при этом неприличных ассоциаций.

[barbucha]

можно ли отсканировать голограмму и в 3D MAX нарисовать голографическую установку и туда поставить скан голограммы. Появится ли при рендеринге изображение голограммы?

[Gall]

В 3D MAX - нельзя, она физику обрабатывает недостаточно точно. Работает только по геометрической оптике, волновую не учитывает.

В программах вроде Luxrender - теоретически можно, практически будет считать целую вечность. (Интересно, сколько лет?)

Как отсканировать голограмму с ТАКИМ разрешением - не представляю. Это нужен сканер с разрешением 125000 dpi и получится файл размером терабайт.

(Да, именно поэтому голография рассматривается как перспективный способ хранения больших объемов информации.)

[barbucha]

вроде уже есть голографические винчестеры

[Gall]

вроде уже есть голографические винчестеры

Верно. Почти. Они в качестве замены Blu-Ray разрабатывались - в формате компакт-диска, не винчестера. В итоге в серию пока не пошли - невыгодно: до сих пор Blu-Ray продаются кое-как, DVD продается гораздо лучше, и вообще флеш-память активно развивается. Так что технология интересная, но, возможно, тупиковая. В том смысле, что к моменту, когда появится смысл ее использовать, уже будут существовать другие технологии, получше.

[donavi]

Цифра или пленка что чувствительней по способности запечатлеть в диапазоне 50-405nm и 800-1600nm ? 
К примеру Цифровая камера по чувствительности уже давно ушла за 3200 iso.
Пленку же  трудно уже найти на 3200 iso, а самое главное что лучше способно запечатлеть данный диапазон 50-405nm и 800-1600nm ? 
Я так понял что у пленки есть свои ограничения вернее у нее хим реактивов, не даром же в красном свете проявляют пленку.
Она не способна видеть некоторый диапазон?
Тестил свой цифровик понял что он способен видеть 920nm, интересно а способна ли матрица запечатлеть за 1600nm ?

[Gall]

Цифра или пленка что чувствительней по способности запечатлеть в диапазоне 50-405nm и 800-1600nm ? 
К примеру Цифровая камера по чувствительности уже давно ушла за 3200 iso.
Пленку же  трудно уже найти на 3200 iso, а самое главное что лучше способно запечатлеть данный диапазон 50-405nm и 800-1600nm ? 

Цифровая камера имеет существенный недостаток: она не может работать на длинных выдержках. Пленка спокойно справляется с выдержками в часы и даже сутки, а цифра при этом нереально зашумляет изображение.

Если надо регистрировать ОЧЕНЬ слабый свет, буквально отдельные фотоны, надо брать пленку и ставить гигантские выдержки. Цифра дает неудовлетворительное соотношение сигнал-шум. Правда, иногда есть альтернатива - ПЗС-матрица с охлаждением жидким азотом.

Еще очень чувствительный датчик - ФЭУ (фотоэлектронный умножитель). Он тоже видит отдельные фотоны. Но он громоздкий (это радиолампа), питается высоким напряжением (1-2 кВ) и равноценен фотодиоду, а не матрице.

Я так понял что у пленки есть свои ограничения вернее у нее хим реактивов, не даром же в красном свете проявляют пленку.
Она не способна видеть некоторый диапазон?

Пленка бывает разная.

Несенсибилизированная пленка (то есть, просто бромид серебра в желатине) чувствует только синий и УФ. Эти длины волн чувствует вообще любая пленка. Добавление сенсибилизаторов включает чувствительность к другим длинам волн. "Обычная" черно-белая пленка сенсибилизируется к середине видимого диапазона - к зеленому. Красный она чувствует очень слабо, что позволяет проявлять ее при красном свете. Существуют изопанхроматические пленки, они реагируют на весь видимый свет, и проявлять их можно только в полной темноте. Существуют инфрахроматические пленки, они чувствительны к ИК. Голографические фотопластинки ПФГ-03М чувствительны к красному (потому что лазер красный), но нечувствительны к зеленому; их проявляют при зеленом свете. Для рентгеновских снимков пленку сенсибилизируют к рентгену (впрочем, любая пленка в той или иной мере чувствует рентген). Цветная пленка чувствительна ко всему свету и допускает только проявление в полной темноте.

В научных экспериментах используется только черно-белая пленка. Обычно выбирают пленку, которую можно проявлять при каком-нибудь свете (красном или зеленом), просто ради удобства. Очень удобно при свете красного фонаря смотреть, что получается, и не по часам засекать время проявления, а глазами видеть, когда изображение появится. Но если надо, то, разумеется, берут изопанхроматическую пленку.

Тестил свой цифровик понял что он способен видеть 920nm, интересно а способна ли матрица запечатлеть за 1600nm ?

Волны длиннее полутора микрон плохо проходят через стекло или не проходят вообще. Тут вопрос в том, дойдут ли они вообще до матрицы. Могут и не дойти. В глаз они точно не проникают.

[whitesail]

Добрый день. изначально было задано два вопроса

1. Почему не получается запечатлеть голограмму цифровым фотоаппаратом ?
2. Пробовал ли кто-нибудь записывать голограммы в различных спектральных диапазонах.

По первому вопросу. "Запечатлеть" (записать) голограмму цифровым фотоаппаратом не только можно, а уже давно было сделано. Особенно перспектиным оказалось целое направление цифровой голографической микроскопии [1,2]. Объект, обладающий мелкой структурой, (микрообъект) при освещении лазером дает широкое поле дифракции - широкую дифракционную картину. К ней "подмешивают" опорное поле, и результат интерференции - интерференционное поле - регистрируют ПЗС матрицей камеры (без объектива!). Зарегистрированный таким образом цифровой массив распределения интенсивности и есть цифровая голограмма.  Далее этот снимок обрабатывают на компьютере и цифровым образом восстанавливают изображение ( и не только ) объекта. Записывать же цифровые голограммы крупных объектов с информативной точки зрения (с художественной целью) "не выгодно". Пространсивенный размер ССD\CMOS матриц не большой (сантиметры), пластинки же могут быть гораздо больше. 

[1] I. Yamaguchi and T. Zhang, “Phase-shifting digital holography,” Opt. Lett. 22(16), 1268–1270 (1997)
[2] N. G. Vlasov, S. G. Kalenkov, D. V. Krilov, and A. E. Shtanko, “Non-lens digital microscopy,” Proc. SPIE 5821158, (2005)

По второму вопросу. Вообще, голограммы бывают очень разные. Вы можете получить массу информации по запросу Digital holography. За последние 5 лет работ на эту тему появилось очень много, не в последюю очередь по причине резкого удешевления как приемников (камер, фотоаппаратов) , так и самих компьютеров. Например, в наших последних работах мы показали, что модифицированный Фурье-спектрометр способен записывать голограммы микрообъекта в некогерентном свете!!!  Вы можете получить его изображение для любой длины волны, присутствующей в спектре осветителя [3,4]. Эта возможность доступна исключительно цифровой голографии.

[3] S. G. Kalenkov, G. S. Kalenkov, and A. E. Shtanko, "Spectrally-spatial fourier-holography," Opt. Express 21, 24985-24990 (2013)
[4] "Микромир в полном цвете" (http://www.fian-inform.ru/optika/item/222-mikromir-v-polnom-tsvete)

Сейчас выходит много обзоров по теме цфровой голографии. Рекомендую посмотреть издания SPIE и IEEE и OSA по запросу DH (Digital Holography)

С уважением,
Георгий Каленков

[Gall]

Добрый день! Спасибо за информацию!

Хотелось бы прояснить некоторые вопросы.

По первому вопросу. "Запечатлеть" (записать) голограмму цифровым фотоаппаратом не только можно, а уже давно было сделано.

Изначально здесь люди хотели голограммы котят писать Как я понимаю, до такого с современными ПЗС-матрицами пока очень далеко. Простую голограмму можно даже иголкой нацарапать, так что, очевидно, и камерой низкого разрешения удастся что-нибудь делать. Просто здесь именно о замене традиционных ПФГ-03м речь шла.

Мне тут очень интересно - а для практических объектов, имеющих крупную структуру, удается что-нибудь сделать? Понятно, что мелкие сетки в фурье-образе будут давать крупные полосы, и такое на ПЗС регистрируется легко. А вот как быть, если я хочу сделать голограмму, допустим, монеты? Там крупных структур в интерференционной картине нет вообще нигде и никаких... И, как я понимаю, еще проблема достаточной скорости обработки данных есть, если я хочу записать нестабильный объект. (Ну да, я хочу, да наверное и все хотят, альтернативу лазеру с модулированной добротностью для голограмм котиков  ).

Микроскопия - отдельная песня, голографическую микроскопию еще в 1980-е годы разрабатывали, и вроде уже тогда вполне успешно. Белый некогерентный свет потом добавили, но тут, как я понимаю, все дело именно в МИКРОобъекте. Ну или, наверное, микроскопические особенности на макрообъекте тоже можно снимать по одной, если весь макрообъект достаточно хорошо измерен другими способами. Тут у меня такой вопрос: а какое практическое ограничение на объем снимаемой информации? Дело-то ведь в том, что в некогерентном свете вместе с информацией об объекте приходит еще информация о длине волны и фазе самих фотонов, которая нам обычно на фиг не нужна, но обрабатывать и/или хранить ее приходится. Для макрообъекта на обычную высокоразрешающую фотопластинку влезает информация либо о фазе (Денисюк), либо о спектре (Липпман), но не обе сразу. Если объект очень маленький, тогда информации об объекте будет ничтожно мало, и схема сможет "переварить" фазу и спектр. Практический предел именно по объему информации вы не оценивали? Каков он?

А вот для микроскопии вы крутую вещь делаете, если я правильно понимаю. Дифракционный предел в данном случае ведь роли не играет, я не ошибаюсь? То есть, можно получать трехмерное изображение объектов, которые много меньше длины волны? И даже со спектром поглощения вместе?

Кстати, какая была матрица? Что-то обычное или "экзотика"?

[whitesail]

Изначально здесь люди хотели голограммы котят писать Как я понимаю, до такого с современными ПЗС-матрицами пока очень далеко.

Я совсем не специалист в вопросах записи традиционных голограмм. С. П. Воробьев держал лабораторию в павильоне ВДНХ и занимался портретами (http://www.holography.ru/compeng.htm) в свете импульсного зеленого лазера. Так что, кажется, запись голограммы котика весьма решаемая задача  Цифровая запись голограмм макрообъекта была выполнена методом синтезирования апертуры. (К сожалению не могу найти ссылку на эту работу.) Вот , например, способ цифровой голографичческой записи макрообъекта :
Digital Holographic Scanning of Large Objects Using a Rotating Optical Slab (http://lib.gen.in/ocean/8db6d73e997f5d6503be282aa907a843/hezaveh2006.pdf)
Но, конечно, как маленькая пзс-ка может соревноваться с большой пластинкой с большей разрешающей способностью?

а для практических объектов, имеющих крупную структуру, удается что-нибудь сделать? Понятно, что мелкие сетки в фурье-образе будут давать крупные полосы, и такое на ПЗС регистрируется легко. А вот как быть, если я хочу сделать голограмму, допустим, монеты? Там крупных структур в интерференционной картине нет вообще нигде и никаких...

На ПЗС матрицу придет нулевой порядок (теневое изображение). Его и запишете. А вот резкость края (монеты) будет определяться высокими порядками.

Статья , где в качестве объекта выбрали монетку [http://spie.org/x109317.xml]

Микроскопия - отдельная песня, голографическую микроскопию еще в 1980-е годы разрабатывали, и вроде уже тогда вполне успешно. Белый некогерентный свет потом добавили

Да, голографическая микроскопия, действительно была предложена давно, но не цифровая! Оцифровка пластинок не в счет. Современная цифровая голография, я считаю, всем обязана скорости и высоким отношением сигнал\шум.  А вот про цифровую голографию в белом (некогерентном) свете мне не известно, что Вы имели в виду?

в некогерентном свете вместе с информацией об объекте приходит еще информация о длине волны и фазе самих фотонов, которая нам обычно на фиг не нужна,  но обрабатывать и/или хранить ее приходится.

Да, известно, что голограмма избыточна для глаза! Квадратичный приемник убивает фазу. Но для научных задач, когда информация это не обязательно классическое изображение, как раз нужна информация о длине волны, фазе (длине пути до точек на объекте) и об амплитуде.

Для макрообъекта на обычную высокоразрешающую фотопластинку влезает информация либо о фазе (Денисюк), либо о спектре (Липпман), но не обе сразу. Если объект очень маленький, тогда информации об объекте будет ничтожно мало, и схема сможет "переварить" фазу и спектр. Практический предел именно по объему информации вы не оценивали? Каков он?

Вы занете, мы как раз примерно этим сейчас заняты. Как только выйдет публикация, я постараюсь сбросить сюда ссылку.

Дифракционный предел в данном случае ведь роли не играет, я не ошибаюсь? То есть, можно получать трехмерное изображение объектов, которые много меньше длины волны? И даже со спектром поглощения вместе? Кстати, какая была матрица? Что-то обычное или "экзотика"?

Дифракционный предел сохраняется. В работе [3] в разделе эксперимента это обсуждается. А вот со спектрами поглощения все верно. Набор изображений объекта на разных длинах волн на просвет - это и есть его спектральная характеристика поглощения. Камера чернобелая, 120 fps, 12 бит, 5 Мpx.

[Gall]

Я совсем не специалист в вопросах записи традиционных голограмм. С. П. Воробьев держал лабораторию в павильоне ВДНХ и занимался портретами (http://www.holography.ru/compeng.htm) в свете импульсного зеленого лазера.

Был там, видел этот лазер. И голограмма котенка, записанная на нем с натуры, у меня на стене висит. Ради интереса прощупываю возможность сделать лазер с подобными характеристиками кустарно из "мусора" - всяких списанных деталей и прочего, не пользуясь при этом никаким особым оборудованием. Интересен предел возможностей любителя в подвале Впрочем, он, похоже, весьма высокий - Ben Krasnow (benkrasnow.blogspot.com) кустарно сделал напылительную установку, электронный микроскоп и азот сжижал. (Не помню, он или не он, но кто-то из любителей азот ожижал именно классически, на эффекте Джоуля-Томпсона при 300 атмосферах).

Но, конечно, как маленькая пзс-ка может соревноваться с большой пластинкой с большей разрешающей способностью?

Разве что разверткой по времени Впрочем, вы именно это и делаете. Теоретически ведь можно вообще всю интерференционную картину одним фотодиодом снять, только никакого времени не хватит. Одна надежда, что матрицы станут чувствительными, как ФЭУ, и очень скоростными, тогда можно будет снимать подряд много-много кадров.

Да, голографическая микроскопия, действительно была предложена давно, но не цифровая! Оцифровка пластинок не в счет. Современная цифровая голография, я считаю, всем обязана скорости и высоким отношением сигнал\шум.  А вот про цифровую голографию в белом (некогерентном) свете мне не известно, что Вы имели в виду?

Я где-то (уже не вспомню, где) видел вывод уравнений и теоретическое доказательство возможности. И до сих пор считал, что упирается все именно в технику - не было подходящих матриц, да и вообще никаких не было (на видиконах далеко не уедешь). Еще на рентгене пытались похожий принцип применять, рентген на известных материалах может только дифрагировать, преломление и отражение неизвестны, поэтому рентгеновский микроскоп только на каком-то таком принципе можно сделать. Для рентгена матрицы существуют давно - на принципе счетчика Гейгера из перекрестной сетки проводов, с ними что-то такое пробовали (тут сам статьи не читал, только слышал, как их при мне обсуждали - врать не буду; исследования тогда, увы, заглохли по не зависящим от физики причинам).

Вы занете, мы как раз примерно этим сейчас заняты. Как только выйдет публикация, я постараюсь сбросить сюда ссылку.

О, спасибо! Еще есть хорошее место holoforum.org, правда там после смерти Воробьева русскоязычный раздел заглох совсем. Англоязычный есть, но с 2016 года куда-то переедет (владелец форума предупредил, что больше не может форумом заниматься, и дал год на переезд).
 

Дифракционный предел сохраняется. В работе [3] в разделе эксперимента это обсуждается. А вот со спектрами поглощения все верно. Набор изображений объекта на разных длинах волн на просвет - это и есть его спектральная характеристика поглощения. Камера чернобелая, 120 fps, 12 бит, 5 Мpx.

Ясно, спасибо.

[smirholo]

Приветствую.
Форум по голографии продолжает работу  с 01.01.2015 г по адресу http://www.holographyforum.org/forum/

Там кстати есть информация как я делаю голограммы с помощью цифровой камеры .

[Gall]

О, какие люди Спасибо. Да, уже видел новость - форум вернулся на старый адрес, еще на тот, на котором его Colin Kaminski держал. И главное - вики есть. Обновил ссылку в соответствующей теме.