A holografia digital é uma forma de registrar informações 3D usando câmeras digitais. Hoje já tem ampla aplicação prática e, no futuro, os cientistas têm certeza, será indispensável em diversas áreas, da medicina à astronomia. Sobre o presente e o futuro da holografia digital.
Princípios físicos da holografia
Holografia é um método que permite registrar informações sobre um objeto e restaurar sua imagem, inclusive de forma tridimensional. Isso é feito registrando-se não apenas a amplitude da luz (como na fotografia padrão), mas também a fase, o que permite observar a imagem reconstruída a partir do holograma de vários ângulos.
Os hologramas são registrados registrando-se a amplitude total de dois feixes de luz: um objeto (refletido de um objeto ou transmitido através dele) e um de referência. Se forem coerentes entre si - possuem uma diferença de fase constante - então um padrão de interferência é formado no plano de sobreposição dos feixes, que é registrado por fotossensores digitais ou meios fotossensíveis.
Tendências mundiais
Usando a holografia digital, você pode criar uma visualização tridimensional real de objetos e cenas. Isso não requer óculos especiais para observação de cenas ou posicionamento especial do observador. Partindo desse princípio, os displays 3D estão sendo desenvolvidos ativamente, o que permite a visualização de imagens de alta qualidade. Como os cientistas têm certeza, está se aproximando o momento em que as imagens coloridas dos hologramas serão semelhantes em qualidade de cor às fotografias, enquanto reproduzem uma imagem tridimensional de um objeto.
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Um dos avanços atuais é a comunicação 5G usando princípios holográficos para criar uma imagem do interlocutor. Os especialistas acreditam que em alguns anos essa tecnologia poderá se tornar um serviço comercial.
Uma direção extremamente promissora é a impressão 3D usando hologramas. A imagem holográfica da peça é dividida por seções em projeções e então, sob o controle do programa, é realizada uma rápida impressão camada por camada de cada projeção.
As áreas da holografia digital que são usadas na pesquisa científica e aplicada estão em desenvolvimento ativo: microscopia holográfica (visualização de micro e nanoobjetos) e interferometria holográfica (registro dinâmico de mudanças nos parâmetros do objeto - temperatura, forma, índice de refração).
Além disso, a holografia digital já é amplamente utilizada em imagens médicas e biológicas, em sistemas de codificação, transmissão e armazenamento de dados, e também permite aumentar a segurança de produtos, notas e cartões bancários.
Conquistas russas
Hoje, a pesquisa no campo da holografia - analógica e digital - é realizada por uma série de universidades e empresas cujos laboratórios têm alcançado resultados significativos.
Por exemplo, NRNU MEPhI implementou um sistema para gravação dinâmica, transmissão e demonstração óptica em tempo real de hologramas com uma resolução de pelo menos 2 milhões de pixels. Ele permite reproduzir remotamente cenas e objetos gravados nas faixas ótica e infravermelho - que podem ser usados, por exemplo, para gravar informações em ambientes agressivos.
Hoje, para a transmissão de vídeo holográfico, é necessário um canal com largura de banda de pelo menos unidades de gigabits por segundo, portanto, as tecnologias de conversão e compressão de hologramas digitais são de grande importância. O NRNU MEPhI está trabalhando ativamente nessa direção. Em maio de 2019, a revista Scientific Reports apresentou um método para compactar informações holográficas centenas de vezes, desenvolvido no âmbito da bolsa da Fundação Russa para a Ciência nº 18-79-00277.
Outra área importante é melhorar a qualidade da exibição ótica de cenas 3D de hologramas gravados. O Instituto de Tecnologias de Laser e Plasma (LaPlaz), NRNU MEPhI, desenvolve métodos para melhorar o computador e a exibição óptica real de hologramas usando cristal líquido multi-gradação e moduladores binários de luz de microespelho de alta velocidade. Em 2019, cientistas do NRNU MEPhI publicaram um estudo em grande escala de métodos de binarização para exibir objetos 3D na melhor qualidade no jornal OpticsandLasersinEngineering. Como os cientistas explicaram, esse desenvolvimento pode ser útil na criação de telas 3D de alta velocidade.
A holografia é aplicável não apenas para armazenar, mas também para proteger informações. Cientistas do NRNU MEPhI estão atualmente criando sistemas de codificação de dados usando uma imagem gravada em um holograma como uma chave de codificação. No âmbito da concessão nº 19-19-00498 da Russian Science Foundation, está em andamento um trabalho para criar um sistema de codificação baseado em moduladores de luz de microespelho de alta velocidade. Esse sistema é capaz de codificar informações em uma largura de banda de gigabits por segundo.
Uma área de pesquisa igualmente importante é o reconhecimento de objetos. Hoje, como explicaram os especialistas do NRNU MEPhI, os dispositivos de reconhecimento costumam usar apenas recursos espaciais. Em um artigo publicado recentemente na revista Optics Communications, foi proposto um método para reconhecer a forma e as características espectrais, aplicável, por exemplo, em dispositivos de orientação no espaço ou para identificar espécies biológicas.
