La holografía digital es una forma de registrar información 3D mediante cámaras digitales. Hoy ya tiene una amplia aplicación práctica y en el futuro, como los científicos están seguros, será indispensable en una serie de áreas, desde la medicina hasta la astronomía. Sobre el presente y el futuro de la holografía digital.
Principios físicos de la holografía
La holografía es un método que le permite registrar información sobre un objeto y restaurar su imagen, incluso en forma tridimensional. Esto se logra registrando no solo la amplitud de la luz (como en la fotografía estándar), sino también la fase, lo que permite observar la imagen reconstruida a partir del holograma desde varios ángulos.
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La grabación de hologramas se realiza registrando la amplitud total de dos haces de luz: un objeto (reflejado de un objeto o transmitido a través de él) y uno de referencia. Si son coherentes entre sí (tienen una diferencia de fase constante), se forma un patrón de interferencia en el plano de los haces superpuestos, que se registra mediante fotosensores digitales o medios fotosensibles.
Tendencias mundiales
Con la holografía digital, puede crear una visualización tridimensional real de objetos y escenas. Esto no requiere lentes especiales para observar escenas o posicionamiento especial del observador. Sobre este principio, ahora se están desarrollando activamente pantallas 3D, que permiten visualizar imágenes de alta calidad. Como los científicos están seguros, se acerca el momento en que las imágenes en color de los hologramas serán similares en calidad de color a las fotografías, mientras se reproduce una imagen tridimensional de un objeto.
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Uno de los avances actuales es la comunicación 5G que utiliza principios holográficos para crear una imagen del interlocutor. Los expertos creen que en unos años esta tecnología podrá convertirse en un servicio comercial.
Una dirección extremadamente prometedora es la impresión 3D mediante hologramas. La imagen holográfica de la pieza se divide por secciones en proyecciones y luego, bajo el control del programa, se realiza una rápida impresión capa por capa de cada proyección.
Las áreas de la holografía digital que se utilizan en la investigación científica y aplicada se están desarrollando activamente: microscopía holográfica (visualización de micro y nanoobjetos) e interferometría holográfica (registro dinámico de cambios en los parámetros del objeto: temperatura, forma, índice de refracción).
Además, la holografía digital ya se utiliza ampliamente en imágenes médicas y biológicas, en sistemas de codificación, transmisión y almacenamiento de datos, y también permite aumentar la seguridad de productos, billetes y tarjetas bancarias.
Logros rusos
Hoy en día, varias universidades y empresas se dedican a la investigación en el campo de la holografía, tanto analógica como digital, y sus laboratorios han logrado resultados significativos.
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Por ejemplo, NRNU MEPhI ha implementado un sistema de grabación dinámica, transmisión y demostración óptica en tiempo real de hologramas con una resolución de al menos 2 millones de píxeles. Le permite reproducir de forma remota escenas y objetos grabados en rangos ópticos e infrarrojos, que se pueden utilizar, por ejemplo, para registrar información en entornos hostiles.
Hoy en día, para la transmisión de video holográfico, se requiere un canal con un ancho de banda de al menos unidades de gigabits por segundo, por lo que las tecnologías para convertir y comprimir hologramas digitales son de gran importancia. NRNU MEPhI está trabajando activamente en esta dirección. En mayo de 2019, la revista Scientific Reports presentó un método para comprimir información holográfica cientos de veces, desarrollado en el marco de la subvención No. 18-79-00277 de la Russian Science Foundation.
Otra área importante es la mejora de la calidad de la visualización óptica de escenas 3D a partir de hologramas grabados. El Instituto de Tecnologías de Láser y Plasma (LaPlaz), NRNU MEPhI, desarrolla métodos para mejorar la visualización óptica de hologramas por computadora y real utilizando cristal líquido de gradación múltiple y moduladores de luz de microespejos binarios de alta velocidad. En 2019, científicos de NRNU MEPhI publicaron un estudio a gran escala de métodos de binarización para mostrar objetos 3D con la mejor calidad en la revista OpticsandLasersinEngineering. Como explicaron los científicos, este desarrollo podría ser útil para crear pantallas 3D de alta velocidad.
La holografía es aplicable no solo para almacenar, sino también para proteger información. Los científicos de NRNU MEPhI están creando actualmente sistemas de codificación de datos utilizando una imagen grabada en un holograma como clave de codificación. En el marco de la subvención núm. 19-19-00498 de la Russian Science Foundation, se está trabajando para crear un sistema de codificación basado en moduladores de luz de microespejos de alta velocidad. Dicho sistema es capaz de codificar información con un ancho de banda de gigabits por segundo.
Un área de investigación igualmente importante es el reconocimiento de objetos. Hoy, como explicaron los especialistas de NRNU MEPhI, los dispositivos de reconocimiento suelen utilizar solo características espaciales. En un artículo publicado recientemente en la revista Optics Communications, se propuso un método para reconocer tanto la forma como las características espectrales, aplicable, por ejemplo, en dispositivos de orientación en el espacio o para identificar especies biológicas.
