13' διάβασμα
ΟΠΤΙΚΗ ΟΛΟΓΡΑΦΙΑ : Η τεχνική της τρισδιάστατης απεικόνισης,
Αρχή λειτουργίας - Εφαρμογές
Α. Αραβαντινός
Αφυπηρετήσας Καθ. Φυσικής, Παν. Δυτικής Αττικής (ΠαΔΑ)
Τμήμα Φωτογραφίας & Οπτικοακουστικών Τεχνών
- Αφιερωμένο στο φίλο Νίκο Παναγιωτάκη -
Οπτική ολογραφία ονομάζεται η τεχνική της τρισδιάστατης απεικόνισης αντικειμένων σε φωτοευαίσθητες επιφάνειες ειδικών (ολογραφικών) φιλμ. Η τεχική αυτή αξιοποιεί τα φαινόμενα της συμβολής και της περίθλασης του φωτός. Ο Denis Gabor είναι αυτός που πρώτος το 1947 επινόησε την θεωρητική αρχή της μεθόδου αν και η ουσιαστική ανάπτυξη της ολογραφίας άρχισε να πραγματοποιείται στα μέσα της δεκαετίας του 1960 μετά τον σχεδιασμό και την επιτυχή κατασκευή στο εργαστήριο των πρώτων δεσμών από συσκευές laser.
Οι απεικονίσεις αυτές, που καλούνται οπτικά ολογράμματα, έχουν ένα μοναδικό χαρακτηριστικό : παρουσιάζουν και τις τρεις διαστάσεις του αντικειμένου ενώ ταυτόχρονα διαθέτουν και το φαινόμενο της παράλλαξης. Αυτό σημαίνει ότι, καθώς ο παρατηρητής ενός ολογράμματος μετακινεί δεξιά – αριστερά το κεφάλι του, αλλάζοντας έτσι την γωνία θέασης βλέπει τις διαφορετικές όψεις του ίδιου αντικειμένου που ολογραφήθηκε. Η διαδικασία αυτή θυμίζει την αντίληψη που αποκτά ο προηγούμενος παρατηρητής σαν να έβλεπε «ζωντανά» το πραγματικό αντικείμενο μέσα από το άνοιγμα ενός «παράθυρου» με διαστάσεις αυτές της επιφάνειας του ολογραφικού φιλμ. Η μοναδική αυτή ιδιότητα των ολογραμμάτων τα κάνει να θυμίζουν την λειτουργία των στερεοσκοπικών φωτογραφιών, αν και η αίσθηση της παρατήρησης ενός οπτικού ολογράμματος είναι ασύγκριτα καλύτερη από αυτή της στερεοσκοπικής φωτογραφίας.
Στην εικόνα που ακολουθεί παρουσιάζονται ενδεικτικά δυο φωτογραφίες του ίδιου ακριβώς ολογράμματος τραβηγμένες όμως από λίγο διαφορετικές θέσεις προκειμένου να φανεί το φαινόμενο της παράλλαξης που διαθέτει το ολόγραμμα.
Η ολογραφία αν και χρησιμοποιεί – όπως άλλωστε και η φωτογραφία – το ανακλώμενο από το αντικείμενο φως που προσπίπτει στο ολογραφικό φιλμ, εντούτοις είναι μια μέθοδος απεικόνισης ουσιαστικά διαφορετική από την τεχνική της φωτογράφισης. Το ολογραφικό φιλμ καταγράφει όχι μόνο την κατανομή της έντασης του ανακλώμενου φωτός αλλά και την αντίστοιχη κατανομή της φάσης. Η επιπλέον αυτή δυνατότητα της διάκρισης των κυμάτων που έχουν διαφορετικές φάσεις προκύπτει από την εσκεμμένη, απαραίτητη παρουσία μιας αδιατάρακτης δέσμης «κυμάτων αναφοράς» που συμβάλλουν με τα ανακλώμενα από το αντικείμενο κύματα στο επίπεδο του φιλμ. Έτσι, σε μια διάταξη που παράγει ένα ολόγραμμα το αντικείμενο πρέπει να φωτίζεται από το σύμφωνο, μονοχρωματικό φως συσκευής laser. Το αντικείμενο ανακλά το φως και μάλιστα τα δημιουργούμενα μέτωπα κύματος περιέχουν τα χαρακτηριστικά της μορφής της εξωτερικής του επιφάνειας.
Αυτά τα μέτωπα κύματος συμβάλλουν με τα αντίστοιχα της δέσμης αναφοράς και έτσι δημιουργείται στην επιφάνεια του φιλμ ένας σύνθετος, πολύπλοκος σχηματισμός από άσπρες και μαύρες πολύ λεπτές γραμμές που ονομάζονται κροσσοί συμβολής. Η μορφή των κροσσών συμβολής δεν θυμίζει σε τίποτα το αρχικό αντικείμενο που ολογραφήθηκε. Στο διάγραμμα συμβολής που αποτυπώθηκε στο φιλμ ακολουθεί η κατάλληλη χημική επεξεργασία και έτσι δημιουργείται αυτό που ονομάζεται διαπερατό ολόγραμμα. Ο φωτισμός του διαπερατού ολογράμματος με την δέσμη του προηγούμενου laser δημιουργεί στο χώρο ένα πιστό είδωλο του αντικειμένου. Το αντικείμενο εμφανίζεται τρισδιάστατο, λαμπερό και χωρίς να στηρίζεται πουθενά. Είναι σαν το αντικείμενο αυτό να αιωρείται στον χώρο. Μάλιστα εαν κάποιος προσπαθήσει να το πιάσει έκπληκτος διαπιστώνει ότι «πιάνει» αέρα.
Στην φωτογραφία που ακολουθεί απεικονίζεται ο δημιουργός της ολογραφίας, φυσικός Denis Gabor ο οποίος μπροστά από ένα μαυροπίνακα παρουσιάζει ενδεικτικά μια πειραματική διάταξη δημιουργίας ολογραμμάτων.
.webp) |
| Dennis Gabor (AIP Emilio Segré Visual Archives, Physics Today Collection) |
Εκτός όμως από τα διαπερατά ολογράμματα η σύγχρονη ολογραφία έχει να επιδείξει και άλλους τύπους ολογραμμάτων όπως τα ανακλαστικά, τα ολογράμματα ουράνιου τόξου και τα ολογράμματα κίνησης. Το μεγάλο προσόν των ανακλαστικών ολογραμμάτων είναι ότι αυτά γίνονται ορατά με τον φωτισμό τους από τον ήλιο ή από κοινή, συμβατική λάμπα ισχυρού φωτισμού. Δεν ισχύει δηλαδή σε αυτά ο περιορισμός ότι το φως κατά την στιγμή της επαναδημιουργίας των μετώπων κύματος πρέπει να είναι το ίδιο ακριβώς με αυτό που φώτισε το αντικείμενο κατά την στιγμή της δημιουργίας του ολογράμματος. Τα ολογράμματα ουράνιου τόξου είναι αυτά που στην θεώρησή τους παρουσιάζουν σχεδόν όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου ανάλογα βέβαια με την γωνία παρατήρησης. Οι πιστωτικές κάρτες, οι συσκευασίες μερικών τροφίμων ή και φαρμάκων, τα σύγχρονα διπλώματα οδήγησης, οι ταινίες γνησιότητας σε χαρτονομίσματα είναι μερικές μόνο περιπτώσεις όπου τα ολογράμματα ουράνιου τόξου κάνουν καθημερινά αισθητή την παρουσία τους. Τέλος τα ολογράμματα κίνησης είναι αυτά που, πέρα από τον τρισδιάστατο χαρακτήρα ενός αντικειμένου εμφανίζουν και την κίνηση που είχε το αντικείμενο κατά την στιγμή της ολογράφησης. Βέβαια τα ολογράμματα της κατηγορίας αυτής προυποθέτουν εργαστήρια με συσκευές laser ειδικού τύπου (παλμικά laser) όπως και συγκεκριμένες οπτικές διατάξεις π.χ. αντικραδασμικές τράπεζες με αυξημένες απαιτήσεις.
Αξίζει να σημειωθεί ότι οι κατηγορίες των ολογραμμάτων δεν εξαντλούνται σε αυτές που ήδη αναφέρθηκαν. Σχεδόν καθημερινά η επιστημονική κοινότητα ενημερώνεται για τις τελευταίες εξελίξεις σε αυτόν τον τομέα που μπορεί να προέρχονται είτε από συσκευές laser νέας γενιάς είτε από ολογραφικά φιλμ καλλίτερων προδιαγραφών ή ακόμη και από την συνδυαστική δράση παράλληλων τεχνικών απεικόνισης όπως αυτή της ολογραφίας με 3D κατάλληλα υπολογιστικά προγράμματα γραφικών κ.α.
Στην συνέχεια παρουσιάζονται σε συντομία μερικά από τα πιο βασικά χαρακτηριστικά των ολογραμμάτων προκειμένου ο αναγνώστης που ενδιαφέρεται να ενημερωθεί για την νέα αυτή απεικονιστική τεχνική.
1. Τρισδιάστατη απεικόνιση
Πως αλήθεια γίνεται να υπάρξει τρισδιάστατη απεικόνιση ενός αντικειμένου σε μια επιφάνεια δυο διαστάσεων όπως ακριβώς είναι το πολύ λεπτό ολογραφικό φιλμ ; Η απάντηση δίνεται από το γεγονός ότι ενώ στην συμβατική φωτογραφία αποτυπώνεται στον ψηφιακό αισθητήρα μόνο η ένταση του φωτός, στην ολογραφία βρέθηκε τρόπος να αποτυπώνεται επιπλέον και η φάση του φωτεινού κύματος ακριβώς την στιγμή της καταγραφής. Θα έλεγε δηλαδή κανείς ότι στην ολογραφία καταγράφονται και τα δυο πιο σημαντικά χαρακτηριστικά του φωτός : η ένταση και η φάση. Πρόκειται για μια πλήρη καταγραφή του μετώπου κύματος όταν αυτό συναντάει ακριβώς το ολογραφικό φιλμ. Κατά την διαδικασία φωτισμού του ολογράμματος οι κροσσοί συμβολής επαναδημιουργούν τα μέτωπα κύματος όπως ακριβώς ήταν κατά την στιγμή της καταγραφής τους. Τα μέτωπα αυτά είναι απολύτως ίδια με αυτά της καταγραφής και έτσι δίνουν στον παρατηρητή την μοναδική αίσθηση ότι έχει μπροστά του και παρατηρεί το ίδιο πραγματικό αντικείμενο με την προοπτική μάλιστα που υπήρξε κατά την στιγμή της καταγραφής.
2. Πολλαπλές επάλληλες ολογραφικές εκθέσεις
Τι θα συμβεί στην περίπτωση όπου στο ίδιο ακριβώς ολογραφικό φιλμ δημιουργούνται διαδοχικά ολογράμματα από (έστω) δυο διαφορετικά αντικείμενα ; Θεωρείστε ότι χρησιμοποιείται η ίδια δέσμη laser αλλά ελαφρώς διαφορετική γεωμετρία στη θέση του φιλμ. Η ενδιαφέρουσα απάντηση στο ερώτημα αυτό είναι ότι όταν το συγκεκριμένο «σύνθετο» ολόγραμμα φωτιστεί με την δέσμη του laser εμφανίζονται διαδοχικά (ανάλογα με την γεωμετρία της διάταξης) και τα δυο αντικείμενα. Η ερμηνεία αυτού του γεγονότος προέρχεται από το ότι οι κροσσοί συμβολής αν και καταγεγραμμένοι στην ίδια φωτοευαίσθητη επιφάνεια του ολογραφικού φιλμ λειτουργούν ανεξάρτητα χωρίς δηλαδή την παραμικρή εμπλοκή μεταξύ τους. Έτσι, στο στάδιο της επαναδημιουργίας εαν το φως προσπίπτει με γωνία που «αντιστοιχεί» στο πρώτο αντικείμενο εμφανίζεται αυτό τρισδιάστατο. Η μικρή αλλαγή στη γωνία πρόσπτωσης έχει τώρα σαν αποτέλεσμα την εμφάνιση του δεύτερου αντικειμένου. Χρειάζεται βέβαια να αναφερθεί ότι η πολλαπλή έκθεση δεν θα πρέπει να είναι τέτοια ώστε να προσπίπτει αθροιστικά τόση πολύ φωτεινή ακτινοβολία με αποτέλεσμα να «κάψει» το ολογραφικό φιλμ.
3. Το ολόγραμμα παραμένει ανεπηρέαστο στον τεμαχισμό
Η βασική αιτία για αυτή την φαινομενικά παράδοξη ιδιότητα προέρχεται από το γεγονός ότι στην ολογραφία δεν ισχύει αυτό που στην φωτογραφία θεωρείται αξίωμα. Δηλαδή, στην τεχνική της φωτογραφίας κάθε ακτίνα που προέρχεται από συγκεκριμένο σημείο του αντικειμένου αφού πάθει διάθλαση από τον φωτογραφικό φακό εστιάζεται σε συγκεκριμένο σημείο στην περιοχή του αισθητήρα. Έτσι δημιουργείται άλλωστε το πραγματικό, αντεστραμμένο είδωλο και διατηρείται η μονοσήμαντη σχέση σημείο αντικειμένου με σημείο ειδώλου. Στην τεχνική της ολογραφίας το αντικείμενο επίσης διαχέει το φως από το laser όμως τώρα κάθε μικροσκοπική περιοχή του αντικειμένου «δηλώνει την παρουσία της» όχι σε μια μόνο μικροσκοπική περιοχή αλλά σε ολόκληρη την επιφάνεια του ολογράμματος. Η σχέση λοιπόν αντιστοίχισης : σημείο αντικειμένου – σημείο ειδώλου που ισχύει στην φωτογραφία τώρα στην ολογραφία μετατρέπεται σε : σημείο αντικειμένου – ολόκληρη επιφάνεια ολογράμματος. Στην εικόνα που ακολουθεί παρουσιάζεται σχηματικά το πως ο τεμαχισμός ενός αρχικού ολογράμματος, που απεικονίζει ένα τρισδιάστατο φωτεινό αστέρι, δημιουργεί ζευγάρια ολογραμμάτων τα οποία όμως το καθένα ξεχωριστά απεικονίζει ολόκληρο το αντικείμενο και όχι μόνο ένα τμήμα από αυτό.
Βέβαια η συνέπεια του τεμαχισμού έχει σαν αποτέλεσμα την σχετική δυσκολία στη θέση παρατήρησης του τρισδιάστατου αντικειμένου. Τώρα οι θέσεις που πρέπει να αξιοποιήσει ο παρατηρητής είναι σαφώς λιγότερες από ότι πριν όπου πολύ πιο εύκολα έβλεπε τρισδιάστατο το αντικείμενο που ολογραφήθηκε.
Η ολογραφία σαν μια τεχνική παραγωγής τρισδιάστατων εικόνων, δεν μπορεί προς το παρόν να αντιμετωπίσει την παραδοσιακή φωτογραφία λόγω του σχετικά υψηλού κόστους. Όμως αυτό που κάνει την ολογραφία ασύγκριτα πιο ενδιαφέρουσα είναι οι πολλά υποσχόμενες εφαρμογές της. Η συνοπτική ομαδοποίηση των εφαρμογών που ήδη σήμερα χρησιμοποιούνται παγκόσμια με την μέθοδο της ολογραφίας αποφέρει τις εξής πέντε πολύ γενικές κατευθύνσεις :
(1) Ολογράμματα επιδείξεων : πρόκειται για ολογράμματα συγκεκριμένων αντικειμένων, όπως για παράδειγμα μουσειακά είδη ή σπάνια, μοναδικά αντικείμενα μεγάλης αξίας.
(2) Ολογραφικά οπτικά στοιχεία : Με την βοήθεια της ολογραφίας δημιουργούνται ενεργά οπτικά στοιχεία π.χ. ολογραφικοί φακοί για τις νέες, έξυπνες οθόνες πολλαπλής ανάγνωσης (Head up display).
(3) Πιστοποιητικά γνησιότητας : Η πιστή αντιγραφή ενός ολογράμματος είναι πρακτικά αδύνατη, έτσι σήμερα πιστωτικές κάρτες, διπλώματα οδήγησης αλλά και συσκευασίες φαρμάκων διαθέτουν ολογράμματα και έτσι εξασφαλίζουν απόλυτα την γνησιότητά τους.
(4) Ολογραφικός μη καταστροφικός έλεγχος : Πρόκειται για μια μέθοδο που μελετά την αντοχή των υλικών στις παραμορφώσεις, ελέγχει την ανομοιογένεια των σωμάτων ενώ μπορεί να προβλέψει με απόλυτη ακρίβεια τα ευπαθή σημεία ενός υλικού ή μιας κατασκευής.
(5) Ολογραφία κίνησης: Δίνεται η δυνατότητα μελέτης π.χ. της ροής ρευστών όπως και ο ακριβής έλεγχος των διαρροών, την δημιουργία ολογραφικών πορτραίτων.
Όπως έγινε κατανοητό από την περιληπτική αναφορά στην οπτική ολογραφία, φαίνεται πως αν και η τεχνική αυτή έχει σύντομο σχετικά παρελθόν, προβλέπεται να έχει μεγάλης διάρκειας μέλλον. Ο ολογραφικός κινηματογράφος, η ολογραφική κάμερα και η ολογραφική τηλεόραση είναι επιτεύγματα που δεν θα αργήσουν να «επισκεφθούν» το ευρύ καταναλωτικό κοινό. Η πληροφορική θα βρεί σύντομα τον τρόπο να μεταφέρει την τρισδιάστατη ολογραφική εικόνα σε σπίτια και γραφεία, έτσι ώστε η έννοια της επικοινωνίας να αποκτήσει έναν άλλο, ουσιαστικά διαφορετικό χαρακτήρα από τον σημερινό. Όλα τα ανωτέρω είναι τα αποτελέσματα της διαπίστωσης ότι η μακροχρόνια επιθυμία του ανθρώπου να «παγιδεύσει» απεικονιστικά την τρίτη διάσταση της πραγματικότητας είναι πλέον γεγονός.
Απαγορεύεται από το δίκαιο της Πνευμ. Ιδιοκτησίας
η καθ΄οιονδήποτε τρόπο χρήση/αναπαραγωγή/ιδιοποίηση
του παρόντος άρθρου (ολόκληρου ή αποσπασμάτων)
© periopton
