|
Исследования методов голографического кино проводятся в нашей стране начиная с середины 70-х годов.
Нашей исследовательской группой в НИКФИ разработаны следующие принципы. Во-первых, опробовано создание
голографического фильма двумя методами: в лазерном свете и в обычном некогерентном свете (метод растровых линз
с последующим преобразованием растрового изображения в голографическое изображение). Во вторых, используются линзы
с большой апертурой (приблизительно 200 мм) для голографической съёмки и проекции. В-третьих, специальные
голографические или растровые экраны сосредотачивают и умножают изображение соответственно количеству зрителей.
В-четвёртых, для сохранения и воспроизводства цветного 3-мерного изображения используются голографические плёнки
с толстым эмульсионным слоем приблизительно 10 микрометров.
В НИКФИ эта схема была экспериментально проверена путём съёмки и проецирования коротких голографических фильмов
с 3-мерным монохроматическим (1976) и цветным (1984) изображением. Суммарная продолжительность роликов голографических
фильмов равнялась приблизительно 5 минутам.
Теоретические основы процесса голографического кино
Используя схемы голографической кинематографии, предложенные Эмметом Лейтом (большие линзы),
Юрием Денисюком (большое зеркало) и Таканори Окоши (набор зеркал), невозможно показать голографический фильм
одновременно для более чем одного или двух зрителей, поскольку голографическое изображение воспроизводится
с одной зоной просмотра. Этот и ряд других принципиальных недостатков присущи всем известным технологиям голографического кино
подробнее >>>
В нашей системе голографического кинематографа мы смогли создать схему мультизонного воспроизводства изображения, где оно
умножается специальным голографическим экраном. Таким образом наша система сняла ограничения обычных голографических киносъёмок,
и дала возможность иметь любое количество мест в голографическом кинотеатре.
В схемах голографического кино, где голографическое изображение приблизительно равноотстоит
от пленки и от глаз зрителей, качество изображения очень низкое. Это
результат чрезвычайно интенсивного спекла или чрезвычайно низкой глубинной
резкости. В нашей системе голографического кино эта проблема решается
использованием вращающегося свето-прерывающего диска, расположенного около
центра гомоцентрического восстанавливающего пучка в лазерном проекторе. В
результате спекл удален, и увеличена глубинная резкость.
В процессе исследований были также решены следующие задачи: а) математически определен размер кадра на
голографической пленке в процессе растровой фотографии в зависимости от расстояния между зрителем и изображением
(голографическая камера и самый близкий объект); б) определено минимальное расстояние между камерой и объектом
в зависимости от приемлемого размера кадра на пленке; в) определена энергия лазерного импульса в течение съёмок
голографических фильмов была в зависимости от чувствительности пленки и удалённости объекта; г) определён размер сцены,
достижимый для съёмки с относительно низкими энергиями лазерного луча; д) определена зависимость мощности лазера
для голографической проекции от количества зрительских мест. При этом нами показано, что при соответствующей мощности
проекционного лазера фактически нет предела количеству мест в голографическом кинотеатре.
Также определены оптимальные длины волн лазера в зависимости от достижения самой точной передачи цвета в голографическом кино.
Показано, что высокое качество цветного изображения может быть получено для трех длин волн. Это значит, что можно получить
голографический экран с приемлемым шумовым уровнем и с высокой дифракционной эффективностью.
Экспериментальная система голографического кино
Первая цветная система, разработанная нами в 1981-85 годах, состояла из следующих элементов. Камера для съёмки на
голографической пленке 70 мм обеспечивала размер кадра 51х47 мм, с прерыванием до 24 кадров в секунду. Линза имела
фокальное расстояние 150 мм и апертуру 22 мм. Одна лазерная камера была сделана для съёмок с импульсными лазерами
и непрерывными лазерами, другая – для фиксации вакуума у голографической пленки.
Были разработаны также два различных голографических проектора. Они имели фокальное расстояние в 250 м и апертуру 200 мм.
В первом проекторе использовался лазер, во втором – ртутно-кадмиевая лампа. Конечно, проектор с лазером дает большую глубину
резкости изображения, но он более сложен. Проектор с лампой более прост и более дешев, но глубина мала.
Было сделано три версии установок для воспроизводства голографического киноизображения. В первой и второй версиях проекция
осуществлялась непосредственно множительный фокусирующий голографический экран размером 1х0.8 м. В первой версии голографический
экран для монохроматической проекции (0.578 мм в жёлтой зоне спектра) имел пять зрительных зон. Во второй версии голографический экран
для цветной проекции (0.647 мм в красной зоне спектра и 0.510 в зелёной зоне) имел две зрительных зоны.
В третьей версии проекция выполнялась на зеркально-пленочный круглый вакуумный экран 2м в диаметре.
Световой пучок от проекционного аппарата падал на промежуточный голографический экран. Экран отражал 24 отдельных пучка,
каждый из которых был направлен и сфокусирован на 24 зеркальных линзах. Пучки, отраженные от зеркальных линз,
были направлены и сфокусированы на большом зеркально-пленочном вакуумном экране. Пучки, отраженные от экрана,
формировали 24 зоны просмотра в кинотеатре. В этих зонах зрители могли видеть трехмерные изображения.
Были разработаны две установки для печати копий голографических пленок. В первой установке оригинальная пленка
и голографическая плёнка-заготовка располагались близко друг к другу. Во второй установке между ними была помещена линза.
Преимущество второго устройства состоит в том, что это гарантирует инверсию изображения и выбор оптимального отношения интенсивностей
объектного и опорного пучков по отдельности.
В нашей лаборатории были сделаны несколько коротких экспериментальных голографических фильмов с суммарной
продолжительностью около пяти минут. Для цветных голографических кадров использовалась двухслойная плёнка.
Чувствительность пленки (70 мм) в красной и зеленой областях спектра была приблизительно 5 000 эргов/кв.см,
дифракционная эффективность была 70 процентов, уровень шума был 0.007 (отношение интенсивности рассеянного
света к интенсивности пучка восстановления). В съёмках маленьких цветных голографических фильмов использовались лазеры
Spectra Physics (модель 171): криптоновый лазер с мощностью 0.8 ватт и аргоновый лазер с мощностью 1.2 ватт.
Монохроматические кадры были сняты на пленке Agfa-Gevaert 8E75 HD и 8E56 HD. Использовались рубиновые (0.695 мм) и
гранатовые (на 0.530 мм) импульсные лазеры с энергией импульса 0.1дж и с частотой повторения импульса до 24 раз в секунду.
Исследования, проведённые под руководством профессора Анатолия Бубинова, показали, что
для изготовления и печати голографической пленки требуются накачиваемые
лампой окрашивающие лазеры и необходим подбор оптимальных длин волн.
Энергия импульса 5-10дж может быть получена с частотой повторения 16-24
импульсов в секунду, с длиной когерентности 10-20 м и шириной импульса
порядка 1м в секунду. Исследования, выполненные под руководством Льва
Логака показали, что технически и экономически вполне возможно производить
голографическую пленку для цветной импульсной фотографии в лазерном свете
(красный, зеленый и синий).
Экспериментальные
голографические фильмы показывают на специальных экранах. Нами также была изготовлена специальная установка для производства
голографических экранов и экспозиции их светочувствительных слоёв. Исследования, выполненные под руководством автора этой статьи и Олега Серова,
продемонстрировали техническую возможность производства голографических
экранов цветной проекции для фактически неограниченного количества зрительских мест.
После решения проблемы количества зрителей мы перешли к следующей стадии развития нашей системы:
отработке принципов съёмок голографических игровых фильмов, в том числе на открытых площадках,
которые нельзя осветить лазерным светом. В начале 2000-х были проведены работы, которые подтвердили возможность
применения для съемок в обычном некогерентном свете камеры с двумя объективами, с получением большого числа
промежуточных ракурсов и последующим преобразованием ряда этих изображений в голографическое.
В целом в результате этих исследований была отработана схема многоракурсных натурных съёмок, что в применении
к голографическому кинематографу означало снятие ограничения производства фильма только павильонными съёмками.
К настоящему времени наша технология позволяет делать многоракурсные съёмки любых ландшафтов в обычном свете с
последующим переводом этих изображений в голографические. Тем самым последний принципиальный недостаток
разрабатываемой нами системы был устранён.
Выводы
Какова же область применения этих результатов? Технически возможно снимать голографические фильмы любой сложности,
в том числе и игровые художественные фильмы с продолжительностью в 150 и более минут, а также открыть голографический кинотеатр,
имеющий любое количество зрительских мест. Сейчас уже можно с уверенностью сказать, что наша система голографического кино
по всем основным параметрам (включая яркость и чёткость изображения) превосходит обычный кинематограф.
|
