La holografia o vision grafica es una tecnica avanzada de fotografia que consiste en crear imagenes tridimensionales basada en el empleo de la luz. Para esto se utiliza un rayo laser que graba microscopicamente una pelicula fotosensible . La interferencia que se produce entre dos haces de luz coherentes hace posible que la luz de uno de estos se reflecte en el objeto. Esta, al recibir una luz puntual desde la perspectiva adecuada, proyecta una imagen en tres dimensiones. Ademas, procesadas e iluminadas de manera precisa, las imagenes pueden aparecer saliendose de sus limites, hacia fuera o hacia dentro del marco, y el observador, sin tener la necesidad de ningun accesorio, las puede ver sin discontinuidades y variando las perspectivas dependiendo de su posicion. La utilizacion de las tecnicas holograficas en sistemas de video es un proceso complejo que supone un gran reto a nivel tecnologico. Si se pueden resolver estos retos, se podria convertir en el sistema que se utilizaria en una futura television tridimensional. ^{[ 1 ]} ​

Vision historica de la holografia [ editar ]

La holografia fue inventada en 1948 por el fisico hungaro Dennis Gabor , que recibio por esto el premio Nobel de Fisica en 1971. Recibio la patente GB685286 por su invencion. Sin embargo, se perfecciono anos mas tarde con el desarrollo del laser , pues los hologramas de Gabor eran muy primitivos a causa de no haberse perfeccionado lo suficiente sus aparatos.

Originalmente, Gabor solo queria encontrar una manera para mejorar la resolucion y definicion de las imagenes del microscopio electronico . Planteo un problema interesante: cuando se ilumina una rendija con luz de un solo color, se obtiene una figura de franjas que permite conocer la forma y dimensiones de la rendija. Gabor describio el proceso de descodificacion de la informacion fotografiada, hacia falta encontrar la manera de registrar la inclinacion de los rayos de luz que llegaban a la pelicula fotografica. Llamo a este proceso ≪holografia≫, del griego ≪holos≫ (completo), ya que los hologramas mostraban un objeto completamente y no solo una perspectiva.

Los primeros hologramas que verdaderamente representaban un objeto tridimensional bien definido fueron hechos por Emmett Leith y Juris Upatnieks en Estados Unidos en 1963, y por Yuri Denisyuk en la Union Sovietica .

Uno de los avances mas prometedores hechos recientemente ha sido su uso para los reproductores de DVD y otras aplicaciones. Tambien se utiliza actualmente en tarjetas de credito , billetes de banco, etiquetas de seguridad, embalajes, certificados, pasaportes y documentos de identidad, asi como discos compactos y otros productos, ademas de su uso como simbolo de originalidad y seguridad. ^{[ 1 ]} ​

Principio de funcionamiento de un holograma [ editar ]

NOTA: Para comprender el principio de funcionamiento de un holograma se describe el grabado en un holograma fino de una escena que solo contiene un punto que refleja la luz. Esta descripcion es solamente esquematica y no respeta la escala entre los objetos y la longitud de onda. Solo sirve para comprender el principio .

Grabado de un holograma [ editar ]

En la imagen se alumbra la escena con ondas planas que vienen de la izquierda. Una parte de la luz se refleja en el punto, representado como un circulo blanco. Solo esta representada la luz reflejada hacia la derecha. Esas ondas esfericas se alejan del punto y se adicionan a las ondas planas que alumbran la escena. En los sitios donde las crestas coinciden con crestas y los valles con valles habra maximos de amplitud. Simetricamente, donde las crestas coinciden con valles y los valles con crestas la amplitud sera minima. Hay sitios del espacio donde siempre la amplitud es maxima y sitios donde la amplitud siempre es minima.

La superficie de una placa fotosensible ubicada en el sitio punteado de la imagen estara lo mas expuesta en donde la amplitud es maxima y lo menos expuesta en los sitios donde la amplitud es minima. Despues de un tratamiento adecuado, las zonas mas expuestas resultaran mas transparentes y las zonas menos expuestas mas opacas.

Es interesante senalar, que si durante la exposicion, la placa se mueve media longitud de onda (un cuarto de micron ), una buena parte de las zonas habra pasado de las mas expuestas a las menos expuestas y el grabado del holograma habra fracasado.

En la imagen se alumbra la escena con ondas planas que vienen de la izquierda. Una parte de la luz se refleja en el punto, representado como un circulo blanco. Solo esta representada la luz reflejada hacia la derecha. Esas ondas esfericas se alejan del punto y se adicionan a las ondas planas que alumbran la escena. En los sitios donde las crestas coinciden con crestas y los valles con valles habra maximos de amplitud. Simetricamente, donde las crestas coinciden con valles y los valles con crestas la amplitud sera minima. Hay sitios del espacio donde siempre la amplitud es maxima y sitios donde la amplitud siempre es minima.

La superficie de una placa fotosensible ubicada en el sitio punteado de la imagen estara lo mas expuesta en donde la amplitud es maxima y lo menos expuesta en los sitios donde la amplitud es minima. Despues de un tratamiento adecuado, las zonas mas expuestas resultaran mas transparentes y las zonas menos expuestas mas opacas.

Es interesante senalar, que si durante la exposicion, la placa se mueve media longitud de onda (un cuarto de micron), una buena parte de las zonas habra pasado de las mas expuestas a las menos expuestas y el grabado del holograma habra fracasado.

Observacion del holograma [ editar ]

Alumbramos el holograma con ondas planas que vienen de la izquierda. La luz pasa por los "espacios" transparentes del holograma y cada "espacio" crea ondas semiesfericas que se propagan hacia la derecha. En la imagen a la derecha solo hemos dibujado la parte interesante de la cresta de las ondas. Se aclara que las ondas que salen de los "espacios" de la placa se adicionan para dar frentes de onda semiesfericos similares a los frentes producidos por la luz reflejada por el punto de la escena. Un observador situado a la derecha de la placa ve luz que parece salir de un punto situado en el sitio donde estaba el punto de la escena. Eso es debido al hecho que el holograma deja pasar la luz que tiene la "buena" fase en el "buen" sitio.

Objeto en lugar de un punto unico [ editar ]

En realidad, la luz reflejada por una pequena parte de un objeto (el punto del ejemplo precedente) es debil y solo puede contribuir a que zonas del holograma sean un poco mas oscuras o mas claras. Eso no impide la formacion de frentes de onda semiesfericos durante la lectura del holograma. El observador encontrara solamente, que el punto es poco brillante.

Un segundo punto luminoso anade, al grabado del holograma, sus propias zonas un poco mas claras u oscuras. A la observacion, el segundo juego de zonas claras y oscuras crea otro conjunto de frentes de onda que parece originarse de la posicion donde se encontraba el segundo punto. Si el punto se encontraba mas lejos, se le "vera" mas lejos y viceversa. El holograma graba la informacion tridimensional de la posicion de los puntos.

Un objeto grande no es otra cosa que un conjunto de puntos. Cada zona puntual del objeto crea zonas mas o menos grises que se adicionan en la placa. Cada conjunto de zonas grises crea, a la observacion, ondas semiesfericas que parecen salir del "buen" sitio del espacio: y asi vemos una imagen (virtual) del objeto.

En la practica, este tipo de holograma ?fino y con alumbrado perpendicular? es poco utilizado, ya que las emulsiones sensibles son mas espesas que la longitud de onda. Ademas los hologramas con alumbrado perpendicular dan tambien imagenes mas reales (en el sentido optico de la palabra) inoportunas en la observacion.

Comparacion con la fotografia [ editar ]

La holografia puede comprenderse mejor si se examinan sus diferencias con la fotografia ordinaria:

• Un holograma representa una grabacion de informacion relativa a la luz procedente de la escena original dispersada en varias direcciones, en lugar de en una sola, como en una fotografia. Esto permite ver la escena desde distintos angulos, como si aun estuviera presente.
• Una fotografia puede grabarse con fuentes de luz normales (luz solar o electrica), mientras que para grabar un holograma se necesita un laser.
• En la fotografia se necesita un objetivo para grabar la imagen, mientras que en la holografia la luz del objeto se dispersa directamente sobre el soporte de grabacion.
• Una grabacion holografica requiere un segundo haz de luz (el haz de referencia) que se dirige al soporte de grabacion.
• Una fotografia puede verse en una amplia gama de condiciones de iluminacion, mientras que los hologramas solo pueden verse con formas muy especificas de iluminacion.
• Cuando una fotografia se corta por la mitad, cada trozo muestra la mitad de la escena. Cuando un holograma se corta por la mitad, en cada trozo se sigue viendo la escena completa. Esto se debe a que, mientras que cada punto de una fotografia solo representa la luz dispersada desde un unico punto de la escena, cada punto de una grabacion holografica incluye informacion sobre la luz dispersada desde cada punto de la escena. Es como ver una calle fuera de una casa a traves de una ventana de 120 cm × 120 cm (4 pies × 4 pies) y luego a traves de una ventana de 60 cm × 120 cm (2 pies × 4 pies). Se pueden ver las mismas cosas a traves de la ventana mas pequena (moviendo la cabeza para cambiar el angulo de vision), pero el espectador puede ver mas cosas a la vez a traves de la ventana de 120 cm (4 pies).
• Un estereograma fotografico es una representacion bidimensional que puede producir un efecto tridimensional, pero solo desde un punto de vista, mientras que el rango de vision reproducido de un holograma anade muchas mas senales de percepcion de la profundidad que estaban presentes en la escena original. El cerebro humano reconoce estas senales y las traduce en la misma percepcion de una imagen tridimensional que cuando se veia la escena original.
• Una fotografia traza claramente el campo luminoso de la escena original. La superficie del holograma revelado consiste en un patron muy fino, aparentemente aleatorio, que no parece tener ninguna relacion con la escena que grabo.

Aplicaciones [ editar ]

• En los reproductores DVD , en las tarjetas de credito, en los discos compactos y en los billetes.
• Simbolo de originalidad y seguridad.
• Reproduccion de imagen y video tridimensional: multiples aplicaciones en sectores como la television , el diseno industrial, la medicina, la educacion, la investigacion, las comunicaciones...
• Conciertos holograficos de Vocaloid ^{[ 2 ]} ​
• Patrimonio cultural ^{[ 3 ]} ​

Ejemplos de dispositivos holograficos [ editar ]

Cheoptics 360 [ editar ]

El dispositivo "Cheoptics 360" desarrollado por las empresas viZoo y Ramboll es un sistema de video holografico. Es un proyector de video formado por una piramide invertida que es capaz de generar imagenes tridimensionales dentro de su espacio de proyeccion. La imagen proyectada se ve totalmente en 3D desde cualquier angulo de observacion. Hay proyectores en cada extremo del aparato que se combinan para generar la imagen en el centro dando una sensacion de total realismo al espectador. Se pueden proyectar imagenes desde 1,5 hasta 30 metros de altura con cualquier condicion luminica ambiental (interior o exterior). Tambien permite reproducir videos de peliculas o desde el ordenador personal. ^{[ 4 ]} ​

Heliodisplay [ editar ]

El Heliodisplay es una tecnologia creada por la empresa IO2Technology que reproduce hologramas en 2-D sin utilizar un medio fisico como una pantalla . Permite proyectar una imagen estatica o en movimiento en el aire con una cierta calidad, de unas 27 pulgadas , sin requerir medios alternativos como humo o agua y puede ser utilizado en cualquier entorno sin instalaciones adicionales.

Se puede describir el dispositivo como una caja que se puede enchufar a un conector USB, a una fuente de video o de imagen como puede ser un DVD o un ordenador personal , por ejemplo. Utiliza aire normal para funcionar. Lo que hace es convertir las propiedades del reflejo del aire. El aire es capturado, convertido instantaneamente y vuelto a expulsar. La imagen se proyecta sobre el aire convertido.

Otra caracteristica importante es que la imagen generada es interactiva . Vale decir que la sensacion de la imagen que se proyecta no es totalmente tridimensional. La sensacion 3D solo es frontal, ya que vista de lado la imagen se ve plana. ^{[ 5 ]} ​

MARK II [ editar ]

Es un proyecto de video holografico que se esta desarrollando en el Massachusetts Institute of Technology (MIT) por un grupo de investigadores dirigidos por el profesor S. Benton.

Este sistema se basa en el calculo mediante ordenador de las franjas de interferencia que producirian imagenes sinteticas. Al sintetizar estas franjas mediante complejos modelos matematicos , se consigue una reduccion importante en el numero de muestras de los hologramas sinteticos restringiendo el paralaje de movimiento en las direcciones con mas interes. En este dispositivo, unicamente se codifica la informacion de paralaje horizontal porque se supone que sera el movimiento mas realizado por el espectador. Con ello, se reduce el numero de muestras de las franjas de interferencia en un factor de 100.

El sistema se basa en la construccion de las imagenes mediante una exploracion conjunta de varios haces laser cuya amplitud se modula en concordancia con las franjas de interferencias del holograma calculado previamente. La exploracion se realiza mediante un conjunto de moduladores optoacusticos que barren diferentes franjas horizontales de la imagen. Se pueden presentar imagenes de 150 x 75 x 150 mm, con un angulo de vision horizontal de 36 grados, y es capaz de mostrar una imagen por segundo. ^{[ 6 ]} ​

MARK III [ editar ]

El sistema denominado Mark III es una evolucion de los dispositivos holograficos desarrollados por el MIT durante la decada de los 80. Los sistemas anteriores eran muy complejos y voluminosos y necesitaban hardware especializado para generar la senal de video . El objetivo del proyecto es el de desarrollar un sistema de visualizacion holografico de ambito domestico. Formara imagenes monocromaticas en 3D con unas dimensiones similares al cubo de Rubik .

Para crear un video holografico, se debe producir un modelo tridimensional en tiempo real de los objetos dentro de una escena. A partir de este, se calcula el patron de difraccion necesario para formar la imagen. El procesado es muy complejo, pero se ha optimizado para que trabaje con las tarjetas graficas domesticas. La senal de video generado se envia a un modulador de luz, que es, basicamente una guia de ondas cubierta de un material piezoelectrico que segun la senal recibida se deforma mas o menos. La onda de luz esta acompasada de diferentes intensidades y frecuencias. De proyectarse sobre un cristal translucido, las diferentes ondas interfieren generando un escena tridimensional. Este nuevo modulador permite emitir luz en vertical y horizontal, evitando asi el uso de muchas lentes y espejos .

Interactive 360° Light Field Display [ editar ]

Es un dispositivo de video holografico desarrollado en conjunto por Sony , Fake Space Lab y la Universidad del Sur de California , presentado en el SIGGRAPH 2007.

El sistema presentado consta de un videoproyector de alta velocidad, un espejo rotatorio cubierto por un difusor holografico y un circuito semiconductor FPGA (Field Programmable Gate Array), que se encarga de decodificar la senal DVI . Se utiliza una tarjeta grafica programable y estandar que puede renderizar mas de 5000 imagenes por segundo y proyectar vistas en 360 grados con separacion de 1,25 grados. Algunas caracteristicas:

• No requiere gafas especiales.
• Es omnidireccional : vision en 3D en 360 grados.
• No reproduce color.
• Permite la interactividad con la imagen holografica. ^{[ 7 ]} ​

Vease tambien [ editar ]

• Optica
• Universo holografico
• Tridimensional
• Holografia digital
• Holografia dinamica
• Holografia especular
• Pantalla moduladora interferometrica
• Panel SED
• Papel electronico
• Autoestereoscopia
• Tomografia
• Realidad aumentada
• Dennis Gabor
• Emmett Leith
• Yuri Denisiuk

Referencias [ editar ]

Bibliografia [ editar ]

• Hariharan, P (1996), Optical Holography: principles, techniques, and applications , Cambridge University Press , ISBN   978-0521439657   .
• Lasers and holography: an introduction to coherent optics W. E. Kock, Dover Publications (1981), ISBN 978-0-486-24041-1
• Principles of holography H. M. Smith, Wiley (1976), ISBN 978-0-471-80341-6
• G. Berger et al., Digital Data Storage in a phase-encoded holograhic memory system: data quality and security , Proceedings of SPIE, Vol. 4988, p. 104-111 (2003)
• Holographic Visions: A History of New Science Sean F. Johnston, Oxford University Press (2006), ISBN 0-19-857122-4

Bibliografia adicional [ editar ]

• Lipson A., Lipson SG, Lipson H, Optical Physics, 2011, Cambridge University Press, ISBN   978-0-521-49345-1 (en ingles)
• Three-Dimensional Imaging Techniques Takanori Okoshi, Atara Press (2011), ISBN   978-0-9822251-4-1 (en ingles)
• Holographic Microscopy of Phase Microscopic Objects: Theory and Practice Tatyana Tishko, Tishko Dmitry, Titar Vladimir, World Scientific (2010), ISBN   978-981-4289-54-2 (en ingles)
• Richardson, Martin J.; Wiltshire, John D. (2017). Richardson, Martin J.; Wiltshire, John D., eds. The Hologram: Principles and Techniques (en ingles) . Wiley. ISBN   9781119088905 . OCLC   1000385946 . doi : 10.1002/9781119088929 .  
• Jean Taboury, Holographie , Cours de l'Ecole superieure d'optique, 2002 (en frances)
• Florence Weil, Optique physique : interferences, diffraction, holographie. Cours et exercices corriges , Ellipses, 2005, 187 p. (en frances)
• Nicolas A. A. Brun, Trois plaidoyers pour un art holographique , L'Harmattan, coll. "L'art en bref", Paris, 2008 (en frances)

Enlaces externos [ editar ]

• Instrucciones simples para hacer hologramas
• Videos holograficos
• Holografia aplicada a patrimonio cultural
• Discurso de Dennis Gabor "Holografia" en la ceremonia del Premio Nobel en 1971 (en ingles)

• Wikimedia Commons alberga una categoria multimedia sobre Holografia .
• Wikcionario tiene definiciones y otra informacion sobre olografo .