本篇文章给大家谈谈全息（全息屏），以及全息（全息屏）对应的知识点，文章可能有点长，但是希望大家可以阅读完，增长自己的知识，最重要的是希望对各位有所帮助，可以解决了您的问题，不要忘了收藏本站喔。
你看到的可能都是假“全息”来看看真的全息显示是啥样
喜欢科幻电影的人，对全息显示这项炫酷的技术一定不会感到陌生。在电影《星球大战》中，航天机器人R2-D2发射出一种蓝色的光，莱娅公主的形象栩栩如生地出现在蓝光中，向在场的人们发出呼救信号。这一经典桥段隐含了全息显示技术的特别之处——无论观众站在哪个方位，都可以看到所显示内容的立体形象。
在现实世界中，从事光学显示领域研究的专业人士也为这项技术深深着迷。在9月中旬举办的2020腾讯全球数字生态大会5G专场上，腾讯多媒体实验室标准总监、5G专家斯蒂芬·温格指出，基于光场技术的全息显示将会是显示技术的未来。中国工程院院士许祖彦也表示：“人们对美好视觉效果的追求，是推进显示技术发展的关键，而自然真实、三维立体的视觉效果是人们最终的目标。下一代显示技术将有可能是全息。”
全息显示实质上是对光的记录和还原
那到底什么是真正的全息显示技术？如今又发展到了哪一步呢？
全息，顾名思义即全部信息。众所周知，光作为一种电磁波的形式存在，包括振幅和相位两个参数，其中振幅反映的是光的强弱，而相位则指的是光波在前进时,光子振动呈现出交替的波形变化。全息显示就是要记录下振幅和相位两个参数，还原出物体的三维影像。
上海理工大学人工智能纳米光子学实验室的张启明教授告诉记者：“振幅的强弱可以通过胶片等手段被记录下来，相位却很难被记录下来。”1947年，英国物理学家丹尼斯·盖伯发明了全息术，利用光干涉技术记录光的相位，即利用光与光之间相互干涉形成的有规律条纹，来记录光的相位并还原光。丹尼斯·盖伯因此获得1971年诺贝尔物理学奖。
简单来说，两列或几列光波在空间相遇时，波峰与波峰叠加处会出现亮条纹，波峰与波谷叠加处会出现暗条纹，这种相互作用最终会呈现出稳定的明暗相间的条纹分布，这就是光的干涉现象。
而全息显示就是利用光波的干涉原理，在物波场（物体光波波动所涉及的空间）中引入一个参考光波，使其与物光波（光源发出的光波经物体反射后形成的光波，其相位和振幅会发生改变）在记录平面叠加产生干涉条纹，将干涉条纹记录下来，即“全息图”。
当用特定的再现光波照射全息图时，就可以重现出原始物光波，从而形成原物体逼真的三维像。
张启明强调说，全息术所形成的三维图像不需要借助特制的眼镜等工具，直接用肉眼就可以看到。
我们熟知的名场面可能是“伪全息”
2010年日本虚拟歌姬初音未来举办“全息”演唱会，2015年春晚上运用“全息投影”技术实现4个“李宇春”同唱《蜀绣》，今年电视新闻媒体出现利用“5G+4K全息”技术，实现主持人与访谈对象的跨屏互动……
可能有人会觉得，全息显示技术离我们并不遥远。但专家认为，深究其技术实现方法就会发现，这些所谓的“全息”其实与真正的全息显示技术相去甚远。目前除了博物馆已经出现的静态全息显示，其他人们熟知的所谓“全息”技术名场面，大部分都是一种“伪全息”。
“伪全息”可以称得上是全息显示界的“六耳猕猴”。它有着几乎可以以假乱真的本领，在视觉效果上，“伪全息”同样可以让人用肉眼看到三维立体图像悬浮在空中。但仔细观察就会发现，这些“伪全息”技术并不能实现立体影像360度可视，例如虚拟偶像演唱会虽然给我们呈现出了栩栩如生的立体影像，但是其必须在特制的舞台上，且要在黑暗当中才能实现，观众也必须要从特定的角度进行观看。
它实际上是一种叫做“佩珀尔幻象”的光学错觉技术，实质上是在各类介质（如全息投影膜、水雾、透明玻璃、墙体等）的辅助下，利用人眼视觉的偏差对大脑进行欺骗。其原理并不复杂，就是利用一张在保持清晰显像的同时，能让观众看见背后景物的全息投影膜，首先使物体在膜中形成虚像，再加上半透明投影膜背后的景象，视觉上就会给人一种立体的错觉，再加上CG（计算机动画）技术以及高亮度的灯光，这种立体影像就会给观众一种惟妙惟肖的真实感。
同样，基于光场的显示技术也能达到类似的3D视觉效果，但该技术采用的显示方法，实际上是与全息完全不一样的技术。
所谓光场，指的是一束光在传播过程中所包含的信息，涵盖光线强度、位置、方向等信息。在一个具备厘米级定位精度的光场空间中，通过设置一个用光来定位的坐标系，就能实现现实环境和虚拟世界的精准叠加。例如在谷歌今年发布的沉浸式光场视频方案中，首先要从大量的摄像头阵列中捕获信号，通过大型神经网络创建出显示内容的光场表现，并将其存储；然后使用一个直径92厘米、由46个摄像头组成的球形结构，从不同角度捕捉周围场景，并将多方向视角合并为一个视角，呈现出的图像空间立体感更强，用户可以随着视角转变看到不同角度的、具有动态效果的图像。
张启明表示，以光场为基础的显示技术，其本质是记录与显示物体在不同方向的光线来实现三维的视觉效果，但这种技术难以把光的全部信息还原出来，存在可视角度与显示分辨率无法同时满足的困难。
真正的全息还在发展道路上摸索前行
据张启明介绍，全息技术路线可以分为激光全息和计算全息。目前利用激光技术的静态全息显示已经成熟，例如在一些博物馆就可以看到静态的展品三维图像，基于激光全息技术发展而来的无损检测技术、激光照相显微术、全息照相存储技术等，在工业生产和科学研究中已发挥了重要作用。
但是要进一步还原动态的影像，并且与三维图像产生交互，技术上还是非常困难的。
“因为动态的光波相位震动非常强烈，而干涉技术需要震动范围尺度在纳米级别，从技术角度来说，实现这种震动范围尺度还很难。”张启明解释说，动态全息显示存在一定的技术瓶颈，主要表现为全息图片的还原速度。“假如要达到人眼看图像呈现出的动态效果，需要让图像还原速度达到每秒24帧，而目前只能做到每秒1帧。”他进一步解释说，决定全息图片还原速度的是激光打印技术，即如何在同一时间在全息图片上进行多点打印。激光打印技术越先进，全息图片所包含的信息就越丰富、越全面，还原出的立体图像就越完整。现阶段，激光打印技术还有很大的提升空间。
据介绍，激光全息是借助参考光记录物光波的振幅和相位，而计算全息则是将全息记录与再现过程的一部分用计算机来完成，在确定物光波的数学描述后，可以利用计算机控制绘图仪或其他记录装置（例如阴极射线管、电子束扫描器等），用模拟的干涉图样合成全息图片。利用计算全息技术，还能够通过建立数学模型来合成现实中存在的实物，许多产品的防伪标识都使用这种方式来实现的。
全息显示技术从静态到动态，相当于从固定胶片曝光单张照片，跨越到视频通话中图像实时编码解码，这其中涉及到大量的计算。如今，人工智能深度学习算法也为计算全息运算速度的提升提供了有力工具。
畅想一下，未来的某一天，人们足不出户，秀丽山河尽在眼前；医生通过全息虚拟图像精准指导医疗仪器开展手术；通过远程视频会议，可以清晰感受到对方的神态语气……全息显示技术一旦获得重大突破，将会给显示技术领域带来翻天覆地的变革，甚至它还有希望成为一种远距离传输工具。“这种就不是通过电脑设计出一个模型来展示，而是采集现场的人或场景数据复刻一个模型在另外的场景还原，这种现场采集三维立体数据快速建模的技术目前正在逐渐成熟。”张启明说。（王 春）
乱花渐欲迷人眼，到底什么是全息？
本期我们从“全息”的定义出发，多角度分析市面上的现有技术，看看哪些是花拳绣腿，哪些是真才实学。（以下均为作者观点，欢迎专业人士指正）
首先，全息（hologram）是一个合成词，源自希腊语：holos（全部）+gramma（信息），顾名思义，它是记录并重现物体全部光学信息的一种技术。那么，光学信息包括什么呢？我们都知道，光可以被看做是一种波，那么波的振幅、波长、相位等信息都是“全息”的收集对象。
全息影像与普通影像在视觉观感上最大的区别就是所谓的“立体感”，而营造“立体感”的关键因素则是光所携带的相位信息。我们人眼能看到物体是由于其本身发光或反光，这些光线就像是连入眼睛的数据线，将物体的各种光学信息传送到我们眼中，从而认知物体。
与人眼工作方式类似，普通影像记录方式接收物体反光的振幅（影响明暗、轮廓）和波长（决定色彩）信息，并用一定的手段进行还原，无法包含相位（反映深度）信息，而全息的记录方式则以两束激光照射物体产生的干涉条纹将相位信息录入胶片，再次向胶片照射激光，则可“重放”所有光学信息，形成具有立体观感的图像。
最基本的全息摄影工作流程：一道激光由分光器分成两束，一束照射在被拍摄物体上，进而反射在胶片上，这时，它已经不只是一束光，而是物体上千千万万的点的漫反射光，我们称之为“物光”；另一束则直接照射胶片，我们称之为“参考光”，“物光”与“参考光”相互叠加、削减，即发生干涉现象，在胶片上进行一定时长的曝光，形成干涉条纹并记录在胶片上。
干涉条纹之间的间隔和反差其实就是物体每一点的光学信息的“编码”，这些条纹很小，只有用显微镜才能观察到，而胶片看起来就是透明的；用相同的“参考光”照射胶片，“参考光”与胶片上的干涉条纹发生衍射，相当于“物光”的所有点与“参考光”在胶片中再次相遇，还原了当时拍照的状态，物体上所有点的“物光”再次被“召唤”出来，“重组”物体，从而“解码”了立体图像。
利用相干光干涉效应制造全息图的过程。由分光镜将光分成两束：打在物体上光线和参考光。共同作用，形成能被胶片记录的干涉图样。实验室中的激光是能够满足相干性的理想光源。两个独立的普通光源则不能形成相干光，因此无法形成干涉条纹。来源：Wikipedia
重建物体的立体像的过程。来源：Wikipedia
举一个生活中不存在但可以想象的类比，将一只杯子急速冷冻，无数水分子在其表面凝结成霜，假设这些水分子从此可以在任何状态下固定不动，我们将温度升高，固态的水分子变为气态，杯子解冻并移开，此刻，再将温度急速降回一开始冷冻的状态，水分子再次凝结成霜，并重现了物体的形状。这里的一个个水分子相当于干涉形成的“物光”光点，空气为胶片，可控的温度则相当于“参考光”，随着温度的还原，杯子的“像”也被还原。
全息影像还有一点神奇之处，即使将全息照片剪碎，每张碎片也包含了物体全部光学信息，透过这些碎片，就像透过望远镜看世界，随着观察角度的改变，可以看到不同的部位。普通照片则无法做到这一点，这是由于全息的特殊记录方式，使其每一处都包含了被记录物体所有的光学信息。
通过全息照片的碎片也可以看到全部信息。来源：youtube
那么，我们生活中铺天盖地的“全息裸眼3d体验”是真正意义上的全息吗？《星球大战》中机器人投射出的三维影像、《钢铁侠》炫酷的悬空操作界面是未来全息的样子吗？
作者以为：实际上，静态全息影像的记录和还原技术已经相对成熟，而严格意义上的动态全息影像，需要脱离显示介质，直接在空气中形成360度无死角观看的像,还并未问世。全息概念和理论最初由英国匈牙利裔科学家丹尼斯·盖伯（Gábor Dénes）在20世纪40年代提出，在60年代被实现，应该特指利用激光，以干涉条纹的方式记录并还原立体影像的技术方法。
如今市场上将全息技术与三维影像技术划等号，实则不严谨，全息实际上也可以看做是实现三维影像、立体观感的一种方式，与其他技术相对平行。目前，只有全息技术可以记录还原相位信息，“物理”属性很突出，而要区分市面常见的真伪全息，最简单粗暴的判定方式是：立体观感是否受到观察角度与距离的影响，若有影响，则非真全息。
科幻电影中的全息影像。来源：youtube
全息艺术作品。来源：youtube
接下来，我们介绍几种在市面上经常与“全息”概念混淆，但可以实现立体观感的技术方式。
我们将以下几种技术归为“伪全息”，市面上经常自称“全息”。注意，“伪”并不是贬义词，这些技术大都有较好的视觉效果且受限较少、应用场景广泛、商业化程度高，只是与“全息”的原始概念有较大偏差，作者认为它们也许可以跳出全息的定义框，自立门户。
镜面反射视错觉
3D illusion maker。来源：youtube
这款像飞碟一样的产品，内部都是镜子，当把玩具青蛙放到底部时，在开孔处特定角度观看，会感觉青蛙趴在小孔上面，仿佛触手可及，伸了手却“竹篮打水一场空”，令人火大。这个“恶作具”有很真实的三维立体效果，其实是利用了凹面镜反射成像原理。
实体青蛙的光线经过两个盘子内凹面镜的各种镜面反射，在小孔处形成了一个反向的虚像，观测者从反射光焦点的角度观看到虚像，就看见了“悬浮”的青蛙。
魔术师、布景师对于这种利用镜面反射实现的视错觉效果如数家珍，创造了很多经典、有趣的玩法。
镜面反射装置艺术。来源：wiki
利用视觉错觉，还可以实现更神奇的三维立体效果。想象一下，一块无边屏幕放在面前，全黑背景中悬浮着一只大烟斗，没人会觉得烟斗是漂浮在实际空间中的，因为还有这块屏幕在眼前，那么，如果屏幕就像一块玻璃，只显示一只悬浮的烟斗，透过背景就像通过洁净无暇的玻璃看景色，我们就会产生一种这个烟斗就是悬浮在我们所处空间的错觉，立体感极强。这就是市面上大多数称为“全息”技术的基本盘，其实是我们的眼睛被“骗”了。
这种“伪全息”技术的实现方式则多种多样，利用视错觉、投影、数码技术等方法将影像在有一定透明度的介质上呈现，由于成像介质如若隐形，“影像”仿佛“活”在真实空间中。
3d风扇屏
led风扇屏。来源：youtube
3D风扇屏利用视觉暂留现象，扇叶上装有数控Led灯珠阵列，高速旋转时，显示的画面形成连续的动态效果，在较暗的环境下人眼无法捕捉到高速旋转的扇叶，充当成像介质的扇叶被“隐去”，只能看到前景的影像，给人一种影像在真实空间中漂浮的立体感错觉。当然，这种成像方式从侧面和背面无法观察。
佩珀尔幻象
佩珀尔幻象（Peppers ghost）技术应用广泛，相对成熟，历史悠久，起初为舞台魔术表演而设计，现在多用于游乐场、鬼屋、舞台演出等领域。周杰伦与邓丽君的隔空对唱，麦当娜与虚拟乐队的跨次元同台，Burberry秀场惊艳的“影分身”都是利用了这项技术实现。
邓丽君与周杰伦同台演唱。来源：wiki
将“半透半反”薄膜在舞台上与地板呈45°倾斜放置，黑色背景的影像（例如演员表演影像、特殊视觉效果等）在平行于地面的上空播放，透过薄膜，影像与地面呈垂直角度显现，通过控制室内灯光，台下观众从正面无法看到作为成像介质的这层膜和黑色背景，误以为“影像”中的演员也在舞台地板上表演。
薄膜在舞台上与地板呈45°倾斜放置。来源：youtube
Peppers ghost需要在特定角度观看，一般为舞台前方，越往两侧、越远，三维效果越差。
网络上有丰富的“360度全息”DIY教程，在手机屏幕上倒立放置金字塔形透明塑料板，对应每个透明塑料板面，播放黑色背景的视频，透过金字塔，从正面观看，即可看到立体的影像。
以下的技术我们认为可以归为“类全息”,与“伪全息”相比，其技术门槛更高，与全息的概念更接近，以“数字”或“物理”的方式记录及还原物体光学信息并形成三维立体影像，但并没有脱离显像介质，有些需要需要佩戴设备，有些受观看角度限制，有些暂时无法呈现复杂影像。
光场全息
我们的左右眼接收到的光学信息，反映出的图像都略有不同，大脑根据左右眼对同一物体的信息差异判断距离，进而产生立体空间感。这就是视差（parallax）的概念，利用视差，模拟人眼习惯，即可实现一些立体的效果。
任天堂的3Ds游戏机就是利用了视差原理，在屏幕上同时显现两个影像，使玩家感受到“裸眼3d”效果。
任天堂3ds裸眼3d效果。来源：youtube
“Looking Glass”这款产品同样利用了视差原理，类似于我们小时候在格尺上经常看到的光栅动画，换个角度就会看到不同的图像，“Looking Glass”的开发者编写了一种算法，将2d图像实时转换成50个不同水平观测角度的图像，再通过一块特制的多层合成厚玻璃进行分光、过滤，相当于每一层显示不同的角度，最终呈现可以裸眼观察的三维图像，这种技术目前被称为“光场全息”。
Looking Glass产品图。来源：youtube
XR技术
还记得2021春晚周杰伦表演的《莫吉托》吗？直播中，周杰伦在充满古巴风情和孟菲斯艺术的三维动画空间中起舞漫步，其实这些画面在现场并不存在，而是运用了延展现实XR（Extended reality）技术将这些虚拟元素与表演者和真实空间同步合成，严丝合缝的呈现在屏幕中。随着增强现实、混合现实等技术的发展、应用，我们的真实世界与虚拟世界交相辉映，“庄周梦蝶”也许会成为全人类共同的话题。
春晚周杰伦表演的《莫吉托》。来源：CCTV.COM
XR通过数字计算技术，结合现实情景与虚拟环境，并实现一定的人机互动；其中包含增强现实(AR)、混合现实(MR)、虚拟现实（VR），所有的立体影像、效果都需要佩戴设备或通过屏幕来呈现，虽然数字扫描、建模、影像、交互等技术发展将使各类XR的显像效果越来越接近于真实，其“虚拟”的数字本质则与“全息”的物理本质有一定差别，从最初的概念来看，不应属于传统的真全息。
交互式空气投影
Interactive Aerial Projection。来源：youtube
交互式空气投影（Interactive Aerial Projection）与“海市蜃楼”现象异曲同工，最初由麻省理工大学的研究生Chad Dyne 研究发明。无需佩戴附加装置，用户既可以观察到三维的影像，又可以在其中进行手势交互。
这套投影系统由投影机和“空气屏幕”组成。通过排放大量人工雾，结合空气动力制造相对平整的雾墙，将画面投射在上面，由于空气与雾墙的分子振动不均衡，形成具有立体感的3D图像，加上手势交互，看起来就像钢铁侠全息操作界面的“平替”。（也许还有手部保湿、室内加湿、香薰的附加功能）
声悬浮成像
多模态声阱显示器（Multimodal acoustic trap display，MATD）和上述投影设备原理不同，这种显示技术另辟蹊径，利用声悬浮技术（Acoustic levitation）使一颗直径2mm的悬浮颗粒在超声波的作用下在悬空高速运动。
MATD。来源：youtube
装置上下两排微型扬声器组成细长阵列发出高强度声波，声波连续振动使空气分子不断交替的压缩和松弛，导致装置中气压不断起伏，通过电脑精准控制两组声波的强度来实时改变压强差产生的力，进而用这个力来控制小球的精准移动，声波就像一只无形无色的手，托着小球运动。根据视觉暂留原理，小球在三维空间的高速运动使人眼产生视觉图像的滞后，从而连续形成肉眼可见的3D图像。
大家一定看过无人机群表演，在空中组成各种富有立体感的形状，如果可以实现对于多个小球的精准位置及色彩控制，那么每一个小球就像一架无人机一样，成为一个像素点，在立体空间勾勒出更丰厚、更真实的立体动态“实体”影像。
等离子成像
Fairy Lights也是一种非投影3D成像技术。除了立体的视感，甚至还会有触感。将空气中的分子电离，变成灼热的浆状物质——电离子体，通过不断在空气中进行点到点的激光爆破形成一个短暂存在的3D影像，类似自然界的闪电，但是可控且不伤人。作者倒认为，这个“制造闪电、形成图形”的技术不如叫“宙斯”。
Fairy Lights。来源youtube
以上两种技术虽然有所突破，概念充满想象力，但是成本高昂，目前限制较多，且成像效果单一，还在实验室开发阶段，短期商用的可能性不大，可能是未来的发展方向。
介绍了这么多技术，无论是真全息、伪全息还是类全息，无论是花拳绣腿，还是真功实学，都是“科学知识+创造力”的成果，皆为人类“视觉盛宴”中不可或缺的珍馐。“全息”的概念变得越发宽泛，也逐渐与其他技术相互融合。在某些应用场景中，有些被归为“伪全息”的技术甚至可以带来更好的视觉效果，科学需要“严谨”，生活则需要“放松”。也许，雅俗共赏、和而不同、择善而从才是蓬勃共荣的发展之道，可能这其中某些技术的结合就产生了真·全息。
转载内容仅代表作者观点
不代表中科院物理所立场
如需转载请联系原公众号
来源：as科学艺术研究中心
编辑：Paarthurnax
关于本次全息（全息屏）和全息（全息屏）的问题分享到这里就结束了，如果解决了您的问题，我们非常高兴。