Vor einem transparenten Bildschirm erscheint ein HoloTV-Bild eines Mannes, der geht. Auszug aus dem Video unten. Bildnachweis: José J. Lunazzi et al.

(PhysOrg.com) - Im Gegensatz zu den größten und realistischsten LCD- und Plasma-Fernsehgeräten von heute können 3D-Fernsehbildschirme Bilder projizieren, die in der Luft über den Bildschirm hinaus zu schweben scheinen. Das bedeutet zum Beispiel, dass Zuschauer Basketballspieler beobachten können, wie sie vor, neben oder hinter dem Fernsehbildschirm dribbeln, während sie sich hinlegen.

In einer kürzlich durchgeführten Studie hat ein Forscherteam eine Art 3D-TV-System namens „holoTV“ entwickelt, das etwas anders funktioniert als ein herkömmliches holographisches TV-System. Das holoTV-System projiziert eine Videoszene oder Animation auf einen Weißlichtbildschirm und erzeugt ein Bild, das vor dem Bildschirm zu schweben scheint. Die Betrachter müssen keine spezielle Schutzbrille tragen, um die schwebenden Bilder zu betrachten, die volumetrisch aussehen, obwohl das System nicht volumetrisch ist. Die Wissenschaftler der Universität Campinas in Sao Paulo, Brasilien, und des Hochtechnischen Instituts José Antonio Echeverría in Havanna, Kuba, haben ihre Studie in einer aktuellen Ausgabe der Optics Letters veröffentlicht .

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„3D-TV ist ein allgemeiner Begriff, der auf alle Systeme angewendet werden kann, bei denen Tiefe wahrgenommen wird, für die jedoch normalerweise eine Schutzbrille erforderlich ist“, erklärte der leitende Autor José Lunazzi, Professor an der Universität von Campinas, PhysOrg.com . "Nur HoloTV und Holographie haben eine kontinuierliche Parallaxe, was bedeutet, dass der Betrachter, wenn er seinen Kopf bewegt, unterschiedliche Ansichten ohne Diskontinuitäten sehen kann."

Wie Lunazzi erklärte, wird Holographie akademisch als eine Lichtwelle eines Objekts definiert, die eine Referenzwelle stört. Eine vorgeschlagene Technik für holographisches Fernsehen beinhaltet die Verwendung eines Lasers zum Rendern der Bilder, wie bei herkömmlicher Holographie, jedoch elektronisches Registrieren. Dieses Schema erfordert jedoch, dass die Erkennung eine zehnmal höhere Auflösung aufweist als derzeit verfügbar ist, selbst um sehr kleine Bilder zu erzeugen, was holographisches Fernsehen vorerst unpraktisch macht.

Im Gegensatz dazu bezeichnen Lunazzi und seine Kollegen ihre Technik als holoTV, einen Begriff, den sie 1990 verwendeten. Im Gegensatz zu holographischem Fernsehen handelt es sich bei holoTV nicht um eine Referenzwelle. Stattdessen werden, wie im aktuellen holoTV-System der Forscher, holographische Bilder aus der Projektion in einem diffraktiven Bildschirm erzeugt, die durch Aufteilen und anschließende Interferenz eines Lichtstrahls auf einen holographischen Film erzeugt wird.

"3D-Bilder sind beeindruckend, wenn sie vor einem Träger erscheinen, wie Geister, durch die Ihre Hand geht", sagte Lunazzi. „Diese Bilder werden oft als schwebende Bilder bezeichnet, für die keine Schutzbrille erforderlich ist. Die Unterstützung kann so transparent sein, dass sie nicht wahrgenommen wird. Andere Systeme zeigen Bilder auf transparenten Bildschirmen, die 2D-Bilder sind, und um beeindruckender zu sein, sagen sie "holographische Bilder", wenn sie tatsächlich "Geisterbilder" sind. Diese können groß sein, wie in Shows zu sehen, aber Zuschauer, die nah dran sind, können den Mangel an Tiefe bemerken. “

Bei der Herstellung des Bildschirms strahlt ein Laser einen Strahl aus, der durch einen Strahlteiler in zwei Teile geteilt wird. Einer der Strahlen wird von einem Spiegel reflektiert und gelangt dann zu einem räumlichen Filter, wodurch der Strahl auseinander läuft. Der zweite Strahl läuft durch eine Zylinderlinse, die bewirkt, dass dieser Strahl nur in eine Richtung auseinander läuft, und tritt dann durch einen Diffusor.

Dann kreuzen sich die beiden breiten Strahlen in einem Winkel von 45 ° und ihre Interferenz wird auf einem holographischen Film aufgezeichnet, der zum 60 cm x 30 cm großen Bildschirm wird. Bei der Projektion auf den Bildschirm konvergiert jede Wellenlänge des Weißlichtstrahls an einer anderen Position jenseits des Bildschirms, sodass das linke und rechte Auge des Betrachters Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen (verschiedenen Farben) empfangen, die jeweils aus vielen Strahlen bestehen, die in Richtung der Augen konvergieren . Die Projektion lässt jedes Auge eine andere Ansicht erhalten, um die Szene als eine natürliche zu komponieren.

Anhand eines Beugungsgitters zeigten die Forscher, wie das Bild vor, hinter oder neben dem Bildschirm projiziert werden kann. Die Beugung verursacht eine Unschärfe auf dem Bildschirm, und je breiter die Unschärfe, desto größer der Abstand zwischen dem Bild und dem Beugungsgitter - und desto größer die Tiefe des Bildes. Ein Beispiel, das die Forscher demonstrierten, ist das Bild eines Mannes, der 27 cm vor die Leinwand projiziert wird. Wenn ein Betrachter 140 cm vom Bildschirm entfernt sitzt, hat er ein enges Sichtfeld von 24 cm (oder 11 °), das für kleine Kopfbewegungen ausreicht.

"Zwei oder drei Personen können tatsächlich zusehen, wenn sie entlang einer Linie sitzen", sagte Lunazzi. „Um einen größeren Winkel zu erreichen, wird eine größere Beugungskraft benötigt, die durch größere Interferenzwinkel bei der Aufzeichnung des Bildschirms erzielt werden könnte. Tatsächlich sollten neue Materialien verwendet werden, um eine höhere Beugungseffizienz zu erzielen und den Einfluss des Umgebungslichts zu verringern. “Die Forscher haben bereits verbesserte Bildschirme konstruiert und planen, die Ergebnisse in den nächsten Artikeln zu veröffentlichen.

In vielen anderen neueren Studien wurde die 3D-TV-Technologie untersucht, die in Japan bereits im Handel erhältlich ist, obwohl die Zuschauer eine Schutzbrille tragen müssen. Der Anzeigeinhalt ist noch begrenzt, da nur speziell aufgezeichnete Shows auf 3D-Fernsehgeräten angezeigt werden können: Eine Szene muss von vielen Seiten gefilmt und dann in ein einzelnes Bild integriert werden, um in 3D projiziert zu werden. Im Idealfall erzeugt ein HoloTV schwebende Bilder, die in jedem Winkel betrachtet werden können, schnell genug aktualisiert werden können, um ein reibungsloses Fernsehen zu ermöglichen, und erschwinglich sind. Ob flach an einer Wand aufgehängt oder wie ein Schachbrettmuster auf einem Couchtisch platziert, Hologramm- und HoloTV-Displays könnten TV-Action ins Wohnzimmer bringen.

Neben dem Fernsehen könnten andere Anwendungen 3D-Bilder in Kaufhausfenstern sowie medizinische Anwendungen umfassen. Beispielsweise müssen Chirurgen derzeit mehrere 2D-Scans durchführen, um Organe aus verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten. Die 3D-Bildgebung könnte ihnen jedoch eine umfassendere und realistischere Ansicht ermöglichen.

Weitere Informationen: José J. Lunazzi; Daniel SF Magalhães; Noemí IR Rivera; und Rolando L. Serra. "Holo-TV-System mit einem einzigen Flugzeug." 15. Februar 2009 / Vol. 34, No. 4 / Optics Letters .

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