Name: recording ultra-realistic full-color analog holograms for use in a moving hologram display
Uploaded: 2020-01-14T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Recording Ultra-Realistic Full-Color Analog Holograms for Use in a Moving Hologram Display at JoVE.com

A pesquisa atual foi conduzida pela Bolsa de Pesquisa da Universidade de Kwangwoon em 2019.

CUIDADO: Todas as práticas de segurança apropriadas devem ser seguidas ao usar lasers12 e produtos químicos, incluindo o uso de equipamentos de proteção individual, como óculos de segurança, óculos, luvas e jalecos.
1. Criação de conteúdo
<ol><li>Modele os diferentes elementos da cena (personagem e fundo) com programas de computação gráfica 3D, como o Blender, um conjunto de ferramentas de software 3D gratuito e de código aberto.</li>
	<li>Crie uma anim...

<ol>
	<li>Geng, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+display+technologies.">Three-dimensional display technologies.</a> Advances in Optics and Photonics. 5 (4), 456-535 (2013).</li><li>Lim, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=360-degree+tabletop+electronic+holographic+display.">360-degree tabletop electronic holographic display.</a> Optics Express. 24 (22), 2499 (2016).</li><li>Sugie, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-performance+parallel+computing+for+next-generation+holographic+imaging.">High-performance parallel computing for next-generation holographic imaging.</a> Nature Electronics. 1 (4), 254 (2018).</li><li>Ogle, K. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Some+aspects+of+stereoscopic+depth+perception.">Some aspects of stereoscopic depth perception.</a> JOSA. 57, 1073-1081 (1967).</li><li>Read, J. C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Balance+and+coordination+after+viewing+stereoscopic+3D+television.">Balance and coordination after viewing stereoscopic 3D television.</a> Royal Society Open Science. 2, 140522 (2015).</li><li>Lambooij, M., Ijsselsteijn, W., Fortuin, M., Heynderickx, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+discomfort+and+visual+fatigue+of+stereoscopic+displays:+a+review.">Visual discomfort and visual fatigue of stereoscopic displays: a review.</a> Journal of Imaging Science and Technology. 53 (3), 1-14 (2009).</li><li>Gentet, P., Joung, J., Gentet, Y., Hamacher, A., Lee, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fantatrope,+a+moving+hologram+display:+design+and+implementation.">Fantatrope, a moving hologram display: design and implementation.</a> Optics Express. 27 (8), 11571-11584 (2019).</li><li>Denisyuk, Y. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+reproduction+of+the+optical+properties+of+an+object+by+the+wave+field+of+its+scattered+radiation.">On the reproduction of the optical properties of an object by the wave field of its scattered radiation.</a> Optics and Spectroscopy. 14, 279-284 (1963).</li><li>Bjelkhagen, H. I., Brotherton-Ratcliffe, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ultra-realistic imaging: advanced techniques in analogue and digital colour holography. , (2013).</li><li>Graham, S., Zacharovas, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Practical Holography, Fourth Edition. , (2015).</li><li>Gentet, P., Gentet, Y., Lee, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultimate+04+the+new+reference+for+ultra-realistic+color+holography.">Ultimate 04 the new reference for ultra-realistic color holography.</a> 2017 International Conference on Emerging Trends &amp; Innovation in ICT (ICEI). , 162-166 (2017).</li><li>International Electrotechnical Commission. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=IEC+60825-1:+2014.+Safety+of+laser+products-Part+1:+Equipment+classification+and+requirements.">IEC 60825-1: 2014. Safety of laser products-Part 1: Equipment classification and requirements.</a> IEC Geneva. 3, (2014).</li><li>Kun, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstruction+and+development+of+a+3D+printer+using+FDM+technology.">Reconstruction and development of a 3D printer using FDM technology.</a> Procedia Engineering. 149, 203-211 (2016).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Covestro Deutschland AG, Bayfol HX200 Datasheet. , (2018).</li><li>Bjelkhagen, H. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silver+Halide+Recording+Materials+for+Holography+and+Their+Processing.">Silver Halide Recording Materials for Holography and Their Processing.</a> Springer Series in Optical Sciences. 66, (1993).</li></ol>

Tradicionalmente, filme stop-motion usa fantoches ou modelos de argila. Para evitar o movimento e obter uma imagem brilhante no momento da gravação do holograma, um conjunto de caracteres impressos em 3D e fundos são escolhidos. Além disso, os diferentes elementos estão ligados com firmeza e sem estresse na caixa. Se um elemento for corrigido com restrição ou movimento durante a gravação, ele aparecerá preto ou franjado no holograma final. A impressão 3D é uma nova ferramenta muito interessante para a criaç?...

As exposições tridimensionais (3D) são um importante tópico de pesquisa1,2,3 e a maioria das abordagens atuais usam o princípio estereoscópico4 que causa desconforto visual e fadiga5,6. O Fantatrope é um novo tipo conveniente de exibição holográfica 3D dinâmica que pode mostrar uma animação curta em cores sem a necessidade de ajudas especiais de visualização7. Um Fantatrope usa uma série de doze hologramas coloridos correspondentes às diferentes fases de uma animação. Todos os hologramas utilizados neste dispositivo devem ser ultra-realistas e apresentar o mesmo brilho, transparência e cores homogêneas. A gravação de um único holograma de alta qualidade em cores continua difícil, mesmo para os praticantes experientes. Embora as escolhas da técnica de gravação e material holográfico sejam pontos-chave importantes, há vários outros detalhes que são cruciais para gravar com sucesso tais hologramas.
Para este protocolo, uma seqüência cíclica de doze imagens diferentes é criada primeiramente com um programa 3D dos gráficos de computador e todos os elementos são impressos 3D para transformar-se modelos do hologram. Estes hologramas são gravados com o método de feixe único8 introduzido por Yuri Denisyuk em 1963 que permite a gravação de hologramas ultra-realistas com uma paralaxe completa de 180°. Uma configuração de cor completa Denisyuk usa três lasers diferentes (vermelho, verde e azul) combinados para obter um feixe de laser branco. Emulsões de alabote de prata são a melhor escolha de gravação de material9 e apenas algumas emulsões de cor cheia de alabote prateado estão disponíveis9,10. Além disso, para gravar o comprimento de onda azul sem borrão, uma emulsão isopancromática com uma resolução de mais de 10.000 linhas/mm é necessária.
Neste protocolo, o conjunto de hologramas são registrados em placas de 4 polegadas x 5 polegadas, usando um material que é especialmente projetado para gravar hologramas analógicos em cores sem qualquer difusão e é feito de isopancromática para todos os lasers visíveis comuns usados na holografia de cores (ver Tabela de Materiais). O grão é tão fino (4 nm) que qualquer comprimento de onda visível pode ser registrado dentro sem qualquer difusão11. Além disso, cada holograma é desenvolvido usando um processo químico seguro, não-manchando desenvolvido para as emulsões finais.
Este protocolo detalhado destina-se a ajudar os praticantes novos e experientes no campo da holografia analógica para evitar muitas armadilhas comuns associadas com a gravação de hologramas denisyuk em cores; ele também pode fornecer uma abordagem para aprender a usar materiais holográficos e produtos químicos holográficos de alabote de prata para obter resultados confiáveis e reprodutíveis.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Black marker</td>
			<td>Monami</td>
			<td>Magic Cap</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FDM monochrome 3D printer</td>
			<td>Anet</td>
			<td>A8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Holographic bleach</td>
			<td>Ultimate Holography</td>
			<td>BLEACH-1L</td>
			<td>Non-toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Holographic developer</td>
			<td>Ultimate Holography</td>
			<td>REV-U08-1.2</td>
			<td>Non-toxic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Holographic plates</td>
			<td>Ultimate Holography</td>
			<td>U04P-VICOL-4X5</td>
			<td>Light-sensitive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser (DPSS 532 nm 100 mW)</td>
			<td>Cobolt</td>
			<td>Samba</td>
			<td>Follow safety practices</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser (DPSS 473 nm 50 mW)</td>
			<td>Cobolt</td>
			<td>Blue</td>
			<td>Follow safety practices</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser (HeNe 633 nm 21 mW)</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>HNL210L</td>
			<td>Follow safety practices</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser power meter</td>
			<td>Sanwa</td>
			<td>LP1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matte black spray paint</td>
			<td>Plasti-kote</td>
			<td>3101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope objective</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>40X 0.65 NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pinhole</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>10 &#956;m</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spatial Filter Movement</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>39-976</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV glue</td>
			<td>Vitralit</td>
			<td>6127</td>
			<td>Use gloves</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wetting agent</td>
			<td>Kodak</td>
			<td>Photo-Flo</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>White PLA filament</td>
			<td>Hatchbox</td>
			<td>PLA-1KG1.75-BLK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-cube</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>54-823</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

recording ultra-realistic full-color analog holograms for use in a moving hologram display

Este artigo demonstra um método para gravar um conjunto de doze hologramas analógicos ultra-realistas em cores, apresentando o mesmo brilho, transparência e cores homogêneas para a fabricação de um Fantatrope, uma exibição holográfica 3D dinâmica, sem a necessidade de ajudas especiais de visualização. O método envolve o uso da tecnologia de impressora 3D, uma configuração óptica Denisyuk de cor única com três lasers de baixa potência (vermelho, verde e azul) e uma emulsão holográfica de alabote de prata de alto sensível isócromática especialmente projetada para gravando hologramas analógicos sem qualquer difusão. Uma animação cíclica é criada com um programa de computação gráfica 3D e diferentes elementos são impressos em 3D para formar modelos para os hologramas. Hologramas são gravados com uma configuração holográfica colorida e desenvolvidos usando dois banhos químicos simples. Para evitar quaisquer variações de espessura de emulsão, os hologramas são selados com cola óptica. Os resultados confirmam que todos os hologramas registrados com este protocolo apresentam as mesmas características, que permitem que eles sejam usados na Corda Do Fantatrope.

O conteúdo 3D foi criado e uma sequência cíclica de doze imagens foi imaginada, e os diferentes elementos foram então impressos e pintados em 3D(Figura 1). Uma configuração óptica de cor completa de feixe único Denisyuk foi montada para gravar hologramas(Figura 2). Após a gravação, os hologramas foram desenvolvidos e selados(Figura 3)para obter um conjunto de doze hologramas analógicos ultra-realistas de cor cheia com uma paralaxe completa de 180°, mostrando...

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Recording Ultra-Realistic Full-Color Analog Holograms for Use in a Moving Hologram Display

Apresentamos um protocolo para gravar um conjunto de hologramas analógicos ultra-realistas em cores completas, mostrando o mesmo brilho, transparência e cores homogêneas, em emulsões holográficas holográficas de tecido de prata-halido ultra-fino para a fabricação de um 3D holográfico dinâmico Exibir.

Gravação de hologramas analógicos de cores completas ultra-realistas para uso em uma tela de holograma em movimento

This paper demonstrates a method to record a set of twelve ultra-realistic full-color analog holograms presenting the same brightness, transparency and ...

A gravação de um único holograma analógico de alta qualidade permanece difícil até mesmo para profissionais experientes. Este protocolo fornece vários pontos-chave cruciais e detalhes para gravar com sucesso tais hologramas. Este protocolo permite obter um conjunto de hologramas ultrarrealistas de cor completa apresentando o mesmo brilho, transparência e cores homogêneas com o uso do material holográfico final e produtos químicos.Este protocolo detalhado destina-se a ajudar novos e também experientes praticantes no campo da holografia analógica para evitar muitas armadilhas comuns associadas à gravação de hologramas de cores completas. Esta demonstração visual deste método é fundamental para destacar todos os detalhes que permitem ter resultados reprodutíveis e obter bons hologramas. Para começar, modele os diferentes elementos da cena com o programa 3D de computação gráfica Blender, um conjunto de ferramentas de software 3D de código aberto e gratuito.Crie uma animação cíclica de 12 quadros. Imprima caracteres e fundo na mesma escala usando uma impressora 3D monocromática de deposição fundida com um filamento de ácido polilático branco. Use lixa para eliminar defeitos de impressão.Pinte à mão os diferentes elementos com tinta acrílica. Configure a caixa de gravação e fixe o fundo em uma caixa de madeira rígida para evitar movimentos. Usando cola ou plasticina, conecte firmemente o caractere impresso em 3D dentro da caixa sem aplicar estresse.Em uma mesa óptica com luz de segurança verde, monte uma configuração óptica de feixe único Denisyuk de cor completa para gravar os hologramas. Use um laser de hélio vermelho de 633 nanômetros e 20 miliwatts, um diodo verde bombeado de estado sólido 532 nanômetros e 20 miliwatts, e um estado sólido de diodo azul 473 nanômetros e 20 miliwatts. Posicione dois espelhos para os lasers vermelhos e azuis obterem quatro graus de liberdade.Combine os três raios laser com um prisma x-cubed para obter um raio laser branco que passa através do mesmo filtro espacial. A uma distância de um metro e um ângulo de 45 graus, ilumine a caixa de gravação com os feixes divergentes. Use os espelhos vermelho e azul para obter um feixe branco homogêneo projetado no plano do objeto.Com um medidor de potência, meça a intensidade de cada laser horizontalmente na posição da placa holográfica. Determine o tempo de exposição de acordo com o manuscrito. Feche o raio laser com um obturador.O obturador eletrônico com um temporizador é capaz de controlar o tempo de exposição com precisão. Para preparar as placas sob uma luz verde, remova as placas holográficas da geladeira e armazene-as à temperatura ambiente em uma caixa preta fechada por uma hora antes de gravar. Escureça a borda superior da placa com um marcador preto para evitar reflexão interna.Em seguida, configure a placa de gravação. Sopre na placa para determinar o lado da emulsão sem que apareçam vapor. Coloque o lado de emulsão da placa holográfica para baixo na caixa de gravação.Deixe-o estabilizar por cinco minutos antes de gravar. Abra o obturador para expor a placa de gravação para a quantidade calculada de tempo de exposição. Em seguida, mantenha a placa gravada em uma caixa fechada longe da luz.Sob luz normal, misture 10 mililitros de desenvolvedor com 90 mililitros de água destilada ou desmineralizada em uma bandeja. Aqueça o desenvolvedor a 22 graus Celsius precisamente em um micro-ondas e verifique com um termômetro. Sob uma luz de segurança verde, coloque a placa exposta na bandeja e submerse rapidamente o lado de emulsão para cima no desenvolvedor e agitar lentamente por quatro minutos precisamente.Remova o desenvolvedor e lave a placa em sua bandeja sob água da torneira por 30 segundos, permitindo que a água transborde em uma pia. Sob luz normal, a placa tem uma cor amarela ou laranja pálida. Coloque a placa desenvolvida na bandeja com alvejante e submerse rapidamente o lado da emulsão para cima sem agitação.Mantenha a placa no alvejante até que fique totalmente transparente. Retire o alvejante e lave a placa em sua bandeja sob água da torneira por dois minutos permitindo que a água transborde em uma pia. Em seguida, encha a bandeja com solução de água desmineralizada ou destilada com algumas gotas de agente de molhar e submerse a placa no lado da emulsão da bandeja para cima sem agitação por um minuto.Em seguida, retire a placa da bandeja e seque-a verticalmente por 15 a 20 minutos. O holograma é visível sob iluminação de luz branca. Para colocar o próximo objeto na caixa de gravação com grande precisão, use um método holográfico de pele de cebola sob uma luz de segurança verde, substituindo o holograma transparente anterior em sua posição de gravação e observando ambas as imagens ao mesmo tempo sob iluminação laser para verificar se o novo caractere está bem posicionado.Enquanto a placa ainda estiver molhada, use um bisturi para raspar cinco milímetros da emulsão ao redor das bordas. Aqueça um mililitro de cola UV, o holograma e uma placa de vidro limpa do tamanho igual em um forno a 30 graus Celsius por 10 minutos. Lamine o holograma para a placa de vidro limpa com uma cola.Exponha o lado de vidro limpo do holograma à luz solar e a cola UV endurece em cinco minutos. Em seguida, lave o holograma selado com água e sabão, seque-o com papel de tecido. Eneça a parte de trás com tinta spray preta fosca.Monte os 12 hologramas em ordem cronológica nos quadros regularmente colocados no cilindro do Fantatrope. Gire o Fantatrope gradualmente até atingir uma velocidade constante de duas voltas por segundo. Uma luz estroboscópica led RGB sincronizada com a velocidade de rotação ilumina com sucesso os diferentes quadros para criar uma rápida sucessão de imagens e produzir a ilusão de movimento.Neste protocolo, uma configuração óptica de feixe único Denisyuk foi montada para gravar hologramas analógicos. Após a gravação, os hologramas foram desenvolvidos, branqueados e selados para obter um conjunto de 12 hologramas analógicos ultrarrealistas de cor completa com 180 graus mostrando o mesmo brilho, transparência e cores homogêneas. O Fantatrope com os 12 hologramas analógicos de cor total montados em ordem cronológica foi operado com sucesso.Ele gerou o efeito de um display 3D dinâmico sem a necessidade de quaisquer auxílios especiais de visualização. Quando a velocidade de rotação do cilindro acelerou, o personagem apareceu como se estivesse em movimento. Para obter resultados reprodutíveis, ilumine a placa com três feixes homogêneos, use um parâmetro para determinar o tempo de exposição e respeite os mesmos tempos de desenvolvimento e temperatura para cada placa.Para evitar qualquer variação de imagem e espessura, os hologramas são selados com cola. Os hologramas selados podem ser virados e usados como mestres para gravar hologramas flutuantes H2 com a mesma configuração. A gravação de hologramas apresentando o mesmo brilho, transparência e cores homogêneas permitem a criação do fototropo, o primeiro display holográfico dinâmico.As placas holográficas finais são desenvolvidas com um processo químico seguro e não-colorindo, mas usam equipamentos de proteção individual como óculos, óculos, luvas e jalecos ao usar lasers, cola e tinta.

Research

JoVE Journal

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