Holografía 3D casi en tiempo real basada en polímeros fotorrefractivos

El holograma de la princesa Leia que proyecta el robot R2-D2 ante Obi-Wan Kenobi y Luke Skywalker en la Guerra de las Galaxias (1977) es un ejemplo de telepresencia 3D. La proyección de hologramas en tiempo real pronto podrá ser una realidad. Se publica en Nature una nueva técnica holográfica estereográfica basada en grabar los hologramas en un material de tipo polímero fotorrefractivo. Las imágenes se pueden actualizar cada dos segundos (todavía lejos de los 24 fotogramas por segundo de la TV) gracias a un láser pulsado de nanosegundos con una frecuencia de 50 Hz que permite escribir el holograma pixel a pixel. La técnica permite ver imágenes holográficas 3D en múltiples colores. Aunque por ahora este prototipo dista de lo que hemos visto en la película de George Lucas, se espera que tenga aplicaciones en entretenimiento, publicidad, telemedicina, prototipado y mapas 3D actualizables. El vídeo que acompaña esta entrada ilustra en su primera parte la grabación rápida de una imagen holográfica 3D en solo 2 segundos (se utilizan pulsos láser de 6 nanosegundos y la frecuencia de grabación pixel a pixel es de 50 Hz). La segunda parte del vídeo muestra un ejemplo de telepresencia: las imágenes 3D de dos investigadores son enviadas en tiempo real a través de internet y se visualizan casi en tiempo real. El vídeo muestra el proceso en tiempo real y muestra la velocidad actual del proceso. El artículo técnico, que ha sido portada en Nature, es P.-A. Blanche et al., “Holographic three-dimensional telepresence using large-area photorefractive polymer,” Nature 468: 80–83, 04 November 2010.

La grabación holográfica de imágenes es bien conocida, pero los procesos al uso (basados en la exposición con láser de películas de fopolímeros o de haluros de plata) es muy lenta para su uso en tiempo real. El retraso entre la grabación y la reproducción requiere minutos en el mejor de los casos. Con el nuevo polímero fotorrefractivo casi se logra la grabación y reproducción en tiempo real. En el sistema de telepresencia por internet desarrollado por los autores, 16 cámaras Firewire toman fotografías simultáneas de una escena 3D cada segundo. Los 16 puntos de vista son transformados en datos que se envían a través de un enlace Ethernet a 100 Mbit/s y se reproducen en una pantalla de 4×4 pulgadas cuadradas. El sistema de grabación del holograma permite grabar las imágenes pixel a pixel (los autores les llaman hogel en lugar de pixel o el término más habitual de voxel) de forma continua, sin parar, emulando una reproducción en tiempo real, aunque cada fotograma requiere unos 2 segundos para ser grabado; si la pantalla es de mayor tamaño, el tiempo de refresco es mayor.

Para ver el holograma hay que iluminarlo con la luz de un diodo LED en cierto ángulo (el ángulo de Bragg). El sistema permite la grabación y reproducción simultánea ya que el sistema de grabación utiliza un ángulo diferente del utilizado para iluminar el holograma y ninguno de los dos bloquea la visión del espectador. El mayor inconveniente de la nueva técnica es que los hologramas grabados, si no son regrabados de forma continua, se desvanecen (pierden intensidad con el tiempo). En un par de minutos el holograma desaparece completamente. Es necesario volver a grabar la imagen para recuperarla. Por ello el sistema de grabación (o refresco) continuo de la imagen no solo es una ventaja del nuevo sistema, sino que es una necesidad. Cada nuevo patrón de interferencia óptica grabado en el material borra el patrón anterior. El vídeo de youtube que abre esta entrada ilustra a la perfección la calidad obtenida con el nuevo sistema.

El sistema permite visualizar hologramas en colores gracias a una técnica de multiplexado angular. En la misma película de polímero fotorrefractivo se pueden escribir al mismo tiempo hasta tres hologramas diferentes si se utilizan ángulos de grabación diferentes separados al menos 10º entre sí para evitar interferencias. Más aún, si se usan diodos LED de diferente color (rojo, verde y azul) que incidan en cada holograma con el ángulo de Bragg correspondiente se obtienen imágenes en múltiples colores. Una colocación adecuada de los tres sistemas de grabación permite que no interfieran con la visión del espectador. La velocidad de grabación de los hologramas en color es la misma que la de los monocromos, ya que el procedimiento es el mismo (solo cambia el color de la luz LED utilizada para grabar y reproducir).

3 Comentarios

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vicente

Bien por la entrada. Los polimeros opticos encontraran su nicho de aplicaciones diarias en poco tiempo. ¿Dónde? es la pregunta al aire.

rrtucci

“El holograma de Obi-Wan Kenobi que proyecta el robot R2-D2 ante la princesa Leia en la Guerra de las Galaxias (1977)”

Que ignorancia de la alta literatura!
El holograma dice “Help me, Obi-wan Kenobi” Por lo tanto, el holograma es de la princesa Leia, y lo esta viendo Luke y Obi-wan.

emulenewsemulenews

Gracias, Rrtucci, craso error por mi parte… Por cierto, Star Wars fue la primera película que ví en la sala de un cine hace ya muchos años…

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