Tredimensional fotografering

Af „Vågn op!“-​korrespondent i England

DE DER i marts 1977 besøgte det engelske kunstakademi i London, Royal Academy of Arts, så en demonstration af en ny og fascinerende form for fotografering, et fotografisk mirakel som kaldes „holografi“. På udstillingen blev der vist et frit svævende, tredimensionalt billede af en telefon. Billedet trådte frem i rummet og var så realistisk at man fik lyst til at tage røret og ringe hjem.

Udstillingen, som var lavet med tanke på at imponere publikum med laserlysets store anvendelsesmuligheder inden for videnskab og underholdning, havde det passende navn „Det fantastiske lys“. De besøgende blev klar over at når man benytter holografi, får man ikke et plant billede på et stykke papir. I stedet projiceres et billede i fuldstændig tredimensional form frit i rummet. Man kan faktisk betragte den projicerede genstand fra forskellige vinkler og se forskellige dele af den.

Mange har sikkert hørt ordene „holografi“ og „hologram“ i forbindelse med den senere tids brug af laserlys i underholdningsøjemed. I laserlysshows bringes flerfarvede laserstråler til at hvirvle, lyne og danse i takt til musik, og nu og da projiceres tredimensionale billeder ved hjælp af holografi for at opnå specielle effekter.

Hvordan det fungerer

Metoden kaldes „holografi“ idet forstavelsen „holo“ betyder „hel“ eller „fuldstændig“. Når man benytter holografi tager man billedet på en langt mere fuldstændig måde end man kan gøre ved hjælp af et almindeligt fotografiapparat.

Vi kan forstå det grundlæggende princip bag holografi ved at sammenligne det med optagelse af lyd og afspilning af sådanne lydoptagelser. Tænk for eksempel på et symfoniorkester der spiller et stykke klassisk musik. De toner der frembringes af de forskellige musikinstrumenter, danner et kompliceret lydmønster som strømmer ud fra orkesteret. Dette lydmønster kan man fastholde ved hjælp af en optagelse som registrerer lyden i kodeform (ved variationer i rillerne hvis optagelsen sker på en grammofonplade). Når optagelsen spilles, frembringes et lydmønster som svarer til de oprindelige toner der kom fra orkesteret. De samme lydbølger genskabes.

Holografi virker på lignende måde. Der laves en optagelse af lysbølger som senere kan rekonstrueres. Lad os undersøge hvordan det kan lade sig gøre.

Hvad er hovedbetingelsen for at vi kan se et andet menneske eller en genstand? Eftersom vi ikke kan se i mørke, forstår vi at lys er nødvendigt, lys som enten kommer fra solen eller fra en anden kilde. Alle dele af en genstand reflekterer lyset, men i varierende mængder og i forskellige farver. Der dannes et kompliceret mønster af lys som udgår fra genstanden, i lighed med lyden fra orkesteret. Når dette mønster når vore øjne og tolkes af hjernen, ser vi genstanden.

Forestil dig nu at det mønster af lysbølger der reflekteres af en ven som sidder over for dig, standses og registreres, eller „oplagres“, ligesom lyden der „oplagres“ på en grammofonplade. Din ven rejser sig og går, men ved „afspilning“ af denne „lysoptagelse“ kan det samme lysmønster genskabes, og når dette mønster rammer dit øje og signalerne tolkes af din hjerne, ser det ud som om din ven kommer til syne igen. Og eftersom det genskabte lys er en nøjagtig kopi af det oprindelige (akkurat som lyden fra en grammofonplade er en kopi af den oprindelige lyd), fremtræder billedet i fuld tredimensional form, nøjagtig ligesom personen.

Dette er den vigtigste forskel mellem fotografi og holografi. Fotografi er en metode til fremstilling af et fladt billede af et motiv, i lighed med et maleri, mens man ved holografi rekonstruerer selve det oprindelige mønster af lysbølger.

Hvordan et hologram laves

Den film hvorpå lysbølgerne er registreret eller „oplagret“, kaldes et „hologram“. Den ligner filmen i et almindeligt kamera, men er af bedre kvalitet og har som regel form af en fotografisk plade lavet af glas.

Figur 1 viser hvordan optagelsen foregår. En lysstråle fra en laser bliver først delt i to ved hjælp af et specielt spejl. Den ene stråle (som kaldes „referencestrålen“) sendes direkte mod den fotografiske plade. Den anden stråle belyser det objekt der skal tages et hologram af. Det komplicerede mønster af reflekteret lys fra objektet rammer den fotografiske plade. Derved opfanger pladen lys fra to retninger, og et meget detaljeret mønster bliver registreret på pladen.

Figur 2 viser hvordan fremvisningen foregår, sådan at der dannes et tredimensionalt billede. Pladen må først fremkaldes (som en almindelig fotografisk film), og objektet eller genstanden fjernes naturligvis. Der rettes nu en enkelt lysstråle mod pladen. Idet lyset passerer igennem pladen, modificeres det af det registrerede mønster på pladen. Resultatet er at det lys der afgives, svarer nøjagtigt til det lys der oprindelig kom fra objektet, og det ser ud som om objektet dukker op igen. Den fotografiske plade er som et vindue, og når man ser igennem den, ser man et billede af objektet i fuld dybde. Ved at se igennem „vinduet“ i forskellige retninger ser man objektet i forskellige vinkler. Billedet er så realistisk at man kan føle sig fristet til at række hånden ud og forsøge at røre ved objektet. Men det er der naturligvis ikke.

Interessante egenskaber

Hologrammer og de billeder de frembringer, har mange forunderlige og fascinerende egenskaber. Hologrammet svarer til det negativ man får når man fremkalder en almindelig film. Men i visse henseender er hologrammet og negativet meget forskellige. Hvis du for eksempel holder et sort-hvidt negativ op mod lyset, ser du et billede (egentlig i modsat form — de mørke felter er lyse, og de lyse felter er mørke). Hvis du holder hologrammet op mod lyset, ser du at det på ingen måde ligner noget billede. Kun under et mikroskop kan du se hvordan de vigtige informationer er registreret, men selv da blot som et højst uregelmæssigt, uforståeligt mønster af linjer, klumper og ringe.

Hvis en del af et almindeligt negativ bliver beskadiget eller skåret bort, vil den del af billedet naturligvis være ødelagt eller mangle på kopier som bliver lavet efter dette negativ. Men hvis hologrammet går i stykker er det en helt anden sag. Et hvilket som helst af stykkerne er tilstrækkeligt til at gengive hele billedet! Kvaliteten vil ganske vist være reduceret noget, afhængigt af glasstykkets størrelse. Men billedet vil altid være fuldstændigt!

Der er flere træk ved de tredimensionale billeder der laves ved hjælp af hologrammer, som gør dem meget naturtro. Hvis man flytter sig i forhold til „vinduet“ (hologrammet), ændres billedets perspektiv nøjagtig som det ville gøre hvis man så på den oprindelige genstand. Hvis noget i forgrunden er i vejen for noget som ligger bagved, kan man ved at flytte hovedet til siden, se forbi forhindringen og få øje på det der var skjult. Man opdager også at øjnene fokuseres når man ser på nære og fjerne punkter i billedet. Ja, hvis man er nærsynet vil det hjælpe at man tager brillerne på!

Når man laver et hologram af en diamantring opnås en interessant effekt. Diamanten funkler. Man ser lysglimt som reflekteres fra de forskellige facetter, og de forsvinder og kommer til syne alt efter som man bevæger hovedet — nøjagtig som hvis man så den virkelige diamant!

Rekonstruktionen har kort sagt alle de synlige egenskaber som den virkelige genstand har.

Nogle træk i udviklingen

Selv om holografiens grundprincipper har været kendt i over 30 år (holografi blev første gang beskrevet af Dennis Gabor i 1948), var det ikke før laseren blev opfundet i 1960erne at holografiens muligheder kunne demonstreres fuldt ud. En laser er en lyskilde som udsender kohærent lys, det vil sige lys hvor alle lyskvanter har samme frekvens og er i fase med hinanden. Det er som regel nødvendigt at bruge denne form for lys ved optagelse af hologrammer. Men når man overvejer holografiens praktiske anvendelsesmuligheder, forstår man at dette har visse ulemper. Lasere er kostbare og i nogle tilfælde farlige. Er det muligt at begrænse brugen af dem på nogen måde?

Et stort fremskridt i denne forbindelse blev gjort af den russiske forsker Ju. N. Denisjuk. Han fik den gode idé at kombinere holografi med en form for farvefotografering som var blevet opfundet af den franske fysiker Gabriel Lippmann i 1891. Ifølge Denisjuks forslag kan laserne under fremvisningen af billedet (figur 2) erstattes af en almindelig elektrisk pære. Under optagelsen (figur 1) må man dog stadig bruge lasere. Og hvis man under optagelsen benytter tre lasere som svarer til de tre primærfarver (rødt, grønt og blåt), vil hologrammet gengive billedet i farver.

Ved at benytte en helt speciel teknik der kaldes „multipleksteknikken“, kan man helt undgå at bruge lasere. Denne metode består i at man laver hologrammet af et stort antal almindelige fotografier. En person sidder for eksempel på en platform der roterer langsomt, mens et almindeligt filmkamera tager flere hundrede billeder, som derved viser personen set fra alle vinkler. Billederne bliver derefter sat sammen til et enkelt hologram, ved hjælp af hvilket man kan rekonstruere et tredimensionalt billede. Denne teknik har gjort det muligt at opfange en vis bevægelse. Man kan for eksempel se en person bevæge hånden eller smile. Det er næsten som i filmens barndom, men nu er „filmen“ tredimensional!

Praktisk anvendelse

Det er fascinerende at fremstille og betragte hologrammer, men hvor finder holografi praktisk anvendelse?

Rent umiddelbart tænker man måske på tredimensionale film og tredimensionalt fjernsyn. Ved hjælp af holografi ville disse medier give en højst naturtro gengivelse. Men selv om det måske i princippet er muligt at lave et sådant system, er der i øjeblikket langt igen. Problemet ligger i de enorme mængder information som hologrammet indeholder. Et hologram der måler 20 gange 20 centimeter, rummer over 300.000 gange så mange informationer som et eneste fast fjernsynsbillede. De fjernsynssystemer vi har i dag, kan slet ikke behandle så store mængder information.

I dag bliver holografi brugt inden for reklamen. Et firma som har ansvaret for mange af reklameplakaterne på undergrundsbanen i London, har vist interesse for at bruge hologrammer i reklameøjemed. Og det er sandsynligt at fremtidens salgsrepræsentanter vil medbringe hologrammer af uhåndterlige eller tunge produkter.

På museer kan værdifulde udstillingsgenstande erstattes af holografiske kopier. Sovjetunionen har gjort et banebrydende arbejde med denne teknik, og Eremitagen i Leningrad er nu i færd med at lave et bibliotek af hologrammer med tanke på udlån til andre museer. Produktion af tredimensionale portrætter vil uden tvivl blive en vigtig anvendelse af holografi i nær fremtid.

Holografi har også fundet anvendelse inden for industri og forskning. Når man for eksempel skal lave cylindre til bilmotorer, som kræver en høj grad af præcision, kan der laves et hologram af et perfekt prøveeksemplar. Det holografiske billede bliver så projiceret nøjagtigt over de enkelte cylindre på samlebåndet. Eventuelle sprækker og defekter vil da straks fremtræde som et karakteristisk frynset mønster. Afvigelser på mindre end en tusindedel millimeter kan afsløres!

Under forskning kan man ved hjælp af en pulset laser holografere bevægelser som foregår for hurtigt til at øjet kan nå at opfange dem. Den pulsede laser, der kan kobles til et holografisk kamera omtrent som en blitz er koblet til et almindeligt kamera, udsender lysimpulser som varer brøkdele af et sekund. En rubinlaser kan for eksempel udsende en impuls der kun varer 0,00000003 sekund! Lysglimtet opfanger effektivt noget som sker i løbet af mindre end en milliontedel sekund, eller „fastfryser“ detaljerne i meget hurtige bevægelser. Disse detaljer genskabes i det holografiske billede. Objekter som vibrerer, for eksempel maskindele eller musikinstrumenter, kan studeres, og man kan foretage analyser af meget hurtige kemiske reaktioner.

Holografi er stadig en temmelig kostbar og omstændelig operation i sammenligning med almindelig fotografi. Foreløbig er det også begrænset hvor store hologrammer man kan lave. Holografi har altså ikke erstattet fotografi, men har snarere vist sig at være en avanceret form for fotografi der kan bruges på visse specialområder. Holografi udnytter naturlovene — love som Skaberen har fastsat — på en anden måde, til gavn og glæde for mennesket. Efterhånden som teknikken forbedres og omkostningerne bringes ned, vil der uden tvivl vise sig flere anvendelsesmuligheder, så holografien kommer til at berøre vort liv i langt højere grad end i dag.

[Diagrammer på side 15]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Figur 1

Lys fra laser (kohærent lys)

Spejl der deler lysstrålen

Lysstråle

Et mønster af lysbølger overføres til pladen fra to retninger

HOLOGRAM

Glasplade

Tredimensionalt objekt

Gennemsigtig fotografisk emulsion

[Diagram]

Figur 2

Laserstråle

HOLOGRAM

Tredimensionalt billede

Øjet ser et tredimensionalt billede som er identisk med objektet