Fotografia tridimencional
Do correspondente de “Despertai!” nas Ilhas Britânicas
VISITANTES à Academia Real de Artes de Londres, em março de 1977, viram a demonstração de um novo e fascinante conceito sobre fotografia, um milagre fotográfico do século 20, chamado “holografia”. Estava em exposição uma imagem flutuante, em três dimensões, de um telefone, suspenso simplesmente no ar, e parecia tão real que a pessoa poderia ser justificada de tentar fazer um telefonema nele.
A exposição, destinada a impressionar o público com a ciência e meio de diversão dos feixes laser, foi apropriadamente chamada de “Luz Fantástica”. Com a holografia, conforme os visitantes puderam ver, ao invés de fotografia num cartão plano, a imagem é projetada no espaço totalmente em terceira dimensão. A pessoa pode realmente olhar para ela de vários ângulos e ver partes diferentes dela.
Talvez já tenha ouvido a palavra “holografia” ou “holograma” em relação com os usos recentes de feixes laser para fins de diversão. Nos espetáculos de jogos de luz de feixes laser, esses feixes multicolores de laser, que giram, que se arremessam e que se torcem são coreografados com a música, e, às vezes, usa-se a holografia de imagens tridimensionais para efeitos especiais.
Como Funciona
A palavra “holografia” é usada para descrever esse processo, pois o prefixo “holo” significa “inteiro” ou “completo”. A holografia tira fotografia de modo muito mais completo do que se consegue com uma câmara fotográfica comum.
Podemos entender o princípio básico da holografia, comparando-a com a gravação e reprodução de som. Considere, por exemplo, uma orquestra sinfônica tocando um trecho de música clássica. As notas e os sons musicais produzidos por vários instrumentos resultam numa combinação complexa de sons emergindo da orquestra. Essa combinação pode, naturalmente, ser gravada, sendo que o gravador “armazena” o som em forma codificada (na realidade pelas variações nos seus sulcos). Quando a gravação é tocada, produz-se uma combinação de sons que duplica as notas originais da orquestra. Idênticas ondas de sons são assim reproduzidas.
De modo similar, a holografia registra ondas de luz para reconstrução posterior. Vejamos como isso é possível.
Em primeiro lugar, o que está envolvido em ver alguém outra pessoa, ver um cenário ou um objeto? Visto que não podemos ver no escuro, é necessária a luz do sol ou de alguma outra fonte. Com efeito, cada parte minúscula de um objeto que olhamos reflete luz, mas em quantidades variadas e em cores variadas. Uma complexa combinação de luz é assim produzida, emergindo do objeto, como o som que procede da orquestra. Vemos o objeto quando essa combinação atinge nossos olhos e é interpretada pelo nosso cérebro.
Suponhamos que a combinação de ondas de luz procedente de um amigo sentado na sua frente seja interrompida e gravada, ou “armazenada”, assim como um disco de fonógrafo “armazena” o som. Seu amigo põe-se de pé e vai embora. Ao “tocar” esta “gravação de luz”, a idêntica combinação de luz poderia ser recriada e assim, para os olhos e o cérebro, a pessoa pareceria reaparecer. Outrossim, visto que a luz reproduzida duplica o original (como no caso de reprodução de som), a imagem que se vê é totalmente em 3-D, tal como a pessoa é.
Esta é a principal diferença entre a fotografia e a holografia. A fotografia envolve fazer uma imagem plana de um cenário ou de uma pessoa, como na pintura de um artista, mas à holografia reconstrói a forma original das próprias ondas de luz.
A Produção do Holograma
A chapa em que as ondas de luz são “armazenadas” é conhecida por “holograma”. É essencialmente similar ao filme de uma máquina fotográfica comum, mas é de melhor qualidade e é geralmente em forma de chapa fotográfica feita de vidro.
A figura 1 mostra como se faz o registro. Um ampliado feixe de luz de um laser é primeiro dividido em duas partes por meio de um espelho especial. Uma parte (chamada de “feixe de referência”) vai diretamente até a chapa fotográfica, ao passo que a outra parte ilumina o objeto a ser holografado. A complexa combinação de luz refletida do objeto vai então também até a chapa fotográfica. A luz chega assim na chapa por duas direções, produzindo um registro bem pormenorizado da combinação de luz sobre a chapa.
A figura 2 mostra o processo de se fazer aparecer em terceira dimensão a imagem registrada. A chapa é primeiro revelada (como no caso de fotografia comum) e o objeto é removido. Um único feixe de luz é então dirigido sobre a chapa. A luz atravessa a chapa, mas, no decorrer desse processo, é modificada pela combinação de luz registrada na chapa. O resultado é que a luz que emerge duplica exatamente a luz original que procedeu do objeto, e assim o objeto parece reaparecer. Para quem está olhando, a chapa fotográfica é como uma janela através da qual o objeto é visto em plena profundidade. Olhando através da “janela” em diferentes direções, o objeto é visto de diversos ângulos. A imagem manifesta tão vívido realismo que a pessoa que está olhando pode ficar tentada a estender a mão para tocar nela, mas, naturalmente, não há nada ali!
Propriedades Interessantes
Os hologramas e as imagens que estes produzem têm muitas propriedades interessantes e fascinantes. A chapa do holograma é equivalente, na holografia, aos negativos obtidos de um filme comum. Entretanto, são bastante diferentes em certos respeitos. Por exemplo, se tiver disponíveis alguns negativos em preto e branco, segure-os contra a luz e notará que contêm imagem (na realidade, em forma invertida — as áreas escuras são claras e as áreas claras são escuras). Segure a chapa do holograma contra a luz e notará que não contém absolutamente nada que se pareça com qualquer imagem. Só através de um microscópio pode a informação pertinente ser vista, mas, mesmo então, só como um desenho de linhas, de glóbulos e de espirais muito irregulares e indecifráveis.
Se parte de um negativo comum estiver estragada ou cortada fora, então, obviamente, essa parte da fotografia ficará estragada ou não aparecerá nas cópias feitas do negativo. Despedace a chapa de vidro do holograma, porém, e ficará surpreso. A imagem inteira pode ser reconstruída a partir de quaisquer dos fragmentos! A qualidade será prejudicada até certo ponto, dependendo do tamanho do fragmento. Entretanto, a imagem será sempre completa!
O realismo da imagem em 3-D, produzida a partir de hologramas, torna-se evidente de diversos modos. Se você mudar de posição, ao observar através da “janela” (a chapa de vidro do holograma), a visão da fotografia se transforma assim como se estivesse olhando para o cenário original. Se alguma coisa no primeiro plano da fotografia estiver obstruindo um objeto que fica atrás dela, então, movendo a sua cabeça para o lado, poderá ver o objeto de trás que estava escondido. Observará também que a focalização de seus olhos muda, quando olha para pontos que ficam perto e para pontos que ficam longe no cenário, e, se você for míope, então seus óculos lhe serão de ajuda!
Ocorre um efeito interessante se, digamos, um anel de brilhante for holografado. Na imagem holográfica, o brilhante reflete brilhos de luz de suas facetas e estes aparecem e desaparecem conforme a pessoa que está olhando movimenta a cabeça — exatamente como o brilhante real!
Em suma, a reconstrução tem todas as propriedades visuais da coisa real.
Alguns Desenvolvimentos
Embora os princípios básicos da holografia tenham sido conhecidos por mais de 30 anos (a holografia foi inventada por Dennis Gabor em 1948), não foi senão quando se inventaram os lasers, na década de 1960, que se pôde demonstrar as propriedades plenas da holografia. Um laser é uma fonte de luz pura, regular ou “coerente” e, em geral, este tipo de luz é necessário para registrar hologramas de objetos em 3-D. Entretanto, o uso de lasers tem desvantagens, quando se consideram as aplicações práticas da holografia. São dispendiosos e em alguns casos, perigosos. Poderia o seu uso ser reduzido de alguma forma?
Um grande progresso neste sentido foi feito pelo pesquisador russo Yu. N. Denisyuk. Ele teve a idéia notável de combinar a holografia com uma forma de fotografia em cores inventada pelo físico francês Gabriel Lippmann em 1891. Com a idéia de Denisyuk, embora ainda sejam necessários os lasers para registrar o holograma (Figura 1), na reconstrução ou processo de fazer aparecer a imagem registrada (Figura 2), o laser pode ser substituído por uma lâmpada comum de luz. Outrossim, usando-se três lasers durante o registro, correspondendo a três cores primárias (vermelho, verde e azul), o holograma emite uma imagem totalmente colorida.
Há um meio um tanto especial, conhecido por “técnica multiplex”, em que se pode evitar totalmente o uso de lasers. O método envolve fazer o holograma a partir de um grande número de fotografias comuns. Por exemplo, uma pessoa está sentada numa plataforma que gira lentamente, e uma câmara cinematográfica comum tira centenas de fotografias, registrando seu aspecto de todas as direções. As fotografias são então sintetizadas num só holograma do qual se pode reconstruir uma imagem em 3-D. A técnica tornou possível registrar certo grau de movimento no holograma; pode-se ver uma pessoa mover a mão ou dar um sorriso. É um tanto como o cinema no início, mas desta vez verdadeiramente em 3-D!
Aplicações Práticas
É fascinante fazer e ver hologramas, mas que aplicações práticas tem a holografia?
A pessoa pensaria imediatamente em filmes e em televisão em 3-D, onde a holografia proveria o máximo em realidade. Embora seja possível em princípio a produção de tal sistema, no momento está muito longe de ser realidade. O problema é em razão do vasto conteúdo de informações na chapa do holograma. Uma chapa quadrada de holograma, de 200 mm de cada lado, tem um potencial de conteúdo de informações mais de 300.000 vezes o tamanho de uma única fotografia estática de televisão. Os atuais sistemas de televisão não chegam nem de perto a ter a capacidade de manejar tão vasta quantidade de informações.
Atualmente, a holografia está sendo aplicada como meio de exposição e publicidade. Uma companhia responsável pelos muitos quadros para afixar cartazes no metrô de Londres expressou seu interesse de usar hologramas para fins de publicidade. E os representantes de venda no futuro bem que poderão carregar hologramas como amostras de produtos volumosos ou pesados.
Nos museus, tesouros podem ser substituídos por réplicas holográficas. Esta técnica foi usada inicialmente na U.R.S.S., e o museu Hermitage, de Leningrado, está fazendo agora uma biblioteca de hologramas para emprestar para outros museus. A produção de retratos em 3-D será sem dúvida uma aplicação importante no futuro próximo.
A holografia encontrou também algumas aplicações importantes na indústria e na pesquisa. Por exemplo, na produção de cilindros de automóveis de alta precisão, pode-se fazer um holograma de uma amostra perfeita. A imagem holográfica é então sobreposta exatamente nos cilindros de linha de montagem real; quaisquer falhas e defeitos aparecem imediatamente como um desenho de franja característico. Erros na forma, de menos de um mícron, podem ser detectados. (Um mícron é um milionésimo de um metro!)
Nas pesquisas, eventos que acontecem rápido demais para o olho captar podem ser holografados por meio do uso de impulsos de lasers. Os impulsos de lasers” como um super flash adaptado na câmara holográfica, emitem impulsos de luz que duram por apenas um instante. Um laser da cor de rubi, por exemplo, pode produzir um clarão que dura apenas 0,00000003 de um segundo! A luz do clarão capta com efeito um evento que acontece em menos de um milionésimo de um segundo, ou paralisa o movimento de um objeto em movimento extremamente rápido. O evento é recriado na imagem holográfica. As vibrações dos objetos, tais como de instrumentos musicais ou de máquinas, podem ser estudadas, e o método oferece possibilidades de analisar rápidas reações químicas.
A holografia ainda é uma operação um tanto dispendiosa e desajeitada em comparação com a fotografia comum. É também um tanto limitada atualmente, no que diz respeito ao tamanho em que se pode fazer um holograma. Portanto, ao invés de substituir a fotografia, a holografia surgiu como uma forma avançada de fotografia para uso em certas áreas especiais. Representa outro uso das leis naturais — na realidade, as leis do Criador — para o benefício e o prazer da humanidade. Com melhorias adicionais no processo e na redução do custo, não resta dúvida de que se conceberão novas idéias para o uso da holografia, influindo em nossa vida muito mais do que no presente.
[Diagramas na página 13]
(Para o texto formatado, veja a publicação)
Figura 1
Luz pura da fonte de laser
Espelho divisor de feixe luminoso
Feixe
Uma combinação de ondas de luz é transmitida à chapa, procedente de duas direções
HOLOGRAMA
Chapa de vidro
Objeto em 3-D
Emulsão fotográfica transparente
[Diagrama]
Figura 2
A partir do laser
HOLOGRAMA
Imagem em 3-D
OLHO: vê Imagem em 3-D
idêntica ao Objeto em 3-D