Az előző cikkben áttekintettük a diffrakciós képalkotás alapját, amivel már lehetséges fotószerű képet kapnunk, de a holografikus leképezés belső működéséről ez még keveset árul el.
Optikai leképezés
Ha optikai leképezést használunk, akkor a tárgy és a képe, egy-egy megfeleltetéssel összerendelhető. Ami a valóságban egy pont, az a leképezésen (filmen, lemezen) is egyetlen pontként jelenik meg. Egy háromdimenziós dologról a síkban viszont csak információ vesztés árán lehet ilyen 1:1 jellegű leképezést megvalósítani. Az információ vesztés azonnal szembetűnővé válik, amikor a tárolt képből vissza akarjuk állítani az eredeti látványt. A fotográfiában, a filmről a falra kivetített kép ugyanúgy sík marad, mint a film, amiről azt vetítettük.
Ezt a nagymértékű (30%-nál is nagyobb) információvesztést nem éljük meg tragikusan, mert agyi mechanizmusaink - tapasztalataink alapján - mindig kiegészítik a látott képet, tehát automatikusan odaképzeljük a teret, ami nincs is jelen a képen. Jobban érzékelhető az információvesztés, amikor azzal szembesülünk, hogy a perspektívánk változtatásával a vetített kép belső szögei nem változnak, tehát nem tudunk egy tárgy mögé benézni. Egy kitakart képelemet sem tudunk a nézőpontunk elmozdulásával előhozni a takarásból.
Holografikus leképezés
A legelső hologramok síkfilmre és fényérzékeny üveglemezre készültek, mint az akkori fotók. A holografikus leképezés azonban nem egy optikai vetítés, hanem egy speciális dimenzió transzformáció, ami során a teljes térbeli információt síkba kódoljuk. A kódolás algoritmusa a diffrakció és interferencia törvényszerűségei által meghatározott és a filmen diffrakciós interferencia mintázatokban tárolódik. Ránézve egy hologramot tartalmazó fotólemezre, azon szemmel jóformán semmi értelmezhetőt nem látunk, ami az eredeti tárgyra utalna, mivel az emberi agy nem tudja ezt a holografikus mintázatot dekódolni.
Hologram a fotólemezen
Hogyan kódolódik bele a tárgy képe a diffrakciós mintázatba?
Nézzük meg a legegyszerűbb esetet, egy térbeli pont holografikus leképezését a fotólemezre. A pontból kiáradó gömbhullám rendszert pillanatfelvétel-szerűen rögzítjük a fotólemezen. Ez a hullámok síkmetszeti képe lesz, ami kisértetiesen hasonlít a korábban tárgyalt zónalemez képére. Ezzel létrehoztuk a lemezen egy térbeli pont hologramját.
Több képpont esetén az eljárás ugyanez, a hologramban minden egyes képpontról érkező teljes hulláminformáció eltárolódik ilyen koncentrikus gyűrűk formájában. Figyeljük meg, hogy a pontok térbeli elhelyezkedése a hologramon méretazonos térbeli eltolódással kerül rögzítésre. A tárgypontok valós helyzete és képe a hologramon megegyező méretű. A hologramon nem nagyít vagy kicsinyít és emiatt pontos térbeli mérést lehet rajta végezni. A távolság a gömbhullámok fázisában rögzül - elsőre nem annyira triviális módon.
Több pont szétterülő képe a hologram lemezen összeér és összeadódik. A végső kép a diffrakciós minták együttes interferenciájából kiadódó hullámkép lesz. Az interferencia jelensége itt nagyon fontos szerepet játszik. Ha nem koherens fényhullámot (LASER) használnánk a felvételhez, akkor az egymásra lapolódó diffrakciós minták összeadódva, végül egy közel egyenletes szürke pacát hoznának létre a lemezen. Az interferencia nem egy szimpla összegző művelet, hanem a hullámfrontok amplitútó és fázishelyes összegzése.
Az interferencia fázisfüggő erősítése és kioltása biztosítja azt, hogy a hullámfelületek síkbeli találkozásakor az összes hullámfront által hordozott információ (gömbhullám felület görbülete, fázis) megmarad. Bár a kép látszólag zavaros, viszont a teljes hulláminformációt tartalmazza.
Mivel a tárgy összes pontjából induló és táguló gömbi hullámrendszer a teret kitölti, a fotólemez minden pontjában megtaláljuk az összes tárgyi képpontról érkező hullámfelületet. Látható, hogy ez egy teljesen más elvű leképeződés, mint az optikai. Itt egy pontból érkező információ a kép teljes felületére szétterül. Ez a fő oka annak, hogy az emberi agy direktben nem tudja a hologram képet értelmezni, szükség van a felvételhez használt referenciahullámra, hogy ezt a szétterült információhalmazt az eredeti formájára rendezzük. A visszarendezés (dekódolás) pontos mechanizmusára később részletesen kitérek.
Hologram rögzítési elve
Hologram rekonstrukció
A holografikus tárolásnál mondhatjuk, hogy minden pont által hordozott információ egy N*N-es mátrixba lesz kódolva. A valós életben ez az N*N-es mátrix nehezen értelmezhető, lévén a világot folytonosnak és analógnak tapasztaljuk. A számítógép világában azonban, ahol a tárolt képnek jól meghatározott (n*m) pixel mérete van, már könnyen megérthető.
Számítógépes hologram képe
A leképezésnél használt geometriai és hullámtani törvényszerűségekkel mesterségesen is létrehozhatók holografikus képek - a számítógépes 3D-s grafika és a hullámkövető (raytracing) eljárások kombinálásával. A műszaki alkalmazásokból (pl. gépészet, építészet, térképészet) és a játékprogramokból már jól ismert 3D-s grafikai programokat felhasználva, a gépben tárolt objektumokról sík hologramokat készítenek a fent ismertetett holografikus kódolással, amit egy fotólemezre nyomtatva, előáll a hologram.