Jaunā Gaita nr. 60, 1966

 

 

Juris Upatnieks

Jauns fotografijas princips - attēlu uzņemšana trīs dimensijās

 

1963. gada decembrī ASV presē parādījās pirmās ziņas par jaunu fotografijas metodi, pēc kuŗas iespējams uzņemt attēlus trīs dimensijās. Mičigenas universitātē divi zinātnieki Emets Līts (Emmett N. Leith) un Juris Upatnieks, izveidoja šo metodi, atrisinot teōretiskās un praktiskās problēmas, kas līdz šim bija kavējušas angļu zinātnieka Denisa Gabora (Dennis Gabor) izgudrotās fotografijas principa plašāku izlietošanu praksē. Agrāk šo metodi varēja lietot, fotografējot tikai mikroskopiskus priekšmetus, bet tagad ar to var fotografēt visus priekšmetus un skatus. Priekšmetus iespējams uzņemt ar visām optiskām īpašībām, kādas tiem ir dabā. Reālais priekšstats ir tik pilnīgs, ka salīdzinot grūti pateikt, vai skatītājs vēro priekšmetu vai tā attēlu. Šinī rakstā sniedzam Juŗa Upatnieka apceri par jaunā fotografijas principa attīstību un principiem, uz kuŗiem tas balstās, un pašreizējo stāvokli.

 

Jaunā fotografijas principa attīstība.

Lai varētu runāt par šo jauno fotografijas principu, vispirms jāapskata parastā fotografija un principi, uz kuŗiem tā balstās. Vārds "fotografija" kopš parastās fotografijas sākumiem ap 1800. gadu saistījās ar gaismas spožuma variāciju uzņemšanu filmā vai uz cita materiāla, kas jūtīgs pret gaismu. Lietojot lēcu, spoguli vai ko citu, vispirms dabūja asu attēlu uz materiāla virsmas, kas jūtīgs pret gaismu. Ja priekšmetam, kuŗu fotografēja, bija trīs dimensijas, tad, uzņemot filmā, to "saspieda" divās, jo arī filmai bija tikai divas dimensijas. Tādā veidā informācija par uzņemtā priekšmeta dziļumu zuda, kaut gan no pieredzes skatītājs varēja pateikt, kuŗš priekšmets tuvāk un kuŗš tālāk. Teōrētiski uzreiz tikai vienu plāksni telpā iespējams dabūt asā fokusā, bet praksē diezgan dziļu telpu var dabūt apmēram fokusā. Parastajā fotografijā tātad redzams ass divu dimensiju attēls ar gaismas spožuma variācijām, bet nav izjūtams priekšmeta vai skata dziļums un arī tas, no kuŗa virziena gaisma krīt uz filmu.

Kopš fotografijas sākumiem visas pūles veltītas šāda veida fotoaparāta uzlabošanai: izveidotas jūtīgākas un asākas filmas, uzlabotas lēcas un gaismas mērītāji un vispār fotoaparāta daļas. Pamatprincipi tomēr bija tie paši. Izveidoti arī tā sauktie stereo fotoaparāti, kuŗos uzņēma divus uzņēmumus, katru no mazliet citādāka leņķa. Šie uzņēmumi deva daļēju trīs dimensiju efektu, bet šis efekts bija nepilnīgs. Bez tam skatoties vajadzēja lietot speciālas acenes vai aparātu.

Pirmā doma iegūt uzņēmumus, lietojot citu fotografēšanas pamatprincipu, radās zinātniekam Gaboram, kas dzīvo Anglijā. Viņš iedomājās, ka varētu uzņemt filmā gaismu no fotografējamā priekšmeta, ja arī tas nav fokusā, un fokusēšanu izdarīt vēlāk. Ap 1948. gadu Gabors publicēja rakstu, kuŗā iztirzāja metodi, kā to izdarīt. Drīz radās teōrētiski un eksperimentāli pierādījumi. Ar šo metodi tās oriģinālajā veidā bija iespējams fotografēt mazus, mikroskopiska lieluma priekšmetus. Jāpiezīmē, ka šai laikā Gabors strādāja, lai uzlabotu elektronu mikroskopus, un pirmā vieta, kur šo metodi cerēja izlietot, būtu fotografējot ar elektroniem un uzņēmumu rekonstruējot parastajā gaismā. Liekas, ka šī praktiskā mērķa dēļ pētījumi turpinājās mikroskopisku priekšmetu fotografēšanas virzienā.

Lai gan šo ideju pareizumu pierādīja teōrētiski un eksperimentāli, radās divi lieli šķēršļi, kas kavēja principu izlietošanu praksē. Viens šķērslis bija vajadzīgo gaismas avotu trūkums kā redzamās gaismas, tā arī rentgena un elektronu viļņu gaŗumos. Šai fotografijas metodei nepieciešama gaisma ar ļoti speciālām īpašībām, par kuŗām būs minēts vēlāk. Otrs šķērslis - fotografējot, rodas otrs attēls, kas traucē uzņēmuma apskati: ja viens no attēliem ir fokusā, otrs nav fokusā, tādēļ attēls liekas neskaidrs. Pētījumi, ņemot vērā Gabora pirmos rakstus, galvenokārt mēģināja novērst šī otra attēla nevēlamo efektu uz rekonstruētā uzņēmuma skaidrību. Radās vairākas idejas, bet vai nu tās deva tikai daļēju uzlabojumu, vai arī bija praksē pārāk grūti īstenojamas.

Mičigenas universitātē sāku Gabora fotografijas metodi tālāk pētīt 1960. - 61. gada ziemā kopā ar amerikāņu zinātnieku Emetu Lītu (Emmet N. Leith). Bija vairāki iemesli, kādēļ sākām pētījumus šai virzienā: mūsu nodaļa universitātē nodarbojās ar pētījumiem līdzīgā laukā, tas ir, fiziskā optikā; mēdzām optikas problēmas risināt no tā sauktā "communications theory" viedokļa, kas deva ari Gabora fotografijas metodei pavisam citu ieskatu. Lietojot šo pieeju, varējām lietot labi attīstītās teōrijas elektroinženieŗu nozarē, lai atrisinātu arī šo teōrētisko problēmu. Galvenais iemesls tomēr bija tas, ka gadījās lasīt par Gabora agrāko darbu un šķēršļiem tā tālākā attīstībā, un šī likās interesanta problēma.

Sākumā atkārtojām Gabora oriģinālos eksperimentus un guvām līdzīgas kvalitātes rezultātus. Pēc tam izdevās atrisināt divu attēlu problēmu tādā veidā, ka tie katrs bija redzami citā virzienā un ne tai pašā, tādā veidā uzlabojot teōrētiski uzņēmumu kvalitāti. Šo teōrētisko uzlabojumu pierādījām, nofotografējot vienu taisnu līniju un atkal to rekonstruējot no uzņēmuma. Divus gadus vēlāk sākām lietot lāzeru kā gaismas avotu, un tas padarīja eksperimentālo darbu daudz vienkāršāku un uzlaboja rezultātus. Sekoja daudzi mazi uzlabojumi šai metodē, līdz 1963. - 64. gada ziemā izdevās reproducēt diapozitīvus un nofotografēt trīs dimensiju priekšmetus ar līdzīgu kvalitāti parastam 35 mm fotoaparātam. Starpība tomēr bija tā, ka šāda veida fotografija deva trīs dimensiju attēlu tik reāli, ka grūti pateikt, vai skata uzņēmumu vai pašu priekšmetu.

Ar šo pašas hologrammas fotografijas metodes attīstīšana bija sasniegusi diezgan augstu pakāpi, un pētījumi tālāk galvenokārt pievērsās šīs metodes izlietošanai praksē. Vēlāk minēšu dažus piemērus, kur to var lietot.

 

Nepieciešamās gaismas avota īpašības

Fotografijai ar jauno paņēmienu nepieciešama gaisma ar ļoti speciālām īpašībām, kas parasti dabā nav atrodamas. Šeit minēšu šīs īpašības un iemeslus, kādēļ tās nepieciešamas.

Gabora fotografijas metode balstās uz principa, ka gaisma, kas krīt uz filmas no diviem vai vairākiem virzieniem, var dot vai nu spožāku vai tumšāku gaismas laukumu nekā katrs gaismas stars atsevišķi. Tas ir, katru gaismas staru var uzskatīt par vektoru, un gaismas spožums katrā punktā ir šo vektoru summa. Šo īpašību angliski sauc par "interference", un tā savukārt novērojama gaismā, kuŗai ir divas īpašības: visiem gaismas viļņiem jābūt ar viena viļņa gaŗumu, un tai jābūt "coherent". "Coherent" attiecas uz to gaismas īpašību, ka jebkur telpā, kur gaismas viļņi atrodas, relātīvā faze starp diviem punktiem telpā ar laiku nemainīgs. Tikai ar gaismu, kuŗai ir šīs abas īpašības, var fotografēt, lietojot Gabora viļņu rekonstrukcijas metodi.

Šīm divām nepieciešamām gaismas īpašībām šāds izskaidrojums. Pieņemsim, ka viens atsevišķs atoms izstaro viena viļņa gaŗuma gaismu, kas pēc atstarošanas no dažādiem priekšmetiem, spoguļiem utt. eventuāli krīt uz fotografisku filmu. Tā kā gaisma krīt uz filmu no dažādiem virzieniem, tad uz filmas redzams musturs ar tumšākiem un gaišākiem laukumiem. Šo musturu angliski sauc par "interference pattern". Šis musturs ir ļoti sīks, bieži vien ar apmēram 10^-4 cm atstarpi starp laukumiem. Kā vēlāk būs matēmatiski parādīts, šādā musturā atrodas visa nepieciešamā informācija par fotografēto priekšmetu, kuŗu var atgūt, apgaismojot attīstīto filmu ar viena viļņu gaŗuma gaismu.

Ja turpretī fotografējot lieto gaismu, kas sastāv no N dažādiem viļņu gaŗumiem, tad rodas N dažādi musturi viens virs otra. Ja filmu pēc attīstīšanas apgaismo ar K dažādiem viļņu gaŗumiem, tad radīsies N X K attēli, katrs mazliet savādākā lielumā un citā vietā telpā, tā, ka attēls var būt pilnīgi neskaidrs arī tad, ja, teiksim, K = 1. Bez tam nofotografēto attēlu spožums ir proporcionāls 1/N. Tādēļ, ja N ir liels skaitlis, tad praksē tas nozīmē, ka attēlu nemaz nevarēs redzēt. Sakot to savādākā veidā, ja N dažādi musturi viens otram virsū uz filmas un N ir liels skaitlis, tad šie musturi viens otru "izdzēš", un rezultātā rodas vienmērīgi apgaismota filma bez informācijas par fotografēto priekšmetu. Rezultāts būtu tas pats, ja filmu izņemtu no fotoaparāta un ļautu uz tās krist dienas gaismai.

Ja ari gaismai ir tikai viens viļņu gaŗums, ar to vēl nepietiek. Nepieciešams arī tas, ka šis musturs nemainās filmas apgaismošanas laikā. Ja tas kustas, tad musturs nebūs ass. Ja iepriekš minētā piemērā viena atoma vietā būtu daudzi, kas izstaro gaismu, visi viena viļņu gaŗuma, bet ar mazu frekvences starpību, teiksim 10⁵ ciklu sekundē, tad arī gaismas vektori uz filmas mainīsies tikpat ātri, un rezultātā musturs kustēsies. Musturu varētu nofotografēt tikai tad, ja apgaismošanas ilgums būtu ļoti īss, šinī piemērā ap vienu miljondaļu sekundes. Ja turpretī visi atomi izstarotu pilnīgi identiskus viļņus, tad musturs būtu nekustīgs un varētu teikt, ka gaisma ir "coherent". Dabā atomi parasti izstaro gaismu ar mazliet savādākām frekvencēm, un tādēļ nav piemēroti Gabora fotografijas metodei. Pa daļai iepriekš minētās īpašības var iegūt, laižot gaismu caur mazu "adatas caurumu", tādā veidā izolējot nedaudz atomu, un vienu viļņu gaŗumu izolējot ar gaismas filtru palīdzību. Šādā veidā Gabors veica savus eksperimentus, un arī mēs lietojām dzīvsudraba spuldzes līdz lāzeru izgudrošanai. Lāzeram ir tā īpašība, ka iespējams panākt, ka daudzi atsevišķi atomi izstaro gaismu ar abām iepriekš minētām īpašībām, tādā veidā radot ļoti spožu gaismas avotu, piemērotu šai fotografijas metodei.

 

Fotografijas uzņemšana un rekonstruēšana

Fotografiju, kuŗu uzņem bez lēcas palīdzības un kuŗa uzņem gaismas viļņus, sauc par hologrammu. Šo vārdu deva Gabors, un tas atvasināts no grieķu "holo" - pilnīgs, un "gramma" - uzņēmums. Vārds hologramma tātad nozīmē pilnīgs uzņēmums un labi raksturo tā īpašības.

1. zīmējums Hologrammu uzņem šādā veidā, nelietojot lēcu starp fotografējamo priekšmetu un filmu. Atstarotā gaisma no spoguļa un vāzes rada ļoti sīku musturu, kuŗu uzņem filmas emulsija. Atstaroto gaismu no spoguļa sauc par references staru, un tas nepieciešams hologrammas uzņemšanai.

2. zīmējums Hologrammā uzņemto attēlu rekonstruē, apgaismojot filmu tādā pašā veidā, kā references stars to apgaismoja. Rekonstruējot hologrammu, rodas divi attēli; viens attēls izskatās, it kā tas būtu aiz hologrammas, un šo attēlu var redzēt, skatoties "caur" hologrammu; otrs attēls pats fokusējas hologrammas priekšpusē. Šo attēlu var uzņemt, noliekot otru filmu, kur attēls fokusā, tādā veidā gūstot parasto divu dimensiju attēlu.

Hologrammu dabū šādā veidā (skat. 1. zīmējumu): fotografējamo priekšmetu un spoguli tā tuvumā apgaismo ar lāzera gaismu. No priekšmeta atstaroto gaismu, kas krīt uz filmas, varam izteikt matēmatiski kā a(x,y)e ^{j[φ(x,y)-ωt]} kur a(x, y) ir elektromagnētiskā (gaismas) viļņa spriegums, un [φ(x,y)-ωt] šī viļņa faze. Otru gaismas staru, kas nāk no spoguļa, mēdz saukt par references staru. Pieņemsim vienkāršības pēc, ka šie viļņi ir taisni, tad to varam izteikt kā a_oe^j[αx-ωt]. Šeit a_o ir konstants, (αx-ωt) ir šī viļņa faze, un α arī ir konstants, kas atkarīgs no leņķa, kādā references stars krīt uz filmas. Uz filmas tātad krīt gaismas viļņi no priekšmeta un references stara, kuŗu kopējais spriegums a_oe^j[αx-ωt]+ a(x,y)e ^{j[φ(x,y)-ωt]}. Filma reaģē tikai uz caurmēra gaismas enerģiju I, kas krīt uz filmas un kuŗu savukārt izsaka vienlīdzība

I = (1/T)∫₀^T| a_oe^j[αx-ωt]+ a(x,y)e ^{j[φ(x,y)-ωt]}|²dt = ½{a_o²+a²(x,y)+a_oa(x,y)^{ej[αx-φ(x,y)]}+a_oa(x,y)e^{-j[αx-φ(x,y)]}}

Gaisma, kuŗu uzņem filmā, tātad sastāv pavisam no četriem skaitļiem, kas to apraksta. Pasakot to citādi, iepriekšējā vienlīdzība izsaka caurmēra gaismas enerģiju katrā punktā uz filmas. Pirmie divi skaitļi šai vienlīdzībā nav nozīmīgi, bet pēdējie divi līdzīgi gaismai, kas nāca no fotografētā priekšmeta.

Apgaismoto filmu attīsta parastajā veidā un pēc tam apgaismo ar gaismu, kuŗa līdzīga references staram, hologrammu taisot (skat. 2. zīmējumu). Ja šis gaismas stars krīt uz filmas tieši tādā pašā leņķī kā references stars, tad šo gaismu varam izteikt kā -b_oe^j[αx-ωt]. Tad gaisma tūlīt otrā pusē filmai ir -b_oe^j[αx-ωt][1-kI], kurk ir attiecīgais konstants, kas izsaka filmas kontrastu, un šeit pieņemts, ka filma reaģē proporcionāli gaismas spožumam. Pēdējie divi no četriem skaitļiem pirmajā vienlīdzībā tad dod ka_ob_oa(x,y)e^{+j[φ(x,y)-ωt]} un ka_ob_oa(x,y)e^{+j[-φ(x,y)-ωt]}e^j2αx. Pirmais skaitlis šeit ir tieši tāds pats kā tas, kuŗš izteica gaismu, kas nāca no priekšmeta, izņemot konstantus, kuŗi nav svarīgi. Tātad ar šo metodi filmā uzņemtie gaismas viļņi no fotografētā priekšmeta atkal atgūti tieši tādā pašā formā, kā tie bija oriģināli. Šī iemesla dēļ nav iespējams pateikt, vai šie gaismas viļņi nāk no oriģinālā priekšmeta vai tā fotografijas - optiski tie ir vienādi.

Otrs skaitlis arī ir noderīgs. Vienīgā atšķirība no pirmā ir tā, ka tam negātīva faze - φ(x,y) un faktors e^j2αx klāt. Negātīvā faze nozīmē, ka gaismas viļņi nevis plešas plašumā, bet gan paši koncentrējas. Eventuāli tie paši no sevis nonāk fokusā filmas priekšpusē bez lēcu palīdzības. Noliekot filmu fokusa vietā, iespējams iegūt parasto divu dimensiju attēlu. Šīs īpašības dēļ šo metodi arī mēdz saukt par bezlēcas fotografijas metodi.

Faktors e^j2αx nozīmē, ka šis attēls būs redzams citā virzienā nekā pirmais, kuŗam šāda faktora nebija, un citā virzienā nekā apgaismotāja stars, kuŗam ir faktors e^jαx. Pārējie divi skaitļi pirmajā vienlīdzībā a_o² un a²(x,y), būs redzami tajā pašā virzienā kā apgaismotāja stars, un tie nav nozīmīgi.

Salīdzinot šeit minēto metodi ar Gabora oriģinālo uzņemšanas veidu, galvenā starpība ir tā, ka Gabors nelietoja otru gaismas staru, kas nāca no sāniem, bet gan references staru, kuŗš nāca tai pašā virzienā, kā gaisma no priekšmeta, kuŗu fotografēja. Šis stars bija vienkārši gaisma, kuŗa plūda gaŗām maziem, mikroskopiska lieluma priekšmetiem. Šāda veida izdarītam uzņēmumam α = 0, un visi četri skaitļi pirmajā vienlīdzībā dod attēlus vienā virzienā, vai visi tie viens otram virsū, un rezultātā iegūstams zemākas kvalitātes uzņēmums.

Vēl jāpiezīmē, ka filma reaģē tikai uz caurmēra gaismas enerģiju uzņemšanas laikā. Tādēļ svarīgi, ka fazes φ(x,y), un αx nemainās filmas uzņemšanas laikā, jo pretējā gadījumā rezultāts var būt vienmērīgi apgaismota filma bez informācijas par fotografēto priekšmetu. Tas savukārt nozīmē, ka visi priekšmeti uzņemšanas laikā nedrīkst kustēties. Lai gūtu labas kvalitātes uzņēmumu priekšmeti nedrīkst kustēties vairāk kā ⅛ gaismas viļņa gaŗumu jeb 7x10^-5 mm. Šī ierobežojuma dēļ fotografijas līdz šim parasti izdarītas laboratorijās, kur iespējams priekšmetus nekustīgi novietot.

Lietojot pulsa veida lāzeru būs iespējams fotografēt arī priekšmetus, kas kustas, jo tad uzņemšanas laiks var būt ļoti īss. Piemēram, lietojot 4x10^-8 sekunžu gaŗu pulsu, priekšmeti varētu kustēties ar 2 metru sekundē ātrumu un uzņēmums tomēr iznāktu. Pašlaik tirgū dabūjamie lāzeri spējīgi dot tik īsu pulsu, bet tie nedod pietiekami precīzu viena viļņa gaŗuma gaismu. Domājams, ka nākotnē tos uzlabos.

3.Tipiska hologramma izskatās šāda. Apļi un musturi, kas šeit redzami, radušies putekļu dēļ references starā, un šiem apļiem nav nekāda sakara ar hologrammā uzņemto skatu.	4. Šis bija viens no pirmajiem priekšmetiem, kuŗu izdevās uzņemt hologrammā. Šis attēls iegūts, noliekot filmu hologrammas priekšā, kur attēls pats no sevis fokusējas (skat. 2. zīm. )

Hologrammu īpašības

Hologrammām ir vairākas īpašības, ar ko tās atšķiŗas no parastajiem uzņēmumiem. To trīsdimensiju īpašību jau minēju, bet ir ari vēl citas. Vispirms pirmais uzņēmums, kuŗu mēdz saukt par negātīvu, dod pozitīvu attēlu. Atgriežoties pie iepriekšējām matēmatiskām vienlīdzībām, redzams, ka rekonstrukcijā iegūts tieši tāds pats gaismas vilnis, kāds nāca no fotografētā priekšmeta. Tādēļ "negātīvs" šai gadījumā dod pozitīvu attēlu. Ja hologrammu fotografiski nokōpē, tad šī kōpija atkal dod pozitīvu attēlu, un tas pats būtu, ja no pirmās kōpijas iegūtu vēl vienu utt. Hologrammu, kuŗa dotu negātīvu attēlu, būtu grūti iegūt.

Otra īpašība ir tā, ka katrā hologrammas daļā uzņemts viss oriģinālais skats. Atgriežoties pie pirmā zīmējuma, redzams, ka gaisma no katra punkta priekšmetā krīt uz katru filmas daļu. Rekonstruējot attēlu, tad arī katra filmas daļa dod gaismu no visa priekšmeta, un tātad viss priekšmets redzams, skatoties caur mazu filmas gabaliņu. Tādēļ iespējams filmu sagriezt mazākos gabalos , un katrs no šiem gabaliem dos pilnu attēlu. Vienīgā atšķirība starp dažādiem filmas gabaliem būtu tā, ka katra daļa saņem gaismu no citas ainas perspektīvas , un tādēļ arī katra filmas daļa dod attēlu, rādot ainu no citas perspektīvas.

Trešā hologrammas īpašība ir tā, ka attēla kontrasts nav atkarīgs no filmas kontrasta. Praksē pierādījies, ka, lietojot augsta vai zema kontrasta filmu rezultāti gandrīz vienādi.

Lai gūtu kādu priekšstatu par to, kāds izskatās rekonstruētais attēls, hologrammu var salīdzināt ar logu, caur kuŗu skatās uz fotografēto priekšmetu. Efekts ir tieši tāds pats, it kā vērotu priekšmetu caur logu hologrammas (filmas) lielumā, un priekšmets atrodas tādā pat relātīvā attiecībā pret filmu kā tad, kad fotografiju uzņēma. Jo lielāka hologramma, jo priekšmetu var apskatīt no dažādākām pusēm un gūt lielāku perspektīvas maiņu. Ja divi priekšmeti viens aiz otra, tad iespējams paiet sāņus un redzēt, kas ir aiz tuvākā priekšmeta. Tas gan iespējams tikai, ja hologramma pietiekami liela. Ja hologramma būtu maza, teiksim parastās 35 mm filmas lielumā, tad trīsdimensiju efektu nemaz nemanītu.

Ja uz vienas filmas uzņem trīs hologrammas, katru ar vienu no trim pamatkrāsām (sarkano, zaļo un zilo), tad iespējams rekonstruēt attēlu ar visām krāsām. Parasti tas nozīmētu, ka attēls būtu neskaidrs, jo katras krāsas hologramma dotu pareizu attēlu savā krāsā, un bez tam arī nepareizus attēlus ar citām krāsām, pavisam kopā deviņus attēlus. No šiem deviņiem attēliem tikai trīs vēlami, pārējie seši padara uzņēmumu neskaidru. Šie seši nevēlamie attēli neparādās, ja filmas emulsija pietiekami bieza un ja fotografējamo priekšmetu un references staru novieto tā, ka musturs iznāk ļoti sīks. Tad katra hologramma rekonstruē tikai savas krāsas uzņēmumu. Ja references stars krīt uz filmas no vienas puses un fotografējamais priekšmets atrodas otrā pusē, tad musturs iznāk tik sīks, ka hologrammas attēlu var skaidri redzēt, arī apgaismojot to ar baltu gaismu (piemēram, saules gaismu). Tas tāpēc, ka emulsija šai gadījumā darbojas arī kā krāsu filtrs un rekonstruē attēlu tikai oriģinālajā krāsā. Musturs tad uzņemts trīs dimensijās emulsijā, un gaŗāka matēmatiska analize nepieciešama, lai šo īpašību pilnīgi notēlotu. Hologrammas ari šoreiz tomēr jātaisa, lietojot lāzeru gaismu.

Salīdzinot parasto fotografiju ar hologrammu, atšķirība arī šādā veidā: parastā fotografija uzņem gaismas viļņu spožumu; hologramma uzņem ne tikai gaismas viļņu spožumu, bet arī virzienu, no kura tie nāk.

(a)	(b)
(c)	(d)
5. Visas četras fotografijas iegūtas no viena hologrammas uzņēmuma, nofotografējot attēlu, kas redzams aiz hologrammas ar parasto 35 mm fotokameru. Hologrammā uzņemtais skats bija šāds: burti "U of M" atradās uz grubuļaina stikla aizmugurē, kas bija apgaismots no aizmugures; stiklam 20 cm priekšā ratiņu stūmēja figūra, un 50 cm priekšā rikšo figūra. Uzņēmumi (a) un (b) uzņemti, iestādot aparāta fokusu vienā gadījumā, lai burti būtu asi, otrā, lai lietussargs - ar f-2.3 lēcu. Uzņēmumi (c) un (d) ar f-11 lēcu no citas perspektīvas.

Hologrammu izlietošana praksē.

Rodas jautājums, ko ar šo fotografijas metodi var iesākt, un vai tai praksē būs nozīme? Pētījumi šai virzienā vēl turpinās, tādēļ varu minēt tikai dažus piemērus, kur to varētu izlietot. Droši vien radīsies vēl citi izlietošanas veidi.

Vispirms, fotoattēlu iegūšana trīs dimensijās ir pats par sevi diezgan interesants mērķis. Ja hologrammu uzņemtu ar trim pamatkrāsām, tad to varētu izlietot reklāmām vai dekorācijām: neliela tilpuma kastē varētu novietot hologrammu, un skatoties tajā varētu redzēt liela apmēra priekšmetu vai skatu. Šī fotografijas metode dod ari lielāku redzes loku, ap 180 gradu horizontālā plaknē un tuvu pie 140 gradiem vertikālā plaknē. Ja hologrammu vēlas skatīt no abām pusēm, tad horizontālā plaknē redzes loks var būt tuvu pie 360 gradiem, jo fotografējamie priekšmeti var atrasties abās pusēs filmai.

Uzņemot hologrammas mazliet savādākā veidā nekā rādīts pirmajā zīmējumā, iespējams attēlu palielināt bez lēcu palīdzības. Palielinājumi iespējami tikpat lieli kā ar lēcām, un arī resolūcija tikpat liela, ja lieto gaismas viļņus. Ja turpretim hologrammu uzņemot lieto īsākus viļņus, kā, piemēram, ultravioletos starus, rentgena starus vai elektronus, tad iespējama daudz lielāka resolūcija. Lietojot 1 Å rentgena starus, būtu iespējams redzēt atsevišķu molekulu struktūras. Diemžēl, neeksistē rentgenu lāzeri, un arī dažādu citu grūtību dēļ tas līdz šim nav vēl izdarīts. Gabors strādāja šai virzienā, lietojot elektronu "viļņus", un El-Sums lietojot rentgena starus pirms kādiem 14 gadiem. Iespējams arī iet otrā virzienā, taisot hologrammas mikroviļņu gaŗumā (ap centimetru gaŗumā) un rekonstruējot attēlu ar gaismas viļņiem.

Vairākas interesantas īpašības ir hologrammām, kas uzņemtas uz biezas emulsijas vai cita pret gaismu jūtīga materiāla. Viena no šīm īpašībām ir tā, ka vairākas hologrammas var uzņemt uz viena filmas gabala, un pa vienam vēlāk rekonstruēt. Teōrētiski aprēķini rāda, ka 1 cm bieza emulsija varētu uzņemt vairāk nekā simt atsevišķu uzņēmumu. Apgaismojot hologrammu no dažādiem virzieniem, katru no šiem uzņēmumiem varētu redzēt. Lietojot parastās emulsijas, esam varējuši šādā veidā uzņemt septiņus attēlus.

Hologrammā var uzņemt lēcu vai citu optisku daļu defektus, un tad, lietojot hologrammu kopā ar defektīvo daļu, tos izlabot. Šādi labojumi ir efektīvi tikai tad, ja lieto viena viļņu gaŗuma gaismu. Šādu labošanas paņēmienu var lietot, lai uzlabotu lēcu, kas dod neskaidru attēlu. Mazliet sarežģītāki ir lietot hologrammu, lai iegūtu skaidru attēlu, fotografējot caur grubuļainu stiklu. Šai gadījumā jālieto tas pats grubuļainais stikls rekonstrukcijā, lai gūtu skaidru uzņēmumu.

Šo fotografijas metodi var lietot, lai izdarītu ļoti precīzus mērījumus priekšmeta vibrācijā vai deformācijā. Šīs metodes attīstījuši vairāki zinātnieki kā mūsu, tā ari citās laboratorijās. Ja priekšmets uzņemšanas laikā vibrē ar nemainīgu amplitūdu, tad, rekonstruējot hologrammu, uz attēla redzamas tumšas līnijas. Katra līnija reprezentē zināmas amplitūdas vibrāciju, un katra nākamā līnija reprezentē apmēram ½ viļņu gaŗuma starpību amplitūdā. Šādā veidā var iegūt visa priekšmeta attēlu uzreiz un tanī pašā laikā precīzi uzzināt, cik daudz katrs punkts vibrējis. Līdzīgus rezultātus līdz šim varēja iegūt tikai ar ļoti ilgiem un komplicētiem mērījumiem.

Priekšmeta deformāciju var mērīt šādā veidā: priekšmetu hologrammā uzņem divas reizes, vienu oriģinālajā veidā un otru - pēc tam, kad tas deformēts. Abus uzņēmumus izdara uz tās pašas filmas, neko sistēmā nemainot. Rekonstruējot šādu hologrammu, atkal redzams priekšmets ar tumšām līnijām tam virsū. Šai gadījumā līnijas izsaka, par cik katrā punktā priekšmeta virsa mainījusi stāvokli.

Principā būtu iespējams hologrammas pārraidīt un uztvert televizijas aparātos, bet šīs idejas īstenošanu kavē daudzi šķēršļi. Viens no tiem ir tas, ka neviens televīzijas ekrāns nespēj reproducēt sīko musturu, no kā sastāv hologramma. Pat parastās fotografiskās filmas nespēj uzņemt šo musturu un jālieto filmas ar labāku emulsiju. Mustura detaļas bieži vien vienlīdzīgas 500 līdz 3000 līniju/mm.

Šie ir daži piemēri, kur hologrammas varētu lietot. Ir grūti teikt, kas notiks ar šīs metodes tālāko attīstību, bet domājams, ka pētījumi turpināsies. 1966. gada sākumā ap simt laboratoriju un firmu Savienotajās Valstis nodarbojās ar pētījumiem šai laukā, un arī citās zemēs, sevišķi Eiropā, izdarīti pētījumi. Liekas, ka šīs fotografijas metodes lietošana praksē lielā mērā būs atkarīga no labāku pulsveida lāzeru attīstības, kā arī uzlabojot materiālus, kas jūtīgi pret gaismu.

6. Šī ir diapozitīva reprodukcija ar hologrammas metodi, lietojot lēcas. Ar šo metodi iespējams palielināt diapozitīvus bez lēcām.

Jaunās fotografijas metodes populāri apraksti

1. Emmett N. Leith and Juris Upatnieks, "Photography by Laser", Scientific American, Vol. 212, No.6 (June 1965), pp. 24-35.

2. Dennis Gabor, "Holography, or the 'Whole Picture", New Scientist, January 13, 1966, pp. 74-78.

 

Techniski apraksti:

1. Dennis Gabor,"A New Microscopic Principle", Nature, Vol. 161, (1948), p. 777; "Microscopy by Reconstructed Wavefronts I", Proc. Roy. Soc. (London), Vol. A197, (1949), p. 454; "Microscopy by Reconstructed Wavefronts II", Proc. Roy. Soc. (London), Vol. B64, (1951), p. 449.

2. Emmett N. Leith and Juris Upatnieks, "Reconstructed Wavefronts and Communications Theory", Journal of the Optical Society of America , Vol. 52, (Oct. 1962), No. 10, p. 1123; "Wavefront Reconstruction with Continuous Tone Transparencies", J. Opt. Soc. Amer. Vol. 53, (Dec. 1963), p. 1377 "Wavefront Reconstruction with Diffuse Illumination and Three-Dimensional Objects", J. Opt. Soc . Amer., Vol. 54, (Nov. 1964), No.11, p. 1295.

 

Apceres autors, trešais no kreisās, 1966. gada jaunatnes un draudzības dienās Niagarā. Reālisms šajā J. Liģera uzņēmumā nav tik pilnīgs kā jaunajā fotografijas principā, taču no pieredzes skatītājs zina, ka arī šeit katra līnija reprezentē zināmas amplitūdas vibrāciju.

 

Juris Upatnieks

Manas gaitas latviešu sabiedrībā sākās, kad studiju laikā Akronas universitātē bieži braucu uz latviešu sarīkojumiem Klīvlendā. Piedalījos jaunatnes pulciņā, studentu kopā un iestājos studentu vienībā Austrums. Līdztekus studijām pabeidzu virsnieku kursus un ieguvu leitnanta pakāpi ASV armijā.

Pēc augstskolas beigšanas 1960. gada vasarā pārnācu uz Ann Arboru, Mičigenā, kur sāku strādāt Mičigenas universitātes Radara laboratorijā, optikas nodaļā. Pēc gada aizgāju aktīvā dienestā armijā, kur dienesta lielāko laiku biju instruktors mikroviļņu kalibrācijā. Pēc atgriešanās no dienesta turpināju darbu universitātē un arī atsāku studijas. Tiku ievēlēts par ALJA-s sekretāru 1962. - 63. gadā, un 1963. - 64. gadā biju ALJA-s vidienes apgabala vicepriekšsēdis. Šai laikā arī aktīvi darbojos Ann Arboras studentu klubā, piedalīdamies tautisko deju kopā un noorganizēdams latviešu valodas kursus turienes studentiem 1964. gada pavasarī.

Sākot ar 1964. gada rudeni cītīgāk nodevos studijām un zinātniskajam darbam. Mūsu zinātniskā darba ievērība sāka prasīt aizvien vairāk laika un enerģijas.

Brīvā laikā mēdzu nodarboties ar nometņošanu, sirošanu un burošanu - tā ir lieliska pārmaiņa pēc intensīva darba. Mazliet nodarbojos arī ar sportu: galda tenisu, tenisu, peldēšanu un ziemā ar slidošanu un slēpēšanu. Pa reizei strādāju darbnīcā, arī tā ir laba pārmaiņa.

Par latviskām interesēm: Interesē lasīt latviešu laikrakstus, sekot aktuāliem sabiedriskiem notikumiem, aizbraukt uz kongresiem vai citur un dzirdēt debates par dažādiem jautājumiem. Interesē satikt latviešus un iepazīt tos kā individus, ne drūzmā. Patīk risināt neatrisinātas problēmas, jautājumus; tas, kas jau zināms, nav sevišķi pievilcīgs.