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Sonntag, 28.05.2017
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3D: Hologramme lernen laufen

Neuartiges Laser-Polymer-System ermöglicht dreidimensionale Echtzeit-Übertragungen ohne 3D-Brillen

Forschern ist jetzt ein echter Durchbruch gelungen: Erstmals haben sie eine Technologie entwickelt, die holografische 3D-Videos in Echtzeit erzeugen und abspielen kann. Das jetzt in „Nature“ vorgestellte System nutzt gepulste Laserstrahlen, um in einem Spezialpolymer ein dreidimensionales Bewegtbild zu erzeugen, das ohne 3D-Brillen oder andere Zusatzgeräte gesehen werden kann. 3D-Telekonferenzen oder dreidimensionale Navigationskarten rücken damit in greifbare Nähe.
Nasser Peyghambarian und ein F-4 Phantom Jet in 3D

Nasser Peyghambarian und ein F-4 Phantom Jet in 3D

In Hollywood gibt es die Technologie schon seit den „Krieg der Sterne“-Filmen der 1970er Jahre: Der Protagonist Luke Skywalker erfährt durch ein vom Roboter R2D2 abgespieltes holografisches Video von der Notlage der Prinzessin Leia. Auch in der Realität gab es seither bereits zahlreiche Ansätze, dreidimensionale Bilder auf Film zu bannen. Doch alle Versuche, sich bewegende Hologramme, die ohne 3D-Brille räumlich wahrgenommen werden können, zu erzeugen, scheiterten – vor allem an einem Mangel an großen, schnell aktualisierbaren holografischen Aufnahmemedien.

Aufnahme mit normalen Kameras


Jetzt aber ist einem Team von Forschern um Nasser Peyghambarian, Professor für Optik an der Universität von Arizona in diesem Bereich ein echter Durchbruch gelungen: Sie entwickelten ein holografisches 3D-Medium, das die Projektion eines sich bewegenden, dreidimensionalen Bildes ermöglicht. Es ist ohne Zusatzgeräte wie 3D-Brillen oder ähnliches sichtbar. Für den jetzt vorgestellten Prototyp – noch von der Größe eines 10-Zoll-Bildschirms – wird ein Bild mithilfe mehrerer normaler Kameras aufgenommen, je mehr Aufnahmen aus unterschiedlichen Blickwinkeln, desto besser.

„Holografische Telepräsenz bedeutet, dass wir ein dreidimensionales Bild an einem Ort aufnehmen und es an einem anderen Ort zeigen können, in Echtzeit und überall auf der Welt“, erklärt Peyghambarian. „Holografische Stereografie kann bereits großformatige statische 3D-Bilder in hoher Auflösung und Tiefe wiedergeben, aber ihr fehlte bisher die Dynamik und Aktualisierungskapazität.“

Interferenzmuster erzeugt Bild


Die Information der Kameras wird dann in einem schnellpulsierenden Laserstrahl übertragen, der mit einem Referenzlaser verbunden wird. Das aus dieser Verbindung resultierende Interferenzmuster wird in ein fotorefraktives Polymer geschrieben, das den Kern der neuen Entwicklung bildet: „Im Herzen des Systems ist ein Bildschirm aus einem neuartigen fotorefraktiven Material, das Hologramme erzeugen kann, die sich alle zwei Sekunden erneuern“, erklärt Pierre-Alexandre Blanche, Hauptautor der „Nature“-Veröffentlichung. „Dies verleiht dem System erstmals eine Geschwindigkeit, die als quasi Echtzeit bezeichnet werden kann.“


Nature Cover zum Thema

Nature Cover zum Thema

Sekundenschnelle Aktualisierung ermöglicht 3D-Telekonferenzen


Unter Lasereinfluss generiert das Polymer das holografische 3D-Bild und speichert es. Jeder Laserpuls erzeugt dabei ein dreidimensionales, holografisches Pixel. Je nach Versuchsbedingungen verblasst das Bild nach einigen Sekunden oder Minuten von allein oder aber es kann von einem neuen, per Laserpuls erzeugten 3D-Bild abgelöst werden. Die schnelle Bildfrequenz und relativ geringe Anforderungen an Computerleistung und Speicherplatz sind große Fortschritte gegenüber bisherigen Ansätzen, die meist viel zu langsam waren, um für praktische Anwendungen geeignet zu sein.

„Wenn ich beispielsweise eine Präsentation in New York geben möchte, ist alles was ich benötige, ein Satz von Kameras hier in meinem Büro in Tucson und eine schnelle Internetverbindung“, erklärt Peyghambarian. Am anderen Ende, in New York, steht ein Display, in das unser Lasersystem integriert ist. Alles ist völlig automatisiert und computergesteuert. Wenn die Bildsignale übertragen werden, schreiben die Laser sie in den Bildschirm und verwandeln sie damit in ein dreidimensionales Bild meines sprechenden Ichs.“

Echter Perspektivwechsel


Eine weitere Neuheit des 3D-Holo-Films: Die resultierenden Bilder geben als so genannte volle Parallaxe tatsächlich unterschiedliche Blickwinkel wieder: „Wenn man seinen Kopf nach links, rechts, oben oder unten bewegt, sieht man unterschiedliche Perspektiven. Das erzeugt ein sehr lebensechtes Bild“, so Blanche. Bisher kann das System Bilder nur in einer Farbe wiedergeben, aber die Forscher haben bereits erste mehrfarbige 3D-Displays demonstriert, die in punkto Aktualisierungsrate dem des Fernsehen nahe kommen.

Anwendungen für ihre holografischen 3D-Videos sehen die Wissenschaftler vor allem in Telepräsenzanwendungen, Werbung, aktualisierbaren dreidimensionalen Karten, beispielsweise zur Navigation, und in der Unterhaltung. Aber auch einen Einsatz in der Telemedizin können sie sich vorstellen: „Chirurgen an verschiedenen Orten rund um die Welt können so in 3D und Echtzeit bei Operationen zuschauen und beratend eingreifen“, so Peyghambarian.
(University of Arizona, 05.11.2010 - NPO)
 
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