自然景物对光波反射能力

第四章　激光全息照相

中国日报网站2004年6月23日刊登一则消息，英国政府为庆祝王权建立800周年，白金汉宫花了15万英镑请摄影师为女王伊丽莎白二世拍了一张科技含量甚高的全息立体照片（如图4-1所示）。这张比真人还要高的巨幅相片被陈列在白金汉宫的女王画廊中，参观者们惊讶地发现，随着他们从展室一端走到另一端，女王的头居然会跟着“转动”，仿佛一直在注视着他们。

图4-1　英国女王像

说到照相，我国早在2400年前战国时期“墨经”就记叙了用暗箱摄取景物的小孔成像方法，如图4-2所示。在暗箱的屏上会形成物体的倒像，像点和物点一一对应，这是最原始的照相机。小孔成像的缺点是不能解决影像亮度和清晰度的矛盾。经过人们不断的实践和研究，用光学透镜代替了小孔，再加上光圈、快门等机构就构成了现代的照相机。1935年柯达公司成功地研制成彩色胶片，奠定了彩色摄影的基础。随着电子工业的发展出现了电荷耦合半导体器件（CCD）和互补金属氧化物半导体器件（CMOS）。这类光电转换电子器件替代传统的感光胶片用于照相机上就出现了数码相机，但是，它们记录的像仍然是物光的光强。

图　4-2

用普通照相方法拍得的照片，其图像尽管层次分明，有立体感但不逼真，画面仍是二维的平面，这是为什么呢？经研究发现人用双眼看景物，由于左、右眼间隔一定间距，故观看物体的角度就存在微小的差别，所以看到的物体部位也略有不同，大脑会将双眼观察到的景物合成统一的图像，从而产生了立体感。人的双眼视觉功能一旦发生障碍，就会缺乏立体视觉，对外部空间的景物深度和距离就无法判断，这样的病症称为立体盲。立体盲是近十年来才被生物学家发现的一种眼病，它是一种比夜盲、色盲更严重的眼科疾病。

立体像是三维的，比平面二维像给人更真实的视觉感。人们欲用人眼对光影、明暗和虚实的感觉得到平面图像的立体感觉，想方设法用复杂的拍摄和放映技术实现了立体电影，观看者还得戴上特制的偏光眼镜才能得到立体视觉的享受。这到底是什么原因使普通照相丢失了立体感？原来普通照相只能在感光材料上记录物光的光强，而光波是一种电磁波，它有振幅、相位和频率，振幅的平方正比例于光强，频率决定了光波的颜色，用彩色胶卷拍照能记录景物的色彩，但是普通照相不能记录物光（物体发射出的光波和反射的光波的总称）的相位信息，这就是照出来的像是平面的原因。实际上，人们观看景物也就是感受景物发出的光波。如果用一种方法能够把景物发出的光波的振幅和相位信息全部记录下来，然后再用与照射景物同样的一束光波去照射已记录的相片，把原来景物发出的光波还原出来，那么，看到的照片上的像就和原来的景物完全一样了，且具有不可分辨性，这就是全息照相的出发点。