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Fortschritt in der Holographie : Fata Morgana auf dem Smartphone

Tanzende Elfe in 3D: Das Hologramm und die Hand haben den gleichen Abstand zum Display. Bild: An et al./?Nature Communications“

3D-Videos auf dem Smartphone? Was lange eine Vision war, k?nnte bald Wirklichkeit werden. Südkoreanische Forscher haben ein Display entwickelt, das bewegte Hologramme in Echtzeit generiert.

          3 Min.

          Hologramme, jene t?uschend echten dreidimensionalen Projektionen von Objekten, die im Raum zu schweben scheinen, schimmern auf Kreditkarten, Geldscheinen und auf Reisep?ssen, wo sie als Sicherheitsmerkmale dienen. Man kennt sie au?erdem von Glask?sten in Museen, in denen sich naturgetreu aussehende dreidimensionale Objekte oder Personen zu befinden scheinen. Und schon bald k?nnten bewegte Hologramme auch auf den Displays von Smartphones, Computern und Fernsehern flimmern. Südkoreanische Wissenschaftler von der Firma Samsung Electronics haben nun die Voraussetzung dafür geschaffen.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort ?Natur und Wissenschaft“.

          Wie Hong-Seok Lee vom Samsung Advanced Institute of Technology in Suwon und seine Kollegen in ?Nature Communications“ berichten, haben sie einen flachen Bildschirm entwickelt, der bewegte computergenerierte 3D-Hologramme erzeugt, die direkt vor den Augen des Betrachters auftauchen. Die Videos k?nnen zudem unter einem gr??eren Blickwinkel betrachtet werden, als es bisher m?glich war.

          Die Holographie, 1947 vom ungarischen Ingenieur und Nobelpreistr?ger Dennis Gabor erfunden, beruht auf der Idee, mit sich überlagernden Lichtstrahlen ein naturgetreues r?umliches Abbild eines dreidimensionalen Objekts zu erzeugen. Dazu bestrahlt man den Gegenstand üblicherweise mit Laserlicht. Wenn man die reflektierte Lichtwelle anschlie?end mit einem zweiten Laserstrahl der gleichen Wellenl?nge überlagert, entsteht ein Interferenzbild, das alle wichtigen Informationen – codiert in der Phase und der Intensit?t des Lichtmusters – über die dreidimensionale Gestalt des Objekts enth?lt. Wird das auf einem lichtempfindlichen Film festgehaltene Interferenzbild beleuchtet, erh?lt man ein einfarbiges r?umliches Abbild des ursprünglichen Objekts – das Hologramm. Verwendet man rotes, grünes und blaues Laserlicht lassen sich farbige 3D-Bilder erzeugen.

          Mittlerweile ben?tigt man keine Laserstrahlen mehr. Hologramme lassen sich inzwischen auch mit nichtkoh?rentem Licht, mit Hilfe eines Computers und eines speziellen Displays generieren. Aufgrund der Leistungsf?higkeit moderner Prozessoren sind auch bewegte Hologramm-Bilder und Videos m?glich. Bislang kann man die meisten Video-Hologramme nur direkt von vorne oder nur unter einem kleinen Blickwinkel betrachten. Für gr??ere Betrachtungswinkel w?ren viele Bildpunkte erforderlich, da man für jede Winkeleinstellung ein neues Bild erzeugen müsste. Die Rechenleistung eines handelsüblichen Computers würde dabei schnell an ihre Grenzen geraten. Zudem sind die entwickelten holographischen Displays noch zu sperrig, um sie in handelsübliche Smartphones einzubauen. Diese technischen Hürden haben die südkoreanischen Forscher nun offenkundig überwinden k?nnen.

          Virtuelle Welten entfliehen dem Bildschirm

          Die virtuellen 3D-Videos, die auf dem 25 Zoll gro?en und einen Zentimeter dicken Display von Hong-Seok Lee und seinen Kollegen erscheinen, bleiben auch noch unter einem Blickwinkel von 30 Grad sichtbar und scharf. M?glich geworden ist das durch zahlreiche technische Verbesserungen.

          Prototyp des holographischen Displays von Samsung Electronics mit seinen optischen Komponenten.
          Prototyp des holographischen Displays von Samsung Electronics mit seinen optischen Komponenten. : Bild: An et al./Nature Communications

          So ist der LCD-Bildschirm mit einer beweglichen Hintergrundbeleuchtung ausgestattet, dessen wei?es Licht – erzeugt von einer roten, grünen und blauen Laserdiode – so abgelenkt wird, dass es ins Auge des Betrachters f?llt. Ein Sensor erfasst gleichzeitig die Blickrichtung der Augen. Gro?fl?chige Linsen sorgen für die n?tige Sch?rfe der 3D-Bilder, die von einem schnellen Videoprozessor generiert und angesteuert werden.

          Das Resultat ihrer langj?hrigen Forschungen demonstrieren die Wissenschaftler mit einem 3D-Video von einer Wasserschildkr?te, die durch eine Unterwasserwelt schwimmt. Die Korallen am Grund erscheinen so, als würden sie sich etwa zehn Zentimeter hinter dem Bildschirm befinden, w?hrend die Schildkr?te und die Fische hingegen vor dem Display auf den Betrachter zu oder von ihm wegschwimmen (siehe Video). Jede Szene besteht aus mehr als acht Millionen Voxeln (Volumenpixeln). Pro Sekunde werden 30 Einzelbilder erzeugt. Ein weiterer Pluspunkt: Die Bewegungen der Schildkr?te lassen sich über eine Tastatur steuern.

          Noch ist der gesamte experimentelle Aufbau zu volumin?s für eine praktische Anwendung (siehe Abbildung). Die Forscher um Lee wollen nun den Aufbau so weit verkleinern, dass er in ein Smartphone oder einen Laptop passt. Die Darstellung von realistischen dreidimensionalen Videos k?nnte dadurch bald mit einem handelsüblichen elektronischen Ger?t m?glich werden.

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