تمام نگاری یا holography

[tala]

تمام‌نگاری از نظر ثبت اطلاعات مربوط به یک صحنه و منظره بر روی فیلم، به عکاسی شباهت دارد اما شیوه‌ها و وسایل کار برای ایجاد تصویر همچون خود مقادیر به دست آمده کاملاً متفاوتند. در عکاسی متعارف تصویری که از یک منظره و صحنه به دست می‌آید، چه عکس باشد یا اسلاید به هر حال تصویری است که نهایتا ایجاد می‌شود. اطلاعات مربوط به هر سه بند ثبت شده‌است و ناظر از تماشای تمام‌نگاشت احساس برجستگی در تصویر می‌کند. حتی بیش از آنچه در برجسته‌نمایی (استرئوسکوپی) معمول است بُعد در برجسته‌نمایی را با تعبیری می‌شود بعد کاذب نامید. چون فقط از یک زاویه یعنی همان زاویه‌ای که دوربین‌ها موقع عکسبرداری، مستقر بوده، می‌شود تصویر را مشاهده کرد. در حالی که در تمام‌نگاری منظره بازسازی شده را از زوایای متعدد می‌توان دید و ناظر با حرکت دادن سر خود اثر ناشی از اختلاف منظر معین جابجایی روشن نسبت به هم در اثر جابجایی ناظر را حس خواهد کرد. سیر تحولی و رشد در سال ۱۹۴۷ دنیس گابور دانشمند انگلیسی تمام‌نگاری را پیش‌بینی و پیشگویی کرد، ولی نتوانست این امر را به طور عملی به نمایش در آورد. این کار به اجبار تا اوایل سالها ۱۹۶۰ یعنی زمان اختراع نوع خاصی از منبع نور، لیزر به تعویق افتاد. تمام‌نگاری با نور همدوس لیزر • تهیه تمام‌نگاشت (هولوگرام) و ثبت تصویر مانند آنچه برای ثبت تصاویر متعارف عکاسی معمول است روی |فیلم عکاسی|فیلم حساس عکاسی انجام می‌گیرد اما برای درک تفاوت میان دو شیوه لازم است طبیعت نور بررسی شود. • نور مرئی : نور مرئی شکلی از تابش الکترومغناطیسی است و با سرعت ۳۰۰ کیلومتر در ثانیه حرکت می‌کند. از سوی دیگر می‌دانیم که فاصله دو بر آمدگی در حرکت موجی را طول موج و تعداد برآمدگیهایی را که در هر ثانیه از یک نقطه معین می‌گذرد فرکانس یا بسامد حرکت موج می‌نامند. حاصلضرب بسامد در طول موج نیز سرعت انتشار خوانده می‌شود و چون سرعت انتشار ثابت است. بنابراین، می‌توان گفت که در فرکانس بالا طول موج‌ها کوتاهترند.
• منابع نوری که در عکاسی متعارف از آنها استفاده می‌شود، نور خورشید روشنایی حاصل از چراغهای برق است. فرکانس این نوع منابع نور، بسیار گسترده‌است. و نورهای فرابنفش تا فروسرخ را در بر می‌گیرد. به دلیل ماهیت نا منظم نور سفید در این نوع نور نمی‌توان در ثبت اطلاعات مربوط به عمق منظره یا صفحه استفاده کرد.
• برای ثبت اطلاعات مربوط به عمق منظره یا صفحه، منبع نور مورد استفاده باید از نوع تک فرکانسی باشد، یعنی تک رنگ باشد. و هر چه موج با موجهای دیگر هم فاز یا همدوس باشد، در چنین منبع نوری برآمدگی هر موج هم فاز با دیگر فیزیک امواج حرکت می‌کند و اضافه می‌کنیم که چنین تابش نوری را ابزار لیزری منتشر می‌کند. ثبت تمام‌نگاشت چون تابش لیزر منظم یعنی تکرنگ و همدوس است. جزئیات صحنه‌ای که چنین نوری بر آن می‌تابد، با دقت تمام روی فیلم عکاسی منتقل می‌شود. موجی که از بخش‌های دورتر صحنه به فیلم می‌تابد نسبت به موج مربوط به بخش‌های نزدیکتر صحنه تأخیر خواهد داشت. همین امر روی فیلم ثبت می‌شود. برای ثبت یک باریکه مبنا (reference beam) مورد نیاز خواهد بود تا روابط فازی باریکه ما با هم مقایسه شوند. این کار با تقسیم کردن پرتو لیزر به دو بخش به دست می‌آید. بخشی از باریکه به سمت صفحه مورد نظر هدف گیری می‌شود و باریکه منعکس شده از صفحه‌ با بخش دیگری از باریکه که مستقیما به فیلم عکاسی می‌تابد، مقایسه می‌شود. پرتوهای تابشی در محلی که به هم می‌رسند با هم تداخل خواهند کرد.
هنگامی که شکمهای دو موج بر هم منطبق می‌شوند. شدت با دامنه انرژی موج افزایش می‌یابد. این حالت را تداخل می‌نامند. وقتی شکم یک موج بر حداقل وضعیت موج دوم تطبیق می‌کند. چگالی کاهش می‌یابد. تداخل سازنده وقتی رخ می‌دهد که هر دو موج به طور هم فاز نسبت به هم به یک نقطه برسند. تداخل ویرانگر هنگامی اتفاق می‌افتد که فیزیک امواج غیر فاز باشند. هر چند هر دو این فیزیک امواج که با یکدیگر برخورد می‌کنند با گذشت زمان تغییر می‌کنند. اما دامنه‌های به دست آمده در صفحه تمام‌نگاری با زمان تغییر نمی‌کنند این مسئله به این معناست که الگوی امواج ساکن به وجود می‌آید. و همین فیزیک امواج ساکن هستند که در فیلم عکاسی ثبت می‌شوند. علاوه بر این الگوی ثبت شده شامل اطلاعات دامنه و فاز باریکه تابشی است. در یک عکس متعارف فقط دامنه‌های نوری که به فیلم می‌رسند ثبت می‌شود.


طرح تمام‌نگاشت

فیلم تمام‌نگاری ظاهر شده یا تمام‌نگاشت، شباهتی به منظره اصلی یا موضوع اصلی ندارد. هرگاه موضوع مورد عکاسی، صفحه‌ای صاف و منعکس کننده نور باشد، تصویر روی فیلم مجموعه‌ای از رشته‌های روشن و تاریک خواهد بود. حال آنکه تصویر یک نقطه به صورت تعدادی دایره‌ هم مرکز خواهد بود و در واقع تمام‌نگاشت یک منظره به شکل دوایر تیره و روشن است است که با پیچیدگی خاصی بر روی هم قرار گرفته‌اند.


بازسازی صحنه

ثبت تصاویر تمام‌نگاری شیوه‌های گوناگون دارد اما معمولاً تمام‌نگار به صورت شفافه (فیلمی مانند اسلاید) ثبت می‌شود برای ایجاد و بازسازی منظره اصلی باید پرتو نور همدوس مطابق باریکه مبنا که در ثبت تصویر مورد استفاده قرار گرفته‌است بر شفافه تاباند. هرگاه در پشت همین شفافه قرار بگیریم تصویرهای صحنه یا منظره را دوباره خواهیم دید. در واقع پرتو لیزری که تصویر را بازسازی می‌کند، باید عینا مانند پرتو اولیه نباشد. این پرتو به محض عبور از داخل شفافه تمام‌نگاشت از نظر دامنه و فاز تغییر می‌کند. و به این ترتیب تصویر مجازی از جسم ایجاد می‌کند که فقط ناظری که پشت تمام‌نگاشت قرار دارد، آن را می‌بیند.
علاوه بر آن یک تصویر حقیقی نیز در سمتی که ناظر قرار دارد، ظاهر می‌شود. این تصویر را با چشم نمی‌توان دید و برای مشاهده آن باید پرده‌ای را در باریکه کانونی قرار دارد، تا تصویر بر روی آن تشکیل شود. چون رنگ به فرکانس نور بستگی دارد. بنابراین تمام‌نگاری که با استفاده از یک باریکه لیزر به وجود می‌آید تکرنگ خواهد بود. البته با استفاده از سه باریکه لیزر که بسامد آنها مطابق با بسامد نور (رنگهای اصلی قرمز، سبز و آبی باشد می‌تواند تصویری تمام رنگی ایجاد کرد.

کاربردهای تمام‌نگاری

• با توجه به خواص بی‌شمار تمام‌نگارها از آنها در صنعت و مهندسی بسیار سود می‌برند. یک خاصیت این است که می‌توان چندین تمام‌نگاشت را روی یک فیلم ثبت کرد. جهت باریکه مبنا یا مرجع نسبت به فیلم در عکسبرداریهای گوناگون متفاوت است. از این رو الگوهای تداخلی و ایجاد تصویر هنگامی امکان دارد که فیلم را پس از ظهور و ثبت در برابر تابش پرتو در باز سازنده قرار دهیم. این پرتو دقیقا در همان جهتی بر فیلم می‌تابد که باریکه مبنا در آن جهت بر آن تابیده‌است. در واقع به همین دلیل است که می‌توان با تغییر دادن زاویه تابش نور تصاویر متعددی را بر روی یک فیلم ثبت کرد. و ناظر می‌تواند با چرخاندن فیلم در برابر باریکه ثابت نور، کلیه تصاویر ثبت شده را یک به یک ببیند. بدین ترتیب از تمام‌نگاری در تمام زمینه‌هایی که به ذخیره و نگهداری اطلاعات مربوط می‌شود می‌توان استفاده کرد. • کاربرد دیگر تمام‌نگاری در بررسی اندازه اشیایی است که از روی آن مدل دیگری ساخته‌اند. در واقع اصل شیئ و نسخه بدل را طوری در معرض تابش شعاعهای لیزر قرار می‌دهند که تمام‌نگاشت ایجاد می‌کند. هرگاه اندازه‌ اصل و بدل با یکدیگر متفاوت باشند، الگوه‌های تداخلی به وجود می‌آورند. از روی این الگوها اختلافها را متوجه می‌شوند. در این شیوه اختلافی به اندازه ۰٫۰۰۰۳ میلیمتر قابل مشاهده و بررسی است. تمام‌نگار از کشفیات نسبتاً جدید است و موارد استفاده از آن در حال افزایش است.
واژه تمام‌نگاری از برابرنهاده‌های فرهنگستان زبان فارسی است.
مطلب از دانشنامهٔ رشد از کاربردهای تمام نگاری CD‌های تمام نگاری است : تمام نگاری یعنی ایجاد یک تصویر کامل و سه بعدی از یک شی سه بعدی. این کار به‌وسیله پرتوهای لیزر انجام می‌شود. پرتوهای لیزر همدوس را به سمت هدف نشان می‌گیرند و در سر راه موانعی قرار می‌دهند. پرتوها پس از برخورد با مانع و منحرف شدن، جایی با هم تداخل می‌کنند. با قرار دادن مناسب منبع لیزر و مانع، می‌توان کاری کرد محل تداخل پرتوها کاملاً مشخص شود و در این محل تصویری از مانع بوجود می‌آید که شامل همه زوایای آن هم هست. اخیرا یک شرکت ژاپنی با نام اپتور (Optware) موفق به استفاده از این فناوری در تولید سی دی‌ها و دی وی دی‌های ذخیره اطلاعات شده‌است. این شرکت پیشرو در تکنیک‌های تمام نگاری است و توانسته با استفاده از تمام نگاری دیسک‌هایی تولید کند که قادر به ذخیره یک ترابایت اطلاعات هستند و سرعت انتقال اطلاعات حدود یک گیگابایت در ثانیه‌است. کاری که دانشمندان شرکت اپتور انجام داده‌اند، قرار یک لایه بسیار نازک آینه‌ای در جلوی لایه اطلاعات است. نقش این لایه جلوگیری از پخش شدن پرتوها پس از بازتاب و محلی برای ایجاد تصویر تمام نگاری از اطلاعات است. همچنین برای ذخیره اطلاعات بر روی این دیسک‌ها، از صفحات اطلاعات (DATA Pages) استفاده می‌شود که دوبعدی و بصورت فایلهای Bitmap هستند و پس از قرار گرفتن بر روی هم نقشه‌ای را در اختیار دستگاه می‌گذارند که بر اساس آن تصویر تمام نگاری اطلاعات ایجاد می‌شود. پس از ایجاد نقشه سه بعدی، یک پرتو که شامل دو نوع لیزر مرجع و سیگنال است به سمت آن شلیک می‌شود و با برخورد با پستی بلندی‌های اطلاعات براساس نقشه سه بعدی، اطلاعات را بصورت تمام نگاری ذخیره می‌کند. این روش کاملاً عملی علاوه بر افزایش سرعت انتقال و میزان ذخیره اطلاعات، امتیاز دیگر هم دارد که تغییر نکردن ابعاد دیسک‌ها است. دیسک‌های تمام نگاری، ابعادی در حدود DVD معمولی دارند و از همه مهم‌تر عمل ضبط اطلاعات و خواندن آن توسط دستگاه‌های تمام نگاری، بسیار کم هزینه‌است و طبق پیش بینی شرکت اپتور، استفاده از این دیسک‌ها به زودی در میان کاربرها رایج خواهد بود. قطر این دیسک‌ها حدود ۱۲ سانتی متر است که تفاوت چندان با قطر دی وی دی‌ها ندارد. اگر با دقت به سطح پشتی یکی از این دیسک‌های تمام نگاری نگاه کنید، می‌توانید ردیف‌های اطلاعات ضبط شده بصورت سه بعدی را در آن ببینید.