Мир автоэлектроники развивается стремительными темпами. Каждый год появляются новые устройства, призванные повысить мощность двигателя, оптимизировать работу подвески, улучшить топливную экономичность или находящихся в салоне людей.
Некоторые электронные новинки очень быстро доказывают уместность своего присутствия в автомобиле, после чего в короткие сроки становятся стандартным атрибутом комплектации сходящих с конвейеров моделей. К таким устройствам относятся , беспроводная связь, системы круиз-контроля, и пр. Вместе с тем существуют целый класс других электронных приспособлений, которые долгие годы после изобретения продолжают считаться перспективными. Они подвергаются бесконечным совершенствованиям, отстаивают свое "место под солнцем" с помощью мнений авторитетных специалистов, даже устанавливаются на конвейерах отдельных брендов, но так и не могут похвастаться настоящей народной «любовью». В среде автомобилистов подобные устройства принято называть «автоэкзотикой». Ярким представителем группы являются системы проецирования информации на лобовом стекле.
История разработки
Первые системы проецирования данных на лобовом стекле появились в военной авиации. Практически одновременно технологию отображения информации на остеклении кабины применили советские и американские авиаконструкторы в 70-х годах прошлого столетия. В СССР система получила название ИЛС (индикация на лобовом стекле), в США - HUD (Head-Up-Display - дисплей для поднятой головы).
(кликните для увеличения картинки)
Разработка преследовала цель максимальной концентрации внимания летчика на воздушной обстановке путем устранения необходимости отвлечения взгляда на показания приборов. Инженеры General Motors "подсмотрели" идею и перенесли ее на автомобильную ниву, результатом чего в 1988 году стало появление первого проектора HUD на Oldsmobile Cutlass Supreme. Только через 14 лет аналогичное устройство появилось на другом автомобиле GM - престижном Chevrolet Corvette. В Европе пионером применения проекционных систем стала компания BMW. Работы по расширению функционала HUD сегодня проводят инженеры Volvo и Audi. Самую высокую активность в разработке нового направления проявили японцы: с 1989 года компания Nissan начала комплектовать проекционными системами отдельные модели на конвейере. Со временем и другие японские производители признали необходимость оснащения автомобилей системой HUD, поэтому сегодня почти все машины, выпускаемые ими для внутреннего рынка, имеют такую опцию.
Принцип действия и выводимая информация
Исполнительное устройство (или проектор) формирует на своем экране информационную картинку и передает ее на прозрачную пленку, расположенную на лобовом стекле. Служебную информацию проектор может получать от бортового компьютера, навигатора, формировать самостоятельно по данным GPS и пр. Большинство моделей обладают способностью воспроизводить речевую информацию или выдавать звуковые предупреждения.
(кликните, что бы увеличить)
В отличии от авиационных систем, где в поле зрения летчику может выводиться большой объем информации, автомобильные проекторы на сегодня обладают достаточно скудным набором отображаемых параметров. К их числу относятся:
- скорость автомобиля;
- обороты двигателя;
- температура охлаждающей жидкости;
- номер выбранной передачи трансмиссии;
- напряжение бортовой сети и уровень зарядки аккумуляторной батареи;
- показания системы контроля парковки;
- пиктограммы контрольных ламп и данные навигатора.
Актуальность разработки. Перспективы и проблемы
Определенное новаторство и рациональное зерно в попытках производителей приучить автомобилистов к простому восприятию бортовой информации с лобового стекла есть. Основная идея аналогична той, что решалась и в авиации: внимание водителя не должно отвлекаться от дорожной обстановки, и это реально повышает безопасность всех участников дорожного движения. Разработчики систем стараются повысить функционал и возможности ИЛС, обещают, что скоро изображение будет перемещаться по лобовому стеклу, следуя за направлением взгляда водителя. Для этого планируют применять портативные камеры и лазеры. А поголовная компьютеризация бортового оборудования позволяет строить достаточно сложные алгоритмы вывода большого объема информации с учетом потребностей конкретного водителя.Но у системы проецирования есть и серьезные минусы, которые не дают ей пока приобрести статус стандартного оборудования для каждой серийной модели.К таким недостаткам относятся высокая стоимость оригинального устройства, ограниченность выводимых параметров и зависимость качества изображения от состояния лобового стекла. Проведенные в некоторых странах исследования показали также значительное снижение внимательности у водителей старших возрастных групп при появлении на лобовом стекле информации от проектора. То есть существует большая группа водителей, которые в силу возрастного консерватизма не могут и не хотят привыкать к появлению на лобовом стекле каких-либо изображений. Если же Вы по каким то причинам не хотите или в силу обстоятельств не можете самостоятельно перегнать свой автомобиль, обратитесь в
Автомобильная навигация при помощи HUD — «дисплей для просмотра без поворота головы», казалось бы давно уже эта идея просится в большие массы так же как регистратор и навигатор, но как то особо не видно широкого распространения этого способа подачи информации водителю. Вот смотрите …
При пользовании автомобильными приборами и дисплеями всегда существует следующая проблема: с одной стороны, водитель должен как можно реже отводить взгляд от дороги в целях безопасности, с другой - если на приборы вообще не смотреть, можно пропустить предупреждающую информацию, например, о низком давлении масла и т. п. Имеются способы решения этой проблемы, такие как подача звуковых сигналов, размещение приборов всегда в поле зрения, но наиболее совершенным методом на сегодня считается отображение информации на лобовом стекле (head up display или HUD).
Первоначально эта технология была использована в авиации, когда конструкторы столкнулись с необходимостью размещения до 100 предупреждающих индикаторов в кабине истребителя.
Вот например компания Garmin выпустила гаджет, который проецирует на лобовое стекло команды для движения автомобиля, получая данные из программы-навигатора в смартфоне, сообщается в официальном блоге компании. Технология HUD, реализованная в новом портативном проекторе Garmin
Портативный проектор Garmin крепится на передней панели автомобиля и проецирует изображение на прозрачную пленку, приклеенную к лобовому стеклу. Можно также применять отражающие линзы, закрепленные на лобовом стекле. Информация для вывода получается из смартфона, подключенного по Bluetooth, где запущена навигационная программа Garmin StreetPilot или NAVIGON.
Гаджет HUD совместим со смартфонами iPhone, Android и Windows Phone 8. Объявленная цена - 129,99 доллара.
Поскольку навигационная информация выводится непосредственно в поле зрения водителя, гаджет Garmin получил наименование «Head-up Display» (HUD) - «дисплей для просмотра без поворота головы». «До сих пор такие системы устанавливались только в некоторых марках автомобилей представительского класса. Garmin выводит технологию на потребительский рынок» - сообщает Дан Бартел (Dan Bartel), вице-президент Garmin по продажам.
На экран выводится информация о допустимых направлениях движения, расстояние до очередного поворота к цели, текущая скорость и ее ограничение, время ожидаемого прибытия.
Выдаются также подсказки о ширине дороги после поворота, предупреждения о превышении лимита скорости. Гаджет HUD умеет также сообщать о возможных задержках в движении из-за пробок на дорогах, а также о приближении к месту установки камер слежения.
Яркость выводимого изображения автоматически регулируется с учетом освещенности. Это позволяет получить хорошо видимую картинку при ярком солнечном освещении и ночью. Сопровождающие голосовые комментарии воспроизводятся через динамики смартфона или бортовую акустическую стереосистему. Гаджет не прерывает работы при поступлении телефонных звонков на смартфон, которые обрабатываются в режиме hands-free.
А вот еще в 2012 году немецкая компания MicroVision, разработчик лазерных проекторов, подписала контракт с японской корпорацией, который позволил использовать технологию «хэд-ап» (Head-up display, HUD), представляемую продуктом PicoP немецкого производителя, на автомобильном рынке. Теперь в Pioneer заявляют, что компания стала первым в истории производителем навигационных устройств с использованием этой технологии. В Японии футуристический «лобовой навигатор» появился уже в 2012 году. Цена на него составила не менее 500 долларов.
Масанори Куросаки, руководитель подразделения автомобильной электроники Pioneer, в пресс-сообщении подчеркнул важность сделки между японской корпорацией и немецкой фирмой: «Мы с удовлетворением отмечаем, что нам удалось формально закрепить сотрудничество с MicroVision с целью производства, дистрибуции и реализации технологии PicoP на основе зеленого лазера».
Экран нового навигатора представляет собой прозрачный пластиковый лист, который помещается на лобовое стекло напротив водителя и отображает информацию с GPS-устройства. Теперь можно следить за спутниковой картой, не отвлекаясь от вождения. В целях безопасности система сделана максимально простой в обращении. На прозрачный монитор попадает лишь самая необходимая информация. Для ее проекции в устройстве используется высококонтрастный зеленый лазер. Инженеры обещают, что изображение, получаемое с его помощью, можно будет видеть и днем, и ночью.
В настоящее время разрабатываются методы, позволяющие определять, куда именно направлен взгляд водителя в каждый момент времени, и проецировать необходимую информацию с помощью HUD именно в эту точку на ветровом стекле. Метод предполагает использование портативной видеокамеры и лазера. Луч лазера отражается от роговой оболочки глаза водителя, что позволяет точно определить, куда именно смотрит водитель. Вероятно, детектор движения взгляда водителя будет использован для определения самочувствия водителя, не дремлет ли он. При обнаружении отклонений будет подан сигнал тревоги, звуковой или световой.
Перспективные средства отображения информации. При продолжающейся компьютеризации всех автомобильных систем все больше функций становятся доступными. Уже сегодня имеется возможность регулировать поток информации водителю, т. е. па один и тот же дисплей выводить различные данные, необходимые водителю именно в это время. Какая именно информация в данной ситуации нужна водителю, определяет программное обеспечение компьютера, но водитель может вызывать нужные ему блоки данных на дисплей и самостоятельно. Например, если температура охлаждающей жидкости находится в норме, нет необходимости выводить показания на дисплей, если только водитель сам не захочет этого сделать. Если на дисплей выведено расстояние, которое может пройти автомобиль с имеющимся запасом топлива, незачем показывать количество топлива в баке и т.д.
Компьютер может при необходимости прервать нормальный процесс вывода информации и сгенерировать на дисплей предупреждающее сообщение типа: «топлива осталось только на 50 км пробега» или «упало давление в левой задней шине». Применение программ синтезаторов речи позволяет делать такие сообщения голосом, причем водитель при конфигурации системы может установить желаемые параметры голоса: мужской или женский, высокий или низкий и т. д. Для привлечения внимания водителя используются и более простые звуковые сигналы.
Вот такой еще вариант
Голографическое изображение является трехмерным представлением реального объекта, при этом используются лазерные излучатели - проекторы и подходящий экран. В настоящее время проводятся исследования и разработка аппаратуры с целью повысить безопасность езды в темное время суток. Один из вариантов таков: информация снимается с инфракрасных видеокамер, обрабатывается, голографическое изображение проецируется на лобовое стекло перед водителем. За счет использования этого своеобразного прибора ночного видения управление автомобилем в темное время суток упрощается.
Но, как оказалось, электроника в автомобиле не только помогает, но и мешает. Исследования, проведенные в группе водителей возрастной категории старше 60 лег, показали, что пользование электронной картой сильно отвлекает водителя от дороги. Реакция пожилого водителя, который во время движения вынужден отвлекаться на телематику, снижается на 30…100 процентов по сравнению с его 18-30-летними коллегами.
На данный момент распространение такой системы отображения минимально, но уже к 2020 году процент автомобилей, оснащённых HUD может вырасти до 9 процентов. На данный момент сдерживает развитие такой системы, как и большинство инновационных решений, лишь дороговизна исполнения. Хотя мне кажется уже вплотную по цене подошло к стоимости популярных видеорегистраторов и навигаторов.
Кто то может уже пользуется такого типа устройствами? Поделитесь впечатлением …
А мы будем ждать, когда технологии рванут дальше и мы будем наблюдать всю эту информацию прямо на лобовом стекле без дополнительных приспособлений в интерактивном режиме
Ниже мы приводим пример уже работающей навигации с помощью проектора HUD.
Pioneer SPX-HUD01 Проекционный дисплей NavGate HUD
Проектор Pioneer NavGate SPX-HUD01 – это совершенно новый взгляд на современную автонавигацию, революционной шаг в разработке навигационных устройство для автомобилей. После появления на рынке современной электроники проекторов подобного типа (перед компанией Pioneer аналогичное устройство выпустила также компания Garmin ) автомобильная навигация вышла на новую ступень развития, станов намного более удобной и функциональной. Предполагается, что заказать и купить в свой автомобиль такой гаджет захотят автолюбители, привыкшие использовать максимум возможностей современной техники и отдающие предпочтение самым передовым и инновационным устройствам.
Проектор NavGate SPX-HUD01 – это инновационное электронное устройство от японской компании Pioneer , используемое для автомобильной навигации при помощи смартфона . Аббревиатура HUD в названии данного электронного гаджета расшифровывается как «head-up display «.
Данное устройство оснащено уникальным DLP-проектором, который крепится к расположенному над водительским сидением солнцезащитному козырьку. Этот проектор проецирует актуальную информацию о движении авто, а также о его маршруте на виртуальный 30-дюймовый экран, находящийся перед лобовым стеклом автомобиля, в трех метрах от него, немного выше линии горизонта. Использование данного электронного устройства позволяет водителю контролировать местонахождение своего автомобиля, а также следить за маршрутом, не отвлекаясь от дороги. Такое решение делает автомобильную навигацию более удобной и безопасной и позволяет водителю постоянно контролировать ситуацию на дороге, узнавать об имеющихся поблизости достопримечательностях, прокладывать маршрут и использовать все остальные возможности современной автомобильной навигации. Кроме этого, на виртуальный дисплей выдаются данные текущего времени, предупреждения о светофорах, информация о текущей скорости автомобиля, ее ограничениях на данном участке трассы, расстоянии до конечного пункта, а также ориентировочное время прибытия.
Использование в данном устройстве проектора DLP
, создающего высококонтрастное изображение с насыщенными, глубокими цветами на виртуальном тридцатидюймовой дисплее, избавляет водителя от необходимости дополнительно фокусировать свой взгляд. Благодаря этому, глаза водителя меньше устают во время движения, а сам он избавляется от необходимости рассредоточивать свое внимание между наблюдением за дорогой и контролем дорожной ситуации на дисплее автонавигатора. Вся актуальная информация выводится на дисплей проектора Pioneer
NavGate
HUD
в четком, лаконичном виде, она тщательно отбирается и делается максимально полезной с точки зрения своей функциональности, чтобы не отвлекать водителя от процесса вождения. Четкие и простые инструкции, получаемые водителем от навигатора, делают автомобильные развязки более понятными и упрощают процесс ориентирования на дорогах.
Технология подвесных дисплеев первоначально была разработана для использования в авиационной отрасли. После усовершенствования и модернизации, технология эта была адаптирована для применения ее на современном автомобильном транспорте. Данная технология весьма перспективна, поскольку ее использование позволяет отображать в высоком разрешении полезную для водителя информацию, непосредственно, в поле его зрения, что дает ему возможность контролировать маршрут, не отрывая от дороги своего взгляда.
Устройством удобно пользоваться в любое время суток: благодаря применению в нем специальных датчиков освещения, яркость проецируемого изображения автоматически регулируется соответственно времени суток, а также погодным условиям.
Проекционный дисплей NavGate
HUD
функционирует во взаимодействии со смартфоном
, на который должно быть предварительно установлено совместимое с ним мобильное приложение CoPilot
. Это приложение характеризуется широким набором функций: поддержкой голосового управления, наличием подробной навигации с указанием поворотов, возможностью детального планирования маршрута, а также сохранения в памяти подробных автомобильных карт города для использования их в оффлайн
режиме и пр.
NavGate HUD используется в связке с мобильным телефоном iPhone четвертого-пятого поколения, а также со смартфонами , функционирующими на операционной системе Android . Данное электронное устройство совместимо с программой для iPhone iGO Primo – функциональным навигационным приложением с поддержкой голосовой 3D навигации, включающей в себя поиск на местности, указание поворотов, реалистичное отображение автодорожных развязок, составление зеленых маршрутов и прочие удобные функции. Также оно может работать с мобильным приложением CoPilot , которое пользователю необходимо приобрести и установить на свой смартфон , активировав после покупки функции HUD . Данное приложение через динамик смартфона либо установленную в салоне автомагнитолу с поддержкой Bluetooth воспроизводит голосовые подсказки, в какую сторону следует поворачивать на перекрестках. Если через автомобильные громкоговорители либо мобильное устройство воспроизводится музыка, перед озвучиванием голосовых подсказок она будет автоматически приглушена. Кроме этого, функционирование проекционного дисплея и смартфона в связке построено таким образом, что работа навигатора не прекращается даже во время осуществления пользователем телефонных звонков: проектор Пионер NavGate SPX-HUD01 продолжает давать четкие указания относительно маршрута движения во время разговора по телефону.
Данный проектор заключен в стильный корпус эргономичной формы, гармонично вписывающийся в дизайн салона любого современного автомобиля. Перед корпусом располагается изготовленный из высококачественного поликарбоната оптический экран, полупрозрачное стекло, используемое для создания перед лобовым стеклом автомобиля виртуального тридцатидюймового дисплея. На корпусе расположен разъем питания, предназначенный для подзарядки устройства, а также USB порт, используемый для подключения к проектору смартфона . Также на корпусе проектора имеется слот для Micro SD карты, используемой для записи обновлений программного обеспечения устройства.ъ
Плазменные панели и LCD-экраны давно никого не удивляют, заняв свое место в повседневной жизни. Привычной стала и появившаяся в последние годы технология создания стереоскопического изображения с использованием 3D-очков, занявшая свою нишу и активно развивающаяся. Большинство экспертов придерживаются мнения, что дальнейшим этапом развития дисплейных технологий станет появление голографического проекционного экрана, что вполне логично, поскольку современное 3D-телевидение является промежуточным этапом на пути формирования объемного изображения, поскольку трехмерное изображение на таких экранах видно только при определенном положении головы. Голографические дисплеи можно рассматривать как следующую ступень развития 3D-технологий.
Принцип 3D-технологий
В современных кинотеатрах и TV используется 3D-технология, основывающаяся на обмане человеческого зрения посредством представления глазам незначительно отличающихся друг от друга картинок, что в итоге и создает трехмерный эффект. Оптический фокус широко применяется в 3D-технике: к примеру, иллюзия глубины и объема изображения создается при помощи поляризационных очков, которые фильтруют часть изображения для левого и правого глаза.
Недостаток технологии 3D
Минусом данной технологии является то, что объемное изображение видно только под определенным углом. Несмотря на то что в продаже имеются домашние телевизоры с эффектом 3D и без очков, смотреть их зритель может, только если будет находиться точно напротив дисплея. Объемное изображение начинает пропадать при небольшом смещении вправо или влево относительно центра экрана, что является основным недостатком всех 3D-дисплеев. Решить данную проблему должны в ближайшем будущем голографические экраны.
Псевдоголографические дисплеи
На сегодняшний день большой популярностью пользуются псевдоголографические экраны, созданные на базе полупрозрачной сетки или пленки. Панели крепятся к потолку или торговой витрине. При грамотном освещении панели незаметны для человека, и если на них проецируется изображение, то создается впечатление голограммы, сквозь которую зритель может смотреть. В сравнении с и плазмой псевдоголографические экраны обладают рядом преимуществ: ярким изображением, оригинальностью, возможностью установки в любом помещении.
Проектор, который проецирует изображение, может быть скрыт от зрителя. Преимуществами подобного оборудования являются широкие углы обзора, высокая контрастность изображения и возможность создавать голографические экраны определенного размера и формы. Дисплеи на полупрозрачной пленке используются для придания необычного эффекта и шарма помещению, оформления телевизионных студий и торговых пространств. Прозрачные панели выпускаются многими компаниями и используются в рекламных и маркетинговых целях.
Экраны Sax3D
Одними из самых популярных считаются голографические экраны Sax3D от немецкой компании, созданные с использованием технологии избирательного преломления света, благодаря чему система игнорирует любой свет в помещении за исключением луча проектора. Сам дисплей выполнен из прочного прозрачного стекла, поверх которого наносится тонкая пленка, превращающая экран в голограмму и отображающая проецируемое проектором контрастное изображение. Подобный голографический экран позволяет просматривать как цифровые снимки, так и видеоролики. По аналогичному принципу работают дисплеи Transscreen, созданные из полиэфирной пленки со специальными слоями, задерживающими идущий со стороны проектора свет.
Голографические телевизоры
Обывателей в большей степени интересуют не специализированные экраны, а решения, которые могут быть использованы в планшетных компьютерах, телевизорах и смартфонах с голографическим экраном. Стоит отметить, что в данной области за последние годы появилось большое количество оригинальных решений, несмотря на то что основная часть из них работает на усовершенствованном эффекте 3D.
Компания InnoVision на выставке CES 2011 представила публике прототип телевизора с голографическим экраном под названием HoloAd Diamond. При создании TV используется призма, преломляющая идущий от нескольких проекторов свет и создающая полноценную голограмму, которую зритель может рассматривать под разными углами. Посетители выставки и журналисты во время демонстрации смогли убедиться в том, что подобная голограмма значительно превосходит изображения, создаваемые классическими 3D-устройствами, по насыщенности и глубине цветов.
Телевизор HoloAd может воспроизводить изображения, фотографии и видеоролики в формате FLV в виде голограммы. На выставке компания представила две модели TV, основанные на аналогичном принципе: разрешение первой составляет 1280х1024 точки, вес - 95 килограмм, разрешение второй - 640х480 точек. Несмотря на то что телевизоры довольно габаритные, пользоваться ими удобно и комфортно.
Разработка технологии
Специалисты лаборатории HP, расположенной в Пало-Альто, предприняли попытки устранить извечную проблему экранов с 3D-эффектом. Для воспроизведения объемного изображения, видимого с любой точки обзора, исследователями было предложено показывать изображение с разных сторон, посылая для каждого глаза зрителя отдельную картинку. Подобная технология подразумевает использование системы с лазерными установками и вращающимися зеркалами, однако калифорнийские ученые прибегли к комплектующим обычной жидкокристаллической панели, нанеся на внутреннюю поверхность стекла экрана большое количество канавок круглой формы. В результате это позволило преломить свет таким образом, чтобы создать перед зрителем трехмерную голограмму. Экран, созданный специалистами HP, демонстрирует зрителям статическое трехмерное изображение, проецируемое с двухсот точек, а динамичную картинку - с шестидесяти четырех.
Телефон с голографическим экраном
Сравнительно недавно наконец-то состоялось ожидаемое многими событие - был официально представлен смартфон с голографическим дисплеем. Используемая в телефоне Red Hydrogen One технология отображения отличается дороговизной, однако в ближайшем будущем будет использоваться на многих мобильных устройствах.
Компания Red в основном специализируется на производстве профессиональных цифровых кинокамер, однако теперь она обратила внимание на новую отрасль, разработав и представив смартфон с голографическим экраном Red Hydrogen One.
Дисплей телефона
Специалисты компании Red заявили, что экран, установленный на смартфон, представляет собой водородный голографический дисплей, позволяющий мгновенно переключаться между 2D-контентом, 3D-контентом и голографическим содержимым приложения Red Hydrogen 4-View. Несмотря на то что точных сведений о принципе данной технологии так и не было опубликовано, смартфон позволяет просматривать все голограммы без использования специальных очков или дополнительных аксессуаров.
Демонстрация смартфона Red с голографическим экраном прошла в июне 2017 года, однако никаких подробностей производителем до сих пор не было разглашено. Впрочем, есть несколько счастливчиков-блогеров, которым удалось подержать в руках два прототипа смартфона: один - нефункциональный макет, демонстрирующий отделку и внешний вид телефона, второй - рабочий аппарат, который компания все еще держит в секрете.
Запустить софт для моделирования и вывести полноразмерную модель для редактирования в пространстве. Включить коммуникатор и побеседовать не с плоским изображением собеседника на видеозвонке, а с его объемной проекцией, через которую просвечивает любимый ковер. Отодвинуть штору и увидеть на оконном стекле прогноз погоды, ситуацию с пробками, и вообще - как оно там. Завести двигатель автомобиля и получать на участке лобового стекла дополнительные оповещения о дорожной разметке, возможных опасностях и иных важных сведениях.
Если раньше все это было уделом научных фантастов, то сейчас подобное перешло из разряда “Фантастика” в разряд “Ближайшее будущее”. О том, как современные ученые приближают век голографии, с чего все начиналось и какие трудности развития голографические технологии испытывают на данный момент, мы постараемся рассказать в этом посте.
Как создаются голографические изображения
Человеческий глаз видит физические объекты, так как от них отражается свет. Построение голографического изображения основано именно на этом принципе – создается пучок отраженного света, полностью идентичный тому, который отражался бы от физического объекта. Человек, смотря на этот пучок, видит тот же самый объект (даже если смотрит на него под разными углами).Голограммы же более высокого разрешения - это статические рисунки, “холст” которых - фотополимер, а “кисть” - лазерный луч, который разово меняет структуру фотополимерных материалов. В итоге обработанный таким образом фотополимер создает голографическое изображение (на плоскость голограммы падает свет, фотополимер создает его тонкую интерференционную картину).
К слову, про саму интерференцию. Она возникает в случае, если в определенном пространстве складывается ряд электромагнитных волн, у которых совпадают частоты, причем с довольно высокой степенью. Уже в процессе записи голограммы в конкретной области складывают две волны – первая, опорная, исходит непосредственно от источника, вторая, объектная – отражается от объекта. Фотопластину с чувствительным материалом размещают в этой же области, и на ней возникает картина полос потемнения, соответствующих распределению электромагнитной энергии (интерференционная картина). Затем пластину освещают волной, близкой по характеристикам к опорной, и пластина преобразует эту волну в близкую к объектной.
В итоге получается, что наблюдатель видит примерно такой же свет, который отражался бы от изначального объекта записи.
Краткая историческая справка
Шел 1947-й год. Индия получила независимость от Британии, Аргентина предоставила избирательные права женщинам, Михаил Тимофеевич Калашников создал свой знаменитый автомат, Джон Бардин и Уолтер Браттейномиз проводят эксперимент, позволивший создать первый в мире действующий биполярный транзистор, начинается производство фотоаппаратов Polaroid.А Деннис Габор получает первую в мире голограмму.
Вообще, Деннис пытался повысить разрешающую способность электронных микроскопов той эпохи, но в ходе направленного на это эксперимента получил голограмму.
Увы, Габор, как и многие умы, немного опередил свое время, и у него просто не было нужных технологий, чтобы получать голограммы хорошего качества (без когерентного источника света этого сделать невозможно, а первый лазер на кристалле искусственного рубина Теодор Мейман продемонстрирует лишь 13 лет спустя).
А вот после 1960-го (красный рубиновый лазер с длиной волны 694 нм, импульсный, и гелий-неоновый, 633 нм, непрерывный) дело пошло куда бодрее.
1962 . Эммет Лейт и Юрис Упатниекс, Мичиганский Технологический Институт. Создание классической схемы записи голограмм. Записывались пропускающие голограммы – в процессе восстановления голограммы свет пропускали через фотопластину, но некоторая часть света отражается от пластины и тоже создает изображение, которое видно с противоположной стороны.
1967 . Первый голографический портрет записывают при помощи рубинового лазера.
1968 . Совершенствуются и сами фотоматериалы, благодаря чему Юрий Николаевич Денисюк разрабатывает собственную схему записи и получает высококачественные голограммы (восстанавливали изображение путем отражения белого света). Все проходит вполне неплохо, настолько, что схема записи получает название “Схема Денисюка”, а голограммы - “Голограммы Денисюка”.
1977 . Мультиплексная голограмма Ллойда Кросса, состоящая из нескольких десятков ракурсов, каждый из которых можно увидеть только под одним углом.
Плюсы - размеры объекта, которые требуется записать, не ограничиваются длиной волны лазера или размером фотопластины. Можно создать голограмму предмета, которого не существует (то есть просто нарисовав придуманный предмет в сразу нескольких ракурсах).
Минусы - отсутствие вертикального параллакса, рассмотреть такую голограмму можно только по горизонтальной оси, но не сверху или снизу.
1986 . Абрахам Секе осознает, что нет предела совершенству, и предлагает создать источник когерентного излучения в приповерхностной области с помощью рентгеновского излучения. Пространственное разрешение в голографии всегда зависит от размеров источника излучения и его удаленности от предмета – это дало возможность восстановить в реальном пространстве атомы, которые окружали эмиттер.
Сейчас
Сегодня некоторые прототипы голографических видеодисплеев работают примерно так же, как и современные ЖК-мониторы: особым образом рассеивают свет, формируя псевдо-3D, а не создают интерференционную картину. С чем связан и главный минус такого подхода - нормально оценить такую картинку сможет только один человек, сидящих под правильным углом к монитору. Все остальные зрители будут не так впечатлены.Конечно же, любители научной фантастики и новых технологий спят и видят, как голографические дисплеи станут такой же привычной вещью, как wifi дома или фотокамера в смартфоне, сравнимая с не самой плохой мыльницей. И хотя идеальная голограмма в понимании большинства - это на самом деле не сегодня и не завтра, разработки на эту тему уже активно ведутся.
Институт науки и передовых исследований, Корея. Рабочий прототип нового 3D-голографического дисплея, ТТХ которого примерно в пару тысяч раз лучше , чем у существующих аналогов.
Слабое звено таких дисплеев - матрица. Пока матрицы состоят из двухмерных пикселей. Корейцы же использовали обычный (но хороший) дисплей вкупе со специальным модулятором для фронта оптического импульса. Результатом стала высококачественная голограмма, правда, небольшая - 1 кубический сантиметр.
Было время, когда считалось, что рассеивание света - это серьезное препятствие для нормального распознавания проецируемых объектов. Но как показывает наша практика, современные 3D-дисплеи можно существенно улучшить, научившись контролировать это рассеивание. Правильное рассеивание позволило увеличить и угол обзора, и общую разрешающую способность,- отмечает профессор Йонкен Парк .
Университет Гриффита, Технологический университет Суинберна, Австралия. Голографический дисплей на основе графена.
Ученые вооружились методом Габора, упоминавшимся в самом начале этого поста, и сделали 3D-голографический дисплей высокого разрешения на основе цифрового голографического экрана, состоящего из мелких точек, отражающих свет.
Плюсы – угол обзор в 52 градуса. Для нормального восприятия картинки не нужны никакие дополнительные приблуды в виде 3D-очков и прочего.
К слову, о 52 градусах. Угол обзора тем больше, чем меньше будет использоваться пикселей. Оксид графена обрабатывают путем фоторедукции, что создает пиксель, которому под силу изгибать цвет для голокартинки.
Разработчики полагают, что подобный подход в свое время сможет положить начало революции в разработке дисплеев, особенно - на мобильных устройствах.
Бристольский университет, Великобритания. Ультразвуковая голография.
Объект создается в воздухе с помощью множества ультразвуковых излучателей, направленных на облако водяного пара, которое также создается системой. Реализация, конечно, сложнее, чем в случае с привычными экрана, но все же.
- туман создается не просто каплями воды, а каплями специального вещества.
- это вещество освещается специальной лампой.
- лампа модулирует специальный свет.
В итоге получается проекция объекта, который можно не только рассмотреть со всех сторон, но и потрогать.
Частота колебаний такой интерференционной картины - от 0.4 до 500 Гц.
Одно из главных направлений деятельности, в котором разработчики предполагают полезное использование технологии - медицина. Врач сможет на основе данных медкарты и смоделированного органа “почувствовать” его. Также можно будет создавать объемные проекции каких-либо товаров на презентациях. Положительный эффект предрекают и при замене подобной технологией сенсорных дисплеев в местах массового пользования (электронные меню, терминалы, банкоматы). Как сложно и дорого будет это внедрить - само собой, уже второй вопрос.
А уж до чего могут дойти развлекательные сервисы определенной направленности - страшно (но интересно) подумать.
Ванкувер, Канада. Интерактивный голографический дисплей.
Что нужно:
- мобильное устройство
- HDMI или wifi
- пожертвовать 550$ на Кикстартере вот
Все сталкивались с ситуацией, когда взгляд на экран навигатора, приборную панель или экран смартфона отвлекал от управления автомобилем. А некоторые даже попадали из-за этого в аварию. Так случилось и с владельцем маркетингового агентства Виталием Пономаревым. В 2008 году он серьезно заинтересовался дополненной реальностью (augmented reality, AR) и решил уговорить серьезных инвесторов вложить в дело всего каких-то 100 млн долларов. «Я ездил по всему миру и доказывал инвестфондам, что через несколько лет AR будет везде, — смеется Виталий. — Отвлекшись на навигатор, я чуть не попал в аварию. И пазл сложился: вот она, моя дополненная реальность. Прямо здесь. На лобовом стекле».
Полтора ведра
Head-up-дисплеи в то время новинкой не были. Например, немецкая компания Continental — мировой лидер в их производстве — устанавливала HUD в автомобили BMW, Audi и Mercedes с 2003 года. Традиционные устройства отображения информации на лобовом стекле — очень сложные приборы с изогнутыми зеркалами и сферической оптикой. И что критически важно, требующие большого объема, примерно 18 л — полтора обычных ведра! А ведь разместить эти полтора ведра нужно в районе рулевого колеса — одной из самых значимых точек автомобиля. Поэтому HUD оснащаются большие дорогие авто, которые изначально спроектированы с местом под дисплей. Неудивительно, что за установку проекционного дисплея в дилерских центрах немецких автомарок с вас попросят не меньше 100 000 рублей. Ну а на обычных машинах классический HUD не увидишь.
Основатель и CEO компании WayRay, изобретатель Обучался в Российской академии народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации по специальностям «экономика», «управление инновационными проектами». В 2012 году основал проект WayRay, который за четыре года превратился в международную компанию с офисами в России, Швейцарии и США. В 2015 году вошел в топ-100 выдающихся инноваторов Швейцарии по версии газеты L’Hebdo.
Барс-монстр
Кроме габаритов и сложности конструкции, у традиционных head-up-дисплеев есть и еще один недостаток: они выдают плоскую картинку на расстоянии 20 см от лобового стекла. То есть водителю все равно приходится перефокусировать взгляд. А Виталий Пономарев решил получить изображение на расстоянии 10−20 м. По его замыслу, картинка должна стать объемной. Не стереоскопической, а настоящей, голографической. Несмотря на финансовое образование, в физике Виталий разбирался очень даже неплохо. Занимаясь поиском инвесторов, он многое узнал о новых технологиях. Интуиция подсказывала ему, в каких областях нужно искать специалистов. Как правило, у истоков подобных компаний стоят два человека: один — гуру в области маркетинга, второй — технический гений. С маркетингом все было в порядке, дело оставалось за технарем. История обретения технического директора будущей WayRay уже вошла в кейсы хедхантеров: Виталий просто запустил поиск по словам «лазеры», «микроэлектроника» и «IT» на «Хабре», культовом сайте технологических гиков habrahabr.ru. В топе ответов поисковик выдал: Михаил Сваричевский с ником BarsMonster. «Теперь этот монстр мой», — шутит Пономарев.
Между стекол
В 2012 году Виталий с Михаилом начали собирать первые гигантские прототипы на основе стандартной оптики, чтобы определить, насколько интересным будет эффект. Стало понятно, что так нужного изображения и требуемых габаритов не добиться. Пришла идея использовать плоскую линзу Френеля типа тех, которые устанавливают на задние стекла автомобилей. Эта прозрачная пленка наклеивается или вваривается между стекол триплекса и работает как часть оптической системы. Решили создать линзу Френеля для нескольких длин волн, и оказалось, что это голограмма — голографический оптический элемент (holographic optical element, HOE). Самый обширный опыт работы с голографическими материалами в России в ФИАН — Физическом институте имени П. Н. Лебедева. Именно туда отправились коллеги за новыми технологиями. Начинали с голограмм на серебре, пытаясь понять, можно ли вообще делать голографические элементы большой площади, постепенно перешли на прототипы прозрачных фотополимеров. Сделали объемную трехмерную голограмму, на которой записана дифракционная решетка — по сути, виртуальный оптический элемент, преобразователь волнового фронта, который отражал волны нужной длины, а остальные пропускал.
Идея устройства, которое проецирует навигационные сведения на лобовое стекло
автомобиля, пришла к Виталию, когда он отвлекся на навигатор и чуть не разбил машину. Концепция постепенно дополнилась подключением к интернету, технологиями социальной сети и дополненной реальности.
«Что здесь инновационного? — опережает мой вопрос Виталий Пономарев. — Голографию изобрели не мы. Фотополимеры тоже. И попытки делать HUD на голографических элементах были до нас. Но тогда не было дешевых лазеров и фотополимеров, которые подходят под наши требования: прозрачность и отсутствие host-эффектов. Мы занялись head-up-дисплеями как раз в тот момент, когда все это появилось. Наш небольшой стартап быстрее других создал средства проектирования и производства, невозможные в условиях крупной компании, и стал первым». Впрочем, неправильно считать WayRay технологическим интегратором: в компании работают физики, инженеры-механики, оптики, программисты. Даже средства проектирования они применяют нестандартные: их пришлось модифицировать, чтобы они могли считывать системы с «ненормальными» оптическими компонентами.
Alibaba и сорок разработчиков
Наша редакция вдоволь наигралась с прототипом HUD. Его размер — с небольшой чемодан — огромный прогресс: первые прототипы занимали все пассажирское сиденье справа от водителя. Штука действительно впечатляющая, фотографии и видео не передают всей полноты генерируемой дополненной реальности. Осенью выпустят и коммерческий образец голографического навигатора Navion: в комплект войдет небольшая коробочка с лазерным проектором и специальная пленка, превращающая лобовое стекло в экран. Он будет стоить около 500 долларов. А в следующем году на дорогах появится первый автомобиль со встроенным AR-решением WayRay. В начале 2016 года компания договорилась о реализации пилотного проекта с Banma Technologies — совместным предприятием Alibaba Group и крупнейшего китайского автопроизводителя SAIC Motor.
В рамках проекта будет разработана AR-инфотейнмент-система, которую внедрят в массовое производство одного из автомобилей в 2018 году. На вопрос, почему решили обратиться к китайцам, а не к европейцам, Виталий отвечает просто: китайцы готовы рисковать и очень быстро работают. И к тому же акционер Banma — интернет-гигант Alibaba Group, который в марте инвестировал в WayRay 18 млн долларов, в одночасье сделав компанию Виталия Пономарева всемирно знаменитой. «Нас не купили, нашу компанию проинвестировали, — подчеркивает Виталий. — Alibaba является миноритарным акционером. Мы сохранили контроль». Впрочем, это не первые инвестиции. Около 10 млн долларов вложили российские частные инвесторы, имен которых Пономарев не называет. Один из них профессионально разбирается в современной оптике — именно он первым поверил в перспективы технологии.
Глобальный результат
Сегодня WayRay — технологическая компания с офисами в Швейцарии, России и США. Разрабатывает навигационную систему для автомобилей, использующую принцип дополненной реальности, а также программно-технический комплекс для сбора информации о вождении и коррекции поведения водителя.
Однако автомобильные голографические навигаторы для стартапа всего лишь этап на пути к цели. «Мы хотим стать компанией номер один на рынке неносимых устройств дополненной реальности, — говорит Виталий. — Любая прозрачная поверхность может стать дисплеем для трехмерного изображения». Компания уже работает над прототипами новых устройств. Судя по всему, они будут связаны с развлечениями.