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全息投影，現實與夢幻的結合

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本帖最後由 jiaweny 於 2015-2-25 10:15 編輯

全息投影，現實與夢幻的結合
來源：中信建投中小市值研究

技術驅動娛樂革命，視覺中國空間無限！

春晚在內容上雖然已經乏善可陳，但利用最新技術呈現全新的視覺體驗不失為一個新的方向！李宇春在《錦繡》節目中分身四體的場景獲得了極大的關註，成為了本屆春晚不多亮點中的一個。《錦繡》節目中采用的正是全息技術（Hologram）。

13年9月，全息技術讓周傑倫與鄧麗君實現了跨時空合唱， 14年美國拉斯維加斯BillBoard頒獎禮上，邁克爾傑克遜正是依靠全息技術“滿血複活”。在美國，全息技術正在進入一般的娛樂場所，主題公園、KTV等，我們認為，隨著全息技術的不斷成熟，其應用將會迅速普及。由於全息技術對虛擬場景的現實化，互動式的娛樂體驗將成為新的趨勢，這也將對數字娛樂領域帶來革命性的影響。

視覺中國旗下艾特凡斯是中國領先的視覺科技、智能遊樂項目的綜合服務商，萬達、華誼兄弟等虛擬現實體驗項目均由公司承建。公司戰略上已經將視覺數字娛樂作為一大方向，公司在這個領域不僅是設計建設者，更會直接切入數字化娛樂運營，這將是公司2015年的重大看點之一。公司2014年完成上市，2015年將是公司戰略全面深化的一年。作為一家非常純正的互聯網公司，依托強大的數字化資源和豐富的平臺運營經驗，公司在數字娛樂領域的空間是巨大的。在互聯網板塊一片大熱的氛圍中，我們認為公司的價值還沒有被體現，所以我們再次強調對於公司的推薦，在此基礎上的股價上行空間還非常大，建議投資積極配置！

全息投影，現實與夢幻的結合

從最初最原始的蒙太奇，到普通的黑白電影，再到彩色電影，我們經歷了一輪又一輪技術提升帶來更愉悅的享受，而從2D、3D到現在的IMAX，科技的發展總會給我們帶來太多太多的驚喜。理所當然的，對當前雖然部分商業化了但仍然處於深度研發狀態的虛擬現實（virtual reality ，簡稱VR）、增長現實（Augmented Reality ，簡稱AR）以及全息投影（front-projected holographic display），雖然目前的技術仍然不足以支撐大規模的消費，也很難脫離3D眼鏡，但巨頭們在這一領域不斷的投入讓我們充滿了莫名的期待。

2014年5月18日晚在美國拉斯維加斯舉行的公告牌音樂獎的頒獎儀式上，通過全息影像還原技術使已過世天王邁克爾傑克遜在Billboard音樂盛典熱舞首秀新單曲《Slave to The Rhythm》，震撼現場令人嘆為觀止。而位於南加州的一家創業公司 Ostendo 花了 9 年時間研發了一款適用智能手機的投影儀，Tic Tac大小，將可以適用於手機的三維全息投影芯片，作為研究對象。據稱，他們將研制出一個體積只有藥片大小的三維全息投影儀，分辨率高達5000PPI，可以精確控制每一個光束的亮度、顏色，以及角度。另外除了智能手機之外，該公司研發的三維全息投影芯片，還將進入到各種顯示設備中，比如電視機、智能手表，甚至是“全息桌面”。

全息投影簡介

全息投影技術（front-projected holographic display），也稱虛擬成像技術，主要是利用幹涉和衍射原理記錄並再現物體真實的三維圖像的記錄和再現的技術。全息投影技術是全息攝影技術的逆向展示，本質上是通過在空氣或者特殊的立體鏡片上形成立體的影像效果。與平面銀幕投影僅僅在二維表面通過透視、陰影等效果實現立體感，全息投影技術是真正呈現3D的影像，可以360°無死角的觀看影像，其將為觀眾展現更加真實的世界，其不僅可以產生立體的空中幻像，還可以使幻像與表演者產生互動，一起完成表演，產生令人震撼的演出效果。

攝制原理

作為比較特殊的成像方式，其在攝制過程中需要涉及到幹涉原理以及衍射原理。記錄著幹涉條紋的底片經過顯影、定影等處理程序後，便成為一張全息圖，或稱全息照片；其第二步是利用衍射原理再現物體光波信息，這是成象過程：全息圖猶如一個複雜的光柵，在相幹激光照射下，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個象，即原始象（又稱初始象）和共軛象。再現的圖像立體感強，具有真實的視覺效應。


再現過程

利用衍射原理再現物體光波信息，這是成象過程：全息圖猶如一個複雜的光柵，在相幹激光照射下，一張線性記錄的正弦型全息圖的衍射光波一般可給出兩個象，即原始象（又稱初始象）和共軛象。再現的圖像立體感強，具有真實的視覺效應。


全息圖的每一部分都記錄了物體上各點的光信息，故原則上它的每一部分都能再現原物的整個圖像，通過多次曝光還可以在同一張底片上記錄多個不同的圖像，而且能互不幹擾地分別顯示出來。

技術細分發展方向

人類之所以能感受到立體感，是由於人類的雙眼觀察物體時橫向的，且觀察角度略有差異，圖像經視並排，兩眼之間有6厘米左右的間隔，神經中樞的融合反射及視覺心理反應便產生了三維立體感。根據這個原理，可以將3D顯示技術分為兩種：一種是利用人眼的視差特性產生立體感；另一種則是在空間顯示真實的3D立體影像，如基於全息影像技術的立體成像。


作為真正的三維立體影像，全息影像用戶不需要佩戴帶立體眼鏡或其他任何的輔助設備，就可以在不同的角度裸眼觀看影像，而目前全息投影技術共有三種實現方式；




目前來看三種方式各有自身的優勢與劣勢，但仍然未解決的一個問題就是介質問題。雖然目前最通用的方式仍然是使用全息投影膜，而這種方式的最大弊病就是成本高昂，作為成像介質的全息投影膜價格不菲。如果將空氣作為成像介質的話，那麽其想要成像的難度非常大。

行業產業鏈及未來市場空間

全息投影技術的出現，突破了傳統聲、光、電的局限，將美輪美奐的畫面帶到了觀眾面前，打破了虛擬世界與現實世界的阻隔，讓人們不用攜帶任何設備即可體驗一把前所未有的視覺沖擊快感。在未來娛樂化的大趨勢下，全息投影技術顯然具有極大的市場潛力。

數字體驗綜合服務商將占據產業鏈絕對主導地位

從目前市場情況來看，雖然各大巨頭正在加大對相關技術的研發投入，但截至目前全息投影在技術上仍然受制於環境、空間上的局限，比如怕雨，同時對於投射的材料上也有諸多的要求。目前對於絕大多數公司而言，全息技術的商業運用仍然是非常昂貴的，雖然完美的演示不成問題，但距離大規模的應用仍然存在問題。對此，我們目前僅僅探討未來潛在商業化的背景下行業的發展情況。



對於整個產業來說，目前雖然大規模應用存疑，但在各大博物館、大型演唱會上已經有了一些非常成功的應用。目前來看除了像Ostendo這種創業公司外，微軟、AMD和亞馬遜等巨頭均對全息投影進行了一系列的投入，從目前來看，Ostendo花了 9 年時間研發了一款適用智能手機的投影儀，大約Tic Tac（的嗒糖）大小，在一枚電腦芯片的支持下控制每束光（以 100 萬像素為單位）的顏色、亮度。該芯片集可插進智能手機，支持在對角線為 48 英寸（約 1.2 米）的平面上放映視頻，這就解決了當前全息投影領域一個空間移動的大問題，對於手機應用端的影響無可限量，或許未來會引發移動終端設備的新一輪革命。

而預計隨著技術的不斷成熟以及單位材料成本的下降，或者出現更好的替代投射材料，在這之後，作為綜合性的能研究開發並提供整體解決方案和相關服務，提供硬件集成和展示內容制作一站是解決方案的供應商或許會脫穎而出，獲得不菲的收益。

無以倫比的巨大市場前景

作為可以幫助人類解決一部分空間問題的顯示技術，其應用領域及可預見的發展前景是我們難以想象到的。雖然目前仍然存在著一系列的問題，但毋庸置疑，我們相信全息投影行業具有極大的市場前景。作為一種具有顛覆意義的革命性技術，我們可以預見到全息投影技術在很多方面具有非常巨大的具有革命性的應用價值。

可以在立體電影、電視、展覽、顯微術、幹涉度量學、投影光刻、軍事偵察監視、水下探測、金屬內部探測、保存珍貴的歷史文物、藝術品、娛樂場合、酒吧、KTV房、DISCO等等場所獲得廣泛的應用。

影視娛樂

全息投影技術在影視娛樂這一領域的應用已經有了比較成熟的一些例子，包括在一些演唱會上制造非常美輪美奐的效果，其將觀眾引入到了另一個世界中。全息投影技術突破了傳統聲、光、電局限，空間成像色彩鮮艷，對比度、清晰度都非常高，空間感、透視感很強。它不僅可以產生立體的空中幻像，還可以使幻像與表演者產生互動，一起完成表演，產生令人震憾的演出效果。

展覽展示

全息立體投影是通過光的偏振原理來實現的，即采用兩臺投影機同步放映圖像，將兩臺投影機前的偏光片的偏振方向互相垂直，讓產生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直。而偏振光投射到專用的投影幕上再反射到觀眾位置時偏振光方向須不改變，觀眾通過偏光眼鏡每只眼睛只能看到相應的偏振光圖像，從而在視覺神經系統中產生立體感覺。這一領域未來可以被廣泛的應用於商品展示以及博物館展覽館對物品的展示，有助於防止物品的丟失。

軍事科研

毋庸置疑，任何新技術都是一把雙刃劍。全息技術在軍事領域、科學研發領域以及醫療領域顯然也具有極大的應用前景。這些包括軍事偵察監視、水下探測、金屬內部探測、保存珍貴的歷史文物、藝術品、信息存儲、遙感，研究和記錄物理狀態變化極快的瞬時現象、瞬時過程（如爆炸和燃燒）等等。

市場空間情況-以IMAX為例

對於整個行業未來的市場空間，我們仍然難以估計技術的進步程度。對比在影視娛樂領域具有很大相似性的北美IMAX技術公司，我們也許可以初見端倪。作為世界一流的娛樂科技公司，專門從事身臨其境的電影技術，其將電影技術從實驗室搬到了電影院，成為電影行業里一抹極其耀眼的角色。雖然由於成本原因，IMAX在電影行業里本來只是小眾圈子里的奢侈遊戲，但這也給我們觀察全息投影的發展提供了一個絕好的借鑒。


我們單單從IMAX公司全球票房收入以及公司營收上來看，從2006年至今，其收入波動幅度較大，這除了反映了電影市場的行情不太確定意外，也從側面反映了IMAX影院的安裝及後期保養維護成本較高，公司營收增速較為緩慢。


然而我們從IMAX公司票房占全球票房的比重角度來分析，可以很明顯的發現，其票房收入占全球票房收入比重雖然低，但大體上市場占有率上升趨勢明顯，這反應了新技術在推廣應用過程中由於自身一些優異的特性正被人們緩慢的接受；同時，對於全息投影技術來說，商業化運行的成本也是需要仔細考慮的問題，這也是絕大多數新興技術能否最終在歷史上留下一筆的關鍵。


全息技術發展概況

前世今生

從1948年D.Gebar提出用一個合適的相幹光照射全息圖，透射光的一部分就能重新模擬原物的散射波前，於是重現了一個與原物非常逼真的三維圖像。到1960年激光技術的出現促進了全息照相術的發展，全息技術得到了不斷的完善。具體從技術發展角度看，全息術的發展大約可分為四個主要階段，包括同軸全息技術、離軸全息技術、白光再現全息技術以及白光全息技術。




近年來隨著技術的不斷進步，對於全息技術的應用也達到了新的階段。目前全息技術廣為人知的主要用於全息投影領域，基於“實物模型”和“立體幻影”的光學成像結合，利用多機多方位攝像技術及人眼視覺心理特性，獲得“立體幻影”與實物模型結合及相互作用的逼真的視覺效果，配上三維聲音、燈光、氣味、煙霧，達到惟妙惟肖的舞臺效果。

在上一期的報告中我們有提到全息投影技術主要是利用幹涉和衍射原理記錄並再現物體真實的三維圖像的記錄和再現的技術，全息投影技術是全息攝影技術的逆向展示，本質上是通過在空氣或者特殊的立體鏡片上形成立體的影像效果。對於這種技術，目前來看，由於它提供了神奇的全息影像，可以再玻璃上或亞克力材料上成像，作為一種互動展示技術，將裝飾性與實用性融為一體，在沒有圖像時完全透明，給使用者以全新的互動感受，成為當今一種最時尚的產品展示和市場推廣手段。


全息技術，3D顯示技術的一種

3D是英文“3 Dimensions”的簡稱，中文是指三維、三個維度、三個坐標，即有長、寬、高。換句話說，就是立體的，3D就是空間的概念也就是由X、Y、Z三個軸組成的空間，是相對於只有長和寬的平面（2D）而言。實現3D顯示的途徑有很多種，從早些時候的折射光柵技術和紅綠色分色鏡技術，到現在在3D電影中運用的極化光加偏振片眼睛技術，在本報告中所說的全息技術也是3D顯示技術的一種，也就是所有能夠實現立體視覺的技術都可稱之為3D技術。

從目前商業化的3D放映技術來看，主要包括主動立體和被動立體兩種，另外還有包括采用RGB分色技術的光譜立體放映技術。雖然3D技術具有很長的發展歷史，但一個觀點認為3D技術由於需要借助於眼鏡等外在設備導致其用戶體驗不佳，同時具有裸眼功能的3D顯示技術一直效用不佳，因此一直發展的不是很好，而全息技術在影像顯示領域有望解決這一大難題。

全息技術的應用，無限廣闊的領域帶來無限的市場空間

在上篇報告中，我們主要基於全息影像技術，對全息技術在影像投射領域的應用進行了詳細的表達。在本期中，我們力圖從整個全息技術的應用角度，對全息技術可以應用的各個領域進行詳細的闡述，包括最近國內很熱炒的“全球首款全息手機”情況，以此論證整個全息技術未來巨大的市場空間。當然，從具體技術應用角度可能尚需時日，但科技的發展從來都會給我們帶來驚喜。

全息顯示，娛樂消費需求刺激行業加速發展

從顯示領域講，全息投影技術的出現，由於能重現物體三維立體圖像的特點，因全息片能給出和原物大小一樣、細節精美、形狀逼真的三維圖像在幫助我們擺脫了一般3D技術對於道具的束縛後，突破了傳統聲、光、電的局限，將美輪美奐的畫面帶到了觀眾面前，打破了虛擬世界與現實世界的阻隔，隨著技術手段的不斷進步，其必將會獲得越來越多的應用。


在上期報告中我們曾把這一塊的產業鏈條分為芯片設計生產商、數字體驗綜合服務商以及下遊的終端設備集成商。從應用上來看，作為極有發展前景的應用之一，它可以用來複制歷史文物藝術珍品、全息肖像、全息裝飾品和全息風景畫等也可用於超景深照相，使遠距離到近距離的物體同時記錄在一張全息底片上。而從其再現像中逐次按不同距離分層觀測，不受普通照相景深的限制。

近年來隨著對藝術追求的不斷深入，人們對藝術領域相關的技術應用也達到了高潮。在當前模壓全息逐步進入到人們生活中，並受到人們的歡迎和喜愛模壓。通過在把浮雕藝術和照相藝術相結合，用多層次體現三維空間，極具有觀賞價值它除了作為藝術全息品便於攜帶和保存外，已廣泛用於防偽標識、賀卡、商標、紀念封和圖書插圖等領域，國內外都已形成一種巨大的產業。


全息幹涉計量，仍待深度挖掘的細分潛力行業

1965年 R. Powell 和K. Stetsen提出, 把幹涉測量和全息技術相結合, 進行一些測量工作。從技術角度分析，單純的全息照相技術,不能提供測量信息,但全息底片記錄了物光的某一狀態的波前信息, 可以與新的物光信息形成幹涉, 可以利用幹涉測量的技術,進行測量分析工作。


從以上幾種方法上，我們大致也可以看出利用全息幹涉測量的一些優缺點；


目前來看，全息幹涉計量分析在無損檢驗 、尺寸形狀和等高線的檢測、振動分析等領域中已得到廣泛的應用，作為全息應用的一個重要領域，全息幹涉測量技術在高、精、尖領域顯然具有廣闊的發展前途，隨著科技的不斷進步，各種儀器設備對精度的要求也越來越高，顯然全息幹涉計量在未來具有極大地發展前景。

全息激光防偽技術，辨出真假

作為生活在一個複雜繚亂的現代社會的人，在我們生活中防偽需求極其廣大，在將全息技術應用於防偽領域能大大的提升防偽功效。激光全息防偽技術包括激光全息圖像防偽、加密激光全息圖象防偽和激光光刻防偽技術三方面。激光全息技術是繼激光器於二十世紀六十年代問世之後迅速發展起來的一種立體照相技術。“全息”的意思為“全部信息”，即相對於普通照相的只記錄物體的明暗變化，激光全息照相還能記錄物體的空間變化。從全球角度看，第一個將全息圖片作為防偽標識的產品是Johnny Walke Whishy（一種威士忌），該酒的銷售額較以前增加了45％。

而經過數十年發展，激光全息防偽產品也從最初的全息防偽標識逐步升級發展為第二代、第三代甚至第四代激光防偽技術；



全息存儲，容量前景無限大的存儲方式

隨著社會的發展與技術的進步，人們對信息的需求不斷增加。而網絡的高速發展導致了其主要矛盾已經從解決傳輸速度、交換為主導目前的以解決信息存儲和安全備份為主要矛盾的信息存儲的時代，因此好的存儲介質以及可大額存儲的介質變得尤其重要。近些年以來通過不斷的開發新材料、改善材料存儲性能、縮小記錄光斑尺寸等新技術，使得磁盤等容量獲得了極大地提升。



光盤技術這種按位存儲和讀出的“串行”方式要求讀出頭相對於記錄介質作機械運動，因而光盤的記錄密度被限制在機械調節的精度以內，數據傳輸速率也受到低速機械運動的限制。當前光盤技術的前沿研究已使光盤存儲容量接近光學極限，數據已達到每秒幾兆字節的數量級，這雖然滿足當前多媒體技術的需要，但計算機技術正在向高速、並行性和智能化方向發展，按位存取的磁盤和光盤顯然不能滿足需要。要尋求一種既能並行讀/寫、提高數據速率、又能增大存儲容量的海量存儲技術，激光全息存儲則是一種最佳選擇。


從目前來看，全息存儲還具有極大的提升潛力，只要控制芯片具有足夠強的數據處理能力，全息存儲技術甚至可以提供高達1000TB的容量。相比之下，目前硬盤的最大容量才2TB，這個容量只相當於全息存儲的“立方體糖塊”的一個小碎片所提供的存儲能力。從技術發展上來看，主要有美國斯坦福大學為DARPA 投資實施的HDSS 項目開發了高傳輸速率、高容量的全息光盤存儲系統。全息存儲技術的迅速發展，必將在不遠的未來迎來光輝的時代。

生物醫學及其他領域

全息以它獨特的優點解決了許多其他技術難以解決的問題，在疾病診治上也做出了不少的貢獻。激光全息技術首先在眼科疾病診治的應用中獲得了成功，一張全息照片所提供的信息相當於480張普通眼底照片所提供的信息。在眼科疾病的診斷過程中，利用激光全息成像技術可以提供整個眼睛的三維立體圖像，並可以用顯微鏡對整個眼睛圖像的不同位置(如角膜、前房、晶狀體、玻璃體以及視網膜等)進行逐層觀察和研究。在臨床檢查中，利用全息診斷方法也可以查出各種癌癥的早期治療等，這也有利於癌癥的早期診斷和治療。同時超聲全息也可用於醫療上的透視等。

展望未來

作為一種應用前景巨大的技術，從全息投射影像、全息幹涉計量、全息激光防偽、全息存儲等等各大領域全息技術均有廣泛的仍然有待開拓的巨大的市場空間。作為一門新興的技術，我們相信不只是目前僅僅在影像展示領域小試牛刀，全息技術未來在泛工業、醫學、國防、公共安全等各個領域均會具有廣闊的應用空間，對此，我們拭目以待。


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