专利名称：一种狭缝光栅立体画的制作方法
技术领域：
本发明属于光学显示技术领域，涉及一种狭缝光栅立体画的制作方法。
狭缝光栅立体画由垂直狭缝板和它后面的抽样图组成，抽样图是把多幅具有一定视差的图象交替抽取合成一幅图象，抽样条的宽约等于狭缝板的缝宽。狭缝的作用在于遮挡或透射抽样细条，使左眼视差图象进入人的左眼，右眼视差图象进入人的右眼，通过大脑综合形成立体图象。
狭缝光栅立体画是一种早期的方案，在大越孝敬〔日〕所著的《三维成象技术》中有较完整的叙述。由两幅视差图象合成的立体画称为视差图，由多幅视差图合成的立体画称为全景图，在全景图上，狭缝板的缝宽与节距的比率要比视差图小得多，典型的比率为1/10，而在视差图上则为1/2。比较而言，全景图有较宽的视角和更连续的空间感，视差图分辨率、清晰度、亮度较高但观看方向上自由度非常小，狭缝光栅立体画常由3～6幅视差图合成，即缝宽节距比为1/3～1/6。狭缝光栅立体画有一些基本的缺点限制了它的应用第一个缺点是象较暗；第二，狭缝必须做得较细，以至在观察距离内不为人所见，但细狭缝会因衍射而使光束扩散；第三，细狭缝做在玻璃板上，玻璃前后表面的反射常产生干扰。近年来透射式狭缝光栅立体画得到很大发展，并已在灯箱广告中得到一些应用，这种画的抽样图是透射型的，背后用灯箱照明，画面颜色艳丽，立体感强。狭缝光栅立体画的第一、第三个缺点在透射型立体画中不再存在，第二个缺点在狭缝不是极细时并不明显。
目前，制作狭缝光栅立体画的过程，一般是先通过立体照相获得具有视差的底片，然后在特制的放大机上进行放大，感光相纸由正面贴有狭缝、背面涂有感光药膜的透明平板组成。经曝光、显影、定影、烘干后贴上保护膜，再放在照明灯箱前即获得生动的立体图象，象质优良。这种采用照相放大方式获得的立体画十分昂贵，其缺点在于制作成本高，生产效率低下。
本发明的目的在于提供一种制作狭缝光栅立体画的方法，按该方法可以低成本、高效率、大批量制作狭缝光栅立体画。
狭缝光栅立体画的制作方法包括如下步骤制作视差图象，制作狭缝图(1)，由视差图象合成抽样图(4)，狭缝图(1)和抽样图(4)制版印刷或打印，狭缝图(1)和抽样图(4)对位并固定。
首先，根据要表现的立体画内容设计视差图象。视差图象由立体摄影获得，也可以通过计算机的3D类软件制作。例如可用Autodesk公司的3D Studio软件，设计出三维立体模型，然后三维立体模型摆放在场景的理想位置，并把材料敷贴在三维体表面，布置光源，架设好摄像机进行渲染，生成第一幅图象，然后平移摄像机，渲染生成第二幅图象，再平移摄像机渲染出第三幅图象，直至生成要求的图象幅数，摄像机平移时可稍稍偏转，使镜头轴线方向始终对着主体上某一点。3D Studio软件能设计出现实生活中不存在的物体，可以丰富狭缝光栅立体画的表现内容。
第二，设计狭缝图。狭缝光栅由计算机辅助设计，或者由精密机械加工制成，狭缝图的幅面大小与立体画一致，其中节距、缝宽节距比是两个重要的参数。幅面大小、观看距离、节距三者相互制约，一般来说，节距在0.1毫米到1.5毫米之间，节距越小，立体画面越精细，但制作难度越高，大幅面的立体画因观看距离稍远，狭缝节距可以较大。缝宽节距比不能大于视差图象幅数的倒数，否则会产生严重的重影。
第三，由视差图象合成抽样图。抽样图的合成方式主要有三种数字图象的象素合成、底片放大狭缝遮挡合成、狭缝掩模印相合成。数字图象的象素合成步骤为将N幅视差图象按同样的象素点和长宽比扫描输入计算机，保持相同的长宽比缩放图象，使横向象点数等于狭缝图栅线数的N倍，然后单独压缩图象的横向象点数，使其与狭缝图栅线的个数相等；抽样图的每行由视差
图1对应行第一象点值，视差图2对应行第一象点值，……，视差图N对应行第一象点值；视差图1对应行第二象点值，视差图2对应行第二象点值，……，视差图N对应行第二象点值；……；视差图1对应行最后象点值，视差图2对应行最后象点值，……，视差图N对应行最后象点值排列而成；对于彩色图象，象点值由三个字节组成，红、绿、蓝色各占一个字节，从数码像机、3D软件获得的视差数字图象，这种合成非常方便。底片放大狭缝遮挡合成步骤与目前制作狭缝光栅立体画的过程相同，视差底片通过立体放大机对感光相纸曝光，狭缝板在感光相纸的前方挡光，感光相纸与狭缝板之间隔着透明平板，感光相纸冲洗晾干即为抽样图。狭缝掩模印相合成是将视差图的负片隔着狭缝平面对相纸印相，更换负片时把狭缝平移一个缝宽，直到视差图负片全部印完，印相相纸冲洗晾干即得抽样图。
第四，狭缝图和抽样图的复制。狭缝图复制可采用激光打印机打印、无网凸版印刷、凹版印刷、平版胶印的方式，承印材料为透明胶片或透明平板；抽样图复制可采用彩色打印、彩色喷绘、照相放大、印相、PS版胶印、照相凹版印刷、无版数码印刷的方式，按透射式灯箱片的要求，承印材料应选用透明、半透明的塑料薄膜，也可用120克左右的铜版纸、玻璃卡纸等，另外，还要求狭缝图和抽样图的承印材料材质均匀，机械变形、热变形要小。
狭缝图的激光打印不用制版，只需提供设计好的图形文件即可，适合小幅面、小批量制作；无网凸版印刷适合8开或8开以下幅面批量印刷；凹版印刷制版较贵，凹版印刷、平版胶印适合大幅面、大批量印刷。
抽样图的细节和阶调十分丰富，小幅面、小批量复制可采用高质量彩色打印完成，制作成本较高；彩色喷绘适合大幅面、小批量制作；采用照相放大方式，必须先制作抽样图的负片，然后在普通放大机上放大；采用印相方式，先制作抽样图的大幅负片，再按1∶1比例印相，适合小幅面、小批量、高质量画面的制作；采用PS版胶印方式，必须先进行制版，可用电子分色对抽样图制作分色片，对于由数字图象合成的抽样图，直接由数字设备输出分色片，分色片的网屏线数选在200线以上，该方式适合较大幅面、大批量制作，制作成本很低，但质量稍差；采用照相凹版印刷方式，先制作抽样图分色片的照相凹版，再套色印刷，适合较大幅面、大批量制作。
第五，狭缝图和抽样图对位固定。狭缝图节距、缝宽、抽样图样条宽度、透明平板的厚度及折射率、观察距离等参数必须满足设计要求，才能完成对位操作。对位好的狭缝图、透明平板、抽样图粘接固定，即可完成立体画的制作。
计算表明，在最佳观看距离处看，立体画的视场角小于40°时，抽样图的样条宽度满足均匀性要求，即当狭缝节距相等时，抽样图的节距也基本相等。设P为狭缝节距，F为狭缝缝宽，N为视差图幅数，T、n分别为透明平板或隔层空气的厚度、折射率，H为最佳观看距离，P’为抽样图节距，P’/N为样条宽度，各参数之间由下列条件制约P/H≤3×10-4眼睛的分辨率要求，在观察距离处看不到狭缝。
F≤P/N缝宽越小，有效观看范围越大，且对位越容易，但要求背后照明较亮。
P’/P＝1+T/(H×n)这是狭缝图和抽样图的对位要求，在狭缝图和抽样图上设置的对位线或其它对位标记，其位置关系满足这种比例要求时，可达到最佳效果；实际上取P’＝P也能达到可接受的立体效果。
H＝65×N×T/(n×P’)隔板厚度、样条宽度和最佳观看距离应满足的要求；该公式不是必须满足的，实际上观看范围H很大。
按各参数之间的制约关系，一个最佳设计的例子是P＝0.6毫米，F＝0.08毫米，N＝5，T＝5.7毫米，n＝1.53，H＝2014毫米，P’＝0.6011毫米。
狭缝图和抽样图的对位是狭缝光栅立体画制作过程中关键的环节，一些机械和热变形容易引起对位困难，狭缝平面、隔层、抽样图平面之间必须保证一定的平行度。为了方便对位，在狭缝图和抽样图的左右边界上设置了对位标记，狭缝图上的左右对位线平行于狭缝且距狭缝区左右边界均有数个狭缝节距，抽样图上的左右对位线平行于样条且距抽样区左右边界均有同样数量的抽样图节距。通过对位装置观察和调节，让左右对位线尽可能重合，然后胶合固定好立体画，如果左右对位线完全重合，立体画的质量就很高；当狭缝图和抽样图的左右对位线不能重合时，保证其相互平行，也能得到好的立体画。把抽样图印制成小块，在狭缝图后面拼接对位，也能部分消除变形对对位的影响，拼缝由于狭缝的遮挡并不为人所见，但对位效率较低，在制作大幅面的立体画时可用这种方法。对位标记还可是十字形的，分布在狭缝图和抽样图的周边上，对位的目的首先是满足狭缝和样条之间的平行性，然后才是满足重合性。
灯箱广告、居室装饰、橱窗展示等对立体画有大量的需求，目前狭缝光栅立体画、柱镜板光栅立体画的制作方法具有批量小、成本高的限制。本发明所提供的立体画制作方法优点在于复合大批量、低成本、高效率的生产要求，可以作为大众化的展示品出现在居室、橱窗、展厅及灯箱广告中。
图1是狭缝光栅示意图，其中包括狭缝图(1)、狭缝区(2)、对位线条(3)。
图2是抽样示意图，其中包括抽样图(4)、抽样区(5)、对位线条(3)。
图3是狭缝光栅立体画的横断面示意图，其中包括照明灯箱(6)、抽样图(4)、透明平板(7)、狭缝图(1)，抽样图(4)、透明平板(7)、狭缝图(1)胶合成一块整体，搁置在照明灯箱(6)的前窗口上。
图4是狭缝板和抽样图的几种组合方式示意图。如图4a所示，狭缝图(1)和抽样图(4)印制在透明平板(7)的前后表面上，这种方式只能印制一些简单、粗糙的立体画；如图4b所示，印制在透明胶片上的狭缝图(1)粘贴在透明平板(7)的前表面，与印制在承印材料(8)上的抽样图(4)对位后粘接在一起，是最常用的组合方式；如图4c所示，粘贴在薄透明平板(7)后表面的狭缝图(1)隔开一定距离，与粘贴在透明或半透明板(8)上的抽样图(4)对位固定，这种组合方式可用在大幅面立体画的制作中；如图4d所示，印制在透明胶片上的狭缝图(1)被两片薄玻璃(7)夹紧固定形成狭缝板，印制在承印材料上的抽样图(4)被两片薄玻璃(7)夹紧固定形成抽样图板，二者隔开一定距离对位并固定；如图4e所示，狭缝图(1)印制在透明胶片上，抽样图(4)印制在较薄的承印材料上，二者对位平贴在厚透明平板(7)的前后表面，然后用两片薄透明平板夹紧固定。在以上五种组合方式中，4b、4c具有实用性。
图5是狭缝板和抽样图的胶合对位装置示意图，望远镜(10)的支点(11)、平面镜(12)、狭缝板(1)的位置固定不变，抽样图板(4)可以通过调节螺钉(9)进行微调，望远镜(10)的观察方向可以调节，支点(11)的位置相当于立体画的最佳观看点，调节螺钉(9)直到在望远镜(10)中观察到左右对位线(3)的上下方均最大程度重合为止。按对位装置示意图组合的立体画具有很高的对位精度，但并不是必须的，在立体画组装过程中，直接用眼睛观察对位也可满足要求。
下面结合图示给出两个实施例。
实施案例一通过平移像机法，用反转片拍摄静物，获取5幅视差图象，扫描输入计算机，利用Adobe公司的Photoshop软件调整数字图象的大小，例如2200象素×1550象素，然后压缩横向象素点个数，图象变为440象素×1550象素，按前述数字图象的象素合成方法编制软件合成抽样图(4)，抽样图(4)的大小重新变为2200象素×1550象素，将抽样图(4)在彩色喷墨打印机上以A4幅面，200dpi的分辨率打印出来，或者在苹果机制作分色片，然后制版印刷；狭缝图(1)为黑白二值图象，利用软件设计狭缝图(1)，黑白象素个数比为4∶1，图象大小为2200象素×1550象素，通过激光打印机以A4幅面，200dpi的分辨率打印在透明胶片上，或者制作印版印刷在透明片上；按图4b、图5所示的方法对位，粘接固定，安装在照明灯箱前窗口上。
实施案例二拍摄或用3D Studio软件制作5幅视差图象，输入计算机合成抽样图(4)，将抽样图(4)制成1∶1负片印相复制，或者制成小负片，在放大机上放大复制；设计狭缝图(1)，制无网线凸版，印制在透明片上；按图4b、图5所示的方法对位固定，安装在照明灯箱前窗口上。
权利要求
1.一种狭缝光栅立体画的制作方法，其特征在于，通过激光打印方式或制版印刷工艺复制狭缝图(1)，采用彩色打印、印刷或印相放大方式复制抽样图(4)，然后将抽样图(4)平行置于狭缝图(1)之后，狭缝图(1)和抽样图(4)隔开一定距离对位并固定，形成狭缝光栅立体画。
2.如权利要求1所述的方法，其特征还在于，狭缝图(1)和抽样图(4)周边上印有对位标记。
3.如权利要求2所述的方法，其特征还在于，狭缝图(1)和抽样图(4)通过由望远镜(10)、平面镜(12)及微调机构组成的对位装置进行对位。
4.如权利要求3所述的方法，其特征还在于，抽样图(4)分块印制成小图，在狭缝图后面拼接对位。
5.如权利要求1所述的方法，其特征还在于，抽样图(4)由视差图象通过数字图象象素合成，然后制成分色片制版，或制成1∶1的负片。
6.如权利要求1所述的方法，其特征还在于，抽样图(4)由视差图象底片放大狭缝遮挡法合成，然后通过电子分色制成分色片制版，或制成1∶1的负片。
7.如权利要求1所述的方法，其特征还在于，抽样图(4)由视差图象狭缝掩模印相合成，然后通过电子分色制成分色片制版，或制成1∶1的负片。
8.如权利要求5所述的方法，其特征还在于，抽样图(4)通过彩色打印机输出，或由彩色喷绘机输出。
9.如权利要求5或6或7所述的方法，其特征还在于，抽样图(4)由1∶1负片印相制成。
10.如权利要求5或6或7所述的方法，其特征还在于，抽样图(4)采用PS版胶印工艺复制，分色片的网线不低于200线。
11.如权利要求5或6或7所述的方法，其特征还在于，抽样图(4)采用照相凹版印刷工艺复制。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征还在于，抽样图(4)的承印材料为塑料薄膜或铜版纸。
13.如权利要求1所述的方法，其特征还在于，视差图象通过三维图形软件设计制作。
全文摘要
本发明提供了一种制作狭缝光栅立体画的方法,包括制作视差图象,设计狭缝图(1),由视差图象合成抽样图(4),狭缝图(1)和抽样图(4)的复制,狭缝图(1)和抽样图(4)对位固定等步骤。按该方案可以低成本、高效率、大批量制作狭缝光栅立体画,能满足居室装饰、展厅展示、灯箱广告等对立体画的需求。
文档编号G09F19/12GK1248758SQ9811936
公开日2000年3月29日 申请日期1998年9月23日 优先权日1998年9月23日
发明者邓兴峰, 李燕勇 申请人:邓兴峰, 李燕勇