专利名称：全聚焦三维照相机与三维图象的构成的制作方法
三维照相的制作是在每一个微透镜内有三个像带，为了从更宽的角度为照片取景，每个像带的宽度在8.5至11度之间，以便从每一视角都能用眼看到相邻的一对立体像对，且图象完全聚焦。本发明还提出一种三镜头照相机用于拍摄此类相片。
在柱镜式三维(3-D)摄影中，通过水平布置的多个优化点摄取景物的多个二维(2-D)的像，然后将这一系列的二维图象压缩并印制在柱镜屏的每一个柱镜的焦面上，以形成景物的三维合成图象。
过去至少需要用4个二维的像来组成一个三维图象，而多个压缩的二维线条状(Lineiform)像带中的每一个在微透镜中都占有相等的宽度。而且总是用偶数个像带。多个像可以印在单一的带内。这种情况通常是指W/N，其中“W”是每一个微透镜的宽度，“N”是总构图中所用的二维像带的数目，并且立体像对的线条状(Lineiform)像带的设置是相对于微透镜的柱镜屏的曲率中心具有对称关系。
当一个人进行三维照相的取景时，理想的情况是双眼看到相邻的二维线条状像带的立体像对。如
图1所示，眼睛可以看到像带1和2，像带2和3或者是像带3和4，这样可以保持二维像对之间的适当的视差，以便在焦上建立一个三维图象而且不致于模糊。视差是物镜视场中一个元素位置的明显偏移，这是由与这个元素的位置和观察该元素的地点有关的变化引起的。过去在三维摄影取景时，双眼并非总是看到由相邻的二维像带所形成的立体像对。根据照相取景的角度和位置，经常可能看到如图1所示的非相邻的立体像对，如像带1和3，像带2和4或者像带1和4。当双眼看到由于非相邻的像带所产生的立体像对时，并不能使这一对像融合在一起而形成一个实象，因为非相邻像带之间存在过多的视差。
过去用于组成三维照相的二维图象的最低数目是4，而印相材料的微透镜的正常视角约为20至30度。因此，每个二维像带所覆盖的角度小于7.5度。通常观测距离为15英吋时，两眼将观测到微透镜约10度的角。除非三维照相精确地位于两眼中心的垂直线上，否则双眼就会看到非相邻立体像对，这些像对是如图1所示的像带1和3，像带2和4，或像带1和4所形成的。
美国专利第3895867号(LO等人)披露了一种制作三维照片的方法，其中设置了线条状(Lineiform)像带，其中指出4个或更多个线条状(Lineiform)像带以对称的方式顺序排列在与微透镜屏曲面中心相交的垂直线两边。Okoshi在《三维图象技术》(1976)一书的71-88页中揭示了三维印像中在乳胶上像的扩展方法。
以下的美国专利中也揭示了有意义的内容第3953869(LO等人);第4037950(LO等人);第4063265(LO等人)和第4086585(LO等人)。
本发明的目的之一是制作一种更高质量的自动立体三维照片。特别是其目的在于制作一种可在更大的视角和距离范围内，全聚焦而无模糊地进行观察的照片，这种照片不同于已有的三维照相。本发明的更进一步的目的是制作一种特写景物的三维照片，其中在相邻的立体像对之间视差增大以给出具有更大景深的照片。
本发明的另一个目的是提供一种能够实现上述目的摄取图象以产生三维照片的照相机。
发明人发现上述目的可以通过以下方式达到，即将照相机拍摄的二维像的数目限制到3个，并且增大每个线条状像带的宽度，使之至少为8.5度角。当每一个二维像带的宽度至少是微透镜的8.5度角时，就可以防止眼睛同时看到像带1和3。既使万一眼睛同时看到像带1和3，由于通常近距离拍摄的生活照中，非相邻像对之间有过多的视差，因而眼睛不可能把这两个像融合在一起，因此照片似乎是在焦点之外。为了适应两眼的视角而把像带的宽度从7.5增加到至少8.5度，则作为主体像对将会只能看到如图4所示的像带1和2或者是像带2和3，而且仍保持有适当的视差，所以眼睛可以把立体像带对融合在一起以重建一个唯一的而且轮廓明晰的三维像。把二维像带的数目限制为3个这一点是与过去的技术教导相违背的，过去认为二维象的数目更多时所制作的照片具有更好的三维效果，而且像对之间的过渡会更为平滑。过去还认为微透镜中应当有偶数个像带以适应人有两眼这一事实。一种具有三个距离相等的镜头的三镜头照相机用于上述的目的以制作本发明所需的照片。
图1表示通常的三维照相的取景方式，其中4个像带按对称次序排列于柱镜屏中心的两边。
图2表示图1中的微透镜，其中的视角向柱镜屏的右方倾斜。
图3表示图1中的微透镜，其中的视角向柱镜屏的右方倾斜。
图4表示通过微透镜的三个像带为三维图象取景，该微透镜覆盖8.5至11度的视角。
图5表示图4中的微透镜，其中的视角向柱镜屏的左方倾斜。
图6表示用一个三镜头照相机拍摄立体画面的方法。
图7表示由三镜头照相机拍摄的立体画面合成印制到柱镜照相材料上的过程。
图8表示立体柱镜照相材料，其中示出多个微透镜，每个微透镜具有三个像带。
图9是本发明的三镜头照相机的正视图。
图1表示一个人观察在三维画面的微透镜1中的立体像对2和3。微透镜具有4个二维的线条状(Lineiform)像带I(1、2、3和4)。像带1和2，像带2和3，像带3和4构成立体像对。这些像带I是在感光材料上形成的。图1表示人的眼睛2L和2R观看微透镜，该透镜设有一条垂直线通过4的中点并与观测者两眼2L和2R的中点相交。两眼的距离为2 1/2 吋，即人类双眼之间的平均距离。当眼睛与照片的距离为15英吋时，视角覆盖约为10度的范围。当照片按上述方式放置时，观察者将看到立体像对2和3，这两个像覆盖15度的角，其中包括10度的观测角。眼睛聚集于微透镜1的焦面3上。
图2表示当照片与微透镜中心和双眼中心之间的垂线保持几度的偏斜时观察微透镜的情形。本图中照片的放置是照片朝柱镜屏4的右方倾斜。视角是10度而且每个像带的宽度是7.5度，这样放置时眼睛将看到非相邻的像对1和3。由于非相邻像对之间和视差，照片将变得模糊而且并非完全聚焦。
图3表示当照片沿柱镜屏4的中心与两眼中心连线向左倾斜时观察微透镜的情形。如同图2中一样，视角仍然是10度而每一个像带覆盖微透镜的7.5度。这样使得眼睛可以看到非相邻的立体像对2和4，由于这些像对之间过度的视差，所以照片变得模糊而且不能完全聚焦。
图4表示一个微透镜，其中只有三个像带I(1、2和3)。本图中观察者从一定角度观看照片，在该角度下，垂直线与柱镜屏4的中心以及两眼的中点相交。在这种情况下如果柱镜屏稍向右倾斜，则观察者会看到由像带1和2所形成的立体像时，稍向左倾斜就会看到由像带2和3形成的像对。这些像带对中的每一个占据微透镜的10度。因为视角是10度所以两眼只能看到一对相邻的像带。因此，照片可以如图5所示倾斜或者说是偏离两眼中心的位置放置，其中穿过柱镜屏4中点的垂直线与两眼连线相交之点更靠近右眼而离开左眼。在这种情况下，观察家将看到立体像对2和3。因此，通过使用三像带，其中每个的视角至少为8.5度，相对于两眼中心该照片比三维照相可以有更大程度的倾斜或偏离，在所述的三维照相中，由4个或更多个像带形成立体像对。由于每个柱镜体中只有三个像带，因此像带在微透镜中可以相对于微透镜的中心按补偿规律排列，这样从柱镜屏中心到感光材料的垂直线在中心像带的中点附近相交。
要保证眼睛只看到相邻的立体像对，根本点在于每个像带的宽度应在8.5到11度之间。如果宽度小于8.5度，在两眼之间的视角为10度时就可能会看到非相邻像对。如果微透镜的总视角为30度，则根本要点在于每个像带应不大于11度。如果大于11度，将不可能在镜中放置两个立体像对。如果只有两个15度的像带，当两眼之间的视角为10度时，则两眼只能看到一个像。
应当指出，实际上不可能有大于30度的柱镜屏，这是由于渐晕和崎变的效应所致。这里所谓的“渐晕(Vignetting)”指的是到达像带上的光线靠近柱镜屏边缘时要减弱，结果形成较暗的图象。当靠近镜头边缘时光线减弱这种效应是所有镜头都具有的。在40度或更大的柱镜屏中有可能具有更多的10度像带。但是因为有渐晕和畸变效应这样做并不实用。
因此进行高质量三维照像的唯一实际可行的技术解决方案是使用设有三个像带的大约30度宽的柱镜屏。
当像带范围可以从大约8.5至11度时，像带的宽度最好介于8.5至10度之间。因为在这个距离眼睛只能看到相邻的像对，能够产生高质量的照片。当眼睛看到非相邻的像对时就会产生畸变。
本发明的立体照片可以用一单镜头照相机拍摄。用单镜头相机拍摄这种照片的方法之一是相对于物体将相机移动到三个不同的位置，在每一位置上拍摄一次。另外也可以相对于相机把物体移到三个不同位置。为了方便起见本发明的立体照相最好是用如图9所示的一种新的三镜头照相机。
如图6所示，具有三个镜头6a、6b和6c的立体相机拍物体5的照片，每一镜头相对于目标5处于三个不同的水平位置。这样产生三个具有图象7的底片(N1、N2和N3)。如图7所示通过三个放大镜头(L1、L2和L3)或是使用单镜头放大机对底片进行合成，所说的单镜头放大机能使图象7聚焦于照片8的微透镜1的感光材料9上。如图7所示，像是通过柱镜屏4聚焦在焦点3以后达到感光材料上以形成立体像带(N1、N2和N3)。在图7所示的放大过程中，每一个像(例如N2)都被并排投影于适当的像带5内，这样多次直至填满像带的全部宽度。如果在图8的微透镜1A中的像带1也这样做的话，则像带1中的每一个像都是相同的。也可以用已有技术中的扫描印像方法，Okoshi在《三维图象技术》(1976)一书的71-88页中，公开了如图8所示把各像扩展通过微透镜1A中的每一个像带1的实例。假如想使每个像带中只有一个像，可以把放大器的光圈充分打开的使单一的像充满整个像带。
图8表示一次拍摄中的多个微透镜，每个微透镜具有3个像带，其填充的方式如上面所述。
图9所示的照相机10具有3个镜头6A、6B和6C。三个镜头置于同一水平面上且相邻镜头的距离相等。照相机的其他方面与普通相机结构一样。
本发明的柱镜结构，即每个微透镜中只有三个像带组合，这样的结构在允许比以往更宽的视角和距离之间观察照片方面有极大的优越性。并非一定有必要以相同的距离和位置观察柱镜屏，所指的位置是在合成期间二维图象投影的位置。例如，图8中的取景微透镜1A，当像带2中有多个像，此时眼睛会聚焦于此宽像带中某一特定的像，不管该像带是否以不同于拍摄时的角度来观察。当图8中的微透镜1A的像带2中有一个单像时，既使从一个与正常取景位置有斜角的位置进行取景时，仍然可以看到这个像。画面可以被倾斜或是置于不同的距离而且不会降低照片的质量，这对于已有的三维照相来说是前所未有的。
如上所述，对于一种三维照相要满足上述的目的，极为重要的是像带的宽度至少为8.5度且不超过11度。如果像带宽度小于8.5度，当照片倾斜时眼睛会看到非相邻立体像对，像带不能超过11度，否则两眼就会看到同一像带，因为不可能把两对立体像对置于每一个微透镜内。为了获得预期的三维效果，至少要有两个立体像对这一点是至关重要的。以往的三维照相中质量不高是因为有这样的事实，即当照片倾斜时，观察者经常会看到非相邻的像带。这样，当摄影者将照片置于不同的位置时，在照片中就会出现聚焦不良或畸变。这个问题的解决办法是把像带的数目降低到3个。过去总是认为至少需要4个像带，而且总应当有偶数个像带。另外，本发明还发现像带的宽度应当是在8.5至11度之间，而且微透镜的宽度应该是接近30度。所有这些特点对于产生高质量的三维照片来说都是最根本的。
权利要求
1.一种在柱镜印相胶片的感光面上形成的图象阵列，所说的图象陈列由两个立体像对组成，所说的像对在每一个微透镜的一组三像带中。
2.如权利要求1所述的图象阵列，其中每个像带占据微透镜视角的大约8.5至11度的空间。
3.如权利要求2所述的图象阵列，其中每个像带中都有同一二维景像的多个一致的像，这些像之间呈并排关系。
4.如权利要求2所述的图象阵列，其中每个像带中有一个单一的像。
5.一种三镜头三维照相机，其中三个镜头基本上处于同一水平面上，相邻两个透镜之间的距离相等，此距离由镜头焦距和使用的底片的尺寸所决定，这样当胶片投影于柱镜照相材料时由相机中心镜头所产生的像，投影于微透镜中心的照相材料上，同时，由另外两个镜头所产生的像分别投影于两边。
全文摘要
三维照相的制作是在每一个微透镜内有三个像带，为了从更宽的角度为照片取景，每个像带的宽度8.5至11度之间，以便从每一视角都能用眼看到相邻的一对立体像时，且图象完全聚焦。本发明还提出一种三镜头照相机用于拍摄此类相片。
文档编号G03B35/10GK1036642SQ8910173
公开日1989年10月25日 申请日期1989年2月1日 优先权日1988年2月1日
发明者劳国华 申请人:劳国华