立体印刷光栅原理.doc

立体视觉的产生原理当两眼同时凝视某一物体时，若物体很远，则两眼的视线基本平行。而当物体靠近的时候，两个眼球便向内旋转，视线在物体处相交。两眼的这种动作叫辐腠。辐腠对深度感的形成有直接作用。由辐腠引起的深度感对近距离20m以内有效，远距离时其效果显著减小。人们在观察物体时，很自然地产生立体感，这是因为人用两只眼睛观察，两眼之间有一定的距离，与物体之间形成一定的夹角，左右两眼所看到物体就会产生差异视差，这种视差所构成的图像，反映到大脑，便产生了远近的空间和立体的感觉。要在二维的平面图像上，观察出三维的立体效果，就是要利用两眼产生视差的原理。 如图2.1所示，两眼瞳孔间在水平方向上有一定距离（目距a），在观看物体时与物体之间形成了一定的夹角，所以物体在左右两眼视网膜上的成像是不完全一样的，这种不同叫做双眼视差。 图2.1双眼视差 如图2.2所示，当看F点时，分别在左右两眼的视网膜f与f处成像。而比F远的E点和比F近的G点分别在e、e和g、g的位置成像。显然E、F、G在左右两眼的视网膜上成像的几何位置不同，于是经大脑综合左右两眼得到的不同的影像就产生了纵深感。图2.2双眼视差形成立体感 一般用、表示会聚角（辐腠角），用（-）、（-）表示相应的视差角。物体在左右两眼所形成的像在一定的视差范围内能很好地融合成一个，构成深度和位置的信息。这时产生了对深度的知觉和具有立体视觉感。双眼视差知觉深度的范围，基本上是由两眼像融合范围决定的，并不是很宽。但双眼视觉对深度差别的分辨在有效范围内是有很高的精度的。由于辐腠和双眼视差的共同作用才能在较宽的范围内得出正确的立体视觉感。 光栅成像原理利用柱透镜光栅板实现立体成像源自于双眼视差,即利用人的双眼视差和辐腠所构成的深度感实现人意识中的图像立体感。因此理论上讲,只要从两个或以上不同的视角取得景物的一组图像便可合成出立体图像。 柱透镜光栅板是许由多个(立体图像的输出幅面和光栅板的线数决定)半圆柱透镜元的集合，其光学原理是：整个光栅板就是一个微型半圆柱透镜单方向排列的放大镜，其光学功能是将平面影像单方向压缩及放大，所以柱透镜光栅板能容纳大量的平面影像并保持平面影像的完整。将压缩成条纹状平面影像，以左右景顺序排列在透镜焦平面上相应的位置，子图像以条纹状态记录在同一张立体图像上，如图2.3所示。 图2.3柱透镜光栅板成像原理 在观察时,也利用圆柱光栅板的光学光路互逆效应,使人双眼看到的是同一景物的各个“不同视角”的不同的像,于是人的视觉意识中就产生具有视差深度效果的立体图像，如图2.4所示。透镜光栅立体成像就是将柱透镜光栅覆盖在合成的立体图像上。由于柱透镜光栅是由许多结构参数和性能完全相同的小圆柱透镜组成的，它对图像具有“变异”和“分离”的作用，因此通过柱透镜光栅观测到的合成图像具有更强的立体动画效果。 柱透镜光栅形成的凹凸面把图像等距离地分割成无数像素，起到把像素分别映入左右眼的作用，人眼看到的是各自相对应的图像。由于左右眼视角不同，重合的图像通过视觉神经便产生了立体感，当观察角度发生了变化即可产生立体动画效应，从而不再需要专用工具就可以成像。 从上图中我们看到，柱透镜光栅板是由数目巨大、完全相同的柱镜组成。柱透镜的一面是具有一定曲率半径R的周期性起伏变化的半圆柱面，另一表面是平面。在某一方向相当于平行平板，对光线不起汇聚作用，而在与其正交的水平方向，每一柱镜相当于汇聚透镜，起聚光成像的作用。 柱面的曲率中心不是一个点，而是一条直线。光线通过柱面透镜时，沿曲率中心直线的方向上不产生光的折射，而沿曲率中心直线的垂直方向将产生光的折射，其折射规律与通过单个球面的折射完全一样。柱透镜光栅的折射示意图如图2.5所示。处于柱透镜光栅片后表面不同部位的像点所反射或投射的光经过柱透镜后，以不同角度向外发散。立体印刷图像处理的方法立体印刷图像处理方法 人的大脑在综合两眼的图像信息时，其中一个很重要的因素，就是物点光线的入射方向，人眼可根据各物点发射(或反射)到人眼光线的方向，判定该物点的方位及远近。 平面印刷品不能形成深度感的原因见图3.1,由于双眼观看a、b、c像点时视线交角均位于像平面上，所以人眼可以判定平面印刷品上的所有的像点均在同一水平面上。 对单幅平面图像立体处理时，首先应按照景物在对单幅平面图像立体处理时，首先应按照景物在空间中的深度分布，把图像中的景物分为前景、中景和后景，或者更多的图层。然后模拟双眼视差从不同角度获得图像的原理,将前中景和后景分别复制成N幅,组成各自的图像序列,把每一个图像序列按照一定的方向平移,使同一序列中的N幅图像间具有相等的位错。不同的景物根据显示时和像平面距离的不同而位移量不同。最后将同一序列中N幅图像依次抽样组合成一幅竖状条纹合成图,从而在选定柱镜光栅作用下呈现立体。在对图3.1中的单幅平面图像进行立体处理时,根据立体视觉的成像规律，将前景和背景图像做相应方向和大小的位移。 如图3.2所示，前景图像a左移,中景图像b不移动，后景