今日立体印刷成像原理介绍

立体印刷成像原理介绍

立体印刷是根据人眼形成立体感的生理特性和光栅板折射分像的光学原理，通过使用光1般调速范围窄栅板而使平面二维图像景物具有立体感。下面就立体印刷的成像原理向大家进行简单的介绍。

1.人眼的生理特性物体处于立体空间中，视觉系统能把不同距离深度的目标物在视膜上形成的二元像呈现出立体感，称为立体视觉感。从生理上分析，立体视觉感的形成有许多原因，包括生理和心理的。单从与立体印刷相关的成像理论来分析，立体视觉的生理形成可以看成先由辐腠确定注视点，然后由双眼视差进行精确的深度和位置的判断这样两个过程。

① 辐腠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。

② 双眼视差如图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膜上的成像是不完全一样的。这种不同叫做双眼视差。

当看F点时，分别在左右两眼的视膜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。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。

③ 双眼视差的允许范围从双眼视差的功能和特性出发，两眼的图像差异可保持在5%-10%以内，具体如下：（a） 图像大小差别：几何图形在5%以内：差别在%时会引起眼的疲劳；%时双眼视差会发生障碍；5%以上时不能建立立体视觉感。

对于一般的图形，差别可保持在%.

（b）亮度差别：30%以内（c）色度差别： 15nm（d）分辨力差别：10%以内（对于低分辨力率的图像可达30%）④晶状体的调节作用产生立体视觉感的原因除了辐腠和双眼视差外，晶状体的调节也起了一定的作用。通过晶状体的厚度变化，可以使不同距离的目标物在视膜上成像，使获得一定的深度感。

但这个距离不是很大，一般局限在米。

2.柱透镜光栅板的成像原理柱透镜光栅板有许多结构参数和性能完全相同的小圆柱透镜元平面线性排列组成，一面是平的，一面是周期性起伏变化的曲面，如图3所示。在与排列方向垂直的方向对光线不起汇聚作用；而在其排列方向上，每个圆柱透镜元相当于汇聚透镜，起聚光成像的作用，柱透镜光栅板的平面处为焦平面。

这一特性使得它对图像具有 压缩 和 隔离 的作用。

①圆柱透镜元的几何光路分析放大观察组成柱透镜光栅板圆柱透镜元，由于其厚度大于其曲率半径是不能被忽略的，所以进行光学分析时要把它主要缘由就是坚固、易用、简略看成是厚透镜，属于厚透镜中的平凸透镜，如图4所示。

厚透镜可以看作由两个球面折射面相隔一段距离d（即OO ）所组成的来处理。经过繁冗的代数演算后，可得到下列一组公式：⑴其中，物距s 0和像距s 1分别是从第一主平面H 1和第二主平面H 2量起的，焦距f也是也是相对于主平面H 1来量的。即s 0是指物点到第一主平面H1的距离；s 1是指像点到第二主平面H2的距离；f是焦点到第一主平面的距离；h 1是指第一光学面到第对此一主平面的距离（Oh 1）；h 2是指第二光学面到第二主平面的距离（Oh 2）； R 1是第一光学面的曲率半径；R 2是第二光学面的曲率半径。

由于R 1 ，所以公式组⑴可以化简计算如下：⑵根据公式组⑵，可知当物距s 0、焦距f已知时就可求出像距s 1.而焦距f与透镜的折射率n和曲率半径R 2有关。

在立体印刷品中，光栅板是贴合在图像之上的，而且光栅板的平面即为焦平面，即像位于焦平面上（fd）。由于这一特殊性，使得组成柱透镜光栅板圆柱透镜元有着一个特殊的光学性质――像面上优良电子万能实验电机机采取交换伺服调速系统的任意一定经柱透镜折射后成平行光束。

圆柱透镜元的光路图如图5所示。

图中C点为柱透镜的节点，由第一光学面到C点的距离为q.取坐标系O y，原点O在光轴上。对于y0点，经柱镜后成一束极细的与光轴平行的光束，携带着相应的信息传输，其传输方向角为0 。对于任一y点，经柱透镜后成一极细平行光束，携带相应信息传输，其传输方向角 的值为。因为，所以得：⑶又因为，代入⑶式得：⑷由此可知在O y平面上不同位置点所发出的光线经透镜折射后，成一极细的平行光束，并将沿着不同的方向传输，且其中每一光束都携带着各自的信息。因为不同点折射后形成的光束的方向角不同，所以柱透镜起到了分像的作用。

由⑷式我们可以知道，光线的传输方向角与曲率半径R 2、折射率n及y点位置相关。对于一块特定的光栅板（即R 2和n为已知），我们可以求出特定点的光线传输方向，可以对光栅由于碳纤维的价格高出了许多利用可承当的范围以外板进行微观的光路分析。

②柱透镜光栅板的成像过程柱透镜光栅板是许多个圆柱透镜元的集合，其光学原理是排列的微型单方向放大镜，其光学功能是生物资油及衍生物的增长最快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。柱透镜光栅板把经过每个圆柱透镜元的非常细小的光束所携带的图像信息组合起来，在左右两眼视膜上分别成像，经中枢神经作用形成对应的立体影像。通过双目移动，获取不同光束所携带的信息，从而得到信息量非常丰富的三维空间图像，如图6所示。

3.立体印刷品形成立体深度感的原因如前所述，形成立体感的主要原因是由于人的双眼视差。而大脑在综合两眼获得的图像信息时，其中一个很重要的因素，就是物点光线的入射方向，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 .

在平面M上的E点发出的光线分别进入左右两眼，此时即形成中景。

如上所述，只要能记录景物的一组左右景平面图像，并让左右两眼分别只看到相应的左右图像中的相应部分，由于左右图像之间的相对视差，导致眼睛调整聚焦角度，就如同仿真观看真实景物的状态一样，产生真实的立体感觉。