CN100361024C - 高素质立体照片及动画的制造方法及其相关设备 - Google Patents

Abstract

本发明是一种制造高素质立体照片的方法及设备，利用计算的方法，求得投射光束角度、每幅平面照片的曝光交数、总曝光次数、每次曝光时改变透镜与光栅片的相对角度、起始曝光时透镜与光栅片的相对角度，以达到记录在光栅片的条纹影像能紧密地排列而又不互相重叠；一种能依据上述计算结果的要求而改变光束角度及能改变每次曝光时透镜与光栅片间的相对角度的照片制造设备。使用本发明可以合成清晰及低失真的高素质立体或动画照片。

Description

高素质立体照片及动画的制造方法及其相关设备

技术领域

本发明涉及高素质立体照片及动画及动画的制造方法及其相关设备

背景技术

光栅类立体照片的影像是由多幅不同角度拍摄的平面照片构成。图1所示为一个典型的制造立体照片方法。用立体相机10拍摄物体12得到一组由a，b及c所组成的平面照片14。再将a，b及c的影像分割及压缩后依次序放到光栅片F背面的感光材料D上便成为一幅立体照片。

一般利用光学原理的合成方法是依次序将平面照片经由放大机的镜头投射在光栅上，放大的平面影像透过光栅上的微型半柱状透镜压缩为条纹状影像曝光在透镜背后面的感光膜或感光材料上。图2是平面照片b的一个部分经由放大镜G投射到光栅片F上的示意图。图中平面照片sb1的影像条纹，经过放大镜G及光栅片F上的半柱状光学透镜C被压缩为一条垂直影像b1曝光在透镜C背后的感光材料D上。

合成立体照片时，最重要是条纹状影像的排列要十分准确及整齐，每条纹状影像之间如留有空隙或有重叠，都会影响到合成立体影像不均匀，有损立体照片的清晰度及造成失真。因此，控制条纹状影像的准确及整齐的排列对于合成立体影像的清晰是十分重要的。

图3a是理想的条纹排列状态。各条纹都准确地一条接一条没有留下空隙地排列而条纹间又没有重叠。图3b及3c都不理想。图3b中各条纹间都留下空隙而图3c中各条纹都重叠。

最理想的情况是每个透镜背面的条纹影像的数目是与平面照片的数目相同，及每条条纹影像的宽度等于θ/N(θ是透镜的角度，N是平面照片的数目)。图4是3幅平面照片在最理想的每幅照片曝光一次的情况下，所形成的条纹影像图。θ是光栅片F的透镜角度。条纹a1，b1及c1与透镜C的中心点H各别形成θ1、θ2及θ3的角度而θ1＝θ2＝θ3＝θ/3。

但由于光学原理上及放大倍数等的限制，在实用的情况下，每条条纹状影像的宽度是比θ/N细，在这情况下，需要对每幅平面照片作多次重覆曝光来增加条纹状影像来填满透镜的角度θ。图5是3幅平面照片在每幅照片作2次重覆曝光下所形成的条纹影像图。其中θ1＝θ2＝θ3＝θ/3而θ11＝θ12＝θ21＝θ22＝θ23＝θ1/2＝光束角度。

发明内容

本发明是一种制造高素质立体照片及动画及动画的方法及其相关设备，最重要是本发明利用计算的方法来确定

1.每个透镜内条纹影像的数量N；

2.每个平面照片的重复曝光次数(条纹影像数量)R，R≥1；

3.每次曝光改变透镜的旋转角度ω＝φ＝θ/N，θ是光栅片的透镜角度；

4.投射光束的角度φ＝θ/(N*R)；

5.起始时投映板的角度ωa＝ω*(N/2-0.5)，

来保持条纹状影像最准确的排列来达到最高素质的合成的立体或动画影像。

附图说明

下面是本发明的附图说明：

图1是一个典型的制造立体照片方法；

图2是平面照片的一个部分经由放大镜投射到光栅片上的示意图；

图3a是理想的条纹排列状态；

图3b是留有空隙的条纹排列状态；

图3c是重叠的条纹排列状态；

图4是3幅平面照片在最理想的每幅照片曝光一次的情况下，所形成的条纹影像图；

图5是3幅平面照片在每幅照片作2次重覆曝光下所形成的条纹影像图；

图6a是一台依据本发明而设计出来的立体照片放大机示意图；

图6b及6c是表示图6a所示的放大机在运作时投映板的不同角度；

图7是光束角度及透镜角度的示意图；

图8a，8b及8c是表示制作一幅由3幅平面照片组合成的立体照片时光栅片的旋转角度及光束投射角度。

具体实施方式

本发明的详细说明如下：

本发明是利用光学原理，将多幅不同角度拍摄的平面照片，依次序经由放大机的镜头，投影在光栅片上并经由光栅片上的微型半柱状透镜分割及压缩为条纹状影像曝光在透镜后面的感光材料上成为一幅立体照片。

图6a是一台依据本发明而具体设计出来的立体照片放大机的示意图。图中62是光源，其所发出的光线经过64的滤色片调节颜色后，照射在放在照片夹68上的平面照片b上，将b的影像，经由变焦镜头G投射到投映板K上。镜头G的焦距是f，镜头G与照片b的距离为V而G与投映扳表面K1的距离为U。U，V及f的长度均可独立调节，以配合运作时需要的放大倍数及光束角度，而V，U及f间的关系由公式1/f＝1/U＝1/V所决定。光栅片F则放在投映板表面K1上。如图2所示，光栅片F上的微型透镜C会将投射到光栅片上b的影像分割及压缩后记录在光栅片背后的感光材料D上。

图6a中66所标示的为一光圈装置，用以调整镜头G的有效直径J。而图6a中6 30所标示的为一个装设在投映板表面与镜头光轴M交流点上的枢轴，使投映板能够以这枢轴为中心作顺时针或逆时针方向旋转。光栅片的厚度一般都在一毫米内，所以在实用上，枢轴630等同光栅的曲面中心点H。

当合成立体照片时，多幅不同角度拍摄的平面照片会被依次序放在照片夹68上而将照片的影像投射到投映板的光栅上。相对于每一幅不同的平面照片，投映板K会被旋转到对应的角度，使平面照片的影像能够被记录在光栅片F的感光材料D上的适当位置。

图6b是当平面照片a被投射在光栅片F上时的一个具体实施例。这时投映板K以枢轴630为中心由水平状态逆时针方向旋转ω度，使到a的影像被投影到光栅片F上时被光栅片上的微型透镜C分割及压缩成条纹状影像并记录在各相对的微型透镜左下面的感光材料D上的a1位置。参见图8a。

图6c是当平面照片c被投射在光栅片F上时的一个具体实施例，投映板K由水平状态顺时针方向旋转ω度。如图8c所示，由微型透镜C所压缩而成的各条纹状影像被记录在C的右下面感光材料D的c1位置。

这里要说明的是，虽然在上述具体设计中，使用了光源、滤色片、照片夹及平面照片等的描述，不过本发明不单是限于使用平面照面，而是可以使用例如LCD屏幕、电视屏幕、电脑屏幕、影像投射器等设备来代替光源、滤色片、照片夹及平面照片等设备，将由LCD屏幕等设备所产生的影像，经过镜头G而投射到投映板上。平面照片上的影像，可以是由传统相机或数码相机或数码摄录机拍摄而得来，也可以是由电脑设备制造出来。而LCD屏幕、电视屏幕上的影像，可以是由拍摄得到的平面影像转化而来，也可以是由电脑设备制造出来。

另一点要说明的是本发明不仅可以将一系列由多个不同角度拍摄的影像记录到光栅片上并因此而得到一幅立体照片，本发明也可以将一系列于不同时间拍摄到的影像，又或是将一系列有不同颜色、大小、形状或内容的影像记录到光栅片上而得到一般称为动画的照片。由于制造立体照片或动画的方法是完全一样的，所以这里仅以制造立体照片的方法说明本发明，使说明得以更清楚及容易明白。实际上本发明包括制造立体照片及动画及动画的方法及制造上述各种照片的设备。

平面照片的影像，经过透镜G，聚焦在微型透镜的曲面中心点H上。见图7。光圈装置66会限制射到H点上的光线角度。将连接光圈装置边缘与H点的直线11及12所产生的角度φ定义为光束角度。光束角度φ是决定于有效光圈直径J及光圈至微型透镜的曲面中心点H间的距离。有效光圈直径J可用

J＝f/FR

求得。其中f是镜头焦距而FR是焦距比例(一般写作f/#)。而光圈至H点的距离则用镜头G至投映板表面K1的距离U代替。求取光束角度φ的公式是，φ＝2*arctan(J/2U)

图7中虚线70是分开各光栅的假想线。由曲面中心点H向虚线70及感光材料D的交叉点伸延的两条直线b11及b12所形成的夹角是透镜角度θ。每一个光栅背后的感光材料都是一个独特的立体画素，用作记录一组连续角度的立体影像资料。每一组资料所记录的角度就是这个透镜角度θ。

图7中，透镜G正在投射包含在由直线11及12所形成的夹角φ范围内所有的立体影像资料到感光材料D上并记录在d1中。

在最理想的情况下，要将一组N幅的平面照片合成到光栅上时，需要在每一个微型透镜下压缩成N条条纹影像。这样投射光束角度就需要是透镜角度的N分之一，而投映板每次旋转角度ω也同样是透镜角度的N分之一。

ω＝φ＝θ/N

调节φ的方法，可以是单独改变透镜G的焦距，或光圈的焦距比例FR(f/#)又或是透镜至投映板表面K1的距离U。当然更可以同时改变这三项参数以得到适当的光束角度φ而又能同时符合放大照片时对以上各参数的要求。

在合成立体照片时，首先计算光束角度φ及旋转角度ω，调节光束角度至φ，将第一幅平面照片放到照片夹上并投射到放在投映板的光栅片上。将投映板旋转到一定的起始投射角度ωa，这时，条纹状影像的位置便会移到一个光栅中的一边并紧贴着分开各光栅间的假想线70。当记录了这幅平面照片的资料后，将第二幅照片放到照片夹上并将投映板旋转ω度。这时条纹影像会被投射到紧贴第一幅的条纹影像旁而又不重叠第一幅的影像。对每一幅平面照片都作以上同样投射及旋转投映板的动作至完成最后一幅照片。这时，最后一幅照片的条纹影像会恰好地紧贴着这个光栅另一边最边缘的位置。

投映板起始投射角度ωa由以下公式提供，

ωa＝ω*(N/2-0.5)

在合成立体照片时，若投映板每次都作顺时针方向旋转ω度，则投映板的起始位置便是将投映板由水产方向逆时针旋转ωa度。反之，若投映板在合成立体照片时作逆时针方向旋转，则起始位置便是由水平方向顺时针旋转ωa度。

图8是一系列相对于合成由3幅平面照片a，b，c所组成的立体照片时的具体实施例。N＝3，光束角度φ＝θ/N＝θ/3。而每次旋转角度ω＝φ＝θ/3。起始投射角度ωa＝ω*(N/2-0.5)＝ω。先将投映板由水平方向逆时针旋转ωa度。再将a的影像投射到光栅片F上。调节光束角度至φ。参考图8a。这时a的条纹影像a1会出现在光栅的左面，紧贴著分隔光栅线70。将投映板顺时针方向旋转ω度。再将b的影像投射到光栅片上。这时b的条纹影像b1会出现在a1的右邻，紧贴著a1而不重叠。参考图8b。再将投映板顺时针方向旋转ω度，及将c的影能端到光栅片上。这时c的条纹影像c1会出现在b1的右邻，紧贴b1而不重叠b1。因为c是最后一幅平面照片，所以c1又会紧贴这个光栅另一面的分隔线70。

镜头光轴M，将光栅片分开成左右两半。上述的各组条纹影像会由光栅一边的分隔线排列至光栅另一边的分隔线的情况，严格来说，只会出现在光栅片中最中间的一个光栅下面，亦即最接近光轴M的一个光栅。在其余的各光栅中，由于投射角度的略为不同，各组条纹影像都不会完全地排列在各相关透镜的正下方，而会略微偏向一方，并且会与其相邻的两组条纹影像产生空隙及重叠。但由于各组条纹影像是以与光轴M的距离的关系而逐渐偏离基所属的微型透镜，而各光棚的宽度是极幼细的，所以任何两组相邻条纹影像间因投射角度的略为不同而引起的相对偏离是极微少的。实际上来说，各组条纹影像仍然是互相紧贴而不重叠的。

由于光学原理上及放大机倍数等的限制，在实用的情况下，光束角度很多时都少于θ/n。这时便要增加每幅照片的曝光次数到2次或以上，使条纹影像能填满透镜角度θ。

设每幅平面照片重覆曝光次数为R，R≥1。

每个微型透镜下的条纹影像数目是N*R。

总曝光次数是N*R。

光束角度φ＝θ/(N*R)。

旋转角度ω＝φ＝θ/(N*R)。

起始投射角度ωa＝ω*((N/R)/2-0.5)。

在具体计算时，可将R由一开始，每次加一，使到所需光束角度φ＝θ/(N*R)逐渐减少，直至一个可以实现的光束角度。

合成由每幅平面照片作多次曝光的立体照片的方法如下：投射第一幅平面照片到光栅片上，将投映板旋转到起始角度ωa。曝光一次。平面照片不变，旋转投映板ω度，再曝光。如是者对同一幅平面照片共曝光R次。之后，同样地投射每一幅平面照片到光栅片上，对每幅照片重覆旋转投映板及曝光的动作R次，直至完成所有平面照片。

Claims (4)

1.一种制造立体照片或动画的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

根据光栅片的透镜角度θ及平面照片的数目N

利用φ＝θ/(N*R)计算投射光束角度φ；

每幅平面照片的曝光次数为R，R≥1；

计算总共曝光次数N*R；

利用ω＝φ＝θ/N计算每次曝光时改变透镜光轴与光栅片相对的旋转角度ω，其中；

利用ωa＝ω*(N/2-0.5)计算起始曝光时透镜光轴与光栅片的相对角度ωa，其中；

以达到记录在光栅片内的条纹影像能紧密地排列而又不互相重叠；

依据上述计算的所得结果调节光束角度及每次曝光时透镜光轴与光栅片的相对角度而将上述各平面照片的影像照片计算所得的次数曝光并记录到光栅片上，其中，调节光束角度φ的方法，可以分别单独改变焦距或光圈的焦距比例或透镜至投映板表面的距离，也可以同时改变这三项参数。

2.根据权利要求1所述的制造立体照片或动画的方法而设计的照片制造设备，其特征在于，由以下数个部分组成：

由多于一个角度投射多于一幅并不完全相同的平面影像于光栅片上；

一组能调节光束角度的设备，使光束角度能依据计算结果而调节到所需角度；

一块能旋转的投映板，使透镜光轴与光栅片在每次曝光时能依据计算结果而旋转到所需角度。

3.根据权利要求1所述的制造立体照片或动画的方法而设计的照片制造设备，其特征在于，由以下数个部分组成：

由多于一个角度，将由光源、滤色片、照片夹及平面照片所组成的设备所产生的多于一幅并不完全相同的平面影像，投射于光栅片上；

一组能调节光束角度的设备，使光束角度能依据计算结果而调节到所需角度；

一块能旋转的投映板，使透镜光轴与光栅片在每次曝光时能依据计算结果而旋转到所需角度。

4.根据权利要求1所述的制造立体照片或动画的方法而设计的照片制造设备，其特征在于，由以下数个部分组成：

由多于一个角度，将由LCD屏幕、电视屏幕、电脑屏幕、影像投射器等设备所产生的多于一幅并不完全相同的平面影像，投射于光栅片上；

一组能调节光束角度的设备，使光束角度能依据计算结果而调节到所需角度；

一块能旋转的投映板，使透镜光轴与光栅片在每次曝光时能依据计算结果而旋转到所需角度。

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