CN102540687B

CN102540687B - 立体数码印像机

Info

Publication number: CN102540687B
Application number: CN201010587413.6A
Authority: CN
Inventors: 薄淑英
Original assignee: Three-Dimensional Science And Technology Ltd Co Of Beijing Kang Get Xin
Current assignee: BEIJING LANSHEN KECHUANG TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: CN102540687A

Abstract

本发明公开了一种立体数码印像机，采用直接印像原理，用高清晰LCD作为图像源，采用掩模技术缩小子像素尺寸，将点光源或线光源投射到LCD上对感光材料曝光，微位移LCD进行多次曝光提高输出图像分辨率。与三色激光直放机、写真喷绘机相比，横向清晰度提高了3倍以上，可以输出高精度的平面、立体反射片或透射片，可广泛应用于摄影、广告行业。

Description

立体数码印像机

技术领域：

本发明涉及一种数字图片输出设备，更具体地讲，涉及一种输出立体图片的数吗印像机，所述机可用于立体照片、立体广告片的高精度输出。

背景技术：

主流数码彩扩机影像输出技术包括LASER技术和LDD技术。LASER技术即激光法，是通过红、绿、蓝三色激光管将数字电信号转化为红、绿、蓝光曝光于相纸，激光具有单色性好、几乎无扩散等特点，能制得清晰度、锐度非常高、色彩非常鲜明照片的特点，而且很容易实现大幅面的曝光。将激光束直接发送至相纸使之感光，不需要成像镜头的参与，而且一般是将红、绿、蓝三色激光器发出的三种不同颜色的激光束会聚到一起后在相纸上感光，因而几乎不存在色彩漂移现象，不存在画面边缘和画面中间影像清晰度不一的现象，可实现约200～400DPI的图像输出精度。

LDD技术采用投射式液晶屏(以下简称LCD)，LCD是一种投射式灰度TFT，液晶的分辨率为1200*1600，仅仅依靠液晶屏本身的相素扩印照片是远远不够的，因此这类产品往往通过相素的横向及纵向错动，分四个位置曝光和九个位置曝光来提高分辨率。在每个位置上需要经过红绿蓝三次曝光，因此制作一张数码照片需要动作12次和27次移位曝光。它采用逐点可调的LED阵列发光二极管作为光源。LED对相纸成像拥有与激光器相同的色纯度。因此，LDD扩印照片有很好的色彩表现力。通常情况下，Sony、Epson等厂家高温LCD的开口率为40-60％，采用“像素微动技术”通过成像像素在不同位置曝光来提高分辨率，但这一技术受限于开口率。在X，Y方向移动一次，两个像素间插入一个像素确实提高了部分分辨率，但如果在两个像素间强行插入两个像素，由于像素间重叠过多，因此分辨率提高非常有限，在16寸以内的图像上可实现200～300DPI的输出精度。像素微动技术在一定程度上提高了图像的分辨率，但是因为像素的重叠曝光引起的融合，降低了像素独立性，另外，应用放大镜头使图像边缘不可避免存在畸变。

另一种影像输出方式是采用高精度的写真喷绘机，EPSON大幅面打印机是输出光栅立体图像的首选。不足之处在于，墨点的扩散带来了图像相邻像素之间的融合，打印机的实际分辨率并不高，输出高于75线光栅立体图片的实际效果并不好就说明了这点。

高清晰立体图像输出有如下要求：a，非对称输出精度，即极高的横向分辨率，800～2000DPI，可以将更多的视差图像合成到立体图像中，降低立体照片前后景深处的重影；较低的纵向分辨率，可以减轻图像处理的运算量，减少曝光次数。b，立体图像像素具有较高的独立性，图像锐度好，主观感觉立体感强、清晰透彻；像素独立性差，融合度高的立体图像立体感差，不清晰。c，图像无几何畸变，即使微小的畸变复合立体光栅之后也会引起观看舒适度的下降。

发明内容：

本发明公开了一种立体数码印像机的结构和原理，目的在于提供一种具有横向高分辨率，像素独立性好，无镜头畸变的直接印像设备，可以输出高清晰立体图像。

立体数码印像机采用直接印像原理，用高清晰LCD作为图像源，采用掩模技术缩小子像素尺寸，将点光源或线光源投射到LCD上对感光材料曝光，微位移LCD进行多次曝光提高输出图像分辨率。

附图说明：

为了叙述的方便，在技术方案之前先对附图加以说明。

图1A是直接印像原理侧视图，图1B是直接印像原理俯视图。光线(3)投射到LCD(1)上，对感光相纸或灯片(2)曝光将图像无畸变输出。考虑到LCD有一定厚度，与感光材料之间还存在较小间隙便于LCD作微位移，两者并非紧密接触，因此采用点光源或平行光投射可以提高图像清晰度。相比于横向，纵向的分辨率要求低很多，因此还可以用平行于LCD面纵向置放的线光源替代点光源。

图2A是彩色LCD像素结构示意图，每个全像素由横向排列的3个RGB子像素(4)组成，子像素的宽度是全像素宽度的1/3。图2B是单色LCD像素结构示意图，每个全像素也是由横向排列的3个子像素(4)组成。彩色LCD与单色LCD的区别仅在于，彩色LCD有一层RGB滤色层而单色LCD没有，子像素的像素值分别存储在全像素的RGB通道中。子像素具有均匀的结构，即各子像素形状一致，在液晶屏显示平面上均匀分布，并且子像素内部透光性也是均匀的。为了提高图像的横向分辨率，本发明将子像素作为最小显示单元，对立体图像的每个点通过3次曝光输出，横向分辨率提高了3倍。

图3A是单向掩模层示意图。在LCD上贴合单向掩模层，单向掩模层由在横向周期性分布的狭缝构成，狭缝包含遮光条(5)和透光条(6)，狭缝栅距等于子像素的宽度，透光条(6)的宽度为子像素宽度的1/m，m可取值2、3、4。单向掩模层将子像素的宽度进一步缩小，经过多次横向移位曝光，相比于原来LCD的分辨率，立体图像的横向分辨率已经提高了3m倍。图3B是双向掩模层示意图。在LCD上贴合双向掩模层，双向掩模层由遮光部分(7)和透光部分(8)组成，透光部分(8)是周期性分布的长方形网格，网格正对每个子像素中心，网格宽度为子像素的1/m，高为全像素点距的1/2，双向掩模层将子像素的宽度和高度进一步缩小，经过多次横向、纵向移位曝光，提高立体图像横向分辨率3m倍，纵向分辨率2倍。掩模层的位置处于LCD与感光材料接触的一面。

图4A是彩色LCD单向掩模子像素示意图，子像素(4)宽度缩小到原来的1/m。从原点开始曝光，LCD每右移d/3m的距离曝光一次，共3m次完成全部曝光，其中d为全像素点距。图4B是单色LCD单向掩模子像素示意图，子像素(4)宽度缩小到原来的1/m。在光源前设置一组RGB滤光片，从原点开始，分别用R、G、B色光曝光3次，然后LCD每右移d/3m的距离曝光3次，共移动m-1次，完成3m次曝光。

图5A是彩色LCD双向掩模子像素示意图，子像素(4)宽度缩小到原来的1/m，高度缩小到1/2。从原点开始曝光，LCD每右移d/3m的距离曝光一次，共3m次曝光后左移回到原点，然后纵向移动d/2曝光，LCD每右移d/3m的距离曝光一次，共6m次完成全部曝光。图5B是单色LCD双向掩模子像素示意图，子像素(4)宽度缩小到原来的1/m，高度缩小到1/2。在光源前设置一组RGB滤光片，从原点开始，分别用R、G、B色光曝光3次，然后LCD每右移d/3m的距离曝光3次，共移动m-1次，完成3m次曝光后左移回到原点，然后纵向移动d/2用R、G、B色光曝光3次，再次移动LCD，每右移d/3m的距离用R、G、B色光曝光3次，共6m次完成全部曝光。

图6是LCD移位支架示意图，LCD(1)固定在可纵向移动的支杆(10)上，支杆(10)安装在可横向移动的滑块(11)上，在丝杠导轨(9)的驱动下，滑块(11)可横向移动，由支座(12)固定丝杠导轨(9)，位移精度可达微米级。

下面详细说明立体数码印像机的结构和工作过程。

立体数码印像机由上纸单元、曝光单元、洗印单元、立体贴合单元构成。除立体贴合外，其它单元全在暗室完成。

上纸单元将感光材料从纸箱中取出，准确放置到吸附平台上，等待下一步曝光。

曝光单元是本发明的重点，由光源、快门、LCD图像源、微位移支架、感光相纸和吸附平台等构成。光源分两类，一类是带RGB滤色转换功能，可分别投射R、G、B色光的点光源、线光源，或与点光源等效的投射镜头光源，包括LED阵列光源；另一类光源不带RGB滤色转换功能，直接投射混色光到彩色LCD上。通过快门时间精确控制LCD每次曝光量。图像源由电脑控制LCD实现，LCD既可以是彩色也可以是单色的，两者对应的光源是有差别的，单色LCD要求配置带RGB滤色转换功能的光源系统，彩色LCD要求配置不带RGB滤色转换功能的混色光源。电脑可控制LCD在微位移支架上多次移动曝光。立体数码印像机的最大输出幅面为LCD的幅面，要想获得更大的输出幅面，可将图像分成上下两块或“田”格形四块区域曝光实现。

立体图像源由电脑经过立体合成、归一化处理、分解三个过程计算出来。

合成立体图像的视差序列图的最佳数量N由横向输出精度V和光栅栅距P两个因素确定，N≈P*V/25.4。以点距0.24mm，清晰度2560*2048的LCD为例，横向输出精度可达952.5dpi，70线光栅P＝0.3620mm，则N＝14幅。用立体合成软件将视差序列图合成为24位RGB格式的立体图像。

归一化处理，保持立体图像高度尺寸不变，先将纵向像素压缩成与原LCD一致的分辨率V₀，其中V₀＝25.4/d，如果采用了双向掩模层，需调整成LCD原分辨率的两倍；保持立体图像宽度尺寸不变，将图像横向分辨率调整为V＝25.4*3*m/d，插值方法采用两次立方，若m＝3，d＝0.24mm，V为952.5dpi。如果立体图像的尺寸小于LCD的幅面，还需要用白色像素填充周边将立体图像扩充到与LCD一样大，归一化后立体图像像素大小为(2560*3*3)*2048，根据偏色情况适当调整归一化图像的颜色、反差和锐度，然后将颜色反相。补充说明一点，本文中分辨率和输出精度都是指单位尺寸内像素点的数量，单位用dpi表示。LCD的清晰度用像素指标来表示，即2560*2048，以示与分辨率的区别。归一化图像需要分解成曝光图像，才能将所有的像素点都曝光出来。

单向掩模层单色LCD，m＝3，共需分解出9个曝光图像：

第1次，原位置1红色光源曝光，T₀(r，g，b)＝L(r(9i，j)，r(9i+3，j)，r(9i+6，j))；

第2次，原位置1绿色光源曝光，T₁(r，g，b)＝L(g(9i，j)，g(9i+3，j)，g(9i+6，j))；

第3次，原位置1蓝色光源曝光，T₂(r，g，b)＝L(b(9i，j)，b(9i+3，j)，b(9i+6，j))；

第4次，右移d/9，在位置2红色光源曝光，T₃(r，g，b)＝L(r(9i+1，j)，r(9i+4，j)，r(9i+7，j))；

第5次，在位置2，绿色光源曝光，T₄(r，g，b)＝L(g(9i+1，j)，g(9i+4，j)，g(9i+7，j))；

第6次，在位置2，蓝色光源曝光，T₅(r，g，b)＝L(b(9i+1，j)，b(9i+4，j)，b(9i+7，j))；

第7次，右移d/9，在位置3红色光源曝光，T₆(r，g，b)＝L(r(9i+2，j)，r(9i+5，j)，r(9i+8，j))；

第8次，在位置3，绿色光源曝光，T₇(r，g，b)＝L(g(9i+2，j)，g(9i+5，j)，g(9i+8，j))；

第9次，在位置3，蓝色光源曝光，T₈(r，g，b)＝L(b(9i+2，j)，b(9i+5，j)，b(9i+8，j))；

其中，T₀(r，g，b)是指分解后的第1幅曝光图像是由r、g、b三个通道组成的，L(r(9i，j)，r(9i+3，j)，r(9i+6，j))指归一化立体图像L的r通道对应位置的像素点，i＝0，1，2，……，2559，j＝0，1，2，……，2047，即曝光图像T₀的r、g、b通道分别由立体图像L的r通道第9i列像素、第9i+3列像素、第9i+6列像素构成。T₁～T₈也按这种方式来理解。

单向掩模层彩色LCD，m＝3，共需分解出9个曝光图像：

第1次，原位置1曝光，T₀(r，g，b)＝L(r(9i，j)，g(9i+3，j)，b(9i+6，j))；

第2次，右移d/9，在位置2曝光，T₁(r，g，b)＝L(r(9i+1，j)，g(9i+4，j)，b(9i+7，j))；

第3次，右移d/9，在位置3曝光，T₂(r，g，b)＝L(r(9i+2，j)，g(9i+5，j)，b(9i+8，j))；

第4次，右移d/9，在位置4曝光，T₃(r，g，b)＝L(r(9i+3，j)，g(9i+6，j)，b(9i+9，j))；

第5次，右移d/9，在位置5曝光，T₄(r，g，b)＝L(r(9i+4，j)，g(9i+7，j)，b(9i+10，j))；

第6次，右移d/9，在位置6曝光，T₅(r，g，b)＝L(r(9i+5，j)，g(9i+8，j)，b(9i+11，j))；

第7次，右移d/9，在位置7曝光，T₆(r，g，b)＝L(r(9i+6，j)，g(9i+9，j)，b(9i+12，j))；

第8次，右移d/9，在位置8曝光，T₇(r，g，b)＝L(r(9i+7，j)，g(9i+10，j)，b(9i+13，j))；

第9次，右移d/9，在位置9曝光，T₈(r，g，b)＝L(r(9i+8，j)，g(9i+11，j)，b(9i+14，j))；

其中，T₀(r，g，b)是指分解后的第1幅曝光图像是由r、g、b三个通道组成的，L(r(9i，j)，g(9i+3，j)，b(9i+6，j))指归一化立体图像L的r、g、b通道对应位置的像素点，i＝0，1，2，……，2559，j＝0，1，2，……，2047，即曝光图像T₀的r、g、b通道分别由立体图像L的r通道第9i列像素、g通道第9i+3列像素、b通道第9i+6列像素构成。T₁～T₈也按这种方式来理解。

双向掩模层单色、彩色LCD，m＝3，均需分解出18个曝光图像，进行18次曝光，具体方法可参考单向掩模层LCD的分解方法来实现。

洗印单元将曝光后的相纸显影、定影、漂洗、烘干，输出彩色照片。立体贴合单元按照套位标记自动完成光栅与彩色照片的贴合，输出立体照片。立体贴合工艺也可手工完成。

本发明公开的立体数码印像机，与彩色激光等彩扩机及写真喷绘相比，横向清晰度提高了3倍以上，具有立体图片输出精度高，立体感强的优点，可以输出高精度的平面、立体反射片或灯片，可广泛应用于摄影行业、广告行业立体图片制作。

具体实施方式：

实施案例一，用单色LCD组建立体数码印像机曝光单元。

立体数码印像机由上纸单元、曝光单元、洗印单元、立体贴合单元构成，上纸单元和洗印单元与普通平面彩扩机相同。曝光单元采用直接印像原理，由光源、图像源、控制电脑构成。光源部分包含点光源、RGB滤色色轮和快门，RGB滤色色轮和快门在电脑的控制下按预定的时序进行曝光；图像源部分包含带单向掩模层的单色LCD和微位移支架，由电脑控制LCD按时序显示曝光图像T及微位移。LCD的点距为0.24mm，清晰度为2560*2048，显示区尺寸为610*490mm，可输出同画幅的立体照片，单向掩模层狭缝的栅距为0.08mm，透光缝隙宽0.0267mm，曝光精度为952.5dpi，像素分离度好。电脑完成立体图像的合成、归一化处理、调色、分解成曝光图像，按时序控制LCD移位、显示、色轮偏转、曝光等一系列过程。

一个完整的曝光周期时间顺序如下：

LCD位于原点，显示曝光图像T₀，滤色色轮偏转到红色，快门打开t秒后关闭；

LCD位置不动，显示曝光图像T₁，滤色色轮偏转到绿色，快门打开t秒后关闭；

LCD位置不动，显示曝光图像T₂，滤色色轮偏转到蓝色，快门打开t秒后关闭；

LCD右移0.0267mm，显示曝光图像T₃，滤色色轮偏转到红色，快门打开t秒后关闭；

LCD位置不动，显示曝光图像T₄，滤色色轮偏转到绿色，快门打开t秒后关闭；

LCD位置不动，显示曝光图像T₅，滤色色轮偏转到蓝色，快门打开t秒后关闭；

LCD右移0.0267mm，显示曝光图像T₆，滤色色轮偏转到红色，快门打开t秒后关闭；

LCD位置不动，显示曝光图像T₇，滤色色轮偏转到绿色，快门打开t秒后关闭；

LCD位置不动，显示曝光图像T₈，滤色色轮偏转到蓝色，快门打开t秒后关闭。

相纸完成曝光后进行冲洗、干燥，贴合立体光栅。如果将感光乳剂直接涂覆在柱镜光栅的背面，还可以省略光栅贴合工艺。

实施案例二，用彩色LCD组建立体数码彩扩机曝光单元。

曝光单元由光源、图像源、控制电脑构成。光源部分包含点光源和快门，快门在电脑的控制下按预定的时序进行曝光；图像源部分包含带单向掩模层的彩色LCD和微位移支架，由电脑控制LCD按时序显示曝光图像T及微位移。LCD的点距为0.24mm，清晰度为2560*2048，显示区尺寸为610*490mm，可输出同画幅的立体照片，单向掩模层狭缝的栅距为0.08mm，透光缝隙宽0.0267mm，曝光精度为952.5dpi。电脑完成立体图像的合成、归一化处理、调色、分解成曝光图像，按时序控制LCD移位、显示、曝光等一系列过程。

一个完整的曝光周期时间顺序如下：

LCD位于原点，显示曝光图像T₀，快门打开t秒后关闭；

LCD右移0.0267mm，显示曝光图像T₁，快门打开t秒后关闭；

LCD右移0.0267mm，显示曝光图像T₂，快门打开t秒后关闭；

LCD右移0.0267mm，显示曝光图像T₃，快门打开t秒后关闭；

LCD右移0.0267mm，显示曝光图像T₄，快门打开t秒后关闭；

LCD右移0.0267mm，显示曝光图像T₅，快门打开t秒后关闭；

LCD右移0.0267mm，显示曝光图像T₆，快门打开t秒后关闭；

LCD右移0.0267mm，显示曝光图像T₇，快门打开t秒后关闭；

LCD右移0.0267mm，显示曝光图像T₈，快门打开t秒后关闭。

Claims

1.一种立体数码印像机，其曝光单元采用直接印像原理，由光源、图像源、控制电脑构成，其特征在于，光源是点光源、线光源或者平行光，由快门控制投射到LCD上，对感光相纸或灯片直接印像曝光，为了提高图像的横向分辨率，将LCD的子像素作为最小显示单元，通过3次曝光记录一个彩色像素点；

所述为了提高图像的横向分辨率，将LCD的子像素作为最小显示单元包括：

在LCD上贴合单向掩模层，单向掩模层由在横向周期性分布的狭缝构成，狭缝包含遮光条(5)和透光条(6)，狭缝栅距等于子像素的宽度，透光条(6)的宽度为子像素宽度的l/m，m可取值2、3、4，单向掩模层将子像素的宽度进一步缩小，经过多次横向移位曝光，相比于原来LCD的分辨率，立体图像的横向分辨率已经提高到3m倍，单向掩模层处于LCD与感光材料接触的一面；或

在LCD上贴合双向掩模层，双向掩模层由遮光部分(7)和透光部分(8)组成，透光部分(8)是周期性分布的长方形网格，网格正对每个子像素中心，网格宽度为子像素的1/m，高为全像素点距的1/2，双向掩模层将子像素的宽度和高度进一步缩小，经过6m次横向、纵向移位曝光，提高立体图像横向分辨率3m倍，纵向分辨率2倍，双向掩模层的位置处于LCD与感光材料接触的一面。

2.如权利要求1所述的立体数码印像机，其特征还在于，LCD上的全像素由横向排列的三个RGB子像素构成，子像素的值分别存储在全像素的RGB通道中，子像素具有均匀的结构，即各子像素形状一致，在LCD平面上均匀分布，并且子像素内部透光性也是均匀的。

3.如权利要求1所述的立体数码印像机，其特征还在于，光源包含点光源、RGB滤色色轮和快门，RGB滤色色轮和快门在电脑的控制下按预定的时序进行曝光，图像源包含单色LCD和微位移支架，由电脑控制LCD按时序显示曝光图像并微位移。

4.如权利要求2所述的立体数码印像机，其特征还在于，光源包含点光源和快门，快门在电脑的控制下按预定的时序进行曝光，图像源包含彩色LCD和微位移支架，由电脑控制LCD按时序显示曝光图像并微位移。

5.如权利要求1所述的立体数码印像机，其特征还在于，控制电脑依次完成立体图像的合成、归一化处理、调色、分解成曝光图像，并按时序控制LCD移位、显示、色轮偏转、曝光过程。

6.如权利要求5所述的立体数码印像机，其特征还在于，将图像分成上下两块或“田”格形四块区域曝光，以获得更大的输出幅面。