CN1032244A - 塑性立体静片和/或动片的制作方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种通过依次将图象分解成局 部或像点来制作立体静片和/或动片的方法，以及为 实现该方法所需要的装置。

根据本发明所述的方法，其特征在于，物体的空 间图像首先是借助于一块由许多有着平行的光轴和 共同焦面的小透镜或透镜单元构成的平片变换成许 多小的呈现不同视觉的平面像或球面像，然后将这些 像分别在指定的情况下记录或传送，或投影，最后再 借助由许多小透镜或透镜单元构成的平片变换为立 体图像。

Description

本发明的主题是通过依次将图像分解成局部或像点来制作立体静片和/或动片的方法，以及为实现该方法所需要的装置。

本领域的研究人员，长期以来对制作立体图像-即以三维方式显示物体的图像感兴趣。通常，用以产生所谓“立体”图像的方法，是以人的双眼视觉为基础的。有些标准的方法是人们所熟悉的。

一种典型的方法是将予先剪下的画面粘贴成条，并复盖上一组折射稜镜或半柱面镜。当人们以适当的观察角度从合适的距离用双眼进行观察时，这些图像看起来好像是一个，立体图像就是这样产生的。利用这种技术，譬如可以制作出立体明信片，或者制作一些当改变观察角度时看上去不一样的图像，这也就是为什么图像或其局部看上去似乎在动的原因。

另一类立体可见图像是借助装有彩色滤光片或偏光片的眼镜产生的。它由两个图像构成，其中一个图像是绘制、投影或摄制在另一图像上的，而由于眼镜的作用，用双眼看上去是分开的。人们曾经利用类似的方法进行过试验，以制作及投影出具有立体效果的电影，其中的每个观众必须配戴特制的眼镜。

第三类立体图像的形成方法是，图像可以借助电视接收机或其它光学装置进行观察，即通过插入不同的光栅或网屏来实现。借助于折射或者反射系统，两只眼看到的图像是不一样的，立体效果就是这样感知的。顺便说一句，这些方法的原理与立体声录音机及扬声器的作用原理类似。

全息图代表一种新动向。它是由激光技术产生的实时三维图像，即借助物光束以及相干的参考光束产生的。

如上所述，在立体电影中也采用类似的方法。这些方法也是以双眼立体视觉为基础的。

有一种属于这类的方法，其操作是使用电影电视设备。影片从背后放映，从正确的距离和合适的角度进行观看。一组折射稜镜或半柱面镜装在屏幕上。

另一类立体图像的形成方法是，影片或者电视节目可以借助装有彩色滤色片或偏光片的眼镜或借助交替“启-闭”的眼镜来观看，这种眼镜的操作或靠机械或靠液晶。

第三类立体图像的形成方法是，影片或者电视节目可以借助电视接收机或其它光学装置来观看，也就是说，两只眼是借助插入的折射或反射系统看到不同的图像。

全息照相也被应用于电影。在这种情况下，用机械方法操纵的系统是由许多类似画幅的静止全息图构成的。

本发明的目的在于要完成一种方法及与之配套的装置，借以使迄今已知方法的困难及不足之处可被消除或减少，而且实现起来并不需要特殊的设备，也就是说很经济。

本发明的主导思想如下：众所周知，立体图的基本特征在于，当从不同的方向进行观察时，它能呈现不同的视觉。如果将图像分解成适度大小的局部，当从不同的方向进行观察时，这些局部图像也能呈现不同的视觉。如果将图像继续分解成尽可能小的部分，或者依次将图像分解成像素而最终形成像点，当从不同的方向进行观察时，每个像点呈现出时而高时而低的影调或显示不同的颜色。

按照本发明将图像分解成局部，是借助彼此分开的小聚光镜以产生每个局部图像或像点来实现的。换句话说，如果小块的图像是放在焦平面内或者不超出透镜后面的聚光镜焦平面，那么当从不同的方向进行观察时，呈现在透镜表面的图像的各个部分将是不同的。透镜越小-也就是说像点越小，在给定的情况下能够看到的图像就越远;透镜越凸-也就是透镜的焦距越短，能够看到的角度就越宽，立体效果也越好。

透镜的理想尺寸往往可以计算出来，它取决于人的双眼之间的轴向距离以及含有像及物体的平片与观察者之间的距离。更小的透镜是不值得用的，因为图像的质量无法再提高。

在制作干涉图的时候，可以采用光栅来替代透镜系统。

因此，按照本发明的要求，为了制作立体静片，物体的空间图像要转换成不同观察点的许多小像，或以两维的形式呈现出来或是呈现在球形壳体上。然后它们以这种状态被记录-或者被传送及投影-并再一次转换成立体图像。

根据本发明制作立体动片的方法是，将已经转换成许多微小的二维像或干涉图的运动物体的空间图像进行记录（即进行拍摄或传送），并将其投影到屏幕上，借助小透镜或者光栅再一次使其成为立体的。

根据本发明，立体静片及动片实际上可以用不同方法来实现。为此需要使用同样原理的具有不同结构形式的各种平片。其中一种是由透明材料制作的平片（膜片），平片两面是由具有球壳状楔块的相贯表面所复盖。像素出现在此平片一侧的表面上。这种结构首先可用于像点尺寸非常小的立体静片。其中另一种也是由透明材料制作的平片（膜片），平片的一面是平滑的，上面带有单元像，而其另一面则由一些凸透镜单元构成，在透镜的焦平面上或焦平面以内是该平片的平滑面。

为了制作静片，后一种情况叙述的那种类型的平片平滑面上的单元像，可以借助涂敷在平片上的光敏材料（感光乳剂）直接录制，或者将平片粘在平的膜片上，或粘在有图像的纸上，或者可以从背后将像投影在该平片的平滑面上。当需要制作立体动片时，投影则是最简单的方法。

同样，根据本发明所设计的装置（平片）提供的类似透镜系统的结构，也可以是几个由透镜单元构成的平片，彼此叠放在一起。这种结构主要适合制作动片。

摄影本身（摄影、磁带录相等）也可以用不同的方法来完成。

一种可行的方法是，将放在平片另一侧的物体进行照明（平片按本发明制作，且在其一面涂复有光敏材料），或者将平片（膜片）放入带有狭缝的不透光的箱子（机箱），然后进行类似摄影的曝光。接下去对平片（膜片）显影，其结果是形成负片，即“反像”（在空间也如此）片。下一步是使用类似的平片重复上述过程，以便由负片得到正片。

另外一种方法是，透过一个其作用如反像透镜一样的平片进行一次曝光，平片上相应地使用一种因照明而发光的乳剂，直接得到正片。此“反转”平片是由两个将其平滑面贴合或粘在一起的平片组成的。

同样还可以使用一个平滑面和一个由凹透镜单元构成的表面，或者透过一个两面被由凹透镜单元构成的表面复盖的平片。在这种情况下，虚像素是由普通的摄影机或电视摄像机分别进行记录及传送的。

适于制作动片的方法基本上是以上述这些用来制作静片的方法为基础的，其差别在于，像素不是直接记录在平片表面上，而是分别由摄影机或电视摄像机进行记录及传送的。

在使用不同的成像设备时，将聚光透镜放置在上述成像设备及准备曝光的平片之间是有利的。此聚光透镜完全复盖了该平片。

最后，出现在平片平滑面上的像，通过把其作用如反像透镜一样的平片插在二倍焦距处，可被记录在位于另外的二倍焦距处的平滑光敏膜片（照相胶片或相纸）上，或者将屏幕上的影像截取之后，用摄影机记录。

同目前应用于产生立体图像的方法相比，本发明提出的方法和装置（结构）的优点如下：

在以双眼感知纵深为基础的立体静片及动片的情况下

1.对产生立体图像来说，它更简单、更容易，而且花钱更少;

2.它载有更多的信息，具有更佳的立体效果，能提供更准确的幻觉（“它使你感到你能在物体的背后进行观察”）;

3.甚至在转90°角的情况下也能保持其立体效果：

4.甚至在竖直移动时也能保持其立体效果;

5.不只是用双眼观看时能保持其立体效果。

与使用一组折射稜镜或半柱面镜的方法相比，需要强调指出的优点是，由本发明产生的像

1.不颤动;

2.不仅由给定的距离以给定的角度才可见;

3.可以被拷贝、毁掉或者还原;

4.它载有更多的信息。

与使用眼镜的系统相比，其所具有的优点是

1.不需要眼镜;

2.甚至在运动时也有立体效果。

与使用电视接收机或其它光学设备的系统相比，其所具有的优点是

1.不需要光学设备;

2.像可以被投影;

3.它可以由几个人同时进行观看。

与全息图相比，其优点是

1.它制作简单、迅速，而且花钱不多;

2.不需要特殊的技能;

3.不需要特殊的实验室;

4.不只在水平运动时具有立体效果;

5.通过它，不仅无颤动的小尺寸物体可被拍照/摄影，而且活着的生物或活动的物体也可被拍照/摄影;

6.利用它，地貌，诸如火灾、天空、人眼等自然现象也可被拍照/摄影，因为无需激光照明;

7.容易进行拷贝;

8.不需要复杂的技术设备就能产生彩色图像;

9.根据本发明提供的方法，还可以利用计算机来制作立体图或动画片;

10.还可以产生没有物体（例如图表）的立体像;

11.还可以投影在特制的屏幕上，或者由电视通道传送出去;

12.还可使用传统的照相机、电影摄影机或电视摄像机进行记录。

下面，将以所做的结构设计模型为基础，借助附图对本发明作详细地描述。

图1表示从几个方向俯视时由透镜变换的像素（其局部图为图1a、1b和1c）;

图2表示焦点位在同一平面上的透镜产生的立体像点;

图3是按照本发明成形的一种平片结构设计的剖面示意图;

图4是另一种结构设计的剖面示意图;

图5是第三种结构设计的剖面示意图;

图6是透镜系统结构设计的剖面示意图;

图7示出了产生立体图像的一种方案;

图8示出了制作立体静片或动片时的布局方案;

图9示出了另一种布局方案;

图10示出了由透镜系统构成的平片，分别包括顶视图和底视图（局部视图10/A和10/B），侧视图（局部视图10/C和10/D）以及剖面图（局部视图10/E和10/F），而局部视图10/G，10/H和10/I分别以顶视图和侧视图示出了带有一段相应像平面的透镜元件。

图1中的像“K”是出现在透镜（聚光镜）“l”的焦面“F”上的，即位于透镜“l”之后的焦距“f”处。从方向1，2，3俯视此平面像的较暗点“S”，它将像局部视图1a，1b和1c表示的那样，在透镜“l北砻嫔铣渎讲煌潭取?

图2中，在平面像或屏幕“K”的上方焦距为“f”处置有透镜单元l₁，l₂，l₃，l₄，l₅，l₆等等，当从方向1，2，3，4，5等进行观察时，便产生像素A₁′，A₂′，A₃′，A₄′，A₅′等等。因而点A的虚像A″就将产生，而已经是作为立体图像出现了。

图3表示由透明材料制作的厚度为“V”的平片（膜片）（11），由一些截面半径分别为r₁及r₂的相贯球形楔块构成的表面，从俯视的一面和对面，将平面复盖。像素K₁，K₂，K₃等等可以出现在平片两边之一的表面上。这种结构设计首先可被用于像点尺寸非常小的立体静片。

在图4中看到的结构设计中，平片（膜片）（11）也是由透明材料制作的，它的一边是平滑的表面（17），而其另一边“n”（俯视的那一边）是由凸透镜单元（10）构成的。后者的焦平面是平片（11）本身，或者更确切地说，与平片的“g”边恰好重合。

图5表示叠在一起的两个由透镜单元（10）构成的透镜系统，上面的平片l₁系由凸透镜复盖，其为透镜复盖的一面是朝向俯视方向“n”的，而底下的平片l₂的平滑表面（17）是朝着平面像“s”的。这种布局方式主要适于制作动片。

图6表示复合式透镜系统另一种可能的结构设计。初生像素（12）是由平片（11）产生的，该平片（11）系由透镜单元（10）构成，平片（11）的平滑边（17）则位于平片下部。这些初生像素将出现在每个小的球形表面上（不是凹的，就是凸的）。然而，这些像素将无法进行正确地记录（在曝光时）或投影（当观察时），但却可借助另一块类似透镜系统的平片（13）转换成平面像素（14），平片（13）也是由透镜单元（10）构成的，其平滑边（17）是在该平片下部。按照这种方式产生的立体图像将具有更广的“视角”，正好像平片（11）安装了很小的广角系统或鱼眼式光学系统一样。

在图7表示的布局方式中，平片（11）（如图4所示）或L₁是分别使用的，它的平滑面（17）是涂复有感光层K₁的。产生立体图像的另一种方法是将感光片，膜片或相纸放在平片（11）的平滑面（17）上，以替代感光层。

适于制作动片的方法也在下文进行论述。

在图8表示的方法中，虚像素是用普通的摄影机或电视摄像机穿过一面带凹透镜单元另一面为平滑表面的平片，或者穿过两面都带凹透镜单元的平片，分别记录或传送的。在该图中，由凹透镜单元构成的平片用L₁表示，由凸透镜单元构成的平片用L₂表示，虚像素面用“F”表示，而摄影机用“K”表示，投影器用“V”表示，物体用“T”表示，该物体的像用“J′”表示，俯视观察边用“n”表示。

图9中的布局方式类似于图8所示的布局，其差别在于，像素在这种情况下不是直接记录在平滑表面上，但是使用的仍是摄影机或电视摄像机。其所使用的符号与图8中一样。此外，反转平片用L₃表示。

由前面的叙述中可以清楚地看到，通过改变上列各具体方法中个别一些元件，在本发明原理的范围内可以作出大量的布局方式。

最后看一下图10，其局部视图10/A和10/B表示的平片（11）是由透明材料（聚苯乙烯）制作的，在这种情况下表示的是顶视图和底视图。在顶视图10/A中，所看到的是由一些透镜单元（亦即球壳）构成的上表面，而底视图10/B所表示的平片底边，是一个平滑的表面（17）。图10/c表示的是放大的平片（11）的主视图，而图10/D则是放大的侧视图。正如所看到的那样，上表面上有凸透镜单元（10）。图10/E表示图10/B放大后的E-E截面，而图10/F则表示图10/B放大后的F-F截面。由于平片（11）上表面上的透镜单元（10）是相贯的，这就是为什么其顶视图会呈现出六边形、蜂窝状图形的原因。这在图10/G中是显著放大后表示的。单个透镜单元（10）可以做成如图10/H及10/I表示的分离块体（18），但是整个平片（11）也可以做成条形或带形的单块。当然，在后一种情况下，挑选适合的材料和规格，可以得到轧制的薄膜状“压印器”，而且它们容易粘贴在一起，其制作不会遇到任翁厥獾募际跷侍狻?

在制作立体静片的情况下，上述聚苯乙烯平片将放在已用图8表示的方法制作好的平滑相片上。在制作立体动片的情况下，电影是投影在聚苯乙烯平片的平滑面上。该电影可用图8表示的方法来制作。

Claims (12)

1、一种适于制作立体静片和/或动片的方法，在实现该方法的过程中，图像被依次地分解为若干局部或像点，该方法的特征在于，物体的空间图像首先是借助一个平片变换成许多小的呈现不同视觉的平面像或球面像，平片是由许多有着平行的光轴和共同的焦面的小透镜或透镜单元构成；然后分别将这些像在指定的情况下进行记录或传送，或投影，最后再借助由许多小透镜或透镜单元构成的平片变换为立体图像。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，由许多小透镜或透镜单元构成的平片，其一面涂复有感光材料例如感光乳剂，对位于此平片另一面附近的物体进行曝光，然后将此平片显影，最后借助同样由许多小透镜或透镜单元构成的平片，从按照此方法制作的负片（也是三维的）制作出空间的而又有明暗变化的立体正片。

3、一种适于制作立体静片和/或动片的结构，它包括带有感光层的元件或者图像记录器，并包括投影设备，该结构的特征在于，由透明材料制作并为相贯的球面楔块或透镜单元（10）所复盖的平片（11）是放在被照明的物体（T）及带感光层的元件之间，或者放在图像记录器和投影器之间，而在指定的情况下，甚至可以放在出现的和/或被记录的像（T′）之后或之前。

4、如权利要求3所述的结构，其特征在于，平片（11）的两个面均为相贯的球面楔块构成的透镜单元（10）所复盖，其顶视图相应表示为六边形、蜂窝状图形，该相贯球面楔块或透镜单元的焦点位于公共的焦平面（F）上。

5、如权利要求3所述的结构，其特征在于，平片（11）准备曝光的一面是平滑表面（17），而其另一面是由光栅或凸透镜单元（10）构成的，透镜单元的焦平面（F）与平片（11）的平滑表面（17）重合，或者位于该平片（11）之外。

6、如权利要求3～5中任一权利要求所述的结构，其特征在于，它有一个由两个或者更多个平片（11）构成的透镜系统，每个平片（11）均由透镜单元（10）复盖，而且这些平片（11）是彼此叠在一起的。

7、如权利要求5所述的结构，其特征在于，平片（11）的平滑面（17）是涂覆感光材料例如感光乳剂的。

8、如权利要求5所述的结构，其特征在于，它由两个一面为凸透镜单元（10）复盖的平片（11）组成，而且是以它们的平滑面（17）贴合或者粘接在一起的。

9、如权利要求3所述的结构，其特征在于，平片（11）的一面是平滑表面（17），而其另一个面是由凹透镜单元（10′）构成的。

10、如权利要求9所述的结构，其特征在于，它由两个一面为凹透镜单元（10′）所复盖的平片（11）组成，而且是以它们的平滑面（17）贴合或者粘接在一起的。

11、如权利要求3所述的结构，其特征在于，它有一个复合的透镜系统，是由两个平片组成的，其一是上表面带有聚光镜单元（10），下表面为平滑表面（17），另一个也是上表面带有聚光镜（凸的）单元（10），下表面为平滑表面（17），而且后一个平片是放在前一个平片之下的，在指定的情况下如有必要，可以在两个平片之间使用隔离元件（15，16）。

12、如权利要求3所述的结构，其特征在于，平片（11）是光栅。

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