CN104391421B - 一种将超高清数字图像记录至缩微胶片上的方法 - Google Patents

Abstract

数字图像输出到缩微胶片上的数字图像拍摄装置是实现电子文件异质备份的重要设备。现有技术数字图像输出到缩微胶片上的拍摄设备曝光快门均采用机械结构的电子快门或者关闭显示液晶背光电源的方式，部件易于损坏而导致设备使用寿命受限。本发明提供一种将超高清数字图像输出至缩微胶片上的方法，该方法具有成像快速、工作稳定，且设备结构简单，使用寿命长的特点。

Description

一种将超高清数字图像记录至缩微胶片上的方法

技术领域

本发明涉及一种将数字图像记录至缩微胶片上的方法，尤其涉及一种通过将超高清数字图像在超高清平面显示器上显示，然而在缩微胶片上曝光并记录的方法。

背景技术

大量的彩色数字图像信息在日常生产和生活中的利用，给社会带来巨大变革，目前数字图像数据离线保存在光盘、移动硬盘、磁带和U盘等媒介上，媒介的损坏会直接造成数据的永久性丢失，计算机病毒也时刻威胁着数据安全。

为了解决电子文件长期保存的问题，国家档案局出台了系列技术规范和标准，提出数字档案异质备份技术，为电子文件异质备份提供了政策和技术保证。彩色数字图像作为一种特定的电子文件曝光到彩色缩微胶片上，经显影、定影冲洗烘干后的可视化彩色图像胶片可以保存长达500年，保证重要数据的安全，同时彩色图像胶片还可以通过胶片扫描仪再次还原为彩色数字图像，因此，数字图像输出到缩微胶片上的设备是实现电子文件异质备份的重要设备。

然而，目前市场上使用的数字图像输出到缩微胶片上的设备的技术方式为激光扫描成像方式，采用该项技术的设备存在着技术复杂、成本高，关键部件寿命短，维修费用高等问题，因此阻碍了广泛普及和推广应用。

为了提供一种成本低、性能稳定的数字图像输出到缩微胶片上的技术方案，本发明人在专利ZL200920270114.2中公开了一种采用三片液晶成像方式将彩色、灰度数码图像快速摄影到缩微胶片上的技术(专利1)，并在专利ZL200920270115.7公开了一种采用单片液晶成像器件将数码图像摄影到单色缩微胶片上的摄影机方案(专利2)。为了实现数字图像缩微胶片摄影机对图像分辨率技术指标的进一步要求，本发明人在专利ZL201110127121.9中公开了一种采用光学硬件拼接、分时分块进行图像曝光的方式来达到3000×2100的记录图像分辨率的摄影方法(专利3)。

随着人们对数字图像清晰度和分辨率提出越来越高的要求，分辨率达到3840×2160的4K超高清图像和视频日益普及，亟待提供一种能将4K超高清数字图像快速曝光成像在缩微胶片上予以长期保存的技术方案。专利1和专利2由于硬件结构性能等原因并不能处理超高清数字图像，而专利3虽然可以处理超高清数字图像，但硬件结构复杂，记录处理速度偏慢。为了解决该实际需要，本发明提供了一种将超高清数字图像输出至缩微胶片上的方法，该方法具有成像快速、工作稳定，且设备结构简单、使用寿命长的有益技术效果。

此外，目前数字图像拍摄装置的曝光方法采用的是机械结构的电子快门或者关闭显示液晶背光电源的方式。然而目前电子快门的寿命十分有限，仅在十万次到二十万次左右，而液晶显示器光源的频繁开关，同样导致相关部件易损坏，这使两种曝光方式都无法满足系统大批量、长时间的工作需求。因此改进曝光方式是提高数码图像拍摄装置寿命的最好方法。本发明还针对该现有技术中的不足，提供了一种简便易行、而切实有效的平面显示快门控制方式，明显延长了数字图像拍摄装置的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种将超高清数字图像输出至缩微胶片上的方法，该方法具有成像快速、工作稳定，且设备结构简单、使用寿命长的有益技术效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种将超高清数字图像记录至缩微胶片上的方法，其特征在于，包括以下步骤：

图像读入步骤，计算机系统主机从存储装置中读入超高清数字图像文件；

图像显示步骤，所述计算机系统主机解析所述超高清数字图像文件，并将解析后的图像信号输出至超高清平面显示器进行显示；

图像曝光步骤，定焦镜头接收所述超高清平面显示器投射在光路中的光学信号，缩放合适比例后投射到缩微胶片上，所述缩微胶片曝光并记录所述超高清数字图像；

控制步骤，光机电一体化控制模块监控所述缩微胶片的曝光和更换动作，平面显示快门模块控制所述超高清平面显示器在所述缩微胶片更换期间仅显示黑屏图像，而不关闭所述超高清平面显示器的背光源；其中，所述黑屏图像为全部像素灰度值均为黑色的图像。

进一步地，所述方法还包括工作状态监控步骤，用户通过工作状态监控器对工作状态进行监视和控制。

进一步地，所述超高清数字图像文件是图形或图像文件、或可视化电子文档。

本发明采用超高清平面显示器作为数字图像显示器件，提供一种将超高清彩色数字图像曝光到缩微胶片上的方法，可为生产数字图像输出到缩微胶片上的设备提供一种高效低成本的曝光技术。

附图说明

图1是超高清数字图像拍摄装置的系统示意图；

图2是超高清数字图像拍摄装置的局部物理结构图；

图3是超高清数字图像拍摄装置系列图像的曝光工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式、结构、特征详述如下：

在图1中，超高清数字图像拍摄装置(100)由内装有缩微胶片(10)的胶片盒(1)、定焦镜头(3)、超高清平面显示器(4)、工作状态监控器(5)、光机电一体化控制模块(6)、计算机系统主机(8)等组成。计算机系统主机(8)经HDMI电缆(41)连接到工作状态监控器(5)，通过另一HDMI电缆(41)与超高清平面显示器(4)相连接，通过USB等接口与外置的存储装置(9)相连接。光机电一体化控制模块(6)经控制电缆(61)与计算机系统主机(8)的USB接口相连，经控制监测电缆(62)与胶片盒(1)连接，负责控制胶片的行走和监测系统工作状态。工作状态监控器(5)提供用户交互界面，实时呈现整个工作状况。平面显示快门模块(63)用于控制超高清平面显示器(4)的图像显示，可以设置在光机电一体化控制模块内(本实施方式以此为例)，还可以设置在计算机系统主机(8)内。

以下，按步骤说明本发明所述的将超高清数字图像记录至缩微胶片上的方法。

(一)计算机系统主机从存储装置中检索并读入超高清数字图像文件

将要曝光并保存到缩微胶片上的超高清数字图像文件可保存在计算机系统主机(8)的内置硬盘、光盘等存储器中，或者保存在外置的存储装置(9)中。系统启动后计算机系统主机(8)可通过USB接口从外置的U盘、移动硬盘等存储装置(9)中检索到待处理的超高清数字图像文件，并将其读入。该超高清数字“图像”文件可以TIFF、JPG等格式的图像文件，图形文件，也可以是Office格式、PDF格式、DWG格式等可视化电子文档。

计算机系统主机(8)是整个超高清拍摄装置(100)的主控制器，其硬件架构可以是计算机网络系统、工作站、个人电脑、一体机电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、嵌入式智能系统、SOPC片上系统、fpga大规模门阵列等，其运行平台包括Android、BSD、iOS、Linux、Nios、Mac OS X、Windows、Windows Phone和z/OS等。计算机系统主机(8)从存储装置(9)中读出超高清数字图像文件，并将其逐像素地解析为BIT图像格式，通过HDMI电缆(41)输出至超高清平面显示器(4)显示。

(二)超高清平面显示器接收并显示计算机系统主机输出的图像信号

将超高清图像文档转换成一个物象，需要一种超高清图像显示装置UHD来实现。本发明中的超高清平面显示器(4)需具备如下功能：首先是一个自主发光的平面显示装置、能显示稳定的彩色或黑白的图形与文字的静态图像、响应时间小于5ms、能纯平面图像无扭曲、对比值大于300:1、最大亮度高于500cd/m²、色彩要丰富、分辨率高等特性。在当今技术高速发展的条件下，能满足上述具有UHD图像显示装置功能的设备已经具备。按种类分大致可分三类：某种LCD液晶屏、PDP等离子屏、OLED有机电激发光二极管屏等；按类型分大致可分这么几种：电视屏、显示器屏、一体机显示屏、笔记本显示屏、平板显示屏、手机显示屏、专用显示屏等。

公知的LED背光源的彩色液晶显示技术被广泛用于计算机、电子设备的显示器及工业与民用电视机上，具有性能稳定可靠、寿命长、节能环保的优点。本发明采用超高清LED背光式彩色液晶显示器作为数字图像成像部件，通过定焦镜头将彩色液晶显示器上的彩色图像缩放为合适比例后投射到彩色缩微胶片上，控制系统精准控制彩色液晶显示器上图像的显示和消隐以及缩微胶片的同步行进，完成数字图像在缩微胶片上曝光成像工作过程。

LED背光式彩色液晶显示器，根据光源位置的不同分为LED直下式背光彩色液晶显示器和LED侧光式背光彩色液晶显示器。直下式背光彩色液晶显示器直接把多个LED灯芯放在出光面下面，光源发出的光经过一段空间距离到达扩散板，经过扩散板扩散和混合，成为面光源，发射出来，直下式背光源彩色液晶显示器需要一定的混光距离，因此整个模组比较厚。侧光式背光的LED光源放在侧边，光源为一串LED灯芯组成的灯条，发出的光经过导光板导为面光源，侧光式背光结构相对超薄化的模块设计则更具优越性。本发明可选用具有4K显示分辨率的任意一种LED背光式彩色液晶显示器，具有相同的曝光效果。

(三)定焦镜头接收超高清平面显示器投射在光路中的光学信号，缩放合适比例后投射到缩微胶片上，缩微胶片曝光并记录超高清数字图像。

图2是超高清数字图像拍摄装置的局部物理结构图。在图2中，胶片盒(1)中安装有缩微胶片(10)，缩微胶片(10)的胶片曝光面、定焦镜头(3)和超高清平面显示器(4)的屏幕构成曝光光路(2)。光路(2)整体采用遮光材料(遮光罩)密闭，该不漏光的密闭结构调试时可打开，调试完成后密封。遮光罩能阻断其他物象的干扰，使形成的物象仅包括超高清平面显示装置形成的图像。光路(2)上的所有组件均固定在机座(7)上。工作状态监控器(5)设置在机座(7)外侧，用于提供用户交互界面，便于用户监视系统的当前工作状态。用户还可以通过其触摸屏来进行曝光启动、结束等相关操作。

定焦镜头(3)的图像输出面面向缩微胶片盒(1)的胶片曝光区，图像输入面面向超高清平面显示器(4)的屏幕。超高清平面显示器(4)显示超高清图像时屏幕放射的光线由光路(2)进入定焦镜头(3)的入射面。通过光线折射原理，定焦镜头(3)的凸透镜头将物象在缩微胶片(10)上形成一个缩小、倒立的实像潜像。镜头的光圈用于控制瞬间通光量。光圈与快门的乘积，可以控制缩微胶片(10)的曝光量。

缩微胶片(10)是对光线敏感材料，正确的感光可使缩微胶片(10)上获得有用化学反应，再经过冲洗处理即构成永久性的影像。缩微胶片(10)设置在胶片盒(1)内，胶片盒构造的胶片盒(1)可使缩微胶片免于被其他光线干扰。胶片卷内侧为曝光面，机械定位与安装设计的胶片曝光面定位要求平整，按照压片工艺进行考虑，以胶片面定位基准，镜头、显示器三面必须保证平行，并在同一轴心上，三个部件的相互距离根据镜头参数和试验数据基本确定，显示器固定需要设计三个维度的微调外，还要考虑显示器平面与镜头、胶片平行面的微调。

由于一般需要对一系列的数字图像进行曝光保存，所以还需配置胶片行走与压片结构。本发明的技术方案采用步进电机直接驱动主动轮牵拉结构的行片机构，在设计、加工、安装工艺上按照精密机械的整体系统化工程要求考虑，对同心度、公差配合严格按照技术指标执行，保证系统精度。

(四)光机电一体化控制模块监控缩微胶片的曝光和更换动作，平面显示快门模块控制超高清平面显示器在所述缩微胶片更换期间仅显示黑屏图像，而不关闭所述超高清平面显示器的背光源。

光机电一体化控制模块(6)用于对图像曝光、胶片行走、图像切换和胶片行走的同步等进行控制和监测，其可以采用单片机等硬件形式来实现。

现有技术中采用液晶显示器等作为数码图像拍摄装置的曝光方式通常有两种：一种是采用传统的照相机电子快门方式进行曝光：在镜头与缩微胶片的光路之间安装照相机电子快门，当电子快门打开时，液晶显示器上的数码图像经镜头投射到缩微胶片上进行感光，结束后关闭快门，挡住镜头，结束对胶片感光，完成缩微胶片曝光工作；另一种是控制液晶显示器(物象源)的背光源开启和关闭方式进行曝光工作：当显示器光源开启时，呈现在显示器上数码图像经镜头投射到缩微胶片上，缩微胶片完成感光，再关闭显示器光源，显示器呈黑屏，完成一次曝光过程。然而，目前电子快门的寿命十分有限，仅在十万次到二十万次左右，而液晶显示器光源的频繁开关，同样导致相关部件易损坏，这使两种曝光方式都无法满足系统大批量、长时间的工作需求。因此改进曝光方式是提高数码图像拍摄装置寿命的最好方法。本发明即针对该现有技术中的不足，提供了一种简便易行、而切实有效的平面显示快门控制方式。

快门是控制物象照射到感光片上有效曝光时间的装置，平板显示器与驱动控制装置结合，可实现图像曝光时间控制的快门功能。本发明中的平面显示快门模块(63)即为超高清平面显示器的快门控制模块，用于控制其显示图像的曝光时间。各种LCD液晶屏、PDP等离子屏、OLED有机电激发光二极管屏等平板显示器均有能力实现控制曝光时间的功能。使用光圈来控制进入镜头光线的强弱，以及使用平面显示快门模块(63)来控制曝光时间的长短，能使微缩胶片(10)上获得正确的感光量，再经过冲洗处理构成永久性的影像。

平面显示快门模块(63)对超高清平面显示器(4)的控制包括两个阶段：

1)曝光阶段：在待记录图像曝光阶段，平面显示快门模块(63)控制超高清平面显示器(4)按照曝光预先设定时间开始显示待记录图像，并控制其显示时间长短，可以实现其在缩微胶片的有效曝光，完成一张胶片的曝光过程。曝光时间控制范围为为5ms-∞(5毫秒到无限长)，曝光精度为两种：一种为精度曝光，误差可控制在5ms内，一种为高效曝光，误差控制在50ms内。曝光精度完全满足实际使用，可根据具体应用自行决选择。平面显示快门模块(63)针对不同的缩微胶片感光特性，可预先设定曝光时间，以保证缩微胶片感光的准确无误。

2)非曝光阶段：当预设曝光时间结束，在缩微胶片更换时，控制超高清平面显示器(4)显示一黑屏图像，实现物象源的消失，使缩微胶片免于曝光。该黑屏图像为全部像素灰度值均为黑色的图像，其可预存在计算机系统主机(8)的存储单元，或者实时生成。不同于现有技术的是，该方法不必设置电子快门的机械结构，或频繁关闭平面显示器的背光电源。此阶段，光机电一体化控制模块(6)还同时控制胶片盒(1)中的胶片行进机构动作，输送一张新的胶片到胶片盒的曝光区位置，准备下一张胶片的曝光过程。

上述两阶段有序组合,就能实现将UHD图像显示装置形成或消隐的物象照射到缩微胶片上，并有效控制曝光时间，从而实现快门功能。采用平面显示快门控制数码图像在液晶显示器上的定时显示和黑屏两种状态，完成数码图像在缩微胶片上的感光工作，实现了数码图像曝光工作无硬件磨损的目的。该方法解决了因曝光部件频繁操作而影响设备寿命的缺点，可以实现整体设备长期而稳定运行，大大减少维护工作量和维修成本，满足低成本大批量制作电子文件异质备份缩微品的要求，符合节能环保的发展方向。

以下结合图3来简要说明一系列图像的曝光工作流程。

超高清拍摄装置(100)启动后，或者用户通过工作状态监控器(5)输入开始检索的命令，计算机系统主机(8)开始从存储装置(9)中检索是否存在可视化电子文档或图像文件(301)。如果检索到存在该类文件，系统通过工作状态监控器(5)提示是否继续进行图像曝光的操作，用户选择待处理的文件并点确定后计算机系统主机(8)从存储装置(9)中读取相关图像文件并进行解析(302)。同时，计算机系统主机(8)控制打开超高清平面显示器(4)(303)，并将解析后的图像信号通过HDMI电缆(41)输出至超高清平面显示器(4)上予以显示(304)，然后根据预设的曝光时间启动定时装置(305)。超高清平面显示器在定时装置的延时阶段均显示输入的超高清图像(306)，定焦镜头(3)接收所述超高清平面显示器投射在光路(2)中的光学信号，缩放合适比例后投射到缩微胶片(10)上，所述缩微胶片(10)进行曝光，直到延时时间结束(307)。此时，平面显示快门模块(63)控制输出一黑屏图像至超高清平面显示器(4)进行显示(308)，同时控制胶片行进机构移走已曝光的缩微胶片(309)，并移进下一张缩微胶片(310)，从而开始下一图像的曝光记录过程。当用户所选择的图像文件全部记录完毕，系统提示是否结束时，用户选择结束则终止此次图像记录过程。

由以上实施例的描述可知，本发明提供了一种将超高清数字图像输出至缩微胶片上的方法，该方法具有成像快速、工作稳定，且设备结构简单、使用寿命长的有益技术效果。本发明实现了数码图像曝光工作无硬件磨损的目的，解决了因曝光部件频繁操作而影响设备寿命的缺点，可以实现整体设备长期而稳定运行，大大减少维护工作量和维修成本，满足低成本大批量制作电子文件异质备份缩微品的要求，符合节能环保的发展方向。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种将超高清数字图像记录至缩微胶片上的方法，存储所述超高清数字图像的文件是图形或图像文件，或可视化电子文档，其特征在于，包括以下步骤：

图像读入步骤，计算机系统主机从存储装置中读入超高清数字图像文件；

图像显示步骤，所述计算机系统主机解析所述超高清数字图像文件，并将解析后的图像信号输出至超高清平面显示器进行显示；

图像曝光步骤，定焦镜头接收所述超高清平面显示器投射在光路中的光学信号，缩放合适比例后投射到缩微胶片上，所述缩微胶片曝光并记录所述超高清数字图像；

控制步骤，光机电一体化控制模块监控所述缩微胶片的曝光和更换动作，其平面显示快门模块用于控制超高清平面显示器显示图像的曝光时间，包括两个阶段：

曝光阶段：在待记录图像曝光阶段，平面显示快门模块控制超高清平面显示器按照曝光预先设定时间开始显示待记录图像，并控制其显示时间长短，实现其在缩微胶片的有效曝光；平面显示快门模块针对不同的缩微胶片感光特性，预先设定曝光时间，以保证缩微胶片感光的准确无误；

非曝光阶段：当预设曝光时间结束，平面显示快门模块控制所述超高清平面显示器在所述缩微胶片更换期间仅显示黑屏图像，使缩微胶片免于曝光，而不关闭所述超高清平面显示器的背光源；其中，所述黑屏图像为全部像素灰度值均为黑色的图像，预存在计算机系统主机的存储单元；

所述方法还包括工作状态监控步骤，用户通过工作状态监控器对工作状态进行监视和控制。