CN1057341A - 预装有摄影底片并与高速印刷系统配套的摄影机 - Google Patents

Abstract

一种检验及识别多镜头三维摄影机中镜头相对 位置，并校正印刷系统各元件的位置坐标的方法。为 合成高质量三维照片，在底片上拍摄出预定距离目标 的第一批二维照片，使它们自相关。将目标象投影在 位于印刷机象平面内的一组CCD传感器阵列上，阵 列中每个传感器都预先校正过。印刷机中的计算机 已编程，对目标象在阵列上的位置进行识别，并控制 马达调节放大镜头、框架或二维视图的位置，使二维 图象相关，在合成三维照片时，印刷材料上摄得的图 象能够对准。

Description

微透镜屏型的三维图象，可以通过把从不同有利位置摄在微透镜印刷胶片上的目标的二维视图，合成一个有序的排列而产生。

该二维视图要末按顺序地、要末同时穿过微透镜屏进行投影，以对涂敷在该透镜体焦平面上的摄影剂进行曝光。

在进行上述合成时，必须将这些二维视图精确地对准，以便将摄取的图象在每一张三维印刷品上严格配准。

美国专利US.4，800，407（LO）公开了一种供三维摄影用的三镜头摄影机。

在“Stereoscopy”（Focal  Press，1966）杂志的199-203页，N.A.Valyus公开了同时将右面和左面的图象印在胶片上的方法。只有一个从每一个二维视图中凝聚出来的图象被印刷出来。

在“Applied  Optics  &  Optical  Engineering”（Rudolf  Kingslake，Ed.1965）的第114～116页，由Dudley公开了微透镜屏的运动、以及将八个图象中的每一个间歇曝光记录在胶片上的情况。

在“Three-Dimensional  Imaging  Technigues”（1976）的第71～88页，由Okoshz公开了利用若干投影器将图象投在乳剂上的技术。

在美国专利US.NO.3，895，867（July  22，1975）中的第8栏，Lo及Nims公开了将图象记录在位于透镜体下面的整个感光膜区域的技术。它是通过反复地断开射在投影器上的光和间歇地移动屏或胶片来完成的。

下述专利也早已公开了用于三维图象合成的技术：

日本专利NO.42-5473，公开日67年3月6日

日本专利NO.49-607，公开日74年1月9日。

在美国专利NO.4，120，562（1978年10月17日）中，Lo以及Nims公开了一种对投影图象进行扫描，以使图象充满透镜体的方法。在该专利中公开的合成设备，同样被配置成在扫描操作时按予先确定的量改变投影的角度。

美国专利NO.4，852，972（Lo）公开了一种改进了的印刷三维图象的方法，它包括对靠近透镜体边缘成象带和比靠近中心的那些成象带进行曝光时使用更高强度的光。这样做的结果所得的是，在整个透镜体宽度上具有密度大致相等的成象带。该专利提供的方法可以被用来在每一成象带的面积上产生出单一象素。然而靠这样的方法制出的三维图象质量，通过将二维视图复制成多个周密的凝聚图象而被提高，即将这些凝聚的图象在微透镜印刷胶片的透镜体下面，以最小的重叠，或在这些周密的凝聚图象之间没有未曝过光的断带的情况下，边对边地印制出来。本专利提供的方法可致使穿过透镜体区域的图象强度均匀，其结果是使图象的质量得到改善。

在美国专利NO.4，468，115（1984，8，28）中，Lao公开了一种投影仪，其中的灯座可以连续地运动，以防止由于迅速地开启与停止造成的冲击。这种灯座的连续扫描可导致图象明显的重叠，从而使图象的清晰度降低。

美国专利NO.4，101，210（Lo等）公开了一种能够避免在一个成象带中相邻的凝聚图象之间产生间隙的方法，它是靠沿着平行于微透镜的若干列阵使用多个投影镜头来实现的。该专利还表明在投影过程中如何将负片以平行列阵进行布置。使用大量的排成列阵的投影镜头，和在此投影过程中使用大量底片，会使其变得笨重起来。这种多镜头的投影系统还公开在美国专利4，132，468（Lo等）中。

为了能提供给许多用户进行三维摄影，最好是制造廉价的且配有自动化高速印刷机的三维摄影机。制造廉价的多镜头三维摄影机的难题在于，该摄影机的某些镜头可能是偏离装定的，而且要将所制造的每个单独的摄影机的那些镜头保持在同样的相对位置，是非常困难的。因此，被摄目标在二维视图上成象的相对位置，会因摄影机的不同而使摄得的各套二维图象之间的相对位置不同。被摄目标在底片上成象的位置是不可预示的，致使用于三维摄影主题象配准的二维视图自相关成为不可能。多镜头三维摄影机的所有镜头最好能用一个共同的支座铸在一起，以便使偏离装定的问题减少。而且是具有能予装摄影底片的廉价摄影机，它可以在一卷胶卷曝过光之后，将其取掉，或当摄影机转去作业时，在实验室内重新装上新胶卷。

当多镜头三维摄影机的一些镜头未经校准而且各镜头的相对位置并未被了解时，通过目视检查每张二维视图上所摄图象的配置情况，并且在印制每张二维视图时手动或机械调节放大镜头或印制材料框架的位置，便可使三维摄影中每张二维视图的各摄影图象之间发生联系。这个过程是非常复杂的、费时的和靠不住的，并且对满足消费者需求，大量制作三维照片是不切实际的。

这个难题是靠设计一套自动印刷系统来解决的，该系统包括予装有摄影底片的专用的多镜头三维摄影机，其中有关摄影机镜头位置的数据是予先记录在底片上的，这在摄影机交付给用户之前，要靠使用特制的摄影机在预定的距离上摄取目标的第一批照片来完成。现在被记录在底片上的这些数据即可被用作参考点或数据点，用来校正该印刷系统的各元件（即投影镜头，框架或者二维视图）的位置坐标，以在印刷时，对摄影镜头的任何偏离装定进行补偿。

在进行印刷时，摄在第一批底片上的目标图象，是被按照顺序或者同时投影在单块的电荷耦合器件传感器列阵上的，或者也可以投影在置于印刷机象平面上的相应数量的多个电荷耦合器件传感器阵列上。这些电荷耦合传感器列阵的位置是预先校正好的，若在摄影机镜头正确对准的情况下，能使每个目标图象落在每个电荷耦合器件列阵的特定传感器上（即该电荷耦合器列阵中央的传感器）。每个单独的传感器都是预先校正过的，而且装在印刷机上的计算机是被编好程序的，以对偏离配置的投影目标象的新的位置进行识别。当目标的图象被投影在偏离指定的中央传感器上（由于摄影机的镜头偏离装定）时，该计算机将会控制印刷机上的马达，对于二维视图、投影镜头或者框架的位置加以调节，以便将印刷系统校正到使偏离配置的目标图象重新对准中心。因此，检测摄影机镜头偏离装定及对印刷机进行校正的技术，能够提供二维视图间的自相关，以便把摄在同一胶卷上的或用同一摄影机摄取的图象记录在每张三维照片上。现在不再需要对摄得的每张二维视图作手动相关。

图1是预装有对距摄影机为D的预定目标曝过光的胶片的多镜头摄影机简图;

图2是对采用三维多镜头摄影机摄得的一系列二维视图进行印制的印刷系统简图;

图3为将目标的图象投影在电荷耦合器件图象传感器列阵上指定的中央传感器上面的印刷系统简图，该图象传感器列阵被设置在印刷机的象平面，以检测目标的位置。在这种情况下，摄影机的镜头是精确对准的。

图4为多镜头摄影机简图，其中的镜头之一是处在偏离位置的，相应地底片上曝过光的目标图象也是处在偏离位置的;

图5为对多镜头摄影机所拍摄的二维视图进行投影用的印刷系统简图，多镜头摄影机中的镜头之一是偏离装定的，图中表示的目标图象之一是偏离电荷耦合器件图象传感器列阵的中心进行投影的;

图6为印刷系统简图，其中偏离位置的目标被计算机检测出来，并通过使印刷机的框架改变位置而重新对中;

图7为印刷系统简图，其中投影目标的位置偏离是被补偿了的，而且在印刷二维视图21时，是靠改变放大镜头的位置进行重新对中的;

图8为印刷系统简图，其中投影目标的位置偏离是经过补偿的，并且靠调节二维视图的位置来进行重新对中;

图9为印刷系统简图，其中的电荷耦合器件传感器，是设置在被反射镜或被分束器反射到的不同平面上;

图10为多镜头摄影机的摄影镜头横截面和顶视图，其中所有的镜头元件都用一个共同的支座铸在一起;

图11为印刷系统简图，用来说明印刷过程中对投影目标的位置偏离进行校正的方法。

图1为装有对摄影机预定距离D处的目标曝过光的第一批底片的多镜头三维摄影机（预装有摄影底片）简图，其中的D为对于三维图象的理想摄影距离，而且摄影机的镜头是予调过焦的。此摄影机有三个对目标K进行摄影用的镜头11，12和13。此目标的象K'₁，K'₂和K'₃被记录在二维视图21，22和23上的适当位置。距离S乃是此目标象K'₁，K'₂和K'₃之间的相对位置，而且是T，F和D的函数，可由下式算出：

S＝ (T（D+F）)/(D)

其中，S为相邻二维视图上目标象之间距离;

T为摄影镜头的间距;

D为摄影机与被摄目标间的距离;

F为摄影镜头的后焦距。

图2为表示序列印刷的简图。印刷材料上所有的透镜体均被同时曝光，但在图2中只表示了一个透镜体7被曝光。当印刷材料4处在正确位置（投射角度）101时，处在光源200下方的二维视图23，沿方向90运动以对透镜体7乳剂层5上的成象区I₃进行曝光。在这部分印刷材料被曝过光之后，印刷材料4沿方向9运动到位置（投影角度）102，而且处在光源200下方的二维视图22，将沿方向90运动并对成象区I₃后面的成象区I₂进行曝光。印刷材料4向前运动到位置（投影角度）103，而且处在光源200下方的二维视图21将使成象区I₂之后的成象区I₁曝光，从而使所有的透镜体填满，完成三维图象的合成。

图3为表示把第一批二维视图上的目标象投影在电荷耦合器件传感器列阵上，用于校正印刷系统的简图。该印刷机装有投影镜头2，二维图象21以其图象目标K'₁投影在位于41处的电荷耦合器件传感器列阵31的中央传感器3C。K'₁被投影为K”₁，K'₂被投影为K”₂，K'₃被投影为K”₃，分别位于处在位置41，42及43上的三个电荷耦合器件传感器列阵的中央传感器3C上面。

图3中表示的第一批带有二维视图21、22及23的照片，是由图1中表示的所有摄影镜头11、12及13均被正确对准的三镜头摄影机摄得的。因此，目标象K'₁、K'₂和K'₃被曝光在二维视图21、22及23的适当位置上，而且被投影的目标象K”₁，K”₂及K”₃恰好被投影在预先校正在位置41、42和43处的所有电荷耦合器件传感器列阵31、32及33的中央传感器3C上面。因而就不需要对二维视图、投影镜头或印刷材料框架的位置进行调节。

图4表示多镜头三维摄影机，其镜头11是偏离装定的，而且所记录的目标象K’₁在二维视图21上也是位置偏离的。镜头12和13则是正确装定的。

图5表示能将图4中所示的镜头偏离装定的多镜头三维摄影机拍摄的目标的第一批二维视图进行投影的印刷机。提供二维视图21的摄影镜头11的位置是偏离对准的。因此在将二维视图21投影在电荷耦合器件传感器列阵31上时，目标象R”₁被投影在传感器5A而不是3C上面，好似是另一张二维视图。

图6表示可通过调整印刷材料框架以对摄影镜头的偏离装定进行补偿来对此印刷系统进行校正。如图4所示，摄影镜头11的位置导致二维视图21偏离装定。因此，在将此二维视图21印在位置41上时，需将印刷材料的框架移动到位置41A，以使其中心3C与传感器5A对准，借以对图4中表示的摄影镜头11的偏离装定进行补偿。如图4中表示的那样，提供二维视图22及23的摄影镜头是正确对准的。因此在印刷这些视图时，无需进行调节。印刷材料的框架，可以简单地移动到位置42和43预先校正的x和y坐标上。在位置41的情况下，印刷材料沿x坐标从C到A向左移动，沿y坐标从3移移动到5。进行这种调节的计算机在此图上未表示出来。

另一方面，也可以让放大镜头重新对中来补偿摄影机中镜头11的位置偏离。

图7表示印刷系统的校正，是通过调整印刷二维视图21的印刷机的投影镜头，对于图4中摄影镜头11的偏离装定进行补偿，以便使二维视图21上的目标K'₁的目标象K”₁能被投影到处于位置41的印刷材料框架上电荷耦合器件传感器列阵31的传感器3C上面。

在另一种方法中，也可使二维视图底片移动，以对任一镜头的偏离装定进行补偿。

图8表示印刷系统的校正，是通过调节二维视图21来对图4中多镜头摄影机镜头偏离装定进行补偿，以使图象目标K'₁被投影到处在位置41上的印刷材料框架上的电荷耦合器件列阵31的传感器3C上面。

不管是让二维视图、放大镜头还是让印刷框架移动，都可以通过计算机来完成调整，计算机是与电荷耦合器列阵和定位用的马达连接在一起的。

图11是表示为了补偿任一摄影镜头的偏离装定所需要确定的因数。下面的公式可以被用在计算机的程序中，以确定印刷材料、放大镜头或底片需要移动的范围，借以对任一镜头的偏离装定进行补偿：

A.用以确定在x方向所需偏移量的公式

△X= (△T_X(D+F)R)/(D)

B.用在确定在y方向所需偏移量的公式

△y= (△T_y(D+F)R)/(D)

式中，△x-在x方向所需要的调节量，以便对摄影镜头的偏离装定进行补偿;

△y-在y方向所需要的调节量，以对摄影镜头偏离装定进行补偿;

△T_x-摄影机镜头在x方向偏离装定的距离;

△T_y-摄影机镜头在y方向偏离装定的距离;

D-摄影机至被摄目标的距离;

F-镜头的后焦距，以及

R-放大率（V/U）。

以上公式可被用来确定在印刷机象平面上所需的调节量，以对摄影镜头的任何偏离装定进行补偿。

电荷耦合器件传感器将被用来确定所投影图象的位置，而且计算机将利用这些公式来进行任何适当的调节，以对镜头的偏离装定进行补偿。

图11表示在印刷机的象平面上，通过调节印刷材料的位置，来对摄影镜头的偏离装定进行补偿时需要的各种因数。如图11中所示，来自摄影机镜头11的图象，在印刷印刷材料41时，象平面上的△y及△x的大小表示了调节量。这种偏离调节的大小，可以利用公式A（及B）计算出来，可将其编程序送入计算机的进行补偿，并将印刷材料41移动到准确位置上。

摄影机镜头的偏离装定，也可以通过移动由偏离装定的摄影镜头摄得的底片图21进行调节，如图11中所示。下面的公式可被利用来确定二维底片图所必须移动的量，以对摄影机镜头的偏离装定进行补偿：

C.在x方向上所需要的偏移量

△S_X= (△T_X(D+F))/(D)

D.在y方向上所需要的偏移量

△S_y= (△T_y(D+F))/(D)

其中，△S_x-在x方向上二维底片图需要移动的距离，以对摄影机镜头的偏离装定进行补偿;

△S_y-在y方向上二维底片图需要移动的距离，以对摄影机镜头的偏离装定进行补偿;公式C和D可被编程送入计算机控制印刷机的底片载体，使底片图21在y方向以△S_y及在x方向以△S_x的量进行移动，以对摄影机镜头11的偏离装定进行补偿。在图11中的摄影镜头偏离装定量为△T_x和△T_y。

图9表示印刷机，其中的电荷耦合器件列阵31、32及33，可以利用反射镜或者分束器50将其设置在另一个平面51、52及53处。在这种情况下，光线被反射镜或分束器50反射，相应的图象列阵51～53则位于与中心位置41、42和43相对应的位置上。将此图象列阵连在带图象取样器的视频转换器上，再接在计算机上，控制马达要末使底片图或放大镜头，要末使印刷框架移动至正确位置。

图10表示三维摄影机中摄影镜头排列的横截面和顶视图的简图。这些镜头是用一个共同的支座铸在一起的，所包括的摄影镜头11、12及13能使偏离装定的情况最小。每一个摄影镜头都可以是单块透镜、或者是多元透镜。

在使用这种系统的时候，第一批的二维底片不必印出来，但要真正投影在印刷机的象平面上，以便为投影的目标象确立一个位置，为的是要弄清该多镜头三维摄影机中摄影镜头偏离装定的情况，目的在于对此印刷机中各个元件的位置坐标进行校正，使二维视图能够自相关，进而使被摄目标对准，以便构成高质量的三维照片。

计算机或微处理机可以用来对偏离装定的情况作必要的调节。使用计算机或微处理机外加电荷耦合器件传感器和定位马达，便不需要通过手动改变底片及放大镜头的位置，即可在印刷每张视图时使三维照片的每张二维视图的主题正确对准。

Claims (8)

1、一种在二维视图印刷过程中对三维摄影镜头的任何偏离装定进行补偿的方法，包括：

a.对于预定距离的目标，曝光出摄影机中底片的第一批二维视图；

b.在带有图象处理机的三维印刷机中，让此第一批二维视图投影，以便在此印刷机的印刷平面内确定每一图象的x和y轴；以及

c.将每一张被投影图象的x和y坐标输入已编程的微处理机中，该微处理机通过驱动装置将每一批二维视图中的每个连续二维视图的位置自动调节到所需要的位置，以便在印刷每一视图时，根据微处理机的指令，对于摄影镜头在x和y轴上的任何偏离装定进行补偿。

2、如权利要求1所述的方法，其中对于第一批二维底片图上每一图象的目标，其x及y坐标是在印刷平面内用目视来确定的，并且将这些坐标输入已编程的微处理机中，该微处理机对在印刷过程中通过驱动装置对每个连续的二维视图的位置进行自动调节，以便在印刷这些视图之后，使每张二维视图沿x和y坐标正确对准。

3、如权利要求1所述的方法，其中对于第一批视图上每张图象的目标，其x及y坐标是由与已编程的微处理机连接的电荷耦合器件传感器确定的，在印刷过程中印刷每张二维视图之前，该微处理机通过驱动装置将每一批二维视图中的每个连续的二维视图自动调节到正确的位置。

4、如权利要求3所述的方法，其中的电荷耦合器件传感器是位于印刷机的印刷平面上的。

5、如权利要求3所述的方法，其中的微处理机是同马达和可将印刷框架移动到正确位置的传动装置相连的，以便印出每一个二维视图。

6、如权利要求3所述的方法，其中的微处理机是同马达和可将投影镜头移动至正确位置的传动装置相连的，以便印出每一个二维视图，为的是对三维摄影机中摄影镜头的任何偏离装定进行校正。

7、如权利要求5所述的方法，其中的微处理机是编了程序的，以自动将印刷框架移动至正确位置，印出每张二维视图，所依据的是下列公式：

A.用以确定在x方向所需偏移量的公式

△X= (△T_X(D+F)R)/(D)

B.用在确定在y方向所需偏移量的公式

△y= (△Ty(D+F)R)/(D)

式中，△x-在x方向所需要的调节量，以便对摄影镜头的偏离装定进行补偿;

△y-在y方向所需要的调节量，以便对摄影镜头偏离装定进行补偿;

△T_x-摄影机镜头在x方向偏离装定的距离;

△T_y-摄影机镜头在y方向偏离装定的距离;

D-摄影机至被摄目标的距离;

F-摄影机镜头的后焦距，以及

R-放大率（V/U）。

8、如权利要求6所述的方法，其中的微处理机是编了程序的，以将底片载体上每一个二维底片自动调节到正确位置进行印刷，所利用的是下列公式

C.在x方向上所需要的偏移量

△S_X= (△T_X(D+F))/(D)

D.在y方向上所需要的偏移量

△S_y= (△T_y(D+F))/(D)

其中，△S_x-在x方向上二维底片图需要移动的距离，以对摄影机镜头的偏离装定进行补偿;

△S_y-在y方向上二维底片图需要移动的距离，以对摄影机镜头的偏离装定进行补偿;

△T_x-摄影机镜头在x方向上偏离装定的距离;

△T_y-摄影机镜头在y方向上偏离装定的距离;

D-摄影机至被摄目标的距离，以及

F-摄影机镜头的后焦距。

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