CN106033169A - 感光涂膜光栅立体曝光机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感光涂膜光栅立体曝光机，采用直接印相原理，用透明显示屏作为图像源，通过远处的点光源将透明显示屏上的图像以一定角度投射到柱镜光栅上，对感光涂层进行曝光。立体曝光机由图像控制单元、曝光单元、冲印单元三个部分组成，曝光后的感光涂膜光栅冲印后可直接形成立体照片。与其它立体照片输出设备相比，具有清晰度高、立体感强的优点，特别是不需要后期对位裱贴，解决了光栅、图片贴合失配带来的眼晕问题，具有生产效率高、成品率高、观看舒适的特点，可广泛应用于摄影行业、广告行业。

Description

感光涂膜光栅立体曝光机

技术领域

本发明涉及一种输出立体照片的数码曝光机，所述曝光机可用于立体照片、立体广告片的高精度输出。

背景技术

多镜头立体摄影技术以及光栅立体照片输出技术已经发展了多年，比较成熟。立体照片的输出方法分两类，其一是先将一组立体拍摄的序列图像抽样后交错合成一幅数字图像，通过写真喷绘、印刷打样或者激光冲印等输出，与柱镜光栅贴合在一起形成立体照片，其中对位贴合是最大的难点；其二，将一组立体拍摄的序列底片通过放大机镜头以不同的入射角度投射到柱镜光栅上，经聚焦后对柱镜背面的感光层曝光，形成立体照片，最大的优点是不需后期粘接，避免了贴合不准引起的眩晕感，这种自带感光层的柱镜光栅叫感光涂膜光栅。

第二种方法后来经过数字化改造，用数码片夹，即电子底片来替代传统底片进行曝光，存在的问题是立体照片的明暗闪烁十分明显，这种闪烁来源于柱镜光栅与数字图像点阵叠合曝光。另外，数码片夹还存在一些不足，其一，分辨率一般不高于1920*1080，如采用“像素微动技术”来提高分辨率，对于每张立体照片需要的上千次曝光来说，效率太低；其二，入射角的改变不宜过大，否则左右两侧图像离焦降低清晰度，并且两侧图像放大率不一致导致局部旋转，降低观看舒适度；其三，整个曝光系统不够简洁高效，对于30～100序列的立体照片来说，曝光输出时间过长。

发明内容

本发明公开了感光涂膜光栅立体曝光机的结构和原理，目的在于提供一种高效、高清晰、不需对位贴合的立体照片输出设备。

根据本发明，提供了一种具有感光涂膜光栅的立体曝光机，其包括图像控制单元和曝光单元，其中，

所述曝光单元包括光源、透明显示屏和柱镜光栅；

所述图像控制单元将N幅序列图像按照预定时序依次输出到所述透明显示屏进行显示，同时向所述光源发出控制信号控制所述光源的点亮时间以控制与所述序列图像相应的曝光时间，其中N为自然数；

所述光源与所述透明显示屏相距足够远以作为点光源，基于直接印相原理，所述光源将所述透明显示屏上依次显示的序列图像以不同入射角投射到所述柱镜光栅上，所述柱镜光栅使得一组平行的细线被曝光在感光涂层上。

其中，所述光源为光源组(4)，所述透明显示屏为液晶显示屏LCD(3)；所述曝光单元还包括用于固定所述柱镜光栅(1)的光栅固定台。

其中，所述曝光单元还包括：位于光源组(4)和LCD屏(3)之间的1块或2块反光镜。

其中，所述光源组(4)由N个单组光源(5)在LED光源组底座(10)上等间距d排列而成，所述光源组(4)以所述柱镜光栅的轴线为中心呈弧形排列，或者直线排列，所述单组光源(5)编号为1，2，3，……，N，并且与要曝光的N幅序列图编号一一对应。

其中，所述N幅序列图像被分为奇数组和偶数组，先曝光奇数序列图像，然后将光源组(4)整体平移距离d/2，再曝光偶数序列的图像。

其中，所述光源组(4)采用单组光源(5)平移曝光来实现，平移间距、曝光时间、曝光次数可由图像控制单元控制。

其中，在光源组的两边，采用大间距和长时间来曝光较大视差的序列图，在光源组的中间，采用小间距和短时间来曝光小视差的序列图，以非均匀视差曝光来改善图像质量，提高曝光效率。

其中，每个单组光源(5)由一组或三组RGB LED灯线形排列构成，排列方向与所述柱镜光栅的光栅线条方向一致，每个LED灯的曝光时间由所述图像控制单元控制。

其中，由一组紧密排列的RGB LED灯组成的单组光源，对应于单色LCD屏曝光，由一组或三组LED灯排列组成的单组光源，对应于彩色LCD屏曝光。

其中，所述LCD屏竖直显示图像，其长边即子像素密度高的方向与 所述柱镜光栅线条方向大致相同，将柱镜光栅(1)的光栅线设计成相对竖向放置的LCD屏倾斜的莫尔纹消除角θ，所述柱镜光栅的栅线方向与单组光源中LED灯的排列方向一致，所述光源组(4)上单组光源(5)的排列方向与LCD屏(3)上显示的序列图像的横向一致。

其中，所述感光涂层处于所述柱镜光栅的聚焦平面上。

其中，所述柱镜光栅为斜纹光栅或直纹光栅。

其中，所述柱镜光栅的栅线方向与单组光源(5)中LED灯的排列方向一致，与所述LCD屏的纵向夹角为θ角，所述光源组(4)上单组光源(5)的排列方向与LCD屏(3)的宽度方向一致，序列图像(17)可以满屏显示，立体照片最大可以达到LCD屏的尺寸，立体照片上的光栅是θ角倾斜的。

其中，所述柱镜光栅的栅线方向与单组光源(5)中LED灯的排列方向一致，与LCD屏的纵向夹角为θ角，所述光源组(4)上单组光源(5)的排列方向与LCD屏(3)的宽度方向成θ角，序列图像旋转θ角后显示，不能占满LCD屏，立体照片的最大尺寸小于LCD屏，立体照片上的光栅是直纹，没有倾斜角。

其中，所述曝光单元还包括相纸平移机构和冲印单元，所述冲印单元采用与普通平面彩扩机相同的机构，所述柱镜光栅的柱面朝向入射光线(6)，或者朝向感光材料，聚焦平面正好处于相纸的感光面，采用中间的单组光源进行曝光，序列图每次曝光后感光相纸平移p·cosθ/N。

本发明的感光涂膜光栅立体曝光机，与其它立体照片输出设备相比，具有清晰度高、立体感强的优点，特别是不需要后期对位裱贴，解决了光栅、图片贴合失配带来的眼晕问题，具有生产效率高、成品率高、观看舒适的特点，可广泛应用于摄影行业、广告行业。

附图说明

图1是感光涂膜光栅立体曝光机的结构和原理示意图。

图2A是弧形LED光源组正视图。

图2B是直线型LED光源组正视图。

图2C是LED单组光源移动移动曝光正视图。

图3A是与单色LCD屏配套的单组光源结构示意图。

图3B是与彩色LCD屏配套的单组光源结构示意图。

图4是与单色LCD屏配套的LED光源组顶视图。

图5A是彩色LCD屏的像素结构示意图。

图5B是单色LCD屏的像素结构示意图。

图6是感光涂膜光栅结构示意图。

图7是斜纹柱镜光栅与LCD屏组合示意图。

图8是斜纹光栅、LCD屏、序列图像、LED光源组角度配置的顶视图。

图9是直纹光栅、LCD屏、序列图像、LED光源组角度配置的顶视图。

图10A是移动相纸曝光时光线正入射柱镜面示意图。

图10B是移动相纸曝光时光线背入射柱镜面示意图。

上述各附图中的图示标号为：

1 柱镜光栅，2 感光涂层，3 LCD屏，4 LED光源组，5 单组光源，6 入射光线，7 红色LED灯，8 绿色LED灯，9 蓝色LED灯，10 LED光源组底座，11 省略未画出来的单组光源，12 感光涂层透明片基，13 LCD屏上的红色子像素，14 LCD屏上的绿色子像素，15 LCD屏上的蓝色子像素，16 单色子像素，17 序列图像。

具体实施方式

感光涂膜光栅立体曝光机采用直接印相原理，用透明显示屏作为图像源，通过远处的点光源将透明显示屏上的图像以一定角度投射到柱镜光栅上，由于柱镜光栅的聚光作用，一组平行的细线被曝光在感光涂层上，改变入射角将其余的序列图像依次曝光，显影、漂定后形成一张可裸眼观看的立体图片。也就是说立体照片的合成是通过柱镜光栅自身实现的，柱镜光栅的聚焦线越细，可容纳的序列图数量越多，立体照片前后景的重影就越小，清晰度也就越高；部分斜入射的非近轴光，并不能聚焦成一条极细线，因此从两侧观看时立体照片的清晰度会有所降低。

立体曝光机由图像控制单元、曝光单元、冲印单元三个部分组成，冲印后的图像可直接形成立体照片。

下面分别说明曝光机的各单元构成及工作过程。

图像控制单元就是一台高性能计算机，完成三项功能：序列图像的曝 光次序排队，光源曝光时间的设定，序列图像在透明显示屏上依时序显示及曝光。

曝光单元由光源组(4)、透明显示屏(3)、带感光涂层(2)的柱镜光栅(1)及光栅固定台构成，如图1所示。本发明中，为了缩小曝光单元占据的空间，同时保持光路的长度，可以在光源组(4)和透明显示屏(3)之间，加入1块或2块反光镜。曝光单元是此发明的重点，下面将详细说明。

光源组(4)由N个单组光源(5)组成，等间距排列，光源组以柱镜光栅的轴线为中心呈弧形排列，如图2A所示，也可以直线排列，如图2B所示，鉴于光源远离柱镜光栅，两者实际差别并不大。可采用50个单组光源组成曝光光源，其间距为d，灯组编号为1，2，3，……，50，与要曝光的50幅序列图编号一一对应起来，当然也可以只采用中间部分灯组完成曝光。要曝光更多的序列图像，比如100幅，可先曝光50幅奇数序列的图像，然后将光源组整体平移距离d/2，再曝光50幅偶数序列的图像。在图示中只画出22组光源，曝光时各个单组光源依次点亮，并不需要多次移位，因此具有较高的曝光效率。

每种规格的光栅都有固定的视变角，即图像发生跳跃时旋转的角度，显然视变角与栅距、厚度、折射率、倾斜角θ有关，且容易实际测量出来，光源组的整体宽度相对于柱镜光栅的中轴线的张角等于视变角时，刚好满足曝光区不留空白、不重叠的条件。要达到这个要求，可以从三个方面来调整，其一，调整单组光源的间距d；其二，调整光源组(4)到柱镜光栅(1)的距离；其三，在保证光源组整体宽度足够大的前提下，只利用中间部分的灯组。显然，更换不同规格的柱镜光栅时，第三点的调整最容易实现。

如图2C所示，采用单组光源平移曝光来代替光源组，结构更加简单，调整其间距和总行程也非常容易，只需改变程序的参数设置就能够适应序列图数量的变化以及光栅品种的更换。其不足之处在于光源的频繁移动需要额外的时间，影响曝光效率。

一般情况下，中间的灯组属于近轴光线，聚焦线较细，具有很高的图像分辨率，可以容纳密集的序列图，两边的灯组属于远轴光线，聚焦线较 粗，图像分辨率低，可容纳的序列图不够密集，利用这一特性，可以采用非均匀曝光来改善图像质量，进一步提高曝光效率。具体方法是，在光源组的两边，采用大间距和长时间来曝光较大视差的序列图，在光源组的中间，采用小间距和短时间来曝光小视差的序列图。以100幅序列图为例曝光来说明，单组光源的编号为L1到L100，序列图的编号为N1到N100，一一对应。均匀曝光就是在不考虑曝光补偿的情况下，以相同的时间t将单组光源对应序列图像一一曝光。非均匀曝光就是将序列图分成三段：

1)N1、N4、N7、N93、N96、N99，曝光时间为3t；

2)N10、N12、N14、N16、N18、N20、N22、N24、N26、N28、N72、N74、N76、N78、N80、N82、N84、N86、N88、N90，曝光时间为2t；

3)N30、N31、N32、N33、N34、……、N71，曝光时间为t。

共68幅序列图像采用对应编号的单组光源进行曝光，总的曝光时间不变，但图像切换及等待的时间减少了。也可以采用其它更细致的分段方式曝光。

每个单组光源(5)由一组或三组红、绿、蓝三色LED灯构成，每个LED灯的曝光时间精确可控。用LED灯作曝光光源可全电子控制，无快门，无滤色机构，结构简洁，运行稳定。如图3A所示的单组光源由一组紧密排列的RGB三色LED灯而成，与垂直方向成θ角，对应于单色或彩色LCD屏；如图3B所示的单组光源由三组LED灯采用RGB、RGB、RGB排列，其间距依试验确定，与垂直方向成θ角，对应于彩色LCD屏。

N个单组光源(5)在LED光源组底座(10)上等间距排列组成光源组(4)，每组LED灯呈线形排列，排列方向与光栅线条方向一致，如图4所示。有关θ角的确定在下文有进一步的说明。

透明显示屏(3)采用单色或彩色LCD屏，单色LCD屏具有更好的色纯度、更高的图像分辨率以及更干净的图像。彩色LCD屏每个像素由RGB三个子像素(13)(14)(15)构成，如图5A所示；黑白单色LCD屏的每个子像素(16)都构成完整像素，因此像素密度更高，如图5B所示。至于其它类型的显示屏，子像素的形状和排列方式与图示不同也是可行的，关键在于屏的透明度要好，无明显散射。在应用LCD屏曝光时，一般把屏 幕竖直使用，即子像素密度高的方向与柱镜光栅线条方向一致，可以提高立体图像的清晰度，减轻彩色LCD屏带来的色散。

带感光涂层(2)的柱镜光栅(1)简称感光涂膜光栅，感光涂层处于柱镜光栅的聚焦平面上，可分为斜纹光栅和直纹光栅。可将柱镜光栅(1)与带透明片基(12)的感光涂膜相纸粘合在一起，形成感光涂膜光栅，如图6所示。采用这种工艺，只需要生产出感光涂膜相纸，就可以经过简单的暗室粘合工艺应用到各种规格的光栅上，非常灵活。感光涂膜光栅还可分为软片光栅和硬片光栅，软片光栅的厚度不超过0.2mm，栅距在150～400LPI之间，可以如同普通相纸一样进入冲洗机处理，立体感较弱，适合小片幅立体照片；硬片光栅的厚度一般超过0.5mm，栅距在30～100LPI之间，不能弯折，只能在水槽式冲洗机内显影处理，立体感较强，适合中等幅面立体照片，其幅面主要受限于水槽式冲印单元的大小。

由于LCD屏(3)上的像素呈点阵结构，与柱镜光栅叠放在一起时往往出现“撞网”，即出现莫尔纹进而影响图像的质量，消除莫尔纹的有效办法是让柱镜光栅(1)的光栅线相对于竖向置放的LCD屏(3)旋转，到莫尔纹刚刚消除时记录其角度θ，作为“莫尔纹消除角”。本发明中，把斜纹光栅的栅线设计成倾斜的角度θ，如图7所示，可以消除网纹。光栅栅线倾角θ的范围在0°～40°，过大的角度不利于立体显示，通常可进一步缩小倾角θ的范围为10°～30°。

曝光单元各器件之间的配置关系为：柱镜光栅的栅线方向与单组光源中LED灯的排列方向一致，与LCD屏的纵向夹角为θ角；光源组(4)上单组光源(5)的排列方向与LCD屏(3)上显示的序列图像的横向一致，以保证曝光图像的视差仍然是横向的；LCD屏(3)与感光涂层(2)具有一定距离，序列图像上不动的“焦点”经光源投射后会相互错开，因此需要在LCD屏上对序列图作偏移补偿，使焦点感光后仍然重合在一起。

冲印单元将曝光后的感光涂膜光栅显影、漂定、烘干，覆保护膜，形成立体照片成品。

实施案例一，感光涂膜斜纹光栅立体曝光机。

立体曝光机由图像控制单元、曝光单元、冲印单元三个部分组成。曝 光单元由光源组(4)、单色LCD屏(3)、感光涂膜光栅(1)及光栅固定台构成，如图8所示，柱镜光栅的栅线方向与单组光源(5)中LED灯的排列方向一致，与LCD屏的纵向夹角为θ角，光源组(4)上单组光源(5)的排列方向与LCD屏(3)的宽度方向一致，序列图像(17)可以满屏显示。对每一张序列图像曝光时，须先分解成RGB三个通道图像在单色LCD屏上显示，分别用单组光源(5)的RGB三色LED灯进行3次曝光。立体照片最大可以达到LCD屏的尺寸，立体照片上的光栅是θ角倾斜的。在本实施案例中采用彩色LCD屏也是可行的，对应的单组光源(5)还可以采用图3B所示的三组结构，对每一张序列图像曝光时，图像直接在彩色LCD屏上显示，分别用单组光源(5)的三组LED灯进行1次曝光即可完成，但其中每种颜色LED灯的曝光时间是分别设定的。

实施案例二，感光涂膜直纹光栅立体曝光机。

立体曝光机由图像控制单元、曝光单元、冲印单元三个部分组成。曝光单元由光源组(4)、单色LCD屏(3)、感光涂膜光栅(1)及光栅固定台构成，如图9所示，柱镜光栅的栅线方向与单组光源(5)中LED灯的排列方向一致，与LCD屏的纵向夹角为θ角，光源组(4)上单组光源(5)的排列方向与LCD屏(3)的宽度方向成θ角，序列图像旋转θ角后显示，不能占满LCD屏，立体照片的最大尺寸小于LCD屏，立体照片上的光栅是直纹，没有倾斜角。

实施案例三，需裱贴对位的立体曝光机。

立体曝光机仍然由图像控制单元、曝光单元、冲印单元三个部分组成，在曝光单元中增加了相纸平移机构，冲印系统采用与普通平面彩扩机相同的机构。即使没有感光涂膜光栅，也可用普通感光相纸进行曝光。柱镜光栅的柱面朝向入射光线(6)，如图10A所示，或者朝向感光材料，如图10B所示，只需要满足聚焦平面正好处于相纸的感光面的条件即可。设柱镜光栅的栅距为p，序列图像的数量为N，光栅的倾斜角为θ，采用中间的单组光源进行曝光，序列图每次曝光后感光相纸平移p·cosθ/N，立体照片完整的曝光周期包括N次平移、曝光的过程。感光相纸或感光灯片曝光后进行冲洗、干燥，贴合柱镜光栅形成立体照片。

Claims (15)

1.一种具有感光涂膜光栅的立体曝光机，其特征在于包括图像控制单元和曝光单元，其中，

所述曝光单元包括光源、透明显示屏和柱镜光栅；

所述图像控制单元将N幅序列图像按照预定时序依次输出到所述透明显示屏进行显示，同时向所述光源发出控制信号控制所述光源的点亮时间以控制与所述序列图像相应的曝光时间，其中N为自然数；

所述光源与所述透明显示屏相距足够远以作为点光源，基于直接印相原理，所述光源将所述透明显示屏上依次显示的序列图像以不同入射角投射到所述柱镜光栅上，所述柱镜光栅使得一组平行的细线被曝光在感光涂层上。

2.如权利要求1所述的立体曝光机，其特征还在于：

所述光源为光源组(4)，所述透明显示屏为液晶显示屏LCD(3)；

所述曝光单元还包括用于固定所述柱镜光栅(1)的光栅固定台。

3.如权利要求2所述的立体曝光机，其中，所述曝光单元还包括：

位于光源组(4)和LCD屏(3)之间的1块或2块反光镜。

4.如权利要求2所述的立体曝光机，其中，所述光源组(4)由N个单组光源(5)在LED光源组底座(10)上等间距d排列而成，所述光源组(4)以所述柱镜光栅的轴线为中心呈弧形排列，或者直线排列，所述单组光源(5)编号为1，2，3，……，N，并且与要曝光的N幅序列图编号一一对应。

5.如权利要求4所述的立体曝光机，其中，所述N幅序列图像被分为奇数组和偶数组，先曝光奇数序列图像，然后将光源组(4)整体平移距离d/2，再曝光偶数序列的图像。

6.如权利要求2所述的立体曝光机，其中，所述光源组(4)采用单组光源(5)平移曝光来实现，平移间距、曝光时间、曝光次数可由图像控制单元控制。

7.如权利要求2所述的立体曝光机，其中，在光源组的两边，采用大间距和长时间来曝光较大视差的序列图，在光源组的中间，采用小间距和短时间来曝光小视差的序列图，以非均匀视差曝光来改善图像质量，提高曝光效率。

8.如权利要求4所述的立体曝光机，其中，每个单组光源(5)由一组或三组RGB LED灯线形排列构成，排列方向与所述柱镜光栅的光栅线条方向一致，每个LED灯的曝光时间由所述图像控制单元控制。

9.如权利要求8所述的立体曝光机，其中，由一组紧密排列的RGBLED灯组成的单组光源，对应于单色LCD屏曝光，由一组或三组LED灯排列组成的单组光源，对应于彩色LCD屏曝光。

10.如权利要求9所述的立体曝光机，其中，所述LCD屏竖直显示图像，其长边即子像素密度高的方向与所述柱镜光栅线条方向大致相同，将柱镜光栅(1)的光栅线设计成相对竖向放置的LCD屏倾斜的莫尔纹消除角θ，所述柱镜光栅的栅线方向与单组光源中LED灯的排列方向一致，所述光源组(4)上单组光源(5)的排列方向与LCD屏(3)上显示的序列图像的横向一致。

11.如权利要求1所述的立体曝光机，其中，所述感光涂层处于所述柱镜光栅的聚焦平面上。

12.如权利要求11所述的立体曝光机，其中，所述柱镜光栅为斜纹光栅或直纹光栅。

13.如权利要求4所述的柱镜光栅，其中，所述柱镜光栅的栅线方向与单组光源(5)中LED灯的排列方向一致，与所述LCD屏的纵向夹角为θ角，所述光源组(4)上单组光源(5)的排列方向与LCD屏(3)的宽度方向一致，序列图像(17)可以满屏显示，立体照片最大可以达到LCD屏的尺寸，立体照片上的光栅是θ角倾斜的。

14.如权利要求12所述的立体曝光机，其中，所述柱镜光栅的栅线方向与单组光源(5)中LED灯的排列方向一致，与LCD屏的纵向夹角为θ角，所述光源组(4)上单组光源(5)的排列方向与LCD屏(3)的宽度方向成θ角，序列图像旋转θ角后显示，不能占满LCD屏，立体照片的最大尺寸小于LCD屏，立体照片上的光栅是直纹，没有倾斜角。

15.如权利要求12所述的立体曝光机，其中，所述曝光单元还包括相纸平移机构和冲印单元，所述冲印单元采用与普通平面彩扩机相同的机构，所述柱镜光栅的柱面朝向入射光线(6)，或者朝向感光材料，聚焦平面正好处于相纸的感光面，采用中间的单组光源进行曝光，序列图每次曝光后感光相纸平移p·cosθ/N。