CN1580868A - 全方位立体图片的制作方法和所采用的透镜光栅组合 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全方位立体图片的制作方法和所采用的透镜光栅组合。根据本发明的制作方法包括：获得同一景物的多幅具有不同视差的平面图片；将多幅平面图片转换成相应的图片信号；对图片信号进行处理，以获得多个组合影像单元；通过多个组合影像单元构造合成的平面图片；和，采用附加的半球状光栅得到全方位立体图片。在透镜光栅组合中，采用上下两层直纹半柱状透镜光栅的组合以模拟半球状透镜光栅的光学效果。本发明还包括采用根据本发明的制作方法制作的全方位立体图片。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够同时显示景物的左右和上下两个方向上的立体效果的全方位立体图片的制作方法和其中所采用的透镜光栅组合。
背景技术
立体图片通常是指通过附加的光学透镜光栅或狭缝光栅的由一组具有左右视差的平面图片合成的图片。当处于由不同的观看角度时，左右眼能分别看到一对具有不同视差的左右景的平面图片，由此产生景物在左右方向上的立体效果。
在现有技术中，利用附加光栅产生立体图片的过程基本上是，首先将一组具有左右不同拍摄角度的平面图片经过光学分割或电脑分割产生垂直的线状像素，再根据光栅的规格顺序地将线状像素进行排列，然后再配以垂直的狭缝光栅或光学半柱状透镜光栅，从而产生所要求的立体图片。观看立体图片时，左右眼视线通过光栅分别看到一对左右景物的像素，由此达到模拟观看现场景物的立体效果。
在观看实际景物时，可随意地移动观看位置并且可获得左右和上下两个方向上的任何一个观看位置的全方位的立体感觉。但现有技术的利用垂直光栅所产生的立体图片的缺点是只能产生景物的左右位置的立体效果，即只能获得单一方向的立体效果。
并且，根据现有技术所产生的立体图片的最终产品是采用感光方式的立体照片及立体印刷图片。
并且，现有技术中的立体图片的拍摄方法是采用有多个镜头的照相机进行拍摄或者移动单镜头照相机进行多次拍摄。
并且，在现有技术中，采用大光圈单镜头照相机拍摄的立体图片与实际景物是左右方向反向的。
因此，在现有技术的立体图片的产生过程中，所采用的设备和方法均具有相当的局限性，尤其是所产生的立体图片只具有左右方向的立体效果而不具备上下方向的立体效果，即不是全方位的立体图片。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够同时显示景物的左右和上下两个方向的立体效果的全方位立体图片的方法，其中合成的立体图片由景物的左右和上下两个方向上的具有视差的平面图片组成，以及其中所采用的透镜光栅组合。
根据本发明的一种全方位立体图片的制作方法，包括以下步骤：获得同一景物的多幅具有在X和Y方向的不同视差的平面图片，其中，X方向是水平方向，Y方向是垂直方向；将所述多幅平面图片转换成相应的图片信号；对所述图片信号进行处理，以获得多个组合影像单元；通过所述多个组合影像单元构造合成的平面图片；和，采用附加的光栅得到所需要的全方位立体图片。
在根据本发明的制作方法中，所述图片信号处理步骤包括：将每一幅平面图片分割成多个像素，其中所分割的像素数量与所述光栅中的透镜数量相同；构造组合影像单元，所述组合影像单元的数量与所述光栅中的透镜数量相同，其中，每一个组合影像单元由每一幅平面图片中的具有同样位置的像素组成，各像素的排列格式与对应的平面图片的排列格式相同。再有，使每一个组合影像单元中的各像素的排列在X和Y方向上反向。
在根据本发明的制作方法中，所述构造合成的平面图片的步骤包括：所述多个组合影像单元在合成的平面图片中的排列格式与各组合影像单元包括的像素所对应的照相机的排列格式相同。
在根据本发明的制作方法中，所述光栅是半球状透镜光栅或者是针孔光栅。
在根据本发明的制作方法中，所述组合影像单元的尺寸大致等于一个半球状透镜的尺寸。
在根据本发明的制作方法中，所述X方向的平面图片的数量不少于两幅；所述Y方向的平面图片的数量也不少于两幅。
在根据本发明的制作方法中，所述X方向的平面图片的数量可以是无限多；所述Y方向的平面图片的数量也可以是无限多。
在根据本发明的制作方法中，所述X和Y方向的平面图片的数量是相同的，或者是不同的。
在根据本发明的制作方法中，所述多幅平面图片是采用照相方法得到的平面图片；或者是采用人工绘制或电脑绘制的平面图片。
根据本发明的一种用于制作全方位立体图片的透镜光栅组合，其特征在于，采用上下两层直纹半柱状透镜光栅的组合以模拟半球状透镜光栅的光学效果。
在根据本发明的透镜光栅组合中，所述上层直纹半柱状透镜光栅相对于所述下层直纹半柱状透镜光栅成90°角；或者成非90°角。
在根据本发明的透镜光栅组合中，所述上层直纹半柱状透镜光栅和所述下层直纹半柱状透镜光栅中的透镜宽度相同；或者不同。
在根据本发明的透镜光栅组合中，所述上层直纹半柱状透镜光栅和所述下层直纹半柱状透镜光栅的透镜表面均向上；或者所述上层直纹半柱状透镜光栅的透镜表面向下，而所述下层直纹半柱状透镜光栅的透镜表面向上。再有，所述上层直纹半柱状透镜光栅和所述下层直纹半柱状透镜光栅的焦平面重合。
本发明还包括采用根据本发明的制作方法制作的全方位立体图片。所述合成的平面图片是直接印制在所采用的光栅的平滑背面上的；或者，所述合成的平面图片是印制在一种介质材料上，再附加上光栅。
因此，当观看根据本发明所产生的立体图片时，将观看位置或图片相对地左右移动时，可改变景物的左右方向即X轴的立体效果，将观看位置和图片相对地上下移动时，可改变景物的上下方向即Y轴的立体效果，由此达到全方位的立体效果，仿佛观看现场的真实景物一样。
附图说明
下面是本发明附图说明，其中，
图1示出一个景物的X和Y轴视差的图片的光学原理示意图；
图2是拍摄一个景物的X和Y轴视差的平面影像时照相机的排列示意图；
图3示意地示出将一个景物的X和Y轴视差的平面影像排列组成一个合成的图片；
图4示出一个半球状透镜光栅；
图5示出一个针孔光栅；
图6示出附有半球状透镜光栅的立体图片；
图7示出附有针孔光栅的立体图片；
图8示出将平面像素以不同的格式排列的组合影像单元；
图9示出半球状透镜的尺寸与组合影像单元的尺寸之间的关系；
图10示出将不同规格的针孔光栅用于配合不同格式排列的组合影像单元；
图11示出采用两个直纹半柱状透镜组合的模拟半球状透镜光栅；
图12示出采用两个不同规格的直纹半柱状透镜组合的模拟半球状透镜光栅；
图13示出采用两个直纹半柱状光栅组合的模拟半球状透镜光栅，其中上层的光栅的透镜表面是向上的。
具体实施方式
以下结合附图描述本发明的优选实施例。
由于在利用光学半球状透镜光栅和针孔光栅的平面全方位立体效果的立体图片中，对组合影像单元的合成是一样的，所以以下描述对于本发明采用光学半球状透镜光栅和针孔光栅制作平面全方位立体效果的立体图片均是适用的。
图1示出利用半球状透镜光栅或针孔光栅获得一个景物的X和Y轴视差的图片的光学原理示意图。图1中的附图标记4表示观看者的眼睛，在不同的位置，透过透镜光轴或针孔3可看到立体图片的组合影像1中不同的平面像素2A，2B，2C，2D。
图2示出拍摄多幅包含景物的X及Y轴(即横向和纵向，下同)视差的平面照片，图中5表示一个景物，6A至6K是照相机的各个位置。该多幅平面图片可以采用照相方法得到，也可以采用人工绘制或电脑绘制的方法获得。
图3示出将一个景物的X和Y轴视差的平面影像排列组成一个合成的图片。图3中，将一组含有X及Y轴视差的平面照片7A至7K(分别由图2所示的6A至6K照相机位置所拍摄)用电脑合成为一幅平面图片8，图中各附图标记的含义分别是：1是合成图片中一个组合影像单元，如图3所示，组合影像单元的数量与光栅中的透镜数量相同；2是一个组合影像单元中的单个像素。每一幅平面照片7A至7K经过电脑扫描并且被分割成大量的像素2，每一幅平面照片被分割的像素数量与整幅立体图片的光栅9中的半球状透镜10的数量相同。每一个组合影像单元1由所有平面照片7A至7K中的每一幅平面照片中的具有同样位置的像素组成，并且组合影像单元1中的各像素的排列格式与图2中的对应的照相机6A至6K的排列次序相反。在合成的平面图片8中，各组合影像单元在合成的平面图片中的排列格式与各组合影像单元包括的像素所对应的照相机的排列次序相同
从以上过程可以看出，在根据本发明的平面立体图片的制作方法中，所采用的图片处理的具体步骤包括：将拍摄的每一幅平面照片分割成多个像素，其中所分割的像素数量与光栅中的透镜数量相同；构造组合影像单元，所述组合影像单元的数量与光栅中的透镜数量相同，其中，每一个组合影像单元由每一幅平面照片中的具有同样位置的像素组成，各像素的排列格式与对应的照相机的排列次序相反；由各组合影像单元构造合成的平面图片，其中各组合影像单元在合成的平面图片中的排列格式与各组合影像单元包括的像素所对应的照相机的排列次序相同。
此外，根据光学原理，当观看立体图片时，半球状透镜将单个像素2在X和Y方向均成为反向从而构成组合影像单元2R，所以当合成一个组合影像单元1时，应根据该透镜的光学效果而预先将像素2的方向调整，即使得一个组合影像单元中的各像素的排列在X和Y方向上反向。但在一般情况下，由于单个像素2的面积很小并且只不过是整个合成影像8的一个像素，所以即使不调整其方向也不会对立体图片的效果造成很大的影响。
图4示意地示出半球状透镜光栅，其中9表示一小部分半球状透镜光栅，10表示一个半球状透镜，11是透镜的聚焦平面。
图5示意地示出针孔光栅，其中12是一小部分针孔光栅，13是针孔光栅不透光的表面，14是针孔。针孔的形状及尺寸、距离及排列格式没有限制，可由制造立体图片的其它因素进行计算和决定。
图6示出附有半球状透镜光栅的立体图片。图6中的各附图标记的含义是，10是一个半球状透镜，1是一个组合影像单元，2是一个像素，4是观看者的眼睛。眼睛在X和Y方向的移动改变X和Y方向的视差，从而在不同的左右和上下位置看到立体图片。
合成的图片可以直接打印或印刷在透镜底部的平滑的聚焦平面上，或者先打印或印制在一种介质材料上再贴上光栅。
图7示出附有针孔光栅的立体图片，图中14是针孔。
图8示出将平面像素以不同的格式排列的组合影像单元，其中，附图标记2表示平面像素，每个组合影像单元1中的像素2的数量等于所拍摄的平面照片的数量，并且其排列格式与所拍摄的平面照片的排列位置相同。每个组合影像单元中的像素数量并无限制；在X及Y方向，每个方向最少包括两个平面像素2，而最多像素的数量可以是无限多。并且，X及Y方向的平面像素2的数量也不必相等。
图9示出半球状透镜10的尺寸与组合影像单元1的尺寸之间的关系，图中L是透镜10的宽度，P是组合影像单元1的宽度，P大约等于L。由于视线的角度，所以正常组合影像单元的宽度是P+ΔP，ΔP的数值由立体图片的尺寸、观看的距离及透镜的厚度等因素决定。
图10示出将不同规格的针孔光栅用于配合不同格式排列的组合影像单元。
图11示出采用两个直纹半柱状透镜组合的模拟半球状透镜光栅效果的光栅，图中16是下层的直纹半柱状透镜光栅，17是上层的直纹半柱状透镜光栅，其中光栅17相对于光栅16成90°角。上层和下层光栅也可以成非90°角。并且光栅17的透镜面向下，光栅16的透镜面向上。上层光栅透镜的焦平面与下层光栅透镜的焦平面11重合。
图12示出采用两个不同规格的直纹半柱状透镜组合的模拟半球状透镜光栅，图中上层光栅18的透镜规格与下层光栅17的透镜宽度不同；该透镜宽度也可以是相同的。
图13示出采用两个直纹半柱状光栅组合的模拟半球状透镜光栅，其中上层光栅19和下层光栅18的透镜表面均是向上的。
以上以优选形式举例说明本发明的具体实施方式。在不脱离本发明的本质和范围的情况下，本领域的技术人员可以对本发明的系统和方法进行各种修改、修正或替换，但仍属于本发明的保护范围。
附图标记
1：合成影像中的一个组合影像单元
2：平面像素
3：半球状透镜光栅或针孔
4：眼睛
5：景物
6A至6K：照相机在X和Y方向的排列位置
7A至7K：一组包含景物的X和Y方向视差的平面影像
8：立体图片的合成影像
9：一小部分半球状透镜光栅
10：一个半球状透镜
11：半球状透镜的聚焦平面
12：一小部分针孔光栅
13：针孔光栅的不透光表面
14：针孔
16、17：用两个直纹半柱状透镜光栅组合的模拟半球状透镜效果的光栅
17、18：不同规格的直纹半柱状透镜光栅
19：表面向上的直纹半柱状透镜光栅
Claims (26)
1.一种全方位立体图片的制作方法，包括以下步骤：
获得同一景物的多幅具有在X和Y方向的不同视差的平面图片，其中，X方向是水平方向，Y方向是垂直方向；
将所述多幅平面图片转换成相应的图片信号；
对所述图片信号进行处理，以获得多个组合影像单元；
通过所述多个组合影像单元构造合成的平面图片；和
采用附加的半球状光栅得到所需要的全方位立体图片。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述图片信号处理步骤包括：
将每一幅平面图片分割成多个像素，其中所分割的像素数量与所述光栅中的透镜数量相同；
构造组合影像单元，所述组合影像单元的数量与所述光栅中的透镜数量相同，其中，每一个组合影像单元由每一幅平面图片中的具有同样位置的像素组成，各像素的排列格式与对应的平面图片的排列次序相反。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，使每一个组合影像单元中的各像素的排列在X和Y方向上反向。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述构造合成的平面图片的步骤包括：
所述多个组合影像单元在合成的平面图片中的排列格式与各组合影像单元包括的像素所对应的照相机的排列次序相同。
5.根据权利要求1至4的其中任一所述的制作方法，其特征在于，所述光栅是半球状透镜光栅。
6.根据权利要求1至4的其中任一所述的制作方法，其特征在于，所述光栅是针孔光栅。
7.根据权利要求1至6的其中任一所述的制作方法，其特征在于，所述组合影像单元的尺寸大致等于一个半球状透镜的尺寸。
8.根据权利要求1至6的其中任一所述的制作方法，其特征在于，所述X方向的平面图片的数量不少于两幅。
9.根据权利要求1至6的其中任一所述的制作方法，其特征在于，所述Y方向的平面图片的数量不少于两幅。
10.根据权利要求1至6的其中任一所述的制作方法，其特征在于，所述X方向的平面图片的数量可以是无限多。
11.根据权利要求1至6的其中任一所述的制作方法，其特征在于，所述Y方向的平面图片的数量可以是无限多。
12.根据权利要求1至6的其中任一所述的制作方法，其特征在于，所述X和Y方向的平面图片的数量是相同的。
13.根据权利要求1至6的其中任一所述的制作方法，其特征在于，所述X和Y方向的平面图片的数量是不同的。
14.根据权利要求1至6的其中任一所述的制作方法，其特征在于，所述多幅平面图片是采用照相方法得到的平面图片。
15.根据权利要求1至6的其中任一所述的制作方法，其特征在于，所述多幅平面图片是采用人工绘制或电脑绘制的平面图片。
16.一种用于制作平面全方位立体图片的透镜光栅组合，其特征在于，采用上下两层直纹半柱状透镜光栅的组合以模拟半球状透镜光栅的光学效果。
17.根据权利要求16所述的透镜光栅组合，其特征在于，所述上层直纹半柱状透镜光栅相对于所述下层直纹半柱状透镜光栅成90°角。
18.根据权利要求16所述的透镜光栅组合，其特征在于，所述上层直纹半柱状透镜光栅相对于所述下层直纹半柱状透镜光栅成非90°角。
19.根据权利要求16所述的透镜光栅组合，其特征在于，所述上层直纹半柱状透镜光栅和所述下层直纹半柱状透镜光栅中的透镜宽度相同。
20.根据权利要求16所述的透镜光栅组合，其特征在于，所述上层直纹半柱状透镜光栅和所述下层直纹半柱状透镜光栅中的透镜宽度不同。
21.根据权利要求16至20的其中任一所述的透镜光栅组合，其特征在于，所述上层直纹半柱状透镜光栅和所述下层直纹半柱状透镜光栅的透镜表面均向上。
22.根据权利要求16至20的其中任一所述的透镜光栅组合，其特征在于，所述上层直纹半柱状透镜光栅的透镜表面向下，而所述下层直纹半柱状透镜光栅的透镜表面向上。
23.根据权利要求22所述的透镜光栅组合，其特征在于，所述上层直纹半柱状透镜光栅和所述下层直纹半柱状透镜光栅的焦平面重合。
24.一种采用权利要求1至15的其中任一所述的制作方法制作的全方位立体图片。
25.根据权利要求24所述的全方位立体图片，其特征在于，所述合成的平面图片是直接印制在所采用的光栅的平滑背面上的。
26.根据权利要求24所述的全方位立体图片，其特征在于，所述合成的平面图片是印制在一种介质材料上，再附加上光栅。
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