EA001576B1 - Подложка для создания трехмерных изображений - Google Patents

Abstract

Подложка, предназначенная для создания трехмерного оптического изображения, содержит множество стереопар из элементов, представляющих собой выемки или выступы. Каждая такая пара элементов создает для наблюдателя на заранее заданном расстоянии от плоскости подложки изображение точки, а множество изображений точек образует трехмерное оптическое изображение. Например, пара линейных выемок (14, 16), ориентированных так, как показано на чертеже, отражает падающий свет (В) к соответствующим глазам наблюдателя, создавая изображение точки (Р) на расстоянии (r) позади поверхности подложки.

Description

Настоящее изобретение относится к подложкам, которые обеспечивают создание одного или более трехмерных изображений.

Во многих случаях бывают необходимы или желательны трехмерные оптические изображения. Ранее был предложен ряд устройств, содержащих двумерную подложку, выполненную так, чтобы обеспечить создание для наблюдателя трехмерного оптического изображения.

Предлагаемая подложка предназначена для создания для наблюдателя трехмерного изображения и обеспечивает при этом ряд преимуществ.

Согласно настоящему изобретению предлагается подложка, которая способна создавать одно или более трехмерных оптических изображений для наблюдателя, причем на этой подложке сформировано множество стереоскопических пар элементов, каждая из которых создает для наблюдателя изображение точки на заранее заданном расстоянии от плоскости подложки, а множество таких изображений точек образует указанные трехмерные оптические изображения.

Когда наблюдатель смотрит на подложку из конкретной позиции или диапазона позиций, два элемента каждой стереопары направляют свет к соответствующим глазам наблюдателя. Свет может быть направлен к наблюдателю или за счет отражения от элементов стереопары, или за счет преломления этими элементами света, проходящего через подложку (в том случае, когда последняя выполнена из прозрачного или полупрозрачного материала). Два элемента каждой стереопары могут иметь выемки или выступы, выполненные в подложке или на ее поверхности; они могут включать отражающий оттиск, отпечатанный на документе, в частности на ценной бумаге (например, на банкноте).

Каждая стереопара предпочтительно включает два коротких линейных элемента (в частности, выемки или выступы), относительная ориентация которых определяет расстояние от плоскости подложки до соответствующего создаваемого изображения точки.

Для изображения каждой точки предпочтительно имеется множество стереопар, чтобы эту точку можно было рассматривать под разными углами.

Все стереопары для каждого точечного изображения могут быть расположены на одной прямой линии. Разные стереопары могут быть смещены от этой линии, чтобы обеспечить стационарность изображения точки при изменении угла, под которым смотрит наблюдатель, или, альтернативно, чтобы изображение точки перемещалось, в последнем случае может быть создано изображение движущегося объекта.

Однако нет необходимости размещать последовательные стереопары для данного точечного изображения на одной линии. На самом деле пары могут быть смещены в желаемые по зиции, расположенные на некотором расстоянии от общей линии, например они могут быть размещены вдоль любой изогнутой линии, при соответствующем расположении и ориентации друг относительно друга. Таким образом, наборы стереопар для различных точечных изображений могут быть размещены отдельно друг от друга, что предотвращает пересечение или, другими словами, помехи между ними.

Если стереопары расположены вышеописанным способом, то невозможно связать их положения с образом объекта, что увеличивает сложность кодирования объекта и, следовательно, повышает степень защиты. Кроме того, индивидуальные линии размещения стереопар могут варьироваться от линий конечной длины до элементарных точек.

В случае обычного рассматривания трехмерного объекта под некоторым данным углом некоторые части объекта видны, а другие части (например удаленные боковые поверхности) не видны; при различных углах наблюдения разные части объекта видны и разные части не видны. В подложке, выполненной согласно настоящему изобретению, для создания реалистичного изображения трехмерного объекта изображение должно показывать определенные части объекта, только когда подложка рассматривается под определенными углами, но не при рассматривании ее под другими углами.

Поэтому предпочтительно, чтобы из набора стереопар, предназначенных для создания заранее заданных точек изображения, заранее заданные стереопары были исключены, так что при рассматривании подложки под определенным углом соответствующая точка изображения не будет видна. Вся конструкция такова, что различные части трехмерного объекта видны под различными углами наблюдения, что обеспечивает создание реалистичного изображения объекта.

Согласно изобретению подложка содержит большое число наборов стереопар, каждый из которых образует изображение одной и той же точки, видимое под различными углами наблюдения, так что в целом на разных заранее заданных расстояниях от плоскости подложки создается большое число изображений различных точек, размещенных отдельно друг от друга по горизонтали и вертикали. Эти точечные изображения формируют трехмерное изображение. Некоторые из точек изображения совместно могут образовывать линейное изображение (например край или границу объекта, или часть объекта), в то время как другие могут образовывать затенение, обеспечивая изображение поверхности.

Трехмерный объект обычно включает поверхности (например, боковые поверхности), которые при рассматривании объекта под определенными углами зрения или в определенном диапазоне углов зрения наклонены по отноше нию к наблюдателю. Было обнаружено, что хорошая четкость изображения может быть достигнута при уменьшении плотности стереопар, предназначенных для изображения такой наклонной поверхности, по сравнению с плотностью стереопар для изображения фронтальной поверхности. Это позволяет уменьшить общее число стереопар, которые необходимо сформировать на подложке.

Как сказано выше, стереопары на подложке могут быть выполнены так, чтобы обеспечить создание более чем одного изображения. В этом случае различные изображения могут быть видны при различных углах наблюдения.

Ниже варианты выполнения настоящего изобретения будут описаны на примерах с сопровождающими чертежами, где на фиг. 1-4 иллюстрируются принципы, на которых базируется настоящее изобретение, на фиг. 5 схематично изображена подложка, выполненная согласно настоящему изобретению, и на фиг. 6 показан эффект использования выемок с различными профилями поперечного сечения.

В варианте выполнения подложки согласно настоящему изобретению, показанном на фиг. 1 и 2, трехмерное изображение составлено из множества изображений точек, каждое из которых создано стереопарой из коротких линейных выемок (или выступов) 14, 16. На фиг. 1 выемки 14 ориентированы так, что формируют изображение точки Р на некотором расстоянии позади подложки, в то время как на фиг. 2 выемки ориентированы так, что формируют изображение точки на некотором расстоянии перед подложкой. На фиг. 1 и 2 видно, что расстояние от подложки до изображения точки Р по существу равно расстоянию г от каждой выемки до пересечения линий, перпендикулярных этим выемкам; изображение Р расположено ниже подложки в случае выемок или выступов, показанных на фиг. 1, у которых верхние края направлены друг к другу, и выше подложки в случае выемок или выступов, показанных на фиг. 2, у которых нижние края направлены друг к другу.

Понятно, что изображение точки Р, созданное каждой стереопарой из выемок, видно только под определенным углом наблюдения (или в ограниченном диапазоне углов). Для того чтобы изображения точки осталось видимым при изменении угла наблюдения, имеются дополнительные стереопары, каждая из которых действует при своем угле наблюдения. Кроме того, последовательные стереопары могут быть смещены и иметь такую ориентацию друг относительно друга, чтобы обеспечить по существу стационарность соответствующего точечного изображения при перемещении головы наблюдателя из стороны в сторону.

Альтернативно, последовательные стереопары, соответствующие изображению данной точки, то есть предназначенные для создания изображения той же самой точки при перемещении головы наблюдателя, могут быть смещены и ориентированы друг относительно друга так, чтобы казалось, что соответствующее изображение точки движется при изменении угла, под которым смотрит наблюдатель. Таким образом, такое трехмерное изображение может создавать впечатление перемещения объекта или его изменения, а не просто статическое изображение.

Вышеописанное предполагает, что последовательные стереопары, соответствующие изображению конкретной точки, расположены вдоль линии (с некоторым отступлением от этой линии, в соответствии с вышеупомянутыми смещениями). Однако фактически нет необходимости ограничивать размещение последовательных стереопар таким образом.

На фиг. 3 показано, что последовательность стереопар, от +8Р1 до -8Р1, размещена так, чтобы обеспечить изображение точки Р при различных углах наблюдения. Однако в этом случае все стереопары расположены вдоль горизонтальной линии Н. Угол О между перпендикулярами к элементам каждой пары постоянен, чтобы каждая пара направляла свет к соответствующим глазам наблюдателя. Расстояние (26) между элементами каждой пары изменяется в соответствии со следующими выражениями:

Ιβ а = а/ζ ,

Ιβ (а + θ/2) = (а + ά)/ζ,

Ιβ (а - θ/2) = (а - ά)/ζ, где изображение точки Р появляется на расстоянии Ζ позади плоскости подложки и ниже горизонтальной линии, на которой расположены последовательные стереопары.

На фиг. 4 изображены последовательные стереопары, расположенные вдоль горизонтальной линии, как описано в связи с фиг. 3.

В случае обычного рассматривания трехмерного объекта под некоторым заданным углом наблюдения некоторые части объекта видимы, а другие его части (например, задняя поверхность или удаленные боковые поверхности) не видны. Для создания реалистичного изображения трехмерного объекта необходимо, чтобы при рассматривании подложки под определенными углами изображение показывало определенные части объекта, но не показывало их при рассматривании подложки под другими углами.

Таким образом, как показано на фиг. 4, для некоторых углов наблюдения стереопары отсутствуют, так что при рассматривании подложки под таким углом соответствующая точка изображения не видна.

На фиг. 3 и 4 показано, что набор стереопар (для рассматривания одной и той же точки изображения под различными углами наблюде ния) может быть размещен вдоль горизонтальной линии Н. Точка изображения может быть видима в некотором диапазоне углов, когда наблюдатель перемещает голову вверх и вниз относительно подложки (вдоль линии, параллельной плоскости подложки); вертикальный параллакс вдоль этой оси может быть расширен за счет создания множества аналогичных наборов или стереопар, определяющих ту же самую точку изображения, вдоль параллельных горизонтальных линий, где элементы каждого набора имеют соответствующее смещение (по углу и/или в горизонтальном направлении) относительно соответствующих элементов других наборов.

На фиг. 5 показано, что типичная подложка, выполненная согласно изобретению, содержит большое число наборов стереопар, каждый из которых образует изображение одной и той же точки, видимое под различными углами наблюдения, так что в целом на разных заранее заданных расстояниях от плоскости подложки создается большое число изображений различных точек, размещенных отдельно друг от друга по горизонтали и вертикали. Эти изображения точек соответственно вносят вклад в формирование трехмерного изображения. Некоторые из точек изображения могут совместно образовывать линейное изображение (то есть край или границу объекта), тогда как другие могут образовывать затенение, обеспечивая изображение поверхности.

Для изображения поверхности, которая расположена под непрямым углом к наблюдателю, хорошая четкость изображения может быть достигнута при уменьшении плотности стереопар, сформированных на подложке, по сравнению с плотностью стереопар, соответствующих изображению фронтальной поверхности.

Как показано на фиг. 6, профиль сечения выемки определяет диапазон углов, под которыми отражается свет и под которыми изображение можно увидеть. Этот эффект может быть использован для того, чтобы различные части изображения можно было видеть под различными углами наблюдения; этот эффект может также использоваться для внесения вклада в затенение и для управления яркостью изображения.

Для получения данных, определяющих элементы, которые требуются для формирования желаемого трехмерного изображения, включая разрывы, необходимые для обеспечения правильного скрытия частей изображения (соответствующих частям объекта, которые не видны под определенными углами наблюдения), предпочтительно использовать компьютер, при этом также следует учесть пониженную плотность стереопар, которые могут использоваться для изображения наклонных поверхностей. Предпочтительно, компьютер определяет расположение различных стереопар так, чтобы оп тимизировать использование площади поверхности подложки. Для преобразования данных в требуемый рисунок размещения стереопар на первой подложке может использоваться механическая гравировка, электромагнитное воздействие и/или другой процесс травления. Затем первую подложку обрабатывают и изготавливают штамп для тиснения, используя способы, известные специалистам в данной области техники. Затем этот штамп используют для печатания на второй подложке или, например, на лаковом покрытии, нанесенном на несущую деталь, с получением подложки или покрытия, имеющего рельефный рисунок (элементы стереопары формируются в виде выступов или выемок). Альтернативно, может быть сформирована печатная форма, так что рисунок элементов стереопар может быть напечатан на подложке, например ценном документе, с использованием чернил, которые являются по существу отражающими.

Изобретение может быть использовано как средство защиты от подделки, наносящееся на документ или другое изделие; рисунок элементов довольно трудно скопировать, особенно если элементы смещены, например, как показано на фиг. 3 и 4, потому что рисунок элементов не связан с видом изображения, которое они формируют.

Понятно, что благодаря смещению стереопар описанным способом они могут быть распределены по поверхности подложки так, чтобы избежать скопления элементов, предназначенных для создания различных точек изображения, в одном месте (и, таким образом, избежать их пересечения или помех друг другу) и максимально использовать площадь поверхности подложки.

Claims (16)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Подложка для формирования трехмерного оптического изображения для наблюдателя, содержащая множество пар пространственно разнесенных оптических элементов, каждая из которых выполнена с возможностью направления света, падающего на нее, соответственно к соответствующим глазам наблюдателя, когда подложка помещена относительно наблюдателя под заранее заданным углом наблюдения или в пределах ограниченного диапазона углов наблюдения, и, таким образом, создания для наблюдателя кажущегося изображения точки на заранее заданном расстоянии от плоскости подложки на пересечении линий, вдоль которых идут световые лучи от соответствующих элементов пары, причем множество пар оптических элементов размещено на подложке с различными ориентациями относительно осей Х и Υ, так что соответствующее множество создаваемых ими изображений точек, расположенных рядом друг с другом, образует указанное трехмерное изображение.
2. 2. Подложка по п. 1, отличающаяся тем, что указанные оптические элементы (14, 16) выполнены с возможностью отражения падающего света в направлении наблюдателя.
3. 3. Подложка по п. 1, отличающаяся тем, что указанные оптические элементы (14, 16) выполнены с возможностью преломления света, проходящего через подложку, в направлении наблюдателя.
4. 4. Подложка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что указанные оптические элементы (14, 16) содержат канавки, сформированные на поверхности подложки.
5. 5. Подложка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что указанные оптические элементы (14, 16) содержат выступы, сформированные на поверхности подложки.
6. 6. Подложка по п. 2, отличающаяся тем, что указанные оптические элементы (14, 16) содержат отражающий оттиск, отпечатанный на поверхности подложки.
7. 7. Подложка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что каждая указанная пара оптических элементов содержит два коротких линейных элемента, относительные ориентации которых определяют расстояние от поверхности подложки до соответствующего изображения (Р) точки.
8. 8. Подложка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что для каждого изображения точки имеется набор указанных пар оптических элементов (14, 16), так что эквивалентные изображения точек видны под различными углами наблюдения.
9. 9. Подложка по п.8, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, для одной точки изображения оптические элементы (14, 16), связанные с изображением этой точки, смещены от общей линии.
10. 10. Подложка по п.9, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, для одной точки изображения оптические элементы (14, 16), связанные с изображением этой точки, расположены на общей горизонтальной линии.
11. 11. Подложка по п.8, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, для некоторых точек изображения некоторые выбранные пары оптических элементов исключены, так что эти точки не видны при выбранных углах наблюдения, что обеспечивает удаление из трехмерного изображения скрытых линий и/или скрытых поверхностей.
12. 12. Подложка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, некоторые из указанных изображений (Р) точек вместе образуют линейное изображение.
13. 13. Подложка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что по, меньшей мере, некоторые из указанных изображений (Р) точек вместе образуют затенение для создания изображения поверхности трехмерного объекта.
14. 14. Подложка по п. 13, отличающаяся тем, что указанные изображения точек образуют затенение для создания изображения множества поверхностей трехмерного объекта, причем плотность указанных оптических элементов для изображения относительно более наклоненных поверхностей трехмерного объекта уменьшена по сравнению с плотностью оптических элементов для менее наклоненных поверхностей указанного объекта.
15. 15. Подложка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью создания для наблюдателя множества оптических изображений, которые видны наблюдателю под различными углами наблюдения.
16. 16. Подложка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что оптические элементы различных пар имеют различные профили поперечного сечения для управления яркостью изображения, и/или затенением изображения, и/или углом наблюдения изображения.