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1.1立体印刷图像处理的现状和前景
1.1.1立体印刷图像处理的现状
任何一种技术能够存在下去，都必须依赖市场的需求，立体图像处理不例外。立体印刷之所以今天能够蓬勃发展，正是因为其有巨大的市场需求。立体印刷品是富有生命力的图像，因其精湛及新颖动人的特性而被广泛地接受，最容易打动那些追求新奇的顾客，这些特性大大提高了产品的附加值，成为推广商品和提高市场形象的极佳手段，起到难以替代的宣传作用。而实现立体印刷品的最核心技术就是平面图像立体化。
第1章绪论
随着彩色胶印技术飞速发展，人们能阅读到大量的彩色资料。而今天，人们的审美需求更有大的提高，二维的图像已不能满足人们日益增长的审美需求。所以平面图像立体化就有了广阔的市场和发展动力。从而也就有了立体印刷的诞生。
立体印刷的核心是立体图像处理，立体印刷的蓬勃发展，也伴随着立体图像处理的技术不断进步。本课题关于以Psdto3D为基础的立体印刷图像处理就是处在这种大背景之下。
学号200631760003
密级________________
武汉大学本科毕业论文
基于Psdto3D的立体印刷
图像处理方法
院（系）名称：印刷与包装系
专业名称：印刷工程
学生姓名：王长亮
指导教师：陈娜讲师
二○一○年六月
摘要
在立体成像基本原理的基础上，以Psdto3D为工具并辅助以Photoshop，结合具体的图像处理实例对平面图像立体化的方法做了深入的研究。
光栅片线数的大小决定了立体图像的精度，对光栅图像的分辨率起到了限制作用。光栅片的线数越高，对其光栅图像的分辨率的要求也就越高，最后制作出的立体图像的精度就会比较高；光栅片的线数低些，其光栅图像的分辨率就不用太高，最后制作的立体图像的精度就相对较低。而光栅图像的分辨率越高对其输出设备的要求也就越高，自然输出成本也就较高。所以在选择光栅板线数的时候要根据实际情况，在满足精度要求的同时也应使制作成本在一个合理的范围内。
立体图像处理的方法也是多样的，目前最常用的工具有Photoshop，Psdto3D和3D4U。他们在实现立体化的效果相似，各有优势和不足。其中Psdto3D因为其简便易掌握，处理效果理想，应用十分广泛。
半个世纪以来，平面图像立体化受到极大的技术限制。然而今天，就世界范围来看，技术难关已经几乎不复存在。二十一世纪的立体图像处理已经进入数字时代。立体图像处理应用电脑软件，并采用高精度印刷设备，使质量有了充分保证。制作技术也日趋完善和稳定，立体图像处理进入了一个崭新的时代。光栅材料是平面图像立体化的重要原材料，近年来也得到很快的发展，光栅材料的成本也大幅下降。这些都有助于平面图像立体化的推广普及。
1.1.2立体图像处理的前景
目前，我国的经济形势日新月异，人民生活水平显著提高，消费层次已经步入更高的层次。消费市场的全面扩大，高档消费的需求日益多样化。2005年我国影像市场已经达到全球销售份额的15%，销售额为650亿美元，而立体影像在其中的比例也越来越大，立体图像的市场是巨大广阔的。
另外，在其他领域，如药品、化妆品、人文景观图片、服装的标识也越来越多地采用立体图像来传达信息。立体印刷的市场需求是巨大的，这个行业的前景也是美好的。
图2.2双眼视差形成立体感
一般用α、β、γ表示会聚角（辐腠角），用（β-α）、（γ-α）表示相应的视差角。物体在左右两眼所形成的像在一定的视差范围内能很好地融合成一个，构成深度和位置的信息。这时产生了对深度的知觉和具有立体视觉感。双眼视差知觉深度的范围，基本上是由两眼像融合范围决定的，并不是很宽。但双眼视觉对深度差别的分辨在有效范围内是有很高的精度的。由于辐腠和双眼视差的共同作用才能在较宽的范围内得出正确的立体视觉感。
如图2.1所示，两眼瞳孔间在水平方向上有一定距离（目距a），在观看物体时与物体之间形成了一定的夹角，所以物体在左右两眼视网膜上的成像是不完全一样的，这种不同叫做双眼视差。
图2.1双眼视差
如图2.2所示，当看F点时，分别在左右两眼的视网膜f与f′处成像。而比F远的E点和比F近的G点分别在e、e′和g、g′的位置成像。显然E、F、G在左右两眼的视网膜上成像的几何位置不同，于是经大脑综合左右两眼得到的不同的影像就产生了纵深感。
②视角范围(φ)
视角是指形成图像或观察图像时所能允许的最大角度。视角越小，图像的变化越敏锐。所以视角小的光栅板可以很好很细腻的表现立体效果，而视角大的光栅板就主要用于表现动画、变换等效果。
③透射率(τ)
透射率用来表述光栅片的透明程度，是由光栅材料和加工工艺决定的。透射率越高，其透明度就越好。由于讨论的立体图像是用光栅板贴在光栅图像上，通过光栅片的折射再现图像的，所以光栅片的透明度会直接影响立体图像的表现效果。透射率高的话，图像信息经光栅片折射后信息的损失就少，再现图像的亮度就会强一些；相反，如果透射率过低的话，图像信息经光栅板折射后信息就会有较多的损失，从而会影响的再现图像的质量和亮度。所以要尽量选择透射率高的材料来制作光栅板。
图2.5柱透镜的光栅折射示意图
2.3光栅板参数设置
平面图像的立体化离不开光栅。光栅在立体图像处理中肩负着再现立体效果的任务，没有光栅，就没有看得见真实效果的立体图像，所以光栅的设计也尤其重要。
1、光栅板的参数
下面从参数的选择对图像效果的影响进行分析。
①光栅线数(LPI)
光栅线数是指每英寸单位所包括的光栅条数，是栅距p的倒数。光栅的线数用LPI表示，一般有适合印刷的光栅有75LPI、120LPI、150LPI等。
立体印刷（Stereoscopic printing）是根据光学原理，利用光栅板的分光效应使图像景物具有立体感的一种印刷方法。
在今天由于光栅立体印刷的普及程度，也可以这样来定义立体印刷。从不同拍摄角度将同一景物（静景）所拍摄出来的多幅图片合并成为一张图像，然后在合成后的图像上覆盖柱透镜光栅板，利用人的左右眼“分别”观察，从而获得有立体感图像的印刷方法，有时也叫“光栅成像法”。由于柱透镜光栅板的上面存在条状半圆凸面把图像等距离地分割成无数的像素，使其在平面上错开一定的距离，形成空间纵深感，使人们感觉到景物的前景和背景之间存在有距离的深度，从而获得立体感。
同时，考虑生产时材料收缩率等因素优化处理，完成设计参数的确定。
第3章立体印刷图像处理的方法
3.1立体印刷图像处理方法
人的大脑在综合两眼的图像信息时，其中一个很重要的因素，就是物点光线的入射方向，人眼可根据各物点发射(或反射)到人眼光线的方向，判定该物点的方位及远近。
图3.1 观看平面印刷品
平面印刷品不能形成深度感的原因见图3.1,由于双眼观看a、b、c 像点时视线交角均位于像平面上，所以人眼可以判定平面印刷品上的所有的像点均在同
柱面的曲率中心不是一个点，而是一条直线。光线通过柱面透镜时，沿曲率中心直线wenku.baidu.com方向上不产生光的折射，而沿曲率中心直线的垂直方向将产生光的折射，其折射规律与通过单个球面的折射完全一样。柱透镜光栅的折射示意图如图2.5所示。处于柱透镜光栅片后表面不同部位的像点所反射或投射的光经过柱透镜后，以不同角度向外发散。
立体处理的过程大致分为两个阶段，第一个阶段是以Photoshop为工具，对需要处理的平面图像进行调整、分层、补图，然后生成psd文件。第二个阶段，是以Psdto3D为工具，对psd文件进行参数设置，然后在进行移位勾线处理，直到有理想的预览效果后，输出最终的立体化图像。
关键词：立体图像处理；Psdto3D；立体印刷
图2.3柱透镜光栅板成像原理
在观察时,也利用圆柱光栅板的光学光路互逆效应,使人双眼看到的是同一景物的各个“不同视角”的不同的像,于是人的视觉意识中就产生具有视差深度效果的立体图像，如图2.4所示。
图2.4柱透镜光栅板成像原理
柱透镜光栅立体成像就是将柱透镜光栅覆盖在合成的立体图像上。由于柱透镜光栅是由许多结构参数和性能完全相同的小圆柱透镜组成的，它对图像具有“变异”和“分离”的作用，因此通过柱透镜光栅观测到的合成图像具有更强的立体、动画效果。
人眼对细节的分辨是受观察距离的限制的，所以实际生产中，要根据观察距离来选择光栅的线数。近距离观察应选用高线数的光栅板，远距离观察时应选用粗线数的光栅板。
通常，观察距离在接近于80cm时，应选用75lpi～90lpi的光栅板，此时光栅片就较薄。观察距离在接近于50cm时，应选择75lpi～150lpi的光栅板，另外光栅的线数的选择还受图像幅面大小的影响。当图像幅面小于A5时，应用75lpi以上的光栅板，这时候制作的立体图片画面细腻柔和。
本论文的主攻方向是基于Psdto3D的立体图像处理。基于Psdto3D的平面图像立体化，是以Psdto3D、Photoshop等为工具，然后利用一张经过Photoshop和Psdto3D处理的平面图像结合光栅板产生出类似于真实的立
第2章立体印刷图像处理的原理
生活中常见的照相、印刷、电影、电视技术均属二维显示技术，通过这些技术所获得的照片、电影和一般印刷品上的图像只有原物体上下、左右的二维关系。当我们将图像中的景物与真实空间内的景物进行对比就会发现，在真实空间里。物体不仅呈现长度和宽度，还具有高度的三维立体形态。物体彼此之间还有前后、左右、上下的关系。
当两眼同时凝视某一物体时，若物体很远，则两眼的视线基本平行。而当物体靠近的时候，两个眼球便向内旋转，视线在物体处相交。两眼的这种动作叫辐腠。辐腠对深度感的形成有直接作用。由辐腠引起的深度感对近距离20m以内有效，远距离时其效果显著减小。人们在观察物体时，很自然地产生立体感，这是因为人用两只眼睛观察，两眼之间有一定的距离，与物体之间形成一定的夹角，左右两眼所看到物体就会产生差异视差，这种视差所构成的图像，反映到大脑，便产生了远近的空间和立体的感觉。要在二维的平面图像上，观察出三维的立体效果，就是要利用两眼产生视差的原理。
2.2光栅成像原理
利用柱透镜光栅板实现立体成像源自于双眼视差,即利用人的双眼视差和辐腠所构成的深度感实现人意识中的图像立体感。因此理论上讲,只要从两个或以上不同的视角取得景物的一组图像便可合成出立体图像。
柱透镜光栅板是许由多个(立体图像的输出幅面和光栅板的线数决定)半圆柱透镜元的集合，其光学原理是：整个光栅板就是一个微型半圆柱透镜单方向排列的放大镜，其光学功能是将平面影像单方向压缩及放大，所以柱透镜光栅板能容纳大量的平面影像并保持平面影像的完整。将压缩成条纹状平面影像，以左右景顺序排列在透镜焦平面上相应的位置，子图像以条纹状态记录在同一张立体图像上， 如图2.3所示。
可见，普通图像属于二维显示的范畴，其中的物体失去了立体感。我们把人在客观空间状态下视觉能够捕获到的物体长、宽、高的信息称为三维信息。随着科学技术的发展。人们对再现客观世界立体感的追求越来越迫切。希望图像显示技术也能由二维显示向三维显示发展。制作出能够再现三维物体图像的印刷品。
2.1立体视觉的产生原理
④折射率(n)
折射率是由光栅材料本身决定的。在其他条件一定的情况下，折射率高的光栅板，视角θ1就越大，分像性就好。
相对来说，光栅越厚，立体效果越强；光栅越薄，立体效果越弱。
2、光栅板设计
光栅材料各参数的确定采用球面折射成像，主要是由塑料材料和空气的折射率和分界面的曲率半径及材料厚度（f=d）确定：
f=nr/(n-1)=d(2.1)
柱透镜光栅形成的凹凸面把图像等距离地分割成无数像素，起到把像素分别映入左右眼的作用，人眼看到的是各自相对应的图像。由于左右眼视角不同，重合的图像通过视觉神经便产生了立体感，当观察角度发生了变化即可产生立体动画效应，从而不再需要专用工具就可以成像。
从上图中我们看到，柱透镜光栅板是由数目巨大、完全相同的柱镜组成。柱透镜的一面是具有一定曲率半径R的周期性起伏变化的半圆柱面，另一表面是平面。在某一方向相当于平行平板，对光线不起汇聚作用，而在与其正交的水平方向，每一柱镜相当于汇聚透镜，起聚光成像的作用。
1.2本论文的研究内容
本论文《基于Psdto3D的立体印刷图像处理方法》是立体印刷的核心和关键部分，主要研究平面图像的立体化处理。平面图像立体化的工具目前已有很多种，如Photoshop、Psdto3D、3D4U等等。但是，它们进行处理方法虽有不同但原理却类似。任何一种软件只要充分运用便能得到理想的立体图。