!!!!!光栅立体影像的技术进展

: >
感
光
科
学
与
光
化
学
9 9卷
今天， 除已得到应用的感光立体和印刷立体图片之外， 应用数码相机拍照后合成立 体和利用计算机将平面图片分层构成仿真立体的数码立体正在兴起! 随着立体影像技术 日臻成熟， 上世纪末以来， 研究立体影像技术的单位增多， 发表的专利激增， 从事立体图
图! " 一体式立体感光材料横截面
［ ］ 空间影像是人类的梦想” 其实， 这个梦想早已开始， % + % ,% . / 0( 于( " ’ & 年已发 表利用光栅的立体影像原理 % 光栅立体影像的应用发展始于 ( 至今已有 " 1 ’ 年，
但一直都未能普及化， 一定有其中的原因 % * ’多年历史，
关 键 词：立体影像；光栅；光学 文章编号： （ ） ( ’ ’ ’ 2 & ! & ( ! ’ ’ 1 ’ ( 2 ’ ’ 1 1 2 ’ # 中图分类号： 3 4 5 ) 文献标识码： 6
图 # 光栅
#
摄 影 及 合 成 同 时 进 行 的 方 法
立体影像的拍摄及合成同时进行， 用大底片的立体相机， 摄影进行时照相机的光轴 以被摄物为轴心环绕， 同时， 重叠在感光片上的光栅以反 向移动 （见图 ’ ） &
" )
感
光
科
学
与
光
化
学
% %卷
图 ! 光栅横切图
图! ! " 原影像平面图
图 # 立体照片的构成过程
片制作服务的机构更如雨后春笋般兴起# 但是， 真正意义立体图像产业的形成还需时间， 目前多数立体图像制作和服务单位的规模均较小， 所采用的工艺和设备不够先进， 已经 形成的技术尚未被充分利用! 立体影像是一项综合的影像工程系统， 包括立体照相机， 立体彩扩设备及立体感光 材料， 需要多方面的学术研究基础、 技术及制造工程的互相配合， 并牵涉到庞大的资源及 组织， 要成功地发展中国的立体影像事业， 中国的摄影及感光工业应共同组织研发机构， 设定产品国际通用标准， 包括产品规格及质量的指导及监管机制， 才能保证系统的完整 匹配及长期的稳定发展， 同时应配合学术界开办特别课程或学院， 培养人才! 立体影像是继平面彩色影像的必然演进， 未来的发展方向是结合数码影像及光敏科 技， 用途广泛， 有非常大的市场潜力， 有机会发展成为一个重要的工业项目! 中国的摄影 工业应利用这个机会， 使我国发展成为世界立体影像工业的主导国家! 参考文献：
收稿日期： ! ’ ’ & 2 ( ’ 2 ( 1 编者按： 这篇文章系劳国华先生应邀在中国科协 ! “信息 时代 ’ ’ & 年学会年会上由中国感 光学会主办第三 分会场 的影像科学技术及其应用” 主题会上作的专题报告， 受到与会 者的欢迎 % 劳国华先 生 （6 ） ， 美籍华人， 美国 7 7 / 89 : 科技有限公司创办人， 直接成像立体影 像科技 发明者， 曾荣获 ( ’ ’ 多项 立体影 像技术 世界 专利及 多项奖 状 % , 2 ： ; < = 7 > 0 ? / @ A ! 8 / ? . = B < ? : C % @ : ;
!期
劳国 华： 光栅立体影像的技术进展
+ $
倒左右影像的顺序， 令眼睛看到不相配的左右影像 （见图 ! ） ， 造成眼花缭乱的感觉， 使立 " 体影像失真# 由于光栅和合成图像两者的材料及协同因素不同， 导致不同程度的变化， 所 以绝对正确的配对是不可能的， 将合成影像用印刷方法直接印上光栅的背面也有同样问 题# 因此， 采用加贴光栅的方法制造有一定质量的立体图片尚不稳定， 未能正式商业化 #
!期
劳国 华： 光栅立体影像的技术进展
# ’
图 ! 立体影像的拍摄及合成
图 " 移动光棚， 投射合成
图 # 改变投射角度投射合成
用摇摆方法合成是错误的， 因倾斜的放 大平 面导 致放 大 影像 变 形及 不聚 焦 （见 图 ） ! ! " ） 用计算机合成， 先将平 面影像切细为 # 垂直条状影像再按顺序轮流交替合成 （见图 ） ! $ "
1 1
!期
劳国 华： 光栅立体影像的技术进展
( $
图 ! 当观看现场不同距离的景物时， 眼睛不停地调整焦点及聚合角度 ! ， ， ! ! ! " #
图 " 当观看立体照片时重现的立体影像
"
立 体 照 片 的 构 成
一幅立体图片中所容纳的平面影像的数 量并非绝对重要， 是根据立体图片的尺寸， 观 看距离， 透镜的宽度来决定， 由于观看时， 左右 眼由不同的角度透过透镜光轴观看到排列在 焦平面上的其中一对压缩影像， 经透镜放大后 构成立体合成影像 （见图 $ ） ， 将立体图片或观 看位置轻微 移动， 改变 视线及 透镜的 相对 角 度， 视线会移到 另一对立体影像， 仿佛将视 线 移到影物的另一新角度 （见图% ） &
(
立 体 影 像 的 原 理
立体影像的原理很简单， 只要能记录景物的一组左右景平面影像， 并让左右眼分别 只看到一对相应的左右影像， 由于左右影像之间的相对视差， 导致眼睛调整聚焦角度， 仿 真观看真实景物的状态一样， 产生现场的立体感觉 （见图( ， ） 科学家和工程技术人员， ! % 为将此原理转化成技术， 作了不懈的努力% 回顾这 ( 有过无数尝试 ’ ’ 年的悠长历史过程， 及创新， 今天这梦想是否已成真了呢？ 半柱状光栅的光学原理是一排列的微型单方向放大镜 （见图 & ） ， 其光学功能将平面 影像单方向压缩及放大， 所以能容纳大量的平面影像并保持平面影像的完整 （见图 1 ， 1 % ） 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与光轴相应的位置% ( %
图! " 合成影像与光栅透镜配对
图! 左眼看到右 # 错配的立体图片， 景影像， 右眼看到左景影像
"
光 栅 及 合 成 影 像 配 对 难 题 的 突 破
美藉华人劳国华先生发明了免后期加贴光栅的立体照片及相应的工程设备 ! $ % & 年， 及感光材料， 解决了长达’ 系统包括由微型光栅， 彩 & 年的光栅及合成影像的配对难题， 色感光膜及可渗透氧化钛反射膜集成的一体式立体感光片 （见图 ! ） 及直接影像合成彩 % 扩设备# 合成时平面影像由不同的投射角度透过光栅成像于光栅聚焦平面的感光膜上， 显影剂及定影剂透过反光膜将合成影像冲洗完成# 过程非常简单， 完全免除加贴光栅及 配对程序， 和一般平面彩扩一样， 快捷可靠 # 最大的优点是平面影像是经由相同的透镜成 像及放大， 所以能保持影像的最高真实感， 制成最完美的立体照片# 将立体图像的质量提 高到新的境界#
图 $ 移动眼睛的位置， 视线会投到另一对影像
"
光 学 投 影 合 成 方 法
用多镜头立体照相机或用单镜平面照相机配上定位导轨拍摄一组左右景的平面影 像， 底片再经过后期光学投影方式合成方法 ） 光栅和感光片相对移动投影合成 法请见图 $ # ! ） 改变投射角度投影合成 法请见图 % & ! ） 投影合成的正确 法是平移式， 要保持原影像平面， 镜头与放大影像平面之间的 ’ 光学关系， 放大影像不会变形及保持在聚焦平面上 （见图 # ） ( !
图! # 以 & 为主体， ’ 及 ( 浮在 图! $ 以 ( 为主体， ’ 浮在图片上， 图片上， & 在图片平面中 ( 在图片平面中， & 深入图片内
图! % 以 ’ 为主体， ’ 在图片平面 中， ( 及 & 深入图片内
) 合成的立体图像
合成的立体图像必须加贴上光栅， 粘贴时必须注意 合成影像与光栅透镜准确配对 （见图! ） 若有任何轻微的误差会搅乱压缩影像与透镜光轴的相对位置， 造成错配或颠 ) %
! ’ ’ 1 年(月
D : 7 % ! ! E : % ( ， P < 8 % ! ’ ’ 1
光 栅 立 体 影 像 的 技 术 进 展
劳 国 华
（美国科技有限公司 香港柴湾利众街! "号#楼 $座）
摘 要：人类处于三维世界之中 % 用我们一双明亮的眼睛能够辨别周围物体所 处的相对空间位置， 感受这美妙的立体世界 % 但是， 至今广泛采用的照相术， 只 能记录平面影像， 缺乏真实感 % 立体影像是继平面影像的自然演进 % 大约 & ’年 前， 东京大学教授大越孝敬在他( 《三次元画像工学》 里提到 “重建 " ) * 年的著作
%
发 展 状 况
美国科技公司应用劳国华先生的 “直接影像合成” 技术成功发展了完整的先进立体 影像工程系统， 包括超微型光栅一体式立体感光材料； 多镜头立体照相机系列； 自动定位 拍摄轨道； 不同放大幅面的立体放大机系列； 劳先生 ( ) 至! * ) 多功能彩色立体扩印机 # 的技术和设备， 为立体图像制作的工业化奠定了基础， 将立体图像的质量提高到了新的 境界， 立体图像开始受到人们的青睐， 在人像、 艺术图片、 广告等各领域开始更广泛的应 用#
第! !卷
第(期
感 光 科 学 与 光 化 学
F G H 3 H I J 6 F G KL K , E K ,6 E MF G H 3 H K G , N L 3 J O
# # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # !!!!!!! " " ! !综 述 !!!!!!" " !
%
立 体 图 片 后 期 合 成 的 优 点
） 立体图片可放大， 不限倍 " ! ） 可用不同宽度透镜的光栅 " $ ） 可在立体照片合成时， 选择立体照片 &
图$ % 平移式投影合成
# *
感
光
科
学
Hale Waihona Puke Baidu
与
光
化
学
+ +卷
图! ! 摇摆式投影合成放大影像变形及不聚焦
图! " 用计算机合成的立体影像
中的前、 中及后景影像与图片平面的相对关系， 产生影像的凸出或凹进的感觉 （见图! ， " ， ） ! # ! $ %
［ ］ #$ ， ， " % & ’ ( ! ) * + * % % * , ( ’ + ’ . / + * 0* 1 23 + . 4 ’ ( ( . 50 * 6 7 1 / ( * 0 ’ ! ! "# $ % & ’ % 8 9 :: ; 8 " < = > ! ［ ］ ? ， ， 9 % % ’ 1@ .A B . 6C * D ! E D + ’ ’2 7 0 ’ 1 ( 7 . 1 * % 7 4 F + ’ ( * 1 20 ’ D . 2 . 5 4 . 0 . ( 7 1 D ’ 0! ! "# $ % & ’ % =G < :G ; 8 " < 8 : ! 3 3 / ［ ］ ? ， ， = % % ’ 1@ .A B . 6C * D ! H * % 4 F % * ’ 5 . + ( ’ + ’ . ( 4 . 7 43 D . . + * D ! ! "# $ % & ’ % =< > G " " 9 " < 8 : ! 3 / 3 I ［ ］ ? ， ， J % % ’ 1@ .A B . 6C * D ! K ’ + ’ . ( 4 . 7 4 D . . + * D * * + * F ( ! ! "# $ % & ’ % =< : =G ; < " < 8 ; ! 3 3 / 3 I 3 3 ［ ］ ? ， ， : % % ’ 1@ .A B . 6C * D ! L ’ D . 2 * 1 2 * 3 3 * + * F ( 5 . + * 6 7 1 / * 1 2 4 . 0 3 . ( 7 1 / ( ’ + ’ . ( 4 . 3 7 4 3 7 4 F + ’ ( ! ! "# $ % & ’ % = < ; > : ; = " < 8 ; ! ［ ］ ? ， ， ; % % ’ 1@ .A B . 6C * D ! H * 0 ’ + * 5 . + * 6 7 1 / ( ’ + ’ . ( 4 . 3 7 4 3 7 4 F + ’ ( ! ! "# $ % & ’ % J> = 8 < : > " < 8 8 ! ［ ］ ? ， ， 8 % % ’ 1@ .A B . 6C * D ! K ’ + ’ . ( 4 . 3 7 4 3 D . . / + * 3 D 4 . 0 3 . ( 7 7 . 1 * 3 3 * + * F ( ! ! "# $ % & ’ % J > : <= : J " < 8 8 ! ［ ］ ? ， ， G % % ’ 1@ .A B . 6C * D ! ) + . ’ 4 7 . 1 * * + * F ( 5 . + ( ’ + ’ . ( 4 . 7 43 7 4 F + ’ ( ! ! "# $ % & ’ % J" > " 9 " > " < 8 G ! M 3 3 3 ［ ］ ? ， ， < % % ’ 1@ .A B . 6C * D ! K ’ + ’ . ( 4 . 7 4 7 4 F + ’ ! ! "# $ % & ’ % J" 9 > : ; 9 " < 8 G ! 3 3