立體印刷成像原理介紹

　　立體印刷是根據人眼形成立體感的生理特性和光柵板折射分像的光學原理，通過使用光柵板而使平面二維圖像景物具有立體感。下面就立體印刷的成像原理向大家進行簡單的介紹。
　　
　　1.人眼的生理特性物體處于立體空間中，視覺系統能把不同距離深度的目標物在視網膜上形成的二元像呈現出立體感，稱為立體視覺感。從生理上分析，立體視覺感的形成有許多原因，包括生理和心理的。單從與立體印刷相關的成像理論來分析，立體視覺的生理形成可以看成先由輻腠確定注視點，然后由雙眼視差進行的深度和位置的判斷這樣兩個過程。
　　
　　①輻腠當兩眼同時凝視某一物體時，若物體很遠，則兩眼的視線基本平行。而當物體靠近的時候，兩個眼球便向內旋轉，視線在物體處相交。兩眼的這種動作叫輻腠。輻腠對深度感的形成有直接作用。由輻腠引起的深度感對近距離20m以內有效，遠距離時其*減小。
　　
　　②雙眼視差如圖1所示，兩眼瞳孔間在水平方向上有一定距離（目距a），在觀看物體時與物體之間形成了一定的夾角，所以物體在左右兩眼視網膜上的成像是不*一樣的。這種不同叫做雙眼視差。
　　
　　當看F點時，分別在左右兩眼的視網膜f與f‘處成像。而比F遠的E點和比F近的G點分別在e、e’和g、g‘的位置成像。顯然E、F、G在左右兩眼的視網膜上成像的幾何位置不同，于是經大腦綜合左右兩眼得到的不同的影像就產生了縱深感。一般用α、β、γ表示會聚角（輻腠角），用（β-α）、（γ-α）表示相應的視差角。
　　
　　物體在左右兩眼所形成的像在一定的視差范圍內能很好地融合成一個，構成深度和位置的信息。
　　
　　這時產生了對深度的知覺和具有立體視覺感。雙眼視差知覺深度的范圍，基本上是由兩眼像融合范圍決定的，并不是很寬。但雙眼視覺對深度差別的分辨在有效范圍內是有很高的精度的。
　　
　　由于輻腠和雙眼視差的共同作用才能在較寬的范圍內得出正確的立體視覺感。
　　
　　③雙眼視差的允許范圍從雙眼視差的功能和特性出發，兩眼的圖像差異可保持在5%-10%以內，具體如下：（a）圖像大小差別：幾何圖形在5%以內：差別在1-2%時會引起眼的疲勞；3-4%時雙眼視差會發生障礙；5%以上時不能建立立體視覺感。
　　
　　對于一般的圖形，差別可保持在10-15%.
　　
　　（b）亮度差別：30%以內（c）色度差別：±15nm（d）分辨力差別：10%以內（對于低分辨力率的圖像可達30%）④晶狀體的調節作用產生立體視覺感的原因除了輻腠和雙眼視差外，晶狀體的調節也起了一定的作用。通過晶狀體的厚度變化，可以使不同距離的目標物在視網膜上成像，使獲得一定的深度感。
　　
　　但這個距離不是很大，一般局限在2-3米。
　　
　　2.柱透鏡光柵板的成像原理柱透鏡光柵板有許多結構參數和性能*相同的小圓柱透鏡元平面線性排列組成，一面是平的，一面是周期性起伏變化的曲面，如圖3所示。在與排列方向垂直的方向對光線不起匯聚作用；而在其排列方向上，每個圓柱透鏡元相當于匯聚透鏡，起聚光成像的作用，柱透鏡光柵板的平面處為焦平面。
　　
　　這一特性使得它對圖像具有“壓縮”和“隔離”的作用。
　　
　　①圓柱透鏡元的幾何光路分析放大觀察組成柱透鏡光柵板圓柱透鏡元，由于其厚度大于其曲率半徑是不能被忽略的，所以進行光學分析時要把它看成是厚透鏡，屬于厚透鏡中的平凸透鏡，如圖4所示。
　　
　　厚透鏡可以看作由兩個球面折射面相隔一段距離d（即OO‘）所組成的來處理。經過繁冗的代數演算后，可得到下列一組公式：⑴其中，物距s0和像距s1分別是從*主平面H1和第二主平面H2量起的，焦距f也是也是相對于主平面H1來量的。即s0是指物點到*主平面H1的距離；s1是指像點到第二主平面H2的距離；f是焦點到*主平面的距離；h1是指*光學面到*主平面的距離（Oh1）；h2是指第二光學面到第二主平面的距離（Oh2）；R1是*光學面的曲率半徑；R2是第二光學面的曲率半徑。
　　
　　由于R1∞，所以公式組⑴可以化簡計算如下：⑵根據公式組⑵，可知當物距s0、焦距f已知時就可求出像距s1.而焦距f與透鏡的折射率n和曲率半徑R2有關。
　　
　　在立體印刷品中，光柵板是貼合在圖像之上的，而且光柵板的平面即為焦平面，即像位于焦平面上（fd）。由于這一特殊性，使得組成柱透鏡光柵板圓柱透鏡元有著一個特殊的光學性質――像面上的任意一定經柱透鏡折射后成平行光束。
　　
　　　
　　②柱透鏡光柵板的成像過程柱透鏡光柵板是許多個圓柱透鏡元的集合，其光學原理是排列的微型單方向放大鏡，其光學功能是將平面影像單方向壓縮及放大，所以柱透鏡光柵板能容納大量的平面影像并保持平面影像的完整。
　　
　　將壓縮成條紋狀平面影像，以左右景順序排列在透鏡焦平面上相應的位置。柱透鏡光柵板把經過每個圓柱透鏡元的非常細小的光束所攜帶的圖像信息組合起來，在左右兩眼視網膜上分別成像，經中樞神經作用形成對應的立體影像。通過雙目移動，獲取不同光束所攜帶的信息，從而得到信息量非常豐富的三維空間圖像，如圖6所示。
　　
　　3.立體印刷品形成立體深度感的原因如前所述，形成立體感的主要原因是由于人的雙眼視差。而大腦在綜合兩眼獲得的圖像信息時，其中一個很重要的因素，就是物點光線的入射方向，可根據各物點發射或反射到人眼光線的方向，判定該物點的方位及遠近.
　　
　　在平面M上的E點發出的光線分別進入左右兩眼，此時即形成中景。
　　
　　如上所述，只要能記錄景物的一組左右景平面圖像，并讓左右兩眼分別只看到相應的左右圖像中的相應部分，由于左右圖像之間的相對視差，導致眼睛調整聚焦角度，就如同仿真觀看真實景物的狀態一樣，產生真實的立體感覺。