立體印刷是根據(jù)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(tǒng)能把不同距離深度的目標物在視網(wǎng)膜上形成的二元像呈現(xiàn)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精確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(nèi)旋轉(zhuǎn),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(nèi)有效,遠距離時其效果顯著減小。
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(wǎng)膜上的成像是不完全一樣的。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(wǎng)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(wǎng)膜上成像的幾何位置不同,于是經(jīng)大腦綜合左右兩眼得到的不同的影像就產(chǎn)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(nèi)能很好地融合成一個,構(gòu)成深度和位置的信息。
這時產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(fā),兩眼的圖像差異可保持在5%-10%以內(nèi),具體如下:(a) 圖像大小差別:幾何圖形在5%以內(nèi):差別在1-2%時會引起眼的疲勞;3-4%時雙眼視差會發(fā)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(nèi)(c)色度差別:±15nm(d)分辨力差別:10%以內(nèi)(對于低分辨力率的圖像可達30%)④晶狀體的調(diào)節(jié)作用產(chǎn)生立體視覺感的原因除了輻腠和雙眼視差外,晶狀體的調(diào)節(jié)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(wǎng)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(jié)構(gòu)參數(shù)和性能完全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?qū)饩€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。