Линзовый растр

Линзовый растр — оптическая система, состоящая из множесва маленьких линз, покрывающих поверхность растра c оптическими осями, перпендикулярными к поверхности растра.

История

В 1896 году впервые способ сепарации стереоизображений без очков открыл Бертье. При помощи оптической растровой решётки, выполненной на плоско-параллельном стекле, получена возможность рассматривать без очков одну стереопару в одной плоскости под определённым углом.

Более совершенная оптическая система линзовый растр (см.Рис.2), прототип оптического растра нашёл широкое применение в растровой стереофотографии. Создатель Линзового растра — профессор Парижского университета Габриель Ионас Липпман (1845-1921).

Г.Липпман]]‎ В 1908 году впервые принцип получения объемного изображения (Лентикулярная (лентикулярная — линзообразная) технология) был объявлен Г.Липпманом. (в том же году Габриэль Ионас Липпман получил Нобелевскую премию в области физики за изобретение метода получения цветной фотографии с помощью интерференции в толстых слоях светочувствительной эмульсии). Французским изобретателем Морисом Бонне сделан важный вклад в развитие открытия Габриэля Липпмана, который впервые получил и показал качественную стереофотографию.

Линзовый растр даёт возможность создавать и рассматривать стереофотоизображения, стереофотографии. Стереофотографии из разных материалов (стекло, пластмасса, металл на поверхности которого нанесен фотоэмульсионный слой или флюоресцентное покрытие оптических стекол мониторов телевидения) рассматриваются без очков под разными углами и несколькими наблюдателями одновременно. Они занимают огромную нишу в изготовлении значков, рекламных стереофотографий на фотобумаге и др.

Сущность линзового растра

Основные положения

Рисунки линзовых элементов цилиндрического линзового растра

На рисунке изолированного элемента идеального линзового растра — сотовой структуры, принятой и доказанной Г. Липпманом для получения фотографии в целом, этот элемент в виде стеклянного цилиндрика А со сферическими основаниями а и b составляет наименьший оптический элемент изображения (для сравнения с базовым элементом фотосенсора матрицей (фото) — это пиксель). Передняя сферическая поверхность a в данном случае служит объективом, а задняя b является главной фокусной поверхностью этого объектива, фокальной поверхностью. Задняя сферическая поверхность прилегает к фотоэмульсионной поверхности любого фотоматериала. При малых размерах линзовых элементов (диаметр < 0,25 мм) все предметы, находящиеся на близком расстоянии и далее до бесконечности, фокусируются в главной фокальной поверхности b. При этом при малых аппертурах (2R) радиус r значительно больше R и в дальнейшем b принимается плоской поверхностью.

Принцип работы линзового растра

Рис.2,Линзовый растр

Рис.3,Линзовый растр

Растровая стереофотография (например, получение стереоизображений на фотобумаге, сткле, металличеких, пласмассовых и др. поверхностях) обязана открытию линзового растра (ЛР). ЛР (см.Рис.2) на Фиг.Б вместо прозрачных и не прозрачных чередующихся полос содержит прозрачные цилиндрические призмы 3 из оптического органического стекла, который носит название линзовый растр . Если в оптическом растре прозрачная полоска позволяет увидеть место с изображением, то непрозрачная полоска закрывает другое рядом расположенное изображение. В ЛР обе эти функции выполняет одна и та же вертикальноя цилиндрическая линза 3 шириной S . Она несет функции фокусировки точек изображения стереопары d c определённой кратностью; разделения их, обеспечивая принцип бинокулярного зрения чередующихся полосок изображений стереопары или нескольких стереопар. На схеме буквы П — это правый глаз, Л — левый.

На схеме Фиг.Б показан принцип разделения изображений стереопар бинокулярного зрения. Размер S цилиндрической линзы растра , рассчитанной из условия нормального разрешения зрительной системы (глаза), равной расстоянию между видимими рисками 0,176 мм, которые может рассиотреть глаз на дистанциит 250мм, обеспечивает раздельное, бинокулярное (без очков) рассмотрение изображений стереопар. Из основой формулы соотношений элементов линзового растра: $$d={\,S\over n}$$ где:

d — размер сфокусированной точки изображения,

n — кратность увеличения линзы ,

S — размер ширины цилиндрической линзы

видно, что кратность увеличения цилиндрической линзы = 4,6,8,10 и более и её размер S определяют размер точки d и их количество n. Точки одной стереопары занимают в плоскости изображения 1 малое место (Например, при n = 10 на длине S укладывается 5 стереопар, т.к. одна стереопара в каждой зоне S имеет 2 точки d).

Также на Фиг.Г видим, каждая точка изображения d плоскости 1 по высоте в пределах всей длины одного цилиндра образуют линию шириной d (все точки слиты), а за счёт кратности увеличения цилиндрической линзы она рассматривается как как полоса изображения, шириной S и так для каждой стереопары. При этом цилиндрическая линза производит увеличение только в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра линзового растра, откуда и происходит превращение всех полосок стереопар в цельное изображение. (Оптические линзы прилегают друг к другу без промежумков. При наличии 200-300 точек d в плоскости 1 получаем изображение. Точки превращаются в полоски S только в перпендикулярном направлении к оси цилиндра).

Линзовые растры выпускаются в виде пластин из гибкого оптического материала разных размеров с разным шагом S, равным не менее 0,15-0,2 мм.(Подробнее см. Растровая стереофотография таблицу характеристик выпускаемых линзовых растров).

Параметры растра

Смотри Рис.3:

• t - толщина растра;
• r - радиус кривизны растра;
• s - шаг растра, как правило, равен 2r (верхняя часть растра в поперечном

разрезе представляет собой полусферу);

• n - коэффициент преломления материала, из которого сделан растр.
• Оптический материалы для изготовления растров: поликарбонат или полисиликат, поливинилхлорид и другие синтетические полиматериалы.
• Коэффициенты преломления материалов: от 1.52 до 1.65.

Это основные характеристики для подобного типа растров.

Производные параметры от перечисленных выше:

• Фокус микролинзы: f=r/(n-1);
• Угол охвата: α = 2*arctg(s/2*(t-r)).

Виды поставки линзовых растров

Растр Lpi	Размер см	Угол град.	Толщина, мм
62	51x71	44	0689
75	51x71	49	0,457
100	51x71	45	0,355

Где: Lpi — ко-во линий в дюйме (дюйм=25,4 мм).

Стереопечать и наклейка растра

‎‎Метод окончательной операции получения стереофотографии заключается в следующем: на подготовленное и отпечатанное на фотобумаге закодированное изображение накладывается плёнка (или пластина), лицевая поверхность которой представляет собой рельефную поверхность со множеством параллельных цилиндрических линз (Рис. 3), которые называются линзовыми растрами. Они представляют собой прозрачные листы полимерных материалов. Их размеры смотри в таблице выше. Так как они прозрачные и имеют небольшую толщину с иаленьким шагом S они почти незаметны. Из рассмотренного принципа работы линзового растра, он может применяться в случае разделения стереопар при просмотре и при кодировании при их создании. В данном случае закодированные стереопары просматриваются через них.

Стереопечать фотографий

Рис.3,Растровая стереофотопечать

Растровая стерефотрафия (см. Рис.3) в настоящее время используется в основном при стереофотопечати с использованием линзового растра. Она применяется при стереофотопечати и учавствует в кодировании стереофотоизображений при экспонировании на фотоматериал изображений стереопар и приклейке линзовых растров на поверхность этих фотографий после сушки.

Кодирование — это способ нанесения узких вертикальных полосок.

Одна пара полосок кодирует одну стереопару стереоизображения и называется параллакс стереограммой.

Кодирование изображений, где много стереопар, называют параллакс-панорамограммой.

Сущность обычного способа:

Стереофотопечать производится в последовательности действий — это:

• Установка стереонегативов в 2-х объективный фотоувеличитель;
• Наводка на резкость каждого из 2-х объективов до получения резких изображений в расчётном масштабе;
• Совмещение 2-х изображений в плоскости фотоматериалов;
• Одновременноное экспонирование кадров стереопары через линзово-растроаую пластинку (линзовый растр)!;
• Химобработка фотоматериалов;

После сушки фотоматериала производится наложение линзового растра на полученную закодированную фотографию с юстировкой положения линзовых элементов до получения чёткого стереоизображения с последующей наклейки в приспособлении для склейки — ламинаторе.

На Рис.3 кодирование производится с применением плоского оптического растра по типу растра на рис.3. (Более подробнее см. Стереоскопия, Рис.1 ). При этом, экпонирование ведётся в два приёма. Первый любой кадр экспонируется как обычно, поле чего смещается растр на шаг $l={\,p\over 2}$. Затем экспонируется 2-й кадр. Всё остальное то же самое. Данный способ отличается тем, что не требуется расчётов настроек форматов кадра и самое главное, не возникает муара из-за толщины линзового растра при кодировании.Оптический растр точно расположен в плоскости светочувствительного слоя фотоматериала!

Указанные выше способы с применением двухобъективного фотоувеличителя имеют место в случае применения специальной широкоформатной фотоплёнки (картография, топография, реклама).

Создание линзово-растровых изображений цифровыми способами

С развитием цифровой фотографии появилась возможность использовать компьютерную обработку и цифровую печать изображений. Для компьютерной обработки и создания линзово-растровых изображений широко применяется программа 3DMasterKit. Операции получения стреофотоизображений состоят в применении цифрового стереофотоаппарата, компютера, принтера и ламинатора для нанесения линзового растрового слоя. Более подробно эти операции описаны в статьях на сайте Triaxes.com.

Развитие цифровой печатной техники позволило также выполнять прямую печать по линзово-растровым материалам с помощью широкоформатных UV-принтеров и плоттеров. Для целей подготовки цифровых изображений к печати стерео (3D) и варио (изображений с эффектом анимации) используется программа Triaxes Legend. Печать линзово-растрового изображения показана в этих видеоматериалах:

(источник)

Печать морфинг изображения на линзовом растре

(источник)

Печать стерео (3D) изображения на линзовом растре

Способ нанесения клея и совмещения растра с изображением

Совмещение линзового растра с изображением

Склейка в ламинаторе

Линзовые растровые пластины наклеиваются на бумагу методом холодного ламинирования. На гладкую поверхность растра заранее наносится клеевой слой накрытый прозрачной плёнкой. При склейке защитная плёнка убирается и линзовый растр наклеивается на бумагу. Для склейки применяют ламинаторы с холодным ламинированием. Это важно, так как недопустим нагрев растра из оргматериалов. Очень важно перед наклейкой сориентировать растр. Нужно, чтобы линзы растра были параллельны полоскам на кодированном изображении. Стереоэффект достигается в случае совпадения шагов кодированного изображения с шагами растра и их параллельности.

Последовательность операций склеивания:

• Отгибаем растр около одного сантиметра защитной пленки.
• Накладываем растр гладкой стороной к изображению, при этом надо, чтобы открытый клеевой слой не коснулся бумаги.
• Прижимаем закрытую плёнкой часть растра к изображению и наблюдаем муаровую картинку, образующуюся в результате несовпадения полосок линз растра с закодированными полоками изображений (смещение по шагу и параллельности) интерференции полос кодированного изображения с линзами растра.

Слегка поворачивая растр относительно бумаги, добиваемся устранения муара (Правильно ориентировать растр помогает специальная настроечная рамка по периметру изображения).

• Перемещая точку наблюдения вперед и назад в направлении перпендикулярном направлению линз растра, проверяем точность переключения изображений.
• После юстировки аккуратно прижимаем открытый клеевой слой к бумаге.
• Включаем (холодный )ламинатор. Придерживаем защитную плёнку за отогнутый край.
• Пропускаем растр через ламинатор убирая защитную пленку по мере передвижения растра.
• Обрезаем растр по краям изображения.

См. также

• Стереоскопия
• Стереофотография
• Стереофотоаппарат