CN1159598A - 用于产生一些运动的微透镜象的装置和方法 - Google Patents

用于产生一些运动的微透镜象的装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种微透镜装置,它包括:一片微透镜材料,以及一位于该微透镜材料的观察表面上的印片,印片上带有所述代表许多依次相连的静止图象和许多运动图象的印相。

Description

用于产生一些运动的微透镜象 的装置和方法
本发明涉及三维观察图象用的微透镜装置领域,更确切地说,涉及一种装置和用于制作该装置的有关方法,以致于该装置的一部分视场能为观察者提供一些运动图象。
微透镜的象可被用来提供运动效果,例如在R.Finkel的名为“Publications”的美国专利NO.3.268.238中,公开了一种由微透镜材料制作的象页,采用的是兔子的三个视图。每一视图略微不同于其余视图,以致于旋转此象页便可产生一种反映兔子的一或多种特征运动的视觉印象。在K.Anderson的名为“微透镜装置和用来提供该装置的方法”的美国专利NO3,538,632中,公开了一种微透镜显示器,利用的是猛然弯背跃起的马和骑马的人的图象。运动的幻觉是通过显示器的旋转赋予该图象的。Anderson的发明,其具体目标是使用不同颜色和浓淡的透明颜料印制各个部分的图象,以增强此微透镜装置的活动性或者三维效果。
为了成功地提供可显示运动的微透镜装置,必须使每个单独场面的一些视图完全熄灭,以使相邻视图之间的重影效果随着微透镜装置的旋转减至最小。也还需要提供足够数量的视图,以便能有一个连续运动的场面,或者是,如果运动出现了中断,能有许多视图连续总体运动,与从一个位置跳到另一个位置相比,给观察者提供运动着的目标仍在继续运动的感觉。
本发明的目的在于克服上面提到的一或多种困难。简短地概括起来,根据本发明的一个方面,提供一种微透镜装置,包括:
一个微透镜材料片,和
一位于该微透镜材料片观察表面上的印片,印片上带有所述代表许多依次相连的静止图象和许多运动图象的印相。
本发明的上述以及其它目的,当与以下描述和附图相结合时将变得更加明显,其中使用的相同编号,在可能时表示对于这些图为共同的相同元件。
本发明具有以下优点:
本发明提供一种微透镜装置,其中非运动(静止)图象和运动图象的组合在一组(band)观察角范围内是可观察到的,以致于观察者可以既欣赏静止的微透镜装置的图象细节,又欣赏运动图象的动作,而且没有通常与运动图象相关联的图象混乱。
此外,与现有技术相比,本发明提供一种装置和方法,用以产生出令观察者喜爱的高质量的静止和运动图象的组合图象。
多个视图被用来为观察者提供一个在很大的观察范围内为连续的图象运动的感觉,同时另外还提供一种至少具有一个高质量静止图象的观察范围。
提供了任何一种全周期运动,即:在初始观察角时目标从一个位置上开始运动,并且随着观察角度的改变继续运动返回其原始位置(带有或者不带居于其间的静止象);或者提供了目标本身的运动(目标改变形状),以使该目标可在整个动作范围沿一个方向作连续动作,然后跳回其起始形状。
提供了一种微透镜装置,它可以改变整个运动范围内背景观察的颜色,另一方面也可任意改变观看对象正文的信息。
能提供一种微透镜装置,该装置通过所谓变形技术使目标可观看地从一种尺寸和/或形状变成另一种尺寸和/或形状。
提供了一种技术,用于获得视频图象并将其转换成微透镜图象,以提供特定的观察序列或者动画画面前切片。
图1表示沿视轴观察到的微透镜装置;
图2表示用来赋予观察者以运动观感的许多图象画面;
图3表示从许多视轴观察到的第二个微透镜装置;
图4为表示从不同的观察角度观察到的微透镜图象密度的曲线;
图5为表示一系列类似的静止图象强度的曲线;
图6为微透镜材料放大的截面图,用以表示用肉眼看得见的图象一部分,从最初位置到完全延续完的位置,再回到起始位置的运动;
图7为表示从一系列运动图象的结束转换到该系列开始位置的曲线;
图8为表示图7中图象运动周期性重显的曲线;
图9为表示图象背景颜色变化的曲线;
图10为表示许多图象中不同的动作变化的曲线;
图11以图示方式表示了随着微透镜装置旋转画面正文发生变化的形式;
图12表示变形的实例,其中的运动是一个人的图象平稳地变成了一个猫的图象;
图13表示一图象序列,其中主要运动目标的图象共用一个观察空间,使至少一个和另一个运动目标至少处在微透镜装置的一个画面上;
图14表示用于拍摄能够提供运动幻觉图象的系统;
图15表示带有前和后微透镜观察面的微透镜装置。
参见图1,微透镜装置100是由一片带微透镜的材料102和图象记录材料103构成的,后者使用光学透明胶111粘附在前者的背后。直接将图象印在这片带微透镜的材料背后,在技术上也是可取的。此被记录的或者被印刷的图象是作为一些影象拼接片来形成的,其中每一拼接片代表从不同观察角度选取的图象中的象或者物的视图。
观察者101,通过微透镜材料102观察被定位在特定观察角上的影象拼接片。例如光线104通过微透镜105觉察到特定的观察象位置106。依次相连的观察象位置107,108和109则从不同的角度提供不同的视图(拼接片),因此,例如此微透镜装置100围绕一条靠近装置中心且平行于此微透镜象的轴线A-A在箭头110所示方向上转动,那么便能够观察到该图象的不同拼接片。
如图2所示,这些不同的视图包含有位置方面的逐渐变化,以致于当把这些邻接的影象组合在一起时,看来象是在模拟运动。例如形象201,202,203,204,205,206和207表示一影象序列,其中有一个人,他的头在逐渐变大,并且由于这个头的重量引起他向对面弯曲,以致于他的头最后爆炸。这许多视图为观察者提供了连续运动的感觉。虽然所表示的只有一部分影象(头及脖子)位置和大小的变化,然而非常明显,许多变化同样可以结合在此影象序列中。
为了实现高质量的运动,必须满足许多要求,其中包括在一个视图和下一个视图之间存在高水平的消光。这用图解方法表示在图3中,其中单一轴上视图301被照亮,而且相邻的视图302和303是暗的。例如当我们以递增的方式从中心轴位置304移动到在305处的下一个相邻视图的轴上角度位置时,必须使中心轴位置304变成完全消光。因此,如果观察者的眼睛(或者光点强度测量仪)始终沿圆弧307移动,那么中心亮视图的强度就需要根据图4所示的分布图进行消光,其中位置401为与中心轴位置304的角度位置对应的轴上位置,位置402对应于视图306,位置403对应于圆弧307。分布曲线404与中心轴位置304处的强度对应,中心轴位置304则与位置301处产生的影象对应。除非分布曲线404的伸展范围被局限在少数几个观察位置,并且除非此曲线能够递减到几乎为对应于分布曲线405的零水平,就不可能在影象化方面达到高质量运动。
获得这种窄分布范围而且高水平消光的一种手段是,通过将图象记录材料在其被层压在微透镜材料102上之前进行曝光,以产生出象平面图象记录材料103。现有技术中显示运动的技术趋于穿过微透镜材料对图象曝光,这将会造成分布曲线404分布范围的扩大。其它一些手段利用的是压印方法(如行型印刷(linotype)或者胶印(offset))来产生图象记录材料103。然而由此提供的分辨率,对于能够提供为创造满足要求的成象条件所要求的高于20个视图(拼接片)来说是不够的。
由于存在这样一些困难,所以最好的优选手段是,对于具有分辨率比现有技术中这些方法高的高分辨摄影材料进行精确曝光,以便获得图4所示必需的分布曲线。
当把静止的象和运动的象组合时,静止的象是靠获得高质量的象并将该象定位在一些依次相连的画面中产生的。在本发明的最佳实施例中,曾经发现,三个依次相连的画面能够与效果改进的附加画面一起提供出可以接受的效果。再一次参见图4,即使给出高质量的分布图404,如果我们将其相邻视图的分布图形状设想为例如对应于分布图405和406,我们将会看到,当我们沿着分布图405从点407移动到点408时,其间并不存在只由单一视图作出贡献形成图象的位置。这种情况的存在,是由于在点407和408之间并不存这样点:分布图404,405和406中只有一个完全接通(能够观察到)而其余两分布图完全断开(不能观察到),或者是处在与分布图405相应水平上的点。另一方面,如图5所示,如果利用图4中表示的分布图的特性,让所有三个视图带有同样的信息,那么最后的效果将与图5中表示的分布图对应,而且沿着分布图405将会存在一段距离,其中相邻的位于一侧的分布图501和位于另一侧的分布图502完全断开,而在503范围内对应三个分布图的分布图504,是唯一一个接通的,因而能够提供高质量的视图。
本发明的另外一种特点在于,它能够提供全周期的运动,就是说在整个观察角范围内,将能够观察到对于目标的一或多个运动周期。这种效果表示在图6中。假定有单个微透镜601,在象平面602上的位置603处,具有中心视图。此中心视图将位于轴上。在此微透镜601的后面以604表示的范围内,可能存在着对应于不同位置的许多视图。典型情况下此数字将为20或者更大。其它一些视图可以发现位于微透镜607的后面,位置608可能就是微透镜607后面的第一个这样的视图。然而在由视线609表示的观察角内,位置608可以通过微透镜601而不是直接位于其前方的微透镜607被看到。这种可被观察的角度限制而仍能看到直接位于指定的微透镜后面的视图,被定义为610所示的主观察角。然而还存在一个同所有位于微透镜607后面的视图对应的被表示为611的次观察角。因此,例如位置612对应于沿一个方向运动的连续运动序列的结尾,则微透镜607后面的第一个位置608和微透镜601后面的最后一个位置612之间的转换可能是急剧的。此技术进一步表示在图7中。其中对以位置603开始的不同视图来说,沿与依次相连的视图对应的坐标轴701,绘出某一场面中给定要素的位置P。微透镜601和607之间的断开,对应于坐标轴701上的位置702。而且位置608和612以点708和712表示。现在假定有某个连续运动是从位置704运动到位置705。此运动以分布图706图解表示,且其将被微透镜607后面的视图重复,如由相同的分布图707所表示的那样。因此,存在一种从位置705(其对应于沿坐标轴701在点712的位置612)到位置704(其与位置608对应,而且位置608由坐标轴701上点708的垂线与分布图707的交点表示)迅速变化。这种位置变化的幅度,以直线714来表示。
在这种特定情况下,观察者将会看到运动方面的急剧变化。另外,如图8所示,运动可以沿着并无显著断开的周期展开。这可由分布图816表示,它在从位置804到位置805的同样位置范围内变动。然而在这种情况下,位置612和608之间的点以点802表示,结果在位置方面没有明显变化。
本发明另外一个特点是具有贯穿运动范围的改变背景颜色的能力。由此也可理解为,它能够改变强度、色调、饱和度,或者其它任何图象的强度从一视图到下一视图可以变化。这用图解法表示在图9中,其中颜色表示在垂直坐标轴912上,水平坐标轴901再一次对应于特定视图的角度位置。在这种情况下,颜色的变化可以每一视图为一梯级,如分布图917所示,也可以连续变化,如分布图918所示。这种颜色方面的变化可以与位置变化和其它效果一起进行。
图10表示其它可供选择的运动路线,如垂直位置坐标轴1020表示的那样,其中的突然运动对于某一影象范围可以发生在依次相连的视图之间,例如位置1031,1032,1033和1034。另一方面,适中运动的固定视图可被看作位置1035和1036表示的那样。此外,平滑和静止运动的组合也可以应用,如分布图1037所示。
正文信息,也可以通过运动路程加以改变。这可图解表示在图11中,其中的横坐标轴1101对应于角度位置和其正文,例如处在位置1111处的“苹果”一词可以用处在位置1112处的“桔子”一词来替换。“苹果”的正文将落入角度位置范围1113,而“桔子”的正文将落入角度位置范围1114。与此类似,“梨”的正文将落入范围1115。这些词之间的转换可以是随着强度变化渐进的,可以是突然的或变体的,或者某些其它的淡入/淡出效果。文本中的这些变化可以对应于视图中的变化,例如范围1113可能确实包含“苹果”,范围1114可能确实包含“桔子”,范围1115可能包含“一对梨”。也可能在这些视图之间使用其它一些过渡技术,例如如图12所示,其中的坐标轴1201对应于观察者的角度位置。位置1221可能与一个人的视图对应,而且位置1222可能与一个猫的位置对应,并且这两个位置之间的视图可能是逐渐过渡的。
在本发明的另一实施例中,两个画面序列A和B被安排在同一图象中,每一画面都带有对应于整个场面的运动。于是,例如在图13中,位置1321可能包含高尔夫球棍的头1310离开高尔夫球1312 1英尺的视图,而位置1323可能包含高尔夫球棍的头1310击中高尔夫球1312的视图,而且同时表示在同一场面上的是:打高尔夫球的人1308当其高尔夫球棍的头离高尔夫球1英尺时在位置1321上的视图,以及打高尔夫球的人当其高尔夫球棍的头击中高尔夫球时表示在位置1323上的视图。其间的一些位置将被表示在角度位置1321和1323之间的视图中。
产生出各种观察效果的方法,表示在图14中。各种图象的产生是通过让摄象机1401沿着轨道1402运动,以便提供相对于目标1403运动的感觉。另一种办法,可以让目标1403相对于摄象机1401运动。产生图象的另一种途径是,通过使用计算机图形工作站在操作者控制下产生一系列数字化的视图。一种用于拍摄薄膜源材料的优选系统,是柯达公司出售的photo CD工作站(PIW)。由此工作站提供的数字化图象,被再换算成一些水平线,其数目和间距与通过其观察图象的微透镜材料相匹配。这些视图中的每一个,随后按系列组合在一起,以使每一视图的水平线段靠近。
为了验证这些图象的序列在计算机工作站中是被顺序地观察的,监视器以足够快的速率灌输运动的感觉,以证实所希望的运动量已由该序列产生。
本发明的另一个特点,在于其所具有的可从录相带或者胶片上获取视频图象并将其转换成微透镜图象以提供特定的观察序列或者剪切片(clip)。来自录相带的图象是经过数字式画面转换器得到的,而来自胶片的图象是从PIW上得到的。
参见图15,所表示的微透镜装置1700是由记录介质1710构成的。此记录介质在其上记录了许多图象剪切片,代表相应的观察角度范围,例如此记录介质在其上记录了目标的一些视图。在这种特定情况下,只有当记录介质是透射介质,微透镜薄片1720和17201被定位在将记录介质1710夹在中间时,才能够工作。为此过程选择的图象,是一种能产生从前面观察的视觉观感并且带有从后面观察的镜面象的图象。
一旦图象序列被确定,代表这些图象的那组数字数据,就需要通过某一能将微透镜材料应用于输出介质以形成最终产品(装置)的工艺来形成。第一个步骤就是获取图象,并将其分成密接(fit)在一微透镜后面的一些子集数据。一个微透镜代表从此图象序列中每一图象取得的同样线数。对于最终的产品进行正确地观察,由于透镜工作方式的缘故,微透镜下面画面的实际顺序是颠倒的。许多组这些微透镜组合在一起,以确定最终的微透镜装置的尺寸。在一种特定的观察角度下,来自此图象序列的全部图象,均可以通过微透镜表面观察数字数据的表象来看到。产生出用在微透镜材料下面的介质的过程,是将上述数字数据的组合输出给数字薄膜记录器来产生一负片。然后将此负片接触印制在一输出介质上。随后将此输出介质层压在微透镜材料上。
本发明已经参照最佳实施例进行了描述。然而将会理解,许多变化和改型可由本领域的普通技术人员实现,而不离开本发明的范围。
零部件一览表100     微透镜装置101     观察者102     带微透镜的材料103     记录材料104     光线105     微透镜106     观察象位置107     观察象位置108     观察象位置109     观察象位置110     箭头111     透明胶201     影象202     影象203     影象204     影象205     影象206     影象207     影象301     轴上视图302     视图303     视图304     中心轴位置305     视图306     视图307    圆弧401    位置402    位置403    位置404    分布图405    分布图406    分布图407    点408    点501    分布图502    分布图503    范围504    分布图601    微透镜602    象平面603    位置604    范围607    微透镜608    位置609    视线610    观察角度611    观察角度612    位置701    坐标轴702    位置704    位置705    位置706    分布图707    分布图708    点712    点714    直线802    点804    位置805    位置816    分布图901    水平轴912    垂直轴917    分布图918    分布图1020   垂直位置轴1031   位置1032   位置1033   位置1034   位置1035   位置1036   位置1037   分布图1101   坐标轴1111   位置1112   位置1113   范围1114    范围1115    范围1201    坐标轴1221    位置1222    位置1308    打高尔夫球的人1310    高尔夫球棍的头1312    高尔夫球1321    位置1323    位置1401    摄象机1402    轨迹1403    物体1700    微透镜装置1710    记录介质1720    微透镜薄片17201   微透镜薄片A-A     轴线

Claims (14)

1.一种微透镜装置,包括:
一片微透镜材料,及
一位于该微透镜材料的观察表面上的印片,印片上带有所述代表许多依次相连的静止图象和许多运动图象的印相。
2.根据权利要求1的微透镜装置,其中印在上述微透镜材料上的运动图象,至少是由两组图象构成的,每组图象代表作为从不同角度观察的一个运动序列的象。
3.根据权利要求1的微透镜装置,其中的文本图象是由静止的图象和运动的图象组合成的。
4.根据权利要求1的微透镜装置,其中依次相连的静止和运动图象包含至少一个目标和一个背景,其中的背景随着微透镜装置的旋转改变其颜色。
5.根据权利要求1的微透镜装置,其中所述的印相,代表至少随着微透镜装置的旋转的一个能够变形成另一目标的目标。
6.一种微透镜装置,包括带有相关联的摄影感光层的微透镜材料,所述摄影感光层被曝光成许多依次相连的静止图象和许多运动图象。
7.一种微透镜装置,带有代表静止图象的第一个多元图象画面,以及代表运动图象的至少第二个多元图象画面。
8.一种微透镜装置,它包括:
一记录表面,其上被记录有许多能够代表一静止图象和运动图象序列的图象数据的画面,以及
一微透镜材料,相对于上述记录表面固定地定位,为的是便于观察微透镜装置旋转时的静止图象和运动图象。
9.一种微透镜装置,它包括:
一透光层,其上记录有许多图象画面;
第一个微透镜材料,定位在该透光层的一个表面,以及
第二个微透镜材料,定位在该透光层的相反表面上,为的是允许通过上述第一或第二个微透镜材料观察到许多图象画面。
10.根据权利要求9的微透镜装置,其中所述的许多图象画面,是由许多依次相连的静止象和许多运动象组成的。
11.根据权利要求9的微透镜装置,其中所述的许多图象画面,是由一段运动图象构成的。
12.根据权利要求9的微透镜装置,其中所述的许多图象画面,是由一些数字图象表示构成的。
13.一种用于制作微透镜装置的方法,包括如下步骤:
a)获取许多代表目标处在运动和静止时的图象;
b)将每一图象切成许多拼接片,以及
c)将来自上述许多图象中每一图象的每一相应的图象拼接片,按照与微透镜观察观看到图象相对应的方式邻接。
14.根据权利要求13的方法,其中所述的许多图象,是在摄影感光层上获取的。
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