影像裸眼3D技术中印刷工艺方法的探究

2019-10-09 05:10:05 今日印刷 2019年9期

李学东 孟唯娟

我们在现实中看到的或体验过的影像3D显示技术,如3D电影、电视等,大部分是两向立体显示技术,其立体效果必须借助于立体眼镜、双色滤色片、偏光滤色片等工具才能观看到,这给3D技术的推广应用带来极大的不便。随着3D技术应用研究的不断深入,多向立体显示技术即裸眼3D技术也开始得到一定范围推广,主要应用于公共场所的大型展示、宣传、广告等屏幕上。

荧屏影像的裸眼3D技术原理

人们在日常生活中观察真实的物体时,具有的立体感主要是由于人的左右两只眼睛之间有一定的距离,观察物体图像时的角度不同,因而会产生视差,正是这种有视差的图像刺激大脑并在大脑中合成视觉的立体感。一般来讲,在一定的视角范围内,明视距离越近,视差效果越显著,观察物体的立体效果就越好。

影像的裸眼3D技术,实际上就是在荧光屏上实现的多向显示技术,可以不借助任何眼镜或其他辅助工具就能让人们用肉眼从显示屏幕上看到具有立体感的图像。这种3D效果图像,实际上也是利用了人眼的视差原理,通过让观看者的左右两眼分别接受不同的画面,再将这些不同的的画面反射到大脑,通过图像合成产生立体感。

目前,国内外能够实现影像的裸眼立体技术的显示方法主要包括视差障壁技术、柱面透镜法、MLD技术等。

1.视差障壁技术

视差障壁技术又称狭缝光栅技术,是使用一个具有偏振膜和高分子液晶层的显示屏,利用液晶层和偏振膜产生带垂直条纹的光栅,如图1所示。当形成图像的光通过光栅狭缝时,图像就会被分割,称之为“视差障壁”。原理是当左眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡右眼,当右眼看到的图像显示在液晶屏上时,不透明的条纹会遮挡左眼,通过将左眼和右眼看到的不同图像在大脑中进行合成而到3D 影像。

2.柱状透镜法

柱状透镜,可以看成由许多透镜片构成的透镜板。原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜,使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上,同时保证透镜的焦平面与透镜的背面相重合。这样,利用柱面透镜的分像作用,如图2所示,把不同方向上的图像聚焦在每个透镜焦点平面上。双眼从不同的角度观看显示屏,就看到有视觉差异的图像,差异的图像在大脑中合成就形成立体感图像。另外,通过让柱透镜与形成图像的像素光线成一定的角度,可以使每一组子图像重复投射到视觉区域,产生多组视差图像,从而产生完整的、连续的立体图像。

3.MLD技术

MLD技术于2009年4月,由美国PureDepth研究完成。MLD(Multi-Layer Display多层显示)是通过一定间隔重叠的两块液晶面板,人的左右眼可以在不同液晶面板上接受不同图像,在大脑中合成,从而呈现3D影像的效果。

印刷辅助工艺方法探讨

通过对以上裸眼3D技术原理研究可以发现,视差障壁技术中的“视差障壁”(Parallax Barrier)是利用偏振膜和液晶层来实现垂直条纹光栅的,在这里我们将尝试和探讨用印刷的方法直接印刷能够实现裸眼3D显示效果的条纹光栅的可行性,具体工艺探讨如下:

1.条纹光栅参数确定方法

从视差障壁技术原理的本質来看,人眼透过条纹光栅的狭缝可以看到立体图像,但图像立体感及图像的完整性是受狭缝的开口比和条纹的宽度影响的。开口比取决于光栅上透光条纹和遮光条纹的宽度。而透光条纹和遮光条纹的宽度又取决于明视距离及视角大小。条纹宽度作为主要参数需要依据最小视角、最小明视距离和最大明视距离进行确定。调整视点的多少,一般要调整开口比或者说占空比,调整观看距离,一般可调整狭缝光栅与显示屏的相对距离。

一般来讲,人眼的最小视角弧度应该为0.00029弧度,按照明视距离,我们近点为250mm,远点设为1500mm以内,人眼的分辨率为0.0725~0.435mm,那么为了兼顾人眼的分辨率及图像的立体效果,应将线条的宽度可以限定在0.0725~0.435mm。为了印刷出能呈现最佳立体效果的光栅,我们需要依据这个线条的宽度范围设定一组线条宽度实验数据进行测试,确定光栅遮光线条的最佳宽度及光栅周期长度,以满足不同视差图像像素的周期排列。

2.材料选择方法

①光栅片基或印刷片基

由于光栅的漏空位置要求有很好的透过光线性能,因此,在选择塑料片基时,必须选择透光率高的片基,对自然光的透过率要达到95%以上,厚度为0.1~0.12mm,热缩率小于1%。

②油墨

从光栅功能的角度来看,印刷图案部分是光栅的条纹部分,要求能够起到光的阻隔作用,必须能够全部吸收所有的可见光。

从印刷的角度来看,印刷到片基上的油墨要求能够即时干燥,不蹭脏,线条边缘光滑清晰,需选用紫外干燥油墨或墨水。

3.印刷工艺选择

从条纹光栅应用特点来看,一方面,由于光栅条纹是用来遮挡色光或者图像的,那么就要求光栅的条纹要有良好的遮挡性,另一方面,由于广场上的荧屏需要大幅面屏幕,相应的条纹光栅也同样要求大幅面。以上两方面特点,具体到印刷的工艺选择上需要考虑两个因素:一是墨层厚度要足够大,二是印刷幅面大小符合大屏幕要求。

根据以上分析,比较适合的印刷方式包括丝网印刷和喷墨印刷,因为这两种印刷方式不仅都能满足光栅的幅面要求和遮挡性要求,同时还可以满足塑料片基印刷及UV快速干燥的需求。

当今,裸眼3D技术在立体图案印刷、全息印刷领域已经得到了很好应用,但还未有印刷辅助生产的裸眼3D影像技术。本文探讨了印刷条纹光栅的工艺方法,由于相关知识及经验的限制,论述如有不恰当之处,望给予批评指正。

作者单位:青岛恒星科技学院

责任编辑:李倩 liqian@cprint.cn


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