浅析柱镜光栅立体成像技术研究

彭丽霞 刘坤宏

（四川省宜宾普什集团3D有限公司，四川 宜宾 644007）

柱镜光栅的应用范围越来越广泛，得到了众多客户的认可与好评，柱镜光栅图像处理软件需要推陈出新，应推出更多的柱镜光栅立体图像处理与制作方法。在观看相同的物体时，人眼瞳距的可视范围及距离所呈现的视觉差形成了不同层次的立体成像。这种视差反映到大脑中便产生了空间立体感[1-2]。在柱镜光栅背面进行UV胶印的新工艺、新技术的应用使立体印刷大大降低成本，从根本上打破了传统印刷品平面、静态而单一的局面，使静态的二维图像变成栩栩如生的立体印刷[3-4]。人们无须佩戴眼镜就可观察到栩栩如生的三维立体效果，为印刷工艺增添了新的内涵与活力，为广大消费者及供应商提供了更多的选择。立体印刷广泛用于商品包装、商标、广告图标、艺术装饰、文化用品、旅游纪念品、纪念门票、博物展览馆、明信片、贺卡以及各种名片等，并将在服装、饮料、烟酒、化妆品和药品等产品的防伪标识上发挥重要作用，是一个应用广泛、利润丰厚、前景广阔且发展长远的高科技项目。

1 软件、材料、设备

软件：Photoshop图形图像处理软件、Push3D光栅跑图软件、Magic 3D滤镜插件。

材料：0.6 mm/155LPI/PET光栅、尺寸1 040 mm×740 mm×0.60 mm。

设备：德国曼罗兰700印刷机、智MK1060CS全自动模切机、AP-21650糊盒机。

2 柱镜光栅成像原理

柱镜光栅成像是基于双眼在观察物体时产生的双眼视差经过大脑处理后产生感觉，进而形成人的立体视觉的[5]。双眼看不同位置的物体A、B和C时，人眼的瞳距对相应的物体产生近大远小的视觉成像原理。如图1所示。

图1 柱镜光栅成像原理示意

观看相同的物体时，人眼瞳距的可视范围及距离所呈现的视觉差形成了不同层次立体成像。设定3个酒瓶分别排列在同一垂直线上，人眼在A、B和C的位置上观看酒瓶。人眼对不同位置的酒瓶形成了视觉差异，A点观察到的酒瓶向左排列，C点观察到的酒瓶向右排列，B点观察到的酒瓶在正中间，这时酒瓶全部叠加在一起，形成立体视觉。如图2所示。

图2 酒瓶成像原理示意

3 流程设计

基于立体成像原理，利用Photoshop、Push3D等软件对原图像进行处理，CTP分色制版。具有“压缩”和“隔离”的作用[6-7]的图像与许多结构参数和性能几乎一样的小圆柱透镜光栅板相匹配后，通过胶版UV立体印刷和柱镜光栅折射分像系统，使图像反映到大脑中，便产生了远近空间的立体感。具体试验流程如图3所示。

图3 柱透镜光栅立体成像工艺流程

4 立体制作方法

4.1 原稿立体图案的选择

原稿立体图像主要选择的是外形圆润、层次丰富，颜色艳丽、明快，色彩饱和、通透，图像外形纵向景深感强的图像，这样做出来的立体图像衔接度高，视觉互动性强，受欢迎程度较高。原始图档尺寸精度达到300 dpi以上，颜色为CMYK或RGB；图档格式主要是PSD、TIF和PDF等，其中PSD分层图档为最佳，印刷光栅厚度不得超过0.9 mm。如今通过计算机技术，对平面图像采用图形图像处理软件进行处理，就能获得层次丰富的图像。

4.2 采用Photoshop进行分层

将整幅图像的各个部分根据视觉的需要进行分析，确定大体的远近关系及色彩的明暗程度，通过Photoshop把图案单独分开到单个的图层中，再对单个物体的各个部位进行修补，获得完整的图案。然后经过Push3D等软件处理，使整个图像具有立体效果。具体方法如下。

4.2.1 分图/补图

选择一幅具有立体空间构图且颜色丰富的图片，通过图像色彩优化处理，设定为RGB或CMYK模式，按近大远小的呈现效果进行近景、中景和远景3个大方向的分层处理，从视觉感观上形成物体之间的立体空间关系。

如图4所示，在图像中的鱼身上标注有1、2、3、4、5和6的数值，按照近大远小的视觉原理，最大的鱼是人眼最先看到的景象，因此在制作图时把它作为最前面的近景图鱼1号，相应背景海水就是最后面的远景，以此类推。

图4 原稿立体图前后景象确立

根据分层处理的结果，对所标示的数字代码通过Photoshop图形图像处理软件的套索工具、魔棒工具和钢笔工具对每一个图像新建图层进行细分处理。根据人的视觉可视范围在移动过程中会看到前景图、中景图和远景图后面的空白区域，需要对图像补偿模拟3D真实场景进行还原，形成立体空间感。

4.2.2 立体处理

图像分辨率的设定。3D立体成像是根据柱镜光栅线数计算出栅距，确定图像分辨率大、小的设定，柱镜线数设定为100 LPI高精度匹配柱镜光栅的光栅条，确保图像与光栅条在同一栅距内，做图张数为8 张，最终计算出图像分辨率为800 LPI。

设定景深值。如图4所示，根据实际影像，按近大远小的呈现效果进行近景、中景和远景3个大方向的立体景深设置，多层细分，以像素为单位左移为正、右移为负，设定景深值，鱼1景深值为1 mm，鱼2景深值为0.8 mm，鱼3景深值为0.5 mm，鱼4景深值为-0.5 mm，鱼5景深值为-0.7 mm，鱼6景深值为-1 mm，背景海水景深值为-1.5 mm。

位移及栅格化合并图层。设定单位为像素，对选定的图层按设定好的景深值进行复制、移动7次，形成适合于柱镜光栅条且能够聚焦的8张不同位置的图像，固定位移量景深值。将8张不同位置的图像分别进行栅格化，最终形成垂直于柱镜光栅的图像组合，对合并后的图层进行显示就得到鱼1的立体图像，如图5所示。

图5 栅格化、合成图像

其他需做立体图层的按此方式进行处理，0.6 mm/155 LPI光栅与此制作方式取得相匹配的立体合成图像，如图6所示。

图6 立体合成图像

综上可得，柱镜光栅图像大、小分辨率计算方法：光栅图像分辨率 = 光栅线数÷2.54×跑图张数。制作过程中凸出的前景向左位移为正值，中景不位移为0、后退的背景向右移为负值。

4.3 光栅图像的输出及对位测试

菲林对位即以CTF（菲林输出）的方式对光栅印刷品进行检测。首先通过光照对位台把光栅材料完全压合在有测试图像的菲林之上测试。其次对光栅材料进行轻微移动，最终达到光栅条纹与对位菲林条纹完全垂直重合。当图像对位之后人眼能看到的整条图像是全白或全黑，即该光栅的数据测试准确，如图7所示。

图7 菲林对位测试光栅数据

4.4 光栅印刷

立体印刷是利用柱镜光栅材料的成像特性再现立体图像的，柱镜光栅材料由平行排列的凸透镜组合而成，具有透镜成像的特点。如果要达到最佳的观察立体图像，就要使印刷的图像尽量以每一个柱镜光栅的光轴为中心平均分布。在立体印刷过程中，为了制作出优质光栅印刷品，采用里印方式，并应用套印精度高的五色的印刷机。由于柱镜光栅材料的放大作用，立体印刷的套印必须一次性套印，误差应小于0.01 mm。印版的线数与图档的线数应保持一致，当线数匹配相差太大时，印刷的质量无法保证。当线数的视觉宽度小于单个图档的宽度时，印刷品出现柱状光晕现象。

由此可以得出，柱镜光栅材料作为承印物，不仅承印材料的套印精度要比平面印刷高，而且光栅材料在加工过程中的分切精度要求也很高。光栅立体印刷是一项综合了光栅材料、立体图像处理和印刷等多方面的系统工程，宜宾五粮液集团普什3D有限公司熊建、周立权、邹耀邦等人[8]研发了一种上、下对应的双层微透镜阵列薄膜，该膜能够实现 360°观看立体效果。

5 结语

该文采用Photoshop图形图像处理软件对平面图像进行图像分辨率设定、分层和补图，导入Push3D专业光栅跑图软件进行位移、栅格化合成并完成图像立体效果处理，最后通过CTP输出PS版，与相匹配的光栅进行UV立体平版印刷。它能使平面印刷图像呈现立体效果、多维动画、缩放功效和异变图等奇特的视觉感受，打破了传统印刷品平面、静态且单一的局面，为印刷工艺增添了新的内涵和活力，对印刷技术有新的指导意义。