專(zhuān)利名稱(chēng)：全聚焦三維照相機(jī)與三維圖象的構(gòu)成的制作方法
三維照相的制作是在每一個(gè)微透鏡內(nèi)有三個(gè)像帶，為了從更寬的角度為照片取景，每個(gè)像帶的寬度在8.5至11度之間，以便從每一視角都能用眼看到相鄰的一對(duì)立體像對(duì)，且圖象完全聚焦。本發(fā)明還提出一種三鏡頭照相機(jī)用于拍攝此類(lèi)相片。
在柱鏡式三維(3-D)攝影中，通過(guò)水平布置的多個(gè)優(yōu)化點(diǎn)攝取景物的多個(gè)二維(2-D)的像，然后將這一系列的二維圖象壓縮并印制在柱鏡屏的每一個(gè)柱鏡的焦面上，以形成景物的三維合成圖象。
過(guò)去至少需要用4個(gè)二維的像來(lái)組成一個(gè)三維圖象，而多個(gè)壓縮的二維線(xiàn)條狀(Lineiform)像帶中的每一個(gè)在微透鏡中都占有相等的寬度。而且總是用偶數(shù)個(gè)像帶。多個(gè)像可以印在單一的帶內(nèi)。這種情況通常是指W/N，其中“W”是每一個(gè)微透鏡的寬度，“N”是總構(gòu)圖中所用的二維像帶的數(shù)目，并且立體像對(duì)的線(xiàn)條狀(Lineiform)像帶的設(shè)置是相對(duì)于微透鏡的柱鏡屏的曲率中心具有對(duì)稱(chēng)關(guān)系。
當(dāng)一個(gè)人進(jìn)行三維照相的取景時(shí)，理想的情況是雙眼看到相鄰的二維線(xiàn)條狀像帶的立體像對(duì)。如

圖1所示，眼睛可以看到像帶1和2，像帶2和3或者是像帶3和4，這樣可以保持二維像對(duì)之間的適當(dāng)?shù)囊暡睿员阍诮股辖⒁粋€(gè)三維圖象而且不致于模糊。視差是物鏡視場(chǎng)中一個(gè)元素位置的明顯偏移，這是由與這個(gè)元素的位置和觀察該元素的地點(diǎn)有關(guān)的變化引起的。過(guò)去在三維攝影取景時(shí)，雙眼并非總是看到由相鄰的二維像帶所形成的立體像對(duì)。根據(jù)照相取景的角度和位置，經(jīng)常可能看到如圖1所示的非相鄰的立體像對(duì)，如像帶1和3，像帶2和4或者像帶1和4。當(dāng)雙眼看到由于非相鄰的像帶所產(chǎn)生的立體像對(duì)時(shí)，并不能使這一對(duì)像融合在一起而形成一個(gè)實(shí)象，因?yàn)榉窍噜徬駧еg存在過(guò)多的視差。
過(guò)去用于組成三維照相的二維圖象的最低數(shù)目是4，而印相材料的微透鏡的正常視角約為20至30度。因此，每個(gè)二維像帶所覆蓋的角度小于7.5度。通常觀測(cè)距離為15英吋時(shí)，兩眼將觀測(cè)到微透鏡約10度的角。除非三維照相精確地位于兩眼中心的垂直線(xiàn)上，否則雙眼就會(huì)看到非相鄰立體像對(duì)，這些像對(duì)是如圖1所示的像帶1和3，像帶2和4，或像帶1和4所形成的。
美國(guó)專(zhuān)利第3895867號(hào)(LO等人)披露了一種制作三維照片的方法，其中設(shè)置了線(xiàn)條狀(Lineiform)像帶，其中指出4個(gè)或更多個(gè)線(xiàn)條狀(Lineiform)像帶以對(duì)稱(chēng)的方式順序排列在與微透鏡屏曲面中心相交的垂直線(xiàn)兩邊。Okoshi在《三維圖象技術(shù)》(1976)一書(shū)的71-88頁(yè)中揭示了三維印像中在乳膠上像的擴(kuò)展方法。
以下的美國(guó)專(zhuān)利中也揭示了有意義的內(nèi)容第3953869(LO等人);第4037950(LO等人);第4063265(LO等人)和第4086585(LO等人)。
本發(fā)明的目的之一是制作一種更高質(zhì)量的自動(dòng)立體三維照片。特別是其目的在于制作一種可在更大的視角和距離范圍內(nèi)，全聚焦而無(wú)模糊地進(jìn)行觀察的照片，這種照片不同于已有的三維照相。本發(fā)明的更進(jìn)一步的目的是制作一種特寫(xiě)景物的三維照片，其中在相鄰的立體像對(duì)之間視差增大以給出具有更大景深的照片。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的攝取圖象以產(chǎn)生三維照片的照相機(jī)。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)上述目的可以通過(guò)以下方式達(dá)到，即將照相機(jī)拍攝的二維像的數(shù)目限制到3個(gè)，并且增大每個(gè)線(xiàn)條狀像帶的寬度，使之至少為8.5度角。當(dāng)每一個(gè)二維像帶的寬度至少是微透鏡的8.5度角時(shí)，就可以防止眼睛同時(shí)看到像帶1和3。既使萬(wàn)一眼睛同時(shí)看到像帶1和3，由于通常近距離拍攝的生活照中，非相鄰像對(duì)之間有過(guò)多的視差，因而眼睛不可能把這兩個(gè)像融合在一起，因此照片似乎是在焦點(diǎn)之外。為了適應(yīng)兩眼的視角而把像帶的寬度從7.5增加到至少8.5度，則作為主體像對(duì)將會(huì)只能看到如圖4所示的像帶1和2或者是像帶2和3，而且仍保持有適當(dāng)?shù)囊暡?，所以眼睛可以把立體像帶對(duì)融合在一起以重建一個(gè)唯一的而且輪廓明晰的三維像。把二維像帶的數(shù)目限制為3個(gè)這一點(diǎn)是與過(guò)去的技術(shù)教導(dǎo)相違背的，過(guò)去認(rèn)為二維象的數(shù)目更多時(shí)所制作的照片具有更好的三維效果，而且像對(duì)之間的過(guò)渡會(huì)更為平滑。過(guò)去還認(rèn)為微透鏡中應(yīng)當(dāng)有偶數(shù)個(gè)像帶以適應(yīng)人有兩眼這一事實(shí)。一種具有三個(gè)距離相等的鏡頭的三鏡頭照相機(jī)用于上述的目的以制作本發(fā)明所需的照片。
圖1表示通常的三維照相的取景方式，其中4個(gè)像帶按對(duì)稱(chēng)次序排列于柱鏡屏中心的兩邊。
圖2表示圖1中的微透鏡，其中的視角向柱鏡屏的右方傾斜。
圖3表示圖1中的微透鏡，其中的視角向柱鏡屏的右方傾斜。
圖4表示通過(guò)微透鏡的三個(gè)像帶為三維圖象取景，該微透鏡覆蓋8.5至11度的視角。
圖5表示圖4中的微透鏡，其中的視角向柱鏡屏的左方傾斜。
圖6表示用一個(gè)三鏡頭照相機(jī)拍攝立體畫(huà)面的方法。
圖7表示由三鏡頭照相機(jī)拍攝的立體畫(huà)面合成印制到柱鏡照相材料上的過(guò)程。
圖8表示立體柱鏡照相材料，其中示出多個(gè)微透鏡，每個(gè)微透鏡具有三個(gè)像帶。
圖9是本發(fā)明的三鏡頭照相機(jī)的正視圖。
圖1表示一個(gè)人觀察在三維畫(huà)面的微透鏡1中的立體像對(duì)2和3。微透鏡具有4個(gè)二維的線(xiàn)條狀(Lineiform)像帶I(1、2、3和4)。像帶1和2，像帶2和3，像帶3和4構(gòu)成立體像對(duì)。這些像帶I是在感光材料上形成的。圖1表示人的眼睛2L和2R觀看微透鏡，該透鏡設(shè)有一條垂直線(xiàn)通過(guò)4的中點(diǎn)并與觀測(cè)者兩眼2L和2R的中點(diǎn)相交。兩眼的距離為2 1/2 吋，即人類(lèi)雙眼之間的平均距離。當(dāng)眼睛與照片的距離為15英吋時(shí)，視角覆蓋約為10度的范圍。當(dāng)照片按上述方式放置時(shí)，觀察者將看到立體像對(duì)2和3，這兩個(gè)像覆蓋15度的角，其中包括10度的觀測(cè)角。眼睛聚集于微透鏡1的焦面3上。
圖2表示當(dāng)照片與微透鏡中心和雙眼中心之間的垂線(xiàn)保持幾度的偏斜時(shí)觀察微透鏡的情形。本圖中照片的放置是照片朝柱鏡屏4的右方傾斜。視角是10度而且每個(gè)像帶的寬度是7.5度，這樣放置時(shí)眼睛將看到非相鄰的像對(duì)1和3。由于非相鄰像對(duì)之間和視差，照片將變得模糊而且并非完全聚焦。
圖3表示當(dāng)照片沿柱鏡屏4的中心與兩眼中心連線(xiàn)向左傾斜時(shí)觀察微透鏡的情形。如同圖2中一樣，視角仍然是10度而每一個(gè)像帶覆蓋微透鏡的7.5度。這樣使得眼睛可以看到非相鄰的立體像對(duì)2和4，由于這些像對(duì)之間過(guò)度的視差，所以照片變得模糊而且不能完全聚焦。
圖4表示一個(gè)微透鏡，其中只有三個(gè)像帶I(1、2和3)。本圖中觀察者從一定角度觀看照片，在該角度下，垂直線(xiàn)與柱鏡屏4的中心以及兩眼的中點(diǎn)相交。在這種情況下如果柱鏡屏稍向右傾斜，則觀察者會(huì)看到由像帶1和2所形成的立體像時(shí)，稍向左傾斜就會(huì)看到由像帶2和3形成的像對(duì)。這些像帶對(duì)中的每一個(gè)占據(jù)微透鏡的10度。因?yàn)橐暯鞘?0度所以?xún)裳壑荒芸吹揭粚?duì)相鄰的像帶。因此，照片可以如圖5所示傾斜或者說(shuō)是偏離兩眼中心的位置放置，其中穿過(guò)柱鏡屏4中點(diǎn)的垂直線(xiàn)與兩眼連線(xiàn)相交之點(diǎn)更靠近右眼而離開(kāi)左眼。在這種情況下，觀察家將看到立體像對(duì)2和3。因此，通過(guò)使用三像帶，其中每個(gè)的視角至少為8.5度，相對(duì)于兩眼中心該照片比三維照相可以有更大程度的傾斜或偏離，在所述的三維照相中，由4個(gè)或更多個(gè)像帶形成立體像對(duì)。由于每個(gè)柱鏡體中只有三個(gè)像帶，因此像帶在微透鏡中可以相對(duì)于微透鏡的中心按補(bǔ)償規(guī)律排列，這樣從柱鏡屏中心到感光材料的垂直線(xiàn)在中心像帶的中點(diǎn)附近相交。
要保證眼睛只看到相鄰的立體像對(duì)，根本點(diǎn)在于每個(gè)像帶的寬度應(yīng)在8.5到11度之間。如果寬度小于8.5度，在兩眼之間的視角為10度時(shí)就可能會(huì)看到非相鄰像對(duì)。如果微透鏡的總視角為30度，則根本要點(diǎn)在于每個(gè)像帶應(yīng)不大于11度。如果大于11度，將不可能在鏡中放置兩個(gè)立體像對(duì)。如果只有兩個(gè)15度的像帶，當(dāng)兩眼之間的視角為10度時(shí)，則兩眼只能看到一個(gè)像。
應(yīng)當(dāng)指出，實(shí)際上不可能有大于30度的柱鏡屏，這是由于漸暈和崎變的效應(yīng)所致。這里所謂的“漸暈(Vignetting)”指的是到達(dá)像帶上的光線(xiàn)靠近柱鏡屏邊緣時(shí)要減弱，結(jié)果形成較暗的圖象。當(dāng)靠近鏡頭邊緣時(shí)光線(xiàn)減弱這種效應(yīng)是所有鏡頭都具有的。在40度或更大的柱鏡屏中有可能具有更多的10度像帶。但是因?yàn)橛袧u暈和畸變效應(yīng)這樣做并不實(shí)用。
因此進(jìn)行高質(zhì)量三維照像的唯一實(shí)際可行的技術(shù)解決方案是使用設(shè)有三個(gè)像帶的大約30度寬的柱鏡屏。
當(dāng)像帶范圍可以從大約8.5至11度時(shí)，像帶的寬度最好介于8.5至10度之間。因?yàn)樵谶@個(gè)距離眼睛只能看到相鄰的像對(duì)，能夠產(chǎn)生高質(zhì)量的照片。當(dāng)眼睛看到非相鄰的像對(duì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生畸變。
本發(fā)明的立體照片可以用一單鏡頭照相機(jī)拍攝。用單鏡頭相機(jī)拍攝這種照片的方法之一是相對(duì)于物體將相機(jī)移動(dòng)到三個(gè)不同的位置，在每一位置上拍攝一次。另外也可以相對(duì)于相機(jī)把物體移到三個(gè)不同位置。為了方便起見(jiàn)本發(fā)明的立體照相最好是用如圖9所示的一種新的三鏡頭照相機(jī)。
如圖6所示，具有三個(gè)鏡頭6a、6b和6c的立體相機(jī)拍物體5的照片，每一鏡頭相對(duì)于目標(biāo)5處于三個(gè)不同的水平位置。這樣產(chǎn)生三個(gè)具有圖象7的底片(N1、N2和N3)。如圖7所示通過(guò)三個(gè)放大鏡頭(L1、L2和L3)或是使用單鏡頭放大機(jī)對(duì)底片進(jìn)行合成，所說(shuō)的單鏡頭放大機(jī)能使圖象7聚焦于照片8的微透鏡1的感光材料9上。如圖7所示，像是通過(guò)柱鏡屏4聚焦在焦點(diǎn)3以后達(dá)到感光材料上以形成立體像帶(N1、N2和N3)。在圖7所示的放大過(guò)程中，每一個(gè)像(例如N2)都被并排投影于適當(dāng)?shù)南駧?內(nèi)，這樣多次直至填滿(mǎn)像帶的全部寬度。如果在圖8的微透鏡1A中的像帶1也這樣做的話(huà)，則像帶1中的每一個(gè)像都是相同的。也可以用已有技術(shù)中的掃描印像方法，Okoshi在《三維圖象技術(shù)》(1976)一書(shū)的71-88頁(yè)中，公開(kāi)了如圖8所示把各像擴(kuò)展通過(guò)微透鏡1A中的每一個(gè)像帶1的實(shí)例。假如想使每個(gè)像帶中只有一個(gè)像，可以把放大器的光圈充分打開(kāi)的使單一的像充滿(mǎn)整個(gè)像帶。
圖8表示一次拍攝中的多個(gè)微透鏡，每個(gè)微透鏡具有3個(gè)像帶，其填充的方式如上面所述。
圖9所示的照相機(jī)10具有3個(gè)鏡頭6A、6B和6C。三個(gè)鏡頭置于同一水平面上且相鄰鏡頭的距離相等。照相機(jī)的其他方面與普通相機(jī)結(jié)構(gòu)一樣。
本發(fā)明的柱鏡結(jié)構(gòu)，即每個(gè)微透鏡中只有三個(gè)像帶組合，這樣的結(jié)構(gòu)在允許比以往更寬的視角和距離之間觀察照片方面有極大的優(yōu)越性。并非一定有必要以相同的距離和位置觀察柱鏡屏，所指的位置是在合成期間二維圖象投影的位置。例如，圖8中的取景微透鏡1A，當(dāng)像帶2中有多個(gè)像，此時(shí)眼睛會(huì)聚焦于此寬像帶中某一特定的像，不管該像帶是否以不同于拍攝時(shí)的角度來(lái)觀察。當(dāng)圖8中的微透鏡1A的像帶2中有一個(gè)單像時(shí)，既使從一個(gè)與正常取景位置有斜角的位置進(jìn)行取景時(shí)，仍然可以看到這個(gè)像。畫(huà)面可以被傾斜或是置于不同的距離而且不會(huì)降低照片的質(zhì)量，這對(duì)于已有的三維照相來(lái)說(shuō)是前所未有的。
如上所述，對(duì)于一種三維照相要滿(mǎn)足上述的目的，極為重要的是像帶的寬度至少為8.5度且不超過(guò)11度。如果像帶寬度小于8.5度，當(dāng)照片傾斜時(shí)眼睛會(huì)看到非相鄰立體像對(duì)，像帶不能超過(guò)11度，否則兩眼就會(huì)看到同一像帶，因?yàn)椴豢赡馨褍蓪?duì)立體像對(duì)置于每一個(gè)微透鏡內(nèi)。為了獲得預(yù)期的三維效果，至少要有兩個(gè)立體像對(duì)這一點(diǎn)是至關(guān)重要的。以往的三維照相中質(zhì)量不高是因?yàn)橛羞@樣的事實(shí)，即當(dāng)照片傾斜時(shí)，觀察者經(jīng)常會(huì)看到非相鄰的像帶。這樣，當(dāng)攝影者將照片置于不同的位置時(shí)，在照片中就會(huì)出現(xiàn)聚焦不良或畸變。這個(gè)問(wèn)題的解決辦法是把像帶的數(shù)目降低到3個(gè)。過(guò)去總是認(rèn)為至少需要4個(gè)像帶，而且總應(yīng)當(dāng)有偶數(shù)個(gè)像帶。另外，本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)像帶的寬度應(yīng)當(dāng)是在8.5至11度之間，而且微透鏡的寬度應(yīng)該是接近30度。所有這些特點(diǎn)對(duì)于產(chǎn)生高質(zhì)量的三維照片來(lái)說(shuō)都是最根本的。
權(quán)利要求
1.一種在柱鏡印相膠片的感光面上形成的圖象陣列，所說(shuō)的圖象陳列由兩個(gè)立體像對(duì)組成，所說(shuō)的像對(duì)在每一個(gè)微透鏡的一組三像帶中。
2.如權(quán)利要求1所述的圖象陣列，其中每個(gè)像帶占據(jù)微透鏡視角的大約8.5至11度的空間。
3.如權(quán)利要求2所述的圖象陣列，其中每個(gè)像帶中都有同一二維景像的多個(gè)一致的像，這些像之間呈并排關(guān)系。
4.如權(quán)利要求2所述的圖象陣列，其中每個(gè)像帶中有一個(gè)單一的像。
5.一種三鏡頭三維照相機(jī)，其中三個(gè)鏡頭基本上處于同一水平面上，相鄰兩個(gè)透鏡之間的距離相等，此距離由鏡頭焦距和使用的底片的尺寸所決定，這樣當(dāng)膠片投影于柱鏡照相材料時(shí)由相機(jī)中心鏡頭所產(chǎn)生的像，投影于微透鏡中心的照相材料上，同時(shí)，由另外兩個(gè)鏡頭所產(chǎn)生的像分別投影于兩邊。
全文摘要
三維照相的制作是在每一個(gè)微透鏡內(nèi)有三個(gè)像帶，為了從更寬的角度為照片取景，每個(gè)像帶的寬度8.5至11度之間，以便從每一視角都能用眼看到相鄰的一對(duì)立體像時(shí)，且圖象完全聚焦。本發(fā)明還提出一種三鏡頭照相機(jī)用于拍攝此類(lèi)相片。
文檔編號(hào)G03B35/10GK1036642SQ8910173
公開(kāi)日1989年10月25日 申請(qǐng)日期1989年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月1日
發(fā)明者勞國(guó)華 申請(qǐng)人:勞國(guó)華