CN1022265C - 二维透视图片的三维全息处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明是利用一架普通照相机对任一物体以不同的角度拍摄9张照片，再在实验室里用激光全息摄影方法，对这9张照片进行存贮、编码、重现、再记录，就可得到在白炽灯下观看的三维全息图。制作方法简单、实用、效果佳、效率高，突破了现有技术只能在室内防震工作台上拍摄某些物象的局限，从而扩大了全息显示的应用领域，为全息摄影走向实用化的又一新成果。

Description

本发明涉及一种产生立体三维效果的全息摄影的工艺过程，确切地说，涉及普通二维照片的三维全息处理方法，属于现代光学和光学全息技术领域。

全息摄影是一种能够记录被摄物体反射光波中的全部信息，包括振幅、相位等内容的新型照相术。它已广泛应用于医学、航空、测量、商标等领域，成为20世纪的重大科技成就之一。现在已经研制成功的全息摄影技术有合成全息摄影术，又称集成全息术<参见《实用全息摄影》中国    徐大雄主编>。此方法是利用摄象机对一个在缓慢转动的转台上的物体拍下1080幅透视图片，或者物体不动，而让摄象围绕物体转动，在转动一周中共需拍下1080幅透视图片，然后利用激光全息照相术，将1080幅照片以细条状形式分别记录在全息软片上而形成360°全息图。如果摄制平面型全息图，也得拍摄360幅照片。此方法的全息记录过程十分烦琐复杂，拍摄过程极长，一星期也完成不了一幅全息图。而且条纹状象“印”在全息软片表面上，形成的“条状”无法消除，观察者看此全息图就象通过一个“密栅栏”观看其后的景物一样，很不舒服，效果甚不理想，而且，拍摄对象必须放在转台上，有很大的局限性，如风景等就无法制作，所以至今尚未达到实用化。另一种全息摄影技术是组合照相术<参见《光全息手册》美国    H·考尔菲尔德主编>。此方法是利用80到100个小透镜阵列或40到50架照相机对某一物体进行同步拍摄，然后按处理好的透视片用同一系统恢复到原来位置，再利用激光作光源进行全息处理，就可得到一张三维的全息图。其缺点是小透镜的分辨率低，拍摄的全息图不清晰，尤其是庞大的照相机阵列不但费用昂贵，而且使用不便，系统恢复也困难。此方法目前也远未达到实用化的程度。

本发明的目的是提供一种能克服上述全息摄影技术存在的缺点，制作工艺简单、效果佳、费用廉，且拍摄应用范围不受被摄物体类型限制的新型全息摄影方法-二维透视照片的三维全息处理方法。

本发明关键是如何利用普通的二维照片使人们看上去是三维的？解决的办法在概念上是简单的：我们若能让每个眼睛恰好能看到物体的不同视域，就能 达到三维立体效果。而现代全息照相技术的进展和应用为解决这个问题提供了条件和手段。

全息摄影技术长期以来只能局限在实验室里的防震台上操作和拍摄尺寸大小有限的静态物体，使其产品的应用受到很大限制。本发明的研制成功，使得全息摄影可以走出实验室，而且拍摄对象不再受到局限，可以拍摄风景、建筑物等不可移动物体的全息照片。本发明具有简单、实用、效果好、效益高等许多优点，为全息摄影的实用化和扩大其应用领域都迈出了成功的一步。例如，本发明可以用于著名商品的防伪商标、证件或有价证券的防伪上等等。

下面结合附图，具体介绍本发明。

图1是用照相机对物体进行不同角度拍摄的示意图。

图2是进行全息存贮和编码的第一次记录光路示意图。

图3是第二次全息记录的光路示意图。

图1中A1、A2……A9为照相机拍摄时的不同位置。0为所摄的对象，可以是人、物或风景等。图1表明了本发明第一步骤是用普通照相机对准所需拍摄的人、物、景，在距离相同、角度不同的9个位置上分别拍摄获得9张照片，并对此进行顺序编号和把它们处理成负片、放大（缩小）到所需尺寸后，再翻拍成9张二维的正透视片。该步骤的关键是所摄物体0相对于第一次拍摄时的相机位置A1与第五次拍摄时的相机位置A5，两者的角度（∠A₁OA₅）应在40°～50°之间;且所摄制的9张照片必须按顺序编码，不能搞乱次序，因为在第二步编码存贮时，是按A1～A9进行顺序记录的，而与第三步中的狭缝板17的操作无关。

图2所示即为全息存贮、记录的光路示意图：即以上述9张处理过的正透视片作为全息摄影的物体分别进行9次顺序曝光记录，这是本发明的第二步骤。具体方法是：把He-Ne激光器1发出的光用分光镜2分成两束，其中一束光经反射镜3反射、空间滤波器4扩束后，到达一块毛玻璃5上，准备记录的9张透视片中的一张6紧贴于毛玻璃的表面，经毛玻璃调制的扩束光带着透视片的信息作为物光到达全息记录干板8上。另外一束光经另一块反射镜9反射、空间滤波器10扩束和准直镜11准直后，作为参考光到达全息记录干板8上，该参考光与物光干涉而在记录介质上形成费涅耳全息图。在全息记录干板8的 上面放有一张掩膜板7。掩膜板7的结构，实际上是一块挡光板上开一条横向通光孔，该孔为长方形，其尺寸视全息记录介质的大小而定，一般长为9厘米左右，宽则视记录介质的长度而定。因整个存贮、记录过程分9次曝光，故将全息记录干板也纵向分成9个区域，每个区域按照拍摄的顺序与其相对应的透视片分别进行曝光，并用掩模板遮挡住其他区域，也就是每次曝光后要顺序更换下一张透视片，并且把掩模板也移至下一个区域再进行曝光。在记录过程中要注意确定好全息干板上第一个曝光区域的位置，即记录过程中应满足∠QHU∠QO（式中：QH为透视片到干板上第一个曝光区域的连线与透视片到干板第五个曝光区域的连线之间的夹角，QO为实物拍摄时，所摄物体与第一次相机位置的连线及与第五次相机位置连线之间的夹角，即上述∠A₁OA₅）。记录的其他条件均与制作普通全息图需要满足的条件一样。9次曝光后，对全息干板进行显影、定影、漂白处理，就得到一张费涅耳全息图。

一张费涅耳透视全息图，只有用激光照明再现时，才能观察到一个清晰、单色的立体象;而当用白光照明时，却只能观察到一个模糊、多色的象。本发明的第三个步骤是进行第二次全息记录，其光路如图3所示。也就是在全息图8的上侧垂直上述9个曝光区域的上方放置一条其宽度为5～6毫米的长条狭缝板17，再用第一次记录时的参考光的共轭光来照射全息图即把全息图翻转180°来照明。具体步骤是：把全息图8及其上的狭缝板17放入第一次记录时的参考光光路中<即激光器1发出的光经反射镜12、分光镜2、反射镜13和9以及空间滤波器10、准直镜11到达全息干板上>，就在全息图8的后面重现了由9张透视片叠加后的象。在此象的位置上放在全息记录介质材料18，并以此象作为物光。分光后的另一束光经反射镜14、15的反射，空间滤波器16的扩束、滤波后，以45°的角度到达全息记录材料与物光（即“象”）干涉而形成全息图，对此全息图进行显影等处理后，就可得到一张令人惊讶的、可用普通白炽灯观看的三维立体全息图象。

如果使用A⁺r离子激光发生器（λ＝4579

）作光源，用光刻胶板作全息记录材料，就可以制造模压全息三维图了，也就是可以成批生产用二维透视照片制成的三维全息图象了。本发明的这个应用会使全息摄影朝向实用化的纵深发展一大步。

由于白光重现（即用白炽灯观察全息图）时波长的扩展而产生的象模糊量δaλ与狭缝宽度△有如下的近似关系：

δaλ＝ZO (（D+△）)/(L) （1）

式中：ZO为重现象到全息图的距离，L和D分别为狭缝到全息图的距离和眼睛的孔径。

又因为狭缝的衍射而引起的象模糊量δO与狭缝宽度△有如下的近似关系：

δO＝2λ（ZO+L）/△    （2）

式中：λ为记录时的激光波长。

从（1）式可看出，由于在本发明中物体是两维的，也即ZO→0，则对应地δaλ→0;在这种情况下，（2）式可以简化为：

δO＝2λL/△

显然，此式表明它近似等于人们所熟悉的散斑噪声的横向尺度。如果在记录面上人眼可清楚地分辨散斑，那么再现象就被噪声淹没，显得模糊不清。为了使人眼不致于分辨散斑，必须满足下述关系式：λ/△＜A′₁（A′₁＝2.9×10^-4rad）即λ/△必须小于一般人眼实际上的最小分辨角。本发明取狭缝为5～6毫米，激光波长λ为632.8毫微米（mm）或457毫微米（nm）就可满足上述要求。

本发明已经进行试验性的实施，图4就是试验的样品图。图中4A为二维的透视照片，4B为利用本发明制成的二维透视照片4A的三维透视全息图。此图仅仅是初步试验的结果，其不足之处是象的分辨率受照相机分辨率的限制，在拍摄人象时，不如用脉冲激光发生器作光源时成象清晰，但其实用、简单、便捷的制作方法远胜于现有的各种激光全息图的制作技术，具有良好的应用前景，尤其是在防伪商标的印制上，已经取得了成功的开端。图4B在全息图的背面加衬了反光铝箔，将透射型照片当成反射型，请在白炽灯光下观看其三维效果。这种三维象是利用了人眼的视差和头脑反应本能所产生的效应。

需要指出的是本发明所指的顺序拍摄的9张照片乃是指试验实施时实拍的数量，也可以略为增加或减少若干张，例如5张、7张或11张、13张、15张等等，其基本原理和方法都是一致的，都属本发明要求保护的范围之内。

Claims (3)

1、一种二维透视照片的三维全息处理方法，其特征在于分为三个步骤：(1)首先把用普通照相机对准所需拍摄的人、物、景，在距离相同，角度不同的9个位置上分别拍摄获得的9张照片进行顺序编号，和把它们处理成负片，放大(缩小)到所需尺寸后，再翻拍成9张二维的正透视片，所摄物体相对于第一次拍摄时的相机位置与第五次拍摄时的相机位置，两者连线之间的角度应在40°～50°之间；(2)接着，以上述9张处理好的正透视片作为全息摄影的物体，分别进行9次曝光的全息存贮和编码记录，具体步骤是把He-Ne激光器发出的光用分光镜分成两束，其中一束光经反射镜反射，空间滤波器扩束后，到达一块毛玻璃板上，准备记录的透视片紧贴于毛玻璃的表面，经毛玻璃调制的扩束光带着透视片的信息作为物光到达全息记录干板上，另外一束光经另一块反射镜反射、空间滤波器扩束和准直镜准直后，作为参考光到达全息干板上，与物光干涉而在记录介质上形成费涅耳全息图，在全息干板上放有一块掩膜板，因整个记录过程分9次曝光，故将全息记录干板也纵向分成9个区域，每个区域按照拍摄顺序与其相对应的透视片分别进行曝光，并用掩膜板遮挡住其他区域。记录过程中应满足∠QH=∠QO(式中：QH为透视片到干板上第1个曝光区域的连线与透视片到干板上第5个曝光区域的连线之间的夹角，QO为实物拍摄时，所摄物体与第一次相机位置连线及与第五次相机位置连线之间的夹角)，9次曝光后，对全息干板进行显影、定影、漂白处理，得到一张费涅耳全息图；(3)然后，在全息图上侧垂直上述9个曝光区域的上方放置一条其宽度为5～6毫米的长条狭缝板，再用第一次记录时参考光的共轭光来照射全息图，即将全息图翻转180°来照明，具体步骤是把全息图及其上的狭缝板放入第一次记录时的参考光光路中，就在全息图的后面重现了由9张透视片叠加后的象，在此象的位置上放上全息记录介质材料，并以此象为物光，再把分光后的另一束光经反射、扩束滤波后，以45°的角度到达全息记录材料与物光干涉而形成全息图，对此全息图进行显影处理后，就可得到一张三维全息照片了。

2、如权利要求1所述的三维全息照片的处理方法，其特征在于若用A⁺r离子激光发生器（λ＝4579

）作光源，用光刻胶板作全息记录材料，可以制造模压全息三维照片图。

3、如权利要求1所述的三维全息照片的处理方法，其特征在于用普通照相机拍摄的二维照片，也可以在9张照片的基础上略为减少或增加若干张，例如使用5张、7张或11张、13张、15张。

Images