本发明提出一种光场成像打印装置及通过该光场成像打印装置而制备的具有三维浮动图像的微透镜薄膜,利用扫描振镜系统在透镜面上扫描,结合空间三维坐标的改变以实现四维光场数据打印。光场成像打印装置包括光源、扫描振镜系统、透镜、扩散片、会聚透镜组及微透镜记录材料,光线依次经过扫描振镜系统、透镜、扩散片与会聚透镜组,输出瞬时动态的聚焦光斑,获得体像素辐射光场,再由所述微透镜记录材料记录瞬时体像素辐射光场信息。本发明可以实现更真实的三维动态感图像,通过控制不同的变量值,实现多种不同特性的浮动图像,确保实现诸如多视角变图的成像效果。

本发明提出了一种四维变量光场成像打印装置，及通过该四维变量光场成像打印装置而制备的具有三维浮动图像的微透镜薄膜。四维变量光场成像打印装置包括光源、扫描振镜系统、会聚光学组件，微透镜记录材料以及x-y-z三轴移动平台，其中会聚光学组件包括可控旋转柱透镜，记录材料置于移动平台上，光源通过扫描振镜在可控旋转柱透镜圆弧面上扫描，最终形成具有大数值孔径的会聚光场，该会聚光场通过各个微透镜聚焦到薄膜材料的记录层，聚焦的能量使该记录层改性以提供一个像素点，移动x-y-z平台改变微透镜记录材料的空间位置，则该会聚光场可在各个微透镜后面的记录层上形成多个像素点，这些像素点组成了各个微透镜后面的子图像，再现时，各个微透镜将与其关联的子图像折射到空间成像，共同合成浮动图像。子图像对应着不同的视角范围，故而可以从薄膜的不同视角观察合成图像，随着观察者的移动，所视合成图像具有动态效果。

本发明涉及光场成像领域，尤其涉及一种光场成像打印装置及具有三维浮动图像的薄膜。

背景技术

真实的三维物体之所以能被人们观察到，是因为物体向空间发出光能的缘故，可以把物体视为具有许多发光的点光源的集合，每个点光源称之为物体的一个体像素。人们在观察三维物体时，实际上是在获取该物体各体像素的空间位置信息以及每个体像素点所发出光线的方向信息。基于以上原理，光场成像理论认为，在二维平面上表达一个三维物体信息，至少需要四个独立变量，即三维坐标变量x-y-z和方向变量θ，光场即定义为空间中所有该四参量光线辐射度函数L(x，y，z，θ)的集合。

光场成像技术可追溯至1908年法国科学家李普曼提出的集成照相术(IntegralPhotography，IP)，该方法利用覆有微透镜或者针孔阵列的记录材料获取三维物体的光场信息。真实物体发出的光线通过微透镜阵列成缩小的实像并使照相底片的感光层曝光，由于所处的空间位置不同，每个微透镜都从不同的视角对物体成像，因而照相底片最终所成的像是由每个微透镜所成像的合成像。照相底片显影之后，通过该微透镜阵列观看底片上的合成像，根据光线可逆原理，观察者会看到所拍摄场景的三维再现，且该三维再现像的视觉效果好像悬浮在底片上。由于微透镜材料是从不同方向对物体作记录，即记录了具有视差的物体图像。再现时，如果观察者改变方位，微透镜对俩眼的观察视角将发生连续的细微变化，视觉上会形成空间动态三维浮动成像效果。

因此，业界亟需一种能够实现更真实三维动态感图像的薄膜以及具有四维变量的光场成像打印装置，可以通过控制不同的变量值，实现多种不同特性的浮动图像。确保既能实现诸如多视角变图的成像效果，又能获得更加真实物体的三维观察体验。比如实现360°周视浮动图像和更加强烈的动态效果。还可从不同的取向角打印不同图像，制备具有空间复用的立体图像薄膜。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种四维变量光场成像打印装置，及通过该四维变量光场成像打印装置而制备的具有三维浮动图像的微透镜薄膜。

发明人：范广飞 魏国军 陈林森 卢国 周洋苏州大学坐落于素有“人间天堂”之称的历史文化名城苏州，是国家“211工程”“2011计划”首批入列高校，是教育部与江苏省人民政府共建“双一流”建设高校、国家国防科技工业局和江苏省人民政府共建高校，是江苏省属重点综合性大学。苏州大学前身是Soochow University（东吴大学，1900年创办），开现代高等教育之先河，融中西文化之菁华，是中国最早以现代大学学科体系举办的大学。在中国高等教育史上，东吴大学是最早开展研究生教育并授予硕士学位、最先开展法学（英美法）专业教育，也是第一家创办学报的大学。1952年中国大陆院系调整，由东吴大学之文理学院、苏南文化教育学院、江南大学之数理系合并组建苏南师范学院，同年更名为江苏师范学院。1982年，学校更复名苏州大学（Soochow University）。

现有技术相比，本发明具有如下的技术优势：

(1)提出用四维光场参数实现3D物体数据的打印输出，使用四维变量参数定量的描述该物体所辐射的所有光线能量，即光场可量化表达，对光场从不同角度的理解，可以用不同的四维参数来表征，例如一条光线与两个平行平面相交，两个交点位置即是四个变量，也可用三个空间坐标变量与一维旋转角度变量表征光场数据信息。而现有的集成成像理论并不关心微透镜阵列材料所捕获的光场信息是由哪些参数控制的。但本发明中，使用会聚激光模拟物体体像素光场的打印系统，辐射光场可以由参数精确控制，更加具有实用价值。

(2)本发明可提供更加丰富的打印模式，对于四维变量光场成像打印装置，可以固定其中若干参量为定值，或者取若干参量为有限的离散值，则可依次打印出具有大视场高动态的二维或三维图形。而且从预想的图形再现结果，逆向考虑去设定系统的打印参数，思路清晰、不易混乱。更为难能可贵的是，由于柱透镜只在一维方向上聚焦，当设定柱透镜的取向角为某些离散的定值时，可分别输入不同的图形信息，实现材料同一空间的多重利用。现有的技术方案中并没有给出材料的空间复用功能。

(3)本发明可高效的实现光场数据打印，因某空间位置处的宏像素光场实质是由一个周期内振镜扫描得到的许多不同入射视角的子像素光场组成，这些子像素光场代表着不同视角的多幅图像相同位置的像素信息，而由于振镜的高频扫描，可在极短的时间内就实现该子像素集合的输入与记录，依次进行下一位置的宏像素光场输入与记录，即可完成多视角图形的打印，由于振镜可作高频连续扫描，因而本发明还可高效的输入具有视角连续变化的图形，现有技术中并不能实现同样的效果。

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