孔敏華 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 200233

光學(xué)位移多次曝光技術(shù)在數(shù)碼彩擴(kuò)中的應(yīng)用

孔敏華 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 200233

數(shù)碼彩色擴(kuò)印中應(yīng)用位移方法可以提高畫面質(zhì)量。本文提出一種新穎的光學(xué)位移方法和原理，并就數(shù)碼彩擴(kuò)的工作框圖作進(jìn)一步闡述。

光學(xué)位移；光楔

1 概述

自數(shù)碼照相機(jī)誕生以來，對傳統(tǒng)的以感光材料為主體的照相機(jī)市場帶來了巨大沖擊，它的沖擊波更是涉及照片沖洗行業(yè) 。電子片夾應(yīng)運(yùn)而生，它以液晶LCD替代膠片，可以與傳統(tǒng)彩色擴(kuò)印機(jī)連接，也可以作為核心部件構(gòu)成數(shù)碼彩色擴(kuò)印機(jī)。它之所以能擴(kuò)印數(shù)碼照片，是因?yàn)橐壕CD能接受視頻信號呈現(xiàn)圖像，可以用圖像處理方法，對液晶上顯示圖像在層次、對比度、亮度、裁切、色彩等方面進(jìn)行加工，使用方便，技術(shù)上“瓶頸”相對較少，可以實(shí)現(xiàn)舊機(jī)改造，更加適合國內(nèi)和一些發(fā)展中國家。

數(shù)碼照相機(jī)使用光電轉(zhuǎn)換器件，例如CCD、CMOS和影像記錄媒體PC卡等。傳統(tǒng)的彩色擴(kuò)印設(shè)備就無法實(shí)現(xiàn)用數(shù)碼照相機(jī)拍攝的圖像再現(xiàn)和放大，但它可以使圖像再現(xiàn)于液晶LCD上。由于液晶LCD的像素與數(shù)碼照相機(jī)光電轉(zhuǎn)換器件的像素不一致，后者大于甚至幾倍于液晶LCD像素。例如，目前市場上能買到200萬像素的液晶，而數(shù)碼照相機(jī)普遍是800萬像素，甚至1600萬像素，兩者差別甚大。如果此時將液晶LCD的圖像放大擴(kuò)印，勢必造成像素失落，其后果是圖像在小尺寸時尚可，大尺寸時有“馬賽克”現(xiàn)象。盡管現(xiàn)代科技發(fā)展液晶LCD的像素有了很大提高，但以目前水平而言，如果在液晶LCD的制造工藝沒有重大突破，它的像素值是很難超過數(shù)碼照相機(jī)使用的光電轉(zhuǎn)換器件的像素值。所以使用液晶LCD作為主體的數(shù)碼彩擴(kuò)機(jī)制成的數(shù)碼照片只能是小尺寸。如何實(shí)現(xiàn)以相對低的像素LCD擴(kuò)印大尺寸照片，這是急需解決問題。

2 像素位移原理

像素位移其原理如圖1所示。

圖1中A為LCD的單個像素（畫出了四個像素）在相紙上成像。H為兩像素之間的間隙。由數(shù)碼照相機(jī)通過CCD傳來的圖像信息，在LCD上成一次像，由于LCD的像素?cái)?shù)小于CCD像素?cái)?shù)，所以浪費(fèi)了許多信息，而未被LCD上反映出來。如果能把CCD的信息分成若干次傳送，如CCD為800萬像素，分成4次傳送，每次為200萬像素。LCD像素同樣為200萬，可以認(rèn)為信息完全被送達(dá)。在LCD上呈現(xiàn)圖像每曝光一次就成像于相紙上，第一次曝光成像于A位置，第二次信息同樣在LCD上成像，但信息所反映的圖像與第一次不同，如能使LCD作微量移動，曝光的位置與第一次不同，例如在A1位置，第三次曝光成像于A2，第四次成像于A3位置。國外采用壓電導(dǎo)磁使LCD芯片作微量移動，移動量僅為幾個微米。在長期工作狀態(tài)下對壓電導(dǎo)磁性能壽命、機(jī)械結(jié)構(gòu)、電路可靠性要求極高。

3 光學(xué)位移原理

光線經(jīng)過折射棱鏡出射光線將偏離原入射光線方向產(chǎn)生一偏角，如圖2所示。

光線AB經(jīng)棱鏡第一工作面進(jìn)入棱鏡，由第二工作面出射光線為DE，光線AB經(jīng)過二次折射后出射光線D E與原入射光線AB的入射方向不一致，有一夾角δ，δ稱之為偏向角。如棱鏡玻璃的折射率為n，兩工作面夾角為α，則可得：

式中：Ⅰ1和Ⅰ1′分別為光線入射第一工作面時的入射角和折射角。

Ⅰ2和Ⅰ2′分別為光線入射第二工作面時的入射角和折射角。

δ為入射光線AB和出射光線DE的夾角稱之為偏向角。

α為棱鏡兩工作面之夾角。

當(dāng)Ⅰ1和Ⅰ1′很小時，cosⅠ1′和cosⅠ1可用1代替，可得δ=α(n-1)。對于α角很小的折射棱鏡就是光禊，α又稱之為光楔的折射角。從上式可知，當(dāng)光楔材料選定即折射率為定值時，光線經(jīng)光楔產(chǎn)生的偏向角僅與光楔的折射角α有關(guān)，如圖3所示：

α越大產(chǎn)生偏向角δ越大。

將此類光禊置于液晶LCD之上，距離為L，如圖4所示：

圖4 位移

光線經(jīng)過液晶LCD后圖像產(chǎn)生位移，

位移量△與偏向角、光楔與LCD距離L有關(guān)。△=L α(n-1)。只要光楔與LCD相對位置合適，總能實(shí)現(xiàn)需要的位移量△。每位移一次就曝光一次，由于每次曝光圖像與前次不重合，與圖像信息技術(shù)傳送配合就能實(shí)現(xiàn)在LCD有限像素下再現(xiàn)高像素容量的顯示。與使用壓電導(dǎo)磁位移不同的是前者使液晶L C D 作微量移動實(shí)現(xiàn)位移量△，后者液晶LCD不作移動，控制液晶LCD與光楔之間距離實(shí)現(xiàn)一定的位移量，只要光楔有足夠精度，在使用過程中不會因?yàn)闄C(jī)械磨損、電氣性能老化而影響位移精度。

4 光學(xué)位移的工作框圖

光學(xué)位移的工作框圖如圖5所示：

圖5 光學(xué)位移的工作框圖

存有光楔的光盤按照一般市場上數(shù)碼照相機(jī)CCD像素設(shè)置孔數(shù)。例如使用200萬像素的LCD，在顯示800萬像素的圖像時，在光盤上開4個孔，且360°均布。孔呈長方形，內(nèi)置按規(guī)定排列的光楔，在由微機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)帶動下，光源照明液晶LCD，通過不同位置光楔在相紙上形成對應(yīng)圖像。被分解為4個200萬像素的子圖像，通過4個不同位置光楔形成4個相應(yīng)的子圖像，在相紙上4個子圖像合成還原成800萬像素的圖像。孔數(shù)由液晶LCD像素和圖像信息像素決定。因此只要光楔分布合理，可以完成對更多像素圖像的傳送。

5.結(jié)束語

欲獲得大尺寸高質(zhì)量照片，在使用液晶LCD作為主體的數(shù)碼彩擴(kuò)中，位移技術(shù)的應(yīng)用是必不可少的。光學(xué)位移作為一種簡便質(zhì)量穩(wěn)定的方法，可以在這類彩擴(kuò)中進(jìn)行推廣。但必須對不同像素的液晶LCD找出最佳的位移量。一般對位移照片進(jìn)行20～30倍放大，觀察沒有明顯的“馬賽克”現(xiàn)象，可認(rèn)為是成功的作品。

[1]張以漠.應(yīng)用光學(xué)（修訂本）.北京機(jī)械工業(yè)出版社.1988年

[2]王之江.實(shí)用光學(xué)技術(shù)手冊.北京機(jī)械工業(yè)出版社.2007年

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.015