光學位移多次曝光技術在數碼彩擴中的應用

孔敏華 上海市質量監督檢驗技術研究院 200233

光學位移多次曝光技術在數碼彩擴中的應用

孔敏華 上海市質量監督檢驗技術研究院 200233

數碼彩色擴印中應用位移方法可以提高畫面質量。本文提出一種新穎的光學位移方法和原理，并就數碼彩擴的工作框圖作進一步闡述。

光學位移；光楔

1 概述

自數碼照相機誕生以來，對傳統的以感光材料為主體的照相機市場帶來了巨大沖擊，它的沖擊波更是涉及照片沖洗行業 。電子片夾應運而生，它以液晶LCD替代膠片，可以與傳統彩色擴印機連接，也可以作為核心部件構成數碼彩色擴印機。它之所以能擴印數碼照片，是因為液晶LCD能接受視頻信號呈現圖像，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、色彩等方面進行加工，使用方便，技術上“瓶頸”相對較少，可以實現舊機改造，更加適合國內和一些發展中國家。

數碼照相機使用光電轉換器件，例如CCD、CMOS和影像記錄媒體PC卡等。傳統的彩色擴印設備就無法實現用數碼照相機拍攝的圖像再現和放大，但它可以使圖像再現于液晶LCD上。由于液晶LCD的像素與數碼照相機光電轉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，而數碼照相機普遍是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”現象。盡管現代科技發展液晶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碼照相機使用的光電轉換器件的像素值。所以使用液晶LCD作為主體的數碼彩擴機制成的數碼照片只能是小尺寸。如何實現以相對低的像素LCD擴印大尺寸照片，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。由數碼照相機通過CCD傳來的圖像信息，在LCD上成一次像，由于LCD的像素數小于CCD像素數，所以浪費了許多信息，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，可以認為信息完全被送達。在LCD上呈現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。在長期工作狀態下對壓電導磁性能壽命、機械結構、電路可靠性要求極高。

3 光學位移原理

光線經過折射棱鏡出射光線將偏離原入射光線方向產生一偏角，如圖2所示。

光線AB經棱鏡第一工作面進入棱鏡，由第二工作面出射光線為DE，光線AB經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，當光楔材料選定即折射率為定值時，光線經光楔產生的偏向角僅與光楔的折射角α有關，如圖3所示：

α越大產生偏向角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

光線經過液晶LCD后圖像產生位移，

位移量△與偏向角、光楔與LCD距離L有關。△=L α(n-1)。只要光楔與LCD相對位置合適，總能實現需要的位移量△。每位移一次就曝光一次，由于每次曝光圖像與前次不重合，與圖像信息技術傳送配合就能實現在LCD有限像素下再現高像素容量的顯示。與使用壓電導磁位移不同的是前者使液晶L C D 作微量移動實現位移量△，后者液晶LCD不作移動，控制液晶LCD與光楔之間距離實現一定的位移量，只要光楔有足夠精度，在使用過程中不會因為機械磨損、電氣性能老化而影響位移精度。

4 光學位移的工作框圖

光學位移的工作框圖如圖5所示：

圖5 光學位移的工作框圖

存有光楔的光盤按照一般市場上數碼照相機CCD像素設置孔數。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，內置按規定排列的光楔，在由微機控制的步進電機帶動下，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.結束語

欲獲得大尺寸高質量照片，在使用液晶LCD作為主體的數碼彩擴中，位移技術的應用是必不可少的。光學位移作為一種簡便質量穩定的方法，可以在這類彩擴中進行推廣。但必須對不同像素的液晶LCD找出最佳的位移量。一般對位移照片進行20～30倍放大，觀察沒有明顯的“馬賽克”現象，可認為是成功的作品。

[1]張以漠.應用光學（修訂本）.北京機械工業出版社.1988年

[2]王之江.實用光學技術手冊.北京機械工業出版社.2007年

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.015