影像裸眼3D技術中印刷工藝方法的探究

李學東 孟唯娟

我們在現實中看到的或體驗過的影像3D顯示技術，如3D電影、電視等，大部分是兩向立體顯示技術，其立體效果必須借助于立體眼鏡、雙色濾色片、偏光濾色片等工具才能觀看到，這給3D技術的推廣應用帶來極大的不便。隨著3D技術應用研究的不斷深入，多向立體顯示技術即裸眼3D技術也開始得到一定范圍推廣，主要應用于公共場所的大型展示、宣傳、廣告等屏幕上。

熒屏影像的裸眼3D技術原理

人們在日常生活中觀察真實的物體時，具有的立體感主要是由于人的左右兩只眼睛之間有一定的距離，觀察物體圖像時的角度不同，因而會產生視差，正是這種有視差的圖像刺激大腦并在大腦中合成視覺的立體感。一般來講，在一定的視角范圍內，明視距離越近，視差效果越顯著，觀察物體的立體效果就越好。

影像的裸眼3D技術，實際上就是在熒光屏上實現的多向顯示技術，可以不借助任何眼鏡或其他輔助工具就能讓人們用肉眼從顯示屏幕上看到具有立體感的圖像。這種3D效果圖像，實際上也是利用了人眼的視差原理，通過讓觀看者的左右兩眼分別接受不同的畫面，再將這些不同的的畫面反射到大腦，通過圖像合成產生立體感。

目前，國內外能夠實現影像的裸眼立體技術的顯示方法主要包括視差障壁技術、柱面透鏡法、MLD技術等。

1.視差障壁技術

視差障壁技術又稱狹縫光柵技術，是使用一個具有偏振膜和高分子液晶層的顯示屏，利用液晶層和偏振膜產生帶垂直條紋的光柵，如圖1所示。當形成圖像的光通過光柵狹縫時，圖像就會被分割，稱之為“視差障壁”。原理是當左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋右眼，當右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋左眼，通過將左眼和右眼看到的不同圖像在大腦中進行合成而到3D 影像。

2.柱狀透鏡法

柱狀透鏡，可以看成由許多透鏡片構成的透鏡板。原理是在液晶顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡，使液晶屏的像平面位于透鏡的焦平面上，同時保證透鏡的焦平面與透鏡的背面相重合。這樣，利用柱面透鏡的分像作用，如圖2所示，把不同方向上的圖像聚焦在每個透鏡焦點平面上。雙眼從不同的角度觀看顯示屏，就看到有視覺差異的圖像，差異的圖像在大腦中合成就形成立體感圖像。另外，通過讓柱透鏡與形成圖像的像素光線成一定的角度，可以使每一組子圖像重復投射到視覺區域，產生多組視差圖像，從而產生完整的、連續的立體圖像。

3.MLD技術

MLD技術于2009年4月，由美國PureDepth研究完成。MLD（Multi-Layer Display多層顯示）是通過一定間隔重疊的兩塊液晶面板，人的左右眼可以在不同液晶面板上接受不同圖像，在大腦中合成，從而呈現3D影像的效果。

印刷輔助工藝方法探討

通過對以上裸眼3D技術原理研究可以發現，視差障壁技術中的“視差障壁”（Parallax Barrier）是利用偏振膜和液晶層來實現垂直條紋光柵的，在這里我們將嘗試和探討用印刷的方法直接印刷能夠實現裸眼3D顯示效果的條紋光柵的可行性，具體工藝探討如下：

1.條紋光柵參數確定方法

從視差障壁技術原理的本質來看，人眼透過條紋光柵的狹縫可以看到立體圖像，但圖像立體感及圖像的完整性是受狹縫的開口比和條紋的寬度影響的。開口比取決于光柵上透光條紋和遮光條紋的寬度。而透光條紋和遮光條紋的寬度又取決于明視距離及視角大小。條紋寬度作為主要參數需要依據最小視角、最小明視距離和最大明視距離進行確定。調整視點的多少，一般要調整開口比或者說占空比，調整觀看距離，一般可調整狹縫光柵與顯示屏的相對距離。

一般來講，人眼的最小視角弧度應該為0.00029弧度，按照明視距離，我們近點為250mm，遠點設為1500mm以內，人眼的分辨率為0.0725～0.435mm，那么為了兼顧人眼的分辨率及圖像的立體效果，應將線條的寬度可以限定在0.0725～0.435mm。為了印刷出能呈現最佳立體效果的光柵，我們需要依據這個線條的寬度范圍設定一組線條寬度實驗數據進行測試，確定光柵遮光線條的最佳寬度及光柵周期長度，以滿足不同視差圖像像素的周期排列。

2.材料選擇方法

①光柵片基或印刷片基

由于光柵的漏空位置要求有很好的透過光線性能，因此，在選擇塑料片基時，必須選擇透光率高的片基，對自然光的透過率要達到95%以上，厚度為0.1～0.12mm，熱縮率小于1%。

②油墨

從光柵功能的角度來看，印刷圖案部分是光柵的條紋部分，要求能夠起到光的阻隔作用，必須能夠全部吸收所有的可見光。

從印刷的角度來看，印刷到片基上的油墨要求能夠即時干燥，不蹭臟，線條邊緣光滑清晰，需選用紫外干燥油墨或墨水。

3.印刷工藝選擇

從條紋光柵應用特點來看，一方面，由于光柵條紋是用來遮擋色光或者圖像的，那么就要求光柵的條紋要有良好的遮擋性，另一方面，由于廣場上的熒屏需要大幅面屏幕，相應的條紋光柵也同樣要求大幅面。以上兩方面特點，具體到印刷的工藝選擇上需要考慮兩個因素：一是墨層厚度要足夠大，二是印刷幅面大小符合大屏幕要求。

根據以上分析，比較適合的印刷方式包括絲網印刷和噴墨印刷，因為這兩種印刷方式不僅都能滿足光柵的幅面要求和遮擋性要求，同時還可以滿足塑料片基印刷及UV快速干燥的需求。

當今，裸眼3D技術在立體圖案印刷、全息印刷領域已經得到了很好應用，但還未有印刷輔助生產的裸眼3D影像技術。本文探討了印刷條紋光柵的工藝方法，由于相關知識及經驗的限制，論述如有不恰當之處，望給予批評指正。

作者單位：青島恒星科技學院

責任編輯：李倩 liqian@cprint.cn