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光场打印3D图形机理与系统研究

范广飞  
【摘要】:近年来假冒伪劣商品日益猖獗,以二维图形或文字为标识的防伪技术已不能满足名优产品的防伪安全需求。三维图形以其所含信息量大、视觉冲击力强、难以被复制等优点而备受业界的关注,其中基于微透镜阵列的光场集成三维成像技术脱颖而出,所再现的三维图像具有完整的视差、连续的视点、无需任何观察眼镜和特殊光照等诸多优点。本文即以光场成像为技术背景,探索了一种在微透镜膜材上以光场打印的方式记录和再现三维图形的技术,所制备的微透镜薄膜材料具有再现浮动或下沉的三维图像,在证卡、车牌、钞票、商标等安全领域具有广阔的防伪应用前景。本文对其技术机理进行理论分析和实验研究。本论文的主要研究内容和成果如下:(1)从理论上系统研究了光场打印三维图形的机理和系统。三维图形的采样像素以会聚点光场模拟产生,点光场不同角度的扩散光线能够被微透镜材料中的光敏介质所记录,通过机电平台的移动改变所获得的会聚点的空间位置输出并记录三维图形的全部位置信息。根据光线可逆原理,在环境光照射下可从反射或透射光看到该三维图形的再现像。(2)提出的在材料上打印多视角图的实验方案验证了光场打印技术原理的正确性与可行性。采用显微镜对材料上所记录的微图形阵列进行观察,测量显示微图形的分辨率在4000dpi以上,验证了光场打印技术制备的防伪材料具有很高的安全特性。(3)提出了多种点光场获取打印方案,根据设计的方案制备了一套光场打印工程实验样机,利用该样机分别在逆向反光膜和自制的微透镜阵列材料上打印了一种周期性三维螺旋线图案。实验结果表明,作为本论文的主要创新点,采用振镜在柱透镜表面扫描会聚的方案所打印再现的图形具有极佳的三维视觉体验和可达30°以上视场角的动态观察特性。


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