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光学防伪:微透镜技术带动3D印刷起飞


光学防伪:与柱镜光栅比较,圆形微透镜光栅成像最大的特点就是360度全方位立体成像效果,观察者不用站在特定区域观看,可以从各个角度都能看到3D效果;

 

纵观3D印刷的发展史,早在1964年国内就出现了立体印刷品,是北京市包装装潢工业联合公司收到日本朋友寄来的包装装潢方面的立体印刷品。技术不断改进和发展,各种柱镜光栅和微透镜光栅印刷品已经走向市场,但立体印刷一直没能广泛走进大众的视线,这是什么原因造成的呢?

 

包装印刷

 

首先我们来了解一下3D印刷的基本原理。

 

3D印刷的成像原理

 

传统的彩色印刷品3D效果都是利用柱镜光栅成像原理(光栅片+3D处理的图像)实现的。

 

微透镜光栅

 

▲图1柱镜光栅原理示意图

 

以图1中3D效果为例,光栅下面是三幅经过3D处理的特殊图像,通过柱镜光栅的折射作用,人的右眼接收第一张光栅图像,左眼接收第二张光栅图像,光线交叉传播再经大脑融合就会产生3D空间感。利用柱镜光栅的成像原理,可以实现3D立体和立体动画两种效果。3D立体效果是图像比较强烈的3D景深感、层次感,图像内容是固定不变的。立体动画效果则是图像可以动态变化,即观察视角不同时,图像会在两幅或者几幅之间动态变化。

 

3D印刷大批量生产的难点

 

从3D印刷的基本成像原理中可以看出,想要呈现良好的3D效果,优质的光栅片和高质量的印刷图像是实现3D效果的必要因素。下面我们就从这两个方面说明一下传统柱镜3D印刷实现的难点。

 

第一:成本价格比较普通彩印要高。与传统的平板胶印比较,3D印刷品所需要的光栅片投入更大,尤其是高精度的光栅片。在2000年左右的时候,进口的高精度原版光栅片每平米要1000元以上。如果按普通胶印走纸100张起步,那耗费是巨大的。虽然近年来光栅片的价格一路下降,在进行大批量生产时,价格是可以控制在可接受的范围以内,但仍然比较普通彩印要高。

 

第二:3D图像需要专业的设计处理。一般通过立体相机摄影和立体设计软件处理获得立体图像。无论哪一种方法都是由多个角度所看到的平面图像合成的,合成立体图的图像张数越多,效果就越清晰,层次感越好。以75线的柱镜光栅为例,想要获得比较好的立体效果,做到图像跳变不明显,就需要将至少32张平面图像合并成一个立体图像。所以信息量巨大的立体图只能使用专业的立体制作软件才能完成。

 

第三:绝大多数以CTP出版技术为主的数字晒版技术无法达到3D印刷的精度要求。大多数印刷厂CTP出版的晒版精度是2400DPI。以75线光栅为例,要做到32张平面图像合成一个立体图像,图像的分辨率至少要达到2400DPI。CTP系统中2400DPI中每个像素点只有两个阶调(黑白),而立体图像中每个像素点的阶调有28个。所以在制作75线32幅图的立体印刷品时,会丢失很多图像信息。可以看出,如果制作100线、200线或者更高线数光栅印刷品时,就必须要提高CTP系统的晒版精度或降低合成立体图的平面图像张数。

 

第四:传统胶印机存在网点扩大现象。了解胶印机印刷原理的人都会知道,现在高精度的胶印机印刷都是通过橡皮滚筒将印版上的图像内容转印到承应物上。在通过橡皮滚筒转印时,由于印刷压力和油墨扩散的原因,网点扩大是无法避免的。网点扩大会造成承印物上的立体图像不清晰(与印版上的图像相比)。承印物上的立体图像不清晰,会影响立体印刷品质,造成立体图像发虚或者是发糊。

 

第五:3D印刷对颜色套准要求很高。现在所有的胶印机都是采用四色或者多色叠印的方式实现图像的彩色印刷。在立体印刷中,光栅片的折射效果会放大颜色的套位不准,从而造成立体图像颜色失真比较严重。

 

 

3D印刷新技术——微透镜光栅印刷

 

因为柱透镜3D印刷是在一个观察方向上显示3D效果,对观察角度有一定要求,因此人们开始寻找一种不受观察角度限制的立体印刷成像技术,即微透镜3D印刷技术。微透镜是指微小透镜,通常其直径范围在1μm至1000μm,由这些微小透镜在基材上按一定形状和周期排列形成的阵列叫做微透镜阵列,也称为微透镜光栅。以面以圆形半球状微透镜光栅为例来说明,如图2所示。

 

▲图2 圆形半球状微透镜光栅成像示意图

 

1、与柱镜光栅比较,圆形微透镜光栅成像的优点

 

与柱镜光栅比较,圆形微透镜光栅成像最大的特点就是360度全方位立体成像效果,观察者不用站在特定区域观看,可以从各个角度都能看到3D效果;

 

同时,圆形微透镜光栅成像不会产生跳变,没有图像变换造成的晕眩感、晃动点;并可以实现包括上浮、下沉、平行运动、正交运动、多通道等多种效果。

 

再者,微透镜光栅印刷不用很多幅图像合成,只需要简的图形即可,采用普通的矢量图形处理软件即可制作文件。

 

2、圆形微透镜光栅立体印刷技术的难点。

 

首先是制作精度问题,传统的柱镜光栅在图像处理时,只需要考虑柱镜横向排列方向图像处理的精度,而圆形微透镜光栅的半球状透镜是按一定角度排列的,这就就要求图像处理时要在不同角度上都达到非常高的处理精度,才能实现效果非常好的立体图像;

 

其次是圆形微透镜光栅片材的制备,特别是高线数的片材制备,目前国内能够制备出高线数微透镜光栅片材的企业很少;

 

再者就是圆形微透镜光栅与要印刷的微图文的精准复合,需要做到单个圆形半球状微透镜与单个微图文形成一一对应,才能体现出3D动态效果。目前市场上还没有彩色图像的圆形微透镜光栅印刷品,只有一些简单图形的单色印刷品。

 

 

尽管现在立体印刷存在各种难点,但是总体来说优点远大于不足。随着数字化时代的到来,单纯的二维平面印刷已经不能满足人们的视觉需求,人们希望能够体验到更真实的、更具视觉冲击力的、更新颖的印刷包装产品。因此,3D印刷越来越突显其市场需求性及重要性,不仅是在印刷包装行业,其他各个领域也都可以用到裸眼3D印刷品。相信在不久之后,随着上述难点的突破,技术发展的进步,消费者需求的提升,3D印刷一定会呈现欣欣向荣的发展景象。

本文原作者“ 深圳市裕同包装科技股份有限公司  黄校军 邢卫永 ”,若有侵权请联系编辑。

 

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