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用于投射一批合成图像的安全装置

阅读：1发布：2022-02-03

专利汇可以提供用于投射一批合成图像的安全装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种用于投射一批合成图像的安全装置以及一种用于生产这种安全装置的计算机实现的方法。当观察者的位置相对于装置改变时，合成图像可代表从一个视点图像改变为另一视点图像的目标物体或图像的不同视点。然而，每个合成图像的性质能够是完全任意的，很像由显示装置(诸如，电视或计算机监视器)提供的图像。在示例性实施例中，特殊对称性被用于产生合成图像，这允许在不考虑配准的情况下制造装置。，下面是用于投射一批合成图像的安全装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于投射一批合成图像的安全装置，所述安全装置包括：一批聚焦元件，每个聚焦元件具有光学印迹；和至少一个图像层，当在不同角度观看所述装置时，所述一批聚焦元件和所述至少一个图像层一起投射不同图像，
其中所述至少一个图像层由分立数字化域的阵列构成，每个域构成每个聚焦元件的光学印迹的相同或基本上相同的子集，域是分立的，因为没有两个子集交叠并且每个子集中的每个点最接近它的各自的聚焦元件，每个域被划分为与图像的数量相同的数量的离散像素，
其中每个图像被以数字方式处理，每个以数字方式处理的图像中的像素的数量等于聚焦元件的总数或与该总数成比例，每个以数字方式处理的图像中的像素被分配给每个数字化域内的相同位置，从而一个数字化域内的每个位置被利用来自不同的以数字方式处理的图像的像素的颜色标记，允许当在不同角度观看所述装置时所述装置投射不同图像。
2.如权利要求1所述的安全装置，所述安全装置投射一批灰度或半色调合成图像，其中每个图像是具有减少的调色板的灰度图像，并且其中一组聚焦元件被用于每个图像像素。
3.如权利要求1所述的安全装置，所述安全装置投射一批三维合成图像，其中所述分立数字化域的阵列具有来自分布在它里面的两个或更多的不同的以数字方式处理的图像的像素，当从第一观察方向观看时所述图像包括某种双眼差异。
4.如权利要求1所述的安全装置，所述安全装置投射一批没有缺口的合成图像，其中每个分配的图像是通过使用一个或多个连续数学标量函数定义或改变图像中的可量化参数来准备的合成图像。
5.如权利要求1所述的安全装置，所述安全装置投射从所述一组灰度或半色调合成图像、三维合成图像、没有缺口的合成图像及其组合选择的一批合成图像。
6.一种用于生产用于投射一批合成图像的安全装置的计算机实现的方法，其中所述安全装置由聚焦元件片的形式的一批聚焦元件和至少一个图像层构成，每个聚焦元件具有光学印迹，当在不同角度观看所述装置时，所述聚焦元件和所述至少一个图像层一起投射不同视点图像，所述方法包括：
(a)通过下述步骤形成所述至少一个图像层：
(i)编译一批不同原始视点图像，每个原始视点图像规定当从给定角度观察安全装置时观察者应该看见什么；
(ii)为聚焦元件片中的每个聚焦元件选择域，并且在所述至少一个图像层上或在所述至少一个图像层内以网格的形式布置域，域构成每个聚焦元件的光学印迹的相同子集，从而一旦所述至少一个图像层被放置在所述一批聚焦元件的焦平面中，没有两个子集交叠并且每个子集中的每个点最接近它的各自的聚焦元件，其中不需要域和聚焦元件之间的精确的配准；
(iii)通过将每个域划分为许多离散像素来将每个选择的域数字化，每个像素将会代表不同视点图像的一部分，每个数字化域中的像素的数量等于不同视点图像的数量，数字化域形成光栅网格；
(iv)以数字方式处理每个不同原始视点图像以形成二值图像，其中每个以数字方式处理的视点图像中的像素的数量等于将会被用于代表预期完整图像的聚焦元件片中的聚焦元件的总数或与该总数成比例；
(v)通过称为“分配”的处理通过利用对应视点图像像素的颜色标记每个数字化域像素来将所述一批不同的处理的视点图像分配到光栅网格中，所述“分配”处理包括将地址分派给每个数字化域中的每个像素，并且然后将一个图像分派给在每个数字化域中具有相同地址的每个像素，从而一个数字化域内的每个位置将会被利用来自不同的处理的视点图像的像素的颜色标记；和
(b)将形成的一个图像层或多个图像层放置在聚焦元件片的焦平面中。
7.一种根据如权利要求6所述的计算机实现的方法准备的安全装置。
8.如权利要求6所述的计算机实现的方法，所述计算机实现的方法生产一种投射一批灰度或半色调合成图像的安全装置，其中每个原始视点图像是原始灰度或半色调视点图像，其中通过在每个图像的调色板中减少灰色阴影的数量、可选地在每个图像的调色板中抖动剩余的灰色阴影并且随后将每个这种处理的视点图像表示为完成的二值图像来修改原始视点图像，其中在将所述一批不同的完成的二值图像分配到光栅网格中之后，一组聚焦元件被用于每个视点图像像素。
9.如权利要求6所述的计算机实现的方法，所述计算机实现的方法生产一种投射一批三维合成图像的安全装置，其中当形成所述至少一个图像层时的编译步骤包括在3D图形渲染程序中对物体建模并且通过在多个位置使用照相机渲染物体的视图来获得物体的不同原始视点图像，一一对应存在于由照相机渲染的视图的数量和每个数字化域中的像素的数量之间。
10.如权利要求6所述的计算机实现的方法，所述计算机实现的方法生产一种投射一批没有缺口的合成图像的安全装置，所述方法还包括：确定连续的x和y的数学标量函数；
将一个或多个这种数学标量函数应用于域的拷贝以获得一个或多个标量值，域构成已在空间周期性意义上重复的xy平面上的区域；以及使用所述一个或多个标量值定义或改变分配给域的所述一批视点图像中的可量化参数，由此产生合成视点图像。
11.如权利要求6所述的计算机实现的方法，所述计算机实现的方法生产一种安全装置，所述安全装置投射从所述一组灰度或半色调合成图像、三维合成图像、没有缺口的合成图像及其组合选择的一批合成图像。
12.如权利要求10所述的计算机实现的方法，其中即使当x和y被卷回到所述域上时，x和y的数学标量函数也是连续的。
13.如权利要求10所述的计算机实现的方法，其中所述域是以(0,0)为中心的正六边形，它的六个顶点与原点相隔一个单位距离，其中所述一个或多个标量函数是：
其中标量值d被用作图像中的比例因子。
14.如权利要求10所述的计算机实现的方法，其中所述一批合成图像是一批相同的立方体，其中所述域是接近于六边形的形状的360个正方形的排列，其中所述一个或多个标量函数是第一和第二扭曲环面对称函数(f1, f2)，其中当观察者左右移动时，第一函数f1从0度扫描至60度，并且当观察者上下移动时，第二函数f2从0度扫描至90度。
15.一种由如权利要求1或7所述的安全装置制成的片状材料。
16.一种片状材料，具有相对表面并且包括至少一个如权利要求1或7的安全装置，其被安装在片状材料的表面上或嵌入在片状材料的表面内或部分地嵌入在片状材料内。
17.一种由如权利要求1或7所述的安全装置制成的基础平台。
18.一种基础平台，具有相对表面并且包括至少一个如权利要求1或7的安全装置，其被安装在基础平台的表面上或嵌入在基础平台的表面内或部分地嵌入在基础平台内。
19.一种由如权利要求15或16所述的片状材料制成的文档。
20.一种由如权利要求17或18所述的基础平台制成的文档。

说明书全文

用于投射一批合成图像的安全装置

[0001] 相关申请本申请要求于2012年4月25日提交的序列号为61/637,990的美国临时专利申请的
优先权，其全部内容通过引用包含于此。

技术领域

[0002] 本发明一般地涉及一种用于投射一批合成图像的安全装置，并且涉及一种用于生产这种安全装置的计算机实现的方法。

[0003] 背景技术和发明内容投射合成图像的微光学薄膜材料通常包括：(a)光透射聚合基底，(b)位于聚合基底上
或位于聚合基底内的微小尺寸图像图标的排列，和(c)聚焦元件(例如，微透镜)的排列。
构造图像图标和聚焦元件排列，从而当通过聚焦元件的排列观看图像图标的排列时，投射
一个或多个合成图像。这些投射图像可显示许多不同光学效果。

[0004] 在下面的专利文件中描述能够提供这种效果的材料构造：Steenblik等人的第7,333,268号美国专利、Steenblik等人的第7,468,842号美国专利、Steenblik等人的
第7,738,175号美国专利、Commander等人的第7,830,627号美国专利、Kaule等人的第
8,149,511号美国专利；Kaule等人的公开号为2010/0177094的美国专利申请；Kaule等人
的公开号为2010/0182221的美国专利申请；Kaule等人的第2162294号欧洲专利；和Kaule
等人的第08759342.2号欧洲专利申请(或欧洲公开号2164713)。

[0005] 这些薄膜材料可被用作用于纸币、安全文档和产品的验证的安全装置。对于纸币和安全文档，这些材料通常被以条或线的形式使用并且部分地嵌入在纸币或文档内或应用
于其表面。对于护照或其它识别(ID)文档，这些材料能够被用作完全薄片或作为防伪特征
嵌入在聚碳酸酯护照中。

[0006] 称为莫尔放大镜的上述现有技术薄膜材料通常开始于相同图像图标的二维(2D)阵列。然而，它们也可开始于以提供不同效果(诸如，变化的图像或缓慢地旋转的图像等)
的方式改变或调制的图像图标。对于三维(3D)效果，在这样的意义上使用“颠倒”方案构
造这些薄膜材料：在空间上从静态3D物体的模型计算来自每个个体透镜的透视的静态物
体的视图，并且从所述一批透镜的视图产生对应图标。使用这个方案，基于3D物体的静态
模型单独计算每个图标。该方案具有至少下面的限制：
(a)完成的合成图像仅是静态3D物体；
(b)完成的合成图像将会在视场中具有“缺口”；和
(c)完成的合成图像局限于至多一个颜色的调色板，并且另外局限于该颜色的一个色
调。它是二值图像，并且不具有任何阴影或灰度。

[0007] 将在以下更详细地描述的术语“缺口”构成大的不连续性，其中观察者看见观察者何时移动到装置的范围的外面(但在其视场内)并且看着该装置。

[0008] 上述缺点由本发明的示例性实施例解决，本发明的示例性实施例在这种意义上使用“自上而下”方案：定义由观察者从所有给定视点看见的每个预期完成合成图像，然后与
不同视点对应的这些个体图像中的每一个(其不同于空间信息)被处理并且随后被用于定
义每个透镜看见的内容的一部分。所有这些视点图像的总和将会最终定义将会通常仅包含
图标的图像平面的显著部分(“图像层”)。这个方案将会允许下面相对于现有技术的重大
改进：
(a)完成的合成图像除了其它事情之外能够是：移动3D物体；动态(图像变形或变
换)3D物体；曲线的动态设计、抽象设计、形状、照片、3D物体和图像；
(b)能够设计完成的合成图像，从而在视场中不存在“缺口”；
(c)完成的合成图像能够包括类似于灰度抖动的“半色调”效果。另外，这种方法将会
帮助能够实现几个层的协调以最终产生包括全色动态设计和3D图像的合成图像；和
(d)完成的合成图像不必源自3D物体的模型。合成图像能够源自任何类型的数字图像
(例如，照片、附图、数学图表和曲线等)。

[0009] 本发明具体地提供一种用于投射一批合成图像的安全装置，所述安全装置包括：一批聚焦元件，每个聚焦元件具有光学印迹；和至少一个图像层，当在不同角度观看所述装
置时，聚焦元件和图像层一起投射不同图像，
其中图像层由分立数字化域的阵列构成，每个域构成每个聚焦元件的光学印迹的相同
或基本上相同的子集，域是分立的，因为没有两个子集交叠并且每个子集中的每个点最接
近它的各自的聚焦元件，每个域被划分为与图像的数量相同的数量的离散像素，
其中每个图像被以数字方式处理，每个以数字方式处理的图像中的像素的数量等于聚
焦元件的总数或与该总数成比例，每个以数字方式处理的图像中的像素被分配给每个数字
化域内的相同位置，从而一个数字化域内的每个位置被利用来自不同的以数字方式处理的
图像的像素的颜色标记，允许当在不同角度观看所述装置时所述装置投射不同图像。

[0010] 在下面的详细描述中，本发明的装置被描述为一种投射由观察者看见的合成图像的装置。在观察者相对于装置的位置和观察者从任何特定视点看见的合成图像之间存在对
应。例如，当观察者相对于装置的位置改变时，合成图像可代表从一个视点图像改变为另一
视点图像的目标物体或图像的不同视点。然而，每个合成图像的性质能够是完全任意的，很
像由显示装置(诸如，电视或计算机监视器)提供的图像。此外，在示例性实施例中，特殊
对称性被用于产生合成图像，这允许在不考虑配准的情况下制造装置，所述配准是现有技
术装置的已知问题。

[0011] 与具有或多或少“连续”图像的阵列的莫尔放大镜相比，本发明的安全装置中的图像层的示例性实施例是分配的数字图像的二元网格，其中网格中的每个像素为“开或
关”(即，彩色或无色)。

[0012] 在第一示例性实施例中，本发明的安全装置投射一批灰度或半色调合成图像。在这个实施例中，使用具有减少的调色板(例如，四个灰色阴影)的灰度图像和聚焦元件群集
(即，一组聚焦元件，而非一个聚焦元件被用于每个视点图像像素)实现灰度。

[0013] 在第二示例性实施例中，本发明的安全装置投射一批3D合成图像。在这个实施例中，视点图像以这种方式相关：观察者同时看见至少两个不同2D图像，所述至少两个不同
2D图像在观察者中产生图像的双眼体视感知。

[0014] 在第三示例性实施例中，本发明的安全装置投射一批没有缺口的合成图像。更具体地讲，每个分配的视点图像是通过使用一个或多个连续数学标量函数定义或改变视点图
像中的可量化参数来准备的合成视点图像。

[0015] 本发明还提供一种用于生产用于投射一批合成图像的安全装置的计算机实现的方法，其中所述安全装置由聚焦元件片的形式的一批聚焦元件和至少一个图像层构成，每
个聚焦元件具有光学印迹，当在不同角度观看所述装置时，所述聚焦元件和图像层一起投
射不同视点图像，所述方法包括：
(a)通过下述步骤形成图像层：
(i)编译一批不同原始视点图像，每个原始视点图像规定当从给定角度观察安全装置
时观察者应该看见什么；
(ii)为聚焦元件片中的每个聚焦元件选择域，并且在所述图像层上或在所述图像层内
以网格的形式布置域，域构成每个聚焦元件的光学印迹的相同子集，从而一旦图像层被放
置在所述一批聚焦元件的焦平面中，没有两个子集交叠并且每个子集中的每个点最接近它
的各自的聚焦元件，其中不需要域和聚焦元件之间的精确的配准；
(iii)通过将每个域划分为许多离散像素来将每个选择的域数字化，每个像素将会代
表不同视点图像的一部分，每个数字化域中的像素的数量等于不同视点图像的数量，数字
化域形成光栅网格；
(iv)以数字方式处理每个不同原始视点图像以形成二值图像，其中每个以数字方式处
理的视点图像中的像素的数量等于将会被用于代表预期完整图像的聚焦元件片中的聚焦
元件的总数(或与该总数成比例)；
(v)通过称为“分配”的处理通过利用对应视点图像像素的颜色标记每个数字化域像素
来将所述一批不同的处理的视点图像分配到光栅网格中，所述“分配”处理包括将地址分派
给每个数字化域中的每个像素，并且然后将一个图像分派给在每个数字化域中具有相同地
址的每个像素，从而一个数字化域内的每个位置将会被利用来自不同的处理的视点图像的
像素的颜色标记；和
(b)将形成的图像层放置在聚焦元件片的焦平面中。

[0016] 还作为本发明提供一种根据这种方法准备的安全装置。

[0017] 在第一示例性实施例中，本发明的方法生产一种投射一批灰度或半色调合成图像的安全装置。更具体地讲，本发明的方法的当形成图像层时的“编译”步骤涉及一批不同原
始灰度或半色调视点图像，而该“处理”步骤包括：通过在每个图像的调色板中减少灰色阴
影的数量、可选地在每个图像的调色板中抖动剩余的灰色阴影并且随后将每个这种处理的
视点图像表示为完成的二值图像来修改原始视点图像。在将所述一批不同的完成的二值图
像分配到光栅网格中之后，这个第一示例性实施例中的本发明的方法还包括：将一组聚焦
元件(例如，一组2x2透镜)用于每个视点图像像素。

[0018] 在第二示例性实施例中，本发明的方法生产一种投射一批3D合成图像的安全装置。更具体地讲，本发明的方法的当形成图像层时的“编译”步骤包括：在3D图形渲染程序
中对物体建模并且通过在多个位置使用(虚拟或真实)照相机渲染物体的视图来获得物体
的不同原始视点图像，一一对应存在于由照相机渲染的视图的数量和每个数字化域中的像
素的数量之间。

[0019] 在第三示例性实施例中，本发明的方法生产一种投射一批没有缺口的合成图像的安全装置。更具体地讲，本发明的方法还包括：确定连续的x和y的数学标量函数；将一个
或多个这种数学标量函数应用于域的拷贝以获得一个或多个标量值，域构成已在空间周期
性意义上重复的xy平面上的区域；以及使用所述一个或多个标量值定义或改变分配给域
的所述一批视点图像中的可量化参数，由此产生合成视点图像。

[0020] 本发明还提供由本发明的安全装置制成或采用本发明的安全装置的片状材料和基础平台以及由这些材料制成的文档。如这里所使用的术语“文档”指示具有金融值的任
何种类的文档(诸如，纸币或货币等)或身份文档(诸如，护照、ID卡、驾驶执照等)或其
它文档(诸如，标记或标签)。本发明的安全装置还被设想用于消费品以及与消费品一起使
用的袋子或包装(诸如，薯片袋)。

[0021] 通过下面的详细描述和附图，本发明的其它特征和优点对于本领域普通技术人员而言将是清楚的。

[0022] 除非另外定义，否则这里使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属于的领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。这里提及的所有公开、专利申请、专利和其它参
考资料的以其全部内容通过引用包含于此。在冲突的情况下，包括定义的本说明书将会控
制。另外，材料、方法和例子仅是说明性的，而不旨在是限制性的。

附图说明

[0023] 参照下面的附图，可更好地理解本公开。附图中的部件不必符合比例，而是重点在于清楚地表示本公开的原理。尽管结合附图公开示例性实施例，但不应该使本公开局限于
这里公开的一个实施例或多个实施例。相反地，目的在于包括所有替代物、变型和等同物。

[0024] 通过参照附图来表示公开的发明的特定特征，其中：图1表示具有其光学印迹的透镜；
图2表示相对于图1中示出的透镜的光学印迹的静止观察者的感知；
图3表示透镜的采样性质，并且特别地在第一帧中表示具有彩色图像部分A和无色图
像部分B的透镜的光学印迹并且在第二帧中表示当观察者位于图2中示出的两个不同位置
时观察者看见的内容；
图4在第一帧中表示在观察者以第一角度相对于本发明的装置位于“非常远”的地方
的情况下的透镜的阵列以及它们的光学印迹，在第二帧中表示在透镜的光学印迹之间绘制
的图像层中的图案，并且在第三帧中表示当观察者观看该装置时观察者将会看见的内容；
图5在第一帧中表示在观察者以不同角度相对于图4中的观察者的位置位于“非常远”
的地方的情况下的透镜的阵列以及它们的光学印迹，在第二帧中表示在透镜的光学印迹之
间绘制的图像层中的图案，并且在第三帧中表示当观察者观看该装置时观察者将会看见的
内容；
图6表示当将一个图像层叠加在其它图像层上时的图4和5的图像层；
图7在第一帧中表示具有其光学印迹的透镜，在第二帧中表示透镜阵列，在第三帧中
表示具有位于图像层上的每个透镜的光学印迹的第二帧的透镜阵列，在第四帧中表示具有
其数字化域的形式的域的第一帧的透镜，在第五帧中表示示出为具有数字化域的阵列的第
二和第三帧的透镜阵列，并且在第六帧中表示数字化域或光栅网格的阵列；
图8在第一帧中表示透镜和透镜的数字化域，其中地址已被分派给数字化域中的每个
像素，并且在第二帧中表示一批九个不同视点图像，每个视点图像已被分派给与第一帧中
示出的数字化域中的像素之一对应的地址；
图9表示与地址(1,1)对应的图像如何被分配给图7的第六帧中示出的数字化域或光
栅网格的阵列；
图10表示与地址(1,1)和(1,2)对应的图像如何被分配给图7的第六帧中示出的数
字化域或光栅网格的阵列；
图11描述在图8的第二帧中示出的九个不同视点图像已被分配给网格之后的光栅网
格；
图12在第一帧中是采用图11中示出的填充的光栅网格的本发明的安全装置的示例性
实施例的剖视图，在第二帧中表示当观察者观看该装置时位于最接近该装置的左上部分的
观察者将会看见什么，并且在第三帧中表示当观察者观看该装置时位于最接近该装置的右
下部分的观察者将会看见什么；
图13是在本发明的示例性实施例中用作视点图像的Utah茶壶或Newell茶壶的原始
图像的透视图；
图14是使用四个灰色阴影应用抖动的图13中示出的茶壶的处理的图像的透视图；
图15是本发明的示例性实施例中使用的四个灰度级的透镜群集方案的图形表示；
图16是图13中示出的茶壶的最后二值投射图像的透视图；
图17是拍摄Utah茶壶或Newell茶壶的形式的物体的快照的虚拟照相机阵列的图形
表示；
图18是由图17中示出的虚拟照相机阵列提供的六个原始视点图像的透视图；
图19是本发明的安全装置的示例性实施例以及一批由此投射的视点图像(2,3)、
(2,2)和(2,1)的视场的简化剖视图；
图20在第一帧中表示具有12x12数字化域的透镜，在第二帧中表示拍摄Utah茶壶或
Newell茶壶的快照的12x12虚拟照相机阵列的图形表示，并且在第三帧中表示本发明的安
全装置的示例性实施例以及一批由此投射的十二个视点图像的视场的简化剖视图；
图21在第一帧中表示具有其光学印迹的透镜，在第二帧中表示本发明的安全装置的
示例性实施例的视场，在第三帧中表示具有其数字化域的第一帧中示出的透镜，并且在第
四帧中表示第二帧中示出的本发明的安全装置的示例性实施例的范围；
图22表示作为本发明的装置的视场的子集的本发明的装置的范围；
图23表示当在装置的视场里面但在装置的范围里面或外面时观察者看见什么；
图24在第一帧中表示透镜的阵列和数字化域的阵列配准的本发明的装置的实施例，
并且在第二帧中表示这些阵列不配准的实施例；
图 25 表示这样的陈述：观察者的视点 ( 表示为 (θ, ))确定域内透镜采样的位置(表示为(x,y))和观察者看见的投射视点图像(表示为称
为图像(x,y)的采样位置的矩阵值(或图像值)函数)；
图26表示当观察者从足够高的角度(即，变大)观看本发明的装置时透镜如何将会
全部具有位于邻近透镜的域中的采样点；
图27表示本发明的安全装置的另一实施例，其中数字化域的阵列中的每个域是倾斜
六边多边形或六边形；
图28是图27中示出的六边形之一的平面视图，其中边缘被利用箭头标记以指示当图
像层由这些六边形铺满时“遇到”的边缘；
图29在第一帧中是数字化六边形域的平面视图，并且在第二帧中显示六边形域围绕x
轴“卷起”从而顶边遇到底边以形成管；
图30是一系列图像，其中六边形域形成为扭曲环面，表明六边形域在地形上等同于环
面；
图31是以(0,0)为中心的正六边形的形式的域的平面视图，六个顶点与原点相隔一个
单位距离；
图32在第一帧中是在已应用连续标量函数之后的图31中示出的域的平面视图，而在
第二帧中，在已在空间上重复这个域之后示出这个域；
图33表示能够在域上定义多个函数的通常处理；这些函数中的每一个独立地改变或
定义图像；
图34提供当观察者的视角改变时旋转的一批相同立方体的形式的示例性设计的透视
图，这些立方体具有反射、“红椿”轮廓、阴影等；
图35表示当观察者从左向右移动时图34中示出的立方体如何移动，而图36表示当视
图上下移动时立方体如何移动；
图37提供由近似于六边形的360个正方形的排列构成的数字化域；
图38表示图37的数字化域如何能够被用于完全地铺满图像层平面，在数字化域像素
之间没有空隙并且没有交叠的数字化域像素；
图39提供在线性函数f1已被应用于每个六边形域之后的图38中示出的数字化域的
阵列，当横跨六边形域从右向左移动时，这个函数从0(白色)扫描到60(黑色)；和
图40提供在线性函数f2已被应用于每个六边形域之后的图38中示出的数字化域的
阵列，当从六边形的顶部移动到六边形的底部时，这个函数两次从0(白色)扫描到90(黑
色)。

具体实施方式

[0025] 本发明中使用的聚焦元件用于突出显示、放大、照明或强调图像层中的小点。合适的聚焦元件包括但不限于透镜(例如，微透镜)、点屏幕中的孔、聚焦反射器、波带板透镜、
埋入式透镜、具有镜面加亮区的物体等。

[0026] 作为采用微透镜的本发明的安全装置的示例性实施例的技术背景，每个透镜能够投射其所谓的“光学印迹”内包含的整个图像。如图1中最好所示，个体透镜的光学印迹被
定义为能够由透镜聚焦的图像层上的每个点的集合。这个光学印迹在尺寸方面由除了其它
事情的透镜的彗差、几何形状和f数(即，焦距除以透镜直径)、透镜的材料性质、光学分隔
器或分离器的存在(或光学分隔器或分离器的不存在)和图像层的厚度限制。

[0027] 静止观察者相对于透镜的光学印迹的感知被示出在图2中，静止观察者看见透镜，就好像它代表其光学印迹的非常小的子集(例如，无色子集“B”或彩色子集“A”)的非
常高放大的版本。特别地，观察者未在透镜中看见整个图像，而是替代地看见位于透镜的焦
点的那些图像部分。如图3中最好所示，子集(并且因此观察的颜色)取决于观察者的位
置，并且因此，取决于观察者的眼睛正在接收哪束准直光。当观察者的位置变化时通过其观
察透镜的光学印迹的小部分的动作或处理被称为“采样”。

[0028] 通常，如果透镜足够小并且观察者足够远离，则可通过下面的陈述表示本发明的安全装置的特征：
从静态视点透过聚焦在图像层上的所述一批透镜观察的观察者看见：每个透镜正在同
时对每个透镜的各自光学印迹中的相同地点进行采样。

[0029] 图4表示在以上陈述中描述的概念。这个图的最左边或第一帧显示透镜的阵列以及它们的光学印迹，透镜的光学印迹在这里被示出为圆形。观察者被示出为相对于透镜
的尺寸与透镜相隔非常远，这意味着从透镜平面的法线到观察者的角度基本上对于每个透
镜而言是相同的。作为结果，观察者看见每个透镜对它的光学印迹中的相同地点进行采样
(即，圆形光学印迹的最右边部分和圆的中心之间的中间点)。这个图的中间或第二帧显示
在透镜的光学印迹之间绘制的图像层中的图案。这个图的最右边或第三帧显示观看该装置
的观察者将会实际上看见的内容。

[0030] 图5也表示在以上陈述中描述的概念。在第一帧中，相对于图4中的观察者的位置，观察者被示出在不同角度，这意味着观察者正在观看已向左移动的采样点。这个图的第
二帧显示图像层中的不同图案，这个图的第三帧显示观看该装置的观察者将会实际上看见
的内容。

[0031] 如图6中最好所示，图4和5中示出的不同图案能够叠加以形成图像层，其中通过所述一批透镜观看该图像层的观察者将会从一个角度看见图像“A”并且从不同角度看见图
像“B”。观察者从给定角度看见的图像在以下被称为视点图像。能够由观察者从图像层看
见的所有视点图像的集合能够被协调以形成相对于由现有技术微光学安全装置展示的光
学效果具有优势的许多效果、感知的物体和移动。

[0032] 从以上描述可见，主题发明能够形成图像层，当以正确方位布置在透镜的焦平面中时，该图像层投射一批视点图像。如前所述，这些视点图像可代表静止或静态、移动或动
态(例如，图像变形或变换)3D物体或图像、曲线的动态设计、抽象设计、形状、照片等。这
些视点图像不必源自3D物体或图像的模型，而是替代地能够源自任何类型的数字图像(诸
如，照片、附图、数学图表和曲线等)。视点图像能够包括类似于灰度抖动的“半色调”效果，
并且能够被设计从而在视场中不存在“缺口”。

[0033] 也如上所述，本发明的安全装置包括：一批聚焦元件；和至少一个图像层，当在不同角度观看该装置时，聚焦元件和图像层一起投射不同视点图像。

[0034] 图像层由分立数字化域的阵列构成，每个域构成每个聚焦元件的光学印迹的相同或基本上相同的子集，域是分立的，因为没有两个子集交叠并且每个子集中的每个点最接
近它的各自的聚焦元件。每个域被划分为与视点图像的数量相同的数量的离散像素。

[0035] 每个视点图像被以数字方式处理，每个以数字方式处理的视点图像中的像素的数量等于为该装置的这个部分保留的聚焦元件的总数或与该总数成比例。每个以数字方式处
理的视点图像中的像素被分配给每个数字化域内的相同位置，从而每个数字化域内的每个
位置被利用来自一个以数字方式处理的视点图像的像素的颜色标记，允许当在不同角度观
看该装置时该装置投射不同视点图像。

[0036] 以下描述用于形成本发明的安全装置的方法的工作例子并且该工作例子被示出在图7-12中。在图7的第一帧中，示出单个透镜和它的光学印迹。在第二帧中，示出为六
个透镜高和五个透镜宽的这种透镜的阵列，而在第三帧中，示出相同透镜阵列以及每个透
镜的光学印迹，光学印迹以交叠方式位于图像层上。如前所述，术语“域”由与任何其它透
镜相比更接近它的各自的透镜的每个光学印迹的子集定义。根据本发明的教导，在这个工
作例子中基本上是正方形形状的域被数字化。图7的第四帧显示具有数字化域的单个透
镜，数字化域为三个数字化域(DD)像素高乘三个DD像素宽。在图7的第五帧中示出所获
得的数字化域的阵列以及重叠的透镜的阵列，并且在图7的第六帧中示出数字化域的阵列
自身。在这个工作例子中为六个DD像素高和五个DD像素宽的数字化域的阵列也被称为光
栅网格。

[0037] 在每个数字化域中存在九个像素的事实意味着能够为每个域规定一共九个图像。能够从不同视角或视点看见被称为视点图像的这九个图像中的每一个。在这个工作例子
中，每个视点图像是二值图像(即，仅黑色或白色)。在这个工作例子中在透镜阵列中存
在三十个透镜并且在图像层中存在三十个数字化域的情况下，每个视点图像将会包含正好
三十个像素。

[0038] 将视点图像分配给光栅网格的技术被示出在图8-12中。在图8的第一帧中，示出单个透镜和它的数字化域，数字化域指示每个DD像素的地址(例如，(2,1)指示第二行第
一列，(3,3)指示第三行第三列)。其每一个已被分派给与数字化域中的DD像素之一对应
的地址的一批视点图像被示出在图8的第二帧中。例如，数字9已被分派给数字化域的地
址(1,1)，而数字8已被分派给数字化域的地址(1,2)。

[0039] 在图9中，与地址(1,1)对应的图像(即，数字9)被示出为分配给位于图像层上的光栅网格。类似地，在图10中，与地址(1,1)和(1,2)对应的图像(即，数字8和9)被
示出为分配给光栅网格。在图11中，示出在所有九个视点图像已被分配给光栅网格之后的
图像层。

[0040] 在图像层上方合适地布置透镜阵列(即，在用于指定光栅网格的透镜阵列中不存在意外倾斜角度)时，所获得的安全装置将会根据视角投射一个或多个视点图像。特别地，
当观察者相对于安全装置从一个视角移动到另一个视角时，不同视点图像将会变为可见。
图12在第一帧中显示正在从不同位置观看本发明的装置的两个观察者以及在第二帧和第
三帧中显示他们的相对观察结果。特别地，在这个例子中，第一观察者远离，然而最接近装
置的左上部分。这使从在每个数字化域中的地址(3,3)的DD像素投射的光到达第一观察
者。因此，第一观察者看见与地址(3,3)关联的视点图像，即数字1的图像。类似地，第二
观察者远离，然而最接近装置的右下部分。这使从在每个数字化域中的地址(1,1)的DD像
素投射的光到达第二观察者。因此，第二观察者看见与地址(1,1)关联的视点图像，即数字
9的图像。

[0041] 本领域技术人员将会容易地理解，由于视点图像像素的数量和透镜的数量之间的比例对应，当透镜的数量增加时，视点图像的分辨率能够增加。类似地，如果数字化域中的
视点图像像素的数量增加，则视点图像的数量能够增加。

[0042] 灰度在前面的部分中，在视点像素为黑色或白色的意义上的二值的简单视点图像被分配给
图像层。然而，本发明的安全装置也具有投射非常复杂而详细的视点图像(包括抽象设计、
阴影3D模型、照片等)的能力。通过将灰度(半色调)视点图像分配给图像层来使得可实
现用于投射这种视点图像的能力。

[0043] 在本发明的一个这种示例性实施例中，图13中示出的Utah茶壶或Newell茶壶的原始的或未处理的图像被用作视点图像。这个特定图像为160像素宽并且100像素高并且
使用255个灰色阴影，这将会需要160个透镜宽乘100个透镜高的透镜阵列。然而，如果一
个透镜投射与邻近透镜不同的灰色阴影，则它们必须在它们的数字化域中具有不同灰色阴
影。这意味着：为了正确地投射所有255个灰色阴影，将会需要将正确的灰色阴影放置在每
个透镜的数字化域中的正确数字化域像素中。这带来问题，因为通常每次仅在图像层上“印
刷”一个颜色。如果使用多个颜色(或灰色阴影)，则这些颜色中的每一个将会必须配准，
从而印刷像素将会结束于每个透镜光学印迹中的相同数字化域像素。难以使这种超微印刷
保持配准，并且因此这提出挑战。

[0044] 本发明通过使用诸如例如抖动和半色调的方法来避免这种类型的配准要求。特别地，为了使用上述算法代表茶壶图像，通过使用本领域已知的除了其它事情之外诸如阈值
化、抖动和下采样的技术来减少需要的调色板。图14中示出的所获得的图像是仅使用四个
灰色阴影(不包括白色)的茶壶的160 x 100像素处理图像。

[0045] 四个灰色阴影可随后抖动以提高在图像中从一个灰度级到其它灰度级的平稳过渡。特别地，替代于每个视点图像像素使用一个透镜，一组透镜或透镜群集被用于每个视点
图像像素。图15显示四个灰度级(加上白色)能够由透镜的(2x2)群集表示的一种方式。

[0046] 处理的茶壶图像在图16中被示出为完成的二值图像，完成的二值图像是茶壶图像的最后外观并且本质上将会被朝着指定视点投射。(160x100)像素图像不再使用尺寸
160x100的透镜阵列，而是替代地使用透镜群集的160x100阵列，其中每个透镜群集是透镜
的2x2阵列。总之，这导致代表茶壶图像的320x200透镜。

[0047] 需要注意的是，可包括任何数量的已知算法(误差扩散、各种抖动算法、边缘增强、色调描阴等)以修改原始图像从而产生处理的图像。另外，用于利用透镜群集实现灰度
的方案不必是不变的。例如，存在用于将四个透镜布置为正方形以实现25%灰度的四种方
式，并且来自处理的图像的每个25%灰色像素能够独立地使用这四个方案之一。如上所述，
优选目标在于结束于能够被用于制造图像层的一个印刷行程的二值图像。最后的二值图像
将会随后如前所述被分配给合适的光栅网格。

[0048] 从以上清楚可见，对于具有单个图像层的安全装置，视点图像能够是完全能够被表示为二值图像的任何东西。对于可能具有多个图像层(例如，多个颜色)的安全装置，视
点图像能够代表任何不同彩色二值图像之和。

[0049] 3D图像除了允许任何任意二值图像被投射为视点图像之外，本发明的安全装置还允许投射完
全3D图像。

[0050] 对于本领域技术人员而言公知的是，双眼差异表示由左眼和右眼看见的物体的图像位置的差异，这由眼睛的水平分离所导致。脑在称为实体视觉的处理中使用双眼差异从
2D图像提取深度信息。

[0051] 对于阅读者而言将会容易地变得清楚的是，本发明的数字化域或光栅网格的阵列需要在它里面分配的最少两个不同图像，以便左眼和右眼看见不同视点图像。通过本发明，
这些图像被设计为以这种方式“相关”：当脑从左眼和右眼接收两个不同2D图像时，它将会
在脑中合成深度信息并且产生使人信服的3D图像。

[0052] 通过使用一个或多个真实照相机对物体建模或通过在3D图形程序(例如，SKETCHUP®、3DS MAX®、MAYA®、Blender和DAZ Studio™计算机软件等)中对物体建模并且
随后通过渲染由(虚拟)照相机从多个位置获得的物体的视图来获得不同原始视点图像，
能够实现这些视点图像之间的关系。例如，在图17中，与图7的第四帧中示出的每个数字
化域的像素的3x3阵列具有一一对应关系的虚拟照相机的3x3阵列被用于从每个照相机自
己的视点拍摄Utah茶壶或Newell茶壶的快照。所获得的原始视点图像被示出在图18中。
由于虚拟照相机的3x3阵列和每个数字化域的像素的3x3阵列之间的一一对应，这些原始
视点图像中的每一个被绑定至每个数字化域中的特定数字化域像素位置。

[0053] 图18中示出的图像被编号为“颠倒和向后”。执行这一点以确保观察者在从指定视点观察装置时看见预期图像。例如，假设观察者正在向前看着该装置并且希望该装置将
会将图像(2,2)投射到观察者。如果观察者向右移动，则我们将会预期看见像图像(2,1)
中一样的图像。因此，当观察者向右移动时，看见的图像从(2,2)改变为(2,1)。然而，当
观察者向右移动时，在前面的例子中使用的凸折射透镜的焦点将会向左移动。这就是为什
么图18中的图像的编号系统看起来向后的原因。这也与图8和12中示出的示例性例子一
致。阅读者将会理解，任何这种编号系统将会需要与透镜的光学行为一致。

[0054] 如图19中最好所示，本发明的安全装置的图像层将会为观察者提供合成深度信息所需的信息。特别地，图19提供本发明的装置的示例性实施例以及一批不同视点图像的
视场的简化横截面。利用双眼看见(2,2)的观察者被标记为“观察者1”，利用一个眼睛看
见(2,2)并且利用另一个眼睛看见(2,1)的观察者被标记为“观察者2”。这个图中的三角
形代表投射视点图像之一的视场。假设观察者相对于透镜的尺寸与该装置相隔非常远。如
果观察者1稍微向右移动，则最终左眼将会看见图像(2,2)，并且右眼将会看见图像(2,1)。
这为观察者1的脑提供合成深度信息所需的信息。类似地，如果观察者1稍微向左移动，则
右眼将会看见图像(2,2)并且左眼将会看见图像(2,3)。这也为观察者1的脑提供能够被
用于合成深度信息的两个2D图像。

[0055] 如图20中最好所示，当图像层的可用印刷的分辨率增加时，可用于放置在数字化域中的像素的数量也增加。返回参照以上示例性例子，这意味着照相机的数量也能够增加
以与数字化域像素的数量匹配，并且投射视点图像的数量将会增加。图20在第一帧中显示
具有由数字化域像素的12x12阵列构成的正方形网格的形式的新的数字化域。这意味着：
144个不同视点图像能够由数字化域或光栅网格的关联阵列代表。在图20的第二帧中，示
出看着茶壶的144个(虚拟)照相机的阵列，每个照相机相对于茶壶位于独一无二的位置。
这些照相机形成144个视点图像的阵列(未示出)，每个视点图像将会与数字化域的阵列中
的地址之一关联。在图20的第三帧中，类似于图19，示出投射图像的视场的横截面。这个
帧表示这样的事实：当使用相同透镜和域阵列但更大数量的数字化域像素被用在数字化域
中时，每个投射视点图像的视场将会更小，但整个透镜域的总视场将会是相同的。在这个例
子中，两个观察者现在都在观看3D。在视点图像的数量方面，与图19中的装置相比，对于这
个装置存在更大的3D分辨率。

[0056] 图21中示出的以上例子中固有的限制之一是这样的事实：该装置的视场不与所有投射视点图像的视场(即，它的范围)相同。图21在第一帧中显示透镜及其各自光学印
迹，所述光学印迹是能够由透镜聚焦的图像层上的所有点的集合。如前所述基本上是透镜
投射其全部光学印迹的立体角的该装置的视场被示出在图21的第二帧中。在图21的第三
帧中，示出数字化域，该域构成最接近该特定透镜的光学印迹的子集。通过定义，没有两个
相邻的域将会曾经交叠。然而，光学印迹可交叠(参见图7)。通常，域将会是某种多边形形
状(例如，正方形、六边形、倾斜六边形、三角形、Penrose五边形)，并且数字化域是使用像
素的域的几何形状的近似。在图21的第四帧中，示出所有投射视点图像的视场。这被称为
装置的范围。该范围不必等于装置的视场。该范围不需要是圆形的。在这个例子中，该范
围被分割成许多不同部分，每个部分是特定视点图像的视场的子集。

[0057] 图22表示位于装置的范围外面但位于装置的视场里面的观察者看见的内容。示出在图22的右侧的这种观察者看见作为从位于邻近透镜的域里面的点进行采样的透镜的
结果的视点图像。使用具有与图8的第一帧中的数字化域相同的数字化域的装置，在图23
中示出这个所谓的采样。

[0058] 图23表示透镜的视场和范围的三个拷贝。该范围包括视点图像(2,3)、(2,2)和(2,1)的投射。在这个示图中，该范围已在径向意义上重复以在该装置投射视点图像方式的
方面显示该装置的周期性。在这个图中，观察者1看见位于该范围中的视点图像(2,1)，而
观察者2看见位于邻近透镜的范围中的视点图像(2,3)。

[0059] 无缺口如以上详细所述，在数字化域像素的数量和本发明的安全装置能够投射的视点图像的
数量之间存在一一对应。保持相同域尺寸，当数字化域像素的数量增加时，每个个体视点
图像的视场减小，引起更大的观察者的左眼和右眼将会被提供不同图像的可能性。如果视
点图像被设计为彼此具有某种关系，则观察者将会看见3D图像。例如，通过将每个视点图
像定义为来自在观察者观察装置时将会与观察者的位置对应的位置的物体的视图，能够形
成这种关系。例如，正在“向前”观看Utah茶壶的照相机应该拍摄照片，该照片将会提供应
该由该装置投射并且由“向前”观看该装置的观察者看见的视点图像。类似地，正在“从右
侧”观看Utah茶壶的照相机应该拍摄照片，该照片将会提供应该由该装置投射并且由“从
右侧”观看该装置的观察者看见的视点图像。考虑图20，这意味着将会存在照相机将会从
其拍摄物体的照片的一共144个位置以及观察者能够从其看见该装置投射唯一视点图像
的一共144个截然不同并且小区的域(其和创建整个范围)。观察者在这个范围内的轻微
移动保证：当产生照片时，仅存在照相机的轻微移动。然而，如果观察者移动到该范围的外
面并且看着该装置，则从正在拍摄照片以开始的照相机的角度，观察者跨越该范围的边界
的小移动将会对应于照相机的大移动：照相机将会一直移动到另一极端。这在观察者看见
的我们称为“缺口”的东西中创建大的不连续性。对于我们迄今为止已使用的例子，缺口是
大于该范围的装置的视场的结果。

[0060] 在示例性实施例中，本发明的装置被设计为投射沿所有方向具有全视差的3D图像。然而，在这个实施例中，在透镜和它们各自的域之间不存在“x-y”配准。

[0061] 在前面的例子中，已假设在透镜和它们各自的域之间存在“x-y”配准。换句话说，当观察者从垂直于装置的表面的远处有利地点观看装置时，则每个透镜应该对正好位于数
字化域的中心的点进行采样。实际上，透镜阵列和图像层单独形成，并且因此难以确保这种
配准。事实上，透镜阵列相对于图像层的x-y放置可以是稍微随机的。

[0062] 图24中示出的装置1将会导致沿垂直于装置的表面的方向投射该范围，当从高角度观看装置时发生缺口。这是装置(诸如，以前描述的装置)的理想方案并且投射静态3D
物体。然而，以相等的可能性，当前制造过程将会导致像装置2一样的某种东西，其中数字
化域之间的边界直接位于每个透镜下方。当观察者正在从垂直位置观看装置时，这将会导
致3D图像的缺口。沿仅在尴尬视角看见的方向投射该范围(和该范围的拷贝)。不希望出
现这种情况。

[0063] 在以下描述的示例性实施例中，本发明的安全装置投射没有缺口的图像。在消除缺口时，不再需要透镜与域配准的要求，并且能够使用当前技术实现这种装置的可制造性。

[0064] 由本发明人用来设计具有3D和其它效果但没有缺口的本发明的安全装置的示例性实施例的数学基础基于下面在图25中示出的陈述：
在表示为(θ, )的观察者的视点、表示为(x,y)的透镜在域内采样的位置和表示为
称为图像(x,y)的采样位置的矩阵值(或图像值)函数的观察者看见的投射视点图像之间
存在一一对应。

[0065] 因为假设观察者与本发明的装置相隔“非常远”，所以仅根据它的角度球坐标而非径向分量给出观察者的位置。最终，这个(θ, )坐标被映射到(x,y)坐标，(x,y)坐标是
提供视点图像的图像值函数的输入。

[0066] 如图23中所示，如果观察者从足够高的角度(即，变大)观看本发明的装置，则透镜将会全部具有位于邻近透镜的域中的采样点。由于装置的基本上周期性的性质，据说
采样点(x,y)简单地从域的一侧“跳跃”至另一侧。这被示出在图26中。域因此照字面意
义是二维多边形区域，其中该区域中的任何点被映射到图像。这种域将在以下被称为基本
域。

[0067] 在所有以前的例子中，基本域是正方形。然而，更多的一般形状是六边多边形或六边形，如图27中所示。在这个示例性实施例中，倾斜六边形铺满图像层平面，并且与正方形
相比代表更一般的基本域。此外，可将在地形上等同于正六边形的倾斜六边形映射为正六
边形而没有一般性的损失。

[0068] 在图28中，这个基本域的边缘被利用箭头标记以指示当图像层平面被利用这个六边形铺满以在图像层上形成周期性结构时哪些边缘排队。

[0069] 已将倾斜六边形识别为基本域并且已利用这些六边形铺满图像层平面，本发明人随后识别即使当x和y被“卷回”到基本域上时也连续的x和y的数学函数。为了表示这
是可能的，本发明人考虑将六边形卷成管。特别地，图29显示六边基本域被围绕x轴“卷
起”，从而顶边遇到底边以创建“管”。接下来，管被围绕垂直轴线“卷起”，从而左边和右边彼
此适当地遇到。在这个六边基本域的情况下，必须引入“扭曲”以使得分别地左上边缘遇到
右下边缘并且右上边缘遇到左下边缘。最后的形状是扭曲环面。用于从六边形形成扭曲环
面的处理被示出在图30中，该处理帮助呈现六边形基本域在地形上等同于环面的事实。

[0070] 通过扭曲环面的“连续”着色并且随后展开，本发明人发现能够在基本域上存在当基本域在空间周期性意义上重复时保持连续的任何数量的连续数学标量或二维函数。

[0071] 然后使用这些连续数学标量函数制造或修改图像。这些图像用作上述图像值函数。

[0072] 作为示例性例子，标量函数被应用于图31中示出的基本域，该基本域是在xy平面上的区域。具体地讲，该基本域是以(0,0)为中心的正六边形，它的六个顶点与原点相隔一
个单位距离。本发明人已发现：避免缺口的一个方式是确保当这种标量函数被应用于基本
域的重复拷贝时结果是连续的。下面是这种标量函数的例子：
在图32的第一帧中，示出在标量函数已被应用于基本域之后的图31的基本域，而在第
二帧中，示出基本域的在空间上重复的拷贝(在已应用标量函数之后)。在图32的第二帧
中能够容易地看出，通过反复铺满基本域而形成的平面被利用连续函数覆盖。换句话说，无
论采样点沿什么方向移动，永远不存在d的值的突然变化。

[0073] 标量值d随后被用于改变或定义图像。在一个示例性例子中，这个标量值d被用作图像中的比例因子。所获得的安全装置具有这样的图像：当该图像从左到右平铺时，该图
像变大并且变小。

[0074] 以上示例性例子是基本域如何能够具有应用于它的标量函数的相对比较简单的例子，该标量函数允许基本域的平铺是连续的。该函数的值随后被用于以某种方式定义或
改变图像；在这种情况下，该函数的值被用于调整图像的尺寸。通常，多个函数能够被同时
用于改变图像的不同方面。任何数量的函数能够被用在单个设计中，并且这些函数中的每
一个能够以可设想的任何方式影响该设计。能够通过使用这些函数调整图像中的任何可量
化参数以便创建非常动态的设计。例如，一个函数能够控制图像的旋转，而另一函数影响照
明。多个物体能够使用多个函数独立于彼此在尺寸方面增加和缩小。函数能够是水平正弦
曲线(比如，以上例子)或垂直正弦曲线。能够根据极坐标定义函数以具有其它功能。另
外，这些函数的任何线性组合能够被组合以在设计中给出物体的非常复杂的行为。这些函
数及其在图像/物体上引起的关联变化的仔细设计能够形成利用其它方法无法实现的3D
效果。

[0075] 如图33中所概述，能够在基本域上定义多个函数。这些函数中的每一个能够以独立方式改变或定义图像。

[0076] 在另一示例性例子中，做出由当观察者的视角改变时旋转的一批相同立方体代表的设计。具有反射、“红椿”轮廓、阴影等的这些立方体被示出在图34中。

[0077] 如图35中所示，当观察者从左向右移动时，立方体围绕垂直轴线旋转。在这个图中，箭头指示当观察者的视角沿水平方向变化(左右倾斜)时的立方体的移动的方向。当
观察者上下移动时，立方体朝着立方体排列的中心围绕它们自己的轴线旋转。这就好像它
们正在朝着排列的中心翻滚或从排列的中心翻滚离开。这被示出在图36中。在这个图中，
箭头指示当观察者的视角沿垂直方向变化时的立方体的移动的方向(朝向-远离倾斜)。

[0078] 为了使这些类型的移动没有缺口，每个立方体的全部运动范围必须以某种视觉逻辑方式是循环的。

[0079] 如果对于左右移动而言全部移动范围跨越60度(360/6)，则每个立方体将会移动到它的邻居的位置，并且在这个移动的末尾的结果将会无法区别于开始。这个60度数字有
效，因为存在围绕圆圈等距离分布的六个立方体。

[0080] 如果对于朝向-远离移动而言全部移动范围跨越90度，则每个立方体将会完成四分之一翻滚，并且它将会无法区别于根本未移动的立方体。这个90度数字有效，因为立方
体沿着与它的一个面正交的轴线具有90度旋转对称。

[0081] 对于这个示例性例子，使用图37中示出的数字化域。这个域由接近于六边形的形状的360个正方形的排列构成。换句话说，这个域具有代表一共360个独一无二的视点图像
的360个数字化域像素。如图38中所示，这个六边形有效地铺满图像层平面。换句话说，
在数字化域像素之间不存在空隙，并且不存在交叠的数字化域像素。在这个图中，简单地绘
制粗线以帮助显示六边形之间的边界。能够以这种方式使这个图中示出的每个正方形变为
矩形：近似六边形的阵列中的所获得的间距正好与将要使用的预期透镜匹配。

[0082] 随后选择能够被用于将观察者的视角映射到图像中的参数的两个扭曲环面对称函数。以上隐含地定义的这些函数包括当观察者左右移动时从0度前进至60度的第一函
数f1和当观察者上下移动时从0度前进至90度的第二函数f2。这两个函数都是简单的线
性函数。应用于六边形的第一线性函数f1被示出在图39中。当你跨越六边形从右向左前
进时，这个函数从0(白色)扫描到60(黑色)。

[0083] 应用于六边形的第二函数f2被示出在图40中。当你从六边形的顶部前进至六边形的底部时，这个函数从0(白色)到90(黑色)扫描两次。

[0084] 这里需要注意的是，图39中的每个六边形是相同的，并且图40中的每个六边形是相同的。另外，函数在图39中沿垂直方向并且在图40中沿水平方向从一个六边形到另一
个六边形在水平意义上“平稳地”运行。在每个函数f1和f2之间存在突然“跳跃”，这能够
被视为从白色到黑色的硬过渡。然而，正在由这些函数控制的物体的对称性实际上隐藏这
个函数不连续。这是因为，当立方体旋转(在图35的意义上)60度时，它们结束于与它们
开始时相同的位置。类似地，当立方体旋转(在图36的意义上)90度时，它们结束于与它
们开始时相同的位置。

[0085] 然后为这个特定设计产生视点图像。如上所述，对于图37中的每个数字化域像素，将会存在当观察者从特定视角看着装置时将会揭露的关联视点图像。这意味着：必须产
生一共360个视点图像(因为在图37中存在360个数字化域像素)。对于这些像素中的
每一个，计算f1和f2的值，这些值确定图34中的立方体的旋转位置。图35中的旋转的量
由f1确定，并且图36中的旋转的量由f2确定。一旦对于给定数字化域像素，立方体被放
置在合适位置，渲染视点图像(或拍摄照片)。在任一情况下，使用典型图像处理技术处理
所获得的图像以产生具有已知数量的灰度“级”和等于透镜的数量除以灰度级的数量的数
量的像素的灰度图像。

[0086] 良好地与这种数学定义一起工作的图像的例子包括但不限于：内转迹线和圆内旋轮线；外旋轮线和外摆线；利萨茹曲线；由谐振记录器产生的曲线和像谐振记录器一样的
处理；直纹曲面；以艺术方式产生的曲线和对它们执行的算法；焦散线和射线追踪路径的
集合；和参数可定义曲线族。

[0087] 一般而言，可使用Steenblik等人的第7,333,268号美国专利、Steenblik等人的第7,468,842号美国专利和Steenblik等人的第7,738,175号美国专利中公开的各种材料
和加工技术制备本发明的安全装置，所有这些美国专利通过引用完全包含于此就好像在这
里充分地阐述这些美国专利一样。

[0088] 可按照例如用于制造例如纸币、护照等的片状材料的形式使用本发明的安全装置，或者它可采用更厚、更强壮的形式以用作例如ID卡、高价值或其它安全文档的基础平
台。为了验证目的，本发明的装置也可被以安全条、线、碎片或覆盖物的形式使用并且被安
装到纤维或非纤维片状材料(例如，纸币、护照、ID卡、信用卡、标签)或商业产品(例如，
光盘、CD、DVD、医药封装)等的表面或至少部分地嵌入在纤维或非纤维片状材料(例如，纸
币、护照、ID卡、信用卡、标签)或商业产品(例如，光盘、CD、DVD、医药封装)等内。

[0089] 当以ID卡、高价值或其它安全文档的基础平台的形式使用时，具有例如折射或反射透镜的形式的聚焦元件的底座直径优选地小于大约50微米，优选地从大约5微米至大约
30微米，并且更优选地从大约10微米至大约25微米，而本发明的装置的总厚度优选地小于
或等于大约3毫米(mm)，包括(但不限于)下面的厚度：从大约1 mm变动至大约3 mm；从
大约500微米变动至大约1 mm；从大约200微米变动至大约500微米，从大约50微米变动
至大约199微米，以及小于大约50微米。

[0090] 当以安全条、线、碎片或覆盖物的形式使用时，具有例如折射或反射透镜的形式的聚焦元件的底座直径优选地小于大约50微米，优选地从大约5微米至大约30微米，并且更
优选地从大约10微米至大约25微米，而本发明的装置的总厚度优选地小于大约50微米
(更优选地小于大约45微米，并且最优选地从大约10微米至大约40微米)。

[0091] 安全条、线、碎片和覆盖物可被部分地嵌入在文档的表面内或安装在文档的表面上。对于部分地嵌入的条和线，其各部分在文档中的窗口或孔径沿着条或线的长度在分隔
开的间隔在文档的表面露出。

[0092] 本发明的装置可通过在造纸业中常用的技术在制造期间被至少部分地包括在安全纸中。例如，具有条或线的形式的本发明的装置可被提供给圆网造纸机、圆网机槽机或已
知类型的类似机器，导致条或线全部或部分地嵌入在完成的纸体内。

[0093] 安全条、线、碎片和覆盖物也可在使用或不使用粘合剂的情况下粘合或结合到文档的表面。可使用例如热焊接技术(诸如，超声焊接、振动焊接和激光熔融)实现在不使用
粘合剂的情况下的结合。用于将本发明的装置粘合到文档的表面的粘合剂可以是热熔粘合
剂、热活化型粘合剂、压敏粘合剂和聚合层压薄膜之一。这些粘合剂优选地在本质上是可交
联的，诸如紫外线(UV)固化丙烯酸树脂或环氧树脂，在粘合剂位于熔化阶段中的同时实现
交联。

[0094] 在另一想到的实施例中，本发明的装置形成包含透明或半透明粘合剂(即，透明热塑性材料层)的标签构造的一部分。本发明的装置可被放置在封装的里面，以使得合成
图像保持可见。在这个实施例中，聚焦元件的底座直径优选地小于大约50微米，优选地从
大约5微米至大约30微米，并且更优选地从大约10微米至大约25微米，而本发明的装置
的总厚度优选地小于大约200微米(更优选地小于大约75微米，并且最优选地从大约10
微米至大约50微米)。

[0095] 尽管以上已描述本发明的各种实施例，但应该理解，仅作为例子而非限制提供它们。因此，本发明的宽度和范围不应该由任何示例性实施例限制。

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技术领域

附图说明

具体实施方式

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