摘要：数码彩色扩印中应用位移方法可以提高画面质量。本文提出一种新颖的光学位移方法和原理，并就数码彩扩的工作框图作进一步阐述。
1. 概述
自数码照相机诞生以来，对传统的以感光材料为主体的照相机市场带来了巨大冲击，它的冲击波更是涉及照片冲洗行业 。电子片夹应运而生，它以液晶LCD替代胶片，可以与传统彩色扩印机连接，也可以作为核心部件构成数码彩色扩印机。它之所以能扩印数码照片，是因为液晶LCD能接受视频信号呈现图像，可以用图像处理方法，对液晶上显示图像在层次、对比度、亮度、裁切、色彩等方面进行加工，使用方便，技术上“瓶颈”相对较少，可以实现旧机改造，更加适合国内和一些发展中国家。
数码照相机使用光电转换器件，例如CCD、CMOS和影像记录媒体PC卡等。传统的彩色扩印设备就无法实现用数码照相机拍摄的图像再现和放大，但它可以使图像再现于液晶LCD上。由于液晶LCD的象素与数码照相机光电转换器件的象素不一致，后者大于甚至几倍于液晶LCD象素。例如，目前市场上能买到200万象素的液晶，而数码照相机普遍是800万象素，甚至1600万象素，两者差别甚大。如果此时将液晶LCD的图像放大扩印，势必造成象素失落，其后果是图像在小尺寸时尚可，大尺寸时有“马赛克”现象。尽管现代科技发展液晶LCD的象素有了很大提高，但以目前水平而言，如果在液晶LCD的制造工艺没有重大突破，它的象素值是很难超过数码照相机使用的光电转换器件的象素值。所以使用液晶LCD作为主体的数码彩扩机制成的数码照片只能是小尺寸。如何实现以相对低的象素LCD扩印大尺寸照片，这是急需解决问题。
2. 象素位移原理
象素位移其原理如图1所示。
图1中A为LCD的单个象素（画出了四个象素）在相纸上成像。H为两象素之间的间隙。由数码照相机通过CCD传来的图像信息，在LCD上成一次像，由于LCD的象素数小于CCD象素数，所以浪费了许多信息，而未被LCD上反映出来。如果能把CCD的信息分成若干次传送，如CCD为800万象素，分成4次传送，每次为200万象素。LCD像素同样为200万，可以认为信息完全被送达。在LCD上呈现图像每曝光一次就成像于相纸上，第一次曝光成像于A位置，第二次信息同样在LCD上成像，但信息所反映的图像与第一次不同，如能使LCD作微量移动，曝光的位置与第一次不同，例如在A1位置，第三次曝光成像于A2，第四次成像于A3位置。国外采用压电导磁使LCD芯片作微量移动，移动量仅为几个微米。在长期工作状态下对压电导磁性能寿命、机械结构、电路可靠性要求极高。
3. 光学位移原理
  光线经过折射棱镜出射光线将偏离原入射光线方向产生一偏角，如图2所示。
光线AB经棱镜第一工作面进入棱镜，由第二工作面出射光线为DE，光线AB经过二次折射后出射光线DE与原入射光线AB的入射方向不一致，有一夹角δ，δ称之为偏向角。如棱镜玻璃的折射率为n，两工作面夹角为α，则可得：

 
式中：Ⅰ1和Ⅰ1′分别为光线入射第一工作面时的入射角和折射角。
      Ⅰ2和Ⅰ2 ′分别为光线入射第二工作面时的入射角和折射角。
      δ为入射光线AB和出射光线DE的夹角称之为偏向角。
      α为棱镜两工作面之夹角。
若两工作面间夹角α很小，可以近似地认为是平行玻璃板，则Ⅰ1′=Ⅰ2 ，Ⅰ1=Ⅰ2′。并将α和δ以弧度值代替正弦值，代入上式可得 。      
当Ⅰ1和Ⅰ1′很小时，cosⅠ1′和cosⅠ1可用1代替，可得δ=α(n-1)。对于α角很小的折射棱镜就是光禊，α又称之为光楔的折射角。从上式可知，当光楔材料选定即折射率为定值时，光线经光楔产生的偏向角仅与光楔的折射角α有关，如图3所示：
α越大产生偏向角δ越大。
 将此类光禊置于液晶LCD之上，距离为L，如图4所示：
           
图4  位移
光线经过液晶LCD后图像产生位移，位移量△与偏向角、光楔与LCD距离L有关。△=Lα(n-1)。只要光楔与LCD相对位置合适，总能实现需要的位移量△。每位移一次就曝光一次，由于每次曝光图像与前次不重合，与图像信息技术传送配合就能实现在LCD有限象素下再现高象素容量的显示。与使用压电导磁位移不同的是前者使液晶LCD作微量移动实现位移量△，后者液晶LCD不作移动，控制液晶LCD与光楔之间距离实现一定的位移量，只要光楔有足够精度，在使用过程中不会因为机械磨损、电气性能老化而影响位移精度。
4. 光学位移的工作框图
光学位移的工作框图如图5所示：
 
图5  光学位移的工作框图
存有光楔的光盘按照一般市场上数码照相机CCD象素设置孔数。例如使用200万象素的LCD，在显示800万象素的图像时，在光盘上开4个孔，且360°均布。孔呈长方形，内置按规定排列的光楔，在由微机控制的步进电机带动下，光源照明液晶LCD，通过不同位置光楔在相纸上形成对应图像。被分解为4个200万象素的子图像，通过4个不同位置光楔形成4个相应的子图像，在相纸上4个子图象合成还原成800万象素的图像。孔数由液晶LCD象素和图像信息象素决定。因此只要光楔分布合理，可以完成对更多象素图像的传送。
5. 结束语
 欲获得大尺寸高质量照片，在使用液晶LCD作为主体的数码彩扩中，位移技术的应用是必不可少的。光学位移作为一种简便质量稳定的方法，可以在这类彩扩中进行推广。但必须对不同象素的液晶LCD找出最佳的位移量。一般对位移照片进行20-30倍放大，观察没有明显的“马赛克”现象，可认为是成功的作品。
参考文献
[1] 张以漠 著. 应用光学（修订本）. 北京机械工业出版社. 1988年
[2] 王之江 著. 实用光学技术手册. 北京机械工业出版社. 2007年