РЕШЕТЧАТОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
LATTICED IMAGE AND METHOD OF OBTAINING SAID IMAGE

Настоящее изобретение относится к решетчатому изображению для получения, по меньшей мере, одного полутонового изображения, а также к способу получения подобных решетчатых изображений.
Известно использование голограмм, голографических решетчатых изображений и прочих дифракционных картин наподобие голограмм для защиты подлинности кредитных карточек, ценных бумаг, упаковок изделий и пр. Как правило, такие дифракционные картины создаются посредством воздействия на светочувствительный слой наложенным когерентным излучением. Настоящие голограммы создаются благодаря тому, что объект облучают когерентным лазерным светом, при этом лазерный свет, рассеиваемый объектом, складывается в светочувствительном слое с не измененным опорным лучом.
Если же накладываемые световые лучи в светочувствительном слое состоят из вытянутых в пространстве равномерных когерентных волновых полей, то голографические дифракционные картины будут создаваться по завершении наложения. При воздействии наложенных волновых полей на светочувствительный слой типа фотопленки или фоторезиста формируется голографическая дифракционная решетка, которая может быть сохранена, например, в виде светлых и темных линий на фотопленке либо в виде пиков и провалов в слое фоторезиста. Поскольку в данном случае световые лучи не рассеиваются объектом, голографическая дифракционная решетка будет формировать обыкновенный оптически изменяющийся цветной отпечаток, а не нарисованное изображение.
Имея голографические дифракционные решетки, можно для получения голографических решетчатых изображений вместо того, чтобы закрывать всю площадь светочувствительного материала равномерной голографической дифракционной решеткой, пользоваться специальными масками (шаблонами), которые позволят в каждом отдельном случае закрывать лишь нужные части области записи одним из множества различных равномерных решетчатых узоров. В результате подобное голографическое решетчатое изображение будет состоять из множества решетчатых полей с разными дифракционными решетчатыми узорами. Имея подобное голографическое решетчатое изображение, мы получаем возможность создания множества различных орнаментальных элементов путем подбора надлежащего размещения решетчатых полей.
Дифракционные решетчатые узоры голографического решетчатого изображения представляют собой обычно линейные решетки с множеством параллельных линий, располагающихся на незначительном расстоянии друг от друга. Дифракционные решетки каждого решетчатого поля или каждой области решетчатого изображения характеризуются такими параметрами, как постоянная решетки и угловая ориентация решетчатого узора, а также очертания или контур области. Угловая ориентация решетчатого узора описывается, как правило, азимутальным углом, то есть углом между параллельными линиями решетки и некоторым произвольно заданным опорным направлением. В голографических дифракционных решетках постоянная решетки и азимутальный угол задаются обычно через длину волны и направление падения воздействующих волновых полей, а также очертания полей, создаваемых с помощью фотошаблонов.
В целом можно говорить о том, что постоянная решетки решетчатого узора в некоторой области решетчатого изображения является решающим фактором для цвета этой области в процессе ее просмотра, тогда как азимутальный угол определяет видимость области изображения с некоторых направлений. Таким образом, основываясь на рассматриваемой технологии, можно создавать всякие оптически изменяемые изображения - такие, например, как чередующиеся, подвижные или выглядящие трехмерными.
Полутоновые решетчатые изображения традиционно выполняют с использованием так называемого «метода точечной матрицы», который описан, в частности, в документе ЕР 0423680 А2. Здесь полутоновое решетчатое изображение составлено из множества небольших практически точечных областей с диаметром, равным, как правило, от 10 до 200 мкм. В указанных точечных областях голографические дифракционные решетки формируются с помощью так называемой «машины для формирования точечноматричных голограмм». Однако такие машины имеются в настоящее время в свободной продаже, а значит, доступны и для потенциальных изготовителей подделок.
Учитывая все изложенное выше, в настоящем изобретении была поставлена цель получить решетчатое изображение рассмотренного типа, которое было бы лучше защищено от подделок и позволяло бы создавать полутоновые изображения высокого оптического качества. Кроме того, изобретение предусматривает разработку способа получения подобных решетчатых изображений.
Упомянутая задача решается посредством создания решетчатого изображения, которое обладает признаками, заявленными в основном пункте формулы. В соответствующих последующих пунктах заявлены способ получения этого изображения и объект с таким изображением, а в зависимых пунктах - отдельные варианты и модификации изобретения.
Согласно изобретению, предлагается решетчатое изображение общего характера, которое предназначено для получения, по меньшей мере, одного нерастрированного полутонового изображения с множеством уровней яркости, причем указанное решетчатое изображение имеет множество решетчатых полей. Решетчатые поля включают в каждом случае воздействующий на электромагнитное излучение решетчатый узор, состоящий из множества решетчатых линий. Будучи освещены, решетчатые поля формируют в каждом случае локальную область полутонового изображения с постоянным уровнем яркости.
Изобретение основано на концепции повышения степени защиты от подделок полутоновых решетчатых изображений благодаря устранению даже малейшего растрирования. В то время как системы с точечной матрицей для получения растрированных решетчатых изображений имеются в свободной продаже и потому доступны широкой публике, покрыть решетчатыми узорами локальные области с неровными краями значительно труднее, и дается это далеко не каждому. При просмотре полутонового решетчатого изображения с помощью лупы можно различить существующее растрирование, поэтому проверить подлинность полутонового решетчатого изображения, о котором известно, что оно является нерастрированным, оказывается довольно легко.
Помимо упомянутой функции повышения степени защиты от подделок, разбивка точечной матрицы ведет также к образованию в решетчатом изображении промежутков и точек раздела, которые не определены рисунком. В результате при создании нерастрированного изображения удается достичь более высокого оптического качества, в частности, большей светимости и более светлого цвета или более высокого уровня яркости.
Было обнаружено, что для достижения четкого отличия от растрированных изображений целесообразно, чтобы нерастрированное полутоновое изображение имело лишь несколько уровней яркости, в частности, менее десяти. Особо качественные показатели продемонстрировали нерастрированные полутоновые изображения с тремя, четырьмя или пятью уровнями яркости.
Целесообразно, чтобы решетчатые поля, по меньшей мере, частично включали в себя решетчатые узоры, определяемые постоянной решетки и угловой ориентацией, как это детально описано ниже. В соответствии с альтернативным или дополнительным признаком, решетчатые поля могут также включать в себя решетчатые узоры, образующие матовый узор, который при просмотре не демонстрирует дифракционных эффектов. В результате матовые локальные области легко удается встраивать в решетчатое изображение, получаемое методом электронно-лучевой литографии.
Для формирования матового узора целесообразно, чтобы решетчатые линии в решетчатых полях были ориентированы относительно друг друга случайным образом. В частности, ориентация решетчатых линий изменяется случайным и прерывистым образом. Более детальные сведения о получении и свойствах подобных матовых узоров приведены в документе РСТ/ЕР 2005/000659, раскрытие которого применительно к данному вопросу включено в настоящую заявку.
Для воссоздания нужной яркости освещаемого решетчатого поля решетчатые поля предпочтительно заполнять соответствующими решетчатыми узорами в локальной области, которая соответствует создаваемому уровню яркости. Для этого решетчатые поля должны предпочтительно иметь, в соответствии с создаваемым уровнем яркости, вложенные области, которые заполняются решетчатыми узорами, и незаполняемые области.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления, по меньшей мере, в одном измерении величина заполненных и незаполненных областей меньше предела разрешения невооруженного глаза. В частности, заполненные и незаполненные области могут быть сформированы в виде узких полос, ширина которых меньше предела разрешения глаза, или в виде небольших локальных элементов любой формы, размер которых меньше предела разрешения глаза.
В соответствии с некоторыми другими вариантами, структура заполненных и незаполненных областей может быть видимой. В данном случае форма и размер областей выбираются таким образом, чтобы они не разрушали восприятия изображения, а наоборот, предпочтительнее способствовали его восприятию как, например, резьбы по дереву или гравюры на меди.
Решетчатые поля, формирующие матовый узор, могут быть также целиком заполнены решетчатыми линиями, причем с плотностью, которая будет соответствовать создаваемому уровню яркости.
Решетчатые узоры предпочтительно формируются, по меньшей мере частично, из непрерывных решетчатых линий и создаются с помощью какого-либо литографического инструмента. В этом случае целесообразно, чтобы решетчатые линии соединялись, посредством поворотных участков, расположенных на их концах, по меньшей мере, с одной решетчатой линией, которая идет в виде меандра.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления, при разных ориентациях решетчатое изображение выглядит в каждом случае как какая-либо картина, в частности, нерастрированное полутоновое изображение, как, например, чередующееся изображение, подвижное изображение, стереоскопическое изображение, фоновое изображение или решетчатое изображение с постоянным отпечатком изображения, когда оно создается в движении для наблюдателя. Кроме того, по меньшей мере, одно из нерастрированных полутоновых изображений, создаваемых с помощью решетчатого изображения, может представлять собой изображение в натуральных цветах.
Изобретение охватывает также способ получения решетчатого изображения, выглядящего как по меньшей мере одно нерастрированное полутоновое изображение с множеством уровней яркости. Согласно предлагаемому способу, создается решетчатое изображение с множеством решетчатых полей, которые в каждом случае включают в себя воздействующий на электромагнитное излучение решетчатый узор, состоящий из множества решетчатых линий, и которые, будучи освещенными, формируют в каждом случае локальную область полутонового изображения с одинаковым уровнем яркости.
Исходя из растрированного черно-белого полутонового изображения, в соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления способа,
a) предварительно задают растрированное черно-белое полутоновое изображение с множеством пикселей, причем пиксели в каждом случае имеют значение яркости серого,
b) пиксели, значения яркости которых лежат в заданном интервале, в каждом случае комбинируют, формируя при этом поле изображения таким образом, чтобы создавалось нерастрированное изображение с уровнями яркости, имеющее заранее выбранное количество дискретных уровней яркости,
c) задают решетчатые поля решетчатого изображения, которые назначают комбинированным полям изображений и размещение которых внутри решетчатого изображения соответствует размещению полей изображения в заданном полутоновом изображении, и
d) заполняют решетчатые поля решетчатыми узорами, которые, будучи освещенными, формируют в каждом случае локальную область с одинаковым уровнем яркости внутри нерастрированного изображения с уровнями яркости.
Исходя из растрированного цветного полутонового изображения, в соответствии со следующим предпочтительным вариантом осуществления способа,
а) предварительно задают растрированное цветное полутоновое изображение с множеством пикселей, причем пиксели в каждом случае имеют значения яркости для некоторых основных цветов,
b) для каждого основного цвета пиксели, значения яркости которых для этого основного цвета лежат в заданном интервале, комбинируют в каждом случае, формируя при этом поле изображения таким образом, чтобы для каждого основного цвета создавалось нерастрированное изображение с уровнями цветоделения, имеющее заранее подобранное количество дискретных уровней яркости,
c) задают решетчатые поля решетчатого изображения, которые назначают комбинированным полям изображений и размещение которых внутри решетчатого изображения соответствует размещению полей изображения в заданном цветном полутоновом изображении, и
d) делят решетчатые поля на цветные подобласти для основных цветов и заполняют эти цветные подобласти решетчатыми узорами, каждый из которых, будучи освещенным, формирует локальную область с тем же уровнем яркости основного цвета внутри нерастрированного изображения с уровнями яркости для этого основного цвета.
Целесообразно, чтобы в качестве основных цветов были выбраны спектральные цвета, в частности красный, зеленый и синий. В данном случае величину цветных подобластей, по меньшей мере в одном измерении, целесообразно выбирать такой, чтобы она была меньше предела разрешения невооруженного глаза. Для этого цветные подобласти можно формировать, например, в виде узких полос с шириной меньше предела разрешения невооруженного глаза или с помощью небольших локальных элементов любой формы с размером меньше предела разрешения невооруженного глаза.
Плоские или искривленные изображения типа описанных выше легко могут быть созданы неголографическим путем так, чтобы вначале для решетчатого изображения задавалась ориентация в пространстве, при которой нерастрированное полутоновое изображение должно быть видимым. Затем, на этапе d), внутри каждого решетчатого поля задаются одна или более подобластей, и для каждой из подобластей задается, на основе заданной ориентации решетчатого изображения и значения яркости решетчатого поля, решетчатый узор с некоторой постоянной решетки и угловой ориентацией с использованием зависимости
где  представляет собой исходную контрольную точку в подобласти решетчатого изображения, ,  и  - нормальный вектор, вектор обзора и вектор освещения в исходной контрольной точке , m - инфракционный порядок и  - вектор решетки для данной подобласти.
а
а
В приведенной выше зависимости (L) представляет собой вектор освещения , а именно вектор с длиной 2π/λ, направление которого задается соединительной линией между точкой освещения и исходной контрольной точки подобласти в каждом случае. Здесь λ - выбранная длина волны из спектра падающего света, которая требуется для создания натурального цвета. Вектор обзора  представляет собой вектор с длиной 2π/λ, направление которого задается соединительной линией между исходной контрольной точкой подобласти в каждом случае и точкой обзора. Решетчатый узор характеризуется вектором решетки , который представляет собой вектор с длиной 2π/, ориентированный в направлении, параллельном решетчатым линиям. Здесь  - это постоянная решетки, то есть шаг решетчатых линий. Положение в пространстве (в общем случае) искривленного решетчатого изображения задается нормальным вектором , который представляет собой вектор с длиной 1, расположенный вертикально на локальной плоскости решетки.
Формула (L) устанавливает соотношение между постоянной решетки и дифрагированной длины волны, определяющее угол между направлением освещения, направлением обзора и положением решетки в пространстве. Векторная формула (L) не зависит от систем координат. Векторы могут располагаться в пространстве как угодно. Соотношение (L) может быть описано разными способами, в зависимости от выбора системы координат и конкретных переменных, используемых для описания.
Локальная зависимость (L) описывает в самом общем виде взаимосвязь между локальными, зависящими от геометрического места векторами. Во многих практических случаях локальные векторы можно заменить постоянными, глобальными векторами, благодаря чему упрощаются расчеты. В частности, в некоторых условиях локальную зависимость (L) можно заменить более простой, глобальной зависимостью
Более детальную информацию на этот счет можно найти в документе РСТ/ЕР 2004/011497 и в заявках на патенты DE 10 2004 006 771.6 и 10 2004 060 672.2, раскрытие которых применительно к данному вопросу включено в настоящую заявку.
Если в качестве предварительно заданного полутонового изображения используется цветное изображение, то целесообразно, чтобы после задания на этапе d) ориентации решетчатого изображения в пространстве были заданы одна или более дополнительных подобластей внутри цветных подобластей каждого решетчатого поля и чтобы для каждой из дополнительных подобластей был определен решетчатый узор с некоторой постоянной решетки и угловой ориентацией на основе заданной ориентации решетчатого изображения, основного цвета и значения яркости цветной подобласти с использованием зависимости (L), где  представляет собой исходную контрольную точку в подобласти решетчатого изображения, ,  и  - нормальный вектор, вектор обзора и вектор освещения в исходной контрольной точке , m - дифракционный порядок и  - вектор решетки для следующей подобласти.
При различных ориентациях решетчатое изображение может выглядеть как множество картин, в частности множество нерастрированных полутоновых изображений, при этом указанные выше этапы будут выполнены для каждого из множества изображений. Затем решетчатые поля множественных изображений целесообразно вложить одно в другое, для чего решетчатые поля предпочтительно разбивают на узкие полосы, а узкие полосы решетчатых полей, относящихся к разным изображениям, располагают поочередно рядом друг с другом. Ширину узких полос предпочтительно выбирать таким образом, чтобы она была меньше предела разрешения невооруженного глаза, причем узкие полосы предпочтительно ориентируют параллельно оси собственного вращения (спиновой оси) или оси наклона решетчатого изображения.
В соответствии с другим вариантом, решетчатые поля могут быть также разбиты на небольшие фракционные области любой формы, а эти небольшие фракционные области решетчатых полей расположены вложенными друг в друга. В этом случае целесообразно, чтобы, по меньшей мере, один характеристический размер небольших фракционных областей был выбран таким образом, чтобы он был меньше предела разрешения невооруженного глаза.
Предметом изобретения является также объект, содержащий решетчатое изображение, полученное с использованием описанного выше способа. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления, этот объект представляет собой защитный компонент, применимый в носителях информации, в частности, защитную нить, метку уровня безопасности или переводной элемент. Его предпочтительно также использовать в случаях, когда объект представляет собой носитель информации, в частности банкноту, ценную бумагу, паспорт, удостоверение личности или справку. В частности, в области решетчатого изображения объект может быть искривленным, например цилиндрически искривленным.
Дополнительные типовые варианты осуществления и преимущества предлагаемого изобретения приводятся ниже со ссылками на приложенные чертежи. На этих чертежах, где для большей ясности масштаб и реальные пропорции не соблюдены,
фиг.1 представляет собой схематическое представление банкноты с решетчатым изображением согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения,
фиг.2 - детальное представление решетчатого изображения по фиг.1,
фиг.3 а - предварительно заданное растрированное полутоновое изображение; b - нерастрированное полутоновое изображение, полученное путем комбинирования пикселей и имеющее три уровня яркости; с - контурные линии одной из локальных областей по фиг.b,
фиг.4 - покрытое решетчатыми линиями сечение решетчатого поля нерастрированного полутонового решетчатого изображения,
фиг.5 - геометрические соотношения при обзоре решетчатого изображения для задания возникающих переменных,
фиг.6 на фиг.6а и 6b в каждом случае - решетчатые поля, которые содержат электромагнитно активный решетчатый узор и решетчатые линии которых ориентированы относительно друг друга совершенно случайным образом.
Ниже сущность изобретения разъясняется применительно, в частности, к банкноте. На фиг.1 дано схематическое представление банкноты 10, которая на передней стороне снабжена решетчатым изображением 12 согласно изобретению. Для этого, в соответствии с типовым вариантом осуществления, решетчатое изображение 12 создано на переводном элементе, прикрепленном к подложке банкноты.
Должно быть совершенно очевидно, что изобретение не ограничивается переводными элементами и банкнотами и может быть также использовано во всех случаях, где применимы решетчатые изображения, - например, на циферблатах часов, в декоративной бижутерии, на этикетках товаров и упаковок, в признаках защиты документов, удостоверений личности, паспортов, кредитных карточек, страховых полисов и пр. На банкнотах и подобных документах, помимо, например, переводных элементов, можно использовать для создания на них решетчатых изображений также защитные нити, а кроме непрозрачных изобразительных элементов, также прозрачные элементы типа прозрачных окон. Их детальное описание приведено в заявке РСТ/ЕР 2004/11497, раскрытие которого применительно к данному вопросу включено в настоящую заявку.
Будучи освещенным, решетчатое изображение 12, детально показанное на фиг.2, выглядит как нерастрированное полутоновое изображение с множеством уровней яркости, которые создаются решетчатыми полями 22-1, 22-2 и 22-3, покрытыми различными решетчатыми узорами. Ниже описывается порядок действий, который используется в соответствии с изобретением для получения подобного нерастрированного полутонового изображения.
Вначале, на фиг.3а, продемонстрировано предварительно заданное полутоновое изображение 30, сформированное точечной матрицей R, которая содержит двумерную матрицу пикселей, задаваемых в каждом случае через их координаты внутри рисунка и значение яркости серого. Точечная матрица R образует, как правило, графический изобразительный рисунок типа портрета W, показанного применительно к рассматриваемому варианту.
Точечная матрица R может быть представлена в цифровой форме, например, в каком-либо формате решетчатой графики типа GIF (Graphics Interchange Format - Формат графического обмена), JPEG (Joint Photographics Expert Group - Формат файлов Объединенной экспертной группы по фотографии), TIFF (Tagged Image File Format - Формат файлов изображения с метками) или PNG (Portable Network Graphics - Формат мобильной решетевой графики).
Для простоты разъясняем ниже сущность рассматриваемого процесса, беря за основу черно-белое полутоновое изображение. Однако само собой разумеется, что предлагаемый способ пригоден также для получения цветных изображений, в которых для каждого пикселя задается вектор цветового пространства типа цветовой модели RGB (Red-Green-Blue - Красный-зеленый-синий) или цветовой модели CMYK (Cyan-Magenta-Yellow-black - Бирюзовый-пурпурный-желтый-черный). В этом случае вместо описываемого здесь черно-белого полутонового изображения используются трехцветные деления, включающие в себя значения яркости, например, для основных цветов - красного, зеленого и синего.
Если обратиться теперь к рисункам, показанным на фиг.3, можно видеть, что все возможные значения яркости пикселей точечной матрицы R разбиты на заранее выбранное число уровней яркости. Так, например, в полутоновом изображении, имеющем значения яркости от 0 (самое темное значение серого) до 255 (самое светлое значение серого), можно выполнить разбиение на три уровня яркости таким образом, чтобы значения яркости от 0 до 85 были назначены уровню яркости 1 («черному»), значения от 86 до 171 уровню яркости 2 («серому») и значения от 172 до 255 - уровню яркости 3 («белому»).
Затем те пиксели точечной матрицы R, значения яркости которых находятся внутри одного из предварительно заданных интервалов, комбинируют с получением локальных полей изображений 32-1, 32-2 и 32-3, как видно на фиг.3b, так что при этом создается нерастрированное изображение 34 с тремя уровнями яркости.
Контурные линии 36-1 локального поля изображения 32-1, то есть назначенные уровню яркости 1 («черному»), снова отображаются отдельно на фиг.3с. Как можно сразу увидеть, форма поля изображения 32-1 (как и форма полей изображений 32-2 и 32-3) определяется только рисунком, отображаемым после комбинирования пикселей, тогда как изначально существовавшее растрирование изображения полностью удаляется.
Как показано на фиг.2, после этого в решетчатом изображении 12 задают решетчатые поля 22-1, 22-2 и 22-3, которые назначают полям изображений 32-1, 32-2 и 32-3 и размещение которых внутри решетчатого изображения соответствует размещению полей изображений в предварительно заданном полутоновом изображении.
В соответствии с уровнем яркости в каждом случае, решетчатые поля 22-1, 22-2 и 22-3 покрывают решетчатыми узорами, которые, будучи освещенными, создают в каждом случае локальную область с постоянным уровнем яркости.
total
На фиг.4 представлено сечение 40 области 22, которое включает в себя области 42, заполненные решетчатыми узорами, и незаполненные области 44. Заполненные области 42 и незаполненные области 44 формируют в каждом случае в виде узких полос с шириной 42-В и 44-В, при этом отношение ширины 42-В решетчатой полосы к суммарной ширине решетчатой полосы и полосы с пробелом, B=42-В+44-В, и определяет нужное значение яркости области 22.
total
Для того чтобы не ухудшалось оптическое восприятие полутонового изображения, суммарную ширину решетчатой полосы и полосы с пробелом, B, выбирают таким образом, чтобы она была меньше предела разрешения невооруженного глаза. В соответствии с другими типовыми вариантами осуществления, суммарную ширину можно также выбрать так, чтобы она была большей, с тем чтобы структура полос способствовала восприятию изображения как резьбы по дереву или гравюры на меди.
Совершенно понятно, что количество уровней яркости можно выбрать и иным, нежели три. Однако количество N уровней яркости предпочтительно не должно быть слишком большим, - в частности, оно должно быть меньше десяти. Для получения рисунка с четкими контурами и явно ощутимым отличием от традиционных растровых изображений практически пригодно, как было установлено, превращение растровых изображений в изображения с разными уровнями яркости, а именно с тремя, четырьмя или пятью уровнями яркости.
Для обеспечения беспрепятственного неголографического создания плоского или искривленного решетчатого изображения, которое выглядит как, по меньшей мере, одно нерастрированное полутоновое изображение с множеством уровней яркости, можно выполнить расчет параметров решетки, как это описано, например, в документе РСТ/ЕР 2004/011497, раскрытие которого применительно к данному вопросу включено в настоящую заявку.
а
Если говорить коротко, каждый решетчатый узор 50 (фиг.5) характеризуется двумя параметрами решетки, а именно шагом а решетчатых линий, который получил название «постоянная решетки», и азимутальным углом ω, который решетчатые линии образуют с опорным/референтным направлением - Ref. Эти два обозначения можно также выразить через вектор решетки , который представляет собой вектор с длиной 2π/, ориентированный в направлении, параллельном решетчатым линиям.
На фиг.5 схематически проиллюстрированы также геометрические соотношения, имеющие место при обзоре решетчатого узора 50, для целей задания возникающих переменных. Ориентация решетчатого поля в пространстве задается нормальным вектором , который представляет собой вектор с длиной 1, расположенный вертикально на плоскости решетки. Падающий свет характеризуется одним или большим числом векторов освещения , которые представляют собой в каждом случае вектор с длиной 2π/λ, ориентированный в направлении от источника света к решетчатому изображению. Здесь λ - это длина волны света, так что монохроматический свет характеризуется векторами освещения одинаковой длины, а белый свет - векторами освещения разной длины. Вектор обзора  представляет собой вектор с длиной 2π/λ, ориентированный в направлении от решетчатого изображения к глазу наблюдателя.
Теперь решетчатое поле плоского решетчатого изображения становится видимым для наблюдателя точно в тот момент, когда приведенное выше отношение (G)
начинает соблюдаться для некоторого целого числа m, поскольку только в этот момент действительно имеет место конструктивная интерференция отраженных световых лучей в направлении обзора.
а
Помимо плоских решетчатых изображений, с помощью предлагаемого способа можно также создавать и искривленные решетчатые изображения. В отличие от плоских решетчатых изображений, в случае с искривленными решетчатыми изображениями нормальный вектор не является некоторой постоянной, а изменяется по площади решетчатого изображения. Поэтому для расчета искривленного решетчатого изображения каждую область решетчатого изображения разбивают на небольшие подобласти, внутри которых нормальный вектор  для исходной контрольной точки Р с координатами  может быть принят, в достаточно хорошем приближении, в качестве постоянной. Далее выполняют приведенный выше расчет постоянной решетки  и азимутального угла ω применительно к каждой из этих подобластей с использованием локально постоянного нормального вектора .
В самом общем случае при расчете можно также учесть, что при большой величине решетчатого изображения и конечном расстоянии между источником решета и наблюдателем как вектор освещения, так и вектор обзора будут зависимы от положения соответствующей подобласти в решетчатом изображении, вследствие чего они будут определяться локально изменяющимися векторами  и . При этом глобальная зависимость (G) представляется в более общей локальной форме
.
Эту зависимость (L) можно также, разумеется, использовать для расчета плоских решетчатых изображений, причем в данном случае нормальный вектор  будет постоянным, и только лишь вектор освещения и вектор обзора будут меняться по площади решетчатого изображения.
После определения требуемых условий обзора по направлениям освещения и обзора, требуемой геометрии решетчатого изображения и требуемого восприятия яркости и цвета для каждого решетчатого поля можно приступать к расчету параметров решетки для каждого решетчатого поля с помощью зависимости (G) или (L). Детальные сведения по такому расчету приведены в публикации РСТ/ЕР 2004/011497.
Если решетчатое изображение должно выглядеть как изображение в натуральных цветах, следует применить следующую процедуру. Исходя из изображения в натуральных цветах, которое может быть предварительно задано, например, в цветовом пространстве RGB, готовят три цветоделенных изображения для красного, зеленого и синего цветов, которые, как описано выше, превращают затем в локальные области с заданным количеством уровней яркости. Так, например, каждое из цветоделенных изображений можно преобразовать в изображение с уровнями цветоделения, имеющее пять уровней яркости.
После этого три изображения с уровнями цветоделения разбивают на узкие полосы, при этом в каждом случае пропускают две из трех полос каждого из цветоделенных изображений. Далее остающиеся полосы вкладывают друг в друга таким образом, чтобы одна полоса из второго и одна полоса из третьего цветоделенного изображения попадала туда, где пропущены полосы первого цветоделенного изображения. Порядок дальнейших действий описан, например, в документе РСТ/ЕР 2004/011497 в ходе рассмотрения в нем фигуры 13. Совершенно очевидно, что вместо трех цветоделенных изображений для красного, зеленого и синего цветов можно применить и иные колорометрические системы с другими цветоделениями. Здесь в каждом случае в качестве спектральных цветов отображаются основные цвета.
Еще одна возможность получения изображений в натуральных цветах с помощью решетчатых изображений рассмотрена в заявке на патент ФРГ 10 2004 060 0672.2, раскрытие которой применительно к данному вопросу включено в настоящую заявку.
В соответствии со следующим типовым вариантом осуществления, необходимо получить чередующееся изображение, то есть, в зависимости от направления обзора, видимым должно стать первое или какое-либо другое изображение. Для этого каждое изображение преобразуют, как описано выше, из предварительно заданного растрового в локальное изображение, состоящее из площадей, покрытых одним из N уровней яркости. После этого используют ту же процедуру, что и описанная в документе РСТ/ЕР 2004/011497 в ходе рассмотрения в нем фигуры 6, то есть разбивают изображения на полосы, пропуская при этом каждую вторую полосу каждого из изображений. Затем полосы накладывают друг в друга таким образом, чтобы одна полоса второго изображения попадала туда, где пропущена одна полоса первого изображения. Далее эти полосы покрывают разными решетками таким образом, чтобы они освещались в нужном направлении. Внутри каждой полосы отношение площади, покрытой решетками, к суммарной площади полосы соответствует значению яркости. Ширина, составленная из ширины полосы и ширины пробела, должна предпочтительно быть меньше разрешающей способности глаза или выбирается такой, чтобы структура полосы не разрушала восприятия изображения, а наоборот, предпочтительнее способствовала ему, как это происходит при резьбе по дереву или гравировании на меди. Данные растрирования целесообразно вычислять так, как было описано выше.
В соответствии с другими типовыми вариантами осуществления, с разных направлений должны быть поочередно видимыми более двух, например m, изображений. Эти m изображений имеют место в виде точечных матриц в оцифрованном формате. Как сказано выше, вначале генерируют локальные изображения. Их разбивают на полосы. Из каждого изображения сохраняют только m-ую полосу, тогда как находящиеся между ними (m-1) полос удаляют. Оставшиеся полосы m изображений вдвигают друг в друга таким образом, чтобы после надлежащего их покрытия решетками указанные m изображений становились попеременно видимыми с разных направлений обзора. Ширина m-кратной полосы предпочтительно должна быть меньше разрешающей способности глаза или ее выбирают такой, чтобы структура полосы не разрушала восприятия изображения, а наоборот, предпочтительнее способствовала ему, как это происходит при резьбе по дереву или гравировании на меди. Данные растрирования целесообразно вычислять так, как было описано выше.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления, m изображений, о которых говорилось применительно к предыдущему варианту, создают, например, из двух предварительно заданных изображений с помощью трансформационной компьютерной программы. Так, например, можно предварительно задать портрет человека и изображение львиной морды. Пользуясь трансформационной программой, вычисляют (m-2) промежуточных изображений, которые отображают медленное превращение лица человека в львиную морду. Теперь мы имеем m растровых изображений. Они подвергаются дальнейшей обработке в соответствии с описанным выше таким образом, чтобы в конечном итоге было получено наклоненное изображение, на котором при его наклоне вбок перед наблюдателем человек медленно превращался в льва, а при наклоне назад возвращалось человеческое лицо.
В соответствии с другим типовым вариантом осуществления, m изображений представляют собой подизображения из подвижной последовательности, которая развивается в виде перелистываемой книги, когда изображение наклоняется вбок перед наблюдателем. Эти m изображений могут также быть m видами объекта с разных направлений, причем направления обзора между этими видами выбирают, а расстояние обзора для наблюдателя вводят таким образом, чтобы в момент обзора готового решетчатого изображения возникало изображение, выглядящее трехмерным.
В соответствии со следующим типовым вариантом осуществления, решетчатое изображение, полученное из полутонового изображения, должно не только освещаться на короткое время по некоторым направлениям обзора при его наклоне, но и оставаться при наклоне всегда видимым в пределах некоторого значительного диапазона углов обзора.
В рассмотренных выше случаях осуществлялось разбиение на прямые вертикальные полосы, хотя можно использовать также наклонные или горизонтальные полосы. Не требуется предусматривать обязательно прямые полосы, они могут быть также криволинейными или волнистыми.
Можно также предусмотреть комбинирование разных вариантов осуществления - так, например, можно выполнить подвижное изображение в натуральных цветах или в стереоскопической форме, либо изображение в натуральных цветах может оставаться постоянным в пределах некоторого значительного диапазона обзора. Если предусмотреть комбинирование множества эффектов, то могут появиться более крупные группы полос, которые должны вдвигаться друг в друга таким образом, что, даже если не предпринимать никаких дальнейших действий, суммарная ширина располагающихся рядом друг с другом полос будет больше разрешающей способности глаза, чего в ряде вариантов лучше избегать.
Поясним это следующим образом. Пусть требуется выполнить, например, 10 фаз движения подвижного изображения в натуральных цветах, то есть в каждом случае с 3-мя цветоделенными изображениями для красного, зеленого и синего. Если в каждом случае необходимо иметь дело с 5-ю уровнями яркости и в качестве минимальной ширины полосы для оптически эффективной решетки задано значение 3 микрометра, то мы получим вначале суммарную ширину полос, равную 10×3×5×3 микрометров = 450 микрометров, что превышает разрешающую способность глаза. Однако эту суммарную ширину полос можно уменьшить путем разбиения отдельных полос на участки, размер которых предпочтительно должен быть меньше разрешающей способности глаза или должен выбираться таким, чтобы структура участка не разрушала восприятия изображения, а наоборот, предпочтительнее способствовала ему, как это происходит при резьбе по дереву или гравировании на меди.
Во избежание формирования некачественной матрицы, нарушающей восприятие изображения, разбиение на участки следует делать разным для разных полос. Один из примеров этого приведен ниже в Таблице 1, в соответствии с которой имеется подвижное изображение с 10-ю фазами движения и 3-мя цветоделенными изображениями для красного, зеленого и синего, которое имеет в каждом случае по 5 уровней яркости. Уровни движения и цветоделения выполнены в виде полос, а уровни яркости - в виде участков. Разбиение на участки сделано разным для разных полос.
Таблица 1
№ полосы
Состояние движения
Цветоделение
Количество решетчатых линий на уровень яркости
1
1-я фаза движения
красный
8
2
1-я фаза движения
зеленый
8
3
1-я фаза движения
синий
8
4
2-я фаза движения
красный
9
5
2-я фаза движения
зеленый
9
6
2-я фаза движения
синий
9
7
3-я фаза движения
красный
10
8
3-я фаза движения
зеленый
10
9
3-я фаза движения
синий
10
10
4-я фаза движения
красный
11
11
4-я фаза движения
зеленый
11
12
4-я фаза движения
синий
11
…
28
10-я фаза движения
красный
17
29
10-я фаза движения
зеленый
17
30
10-я фаза движения
синий
17
После 30-й полосы цикл возобновляется, при необходимости, со сдвигом фаз, вследствие чего одна полоса будет непохожей на другую.
В Таблице 2 приведены длины участков внутри полос согласно разбиению по Таблице 1. Здесь для отдельных цветоделений брали за основу следующие данные:
- красное цветоделенное изображение: на длине волны 0,630 мкм в нормальных условиях требуется шаг решетчатых линий, равный 0,891 мкм
- зеленое цветоделенное изображение: на длине волны 0,550 мкм в нормальных условиях требуется шаг решетчатых линий, равный 0,777 мкм
- синее цветоделенное изображение: на длине волны 0,470 мкм в нормальных условиях требуется шаг решетчатых линий, равный 0,665 мкм.
Здесь, если смотреть по вертикали сверху вниз, в качестве нормальных условий приняты освещение под углом 45° и горизонтальная плоскость решетки.
Применительно к самому низкому уровню яркости в полосе один участок заполняют в соответствии с Таблицей 2, затем следуют 4 незаполненных участка, потом еще один заполненный и, наконец, другие 4 незаполненных. Далее следует та же последовательность. Для второго уровня яркости в полосе два участка заполняют в соответствии с Таблицей 2, затем следуют 3 незаполненных участка, потом еще два заполненных и другие 3 незаполненных и т.д. Для третьего уровня яркости в полосе 3 участка заполняют в соответствии с Таблицей 2, затем следуют 2 незаполненных участка, потом еще 3 заполненных и другие 2 незаполненных и т.д. Для четвертого уровня яркости в полосе 4 участка заполняют в соответствии с Таблицей 2, затем следует один незаполненный участок, потом еще 4 заполненных и другой незаполненный участок и т.д. Для пятого, самого высокого, уровня яркости в полосе все участки без пробелов заполняют в соответствии с Таблицей 2, то есть для самого высокого уровня яркости разбиение на участки не применяется.
Таблица 2
№ полосы
Длина участка
1
5×8×0,891 мкм=35,6 мкм
2
5×8×0,777 мкм=31,1 мкм
3
5×8×0,665 мкм=25,6 мкм
4
5×9×0,891 мкм=40 мкм
5
5×9×0,777 мкм=35 мкм
6
5×9×0,665 мкм=30 мкм
7
5×10×0,891 мкм=44,5 мкм
8
5×10×0,777 мкм=38,9 мкм
9
5×10×0,665 мкм=33,3 мкм
10
5×11×0,891 мкм=49 мкм
11
5×11×0,777 мкм=42,7 мкм
12
5×11×0,665 мкм=36,7 мкм
…
28
5×17×0,891 мкм=75,7 мкм
29
5×17×0,777 мкм=66 мкм
30
5×17×0,665 мкм=56,5 мкм
Поскольку суммарная длина полос складывается из многих участков, из-за различий в их длине в полосах возникают неравномерно сдвинутые участки, в результате чего невозможно получить растрирование. Учитывая, что уровни яркости теперь вписаны в участки полос, суммарная ширина полос, то есть 3 микрометра×3×10=90 микрометров, будет меньше разрешающей способности глаза. В рассмотренном типовом варианте осуществления отражен лишь один пример того, как можно избежать растрирования. В принципе, все m изображений (в приведенном выше примере 30 изображений, а именно 10 состояний движения с 3-мя цветоделениями), которые вдвинуты друг в друга, являются взаимно независимыми и могут быть, согласно изобретению, разбиты при необходимости по-разному, лишь бы только сумма ширин m полос и длин участков была меньше разрешающей способности глаза или выбиралась такой, чтобы структура после разбиения не разрушала восприятия изображения, а наоборот, способствовала ему, как в случае резьбы по дереву или гравюры на меди. Благодаря предлагаемым согласно изобретению разным разбиениям изображений, вдвигаемым друг в друга, растрирования не происходит, несмотря на разделение по вертикали и по горизонтали.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения, решетчатые поля могут также полностью или частично состоять из решетчатых узоров, формирующих матовый узор, вследствие чего они не демонстрируют при обзоре дифракционных эффектов.
Подобные матовые узоры можно создать, например, благодаря тому, что решетчатые линии в указанных решетчатых полях будут ориентированы относительно друг друга случайным образом. Сказанное иллюстрируется на фиг.6а и 6b, где показаны решетчатые поля 60 с электромагнитно активными решетчатыми узорами, решетчатые линии 62 которых ориентированы относительно друг друга совершенно случайным образом. Таким образом, параметр «ориентация» изменяется по случайному и прерывистому закону по площади решетчатых полей 60. Случайное изменение продолжается и за пределами участков, показанных на фиг.6, по всей площади решетчатых полей. Такие случайно ориентированные электромагнитно активные решетчатые узоры создают недифракционный матовый узор, который четко отделен от, например, среды с направленной дифракцией или от соседнего тиснения.
В демонстрируемом на фиг.6b решетчатом поле 60 решетчатые линии заполняют показанную площадь не столь плотно, как на фиг.6а. Таким образом, решетчатое поле по фиг.6а имеет менее выраженный эффект матового узора, чем поле по фиг.6b, и потому кажется наблюдателю более темным. В результате области локального изображения, имеющие разную яркость, могут быть заполнены матовыми узорами с разной яркостью, так что создается полутоновое изображение с матовым узором, которое можно просматривать в сильно различающихся условиях освещения - как при направленном, так и при диффузном (рассеянном) освещении.
В соответствии с другим вариантом осуществления, первые части локального изображения выполняют с матовым узором, тогда как его остальные части покрывают соответствующим образом подобранными дифракционными структурами. Поскольку, как было сказано выше, с помощью дифракционных структур могут быть получены цветовые и двигательные эффекты, имеется возможность получения нерастрированных полутоновых решетчатых изображений, имеющих участки с неподвижным изображением, которые выполняют с матовым узором, и участки с динамическим изображением, формируемые с дифракционными структурами.