CN101218520A - 光栅图像及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可形成至少一个具有多级亮度的不加网半色调图像的光栅图像(12)，这种光栅图像具有多个光栅场(22－1，22－2，22－3)。光栅场在各种情况下都包括一种受电磁辐射影响的光栅图案，这种光栅图案由多条光栅线组成。光栅场被照射时，在各种情况下都会产生一个具有相同亮度级的半色调图像的表面区域。

Description

光栅图像及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种至少能形成一个半色调图像的光栅图像以及这种光栅图像的生产方法。

背景技术

众所周知，全息图、全息光栅图像和其他类似全息衍射图案被用来确保***、有价文件、产品包装等的真实性。通常，将光敏层置于叠加相干辐射以产生这种衍射图案。真正的全息图是用相干激光照射物体后，由该物体散射的激光与未受影响的基准光束在光敏层叠加形成的。

另一方面，如果当光敏层上的叠加光束在空间上形成延伸、一致的相干波场时，那么通过叠加就建立了全息衍射光栅。在光敏层(例如摄影胶片或光刻胶层)中叠加的波场作用下，可产生这种全息衍射光栅。它可在摄影胶片以明线和暗线形式保存，或在光刻胶层上以波峰和波谷形式保存。这里，因为光束没有被物体散射，全息衍射光栅仅仅在视觉上给人以颜色变化的感觉，而没有图像表征。

基于全息衍射光栅，可以不必用一致的全息衍射光栅覆盖感光材料的全部表面，而仅通过多个不一致光栅图案中的一个，用合适的掩体覆盖记录区部分(在所有情况下)，就可以产生全息光栅图像。因此，这种全息光栅图像由多个具有不同衍射光栅图案的光栅场组成。在具有这种全息光栅图像后，将光栅场适当排列就可以形成大量不同的图像图形。

全息光栅图像中的衍射光栅图案通常是由多个相互接近的平行光栅线组成的直线光栅。每个光栅场或光栅图像的衍射光栅的特性，由光栅常数、光栅图案的角定向或轮廓确定。一般通过方位角来描述光栅图案的角定向，其中，方位角指的是平行光栅线与任意规定的基准方向之间的角度。在全息衍射光栅中，通常根据波场入射光的波长和方向以及暴露掩体产生的区域轮廓，来设置光栅常数和方位角。

一般而言，光栅图像区域的光栅图案的光栅常数，对于所述光栅图像区域的可视颜色非常重要，因为方位角影响着图像区域在特定方向上的可见度。因而，可以基于这个技术产生视觉上变化的图像，例如交替或运动图像，或者三维图像。

长期以来，半色调光栅图像是通过所谓点阵法产生的，例如在公开号为EP 0 423 680 A2的文献中有所描述。这里，半色调光栅图像由多个小的、直径一般在10μm到200μm之间的类似点状区域组成。这些点状区域中的全息衍射光栅，是通过所谓的点阵全息图机产生。然而，现在商业上可以买到这种点阵全息图机。因而，潜在的伪造者也能得到这种机器。

发明内容

本发明的目标是提出一种光栅图像，其具有上述增强了的防伪安全特性，并且能形成高光学性能的半色调图像。本发明还进一步涉及这种光栅图像的生产方法。

通过具有独立权利要求特征的光栅图像及其生产方法，可以实现本发明的目标。在同等权利要求中，对这种光栅图像的生产方法和具有这种光栅图像的物体进行说明。在从属权利要求中，对本发明的具体实施例进行说明。

根据本发明，普遍的光栅图像可用于形成至少一个具有多级亮度的不加网半色调图像，这种光栅图像具有多个光栅场。在所有情况下，这种光栅场都包括一个受电磁辐射影响的光栅图案，这种光栅图案由多条光栅线组成。在所有情况下照射光栅场，都会产生一个具有相同亮度级的半色调图像表面区域。

这里，本发明的出发点是增强半色调光栅图像的防伪安全性，并且不使用加网技术。虽然很多人可以通过商业手段买到制造加网光栅图案的点阵设备，但通过光栅图案遮住表面的不规则边缘却复杂得多，不是所有人都能做到。用放大镜观察半色调光栅图像，可看到已存在的网点，因而也能轻松检验出不加网的半色调光栅图像的真实性。

除了防伪安全性，点阵式细分也会使未预先确定的空隙和分离点出现在光栅图像上。因此，不加网形成的图像具有更高的光学性能，尤其是亮度更高且色彩更清晰，还能形成具有不同亮度级别的光栅图像。

为了与加网图像区分清楚，已证实不加网的半色调图像优选地只有几个亮度级，尤其是小于十级。不加网半色调图像具有3、4或5级亮度就已经非常好了。

优选的是，光栅场至少部分包括由光栅常数和角定向确定的光栅图案。另外，光栅场也可以至少部分包括形成一种不光滑图案的光栅图案，观看这种不光滑图案时不会出现衍射效应。这样，可以很容易将表面不光滑区域合并到由电子束平版印刷产生的光栅图像中。

为了形成这种不光滑图案，光栅场中的光栅线优选地彼此随机定向，尤其是光栅线的方向随机且不连续变化。更多精确的生产细节和这种不光滑图案的特性在发明PCT/EP2005/000659中有详细描述，这方面的描述都包含在本发明中。

为了重建光栅场在照射时的预期亮度，在所产生亮度级别的相应区域，光栅场优选地分别含有各自的光栅图案。所以，光栅场优选地，与所产生亮度级别对应，含有填充着光栅图案的区域套和未填充区域。

在本发明的一个优选具体实施例中，填充和未填充区域的范围大小，在至少一个方向上，低于肉眼的分辨限度。特别是，这种填充和未填充区域可以形成的窄条带宽度低于肉眼分辨限度，或者形成的任意形状的小元件大小低于肉眼分辨限度。

在其他具体实施例中，填充和未填充区域的结构是可见的。这样，可以选定区域形状和大小，从而使它们不仅不会破坏图像效果，还能优选地完成例如类似木雕或铜版雕刻的图像效果。

形成不光滑图案的光栅场也可以全部填充着光栅线，而且所述光栅线的密度对应于产生的亮度级别。

优选的是，光栅图案至少部分由不间断的光栅线形成，且依靠平版印刷工具的作用。这里，光栅线通过旋转末端部分，优选地与至少一条弯曲形状的光栅线相连。

根据一个优选具体实施例，所有情况下的光栅图像，在不同方向，都只显示一个图像，尤其是不加网半色调图像，这样，观看者可以看到交替图像、运动图像、立体图像、背景图像或运动时图像印象也保持不变的光栅图像。另外，由光栅图像形成的至少一个不加网半色调图像是真彩色图像。

本发明还包括一种光栅图像的生产方法，所述光栅图像呈现出至少一个有多级亮度的不加网半色调图像。在本发明所述方法中，产生的光栅图像有多个光栅场，所有情况下，光栅场都包括由多个光栅线构成的受电磁辐射影响的光栅图案，当被电磁辐射照射时，会在表面区域上产生亮度级别相同的半色调图像。

在一个优选方法具体实施例中，从加网的黑白半色调图像开始进行说明：

a)加网黑白半色调图像含有多个预定像素，所述像素在所有情况下都有一个灰色亮度值；

b)像素各亮度值的间隔是预定的，每种情况下都可以组合形成一个图像场，这样产生的不加网图像所含有的离散亮度级数是预定的；

c)光栅图像的光栅场分布于组合图像场中，光栅场在光栅图像内的排列与图像场在预定半色调图像内的排列相对应；

d)光栅场内填充有光栅图案，当被照射时，在所有情况下都会在不加网的亮度级别图像内产生一个亮度级别相同的表面区域。

在另一个同样优选的方法具体实施例中，从加网的彩色半色调图像开始进行说明：

a)加网彩色半色调图像含有多个预定像素，所述像素在所有情况下都对应于特定原色的亮度值；

b)对于每种原色的像素而言，各亮度值间的间隔都是预定的，在所有情况下都可以组合形成一个图像场，对于每种原色而言，这样产生的不加网色分离图像所含有的离散亮度级数是预定的；

c)光栅图像的光栅场分布于组合图像区中，光栅场在光栅图像内的排列与图像场在预定彩色半色调图像内的排列相对应；

d)光栅场被细分成三原色的彩色子区域，彩色子区域中填充有光栅图案，当被照射时，在每种情况下都会在不加网的亮度级别图像内，产生一个与原色亮度级别相同的区域。

优选地将光谱色，尤其是红色、绿色和蓝色，作为三原色。这里，彩色子区域的范围，在至少一个方向上，优选地低于肉眼的分辨限度。因而，可以在彩色子区域形成，例如，窄条带的宽度低于肉眼分辨限度，或者在表面区域上形成任意形状的小元件，且大小低于肉眼的分辨限度。

首先，将不加网半色调图像为可见时的方向，规定为光栅图像的空间方向，这样可以轻易且非全息地产生这种平面或弯曲的光栅图像。然后，在步骤d)，在每个光栅场内规定一个或多个子区域。对于每个子区域而言，从光栅图像的规定方向和光栅场亮度值，可以通过一个关系式确定一个具有光栅常数和角定向的光栅图案。

$\stackrel{\→}{n}\left(\stackrel{\→}{r}\right)\×({\stackrel{\→}{k}}^{\′}\left(\stackrel{\→}{r}\right)-\stackrel{\→}{k}\left(\stackrel{\→}{r}\right))=m\stackrel{\→}{g}---\left(L\right)$

其中，代表光栅图像子区域内的测试参考点，

和

代表测试参考点

处的标准矢量、视点矢量和光照矢量，m代表衍射级，代表子区域的光栅矢量。

这里，(L)代表光照矢量和长度矢量2π/λ。其中，光照矢量的方向由照射点和所有情况下子区域内测试参考点之间的连接线决定。这里，λ是产生真彩色所必需的、从入射光光谱中选定的波长。视点矢量

就是长度矢量2π/λ，其方向由所有情况下子区域内的测试参考点和观察点之间的连接线决定。光栅图案的特点在于光栅矢量

其代表长度矢量2π/a，方向与光栅线平行。这里，a为光栅常数，即光栅线的间距。通常情况，标准矢量

表示弯曲光栅图像在空间上的位置，代表垂直于光栅局部平面的长度矢量1。

公式(L)建立了光栅常数和衍射波长之间的关系，对照射方向、观察方向和光栅空间位置之间的角度进行了说明。矢量公式(L)独立于坐标系。矢量可以指向空间中的任何方向。可以用各种各样的方式描述关系式(L)，这取决于坐标系和所用具体变量的选择。

局部关系式(L)描述的是，在最通常形式下，与轨迹相关的各局部矢量间的相互关系。在很多情况下，局部矢量可以被不变的全局向量替代，因而能够简化计算。特别，在某些情况下，局部关系式(L)可以被更简单的全局关系式替代。

$\stackrel{\→}{n}\×({\stackrel{\→}{k}}^{\′}-\stackrel{\→}{k})=m\stackrel{\→}{g}---\left(G\right)$

在发明PCT/EP2004/011497以及德国专利申请102004006771.6和10 2004060 672.2中对更多细节进行了描述，这方面的描述都包含在本发明中。

如果预定半色调图像是彩色图像，那么，在步骤d)规定光栅图像的空间方向后，可以方便地在每个光栅场彩色子区域内规定一个或多个进一步的子区域。对于根据光栅图像规定方向形成的每个进一步子区域而言，用关系式(L)可以从彩色子区域的原色和亮度值，确定一个具有光栅常数和角定向的光栅图案。其中，代表光栅图像子区域内的测试参考点，

和

代表测试参考点

处的标准矢量、视点矢量和光照矢量，m代表衍射级，代表进一步子区域的光栅矢量。

光栅图像在不同方向上可以呈现出多个图像，尤其是多个不加网半色调图像，形成每一个图像都须执行所引用步骤。这样，图像的多个光栅场可以方便地彼此嵌入对方，其中，光栅场优选地分解成窄条带，不同图像的光栅场的窄条带互相交替排列。窄条带的宽度优选地低于肉眼的分辨限度，窄条带的方向优选地与光栅图像的自旋轴和倾斜轴平行。另外，光栅场也可以分解成任意形状的小片段区域，它们彼此嵌入对方。这样，小片段区域中至少一个测量特性优选地低于肉眼的分辨限度。

本发明还包括一种物体，其具有根据所述方法产生的光栅图像。在一个优选具体实施例中，这种物体构成一种应用于数据载体的安全元件，尤其是安全线、标签或传递元件。这种物体同样优选为一种数据载体，尤其是钞票、有价文件、护照、身份证或证书。这种物体可以是弯曲的，例如圆柱弯曲，尤其在光栅图像区域内。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式和有益效果作进一步详细的说明。为了清楚起见，在附图中省略了对刻度和比例的描述。其中，

图1是根据本发明一个具体实施例的含有光栅图像的钞票的示意图；

图2是图1中光栅图像的详细示意图；

图3(a)是预定加网半色调图像，图3(b)是组合像素后形成的具有三级亮度的不加网半色调图像，图3(c)是表面区域(b)的轮廓线；

图4是被光栅图案遮盖的不加网半色调图像的光栅场的截面图；

图5是观看光栅图像时的几何关系，用于规定发生变量；

图6(a)和图6(b)中，受电磁辐射影响光栅图案的光栅场及其光栅线的方向，在所有情况下，彼此完全随机。

具体实施方式

现在，将钞票作为范例对本发明进行说明。图1是钞票10的示意图，根据本发明，其正面含有光栅图像12。因而，在此具体实施例中，光栅图像12是在附于钞票基质的传递元件上产生的。

可以理解的是，本发明不限于传递元件和钞票，可以在应用光栅图像的任何地方使用，例如时钟面罩和人造珠宝、商品和包装标签、文件的安全元件、身份证、护照、***、健康卡等。在钞票和类似文件中，例如，除传递元件外还有安全线，除主视图元件外还有透明元件，例如透明窗口，可用于提供光栅图像。这在发明PCT/EP2004/11497进行了详细描述，这方面的描述都包含在本发明中。

当图2中的光栅图像12被照射时，会呈现出具有多级亮度的不加网半色调图像，这是由不同光栅图案遮住的光栅场22-1，22-2和22-3产生。根据本发明，下面步骤是用于产生这种不加网半色调光栅图像：

首先，图3(a)显示的是由点阵R形成的预定半色调图像30，点阵R由二维排列的像素组成。其中，所述像素由绘画图像内的坐标和灰度亮度值确定。点阵R通常构成绘画图像的基调，例如本具体实施例所示的人像W。

点阵R可以是数字形式，例如光栅图案形格式，比如GIF(图形交换格式)，JPEG(联合图像专家组)，TIFF(标签图像文件格式)或PNG(便携式网络图形格式)。

为了简便起见，下面基于黑白半色调图像对方法进行说明。当然，本发明中的方法也适合于彩色图像。其中，每个像素都指定有彩色空间矢量，例如RGB颜色模型或CMYK颜色模型。这样，包含三原色红色、绿色和蓝色亮度值的三种色分离可以，例如，代替所述黑白半色调图像。

回到图3，点阵R像素所有可能的亮度值，被细分成级数预定的亮度级。例如，亮度值在0(最暗灰度值)和255(最亮灰度值)之间的半色调图像，可以分成三个亮度级。其中，亮度值0到85为亮度级1(“黑”)，亮度值86到171为亮度级2(“灰”)，亮度值172到255为亮度级3(“白”)。

亮度值间具有预定间隔的点阵R像素，可以组合成如图3(b)所示的图像区32-1，、32-2和32-3，这样，可以形成具有三级亮度的不加网图像34。

表面图像区域32-1的轮廓线36-1为亮度级别1(“黑”)，在图3(c)中有所描述。由于可被观看者直接看到，所以当原本存在的图像网点被完全移除时，只有通过重新组合像素后所描绘的图形，才能确定图像区32-1的外形(以及图像区32-2和32-3的外形)。

在图2所示的光栅图像12中，光栅场22-1、22-2和22-3被定义为从属于图像区32-1、32-2和32-3，光栅场在光栅图像内的排列与图像区在预定半色调图像内的排列对应。与每种情况的亮度级别相对应的是，光栅场22-1、22-2和22-3被光栅图案遮住，这样当照射时，在所有情况下，可产生相同亮度级别的表面区域。

图4显示的是区域22的截面40，所述区域包括填充有光栅图案的区域42和未填充区域44。填充区域42和未填充区域44(在所有情况下)形成宽度为42-B和44-B的窄条带形状，窄条带宽度42-B与光栅带和间隙带的总宽度之间的关系式，B_total＝42-B+44-B，提供了区域22的预期亮度值。

为了不影响半色调图像的影象，所选择的光栅条带和间隙条带的总宽度，B_total，应低于肉眼的分辨限度。在其他具体实施例中，也可以选择更大的总宽度，以使条带图案能通过木雕或铜版雕刻进一步支持图像印象。

可以理解的是，亮度级数也可以大于3。然而，优选的亮度级数N应不太高，尤其要低于10。为了描绘出具有清晰轮廓的图像，且使人容易察觉出其与传统光栅图像的差异，已经证明，将传统光栅图像转变成亮度级别为3、4或5的亮度级图像是特别合适的。

为了容易且非全息地产生平面或弯曲的光栅图像，且这种光栅图像能呈现出至少一个具有多级亮度的不加网半色调图像，可以计算出光栅参数，例如，在发明PCT/EP 2004/011497中有所描述，这方面的描述都包含在本发明中。

下面简要地进行概述，每个光栅图案(图5)的特点在于两个光栅参数，即光栅线间距(涉及到光栅常数)和方位角ω(光栅线与基准方向Ref的角度，如图5所示)。这两个名称也可以由光栅矢量

表示，它代表长度矢量2π/a，与光栅线平行。

图5也示意性地描绘了观看光栅图像时的几何关系，用于规定发生变量。标准矢量

表示光栅场在空间上的方向，代表垂直于光栅平面的长度矢量1。入射光的特点在于一个或多个光照矢量其表示所有情况下从光源指向光栅图像的长度矢量2π/λ。这里，λ是光波长，因而，单色光的特点在于相同长度的光照矢量，白光的特点在于不同长度的光照矢量。视点矢量

是从光栅图像指向观看者眼睛的长度矢量2π/λ。

当上面的指定条件(G)，即 $\stackrel{\→}{n}\×({\stackrel{\→}{k}}^{\′}-\stackrel{\→}{k})=m\stackrel{\→}{g},$ 遇到整数m，观看者才能正好看到平面光栅图像的光栅场。因为只有那时，在观看方向上才出现反射光束的结构干涉。

除了平面光栅图像，根据本发明方法，还可以产生弯曲光栅图像。与平面光栅图像不同，在弯曲光栅图像中，标准矢量不是常数，它在光栅图像表面是变化的。因而，为了计算弯曲光栅图像，每个光栅图像区域都被分解成小的子区域，其中，对于所述子区域内坐标为 $\stackrel{\→}{r}=(x_0,y_0,z_0)$ 的测试参考点而言，标准矢量

可以被近似当作常数。对于每个所述子区域而言，通过局部不变的标准矢量

可以完成上述光栅常数和方位角ω的计算。

在最常见情况下，可以进一步对计算进行说明。当光栅图像很宽大且光源与观看者之间距离有限时，光照矢量和视点矢量都依赖于光栅图像中那个适当子区域的位置，而所述位置由局部变化矢量

和

确定。这时，全局关系式(G)为更局部性的通式

$\stackrel{\→}{n}\left(\stackrel{\→}{r}\right)\×({\stackrel{\→}{k}}^{\′}\left(\stackrel{\→}{r}\right)-\stackrel{\→}{k}\left(\stackrel{\→}{r}\right))=m\stackrel{\→}{g}---\left(L\right).$

当然，关系式(L)也可以用于平面光栅图像的计算。这种情况下，标准矢量是不变的，只有光照矢量和视点矢量在光栅图像表面变化。

通过照射和观看方向指定预期观看条件后，光栅图像的预期几何排列、每个光栅场的预期亮度和彩色印象以及每个光栅场的光栅参数，都可以通过关系式(G)或(L)计算出来。有关计算细节，可以参考公开文件PCT/EP 2004/011497。

如果光栅图像呈现的是真彩色图像，可以采用以下步骤：例如在RGB颜色模型中，对于真彩色图像可以预定的是三种色分离，即上述红色、绿色和蓝色，它们被转换成亮度级数预定的表面区域。例如，每种色分离可以被转换成具有5级亮度的色分离级图像。

三种色分离级图像被分解成窄条带，在所有情况下，每种色分离的三条带中的两条都被省略了。剩余条带互相嵌套，这样，第二种色分离的条带和第三种色分离的条带都位于第一种色分离条带的缺失位置。例如，公开文件PCT/EP 2004/011497的图13描述了另一种方法。当然，除了三种色分离，红色、绿色和蓝色，也可以使用其他颜色***中的其他色分离。这里，所有情况下的三原色被描绘成光谱色。

在德国专利申请10 2004 060 0672.2中披露了另一种通过光栅图像形成真彩色图像的可能，这方面的描述都包含在本发明中。

根据另一个具体实施例，可以形成依赖于观看方向的交替图像，即第一个或另一个图像变得可见。为此，每个图像都从预定光栅图像，如上述一样，转变成由遮盖住的亮度级区域组成的表面图像，所述亮度级区域的亮度级别为N级亮度之一。此后，公开文件PCT/EP2004/011497采用了相同方法，如公开文件图6所示，也就是，图像被分解成条带，而且每个图像的第二种带都被省略了。然后，条带相互嵌套，这样，第二个图像的条带都位于第一个图像条带的缺失位置。这些条带被不同的光栅遮住，这样，它们可以照亮预期方向。在每条带内，被光栅遮住的面积与条带总面积的比例对应于亮度值。条带宽度加上间隙宽度，优选地低于肉眼的分辨限度，或者所选宽度使条带图案不会破坏图像印象，而是优选地进一步支持图像印象，如木雕或铜版雕刻一样。按上面描述优选地计算光栅数据。

在其他具体实施例中，从不同方向可以交替地看见两个以上图像，例如m个。m个图像是通过数字化形式的点阵呈现出的。如上所述，首先产生表面图像，它们被细分为条带。每个图像中只留下第m条带，其余(m-1)条带都被移除。m个图像的剩余条带相互嵌套，这样，当条带被光栅适当地遮住时，从不同观看方向可以交替地看见m个图像。第m条带的宽度优选地低于肉眼的分辨能力，或者所选宽度使条带图案不会破坏图像印象，而是优选地进一步支持图像印象，如木雕或铜版雕刻一样。按上面描述优选地计算光栅数据。

在一个具体实施例中，上述实施例中的m个图像可以，例如，在形态渐变电脑程序的帮助下由两个预定图像生成，例如预定的人物肖像和狮子表情。借助于渐变程序，对(m-2)个中间图像进行计算处理，从而使人脸慢慢转变成狮子的脸。现在，有m个光栅图像。还有如上述一样的其他方法，最终可以产生倾斜图像。在观看者面前向侧边倾斜所述图像时，人会慢慢地转变成狮子，而倾斜回原来位置时，又变成人。

在另一个具体实施例中，m个图像是可形成一个动作序列的子图像，在观看者面前向侧边倾斜图像时，这种动作序列就会像翻书一样依次进行下去。m个图像也可以是一个物体在不同方向上所呈现出的m个景象，包含所选景象和观看者取景距离之间的观看方向，这样，当观看完最后一个光栅图像时，会产生一个三维图像。

根据另一个具体实施例，半色调图像产生的光栅图像，在倾斜时，不仅在某些观看方向是暂时可见，而且在相当大的视角范围内也一直是可见的。

在这些例子中，都是将分解条带描述为直的垂直条带，但也可以使用倾斜或水平条带。条带不必是直的，也可以是弯曲或波浪形。

这些具体实施例也可以相互结合，例如，可以用真彩色立体地形成运动图像，或者真彩色图像可以在相当大的视角范围内保持不变。如果将多方面效应彼此结合起来，可以产生更大的条带组，所述条带组必须相互嵌套，这样，在没有其他作用的情况下，彼此接近的条带聚集起来形成的组，其宽度将在肉眼的分辨能力之上，这种情况可以避免出现在一些实施例中。

为了进行解释，比如说运动图像的10个运动级别都采用真彩色，即所有情况下都是三种色分离(红色、绿色和蓝色)。如果所有情况下都含有5个亮度级别，且将3微米设为视觉可见光栅的最小条带宽带，那么，条带组的宽度为450微米(10×3×5×3微米)，高于肉眼的分辨能力。然而，当单条带被分成片段时，条带组的宽度会减小，且这些片段的大小优选地低于肉眼的分辨能力，或者选择片段大小使片段组成的图案不仅不破坏图像印象，而会优选地进一步支持它，如木雕或铜版雕刻一样。

为了避免矩阵破坏图像印象，片段的分割可以在条带和条带之间变化。如表I所示范例，在所有情况下都能以5个亮度级别，呈现出具有10个运动级别和3种色分离(红色、绿色和蓝色)的运动图像。通过条带实行运动级别和色分离，通过片段实行亮度级别。片段的分割在条带和条带之间是不同的。

表1

条带号	运动状态	色分离	光栅线数/亮度级
				1	运动状态1	红色	8
2	运动状态1	绿色	8
				3	运动状态1	蓝色	8
4	运动状态2	红色	9
				5	运动状态2	绿色	9
6	运动状态2	蓝色	9
				7	运动状态3	红色	10
8	运动状态3	绿色	10
				9	运动状态3	蓝色	10
10	运动状态4	红色	11
				11	运动状态4	绿色	11
12	运动状态4	蓝色	11
				…
28	运动状态10	红色	17
				29	运动状态10	绿色	17
30	运动状态10	蓝色	17

在第30条带后，重复此循环过程，如果通过变换状态能进行循环，那么就不会出现两条相同的条带。

表2显示的是根据表1在条带内分段形成的片段长度。这里，单个色分离是基于以下数据：

-红色分离：当波长为0.630μm时，在标准条件下，光栅线间距应为0.891μm

-绿色分离：当波长为0.550μm时，在标准条件下，光栅线间距应为0.777μm

-蓝色分离：当波长为0.470μm时，在标准条件下，光栅线间距应为0.665μm

这里，标准条件是自高处垂直观看、45°照射角和水平光栅平面。

为了形成条带的最低亮度级，根据表2，1个片段被遮盖，紧接着是4个未被遮盖的片段，然后又是1个被遮盖的片段，接着是4个未被遮盖的片段。以相同方式继续这种序列。为了形成条带的第二级亮度，根据表2，2个片段被遮盖，接着是3个未被遮盖的片段，然后又是2个被遮盖的片段，接着是3个未被遮盖的片段，等等。为了形成条带的第三级亮度，根据表2，3个片段被遮盖，接着是2个未被遮盖的片段，然后又是3个被遮盖的片段，接着是2个未被遮盖的片段，等等。为了形成条带的第四级亮度，根据表2，4个片段被遮盖，接着是1个未被遮盖的片段，然后又是4个被遮盖的片段，接着是1个未被遮盖的片段，等等。为了形成条带的第五级亮度，即最亮的亮度级，根据表2，所有片段应被无缝遮盖，这样，在最亮的亮度级时可以忽略分段的影响。

表2

条带号	片段长度
		1	5×8×0.891μm＝35.6μm
2	5×8×0.777μm＝31.1μm
		3	5×8×0.665μm＝25.6μm
4	5×9×0.891μm＝40μm
		5	5×9×0.777μm＝35μm
6	5×9×0.665μm＝30μm
		7	5×10×0.891μm＝44.5μm
8	5×10×0.777μm＝38.9μm
		9	5×10×0.665μm＝33.3μm
10	5×11×0.891μm＝49μm
		11	5×11×0.777μm＝42.7μm
12	5×11×0.665μm＝36.7μm
		…
28	5×17×0.891μm＝75.7μm
		29	5×17×0.777μm＝66μm
30	5×17×0.665μm＝56.5μm

很多片段加起来形成条带的总长度，由于长片段的长度不相同，不规则变换片段组成的条带不能产生网点。因为亮度级别现在由条带片段供应，90微米(3微米×3×10)的条带组宽度低于肉眼的分辨能力。这个具体实施例只代表一个怎样避免产生网点的例子。原则上，所有m个图像(在上面例子是30个图像，即具有3种色分离的10个运动状态)都相互嵌套且互不相关。根据本发明，图像可以如预期般以不同形式分解，只要m个条带宽度和片段长度加起来的总和低于肉眼的分辨能力，或者所选总和使分解结构不但不会破坏图像印象，而会进一步支持，如木雕或铜版雕刻一样。由于本发明中不同的图像分解部分相互嵌套，尽管在垂直和水平方向上进行分段，也不能产生网点。

根据本发明另一个具体实施例，光栅场也可以全部或部分包括形成不光滑图案的光栅图案，观看这种光栅图案时不会出现衍射效应。

所述光栅图案可以通过光栅场产生，例如，在这些光栅场中光栅线的方向彼此随机。为了进行图解，如图6所示，在(a)和(b)中，光栅场60含有受电磁辐射影响的光栅图案，其中，光栅线62的方向彼此完全随机。因而，参数“方向”在光栅场60中随机且不连续地变化。图6所示片段在***继续随机变化，直至跨越整个光栅场。这种方向随机、受电磁辐射影响的光栅图案可产生无衍射效应的不光滑图案，所述不光滑图案在，例如，定向衍射环境或周围图案的对比下显得很突出。

在图6(b)所示的光栅场60中，光栅线在所示区域的填充程度小于图6(a)。图6(a)中光栅场的不光滑图案效应与图6(b)中的光栅场相比，没有那么明显。正因为如此，才显得更暗。这样，在表面图像的不同亮度区域中，填充着亮度不同的不光滑图案，从而形成含有不光滑图案的半色调图像，而且在差别很大的照射条件下(聚光灯和漫射照明)都能看见这种半色调图像。

在另一个具体实施例中，最初的图像片段由不光滑图案形成，其他片段则被所选的适当衍射结构遮盖。因为，如上所述，通过衍射结构可以实现色彩和运动效应，所以还存在生产具有静态图像部分和动态图像部分的不加网半色调光栅图像的可能性。其中，静态图像部分由不光滑图案形成，动态图像部分含有衍射结构。

Claims (46)

1.一种可形成至少一个具有多级亮度的不加网半色调3图像的光栅图像，这种光栅图像具有多个光栅场，这种光栅场在各种情况下都包括一种受电磁辐射影响的光栅图案，这种光栅图案由多条光栅线组成，光栅场被照射时，在各种情况下都会产生一个具有相同亮度级的半色调图像的表面区域。

2.如权利要求1所述的光栅图像，其特征在于，所述不加网半色调图像的亮度级小于十级，优选三级、四级或五级。

3.如权利要求1或2所述的光栅图像，其特征在于，所述光栅场至少部分包括由光栅常数和角定向确定的光栅图案。

4.如权利要求1至3中至少一项所述的光栅图像，其特征在于，所述光栅场至少部分包括可形成一种不光滑图案的光栅图案，观看所述不光滑图案时不会出现衍射效应。

5.如权利要求4所述的光栅图像，其特征在于，形成所述不光滑图案的光栅场中的光栅线彼此随机定向，尤其是所述光栅线的方向随机且不连续变化。

6.如权利要求1至5中至少一项所述的光栅图像，其特征在于，所述光栅场至少在一个与所产生亮度级相对应的表面部分填充有各自的光栅图案，所述光栅场含有由所述光栅常数和所述角定向确定的光栅图案。

7.如权利要求6所述的光栅图像，其特征在于，所述光栅场含有，与所产生亮度级别对应，填充所述光栅图案的区域套和未填充区域。

8.如权利要求7所述的光栅图像，其特征在于，在至少一个方向上所述填充和未填充区域的大小，低于肉眼的分辨限度。

9.如权利要求8所述的光栅图像，其特征在于，所述填充和未填充区域形成的窄条带宽度低于肉眼分辨限度。

10.如权利要求8所述的光栅图像，其特征在于，所述填充和未填充区域形成的任意形状的小元件大小低于肉眼分辨限度。

11.如权利要求1至10中至少一项所述的光栅图像，其特征在于，形成所述不光滑图案的光栅场内填充有光栅线，所述光栅线的密度对应于产生的亮度级别。

12.如权利要求1至11中至少一项所述的光栅图像，其特征在于，所述光栅图案至少部分由不间断的光栅线形成，且依靠平版印刷工具作用。

13.如权利要求12所述的光栅图像，其特征在于，所述光栅线通过旋转末端部分，与至少一条弯曲形状的光栅线相连。

14.如权利要求1至13中至少一项所述的光栅图像，其特征在于，各种情况下的所述光栅图像，在不同方向，都能显示一个图像，尤其是不加网半色调图像，这样，观看者可以看到交替图像、运动图像、立体图像、背景图像或运动时图像印象也保持不变的光栅图像。

15.如权利要求1至14中至少一项所述的光栅图像，其特征在于，由所述光栅图像形成的至少一个不加网半色调图像是真彩色图像。

16.一种光栅图像的生产方法，所述光栅图像可以显示至少一个具有多级亮度的不加网半色调图像，依照这种生产方法所产生的光栅图像具有多个光栅场，这种光栅场的表面有不规则边缘，而且在所有情况下都包括一个受电磁辐射影响的光栅图案，这种光栅图案由多条光栅线组成，在所有情况下照射光栅场，都会产生一个具有相同亮度级的半色调图像表面区域。

17.如权利要求16所述的生产方法，其特征在于，

a)加网黑白半色调图像含有多个预定像素，所述像素都有一个灰色亮度值；

b)所述像素各亮度值间的间隔是预定的，在所有情况下都可以组合形成一个图像场，这样产生的不加网图像所含有的离散亮度级数是预定的；

c)所述光栅图像的光栅场分布于所述组合图像场中，所述光栅场在光栅图像内的排列与所述图像场在预定半色调图像内的排列相对应；

d)所述光栅场内填充有光栅图案，当被照射时，在所有情况下都会在不加网的亮度级别图像内，产生一个亮度级别相同的表面区域。

18.如权利要求16所述的生产方法，其特征在于，

a)加网彩色半色调图像含有多个预定像素，所述像素在所有情况下都有对应于原色的亮度值；

b)对于每种原色的像素而言，各亮度值间的间隔都是预定的，在所有情况下都可以组合形成一个图像场，对于每种原色而言，这样产生的不加网色分离级图像所含有的离散亮度级数是预定的；

c)所述光栅图像的光栅场分布于所述组合图像区中，所述光栅场在光栅图像内的排列与所述图像场在预定彩色半色调图像内的排列相对应；

d)所述光栅场被细分成三原色的彩色子区域，所述彩色子区域内填充有光栅图案，当被照射时，在所有情况下都会在不加网的亮度级别图像内，产生一个与三原色亮度级别相同的表面区域。

19.如权利要求18所述的生产方法，其特征在于，光谱色，尤其是红色、绿色和蓝色，可作为三原色。

20.如权利要求18或19所述的生产方法，其特征在于，所述彩色子区域的范围大小，在至少一个方向上，低于肉眼的分辨限度。

21.如权利要求17至20中至少一项所述的生产方法，其特征在于，在步骤b)中产生的所述不加网半色调图像或不加网色分离级图像的亮度级小于十级，优选为三级、四级或五级。

22.如权利要求16至21中至少一项所述的生产方法，其特征在于，所述光栅场内至少部分填充由光栅常数和角定向确定的光栅图案。

23.如权利要求16至22中至少一项所述的生产方法，其特征在于，所述光栅场内至少部分填充着可形成不光滑图案的光栅图案，观看所述不光滑图案时不会出现衍射效应。

24.如权利要求23所述的生产方法，其特征在于，所述光栅场内的光栅线可形成所述不光滑图案，而且所述光栅线的方向彼此随机，所述光栅线优选地具有随机且不连续变化的方向。

25.如权利要求17至24中至少一项所述的生产方法，其特征在于，具有衍射光栅图案的所述光栅场在步骤d)时，在所有情况下，至少在一个与所产生亮度级对应的表面部分上填充有所述光栅图案。

26.如权利要求25所述的生产方法，其特征在于，所述光栅场在步骤d)配置有，与所产生亮度级对应，填充所述光栅图案的区域套和未填充区域。

27.如权利要求16至26中至少一项所述的生产方法，其特征在于，形成所述不光滑图案的光栅场内填充有光栅线，所述光栅线的密度对应于产生的亮度级别。

28.如权利要求16至27中至少一项所述的生产方法，其特征在于，所述光栅图案至少部分由弯曲形状的不间断光栅线形成。

29.如权利要求17或任何一项与权利要求17相关的权利要求所述的生产方法，其特征在于，所述光栅图像的空间方向由所述不加网半色调图像可见时的方向确定，而且在步骤d)中

dd)在每个光栅场内规定一个或多个子区域，对于每个所述子区域而言，从所述光栅图像的规定方向和所述光栅场亮度值，可以通过一个关系式确定一个具有光栅常数和角定向的光栅图案。

$\stackrel{\→}{n}\left(\stackrel{\→}{r}\right)\×({\stackrel{\→}{k}}^{\′}\left(\stackrel{\→}{r}\right)-\stackrel{\→}{k}\left(\stackrel{\→}{r}\right))=m\stackrel{\→}{g}$

其中，

代表所述光栅图像子区域内的测试参考点，

和

代表测试参考点

处的标准矢量、视点矢量和光照矢量，m代表衍射级，

代表所述子区域的光栅矢量。

30.如权利要求18或任何一项与权利要求18相关的权利要求所述的生产方法，其特征在于，所述光栅图像的空间方向由所述不加网半色调图像为可见时的方向确定，而且在步骤d)中

dd)在每个光栅场的所述彩色子区域内规定一个或多个进一步的子区域，对于根据所述光栅图像规定方向形成的每个所述进一步子区域而言，可以用一个关系式从彩色子区域的原色和亮度值，确定一个具有光栅常数和角定向的光栅图案，

$\stackrel{\→}{n}\left(\stackrel{\→}{r}\right)\×({\stackrel{\→}{k}}^{\′}\left(\stackrel{\→}{r}\right)-\stackrel{\→}{k}\left(\stackrel{\→}{r}\right))=m\stackrel{\→}{g}$

其中，

代表所述光栅图像子区域内的测试参考点，

和

代表测试参考点

处的标准矢量、视点矢量和光照矢量，m代表衍射级，

代表所述进一步子区域的光栅矢量。

31.如权利要求29或30所述的生产方法，其特征在于，所述光栅图像在不同方向上可以呈现出多个图像，尤其是多个所述不加网半色调图像，形成每个图像都须执行所引用步骤。

32.如权利要求31所述的生产方法，其特征在于，所述多个图像中每一个图像的光栅场都相互嵌套，所述光栅场优选地分解成窄条带，所述窄条带互相交替排列。

33.如权利要求32所述的生产方法，其特征在于，所述窄条带的宽度低于肉眼的分辨限度，所述窄条带的方向优选地与所述光栅图像的自旋轴和倾斜轴平行。

34.如权利要求32所述的生产方法，其特征在于，所述光栅场分解成任意形状的小片段区域，所述小片段区域彼此嵌入对方。

35.如权利要求34所述的生产方法，其特征在于，所述小片段区域中至少一个测量特性低于肉眼的分辨限度。

36.如权利要求16至35中至少一项所述的生产方法，其特征在于，所述光栅图像在不同方向上能显示不同的图像，这样，适当移动所述光栅图像就可以使观看者看到交替图像。

37.如权利要求16至35中至少一项所述的生产方法，其特征在于，所述光栅图像在不同方向上的不同运动状态下，能显示出一个图像图形，这样，通过适当移动所述光栅图像就可以使观看者看到运动图像。

38.如权利要求16至35中至少一项所述的生产方法，其特征在于，所述光栅图像在不同方向上可显示出一个轮廓线正在增长或收缩的图像图形，这样，通过适当移动所述光栅图像就可以使观看者看到泵图像。

39.如权利要求16至35中至少一项所述的生产方法，其特征在于，所述光栅图像在不同方向上至少可以显示一个图像图形的两个景象，所述景象的不同方向的规定是基于所述光栅图像的预定取景距离，这样，观看者就可以看到所述图像图形的立体图。

40.如权利要求16至35中至少一项所述的生产方法，其特征在于，所述光栅图像至少可以在一个片段区域，在不同方向上，显示相同图像，这样，通过适当移动所述光栅图像，所述片段区域中的图像内容对观看者而言就不会发生变化。

41.如权利要求40所述的生产方法，其特征在于，所述光栅场被分解成彼此接近的窄条带，所述窄条带被分配于可在不同方向察觉的图像，且优选地填充有所述光栅图案，这样，一条带的光栅图案的终点与相邻另一条带的光栅图案的起点重叠。

42.一种物体，尤其是数据载体或应用于数据载体的安全元件，具有如权利要求1至41中至少一项权利要求所述的光栅图像。

43.如权利要求42所述的物体，其特征在于，所述物体是一种安全元件，尤其是安全线、标签或传递元件。

44.如权利要求42或43所述的物体，其特征在于，所述物体在所述光栅图像区域是弯曲的，尤其是圆柱弯曲。

45.如权利要求42至44中至少一项权利要求所述的物体，其特征在于，所述物体是一种数据载体，尤其是钞票、有价文件、护照、身份证或证书。

46.如权利要求1至41中至少一项权利要求所述的光栅图像或如权利要求42至45中至少一项权利要求所述的物体，可用于保护任何种类的商品。

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