一种光影像素成像装置及制备方法

本设计涉及光影像素成像，尤其涉及一种光影像素成像装置，属于光学科普教育类装置。

背景技术：

1、像素画是通过单元色块阵列组合呈现完整画面的艺术形式，传统平面像素画、积木像素画仅依靠单元材质本身的色彩、纹理静态展示图像，表现形式单一，无动态光影层次变化；现有立体浮雕、木刻装饰画依托凹凸结构成型，凹凸落差固定，明暗层次无法灵活调整，成像效果固化，无法根据光源变化重塑画面细节。

2、市面上少量光影艺术装置多采用镂空投影、胶片投射结构，装置结构复杂，需配套精密遮光构件，装配维护成本高；采用实木块拼接成像的现有方案仅依靠木料本色区分像素，未利用光线入射角度与木块摆放倾角的配合关系调控光影深浅，画面灰度层次少，成像细腻度不足，创作时无法快速根据原图灰度匹配木块姿态，制作效率低下。

3、针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种光影像素成像装置及其制备方法，解决传统像素画静态展示、光影层次匮乏、画面可调性差、制作繁琐的问题；本方案以独立倾角可调实木块作为基础像素单元，通过调控每块木块的摆放角度改变受光面反光与投影面积，依靠灯光照射后光影深浅差异还原原图灰度图像，结构简洁、成像层次丰富，制作流程标准化，适配艺术装饰、展厅装置、文创摆件等多场景。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种光影像素成像装置及制备方法。

2、本发明所述的技术方案为一种光影像素成像装置，其特征在于，包括照明光源、画框与像素反射阵列；所述的像素反射阵列包含呈矩阵排布的若干独立反射单元，所述的反射单元为设置迎光反射面的反射木块；反射木块的迎光反射面倾角不同；所述的照明光源设置于像素反射阵列的下方，照明光源输出定向光线自下而上照射各反射木块的迎光反射面；不同倾角下的反射木块能够将照明光源的光线向观测方向反射不同通量的漫反射光；迎光反射面朝向照明光源时，更多反射光线投向观测方向形成高灰度像素；迎光面呈竖直状态时，部分反射光线投向观测端形成中灰度像素；迎光反射面面背照明光源时，在迎光反射面形成阴影区，仅有极少量反射光线投向观测端形成低灰度像素；通过对矩阵内各个反射木块独立设置倾角，使观测端能够采集由不同灰度像素组合构成的目标图像。

3、其中，所述的像素反射阵列为n行×n列排布，可根据目标图像任意设置像素点数量。

4、其中，所述的反射单元为长方体，且底面为正方形，反射单元一端为迎光反射面，具备三种形态：正45°斜面反射木块、90°竖直平面反射木块、负45°斜面反射木块。

5、所述的正45°斜面反射木块迎光面朝向照射光源倾斜，表面法线与入射光线夹角小，大量入射光线经表面漫反射后向观测端传播，观测端接收到的反射光通量最大，形成高灰度像素区域。

6、所述的90°竖直平面反射木块迎光面与入射光线呈正交布置，法线与入射光线夹角适中，仅有部分光线反射至观测端方向，观测端接收的反射光通量中等，形成中灰度像素区域。

7、所述的负 45°斜面反射木块迎光面背向光源倾斜，表面法线远离入射光线方向，入射光线极易发生侧向反射，极少反射光线能够抵达观测端，观测端接收到的反射光通量最小，形成低灰度像素区域。

8、其中，所述照明光源为准直平行光源，用于输出均匀定向的入射光线照射各反射单元的迎光面。

9、其中，所述的一种光影像素成像装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10、步骤一：获取展示目标图像，将展示目标图像栅格化灰度处理为与像素反射阵列尺寸匹配的像素矩阵，识别每个像素点位对应的灰度等级，并进行序号标记。

11、步骤二：依据像素灰度等级，对像素矩阵内每一个像素点位对应的反射单元分配预设倾角；高灰度像素点位配置正45°斜面反射木块，中灰度像素点位配置正45°斜面反射木块，低灰度像素点位配置负45°斜面反射木块。

12、步骤三：将三种反射木块按照灰度等级标记序号，全部安装配置到画框内部呈矩阵排布。

13、步骤四：开启底部照明光源，光线向上照射所有反射木块；在观测端接收各级反射光形成的灰度组合，复现目标图像，完成光影像素画成像。

14、本发明有益效果。

15、1、本发明以人物肖像为例，装置不依靠像素自身发光，仅采用单一外部光源配合实体木块阵列，依托光学反射原理，根据每个反射木块的迎光面角度不同，通过光源照射形成高中低三种灰度像素点，所有像素点组合，形成人物肖像图案，关闭光源，反射模块迎光面均匀受光，灰度数值相似，人物肖像消失，整体装置结构简洁，成像显著，具备独特的实体光影展示效果。

16、2、每一块反射木块倾角可独立调节，支持随时更换、重构不同像素图像，复用性强。

17、3、制备方法流程清晰标准化，原图灰度自动映射木块倾角档位，大幅缩短人工调试时间，校准工序简单，新手可快速上手制作，兼顾艺术展示效果与量产实用性。

1.一种光影像素成像装置，其特征在于，包括照明光源、画框与像素反射阵列；所述的像素反射阵列包含呈矩阵排布的若干独立反射单元，所述的反射单元为设置迎光反射面的反射木块；反射木块的迎光反射面倾角不同；所述的照明光源设置于像素反射阵列的下方，照明光源输出定向光线自下而上照射各反射木块的迎光反射面；不同倾角下的反射木块能够将照明光源的光线向观测方向反射不同通量的漫反射光；迎光反射面朝向照明光源时，更多反射光线投向观测方向形成高灰度像素；迎光面呈竖直状态时，部分反射光线投向观测端形成中灰度像素；迎光反射面面背照明光源时，在迎光反射面形成阴影区，仅有极少量反射光线投向观测端形成低灰度像素；通过对矩阵内各个反射木块独立设置倾角，使观测端能够采集由不同灰度像素组合构成的目标图像。

2.根据权利要求1所述的一种光影像素成像装置，其特征在于，所述的像素反射阵列为n行×n列排布，可根据目标图像任意设置像素点数量。

3.根据权利要求1所述的一种光影像素成像装置，其特征在于，所述的反射单元为长方体，且底面为正方形，反射单元一端为迎光反射面，具备三种形态：正45°斜面反射木块、90°竖直平面反射木块、负45°斜面反射木块；

4.根据权利要求1所述的一种光影像素成像装置，其特征在于，所述照明光源为准直平行光源，用于输出均匀定向的入射光线照射各反射单元的迎光面。

5.根据权利要求1～5任意一项所述的一种光影像素成像装置及制备方法，其特征在于，包括以下步骤：