立体摄影----理论篇

 

立体摄影原理

立体摄影问答

立体光学成像原理及立体照相

理光RICOH XR-X3000(D)照相机

虚拟现实中立体视觉的研究

一种基于柱透镜光栅的计算机辅助彩色立体图片合成方法

立体电视

计算机立体视觉技术综述

全三维成像方法

激光全息照相

立体成像技术的释疑——答立体爱好者问

技术篇

 

 

 

立体摄影原理


谢俊国

自一百六十多年前第一台照相机发明以来,摄影技术经历了从黑白到彩色的突破,彩色摄影已经在世界范围广泛普及,科技进步的下一个目标将是彩色立体摄影。立体摄影完全突破了平面摄影技术的局限,展示了真实的三维世界,是人类多年来不断追求的梦想,而这一梦想已成为现实,这一集光学、电子、计算机、精密机械、特种材料于一体的高新科技产品一经推出即引起社会的强烈反响。凡参观过立体摄影展的观众无不被其生动的立体场景所叹服,并迫切希望进一步了解立体成像的机理及其奥妙所在,以下从理论上给予浅析。

1 、立体成像原理:

1.1、立体感的形成: 

我们知道,人们观察万物之所以呈现立体状态是由于人的双眼视差效应棗即物光进入双眼在视网膜上成像。由于两眼相距一定距离,在两眼底所形成的两幅图像是基本相同的但又稍有差异而存在一定视差,经大脑综合后就形成了一幅立体图像。立体照像装置就利用了双眼的这种视差特性。人的大脑在综合两眼的图像信息时,其中一个很重要的因素,就是物点光线的入射方向,人眼可根据各物点发射(或反射)到人眼光线的方向,判定该物点的方位及远近。1.2、立体照片的深度感的形成:(1)平面照片形不成深度感原因:

设C为平面M上任一物点,该点发出的光线(反射光线)在M上方空间是向四周发射的,进入双眼的光线为CA、CB,人眼凭这两条光线,可判定C点在平面M上。对平面M上的其它任何点,由于均有两条光线到达人的双眼,所以人眼可以判定M上的所有的点均在同一水平面上。(2)立体照片上的深度感的形成:

立体照片与平面照片的关键区别在于立体照片表面为一层光栅(柱镜光栅或狭缝光栅),这层光栅的作用是使得平面上的任何一点的光线只能按特定的方位出射,而不是向四周出射。如图二所示,设A、B为特征相同的两个点,如A点发出的光线只能到达左眼,而B点发出的光线只能到达右眼,人眼凭这两条光线就会形成一种错觉,认为这两点是一个点C,C点在平面M以下,既形成远景。如果A点发出的光线只能到达右眼,而B点发出的光线只能到达左眼,如图三,人眼就会认为C点浮出在平面M上,既形成近景。

(3)柱镜光栅原理:

柱镜光栅使得平面上不同点的像,出射光线的方向在一个特定范围以内。如图四所示,A点的像只能沿AA’出射,B点的像只能沿BB’出射。这样可使进入左、右眼的像不同。

2、立体相片的制作:

2.1、立体照相机

立体照相机原理如图四:D为双镜头立体照相机;F1、F2为相同的两镜头;L为两镜头间距,相当于人眼的瞳距;C为景物;拍摄时同时在底片E上得到有一定差异的A、B两张曝光底片,相当于人双眼的视差。这种底片经扫描数字化后由软件处理,按特定方法合成打印到同一张相纸上,覆上光栅,由于光栅的折射效应,将不同入射角的成像光在相纸的不同位置的像反射出来,即可获得优美的光栅立体照片。

当我们以最佳距离观看立体相片时,由于两眼位置不同,经光栅选择,使进入左眼、右眼的画面分别为A、B像,由于两像存在视差,我们就会感觉出相片图像的立体感来。这种立体摄影基本上仍采用常规成熟的摄影模式,冲、摄与普通彩色相片相近,故图像制作成本低,色彩还原好。

为了使立体观察效果更宽、更逼真,采用较多镜头可得到更多图对:两镜头可得两个图对(对应两张底片),三镜头可得三个图对(对应三张底片),而四镜头可组合得到六个图对(四张底片),图对越多,立体感越强。3D-18型立体照相机即为四镜头相机。

2、2立体合成软件与光栅

制作立体相片的关键是立体合成软件和柱镜光栅。立体照片的制作是将多幅底片的像,按特定方法合成到同一张写真相纸上;由于多幅底片是对同一景物在不同位置拍摄的,因而这一批底片是基本相同的,但又略有差异的。合成时要考虑许多因素,要避免“双眼深度反转”,以及分裂过大造成的眼花现象。我们在光栅法立体摄影理论及实践都已取得重大突破,解决了立体成像的生理参数与机器参数间的关系,完善了一套立体成像技术理论模型。根据这一理论设计的立体合成软件采用计算机技术和精密打印等技术,使其进入商业化推广成为可能。目前立体合成软件除可制作立体相片外,也可轻松制作大幅立体广告。

3、应用领域及展望

立体摄影最早是应用在军事侦察、航空摄影及立体电影。由于科技的进步,特别是精密打印,光学及微电子技术的发展才使立体摄影进入家庭成为可能。除在民用上可拍摄豪华立体婚纱、艺术相片外,还可专业制作大型立体广告灯箱,精美贺年片及产品防伪标签,也可制造不干胶贴及旅游纪念品。目前立体摄影技术已外延发展有:光栅立体画、动画、变画、旋转等等,其实技术都来源与光栅立体摄影技术,因此,搞清了光栅立体摄影技术,其他所有光栅立体技术都将迎刃而解,立体摄影技术是影像世界的一次革命,将带来新的市场和发展机会。更有众多的立体产品等待我们去开发,去创造,其应用领域必将更为广阔。 

表一:胶片立体摄影与数码立体摄影的比较

表二:3D-18立体相机参数

   立体摄影 数码摄影 类 型 全自动四镜头立体照相机
相机 立体相机 数码相机 卷片装置 马达预进片,马达自动卷片
拍摄成本 较低 快门速度 1/125秒
胶卷 135或120 不需 光 圈 F4.5 f8 f11
相机价 较低 高像素机价高 镜 头 F4.5 25mm
输出 数码写真 数码写真 取景系统 平视取景