Стереоизображение

Основная статья: Стереоскопия

Этой статье соответствует раздел «Технические приёмы для создания искусственных стереоизображений» в более обзорной статье «Стереоскопическое зрение».

Стереоизображе́ние — картина, фильм или видеоряд, использующий минимум два отдельных изображения одного объекта и тем позволяющий достичь стереоэффекта за счёт одновременного рассматривания обеими глазами отдельных изображений. При этом мозг интерпретирует раздельные изображения, наблюдаемые с параллаксом, как единую и цельную объёмную сцену.

Схема стереоскопического восприятия объекта (зрение двумя глазами). При взгляде каждым глазом в отдельности возникает параллакс. С точки зрения "правый глаз" - объект выглядит расположенным на фоне синего квадрата. С точки зрения "левого глаза" объект расположен на красном фоне. Мозг при бинокулярном наблюдении объекта (подсознательная фокусировка внимания, и мускульная фокусировка глаз) объединяет частичные изображения в единый объёмный образ, в котором цвет фона становится незначим.

Для создания и просмотра стереоизображений используются различные устройства и методы:

Методы создания объёмного изображения из отдельных кадров - стереопар[править | править код]

Метод сквозного взгляда[править | править код]

Этот метод позволяет видеть стереокартинку без использования какого-либо оборудования.

Стереоизображение подготавливается в виде стереопары (две картинки, рядом друг с другом размещаемые, левая из которых предназначена для левого глаза наблюдателя, а правая для правого).

Наблюдатель должен глядеть сквозь стереопару таким образом, чтобы левый глаз его видел левую картинку, а правый правую. Глаза фокусируются на расстояние, равное расстоянию до стереопары, но линии взгляда наблюдателя не скрещиваются на этом расстоянии, а продолжаются гораздо далее его.

В мозгу наблюдателя создаётся ощущение стереоизображения, по размерам равного каждой из картинок стереопары, и расположенного на том же расстоянии, что и они.

Этот метод непригоден для просмотра крупных стереоизображений (размером более 60—70 мм каждое), что обуславливается межзрачковым расстоянием человека и невозможностью смотреть по расходящимся линиям взгляда.

Пример такой стереофотографии

Метод перекрёстного взгляда[править | править код]

Этот метод (также, как и предыдущий) позволяет видеть стереокартинку без использования какого-либо оборудования.

Стереоизображение подготавливается в виде конвергентной стереопары (две картинки, рядом друг с другом размещаемые, левая из которых предназначена для правого глаза наблюдателя, а правая для левого).

Наблюдатель должен глядеть сквозь стереопару таким образом, чтобы левый глаз его видел правую картинку, а левый правую. Глаза фокусируются на расстояние, равное расстоянию до стереопары, но линии взгляда наблюдателя скрещиваются не на этом расстоянии, а задолго до наблюдаемой стереопары, создавая в мозгу ощущение более близкого, более чёткого, но пропорционально меньшего по размеру изображения.

Так, например, если ширина каждой из двух картинок конвергентной стереопары в точности равна межзрачковому расстоянию глаз наблюдателя, тогда линии взгляда наблюдателя скрещиваются ровно на полпути к стереопаре, создавая ощущение вдвое более близкого, вдвое более чёткого, но вдвое меньшего по размерам изображения.

Применяя обобщённую теорему Фалеса^[+?] к равнобедренной трапеции, основаниями которой являются межзрачковое расстояние наблюдателя и удвоенная ширина любой из двух картинок стереопары, нетрудно получить, что отношение ширины наблюдаемого изображения к межзрачковому расстоянию наблюдателя и отношение ширины наблюдаемого изображения к ширине любой из двух картинок стереопары — это два такие отношения, которые в сумме дают единицу (будучи равны двум отношениям длин одной и другой частей боковой стороны трапеции к целой длине стороны). Следовательно, ширина наблюдаемого изображения никогда не будет превосходить межзрачковое расстояние наблюдателя, и вообще она равна отношению k к (k+1), где k — отношение ширины любой из двух картинок стереопары к межзрачковому расстоянию наблюдателя. Например, если ширина любой из двух картинок стереопары вдвое превосходит межзрачковое расстояние наблюдателя, тогда ширина наблюдаемого стереоизображения составит две трети от межзрачкового расстояния наблюдателя, и изображение это будет находиться втрое ближе ко глазам наблюдателя, нежели стереопара.

Наблюдатель должен приучить себя к фокусированию глаз на расстояние до стереопары в то время, как в мозгу его создаётся изображение заметно более близкое. Соответственно, этот способ вызывает несколько большее напряжение глаз, чем предыдущий, зато пригоден для просмотра стереоизображений, ширина картинок которых превосходит межзрачковое расстояние наблюдателя.

Описание метода просмотра.

Пример конвергентной стереопары.

Анаглиф для просмотра в цветных очках (красный — левый, голубой — правый фильтр)

Анаглифовые очки[править | править код]

Этот метод использует разноцветные очки, вместо линз у которых вставлены светофильтры дополнительных цветов. Дешёвый, но достаточно эффективный метод, физически он не обеспечивает правильную передачу цвета стереоизображения, однако нервная система довольно хорошо интерпретирует его. Время адаптации зрения к этому методу составляет около 30 секунд, после длительного использования на пропорциональный период нарушается цветовосприятие.

Растровая стереофотография[править | править код]

Основная статья: Растровая стереофотография

Рис.2,Линзовый растр

Растровая стереофотография — фотография, в которой используется метод формирования стереофотоизображений при помощи линзового растра. Стереофотоизображение получают при кодировании стереопар. Стереоизображение — рассматривается бинокулярным зрением на стереофотографиях или на растровом экране (например,экран монитора).

Очень важно, что полученные стереоизображения рассматриваются визуальнно без очков!, под разными углами и одновременно нескольеими людьми.

Затворные стереоочки[править | править код]

Метод использования стереоочков, поочерёдно заслоняющих глаза наблюдателя и синхронизированных с покадровым проектором таким образом, чтобы левый глаз видел только чётные кадры, показываемые проектором, а правый только нечётные.

Эти очки позволяют достичь хорошего стереоэффекта за доступную цену, однако требуют удвоенной частоты кадров.

Поляризованные стереоочки[править | править код]

Метод использования стереоочков, разделяющих наблюдаемое изображение на два глаза в зависимости от того, в какой плоскости поляризации оно поступает. Такие очки сравнительно дороги, и требуют специального проекционного оборудования, которое ещё дороже. Однако обеспечивают непрерывное (без мерцания) наблюдение полноценного (без серьёзных цветовых искажений) изображения, не имеющего других недостатков, кроме понижения яркости, вызванного поляризационным светофильтром.

Обычно этот метод применяется в стереокинотеатрах.

Стереоскоп[править | править код]

Карманный стереоскоп с тестовой картинкой (используется в военной фотографии для исследования стереопар.

Стереокарта для бытового стереоскопа

Стереоскоп с футляром .

Стереоскоп — оптический прибор с двумя окулярами; обычно используется для просмотра стереослайдов.

Стереомонитор[править | править код]

Стереомонитор, или 3D-дисплей — оптический инструмент, с помощью которого два плоскостных изображения комбинируются таким образом, что наблюдатель получает впечатление рельефного предмета.

Примером стереомонитора с временны́м разделением кадров является созданный под руководством профессора Пола Дебевека прибор, в котором видеопроигрыватель синхронизирован с быстро вращающимся зеркалом таким образом, что наблюдатель видит — 20 раз в секунду — показываемые в его сторону кадры, заранее снятые камерою под тем же углом, под которым он теперь наблюдает.

Стереошлем[править | править код]

Виртуальный шлем (VR HMD) — шлем с двумя проекторами, который показывает для каждого глаза отдельные изображения. В результате этого получается стереоэффект.

Виртуальный шлем

Для просмотра трёхмерных данных на компьютере в стереорежиме необходимо пользоваться специальными стереодрайверами. Самым большим перечнем поддерживаемых 3D-программ, игр и стереооборудования обладают стереодрайверы NVidia. Эти драйверы работают только с видеокартами от NVidia.

Автостереограмма[править | править код]

Автостереограмма, состоящая из точек случайной расцветки, при правильном разглядывании складывается в объёмное изображение

Автостереограмма воспринимается наблюдателем без каких-либо внешних разделяющих приспособлений. Стереопара содержится в плоском изображении в виде чередующихся узких вертикальных полосок сопряжённых изображений. При рассматривании автостереограмм следует смотреть «сквозь» изображение таким образом, чтобы левый и правый глаз смотрели на предназначенные для них полоски.

«Псевдостереоскопия»[править | править код]

«Качающаяся» стереоскопия. Технология GIF-анимации позволяет создать ощущение объёма даже при монокулярном зрении. Похожий механизм восприятия объёма реализует и природа — например, куры, качая головой, обеспечивают высококачественное восприятие (хотя поля зрения их глаз перекрываются очень мало).

Восприятие объёма может быть получено не только с помощью одновременного рассматривания объекта или изображения двумя глазами одновременно, но и путём достаточно быстрой смены изображений в одном канале изображения (при монокулярном зрении). Так, технология GIF-анимации позволяет создавать псевдостереоскопические объёмные изображения.

Аналогичный метод предложен и для «псевдостереотелевидения» — путём создания анаглифического изображения для движущихся, динамических объектов. Вместо одновременного рассматривания изображения, видеосигнал расщепляется по двум цветовым каналам (обычно — красный и голубой, с применением соответствующих очков). Динамическое плоское цветное монокулярное изображение обрабатывается таким образом, что на один глаз (например, красный канал) подаётся неизменный видеосигнал, а на второй (голубой канал) — подают сигнал с небольшой временно́й задержкою, от изменившейся динамической сцены. За счёт движения объектов в сцене, человеческий мозг получает «объёмное изображение» (но только если объекты переднего плана либо смещаются, либо поворачиваются). Недостатком данного метода является ограниченность типа сцен, в которых может возникнуть стереоэффект, а также заметная потеря качества цветной картинки (каждый глаз получает почти монохроматическое цветное изображение).