《立体视技术》PPT课件.ppt

第六章立体视技术 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 2 本章内容 6 1概述 6 2立体视原理 6 3各种立体视技术 6 4立体视变换 6 5立体影像的制作 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 3 6 1概述 本章将介绍立体视技术的原理 体视因素 各种体视技术 体视变换等 以使大家对立体视技术有个大概的了解 立体视技术已经用于虚拟现实 电影电视 通信 机械 医学等诸多领域 立体视技术的日益普及也开始融入到我们的日常生活 如今我们许多场合都能见到立体视技术的身影 如博览会 电影院等 术语 体视影像 stereoscopicimages 立体影像 3D图像 表示在平面上的对应于左右眼的透视图对 立体映像 观看体视图像时在头脑中融合成的空间像 映像 客观事物在人脑中以感觉 观念或思想的形式再现 网膜像 成像在视网膜上的图像 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 5 6 2立体视的原理 如图所示 以人的两眼瞳为视点 其中SL为左视点 SR为右视点 分别以左右视点对同一物体在画面P上形成的透视投影对称为体视投影 或称为体视图形 像 SLSR称为眼基线 眼基线一般平行于画面 B称为目距 约为65mm 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 6 6 2立体视的原理 当观察者在左右视点位置观察左右眼图时 如能保证左眼只能看到左眼图 右眼只能看到右眼图 经过观察者脑中的视觉信息处理 可使体视图对作为一个立体映像 观看体视图像时在观察者头脑中融合成的空间像 认知 形成立体视 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 7 H面体视图 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 8 交叉视和同侧视 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 9 6 3立体视因素 心理和生理 生理因素 两眼视差 两眼辐辏 集合 辐合 水晶体调节 焦点调节 单眼运动视差 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 10 6 3 1生理因素 辐辏 Convergence 两眼同时注视同一物体时 两眼视线向同一注视点A汇聚 称为辐辏 也叫辐合或集合 两视线间的夹角称为辐辏角 它也随着眼基线到注视点的距离D的变化而变化 如图6 3所示 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 11 6 3 1生理因素 若SLSR B 则两眼辐辏角 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 6 3 1生理因素 两眼视差 BinocularParallax 因有目距的存在 用左右眼从不同角度观看同一物体时 存在少量的差异 左右眼视网膜上分别感受到的光刺激差异和形状上的差异 这种差异称为两眼视差 网膜像差 6 3 1生理因素 正是两眼视差的存在使人们能够感受到深度感 在观察体视图像时 如能确保分离出左右眼像就能看到融合的立体映像 6 3 1生理因素 从如图6 3看出 左右眼从不同的角度观察注视点A时 两眼的视轴 视点与点A的连线 成相等的角度 注视点成像在两眼视网膜的中心窝上 左像点为al 右像点为ar 它们是在视网膜上是同方向 同距离的点 6 3 1生理因素 过两视点SL SR和注视点A的圆周称为维 苗 Vieth M lle 圆 位于维 苗圆周上的两点A和C间不存在视差 而不在这个圆上的点B与注视点A之间存在视差 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 6 3 1生理因素 任意一点与左 右视点SL SR连线所构成的夹角称为视差角 如图6 4所示 A B两点的视差角分别为和 则角视差 当 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 6 3 1生理因素 角视差 网膜像差 的大小与辐辏距离D的平方成反比 当距离变大时 角视差会急剧减小 两点左右图对间隔之差称为水平视差 为 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 19 6 3 1生理因素 焦点调节 Accommodation 在观察不同距离的物体时 睫状肌会相应的用力或放松 以调节水晶体厚度 近厚远薄 使物体成像映在视网膜上 眼睛这种本能地改变光焦度以看清不同距离的物体的过程称为焦点调节或水晶体调节 辐辏和焦点调节不是各自独立的 而是密切相关 相互影响的 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 20 6 3 1生理因素 观察实物时 两眼视差 辐辏和焦点调节因素有机地结合在一起 使观察者能得到自然的实物视 如图6 5 a 所示 而观察表示在平面上的体视图像时 焦点调节在画面上 而辐辏在融像位置 空间 造成辐辏和调节的不一致 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 21 6 3 1生理因素 由于辐辏和焦点调节不一致 在生理上造成一种不自然的状态 长时间观察就可能会引起视觉疲劳 这也引导人们研究出了能减少或消除视觉疲劳的其它显示方式 如超多眼式和光波面再生方式等 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 22 6 3 1生理因素 单眼运动视差 MonocularMovementParallax 运动视差是再现空间自然状态的重要因素 分为两种情况 一种是由于画面上图像和视点移动 从动 引起的视差 另一种是观察者在观察画面时移动 主动 视点而引起的图形变化所产生的视差 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 23 6 3 1生理因素 如图6 6所示 假定O为观察者单眼的位置 当观察者以速度从点O向点F移动时 为了分辨出对象物体A B距离的不同 必要的运动视差 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 24 6 3 1生理因素 观察两眼式的体视图像时 当观察者水平移动 立体映像也会随着移动 形成不正确的立体感 这就是由于在体视图像中没有考虑运动视差造成的 对此 多眼式有所改善 多眼式从多个方向提示视差信息 即使观察者移动 再现运动视差也是可能的 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 25 6 3 2心理因素 人类感觉立体感 除了生理因素外 还有心理因素 包括 大小 小的物体感觉远 大的物体感觉近 即近大远小 上下 位于上面的物体感觉远 位于下面的物体感觉近 疏密 密集处感觉远 稀疏处感觉近 运动 速度慢的物体感觉远 速度快的物体感觉近 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 26 6 3 2心理因素 遮挡 被遮挡的物体感觉远 没有被遮挡的物体感觉近 明暗 暗处感觉远 明处感觉近 阴影 根据光源的位置判断 浓淡 淡色远 浓色近 色相 冷色远 暖色近 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 27 6 4立体视的变换 立体视的观察空间 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 28 6 4立体视的变换 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 29 6 4立体视的变换 其中kB为图对位似系数 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 30 6 5各种立体视技术 按照体视图像的表示方法 可以把立体视技术分为 两眼式 多眼式 超多眼式 全息式 波面再生式 深度信息表示式和体积扫描式 其中的超多眼式 光波面再生式和深度信息表示式属空间像方式 按照是否利用视差 可分为视差式合非视差式 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 31 6 5各种立体视技术 两眼式是最为成熟的立体显示方式 根据是否需要戴特殊眼镜可分为眼睛式和裸眼式两类 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 32 6 5 1两眼式 一 眼镜式 眼镜方式可分为 互补色 偏振光和快门眼镜等方式 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 33 1 互补色方式 最容易实现 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 34 1 互补色方式 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 35 2 偏振光方式 偏振光眼镜方式是现在大画面 平面 柱面 圆穹 立体显示的主流方式 便于多数人观看 可以具有很强的临场感 适合3D 立体 电影和博览会上的展示 最近几年 3D电影的发展非常迅速 詹姆斯 卡梅隆将2009年称为3D电影元年 3D电影创造的票房已经高达十三亿美元 而2008年的这一数据只有区区三亿美元 只相当于今年迪斯尼3D动画片 飞屋环游记 一部影片的票房 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 36 2 偏振光方式 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 38 2 偏振光方式 偏振光可以是直偏光也可以圆偏光 当光照射到偏振光滤光片上时 只有特定极化方向的偏振光可以通过 将左右眼图像赋予正交的直线偏振光并且重叠投影 观察者佩戴左右眼镜片具有滤光片极化方向正交的偏振光眼镜 就可以分离出左右眼图像 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 39 3 液晶快门方式 以上两种方式是将左右眼图像同时显示在屏幕上 以光学方法加以分离 即空间分割 而液晶快门眼镜方式的左右眼图像是交替显示 与此同时 左右眼镜片快门分别打开和关闭 分离左右眼图像 即时间分割 切换频率一般可设为电视场频的2倍 如120Hz 这样单眼的场频仍然是电视场频 60Hz 观察者不会感到闪烁 由红外线装置把正在显示的左右眼图像信息传送给快门 使快门与左右眼图像准确联动 从而形成立体视效果 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 40 3 液晶快门方式 液晶快门方式是小型立体显示技术的主流 随着液晶显示技术的快速发展 其性能也不断提高 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 41 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 42 我院虚拟现实中心的环幕显示系统 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 43 立体视所使用的特殊眼镜 互补色 偏振光 液晶快门 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 44 二 裸眼方式 裸眼式也称为自由立体显示方式 分为视差壁障方式 透镜状透镜方式等 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 45 1 视差栅壁障方式 所谓视差栅壁障 parallaxbarrier 方式是通过具有窄缝的垂直条纹遮挡形成视差壁障 从而达到分离左右眼图像的目的 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 46 1 视差栅壁障方式 视差栅壁障方式的缺点一是壁障使图像变暗 二是壁障自身的目障 要求必须在特定的位置观察 否则会产生逆视不能融像 逆视是指左眼像入右眼或右眼像入左眼 在深度发生逆转知觉的现象 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 47 2 透镜状 lenticular 透镜方式 透镜状是指半圆桶形成行的透镜 与视差壁障方式一样 在视差壁障层的后方 将左右眼图像在垂直方向交替配置 利用透镜的折射原理分离左右眼图像 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 48 2 透镜状 lenticular 透镜方式 透镜状透镜方式也要求在特定的位置观察 稍微偏离就会产生左眼看见右眼像 右眼看见左眼像的问题 即逆视状态 为了使这个狭窄的观察范围得到改善 可以采用头跟踪技术 头跟踪技术是检测出观察者的位置 使观察者保证最佳显示状态的技术 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 49 103寸自由立体显示器 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 50 多眼式 超多眼式 DFD方式 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 51 积分照相方式 全息 体积扫描式 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 52 6 5 2多眼式 多眼式显示技术是针对两眼式提出来的 包括视差壁障方式 透镜状方式等几种方式 它不仅允许多人同时观察 而且扩大了立体视的范围 存在于两眼式50 的逆视 在四眼式成为25 因此 多眼式逆视问题大幅度降低 而且还可以得到若干不连续的运动视差 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 53 6 5 2多眼式 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 54 6 5 2多眼式 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 55 6 5 2多眼式 这是一种给显示器许许多多条形透镜来控制观看方向的方式 八台摄像机从不同角度将所拍摄的视差图像被分成两组 由两台液晶投影仪投射到屏幕上 并通过适当的调整使第二台投射图像的像素插入第一台投射图像的像素与像素之间 其结果是八种图像以像素列为单位重新排列后投射到屏幕上 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 56 6 5 2多眼式 透镜状的一个透镜与一组八列的像素相对应 按照设计要求 像素的像能成像于某个特定观看距离的面上 这样一来 观看距离的某一个位置就只能看到第一列像素 沿横向稍微移动一点只能看到第二列像素 以此类推 各列像素地观看位置就分开了 在第一列到第八列的连续范围内 无论观察者在哪个位置上 都能形成立体视 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 57 6 5 3超多眼式 上述的两眼式和多眼式除自身的缺点外 还存在两个问题 一是焦点调节和辐辏不一致的问题 二是不能表示运动视差 多眼式虽然有所改善 但也是有限的 不连续的 而超多眼方式 SuperMulit ViewSMV 较好地解决了这两个问题 把解决这两个问题的立体显示叫做自然立体显示 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 58 超多眼式的原理 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 59 超多眼式的原理 在超多眼式中 把表示图像的视点间隔设置为比两眼间隔更窄的瞳孔径以下 使两个以上的视点入射到单眼瞳孔内 即通过空间一点的光线同时有两条以上入射单眼瞳孔 对于这一点眼睛的焦点调节到成像点应该是可能的 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 60 6 5 3超多眼方式 超多眼的方式有集束化光源阵列 FocusedLightArray FLA 方式 投影光学系扇形配列 FunLikearrayprojectionoptics FAPO 方式和高密度指向 High DensityDirectional HDD 方式等 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 61 6 5 3超多眼方式 高密度指向方式HDD HDD投影型的构成方法 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 62 6 5 4深度信息表示方式 DFD Depth Fused3 DDFD 表示方式是基于新的立体错视 opticalillusion visualillusion 现象 DFD错视现象的发现而设计的3D表示方式 也称为景深融合型立体影像技术 这种方式虽然限定观察位置 但装置简单 没有疲劳感 而且不需要戴眼镜就能够形成立体视 另外 两眼视力差异较大的观察者也能容易看到3D像 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 63 6 5 4深度信息表示方式 错视是指由带有视觉欺骗的图像引起的视觉上的错觉 错视一般被分为 图像本身的构造导致的几何学错视 由感觉器官引起的生理错视 以及心理原因导致的认知错视 特别是关于几何学的错视 以其种类多而广为人知 DFD的方式有基本方式 飞出方式 偏振光加算型方式和投射型方式等 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 64 1 基本方式 DFD错视现象的概要如图6 18所示 把想表示的3D像 在此是长方形板 的透明投影图像 在前后表示面从观察位置看重合在一起 图6 18 a 左图 于是 观察者不是把这个作为深度不同的两个像 而是像6 18 a 右图那样在深度方向融合成一个像来感觉 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 65 1 基本方式 对应物体深度位置使前后两面像的亮度比发生变化 如图6 18 b 左图 就会感觉到其深度位置的连续变化 如图6 18 b 右图所示 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 66 2 飞出方式 像基本方式一样 这种方式利用图像的亮度变化 考虑物体的3D像的亮度比时 3D像的深度范围限定在两面之间 如图6 18 b 所示 但如果如图6 20那样 考虑3D像周围的亮度 3D像向前后两面的外侧飞出扩张是可能的 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 67 2 飞出方式 像基本方式一样 这种方式利用图像的亮度变化 考虑物体的3D像的亮度比时 3D像的深度范围限定在两面之间 如图6 18 b 所示 但如果如图6 20那样 考虑3D像周围的亮度 3D像向前后两面的外侧飞出扩张是可能的 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 68 3 偏振光加算型方式 可以使两块LCD重合 用偏振光角度的加算性 能够使DFD表示装置实现大幅面薄型化 图6 21 b 的方式是把前后两块LCD 没有偏光板 配置在两块偏光板间 在前面LCD和后面LCD的各个偏光角度进行加算 采用看起来好象作为全体正好前后的LCD表示辉度加算 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 69 4 投射型DFD表示方式 上述都是直视型 表示领域的大画面化不容易 为此 以大画面具有震撼力的3D表示为目标 提出了投射型DFD表示方式 图6 22表示了从前后两个方向投射型的构成 图6 23表示了从两个相互垂直的方向投射得到的立体图像 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 70 4 投射型DFD表示方式 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 71 4 投射型DFD表示方式 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 72 6 5 5积分照相方式 积分照相 IntegralPhotography IP 方式以多个微小透镜并列放置 像蝇眼那样 因此也叫蝇眼方式 再生时把被提示的表示单元置于原来摄像单元的位置 这些图像元素通过前面的透镜单元观察 这时 通过从表示单元发出的光和摄影时同样的路径 在原来景物的位置再现立体像 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 73 6 5 5积分照相方式 但是 应该在表示面后侧再生的立体像 却再生于表示面的前面 图6 24 b 所示 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 74 6 5 5积分照相方式 为了解决这个问题 提出了两阶段摄影法 棱镜阵列法 曲折率分布透镜法 无论哪种方法 结果都是把图像元素变换到对称的位置 如图6 25所示 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 75 6 5 5积分照相方式 为了解决这个问题 提出了两阶段摄影法 棱镜阵列法 曲折率分布透镜法 无论哪种方法 结果都是把图像元素变换到对称的位置 如图6 25所示 图6 26透镜阵列的表示 图6 27点光源的表示 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 76 6 5 6体积扫描方式 体积表示 volumetricdisplay 方式 是物理或者光学性光源三维性配置的立体表示方式 实现体积表示的硬件设备可分为下述三种 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 77 1 高速可变焦点光学系统的方式 实现电子动画的体积表示成为先锋方式 是组合由于低音扬声器振动的膜状镜和监视器CRT的装置 膜状的镜子由于振动从凸面镜向凹面镜高速变化而具有变焦距反射镜的功能 与此同时 CRT的表示内容高速切换 利用残像效果光学地生成三维像 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 78 1 高速可变焦点光学系统的方式 可是 这个装置由于低音扬声器发出令人不快的声音 在实用上问题很多 为此 采用液晶透镜代替膜状镜实现高速可变焦点光学系统的方法 这种方式为了实现分辨率和帧频高的立体像 表示部分CRT需要负担很大的绘图能力 为此 目前这种方式实现分辨率高的体积表示还很困难 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 79 2 物理地高速移动屏幕的方式 这是使屏幕自身物理地高速移动的同时 屏幕表示的内容也高速地切换 利用残像的效果生成三维图像的方法 这种方式的原理极为单纯 虽然是古老的方式 但由于高速物理移动控制的困难 实现高画质立体像困难 另外还有噪音和耐久性等问题 只是基于这种方法的音量显示已经由ActualitySystems公司以Perspecta为名商品化 该商品以高速回转小型显示的方式 具有能从360 方向观察的优点 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 80 3 屏幕多层重叠的方式 这是多层透明屏幕重叠的实现体积表示的方法 其原理和2同样是单纯的 但透明型显示物理地实现难成为瓶颈 LightSpaceTechnologies公司成功地实现了这种方式 而且正在进行商品化 同公司的商品DepthCube 能高速在透明 透光 状态 白色 光扩散 状态间切换的液晶屏幕多层重合 使其中的一层成为白色 把该层的深度图像从DMD投影机投影 把这些多层屏幕的各层顺序进行控制 并使其高速化 生成利用残像效果的三维像 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 81 3 屏幕多层重叠的方式 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 82 6 5 7体积扫描方式 最近 没有屏幕的映像表示引人注目 把脉冲激光用透镜集光使之发生等离子体 使其在空中发光的方式也可归为体积表示类 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 83 6 5 7体积扫描方式 体积方式实现立体映像的硬件已经商品化 但在普及方面还存在诸多课题 最大的问题是体积扫描能够表示的立体映像有原理上的制约 如上所述 体积表示基本是利用残像效果 在深度发光的光源在眼前不能遮蔽 因此 不能表示有遮挡的映像 另外 除了表示上的问题外 体积方式准备表示数据也有困难 例如拍摄的影像以体积方式实现很难 现在只限于用计算机图形表示的 或CT方法得到的数据 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 84 6 5 8全息方式 它是根据再生光线的波面 给观察者提示视差图像 因此 也称为光波面再生方式 是完全再现物体反射光的方式 全息方式可使多人同时观察空间立体像 可能是立体电视今后的发展方向 成为当前活跃的研究课题 由于以液晶板为代表的显示技术的飞跃发展和计算机处理能力惊人的进展 作为优秀的立体显示 全息立体电视被也人们所重视 被认为是终极的立体显示 这里将简单叙述全息方式的原理 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 85 1 电子全息的概念 电子全息的基础概念包括全息信息的输入 生成 传送 记忆 输出 表示 这里要用到电子学的技术 根据电子学的手法作成全息或者再生技术的总称叫做电子全息 Electroholography 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 86 输入 生成 输入系统以实物为对象时 和光学全息的制作相同 从物体反射的散乱光和参考光进行干涉条纹的制作 根据CCD照相机输入直接干涉条纹变换成电子信号 或是不是直接拍摄全息 而是由照相机进行一次摄影 其后光学地制作全息 叫做全息立体照片 与此不同的是以虚拟的物体为对象时 用计算机全息合成 CGH ComputerGengratedHologram 的方法 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 87 传输 蓄积 无论哪种场合 电子信号以NTSC等制式传送后 全息信息在表示装置输出 另外 在外部记忆装置记忆也是必要的 为了进一步应对巨大的全息信息量 还要用到信息压缩技术 无论是哪种场合 被传送的电子信号 输出于高精细表示装置的全息图形由再生光再生直接的3D像 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 88 2 全息的表示原理 全息的记录在此 根据菲涅耳全息说明全息的记录 再生的想法 如图6 28所示 从激光得到的光在HM分为两个方向 一个方向的光束到达物体的表面 被反射后成为球面光到达纪录面 物体光 另一方向的光束成为一样的光波到达纪录面 参考光 于是 在就在记录面记录下了由物体光和参考光的干涉条纹 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 89 2 全息的纪录原理 全息的再生 只对干涉条纹投射参考光 再生照明光 其结果是衍射效应把干涉条纹中包含的物体光再现了出来 这种再现光也称为再生光 这样 被摄体就忠实再现在原来的地方 全息与其它立体显示方式的不同之处是物体反射光波面本身的再现 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 91 全息的表示 表示的设备用高分辨率空间光变調器 SLM 为了表示全息的干涉条纹 充分的分辨率是必要的 现在使用的是液晶光变调器 LCD 音响光变调器 AOM 和微小反射镜设备 DMD 等 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 92 计算机合成全息 如图所示 在计算机中干涉物体波和参考波 照射强力的激光 把虚拟的物体经过计算机的数值计算处理变换成全息 即 把电子摄影方法的总称叫做计算机合成全息 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 93 计算机合成全息的制作 制作方法如图所示 和光学全息同样 把从空间一点出发的物体波和参考波在平面上干涉 得到的干涉条纹叫做全息 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 94 计算机合成全息的优点 因所有的处理都在计算机进行 因此可以举出下面的优点 不需要摄影用的激光 不用考虑激光的动力和相干性的影响 像光学全息那样的减振也不需要 受光单元噪音的影响少 再生过程由计算机模拟是可能的 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 95 计算机合成全息例 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 96 计算机合成全息立体照片 CGHS 方式 如图所示 计算机合成全息立体照片 CGHS 方式 传送用多视点照相机输入的各视点的平面图像后 变换成全息数据 其后用液晶板等空间光变调设备进行像的再生 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 97 计算机合成全息立体照片 如图6 32所示 把由各视点得到的水平方向有视差的全息元素 配置在一个表示面板适当的位置 把所有视点合成的图像叫做全息立体照片 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 98 法 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 99 6 6立体影像的制作 立体图像的制作有四种方法 绘制 手工和计算机绘制 3D计算机生成 摄影 像 和2D 3D变换 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 100 6 6 1绘制 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 101 6 6 23D CG生成 这是用计算机图形学方法生成体视图形 像 的方法 可以采用3Dmax或LightWave软件制作 也可以采用OpenGL Direct3D编程的方法 用3Dmax或LightWave软件可以制作出完美的体视图像 但某些应用需要编程 如游戏和VR的实时性等 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 102 6 6 23D CG生成 在OpenGL中与立体视有关的函数有voidgluPerspective GLdoublefovy GLdoubleaspect GLdoublenear GLdoublefar 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 103 6 6 23D CG生成 gifFrustum函数的格式为voidgifFrustum GLdoubleleft GLdoubleright GLdoublebottom GLdouble top GLdoublenear GLdoublefar 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 104 6 6 23D CG生成 这两个函数都是透视投影函数 要生成对应于左右眼的体视投影不能直接使用 而是需要先进行必要的变换 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 105 6 6 3摄影 像 可以用摄像机或照相机拍摄两眼式立体影像 但需要两台摄像机或双镜头的摄像机 照相机 摄像的方法有两种 一种是交叉摄影 一种是平行摄影 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 106 1 光轴交叉配置 交叉式 摄影 两眼式交叉摄影是为使在被拍摄体位置透镜光轴交叉 一般把镜头向内设置摄影的光轴交叉配置 因交叉式摄影能够使用一般的摄影机 照相机 摄影 故现在看到的立体节目几乎都是交叉式摄影作品 但在交叉式摄影中会发生 梯形应变 为了抑制 应变 的发生 必须注意以等画角进行摄影 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 107 2 光轴平行配置 平行式 摄影 在水平方向使用透镜 或CCD等摄像板 能够移动的特殊摄影机 以视距在左右眼图像的 画面中心线 交叉进行摄影 如图所示 以透镜移动的平行法摄影的图像 没有交叉式摄影产生的 梯形应变 而形成理想的两眼式立体摄影 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 108 2 光轴平行配置 平行式 摄影 一般的摄像机也能进行平行式摄影 其中的一个方法是使2台摄像机的光轴平行配置 把拍摄左右图像 右眼像的右端 左眼像的左端编辑影片 适当修整 但是 仅靠修整 电子变焦 透镜的等价焦点距离会变长 分辨率低下 因此也可以说这是使用高分辨率的摄像机获得低分辨率的3D图像时的有效方法 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 109 3 摄影机的间隔 两眼式立体拍摄 以65mm距离在同一个水平面上配置两台摄影机摄影虽然是基本的 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 110 3 摄影机的间隔 但把标准的两台专业用高清摄影机并列 摄影机和透镜在横向固定 因两台的间隔大于65mm 则焦点距离短的透镜 广角 表现为盆景效果 矮小化现象 与此同时 极易产生从近景到远景看起来大的被拍摄体深度抻长等立体感失真的映像 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 111 3 摄影机的间隔 另外 使用半透镜反射镜 因为能把等价的摄像机间隔缩小为0 所以在接近虫眼的摄影 宏摄影 中 能够进行应变少的立体摄影 反之 与镜头的焦点距离相比相对应的镜头间隔狭窄时 成为缺乏立体感的立体摄影而形成布景现象 在深度方向压缩 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 112 3 摄影机的间隔 为此 在强调烟花等远方物体的立体感时 往往采用数十厘米到十几米的镜头间隔摄影 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 113 4 摄影机的联动 通过左右眼视差和辐辏角得到立体感的两眼式中 左右镜头同时按下快门 使左右图像摄影同步 是必要的 为此 必须用具有视同步系统的电视台等使用的广播级摄像机 但这类摄像机价格昂贵且尺寸也大 消费者往往使用高清摄像机 但如果使用没有视同步系统的摄像机拍摄运动的物体 快门同步即使仅错开一点 就会拍到在左右不同位置的物体 特别是物体上下运动时 往往会产生有很强的违和感和难以融像的图像 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 114 4 摄影机的联动 另外 有从外部遥控功能的民用摄像机 REC和电源的ON OFF 中 两台同时打开电源 因为能把REC大体同步的状态维持数分钟 所以使用这种机种是有效的手段 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 115 6 6 42D 3D变换 3D影像的普及需要持续提供质量好 有魅力的作品 但是将3D影像按照商品制作 制作成本很高 而且需要优秀的专门人才 因此 3D作品严重不足 为此 将通常的2D影像变换成3D影像的技术格外引人注目 将2D影像变换成3D影像 不仅可以使过去大量的影像作品作为3D影像复活 也可以2D将新作品变换成3D作品 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 116 6 6 42D 3D变换 拍摄3D影像时 为了接近人的视觉 期待具有高临场感的电影 但存在左右影像的画角易产生偏差 或反射光只映入一方的影像 难以调整视差等问题 因此在维持3D影像的品质上 做成有魅力的影像是极其困难的 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 117 6 6 42D 3D变换 通常的2D影像中 对于被拍摄物体 可以使用摄影角度和迅速缩放效果等各种映像表现手法拍摄 而拍摄3D映像时 因为要边使两台摄像机同步边要摄影 制约很多 固定焦点 固定视点而缺乏表现力 重要的一场戏 左右映像不一致不能使用的情况很多 这时 把左映像或右映像通过2D 3D变换 可能使其能成为合格的影像 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 118 6 6 42D 3D变换 2D 3D变换技术解决能够这种影像制作的各种问题 把以前积累的 2D影像制作没法解决问题的灵活运用 以2D影像作品为基础 进一步给予3D影像的以附加值 具有很大的意义 北京邮电大学自动化学院 2020 3 26 119 1 2D 3D变换的原理 2D 3D变换技术 是根据利用两眼视差的立体视机能 用各种方法在2维信息的点 x y 的基础上给予深度值 z 对应其深度值把点左右交错 作成左右眼图像 这时 深度值不正确 如果对立体视的影响不是很大 相反引出心理因素的作用是重要的 实时的2D 3D