【正文】 第六章 立體視技術(shù) 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 2 本章內(nèi)容 概述 立體視原理 各種立體視技術(shù) 立體視變換 立體影像的制作 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 3 概述 本章將介紹立體視技術(shù)的原理 、 體視因素 、各種體視技術(shù) 、 體視變換等 ， 以使大家對(duì)立體視技術(shù)有個(gè)大概的了解 。 立體視技術(shù)已經(jīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí) 、 電影電視 、通信 、 機(jī)械 、 醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域 。 立體視技術(shù)的日益普及也開(kāi)始融入到我們的日常生活 ， 如今我們?cè)S多場(chǎng)合都能見(jiàn)到立體視技術(shù)的身影 ， 如博覽會(huì) 、 電影院等 。 術(shù)語(yǔ) 體視影像 （ stereoscopic images， 立體影像 、 3D圖像 ） ：表示在平面上的對(duì)應(yīng)于左右眼的透視圖對(duì) 。 立體映像： 觀(guān)看體視圖像時(shí)在頭腦中融合成的空間像 。 映像： 客觀(guān)事物在人腦中以感覺(jué) 、 觀(guān)念或思想的形式再現(xiàn) 。 網(wǎng)膜像 ： 成像在視網(wǎng)膜上的圖像 。 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 5 立體視的原理 如圖所示，以人的兩眼瞳為視點(diǎn)，其中 SL為左視點(diǎn)，SR為右視點(diǎn)，分別以左右視點(diǎn)對(duì)同一物體在畫(huà)面 P上形成的透視投影對(duì)稱(chēng)為體視投影 ，或稱(chēng)為 體視圖形（像） 。 SLSR稱(chēng)為眼基線(xiàn)，眼基線(xiàn)一般平行于畫(huà)面， B稱(chēng)為目距，約為65mm。 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 6 立體視的原理 當(dāng)觀(guān)察者在左右視點(diǎn)位置觀(guān)察左右眼圖時(shí)，如能 保證左眼只能看到左眼圖，右眼只能看到右眼圖， 經(jīng)過(guò)觀(guān)察者腦中的視覺(jué)信息處理，可使體視圖對(duì)作為一個(gè) 立體映像 （ 觀(guān)看體視圖像時(shí)在觀(guān)察者頭腦中融合成的空間像）認(rèn)知，形成立體視。 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 7 H面體視圖 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 8 交叉視和同側(cè)視 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 9 立體視因素：心理和生理 生理因素 兩眼視差 兩眼輻輳（集合、輻合） 水晶體調(diào)節(jié)（焦點(diǎn)調(diào)節(jié)） 單眼運(yùn)動(dòng)視差 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 10 生理因素 輻輳（ Convergence） 兩眼同時(shí)注視同一物體時(shí)，兩眼視線(xiàn)向同一注視點(diǎn) A匯聚，稱(chēng)為輻輳，也叫輻合或集合。兩視線(xiàn)間的夾角稱(chēng)為輻輳角，它也隨著眼基線(xiàn)到注視點(diǎn)的距離 D的變化而變化，如圖 。 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 11 生理因素 若 SLSR= B，則兩眼輻輳角 ( d eg )5 7 .3( r ad ) B / DD/BA ???? ??北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 生理因素 兩眼視差 （ Binocular Parallax） 。 因有目距的存在 ， 用左右眼從不同角度觀(guān)看同一物體時(shí) ， 存在少量的差異 (左右眼視網(wǎng)膜上分別感受到的光刺激差異和形狀上的差異 )，這種差異稱(chēng)為 兩眼視差 （ 網(wǎng)膜像差 ） 。 生理因素 正是兩眼視差的存在使人們能夠感受到深度感 ， 在觀(guān)察體視圖像時(shí) ， 如能確保分離出左右眼像就能看到融合的立體映像 。 生理因素 從如圖 63看出 ， 左右眼從不同的角度觀(guān)察注視點(diǎn) A時(shí) ， 兩眼的視軸 （ 視點(diǎn)與點(diǎn) A的連線(xiàn) ） 成相等的角度 ， 注視點(diǎn)成像在兩眼視網(wǎng)膜的中心窩上 ，左像點(diǎn)為 al， 右像點(diǎn)為 ar，它們是在視網(wǎng)膜上是同方向 、 同距離的點(diǎn) 。 生理因素 過(guò)兩視點(diǎn) SL、 SR和注視點(diǎn)A 的圓周稱(chēng)為維 苗（ ViethM252。lle） 圓 ， 位于維 苗圓周上的兩點(diǎn) A和 C間不存在視差 ， 而不在這個(gè)圓上的點(diǎn) B與注視點(diǎn)A之間存在視差 。 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 生理因素 任意一點(diǎn)與左、右視點(diǎn) SL、 SR連線(xiàn)所構(gòu)成的夾角稱(chēng)為視差角，如圖 ， A、 B兩點(diǎn)的視差角分別為 和 ，則角視差 A? B?)( ΔDDDBΔDΔDDBDBRLBA??????????? ?????DD ???當(dāng) 2DBΔD ????北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 生理因素 角視差（網(wǎng)膜像差）的大小與輻輳距離 D的平方成反比，當(dāng)距離變大時(shí)，角視差會(huì)急劇減小。 兩點(diǎn)左右圖對(duì)間隔之差稱(chēng)為 水平視差 ，為 )11(BALLRR zzBdBABA ?????北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 19 生理因素 焦點(diǎn)調(diào)節(jié) （ Acmodation） 在觀(guān)察不同距離的物體時(shí) ， 睫狀肌會(huì)相應(yīng)的用力或放松 ，以調(diào)節(jié)水晶體厚度 （ 近厚遠(yuǎn)薄 ） ， 使物體成像映在視網(wǎng)膜上 。 眼睛這種本能地改變光焦度以看清不同距離的物體的過(guò)程稱(chēng)為焦點(diǎn)調(diào)節(jié)或水晶體調(diào)節(jié) 。 輻輳和焦點(diǎn)調(diào)節(jié)不是各自獨(dú)立的 ， 而是密切相關(guān) 、 相互影響的 。 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 20 生理因素 觀(guān)察實(shí)物時(shí) ， 兩眼視差 、 輻輳和焦點(diǎn)調(diào)節(jié)因素有機(jī)地結(jié)合在一起 ， 使觀(guān)察者能得到自然的實(shí)物視 ， 如圖 (a)所示 。 而觀(guān)察表示在平面上的體視圖像時(shí) ， 焦點(diǎn)調(diào)節(jié)在畫(huà)面上 ， 而輻輳在融像位置 （ 空間 ） ， 造成輻輳和調(diào)節(jié)的不一致 。 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 21 生理因素 由于輻輳和焦點(diǎn)調(diào)節(jié)不一致 ， 在生理上造成一種 不自然 的狀態(tài) ， 長(zhǎng)時(shí)間觀(guān)察就可能會(huì)引起視覺(jué)疲勞 。 這也引導(dǎo)人們研究出了能減少或消除視覺(jué)疲勞的其它顯示方式 ， 如超多眼式和光波面再生方式等 。 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 22 生理因素 單眼運(yùn)動(dòng)視差 （ Monocular Movement Parallax） 運(yùn)動(dòng)視差是再現(xiàn)空間自然狀態(tài)的重要因素 。 分為兩種情況：一種是由于畫(huà)面上圖像和視點(diǎn)移動(dòng)（從動(dòng)）引起的視差；另一種是觀(guān)察者在觀(guān)察畫(huà)面時(shí)移動(dòng)（主動(dòng)）視點(diǎn)而引起的圖形變化所產(chǎn)生的視差。 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 23 生理因素 如圖 ， 假定 O為觀(guān)察者單眼的位置 ，當(dāng)觀(guān)察者以速度從點(diǎn) O向點(diǎn) F移動(dòng)時(shí) ， 為了分辨出對(duì)象物體 A、 B距離的不同 ， 必要的運(yùn)動(dòng)視差 vtDDvtΔDDDΔDΔDDvtDvt221 )(?????????????vD DvΔDDD ΔDdtd 2)()( ???? ????北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 24 生理因素 觀(guān)察兩眼式的體視圖像時(shí) ， 當(dāng)觀(guān)察者水平移動(dòng) ， 立體映像也會(huì)隨著移動(dòng) ， 形成不正確的立體感 ， 這就是由于在體視圖像中沒(méi)有考慮運(yùn)動(dòng)視差造成的 。 對(duì)此 ， 多眼式有所改善 。多眼式從多個(gè)方向提示視差信息 ， 即使觀(guān)察者移動(dòng) ， 再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)視差也是可能的 。 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 25 心理因素 人類(lèi)感覺(jué)立體感 ， 除了生理因素外 ， 還有心理因素 。 包括 大小 ：小的物體感覺(jué)遠(yuǎn)，大的物體感覺(jué)近，即近大遠(yuǎn)小。 上下 ：位于上面的物體感覺(jué)遠(yuǎn)，位于下面的物體感覺(jué)近。 疏密 ：密集處感覺(jué)遠(yuǎn)，稀疏處感覺(jué)近。 運(yùn)動(dòng) ：速度慢的物體感覺(jué)遠(yuǎn)，速度快的物體感覺(jué)近。 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 26 心理因素 遮擋 ：被遮擋的物體感覺(jué)遠(yuǎn)，沒(méi)有被遮擋的物體感覺(jué)近。 明暗 ：暗處感覺(jué)遠(yuǎn)，明處感覺(jué)近。 陰影 ：根據(jù)光源的位置判斷。 濃淡 ：淡色遠(yuǎn)，濃色近。 色相 ：冷色遠(yuǎn)，暖色近。 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 27 立體視的變換 立體視的觀(guān)察空間 北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 2022/4/14 28 立體視的變換 ????????????????????????????????????????????0021202001000011002/0100001000011002/010000100001dBddBBTBT PL????????????????000120000100001ddT p????????????