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人类的立体视觉与3D拍摄原理
作者:北京天远科技
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一、人类立体视觉与3D:

立体视觉即是人们通常所说的3D,来自于英文Three-Dimensional的缩写。3D影像技术的核心是利用人的双眼观察物体的角度略有差异,因此能够辨别物体远近,产生立体视觉的这个原理,把左右眼所看到的影像分离,从而使观看者在2D的显示平面上可以看到立体的、有空间感的图像或视频,大大加强观众的临场感和身历其境的感觉。

人类的立体视觉分为两种,一种是基于单眼的,另一种是基于双眼的。单眼立体视觉之一是焦点调节,人眼观察景物时通过水晶体厚度的调节对关注重点实现聚焦,观看近处景物时水晶体变厚,观看远处景物时水晶体变薄。当人眼聚焦点在近处景物时近处景物实焦、清晰,远处景物虚焦、模糊,大脑通过这种焦点的实虚变化得到空间深度信息,其有效范围在5米以内。

双眼立体视觉之一是会聚角,观看近距离物体时双眼视线向内侧会聚,大脑通过左右眼视线会聚角度得到空间深度信息,其有效范围在20米以内。双眼立体视觉之二是视差,由于双眼位置不同左右眼看到的图像存在差异,人脑通过双眼图像位置的差异感受到空间深度信息也就是立体效果。大脑对视差非常敏感,可以感受到1/60度也就是1分的双眼视差。

双眼3D电视就是用两台摄像机模拟人的双眼相隔一定距离分别同时拍摄对应左右眼的图像,两个图像经过处理后同时显示在3D电视的屏幕上,观看者佩戴与3D电视配合的3D眼镜后左右眼就会分别观看到左右眼摄像机拍摄的图像并在大脑中产生立体效果。因此,一路3D电视就是对应于左右眼的一对(两个)高清信号。因为需要同时处理两个高清图像,3D节目制作也比普通2D高清更复杂。

在3D电视屏幕上如果左眼看到的图像显示在左侧,右眼的图像显示在右侧称为正视差,佩戴3D眼镜观看正视差的图像时尽管实像位于显示屏幕表面,但观看者感受到的虚像位于显示屏幕后面,图像远离了屏幕。左右眼看到的图像在显示屏上完全重合就是零视差,无论是否佩戴3D眼镜都会感觉这个图像位于显示屏的表面,与普通的高清电视相同,没有立体感。如果左眼看到的图像显示在右侧,右眼的图像显示在左侧就是负视差,观看者感受到的虚像位于显示屏幕前面,图像从屏幕上跳出来了。

二、3D显示技术:

3D显示技术是整个3D流程中最复杂的一步,由于播放的平台都是平面显示设备,且左右眼素材要在同一个显示设备上出现,这就涉及到如何将左右眼素材进行分离,并分别准确的送到观众的左右眼中。一旦左右眼素材的分离出现问题,3D效果就不会出现,而观众也将看到混乱、有重影的画面内容。3D显示技术可以分为眼镜式和裸眼式两大类。裸眼3D自3D技术出现以来就一直被人们关注和期待着,不少厂商都致力于开发裸眼3D技术,如任天堂的裸眼3D游戏机、东芝的裸眼3D电视等等。但由于裸眼3D技术尚不十分成熟,目前没有在广电行业应用的实例。

当下,主流的3D显示技术都需要佩戴眼镜。在眼镜式3D技术中,我们又可以细分出三种主要的类型,即:色差式、偏光式、主动快门式,也就是平常所说的色分法、光分法和时分法。

三、3D拍摄设备:

3D原理很简单,3D拍摄很容易,拍好并完美显示3D很困难。广电总局科技司业已下发了《3D电视技术指导意见》,用以规定3D电视节目在拍摄、制作和播出等方面需要关注的技术内容,确保3D电视的拍摄、播出效果和质量。

3D电视节目拍摄可采用双摄像机加3D支架的方式或一体化3D摄像机方式。双摄像机加3D支架拍摄方式是使用2台相同的摄像机和2个镜头,把2台摄像机安装在一起的设备是3D支架,从结构上看3D支架有水平和垂直(反射镜)两种方式。水平支架适合间距比较大的拍摄场合,但并列安装的水平支架光轴间距受到摄像机和镜头尺寸的限制无法做的很小,垂直支架把一台摄像机垂直放置后可以实现最小零间距设置,采用半反射半透射镜实现光轴转向。但该方式拍摄准备时间长、移动拍摄困难,在调整不正确的时候可能3D图像质量很差。

现在广电设备的供应商已经开发出了一站式的解决方案,即把两个镜头和两台摄像机以水平并列的方式安装在一个机身内的一体化3D摄像机。一台一体机内不仅有两个镜头,而且在镜头之后的处理电路、编码和存储都是两套独立的系统,中间由精确的控制电路相连接。

四、3D拍摄需要注意的问题:

拍摄3D与拍摄高清有很大不同,3D拍摄要根据不同场景、主题、物距随时调节两台摄像机间距、汇聚角,还需对两台摄像机及其机架的参数、定位、对焦,变焦进行同步细调,才能确保左右眼画面匹配并呈现恰当的纵深效果。3D拍摄还要防止视差过大,或视点冲突过多,以避免造成观众疲劳、晕眩等不适。

影响立体感的三个要素:“镜距”(V)、“物距”(L)、“深度”(S)。:

立体感关系式 g ∝ VS/L( g立体感 V镜距 S深度 L物距 )(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (7/12/2013)
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