СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ

СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ

       

пространственное изображение, к-рое при рассматривании представляется зрительно объёмным (трёхмерным), передающим форму изображённых объектов, характер их поверхности (блеск, фактуру), взаимное расположение в пространстве и др. внеш. признаки. Объёмность С. и. обусловлена бинокулярным стереоэффектом, к-рый возникает при наблюдении объектов двумя глазами, когда правый и левый глаз наблюдают пространственный объект в разных ракурсах.

При наблюдении С. и., как и в естественных условиях, каждому глазу зрителя представляется возможность видеть свой ракурс объекта и в сознании человека происходит автоматич. слияние этих ракурсов в одно результирующее пространств. изображение.

Различают стереопарное и многоракурсное С. и. Стереопарное С. и. воспроизводит два ракурса объекта (стереопару), неизменных при разных положениях зрителя. Кажущаяся глубина пространств. изображения в этом случае зависит от расстояния зрителя до картины, уменьшаясь при приближении к ней. Раздельное рассматривание каждого ракурса соответств. глазом обеспечивается посредством стереоскопов, цветных или поляризационных светофильтров, мигающих заслонок и т. п. средствами.

Многоракурсные С. и. осуществляются путём пространств. сепарации ракурсов линзовыми растрами. Благодаря этому из разных положений зритель может рассматривать разл. пары ракурсов. Наблюдаемый образ при этом остаётся неизменным в пространстве для любых положений зрителя.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ

(пространственное изображение)- изображение предмета, к-рое представляется наблюдателю объёмным (трёхмерным),передающим форму изображаемых объектов, характер их поверхности, взаимноерасположение в пространстве и др. внеш. признаки. Возникает С. и. в сознаниичеловека в результате слияния в единый зрительный образ двух плоских изображений стереопары, рассматриваемых раздельно каждым глазом. Каждое из двухизображений стереопары представляет собой центр. проекцию объекта (полученную, <напр., фотографированием) с правой и левой точек зрения, разнесённых погоризонтали на нек-рое расстояние, называемое стереобазисом. Изображениеобъекта, полученное с правой точки, должно рассматриваться правым глазом, <а изображение, полученное о левой точки,- левым глазом. Простейшим приборомдля такого рассматривания является стереоскоп. Т. к. правое и левое изображениястереопары представляют собой разные ракурсы объекта, то при оптич. наложениидруг на друга они совмещаются не полностью, изображения разноудалённыхточек объекта оказываются смещёнными вправо или влево относительно другдруга, образуя горизонтальный линейный параллакс. Величина параллакса зависитот удалённости наблюдаемой точки изображения. Если точка правого изображенияв плоскости совмещения оказывается правее левого изображения этой точки, <то параллакс считается положительным и пространственное положение слитногообраза этой точки в С. и. будет представляться расположенным за плоскостьюсовмещения; если точка правого изображения расположена левее точки левогоизображения, то параллакс считается отрицательным и слитное изображениеточки оказывается перед плоскостью совмещения; при параллаксе, равном нулю, <слитный образ формируется в плоскости совмещения.

Оптич. наложение правого и левого изображений стереопары друг на другаосуществляется селективной проекцией или печатью этих изображений, позволяющимив то же время посредством спец. фильтров выделять каждое изображение изих «смеси» для предъявления его предназначенному глазу. В зависимости отспособов фильтрации изображений различают следующие способы воссозданияС. и.: очковые - анаглифический, поляризационный, эклипсный; безочковые(растровые) - одностереопарные и многоракурсные.

Очковые методы наблюдения стереоскопического изображения В анаглифическомметоде воспроизведения С. и. (рис. 1) используется спектральная сепарацияизображений стереопары. В этом случае одно из изображений стереопары, напр. <правое , печатаетсяна экране Е красной краской, а левое изображение , налагаясь на красное, печатается зелёной краской. Тогда, рассматриваяизображения через цветные очки, левым глазом L через красный светофильтр F₁ увидим тёмный силуэт зелёного изображения , а правым глазом R через зелёный светофильтр увидим тёмный силуэттолько красного изображения Слитный образ точек и , соответственнофиксируемых правым R и левым L глазом, будет виден на пересечениилиний их визирования в точке А перед экраном Е. Аналогичновизуальное слияние точек и , видимыхправым и левым глазом, создаёт образ точки В, лежащей за экраном Е. Т. о., точки А и В окажутся пространственно разнесены. <Этот метод легко реализуется и широко используется для получения С. и. <в полиграфии, кино, телевидении, однако он не позволяет воспроизводитьцветные объёмные изображения (см. также Анаглифов метод).

Рис. 1. Анаглифическая система синтезирования пространственного образаАВ при рассматривании на экране Е изображений стереопары и , соответственноправым R и левым Z. глазом через сепарирующие очки с цветными фильтрамиF₁, F₂

Поляризационный метод может быть использован для проекц. воспроизведенияцветных С. и. Левое и правое изображения стереопары проецируются на экранлучами поляризов. света с плоскостями поляризации, ориентированными взаимноперпендикулярно для правого и для левого изображений. В качестве экранаслужат недеполяризующие свет металлизированные поверхности или матированныепрозрачные листы. Рассматривают изображения на экране через очки с поляризац. светофильтрами, при этом плоскости поляризации светофильтров, находящихсяперед правым и левым глазом, ориентируют соответственно параллельно плоскостямполяризации лучей, проецирующих правое и левое изображения стереопары. <Этот метод применяется для реализации стереокино.

Эклипсный метод использует временную фильтрацию (поочерёдное рассматривание)правого и левого изображений стереопары. Правое и левое изображения в чередующемсяпорядке проецируются на экран и вместе с этим синхронно перед правым илевым глазом открываются и закрываются заслонки в очках, через к-рые зрительпоочерёдно видит правым глазом правое изображение стереопары, левым глазом- левое изображение. Недостатком этого метода являются мерцания С. и.,заметные при малой частоте ("100Гц) смены правых и левых кадров на экране. Однако и при малой частоте сменыкадров (вплоть до единицы Гц) стереоэффект сохраняется, и поэтому методнаходит применение в тех случаях, когда этим недостатком можно пренебречь, <в частности в рентгенотехнике.

При решении практич. задач возможно комбинирование систем воспроизведенияС. и. Такой симбиоз эклипсного метода с поляризац. методом предложен дляреализации стереоскопич. телевидения. В данном случае (рис. 2) на экране 2 телевизора 1 последовательно во времени экспонируются правыеи левые изображения стереопары, а наблюдение С. и. ведётся через поляризац. <очки 8 со взаимно перпендикулярно ориентированными плоскостями поляризациифильтров F₁ и F₂. Перед экраном телевизораустанавливается управляемый транспарант, состоящий из листа поляроида . и жидкокристаллич. модулятора света, выполненного из двух прозрачныхпроводящих пластин 4 и 6, между к-рыми расположен парафазныйжидкокристаллич. слой 5. При подаче от коммутатора 7 электрич. управляющихимпульсов к пластинам 4 и 6 происходят повороты плоскостиполяризации лучей, проходящих через транспарант, на 90° то в одну, то вдр. сторону. В те временные интервалы, когда та или иная фаза поляризациисовпадает с экспозицией соответственно правых или левых кадров С. и. наэкране телевизора, через поляроидные фильтры F₁ и F₂ очков можно попеременно видеть правым глазом последовательности толькоправых кадров стереопары, а левым глазом - только левых кадров. Это обеспечиваетзрительное восприятие пространственного образа С. и. на телевиз. экране.

Рис. 2. Система телевизионного воспроизведения стереоскопическогоизображения с поочерёдным предъявлением правых и левых кадров на экране2 телевизора 1 и с их рассматриванием через управляемый транспарант 3-6и поляроидные очки 8.

Безочковые методы воспроизведения стереоскопического изображения

В таких методах для сепарации правого и левого изображений стереопарыиспользуют растровые оптические системы, создающие перед экраномзоны избират. видения, из к-рых правым и левым глазом можно увидеть раздельносоответствующие изображения стереопары. Этот принцип автостереоскопии пояснённа рис. 3. Если перед фотопластинкой Е укрепить щелевой растр . ис нек-рого расстояния из точки А ₀ спроецироватьчерез растр на фотопластинку одно из изображений стереопары, напр. левое, <то после проявления пластинки можно будет увидеть это растрированное изображение(обозначенное на рис. чёрными точками), наблюдая через тот же растр изположений A₀, А ₁, А ₂ и т. д., лежащихна прямой YY. Области А ₀, А ₁, А ₂,... можно назвать зонами избирательного видения левого изображения. Одноврем. <с левым изображением стереопары можно напечатать на фотоплёнке Е правоеизображение, проецируя его из точки В ₀, лежащей на прямой YY и сдвинутой вправо от точки А ₀ на величинумежзрачкового базиса. Элементы этого изображения, отмеченные на ЕЕ белымикружочками, будут видны соответственно из зон избират. видения правогоизображения В ₀, B₁ B₂... Наблюдатьслитное С. и. в данном случае можно свободно из каждой пары зон А ₀ В ₀,А ₁ В ₁ ,А ₂ В ₂ и т. д.

Рис. 3. Принцип автостереоскопического воспроизведения пространственныхизображений через щелевой растр F.

Показ автостереоскопич. изображения для большой аудитории может осуществлятьсяс помощью радиального растрового стереоэкрана, называемого также перспективным(рис. 4). Особенностью стереоэкрана является то, что плоскость экрана . и плоскость щелевого растра F, расположенного перед ним, наклоненыдруг к другу под небольшим углом, так что в своём продолжении они пересекаютсяпо горизонтальной прямой Y₀Y₀. Щели растранаправлены радиально к центру О, лежащему на прямой Y₀Y₀. Если из какой-либо точки А ₀ направить на экран . световой пучок, то свет, проходящий через щели растра k, l, т, п, образует на экране Е картину полос k', l', т',п', также радиально сходящихся к центру О. Световые плоскости, <проходящие через щели растра, пересекаются по прямой ОA₁ из каждой точки к-рой можно увидеть через все щели освещённый экран, т. <с. эта прямая представляет собой фокальную линию избирательного видения. <Если период следования щели у растра в его сечениях, параллельных прямой Y₀Y₀, постоянен, то такими же линиямиизбират. видения являются и прямые OB₁ ОВ ₂, ОВ ₃, образуемые световыми лучами, отражёнными от освещённых полос экрана, <напр, от полосы Ok' через соседние щели растра Оl, От, On,... Точки А!, А ₂, А ₃ и др. располагаются напрямой YY, параллельной Y₀Y₀ и проходящейчерез точку А ₁.

Рис. 4. Система проекционного воспроизведения стереоскопическогоизображения для безочкового (автостереоскопического) наблюдения пространственногоизображения на радиальном растровом экране одновременно многими зрителями.

Проецируя из др. точки В ₁, расположенной на прямой YY, на экран др. пучок света, можно создать новую серию линий избират. <видения OB₁, ОВ ₂, ОВ ₃ и т. д.,расположенных в одной плоскости с линиями OA_i. Все линииизбират. видения образуют плоскость, называемую плоскостью избирательноговидения.

Проецируя на экран из точки A₁ правое, а из точки B₁ левое изображение стереопары, можно создать в плоскости OYY условия для раздельного видения правого и левого изображенийизбирательно правым и левым глазом соответственно из зон ОА _i и ОВ _i.

Очевидно, заменяя щели растра F цилиндрич. (конич.) линзами, <можно сузить световые полоски от источника света на экране за растром итаким образом повысить разрешающую способность стереоэкрана. Благодаряэтому на линзово-растровый стереоэкран с линии YY можно проецироватьне одну пару ракурсов (стереопару), а большое число ракурсов объекта, сфотографированныхс горизонтального ряда точек (напр., точек 1, 2, 3, 4,...), сдвинутых так, <чтобы точка 2 была левее 1, точка 3 левее 2, точка 4 левее 3 и т. д. Вэтом случае в плоскости избират. видения OYY образуются смежно расположенныезоны, из любой пары к-рых можно наблюдать на экране С. и., рассматриваяего в разных ракурсах.

Реализация такого рода многоракурсного С. и. возможна в разл. системахотображения визуальной информации, и в частности на экране электроннолучевойтрубки прибора (рис. 5). Электронный прожектор 1 проецирует через растр-решётку G на люминесцентный экран Е изображение объекта, видимоес левой точки; прожектор 2 проецирует изображение, соответствующее правойточке; прожектор 3 - ещё более правой точке; прожектор 4 - крайнейправой точке. Электронные лучи от каждого прожектора, проходя через узкиещели решётки G, падают на разл. участки экрана Е, вызываясвечение своего растрового изображения. Так, напр., лучи от прожектора 1 вызывают свечение участков экрана, обозначенных на рис. 5 чёрнымикружками, а от прожектора 4 - светлыми кружками. Установленный сдр. стороны экрана линзовый растр R собирает излучение от точекэкрана, освещённых прожектором 1, в зону 1', от прожектора 2 - в зону 2', прожектора 3 - в зону 3', прожектора 4 - в зону 4'. Вдоль оси YY образуются зоны избират. <видения смежных ракурсов объекта, из любой пары к-рых можно наблюдать пространственныйобраз объекта. Вдоль оси YY образуются также дополнит. зоны избират. <видения идр.,позволяющие наблюдать С. и. одноврем. многим зрителям.

Рис. 5. Схема автостереоскопического формирования многоракурсногопространственного изображения на экране электронно-лучевой трубки, наблюдаемогочерез линзовый растр.

Подобный метод используется при изготовлении многоракурсных полиграфич. <С. и., рассматриваемых через склеенный с отпечатком линзовый растр. Приэтом объект фотографируют с разных сторон фотокамерой, движущейся вокругнего (рис. 6). Съёмка ведётся на фотоматериал Р, прикрытый линзовымрастром R и, в свою очередь, сдвигаемый во время съёмки на величинупериода (шага) линзового растра, для того чтобы распределить на фотоматериалераздельную запись последоват. ракурсов в виде кодированных дорожек. (Создаётсят. н. параллаксограмма, стереоскопически считываемая через декодирующийлинзовый растр.).

Рис. 6. Панорамная съёмка параллаксограммы многоракурсных стереоизображенийнепрерывно движущейся фотокамерой на фотоматериал через линзовый растр.

Дальнейшим развитием многоракурсных С. и. является интегральная фотография, <позволяющая записывать изменение ракурсов объекта одновременно, как в горизонтальномнаправлении, так и в вертикальном (см. Растровые оптические системы).

Наиб. существ. отличием многоракурсных С. и. от одностереопарных являетсято, что первые создают более комфортные условия для наблюдения объёмногоизображения и сохраняют неизменность пространственных соотношений картиныпри относит. перемещениях наблюдателя, тогда как при наблюдении одностереопарногоС. и. глубина и форма наблюдаемой картины меняются в зависимости от дистанциии местоположения наблюдателя.

Лит.: Власенко В. И., Полиграфическое производство стереоизображенийс линзовым растром, М., 1978; Мамчев Г. В., Стереотелевидение, М., 1982;Валюс Н. А., Стерео: фотография, кино, телевидение, М., 1986; ДудниковЮ. А., Рожков Б. К., Растровые системы для получения объемных изображений, <Л., 1986; Касс К., Касс А., Практическая стереофотография, Минск, 1987. Н. А. Валюс.

Стереоскопическое изображение компьютерное

Появление персонального компьютера, снабжённого сканером и высококачеств. <принтером (размер точки 1/300 дюйма), позволило конструировать компьютерныестереокарточки и стереослайды (аналогичные обычным стереофотографиям истереослайдам) и создавать объёмные компьютерные копии реальных объектов. <Однако это возможно только в том случае, когда известна трёхмерная структураобъекта или сцены, С. и. к-рых надо построить.

Примером объекта с известной структурой является любая макромолекула(молекула белка, нуклеиновой кислоты и т. п.), пространственная форма иразмеры к-рой известны (обычно их находят методами рентгеновского структурногоанализа). Для построения С. и. молекул выбирают такую систему координат, <начало отсчёта к-рой находится в центре тяжести молекулы (заранее найденном),ось X проходит горизонтально (параллельно прямой, соединяющей зрачкиглаз наблюдателя), ось Z проходит вдоль направления наблюдения, <а ось Y перпендикулярна им обеим. В этой системе отсчёта атом скоординатами х, у, z будет виден левым глазом так, как если бы оннаходился в плоскости в точке с координатами

гда L - расстояние до центра молекулы, d - расстояниемежду зрачками; соответственно для правого глаза:

Поэтому одним из вариантов построения стереопары на мониторе компьютерабудет изображение левой и правой точек и _Л, v и и _П,v:

где х ₀, y₀ - координаты центра монитора,R - расстояние между правой и левой половинами стереопары, . масштабный фактор, определяющий размер С. и.

Если построена последовательность компьютерных стереопар, то на мониторекомпьютера можно наблюдать стереофильмы (невооружённым глазом либо с помощьюстереоскопа).

Возможность построить стереопару по картине или рисунку художника зависитот того, использовались ли художником законы перспективы [1]. Если на рисунке, <выполненном с использованием прямой перспективы, ясно видна точка перспективы, <можно найти предполагаемые пространственные координаты всех точек С. и. <При построении стереопары пейзажа можно отд. объекты пейзажа вынести вразные параллельные плоскости, в разл. степени удалённые от зрителя.

На рис. 7 приведена компьютерная стереопара, построенная по картинеВ. А. Серова «Ида Рубинштейн».

Рис. 7.

Построение С. и. невидимого. В окружающем мире имеется целый ряд измеряемых, <но не видимых человеческим глазом физ. величин, пространственное распределениек-рых часто необходимо знать в практич. целях. К таким величинам относятся, <напр., интенсивность гамма-излучения естественных или техногенных радиоактивныхвеществ, абс. значения вредных атомарных или молекулярных примесей в загрязнённомвоздухе, воде и т. д., распределение темп-ры, влажности воздуха и т. п. <Компьютеры позволяют визуализировать измеренные величины, в частности построитьдля них условные С. и. Большое значение трёхмерная визуализация имеет вразл. мед. диагностиках, в частности в ЯМР-, рентгеновской и ультразвуковой томографии.

Восстановление трёхмерной сцены по стереопаре. Наряду с построениемстереопар иногда необходимо решить обратную задачу - провести анализ оцифрованнойфотостереопары для получения информации об изображённой на ней трёхмернойсцене [2]. Это бывает необходимо, напр., для дистанц. определения рельефаповерхности Земли или др. планеты, морского дна, для автономной навигациипередвигающегося робота. Осн. идея всех подходов к этой задаче - найтисоответствующие (гомологичные) точки на левой и правой половинах стереопарыи по расстоянию между этими точками определить локальную глубину даннойточки в изображении сцены. Для решения этой задачи было предложено многоалгоритмов [3]. Однако задача эта очень сложна и, по-видимому, ещё далекаот решения: анализ стереопары предполагает наличие в памяти ЭВМ весьмаобширных знаний о мире, без к-рых расшифровка стереопары в общем случаемаловероятна.

При построении системы анализа стереопар очень важно уменьшить числоэлементов изображения - для облегчения нахождения соответствующих точек. <Как правило, в прикладных задачах оказывается, что анализировать необходимоне всю информацию, содержащуюся в стереопаре, а лишь небольшую её часть. <В ряде случаев, напр., особый интерес представляют сведения о прямых линиях, <в частности о вертикальных прямых (это относится ко многим сооружениям- зданиям, заводам, улицам, дорогам и т. п.).

Если для восстановления трёхмерной структуры объекта или сцены по стереопаренужно найти не слишком большое число гомологичных точек, то компьютер толькопомогает человеку, к-рый отмечает ряд важных пар точек-гомологов на фотостереопаре, <выведенной на экран компьютера. Более подробно вопросы С. и. см. в [3].

Лит.:1) Мочалов Л. В., Пространство мира и пространство картины, <М,, 1983; 2) П о д ж и о Т., Зрение человека и технические системы видения,«В мире науки», 1984, № 6, с. 58; 3) Веденов А. А., Математика стереоизображений, <М., 1991. А. А. Веденов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.