Третье измерение фотографии, Часть 2

При просмотре стереопары (или многоракурсного изображения) левому глазу демонстрируется левое изображение стереопары, правому — правое. Таким образом моделируется ситуация наблюдения реального мира двумя глазами. Однако просмотр стереофотографии имеет одно существенное отличие: аккомодация глаз происходит на поверхности картинки (носителя изображения), и стереоэффект воспринимается лишь за счет конвергенции. Такое искусственное разделение механизмов зрения дает неожиданный результат — стереоэффект воспринимается лучше, чем в реальной жизни и производит большее впечатление. Это происходит в результате того, что при наблюдении реального мира человеческий глаз «фокусируется» на том объекте, на котором сосредоточено внимание. При этом дальний план и ближний план воспринимаются расплывчато. При наблюдении же стереофотографии (снятой с большой глубиной резкости) все планы сцены воспроизведены четко.

Рис. 1. Реконструкция объемного изображения

На (Рис. 1) показана схема процесса стереовосприятия. При просмотре стереофотографии происходит следующее:

• объекты с нулевым параллаксом наблюдаются с углом конвергенции φ0 и воспринимаются расположенными на удалении носителя изображения (на рисунке синяя точка);
• объекты, имеющие на изображении отрицательный параллакс (красные точки) наблюдаются с углом конвергенции φ1 и воспринимаются выступающими вперед;
• объекты с положительным параллаксом (желтые точки) наблюдаются с углом конвергенции φ2 и кажутся «углубленными» в фотографию.

Природа этого явления заключается в способности системы глаза — мозг обрабатывать зрительную информацию в некотором диапазоне Δφ  (Δφ=φ1-φ2) угла конвергенции и сливать сопряженные изображения в единый объемный образ. Максимальный диапазон Δφ  составляет несколько градусов. Если параллакс изображений на стереофотографии превышает способности мозга по слиянию изображений, то комфортность просмотра нарушается, наблюдается двоение изображений. Поэтому при выполнении стереофотосъемки важно правильно выбирать величину стереобазиса.

Способы просмотра стереоизображений

После того как выполнена стереосъемка, возникает задача демонстрации полученной стереопары изображений зрителю. Для решения этой задачи за более чем полуторавековую историю стереофотографии придумано достаточно много приспособлений и способов просмотра. Рассмотрим далее наиболее популярные из них.

Стереоскоп

Рис. 2. Стерео-слайдо-скопы (фото с сайта www.stereoscopy.com)

Возможно, это самое «древнее» устройство для просмотра стереофотографий. Его принцип заключается в непосредственном размещении перед левым глазом левого изображения стереопары, перед правым — правого. Широко распространены стереоскопы различных модификаций для просмотра стереослайдов (Рис. 2).

Рис. 3. Стереоскоп (фото с сайта www.stamptex.pl)

Широкие возможности предоставляет конструкция стереоскопа, для просмотра стереопар, напечатанных на бумаге (Рис. 3). Такая схема удобна тем, что стереокарточки могут быть легко изготовлены в домашних условиях, а при отсутствии стереоскопа их можно рассматривать, как обычные фотографии.

Благодаря четкому разделению левого и правого изображений, а также возможности регулировать дистанцию наблюдения, стереоскопы обеспечивают прекрасный стереоэффект и комфортность просмотра.

Параллельный/Перекрестный просмотр

Данный способ просмотра вообще не требует каких-либо специальных приспособлений, но зато необходима некоторая тренировка глаз. Суть этого метода в установке такого угла схождения оптических осей глаз, чтобы левый глаз наблюдал левую картинку, а правую.

При параллельном методе просмотра изображения стереопары располагаются перед глазами в порядке съемки (Рис. 4 -слева), при перекрестном — меняются местами (Рис. 4-справа).

Рис. 4. Параллельный и перекрестный просмотр

Большую роль играет тренировка глаз: кто-то легко видит стерео параллельным методом, кто-то — перекрестным. Важны также размеры изображений и расстояние просмотра. Очевидно, что при данном методе просмотра при дистанции 40 — 50 см. легче будут восприниматься изображения, расстояние между центрами стереопар которых не превышает расстояние между глазами наблюдателя.

На Рис. 5 приведена стереопара для параллельного метода наблюдения. Для того чтобы увидеть стереоэффект надо смотреть «сквозь» картинку, так как будто бы наблюдаем бесконечно удаленный объект, оптические оси глаз при этом будут почти параллельны, аккомодацию же глаз надо настроить на реальное расстояние до изображения.

Рис. 5. Стереопара для параллельного просмотра (автор изображения Piotr Nawracala)

На Рис. 6 приведена стереопара для перекрестного метода наблюдения. Для того чтобы увидеть стереоэффект надо как бы смотреть на воображаемый объект перед изображением, оптические оси глаз при этом будут пересекаться, аккомодацию надо настроить на реальное расстояние до изображения.

Рис. 6. Стереопара для перекрестного просмотра (автор изображения Piotr Nawracala)

Анаглифный метод

Белый свет состоит из смеси электромагнитных волн всех видимых длин, — это впервые было описано Сэром Исааком Ньютоном в «Оптике» (1704 г.). Он нашел, что белый свет расщепляется стеклянной призмой в спектр цветов, а спектр объединяется снова в белый свет. Приблизительные длины волн спектральных цветов приведены в таблице 1.

Таблица. 1. Приблизительные длины волн спектральных цветов

Анаглифный метод (от греч. anagliphos — рельефный) состоит в окрашивании изображений стереопары в дополнительные цвета. Окрашенные изображения демонстрируются (печатаются) «наложенными» друг на друга. Наиболее часто используется красный и сине-зеленый (бирюзовый) цвета. Это удобно тем, что данные цвета находятся на разных концах спектра, что несколько упрощает их сепарацию. Кроме того, красный, синий и зеленый цвета являются основными, т.е. в аддитивной модели синтеза цвета из этих цветов могут быть получены все остальные цвета

Рис. 7. «Монохромное» анаглифное изображение стереопары (автор изображения Piotr Nawracala)

На Рис. 7 показан пример анаглифного изображения. В тех участках фотографии, где яркость обоих изображений одинакова, наблюдается белый цвет различной яркости (серый, черный); там же, где разная, — видно двоение в дополнительных цветах. Это двоение является следствием различия изображений, снятых с разных ракурсов, оно и создает эффект объемности изображения.

Рис. 8. Очки для просмотра анаглифных фотографий (фото с сайта www.stamptex.pl)

Разделение левого и правого изображений происходит при просмотре анаглифа через цветные очки (Рис. 8).

Красное стекло пропускает только свет с длинной волны красного цвета, голубое — только волны синего и зеленого цветов. В результате левый глаз видит только левую картинку, окрашенную в красный цвет, правый глаз — только правую картинку, окрашенную в сине-зеленый цвет. Мозг обрабатывает сигналы и создает объемное изображение.

Существуют способы формирования анаглифного изображения, которые позволяют частично и даже почти полностью сохранить оригинальные цвета исходной стереопары. Однако, если в исходных изображениях присутствуют ярко — красные или ярко — синие (зеленые) объекты, то на цветном анаглифе это может нарушить разделение стереопары. В результате эти объекты будут нарушать комфортность просмотра. На рисунках ниже показаны три вида анаглифных изображений одной и той же стереопары (автор изображений Piotr Nawracala): при любых исходных цветах монохромный анаглиф обеспечивает хороший стереоэффект, квази — цветной анаглиф смотрится тоже хорошо, на цветном начинают «бить по глазам» флаги и другие объекты красного цвета.

а) монохромный анаглиф

б) анаглиф с частичным сохранением цвета (квази — цветной)

в) полноцветный анаглиф

Анаглифный метод хорошо подходит для демонстрации стереоизображений с экрана монитора, так как в этом устройстве используется аддитивный способ формирования цвета. Полиграфическая же печать анаглифных изображений — весьма сложное дело, так как принцип формирования цвета меняется на субтрактивный, а однозначного соответствия между аддитивной и субтрактивной цветовыми моделями не существует.

Жидкокристаллические очки

Рис. 9. Жидкокристаллические стерео очки и набор для подключения (фото с сайта www.really.ru)

Этот способ чаще всего используется при просмотре изображений на компьютере, но может также использоваться при проецировании стереоизображения на светоотражающий экран. Принцип действия заключается в следующем:

• зритель надевает очки с жидкокристаллическими элементами в стеклах, которые при подаче сигнала способны становиться непрозрачными;
• на экране поочередно показываются то левое, то правое изображение. Частота смены изображений должна быть достаточно высока (не менее 60 Гц), чтобы зритель не замечал мерцания;
• синхронно с показом изображений на экране ЖК очки поочередно перекрывают световые потоки для левого и правого глаза.
• управление очками выполняется с помощью синхроимпульсов, которые могут предаваться по проводам или беспроводным способом.

На Рис. 9 показаны жидкокристаллические стерео очки «E-D glasses» производства eDimensional, Inc (www.edimensional.com).

Линзовый растр (lenticular)

Рис. 10. Линзовый растр (фото с сайта www.stamptex.pl)

В основе этого способа лежит идея совмещения устройства разделения изображений стереопары с носителем стереоизображения. Это позволяет зрителю наблюдать стереоэффект как будто бы без дополнительных приспособлений. Кроме того, несколько зрителей могут одновременно просматривать такое стереоизображение.

Применить оптический линзовый растр для создания стереоизображений предложил профессор парижского университета Габриель Ионас Липпман (1845-1921). Впервые реализовать эту идею на практике удалось французскому фотографу и изобретателю Морису Бонне (Maurice Bonnet). Им была разработана методика и специальный фотоаппарат для многоракурсной съемки.

Принцип воспроизведения стереоизображения с помощью линзового растра состоит в следующем: на специально подготовленное (будем называть его кодированным) изображение накладывается пленка (или пластина) лицевая поверхность которой представляет собой множество параллельных цилиндрических линз (Рис. 10). Эти линзы обычно имеют небольшую ширину, поэтому они незаметны для наблюдателя.

Рис. 11. Фрагмент кодированного изображения

Кодирование изображений стереопары состоит в «нарезке» исходных изображений на тонкие полоски и перемешивании их таким образом, чтобы под каждую линзой оказалась пара полос: одна от левого, другая от правого изображений. Долгое время подготовка кодированного изображения была не простой задачей, требующей специального оборудования и навыков. В наше время эта операция может быть выполнена с помощью компьютера, что значительно облегчает процесс изготовления и повышает качество растрового стереоизображения. На Рис. 11 показан увеличенный фрагмент кодированного изображения стереопары, приведенной на Рис. 5.

Световой поток, отраженный от кодированного изображения, проходя через линзы, разделяется таким образом, что левый глаз наблюдателя видит левое изображение стереопары, правый глаз — правое (Рис. 12).

Рис. 12. Схема разделения кодированного изображения стереопары с помощью линзового растра. Левое изображение условно обозначено красным цветом, правое — голубым.

Наибольший эффект от линзово-растровой стереофотографии можно получить, если кодировать не два ракурса стереопары, а еще и дополнительные промежуточные ракурсы (например, 12 ракурсов). В этом случае при просмотре образуется широкая зона стереовидения, перемещаясь в которой, зритель поочередно наблюдает смену ракурсов, что создает эффект оглядывания. Появляется возможность заглянуть за объекты переднего плана. Это придет натуральность наблюдаемому стереоизображению.

С помощью линзового растра можно также изготовить и различного рода «динамические» картинки. Если закодировать отличающиеся изображения, например, последовательность кадров мультфильма, то при просмотре такого изображения под различными углами линзовый растр будет выделять различные исходные изображения. Таким образом, плавно изменяя угол наблюдения изображения, можно воспроизводить последовательности изображений.