3D立體攝影原理

3D立體攝影原理立體攝影表現(xiàn)景物三維空間的一種攝影方法。通過攝制兩幅不同視點(diǎn)的影像，各由相應(yīng)眼睛觀看，以模擬三維效果。拍攝工具有標(biāo)準(zhǔn)型立體照相機(jī)，也有在單鏡頭相機(jī)上裝配立體附加鏡；普通照相機(jī)運(yùn)用左右移動(dòng)的方法也能拍攝。原理篇讓我們用人類的視覺來理解一下立體攝影的技術(shù)原理。人類的眼睛就像是一套完全自動(dòng)的數(shù)碼相機(jī)，具有變焦鏡頭、可變光圈以及能將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成大腦可以識(shí)別的電信號(hào)。本質(zhì)上，單只眼睛看到的只是物體的二維圖像，我們能夠分辨出它的高和寬，而無法識(shí)別它的深度；在二維圖像中，利用物體提供的有關(guān)尺寸和重疊等視覺線索，我們可以判斷出位于背景前這些物體的前后排列次序，但是卻無法知道它們之間究竟距離多遠(yuǎn)。幸好我們?nèi)祟悡碛辛藘芍谎劬?，并且都長在前面的臉部，呈水平排列，間隔約為60mm。在我們看同一物體時(shí)，由于所處的角度有略微不同，兩只眼睛看到的圖像還是有略微差別的，我們的大腦將這兩幅畫面綜合在一起，形成一種深度的視覺。這個(gè)綜合處理的過程十分迅速，并且天衣無縫，產(chǎn)生的視覺感受就像是我們?cè)谕高^一只大眼睛看東西。更為重要的是，大腦能夠根據(jù)接受到的兩幅圖像中同一物體之間位差的大小判斷出此物體的深度和遠(yuǎn)近，距離眼睛越遠(yuǎn)，位差就越小，反之就越大。示意圖中顯示了這個(gè)過程的工作原理：（當(dāng)我們觀看無窮遠(yuǎn)的景物時(shí)）遙遠(yuǎn)的太陽在兩幅圖像中的位置（幾乎）是相同，但是近處的樹的位置就有1/4英寸的差別了。這整個(gè)過程就被稱為是立體視覺(stereovision)，起源于希臘語中的"stereos"，意思是具有三維結(jié)構(gòu)的形狀或固體等。立體視法(Stereoscopy)就是指同一物體的兩張具有輕微角度差別的照片放在一起（分別用左右雙眼）觀看，得到一種深度的感覺，從而產(chǎn)生規(guī)立體視覺的方法。那么（最基本）立體攝影就是（模擬雙眼的位置）從左右兩個(gè)具有輕微角度差異的觀察點(diǎn)分別拍攝同一個(gè)物體，然后將這兩幅照片以同樣的方式展示出來，讓左右眼睛分別觀看左視覺和右視覺的照片（來獲得立體再現(xiàn)）。這兩個(gè)觀察點(diǎn)之間的距離稱為立體間隔(stereoseparation)，這個(gè)間隔通常為人類雙眼的平均間距63mm，不過不是十分嚴(yán)格的，因?yàn)槲覀兊拇竽X能夠進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，但是如果過大就會(huì)造成無法"合成"的畫面（過小就會(huì)失去立體感）。在進(jìn)行立體拍攝時(shí)，相機(jī)需要對(duì)準(zhǔn)同一背景前的同一被攝物體。一個(gè)簡單的用以保證兩次拍攝時(shí)有同樣的水平和高度的方位是：在第一次拍攝時(shí)，注意背景場景中比較有特征的物體，然后在第二次拍攝時(shí)，將它安排在畫面中同樣的位置。為了產(chǎn)生必需的立體間隔，拍攝時(shí)相機(jī)的間隔需要根據(jù)被攝物體的遠(yuǎn)近作相應(yīng)的調(diào)整，拍攝距離近的物體時(shí)，間隔就小一點(diǎn)，反之就大一點(diǎn)。當(dāng)然，對(duì)于這樣的大小不一的拍攝間隔，我們的大腦能夠進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)正（從而產(chǎn)生不同程度的立體感）。這也同時(shí)說明了為什么遠(yuǎn)距離的物體就會(huì)失去立體視覺的原因（因?yàn)槲覀儗?shí)際拍攝條件所限，立體間隔無法達(dá)到足夠的大）。而在觀看近距離的物體時(shí)，人類的眼睛就無法（同時(shí)）對(duì)遠(yuǎn)距離的目標(biāo)進(jìn)行聚焦，也就失去了對(duì)遠(yuǎn)距離物體的立體視覺。所以為了獲得理想的三維立體效果，我們?cè)谂臄z風(fēng)光時(shí)就需要將立體間隔設(shè)置的很大，而在拍攝近距離以及微距攝影時(shí)，立體間隔就有可能縮小到幾十分之一英寸。在拍攝這些比較極端的場合時(shí)還沒有嚴(yán)格而又快速的規(guī)則可以引用，只能是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)找出適合被攝物體和相機(jī)配置的間隔。而關(guān)于立體攝影的實(shí)用指導(dǎo)也是眾說紛紜，就像JohnHedgecoe，他推薦在拍攝遠(yuǎn)距離物體時(shí)，采用相機(jī)到被攝物體距離的1/50作為立體攝影間隔，在近距離拍攝時(shí)采用1/4距離作為立體拍攝間隔，不過有人卻建議采用1/30距離。DennisBrown則使用了另一套不同的法則來確定最佳的立體間隔，他認(rèn)為在背景距離保持不變的前提下，立體間隔要隨著前景或者被攝主體的距離每1/4英寸（約6mm）變換一次。根據(jù)不同的被攝距離和相機(jī)鏡頭焦距，他計(jì)算出需要變換的階梯數(shù)量并制作了一個(gè)換算表格。11、立體成像原理：1.1、立體感的形成:我們知道，人們觀察萬物之所以呈現(xiàn)立體狀態(tài)是由于人的雙眼視差效應(yīng)棗即物光進(jìn)入雙眼在視網(wǎng)膜上成像。由于兩眼相距一定距離，在兩眼底所形成的兩幅圖像是基本相同的但又稍有差異而存在一定視差，經(jīng)大腦綜合后就形成了一幅立體圖像。立體照像裝置就利用了雙眼的這種視差特性。人的大腦在綜合兩眼的圖像信息時(shí)，其中一個(gè)很重要的因素，就是物點(diǎn)光線的入射方向，人眼可根據(jù)各物點(diǎn)發(fā)射（或反射）到人眼光線的方向，判定該物點(diǎn)的方位及遠(yuǎn)近。1.2、立體照片的深度感的形成：（1）平面照片形不成深度感原因：設(shè)C為平面M上任一物點(diǎn)，該點(diǎn)發(fā)出的光線（反射光線）在M上方空間是向四周發(fā)射的，進(jìn)入雙眼的光線為CA、CB，人眼憑這兩條光線，可判定C點(diǎn)在平面M上。對(duì)平面M上的其它任何點(diǎn)，由于均有兩條光線到達(dá)人的雙眼，所以人眼可以判定M上的所有的點(diǎn)均在同一水平面上。（2）立體照片上的深度感的形成：立體照片與平面照片的關(guān)鍵區(qū)別在于立體照片表面為一層光柵（柱鏡光柵或狹縫光柵），這層光柵的作用是使得平面上的任何一點(diǎn)的光線只能按特定的方位出射，而不是向四周出射。如圖二所示，設(shè)A、B為特征相同的兩個(gè)點(diǎn)，如A點(diǎn)發(fā)出的光線只能到達(dá)左眼，而B點(diǎn)發(fā)出的光線只能到達(dá)右眼，人眼憑這兩條光線就會(huì)形成一種錯(cuò)覺，認(rèn)為這兩點(diǎn)是一個(gè)點(diǎn)C，C點(diǎn)在平面M以下，既形成遠(yuǎn)景。如果A點(diǎn)發(fā)出的光線只能到達(dá)右眼，而B點(diǎn)發(fā)出的光線只能到達(dá)左眼，如圖三，人眼就會(huì)認(rèn)為C點(diǎn)浮出在平面M上，既形成近景。（（3）柱鏡光柵原理：柱鏡光柵使得平面上不同點(diǎn)的像，出射光線的方向在一個(gè)特定范圍以內(nèi)。如圖四所示，A點(diǎn)的像只能沿AA’出射，B點(diǎn)的像只能沿BB’出射。這樣可使進(jìn)入左、右眼的像不同。2、立體相片的制作：2.1、立體照相機(jī)立體照相機(jī)原理如圖四：D為雙鏡頭立體照相機(jī)；F1、F2為相同的兩鏡頭；L為兩鏡頭間距，相當(dāng)于人眼的瞳距；C為景物；拍攝時(shí)同時(shí)在底片E上得到有一定差異的A、B兩張曝光底片，相當(dāng)于人雙眼的視差。這種底片經(jīng)掃描數(shù)字化后由軟件處理，按特定方法合成打印到同一張相紙上，覆上光柵，由于光柵的折射效應(yīng)，將不同入射角的成像光在相紙的不同位置的像反射出來，即可獲得優(yōu)美的光柵立體照片。當(dāng)我們以最佳距離觀看立體相片時(shí)，由于兩眼位置不同，經(jīng)光柵選擇，使進(jìn)入左眼、右眼的畫面分別為當(dāng)我們以最佳距離觀看立體相片時(shí)，由于兩眼位置不同，經(jīng)光柵選擇，使進(jìn)入左眼、右眼的畫面分別為A、B像，由于兩像存在視差，我們就會(huì)感覺出相片圖像的立體感來。這種立體攝影基本上仍采用常規(guī)成熟的攝影模式，沖、攝與普通彩色相片相近，故圖像制作成本低，色彩還原好。為了使立體觀察效果更寬、更逼真，采用較多鏡頭可得到更多圖對(duì)：兩鏡頭可得兩個(gè)圖對(duì)（對(duì)應(yīng)兩張底片），三鏡頭可得三個(gè)圖對(duì)（對(duì)應(yīng)三張底片），而四鏡頭可組合得到六個(gè)圖對(duì)（四張底片），圖對(duì)越多，立體感越強(qiáng)。立體攝影物距對(duì)應(yīng)表（單位CM）攝影景物的距離立體基線寬度400以下2-340077001415003030006060001201000020050000100010000020002、2立體合成軟件與光柵制作立體相片的關(guān)鍵是立體合成軟件和柱鏡光柵。立體照片的制作是將多幅底片的像，按特定方法合成到同一張寫真相紙上；由于多幅底片是對(duì)同一景物在不同位置拍攝的，因而這一批底片是基本相同的，但又略有差異的。合成時(shí)要考慮許多因素，要避免“雙眼深度反轉(zhuǎn)”，以及分裂過大造成的眼花現(xiàn)象。我們?cè)诠鈻欧Ⅲw攝影理論及實(shí)踐都已取得重大突破，解決了立體成像的生理參數(shù)與機(jī)器參數(shù)間的關(guān)系，完善了一套立體成像技術(shù)理論模型。根據(jù)這一理論設(shè)計(jì)的立體合成軟件采用計(jì)算機(jī)技術(shù)和精密打印等技術(shù)，使其進(jìn)入商業(yè)化推廣成為可能。數(shù)碼篇數(shù)碼立體攝影俗稱立體實(shí)拍,是目前國際最流行的立體影像制作方式，是運(yùn)用普通數(shù)碼相機(jī)一次拍攝多張角度不同的照片，經(jīng)過專業(yè)的合成技術(shù)合成輸出裝裱后，就成了一幅栩栩如生的立體攝影像。與平面轉(zhuǎn)立體相比，它的特點(diǎn)是焦點(diǎn)物體圓潤厚實(shí)、立體感強(qiáng)、活靈活現(xiàn)；與多鏡頭光學(xué)立體攝影比相，它具有成本低，效果好，操作簡便，成品率高，減少了制作環(huán)節(jié)。影樓、廣告公司、攝影愛好者只要掌握了數(shù)碼立體攝影技術(shù)，不用添置設(shè)備，用現(xiàn)有的數(shù)碼相機(jī)就能完成攝影技術(shù)的升級(jí)換代。數(shù)碼立體攝影技術(shù)的引進(jìn)，為立體婚紗攝影、廣告界提供了最佳的技術(shù)解決方案，必將引起攝影和廣告行業(yè)的技術(shù)性革命。應(yīng)用篇立體攝影最早是應(yīng)用在軍事偵察、航空攝影及立體電影。由于科技的進(jìn)步，特別是精密打印，光學(xué)及微電子技術(shù)的發(fā)展才使立體攝影進(jìn)入家庭成為可能。除在民用上可拍攝豪華立體婚紗、藝術(shù)相片外，還可專業(yè)制作大型立體廣告燈箱，精美賀年片及產(chǎn)品防偽標(biāo)簽，也可制造不千膠貼及旅游紀(jì)念品。目前立體攝影技術(shù)己外延發(fā)展有：光柵立體畫、動(dòng)畫、變畫、旋轉(zhuǎn)等等，其實(shí)技術(shù)都來源與光柵立體攝影技術(shù)，因此，搞清了光柵立體攝影技術(shù)，其他所有光柵立體技術(shù)都將迎刃而解，立體攝影技術(shù)是影像世界的一次革命，將帶來新的市場和發(fā)展機(jī)會(huì)。更有眾多的立體產(chǎn)品等待我們?nèi)ラ_發(fā)，去創(chuàng)造，其應(yīng)用領(lǐng)域必將更為廣闊。問答篇立體攝影與普通攝影的主要區(qū)別在哪？答：主要區(qū)別是要用專用的立體照相機(jī)拍攝，特別是人物、動(dòng)景拍攝必須用立體相機(jī)，若是出國旅游攜帶，舞臺(tái)表演拍攝更是如此，立體相機(jī)體積小巧，攜帶方便，拍攝成本低，立體景深設(shè)計(jì)合理，圖像清晰，立體合成軟件打印后與光柵貼合圖像極為優(yōu)美。立體攝影方法與普通攝影方法有無區(qū)別，應(yīng)注意什麼？答：幾乎一切拍攝平面照片的技巧、方法、構(gòu)圖等均可利用到立體照片的拍攝上。但考慮到立體照片特有的“立體景深”，即裂點(diǎn)的控制與景物的搭配，應(yīng)合理分配錢后景距離;立體攝影與平面攝影比較有何優(yōu)勢？為什麼市面上很少見立體攝影產(chǎn)品？答：立體攝影原理的提出已有百多年的歷史，但真正達(dá)到實(shí)用化僅是近幾年的突破。三維立體照片完全擺脫了傳統(tǒng)平面二維照片的束縛，畫面有很強(qiáng)的縱深感和突出感，更好地展示了真實(shí)的世界。由于立體產(chǎn)品推出較晚，而任何新技術(shù)的推廣、普及都需要一定的時(shí)間，何況立體照片的效果若不親身矚目是無法體驗(yàn)的，而且各種媒體（如：電視、報(bào)刊、雜志）都無法展示立體照片的空間效果；舉辦各類展覽會(huì)，其影響的人數(shù)畢竟有限。另外，立體攝影是一門綜合技術(shù)，同時(shí)精通攝影與立體理論者很少，目前需要人們對(duì)立體理論的認(rèn)知提高;立體攝影成本已經(jīng)越來越低，未來成本還有無可能再降低？答：立體攝影技術(shù)已完全成熟，工藝完備，產(chǎn)品配套齊全，技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位。與國際上同類產(chǎn)品相比，器材本身的價(jià)格并不高。立體合成軟件的價(jià)格目前已最低，再低已難以保證服務(wù)質(zhì)量的提高，軟件的價(jià)值其實(shí)是服務(wù)的價(jià)值，不含服務(wù)的軟件沒任何意義。目前，光柵的價(jià)格也以降