Stereoskopisk djupåtergivning

Stereoskopisk djupåtergivning anger hur djupet av ett tredimensionellt objekt kodas i en stereoskopisk rekonstruktion. Den behöver uppmärksamhet för att säkerställa en realistisk skildring av tredimensionaliteten hos visade scener och är ett specifikt exempel på den mer allmänna uppgiften att 3D-rendera objekt i tvådimensionella skärmar.

Djup i stereogram

Ett stereogram består av ett par tvådimensionella ramar, en för varje öga. Gemensamt för båda är föremålens bredd och höjd; deras djup kodas i skillnaderna mellan höger och vänster öga. Det geometriska förhållandet mellan ett objekts tredje dimension och dessa positionsskillnader presenteras nedan och beror på placeringen av stereokameralinserna och betraktarens ögon. Andra faktorer bidrar dock till djupet sett i en stereoskopisk syn och om det överensstämmer med det i det faktiska objektet; handlingen att titta på en stereoskopisk display förändrar ofta observatörernas tredimensionella uppfattning.

Stereoskopisk rekonstruktion

De högra och vänstra ögonens paneler i en stereoskopisk rekonstruktion skapas genom projicering från huvudpunkterna på dubbelinspelningskameran. Den geometriska situationen förstås tydligast genom att analysera hur skärmarna genereras när ett litet kubiskt element med sidolängden dx = dy = dz fotograferas från ett avstånd z med en tvillingkamera vars linser är på avstånd a från varandra.

Geometri av skärmvy av en liten kub på avstånd z fångad av en tvillingkamera med separation a . Höger och vänster öga bilder visas ovanpå varandra.

I stereogrammets vänstra ögonpanel är avståndet AB representationen av kubens framsida, i den högra ögonpanelen finns dessutom BC , representationen av kubens djup, dvs skärningen på skärmen för strålar från kamerornas huvudpunkter till baksidan av kuben. Detta intervall beräknas till första ordningen till . (För att förenkla redovisningen antas de högra och vänstra skärmarna vara överlagrade, som de skulle vara i en 3D-skärm med LCD-glasögon .) Därav förhållandet mellan djup och bredd för kubens vy, som förkroppsligas i dess representation på visningsskärmen , är r = a×dz/z×dx = a/z eftersom dx=dz och beror enbart på målets avstånd från tvillinglinserna och deras separation och förblir konstant med skala eller förstoringsändringar. Djup/breddförhållandet för det faktiska objektet är naturligtvis 1,00 .

Detta stereogram med kuben, vars djup/bredd-förhållande hade fångats med inspelningsparametrarna a c och z c och förkroppsligat i förhållandet BC/AB = r c =a c /z c , ses nu av en observatör med interokulär separation a o på avstånd z o . En övergripande skalförändring i BC/AB spelar ingen roll, men om inte r o = r c , dvs a o /z o = a c /z c . detta representerar inte längre en kub utan blir snarare, för denna observatör på detta avstånd, en konfiguration för vilken 

  R = r  c  /r  o  ...... (1)

dvs vars djup är R gånger en kubs.

Djupåtergivning definierad

Ett stereogram av sammanflätade ringar. När den smälts samman av en observatör ökar det upplevda djupet med betraktningsavståndet.

Den stereoskopiska djupåtergivningen r är ett mått på tillplattningen eller expansionen i djupet för en visningssituation och är lika med förhållandet mellan djup- och breddvinklarna vid ögat i stereogramrekonstruktionen av ett litet kubiskt element. Ett värde r > 1 säger att det som ses har ett utökat djup i förhållande till den faktiska konfigurationen.

Ett numeriskt exempel kommer att illustrera: en struktur fotograferas av en stereokamera med linsavstånd a c = 25 cm från ett avstånd av 1 m, z c = 100. Därför r c = a c /z c = 0,25 och på skärmarna till höger och vänster representation av kubens bortre kant kommer att separeras med ¼ avståndet på bredden. Detta stereogram ses nu från ett avstånd av 39 cm (förstoringen spelar ingen roll, bara förhållandet BC/AB måste ha bevarats) av en observatör med interokulärt avstånd 6,5 cm, dvs r o = 6,5/39 = 0,167 . Enligt ekvation (1) för denna vy har strukturen en stereoskopisk djupåtergivning som ges av R = r c /r o = 0,25/0,167 = 1,5 , vilket innebär att betraktaren presenteras med den geometriska situationen inte för en kub utan av en struktur 1,5× lika djup som den är bred. För att detta ska bli en kub r o vara 0,25 vilket inträffar för ett observationsavstånd z o = 6,5/0,25 = 26 cm.

Detta exempel illustrerar att en given stereoskopisk presentation för en given observatör ökar i förhållandet djup/bredd (expanderar på djupet) med ökande observationsavstånd. Observatörer, som kan smälta samman ringarnas tvillingbilder genom att frivilligt ändra deras konvergens, kan verifiera detta genom att röra sig bort och mot visningsskärmen.

Homeomorf och heteromorf återgivning

Endast när inspelnings- och visningssituationerna har samma r- värde, dvs endast när a c /z c = a o /z o kommer djup/breddförhållandena för den faktiska strukturen och dess vy att vara identiska. Detta speciella tillstånd har benämnts homeomorf av Moritz von Rohr och kontrasterades av honom med det heteromorfa där r- värdena för de stereoskopiska och faktiska åsikterna skiljer sig åt.

Icke-veridiskt djup: andra faktorer

Men homeomorf återgivning med geometriska parametrar identiska med originalet garanterar inte att en observatörs uppfattning av djupet i en stereoskopisk bild är densamma som i den faktiska tredimensionella strukturen. En observatörs bedömning av objektens uppenbara placering i rymden beror på många andra faktorer än de geometriska som hänför sig till vinklarna som täcks av komponenterna vid de två ögonen. Detta beskrevs väl i den klassiska studien av Wallach och Zuckerman som påpekade att djupet i vyn genom kikare verkar förkortat. Scener verkar tillplattade genom fältglasögon, även icke-prismatiska utan konstgjord förlängning av basen, vilket bara ger en övergripande förstoring och lämnar r- värdet oförändrat.

I motsats till reglerna, som anges ovan, för beräkning av den geometriskt definierade stereoskopiska djupåtergivningen, involverar det upplevda djupet faktorer - sammanhang, tidigare erfarenheter - som är individuella och inte specificerbara med samma grad av generalitet. Främst bland dem är det avstånd på vilket konfigurationen visas för betraktaren. Detta är inte på något sätt fixat: det subjektiva z är bara vagt relaterat till det faktiska objektavståndet, vilket är uppenbart när man tittar på 3D-film . Eftersom skenbart avstånd är huvudkällan för att bedöma objektstorlek (storlek eller subjektiv beständighet ), kan observatörernas rapporter om det upplevda djup/breddförhållandet avvika avsevärt från beräknade värden. Å andra sidan bekräftar nyare forskning att de relativa djupen som ses i tredimensionella konfigurationer skalar upp mer eller mindre i proportion till den stereoskopiska djupåtergivningen som kommit fram till inom det rent geometriska ramverket.

  1. ^ Westheimer, Gerald (2011). "Tredimensionella displayer och stereoseende". Proc. Roy. Soc. B , 278, 2241-2248. doi : 10.1098/rspb.2010.2777 .
  2. ^ v. Rohr, Moritz (1907). Die Binocularen Instrumente . Berlin: Julius Springer.
  3. ^ Wallach, H. och Zuckerman, C. (1963). " Konstantiteten av stereoskopiskt djup ". Am. J. Psychol. , 76, 404-412.
  4. ^ Gogel, WC (1960). " Uppfattad frontalstorlek som en bestämningsfaktor för uppfattat binokulärt djup" . J. Psychol. , 50, 119-131.
  5. ^ Foley, JM (1968). " Djup, storlek och avstånd i stereoskopisk syn ". Percept Psychophys, 3, 265–274.
  6. ^ Johnston, EB (1991). " Systematiska förvrängningar av formen från stereopsis ". Vision Research , 31, 1351–1360.
  7. ^ Westheimer, Gerald (2011). " Djupåtergivning av tredimensionella skärmar ", J. Opt. Soc. Am. A 28, 1185–1190.

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Stereoscopic_depth_rendition&oldid=936876181 "