Stereoscopia

STEREOSCOPIA

Stereoscopia sau imaginea tridimensionala este tehnica capabila de a inregistra informatia vizuala tridimensionala sau de a creea iluzia adancimii intr-o imagine. Iluzia adancimii intr-o fotografie, un film sau o alta imagine bidimensionala este creata prin prezentarea unei imagini usor modificate fiecarui ochi. Multe dintre dispozitivele 3D folosesc aceasta metoda pentru a transmite imagini. Un asemenea dispozitiv a fost inventat de catre Sir Charles Wheatstone in 1838.

Stereoscopia este utilizata in fotogrametrie si, de asemenea, in industria de divertisment, prin producerea de stereograme. Fotografiile moderne industriale 3D folosesc scannere 3D pentru a detecta si inregistra informatii 3D. Informatia referitoare la adancimea tridimensionala poate fi reconstruita din doua imagini utilizand un calculator si facand corespondenta pixelilor din imaginea stanga cu imaginea dreapta.

Fotografia stereoscopica traditionala consta in creearea unei iluzii 3D pornind de la o pereche de imagini bidimensionale. Cel mai simplu mod de a creea perceptia adancimii in creier este de a furniza ochilor doua imagini diferite, reprezentand doua perspective ale aceluiasi obiect, dar cu o usoara diferenta, similara faptului ca ambii ochi primesc informatia in mod natural prin vederea binoculara.

Caracteristici

De obicei, nu este nevoie de o procesare aditionala a imaginii sau foarte putina. In anumite circumstante, cum ar fi o pereche de imagini prezentate unor ochi cu divergenta sau cu probleme de privire incrucisata, nu este nevoie de vreun echipament optic special.

Avantajul principal este acela ca luminozitatea nu este diminuata, astfel incat imaginile pot fi prezentate la rezolutii foarte mari si cu tot spectrul de culori. Astfel se elimina total dublarea imaginii asociata unei proiectii polarizate sau situatia in care se folosesc filtre colorate.

Cardurile stereografice si stereoscopul

Se imprima una langa cealalta doua imagini separate. Cand imaginile se privesc fara un observator stereoscopic, utilizatorul trebuie sa isi incruciseze sau sa devieze ochii, astfel incat cele doua imagini sa apara ca si cand ar fi trei. Apoi, pe masura ce fiecare ochi vede o imagine diferita, se obtine efectul de adancime in centrul celor trei imagini.

Stereoscopul ofera mai multe avantaje, si anume:

utilizand lentile pozitive (de marire), punctul de focalizare a imaginii se schimba de la distanta mica (aproximativ 30-40 cm) la o distanta virtuala la infinit. Aceasta permite ca focalizarea ochilor sa fie in concordanta cu liniile paralele ale vederii, reducand mult solicitarea ochilor.

imaginea de pe card este marita, oferind un camp mai larg de vedere precum si capacitatea de a examina detaliile fotografiei.

observatorul furnizeaza o divizare intre imagini, evitand astfel o potentiala distragere a atentiei utilizatorului.

Cardurile stereografice sunt frecvent folosite in tratarea multor probleme ale vederii binoculare si probleme de acomodare.

Vederea convergenta incrucisata, cu noii ochelari "masca"

Prin schimbarea imaginii drepte cu cea stanga, se poate obtine un efect 3D color fara ochelari, insa cu ceva efort. Recent, ochelarii ieftini au devenit accesibili, pentru a ajuta privitorul in vederea convergenta incrucisata. Un efect neobisnuit al acestor ochelari este acela de a largi campul de vedere pentru a include o parte a zonei periferice, care nu este vizibila ambilor ochi. Se produce astfel un efect de invaluire, fara dublarea imaginii, iar perspectiva spatiului este mult adancita. Acesti ochelari nou-aparuti au lentile acrilice, rame de plastic si cuprind un set de elemente ajustabile, care face sa se vada doar o imagine per ochi. Acest lucru permite utilizarea la maxim a latimii ecranului. Mai multe site-uri non-comerciale au demonstratii cu imagini 3D extinse, in culori si cu sunet. Ele pot fi vizionate cu ochelari sau fara, prin acoperirea fiecarui ochi, pe rand. Tehnica este usor de aplicat si miscarii video.

Vederea incrucisata fara ajutorul ochelarilor

Este o metoda populara de a prezenta imagini pe calculator, insa pentru multi privitori metoda produce o mare solicitare a ochilor si nu este suficient de comoda pentru vederea extinsa. Un alt dezavantaj ar fi acela ca, dupa o vizionare prelungita, ochii se pot obisnui cu o "convergenta stransa", deoarece necesita a avea capacitatea de a directiona ochii ca si cind ar vedea un obiect foarte aproape. Acest unghi foarte strans poate duce la dublarea vederii pe moment.

Fara a folosi un echipament adecvat de vedere, marimea imaginii stereoscopice vizibile este mult limitata de spatiul unui singur ochi si incapacitatea ochilor de a diverge fara a provoca durere. Cel mai mare avantaj al vederii incrucisate este acela ca imaginile pot avea dimensiuni aproape duble fata de aria initiala si nu sunt necesari nici un fel de ochelari pentru cei cu abilitati de vedere.

Dispozitive transparente de vedere

In anii a fost introdusa o varianta modificata si miniaturizata a stereoscopului, numita "View Master". Acest dispozitiv consta in niste perechi de imagini stereo imprimate pe un film transparent, care sunt montate pe marginea unui disc de carton, imaginile fiecarei perechi fiind diametral opuse. Pentru a misca discul se foloseste un maner si se poate astfel vedea fiecare pereche de imagini in parte. Se pot viziona in acest mod o serie de sapte imagini, odata inserate in aparat. Aceste dispozitive erau disponibile in multe forme, atat neluminate, cat si auto-luminate si se mai pot gasi si in prezent.

O alta dezvoltare importanta, spre finalul anilor '40, a reprezentat-o introducerea camerei "Stereo Realist". Utilizand film color, acest echipament a facut accesibila maselor fotografia stereo si a avut astfel o mare popularitate. Si in zilele noastre se mai pot gasi si utiliza asemenea dispozitive.

Avantajul pe care il ofera dispozitivele transparente de vedere este acela ca pot avea un camp de vedere mai larg, iar imaginile (fiind luminate din spate) pot fi plasate mult mai aproape de lentile. De notat ca la observatoarele simple, imaginile sunt limitate ca marime deoarece trebuie sa fie adiacente si astfel, campul de vedere este limitat de distanta dintre fiecare lentila si imaginea ei corespondenta.

Dispozitive montate pe cap

Utilizatorul poarta, in mod normal, o casca sau niste ochelari cu doua mici afisaje, care au lentile de marire, cate una pentru fiecare ochi. Tehnologia poate fi folosita pentru a expune filme stereo, imagini sau jocuri, dar si pentru a crea un afisaj virtual. Dispozitivele montate pe cap pot fi, de asemenea, cuplate cu alte dispozitive de urmarire, permitand utilizatorului sa se uite "de jur imprejurul" lumii virtuale doar prin miscarea capului si eliminand necesitatea unui alt aparat de comanda separat. Este insa nevoie de o mare cantitate de imagini de procesat pentru a face acest lucru suficient de repede astfel incat sa nu provoace senzatie de greata utilizatorului. Daca se folosesc sase axe de pozitionare, atunci purtatorul se poate misca fara limitari. Datorita dezvoltarii foarte rapide a graficii computerizate si continuei miniaturizari ale aparatelor video si a altor echipamente, astfel de dispozitive incep sa devina disponibile la un cost mai redus.

Dispozitivele montate pe cap pot fi folosite si pentru a vedea imagini "prin", creand ceea ce se numeste "realitate marita". Acest lucru se poate realiza reflectand imaginile video prin niste oglinzi partial reflectoare. Lumea reala este vazuta prin suprafata reflectoare a oglinzilor. Sisteme experimentale au fost facute pentru jocurile video. Un astfel de sistem va avea aplicatie larga in mentinerea unor sisteme complexe deoarece ii ofera tehnicianului o vedere reala de tipul razelor X, prin combinarea graficii computerizate cu vederea naturala a tehnicianului.

Vederea stereoscopica largita se asteapta sa aiba aplicatii practice si in domeniul chirurgiei, deoarece permite combinarea datelor radiografice cu vederea chirurgului.

Ochelarii tridimensionali

1. Ochelari cu cristale lichide - sunt acei ochelari care contin cristale lichide ce permit trecerea luminii in sincronizare cu imaginile de pe un monitor al unui computer.
2. Ochelari polarizati linear - pentru a putea prezenta o imagine stereoscopica in miscare, se proiecteaza doua imagini suprapuse pe acelasi ecran prin niste filtre ortogonale polarizate. Este indicat sa se foloseasca un ecran argintiu pentru a se pastra polarizarea. Proiectoarele primesc datele necesare de la un calculator. Privitorul poarta niste ochelari care contin, de asemenea, o pereche de filtre ortogonale polarizate. Fiecare filtru permite sa treaca lumina care este polarizata similar si blocheaza lumina ortogonala polarizata si astfel, fiecare ochi vede doar una dintre imagini. Ochelarii polarizati linear solicita privitorului sa isi mentina pozitia capului ridicata, deoarece inclinarea filtrelor de vedere va face ca imaginile de la canalele stang si drept sa se schimbe pe canalul opus. In plus, nefiind vorba de o anumita traiectorie a capului, imaginile stereoscopice pot fi vazute de mai multe persoane in acelasi timp.
3. Ochelari polarizati circular - pentru a putea prezenta o imagine stereoscopica in miscare, se proiecteaza doua imagini suprapuse pe acelasi ecran prin niste filtre circulare polarizate aflate in pozitii opuse. Privitorul poarta niste ochelari care contin o pereche de filtre analizoare (polarizate circular) aflate in pozitii opuse. Lumina din stanga care este polarizata circular este stinsa de catre analizorul din dreapta, in timp ce lumina din dreapta polarizata circular este stinsa de catre analizorul din stanga. Rezultatul este acleasi cu cel obtinut de la un observator stereoscopic ce foloseste ochelari polarizati linear, cu o singura exceptie: privitorul isi poate inclina capul, pastrandu-si separatia dreapta-stanga.
4. Anagliful cu doua culori - imaginile anaglifice au cunoscut o dezvoltare mare in ultimul timp datorita prezentarii lor pe internet. Traditional, acestea erau de fapt de format mare alb-negru, insa camerele digitale actuale au furnizat imagini color destul de bune direct pe internet. Domeniul este in crestere datorita disponibilitatii ochelarilor din hartie speciali cu filtre rosu-cyan imbunatatite si chiar a ochelarilor cu rame de plastic. Imaginile stiintifice, unde este necesara si utila perceptia adancimii, includ prezentarea unui set de date complexe multidimensionale si a unor imagini stereografice (de pe suprafata planetei Marte, de exemplu), iar datorita lansarii recente a DVD-urilor tridimensionale, au inceput sa se foloseasca din ce in ce mai mult in industria de divertisment. Imaginile anaglifice sunt mai usor de vazut decat alte imagini paralele sau stereograme incrucisate, desi ultimele ofera o redare a culorilor foarte luminoasa si exacta, ceea ce nu se poate obtine nici chiar cu un bun anaglif color.

5. Ochelari anaglifici compensatori - cu ochelari simpli, imaginea vazuta prin filtrul rosu poate fi incetosata atunci cand se priveste un monitor de aproape sau imagini imprimate, deoarece focalizarea retinei difera de imaginea filtrata prin filtrul cyan, filtrul dominant al focalizarii ochilor. Ochelarii modelati in plastic de o calitate mai buna utilizeaza o dioptrie diferentiala compensatoare pentru a egaliza focalizarea prin filtrul rosu fata de cel cyan. Vederea directa pe monitor a fost imbunatatita recent prin furnizarea unei a doua perechi de lentile atasateinauntrul filtrelor primare rosu-cyan al unor ochelari anaglifici de mare rezolutie. Acestia se folosesc atunci cand este necesara o rezolutie inalta (stiinta, aplicatii animate in studio).
6. Ochelarii si metoda adancimii cromatice - procedura adancimii cromatice se bazeaza pe faptul ca culorile pot fi separate prin diverse grade cu ajutorul unei prisme. Ochelarii de vedere care folosesc aceasta metoda contin foite speciale de vedere, ce constau in prisme de dimensiuni microscopice. Aceasta duce la translatarea imaginii cu o anumita cantitate, care depinde de culoarea ei. Daca se foloseste o foita prismatica la unul dintre ochi, dar nu si la celalalt ochi, cele doua imagini sunt mai mult sau mai putin separate, in functie de culoare. Creierul este cel care produce impresia de spatiu de la aceasta diferenta. Avantajul acestei tehnologii consta, inainte de toate, in faptul ca se poate privi o imagine cu adancime cromatica si fara ochelari (insa bidimensional). Cu toate acestea, culorile sunt limitate fiindca ele contin informatia despre adancime a imaginii respective. Daca se schimba culoarea unui obiect, atunci se va schimba si distanta sa observabila.
7. Metoda anaglifului color compatibil anacromului - o variatie recenta a tehnicii anaglifice este "metoda anacroma". Aceasta abordare reprezinta, de fapt, o incercare de a furniza imagini care arata normal fara ochelari ca si imagini bidimensionale, pentru a fi compatibile de a fi puse pe website-uri sau in reviste. Efectul 3D este mult mai subtil, deoarece imaginile sunt filmate avand o baza stereo mai ingusta (distanta dintre lentilele camerei). Este nevoie de mult effort pentru ajustarea celor doua imagini, care sunt stratificate, una peste cealalta. Numai cativa pixeli de imagine neinregistrata dau perceptia de adancime. Gama de culori este de trei ori mai mare in metoda anacroma, datorita trecerii deliberate a unei mici cantitati de informatie rosie prin filtrul cyan.

Alte metode de prezentare

1. Autostereogramele - recent au fost create autostereograme cu puncte aleatorii, folosind calculatorul pentru a ascunde diverse imagini intr-un camp de zgomot aparent aleatoriu, astfel incat, pana va putea fi vazut cu ochi divergenti, subiectul imaginii va ramane un mister. Un exemplu popular este seria "Ochiul Magic", o colectie de stereograme bazate pe modele denaturate, colorate si interesante, in locul zgomotului aleatoriu.

2. Efectul Pulfrich - este o consecinta a faptului ca, la un nivel redus de luminozitate, raspunsul vizual ochi-creier este incetinit. Aplicarea unui filtru de reducere a luminii la unul din ochi va face ca obiectele aflate in miscare transversala sa apara mai in fata decat portiunile statice din imagine. Efectul final, folosind o compozitie scenica adecvata, este iluzia adancimii.
3. Tiparituri biconvexe - imprimarea biconvexa este tehnica prin care se plaseaza un sir de lentile, cu o textura apropiata de cea a catifelei, peste o tiparitura special facuta si asezata, in asa fel incat diverse unghiuri de vizualizare vor releva portiuni diferite de imagine fiecarui ochi, producand astfel iluzia tridimensionala. Metoda este destul de ieftina si se foloseste uneori la etichete, coperte, etc. Este tehnica clasica folosita pentru cardurile 3D.
4. Afisaje cu siruri de filtre - monitorul LCD este acoperit cu un sir de prisme care deviaza lumina de la coloanele de pixeli pare si impare catre ochiul stang, respectiv ochiul drept. Aceasta tehnologie a inceput sa fie folosita la monitoarele calculatoarelor si chiar laptop-uri din anul 2004. O alta tehnica consta in acoperirea LCD-ului cu doua straturi, primul fiind mai aproape cu cativa milimetri de LCD decat cel de-al doilea. Cele doua straturi sunt transparente si au benzi negre de aproximativ 1 mm latime fiecare. Un strat are benzile 10 spre stanga, celalalta banda 10 spre dreapta. Acest lucru permite vederea pixelilor in functie de pozitia privitorului.
5. Stereoscopia miscatoare" - aceasta metoda, probabil cea mai simpla tehnica de vizualizare a stereogramelor, consta pur si simplu in alternarea imaginilor unei stereograme intre ochiul stang si cel drept. Intr-un browser de cautare, aceasta se poate obtine foarte usor cu o imagine animata de tip .gif, .flash sau un program realizat in java. Marea majoritate a oamenilor pot obtine din asemenea imagini un sens al dimensionalitatii neprelucrat, brut datorita rezistentei vederii si a paralaxei. Daca se inchide un ochi si se misca capul dintr-o parte in alta, se poate intelege de ce functioneaza aceasta tehnica. Obiectele aflate mai aproape par a se misca mai mult decat cele aflate mai departe. Acelasi efect poate fi observat, de asemenea, si de catre un pasager aflat intr-un vehicul in miscare, atunci cand dealurile mai indepartate sau cladirile inalte apar ca intr-un relief tridimensional; aceeasi vedere insa nu poate fi observata de catre un privitor static, deoarece distanta este dincolo de raza efectiva de vedere binoculara. Avantajele metodei vederii "in miscare" includ:

nu este nevoie de ochelari speciali sau un hardware specific;

marea majoritate a oamenilor pot percepe efectul mult mai repede decat tehnicile de vedere paralela sau ochi-incrucisati;

este singura metoda de vizualizare stereoscopica pentru oameni, cu vedere limitata intr-un singur ochi, sau chiar deloc.

Dezavantajele metodei sunt:

nu furnizeaza o reala perceptie a adancimii stereoscopica binoculara;

nu este adecvata pentru imprimare, este limitata la afisaje care se pot "misca" intre cele doua imagini;

dificil de apreciat detaliile in imagini care sunt constant "in miscare".

Marea majoritate a imaginilor miscate utilizeaza doar doua imagini, ceea ce duce la o imagine intermitenta suparatoare. O imagine mai fina, mai aproape de una in miscare in care camera video este miscata in fata si in spate, se poate compune folosind mai multe secvente intermediare si o pastrare mai lunga a imaginii la final, pentru a permite examinarea detaliilor. Desi metoda "in miscare" este un mod foarte bun de a pre-viziona imagini stereoscopice, nu poate fi totusi considerata ca fiind un format real stereoscopic tridimensional. Un individ care priveste o imagine in miscare nu experimenteaza, de fapt, o vedere stereoscopica, ci vede tot o imagine bidimensionala plata care se misca. Pentru a experimenta perceptia adancimii binoculara, asa cum este posibila cu ajutorul formatelor stereoscopice reale, fiecare ochi ar trebui sa priveasca o imagine diferita in acelasi timp. Efectul "miscator" este similar cu o plimbare intr-un anumit cadru dat, timp in care se clipeste dintr-un ochi.

Capturarea imaginilor

Prin anii , fotografia stereoscopica si-a recastigat popularitatea atunci cand cativa producatori au inceput sa introduca camerele stereoscopice marelui public.  Noile camere erau dezvoltate sa foloseasca film de 135, castigandu-si popularitatea dupa terminarea celui de-al doilea razboi mondial. Camerele conventionale foloseau film de 35mm. Camera "Stereo Realist" a fost cea mai cunoscuta, iar formatul de poza de 35mm a devenit standard, dupa care a fost create si alte camere. Camerele stereoscopice erau vandute cu vizualizatori speciali care permiteau vizionarea unor asemenea imagini; erau similare cu bobinele "View Master", dar ofereau o imagine mai vasta. Cu aceste camere, publicul isi putea crea foarte usor propriile imagini stereoscopice.

Anii '80 au cunoscut o usoara revenire a fotografiilor stereoscopice atunci cand s-au introdus camerele automate. Aceste camere aveau partea optica foarte slaba, iar carcasa era din plastic, asa ca nu au avut parte de popularitatea camerelor stereo din  anii

Inceputul secolului XXI a marcat inceperea erei fotografiei digitale. Au fost introduse lentilele stereo, care puteau schimba o camera foto obisnuita intr-una stereo, folosind doua lentile speciale pentru a captura doua imagini si a le directiona printr-o singura lentila, expunandu-le apoi una langa cealalta pe film.