Статья из сайта petrovlam.ru
Автор: Петров В. М.
Введена 20.07.2008
Последнее обновление: 12.12.2010

Улучшена 26.10.2009

 

Часть 9      Немного о линзовой оптике

 

       Аннотация.         В этой части рассматриваются некоторые особенности применения цилиндро-линзовых растров при формировании восстановленных стереоизображений.

 

      Следует принять во внимание, что из множества вариантов линз (по их сечению), которые могут применяться в стереофотографии, монопольные позиции устойчиво занимает только выпукло-плоский цилиндрический вариант. В интегральной фотографии (о ней будет рассказано позже) интересные результаты можно получить от применения растров, состоящих из сферических плоско-выпуклых микролинз.

 

      На рисунке 1 показана схема формирования восстановленного трёхмерного изображения для варианта, когда компоненты стереопары разбиты на однопиксельные полосы и вшихтованы друг в друга.

 

ПРИМЕЧАНИЕ

      Формально каждая из полос в восстановленном изображении зеркально оборачивается по отношению к картине стереокомпонента. Но это не влияет на информативное содержание в восстановленном изображении, так как от порядка чередования цветовых составляющих в пикселе суммарный цвет пикселя не изменяется.

 

 

Рис. 1

 

      В показанном варианте каждый глаз наблюдателя видит картину, содержащую чередующиеся пробелы и перегородки. Однако, пока шаг между ними не превышает одной угловой минуты, разбивка остаётся практически не различима.

      В показанном варианте при фиксированном расстоянии от растра до стереосборки оптимальный просмотр восстановленного изображения приходится производить тоже с практически фиксированного положения наблюдателя относительно растра.

      Смещение наблюдателя вперёд-назад и вправо-влево приводит к разрушению восстановленного трёхмерного изображения.

 

      На рисунке 2 представлена та же схема, но с увеличенным расстоянием для просмотра.

      Этот же вариант, но для наблюдателя с увеличенным RC представлен на рисунке 3.

 

 

Рис. 2

 

 

Рис. 3

 

      Схемы показывают, что при удалении от растра и/или при боковом сдвиге восстановленное изображение фактически разрушается, так как в каждый глаз наблюдателя начинают поступать полосы, принадлежащие одновременно обоим компонентам стереопары.

 

      В статье ЧАСТЬ 5 проведён анализ, показывающий влияние параметров решётки на восстановленное изображение в зависимости от параметров его наблюдения. Там показано, что:

- «Не так страшён чёрт, как его малюют»

- Существуют способы снизить вышеназванные погрешности

 

      Тем не менее, «прицепленность» наблюдателя к определённой позиции относительно растра не прибавляет преимуществ однопиксельному методу.

      Хотя (как показано в статье ЧАСТЬ 6) полезность от применения линзового растра при использовании технологии однопиксельной стереосборки всё-таки имеется. Это - повышение светопропускания и заметное улучшение разделения стереокомпонентов в восстановленном изображении.

 

ПРИМЕЧАНИЕ

- Анализ публикаций, найденных мною в Интернете, показывает, что к данному моменту времени ещё никто «не дотумкал» до применения однопиксельной вшихтовки стереокомпонентов на экране обычного монитора. Для наблюдения трёхмерного изображения к экрану достаточно приложить простой (дешёвый) линейчатый сепаратор (ещё лучше - подходящий цилиндро-линзовый растр).

- При такой технологии нет проблем для демонстрации на экране обычного телевизора (не говоря уж об экране компьютерного монитора) стереоскопических видеозаписей.

- Даже без вшихтовки и без решётки, а только при помощи простого конвергентора (или вообще без него), уже сейчас можно было бы рассматривать стереофильмы на экране обычного телевизора.

 

      Но возвращаюсь «к нашему стаду».

 

      Несложно представить себе, что каждый компонент стереопары вместо однопиксельных полос может состоять из многопиксельных (например, полоса шириной в 6 пикселей). Для линейчатого сепаратора было бы проблематичным через свою щель пропустить изображение только одного из шести пиксел-столбцов. Пришлось бы делать сепаратор с очень узкими щелями, что резко снизило бы светопропускание. Однако линзовый растр свободно может из этих (шести) пикселей направить в зрачок глаза столбец шириной всего в один пиксель (рисунок 4).

 

 

Рис. 4

 

      В какой-то позиции наблюдателя может сложиться такая ситуация, когда в зрачок (пусть для определённости - правого) глаза попадают именно первые столбцы (вторые, третьи и т. д. – то есть столбцы с одинаковыми порядковыми номерами) от левого залинзового полукадра. С удалением наблюдателя от растра порядковые номера пиксельных столбцов, попадающих в зрачок, окажутся не одинаковыми. Но эти «не одинаковые» столбцы всё равно будут принадлежать правому компоненту.

      Таким приёмом достигается возможность для наблюдателя во время просмотра им восстановленного трёхмерного изображения не слишком пристёгиваться к расстоянию до растра.

      Плата за приобретённый комфорт – потеря информации в наблюдаемом изображении из-за увеличения промежутков между видимыми пиксель-столбцами.

 

ПРИМЕЧАНИЕ

Вместо одного пиксель-столбца в зрачок могут, конечно, попасть и два, и три рядом стоящих. В этом случае, разумеется, информативность наблюдаемого изображения безусловно увеличивается (при условии, конечно, что «дополнительные» пиксель-столбцы не относятся к смежному полукадру).

 

      На рисунке 5 показан вариант формирования зон, внутри которых глаз наблюдателя будет видеть все полосы стереосборки, принадлежащие только «нужному» стереокомпоненту.

      Полосы самих стереокомпонентов условно отмечены разным цветом (по цвету зон наблюдения).

 

 

Рис. 5

 

Л – зона, разрешённая для левого глаза

П – зона, разрешённая для правого глаза

 

ПРИМЕЧАНИЕ

В стереосборках, где вместо линзового растра используется линейчатый сепаратор, тоже формируются похожие зоны. Однако там от этих зон мало проку, так как наблюдатель при попытке изменить позицию для просмотра видит ухудшение восстановленного изображения из-за попадания в зрачок краевых частей из столбцов смежного компонента.

 

      Среднестатистическая острота зрения человека соответствует примерно одной угловой минуте. В соответствии с этим разрешением изображение с расстояния примерно полуметра (оптимальное расстояние для рассматривания крупноформатного стереоизображения на хорошем экране компьютера) будет восприниматься практически слитным, если промежутки (не шаг!) между видимыми пиксель-столбцами не будут превышать величину 0.145мм.

      Полученная цифра серьёзно ограничивает возможности восстановления стереоизображений из вшихтованных стереосборок.

      Так, для приличного компьютера экранное разрешение составляет 0.240мм (это – распространённый размер пикселя на экране). Отсюда следует, что уже в однопиксельной стереосборке расстояние между серединами соседних столбцов одного компонента составит не менее 0.480мм (промежуток составит 0.240мм). Из-за чего и получается, что разговор о многопиксельном столбце в стереосборках применительно к современному компьютерному экрану теряет практический смысл!

 

ПРИМЕЧАНИЕ

На экране с разрешением 0.197мм (пиксели моего ноутбука) слитность восстановленного трёхмерного изображения получается очень даже приличной (расстояние между серединами соседних пиксель-столбцов одного кадра составляет 0.394мм). Вероятно, эффект улучшения слитности возникает чисто психологически, благодаря тому, что в восстановленном изображении между пиксель-столбцами одного кадра оказываются вставленными пиксель-столбцы смежного кадра, что психологически увеличивает разрешение в два раза.

 

      Что же касается задачки деления расстояния 0.145мм на два и в каждую из получившихся частей поместить хотя бы по шесть столбцов (требуется разрешение 0.012мм), то для печатного изображения в этот отрезок их вместить можно легко. И не 6, а 12 (с размером печатной точки 0.006мм)!

 

      Беда в том, что на моём сайте (в настоящий период времени) основное внимание, в первую очередь, уделяется не вообще стереоизображениям, как таковым, а стереоскопии применительно к экрану компьютерного монитора.

 

      Так вот, к настоящему времени говорить о применении к компьютерному экрану технологии с многопиксельной (хотя бы - шестипиксельной) стереосборкой пока не приходится.

 

НО!

 

      Если поиметь в виду не экран компьютера-ноутбука, а большие настенные экраны с разрешением 0.25мм, предназначенные для просмотра с большого расстояния, то для расстояния в 3м изображение будет восприниматься слитным при расстояниях между серединами точек до 0.9мм. Это – двойная ширина кадра. Следовательно, ширина одного кадра допустима в пределах 0.450мм. А в этот промежуток уже допустимо вместить 2-х пиксельный столбец.

      Если же пойти на некоторое ухудшение фактора слитности, то можно говорить и о 3-пиксельном столбце.

 

ВНИМАНИЕ!

 

      Речь пока не идёт о многоракурсной стереоскопии. Обсуждается однопарная стереосборка (один стереопарный ракурс).

 

Вычисления для оценки параметров обсуждаемого экрана:

 

      С учётом того, что комфортный угол зрения среднестатистического человека составляет примерно 32º, экран не должен быть шире, чем:

 

 

что очень даже приемлемо.

 

      Приняв разрешение 0.25мм, можно посмотреть для такого экрана количество пикселей по горизонтали:

 

 

      Я не знаю о существовании подобных экранов, но стремиться следует именно к такому (если принять обсуждаемую технологию).

 

      Пусть рекламный экран рассчитан на прохожего со среднестатистическим межзрачковым расстоянием

 

RC = 62мм

 

      Для просмотра восстановленного изображения принято расстояние

 

L = 3м

 

      Пусть ширина реального экрана

 

W = 1.5м

       

      Любой наблюдатель сможет в процессе оглядывания трехмерного изображения перемещаться вбок от средней позиции просмотра на расстояние, не большее половины своего RC. При дальнейшем смещении он (наблюдатель) просто выйдет из зоны ортоскопического изображения и попадёт в зону псевдоскопического изображения.

      Поэтому формировать зону просмотра с максимальной шириной больше 100мм едва ли целесообразно (независимо от размера экрана). Слишком мало людей имеют RC=100, а не то, что ещё бóльшее.

 

ПРИМЕЧАНИЕ

- Пройдя зону псевдоскопического изображения, наблюдатель снова попадает в зону ортоскопического изображения.

- Указанное свойство имеет место быть применительно ко всем способам восстановления трёхмерного изображения, использующим какую-либо внешнюю, по отношению к записанному изображению, решётку (в том числе, естественно, - линзовый растр).

 

      Заданной шириной зоны определяется фокусное расстояние линзового растра (примерно равное расстоянию от растра до стереосборки).

 

      Расчётные параметры представлены рисунком 6.

 

 

Рис. 6

 

 

      Шаг растра (для 3-пиксельного столбца):

 

 

      Теперь несколько слов о зеркальном переворачивании каждой пиксель-полосы в восстановленном изображении.

      Из-за возможного попадания в зрачок глаза более одного пиксель-столбца, перед размещением в стереосборку каждого залинзового полукадра его (полукадр) необходимо предварительно зеркально перевернуть.

 

Эксперимент

 

Цель

 

1. Создать на моём ноутбуке макет стереосборки из кадров на основе 3-пиксельных столбцов и проверить визуально уровень слитности восстановленных трёхмерных изображений, наблюдаемых с расстояния примерно 2.4м (поскольку разрешение моего экрана не 0.25мм, а 0.197мм).

2. Оценить свободу выбора позиции для просмотра.

3. Вопрос о том, где и как добыть требуемый цилиндро-линзовый растр, пока остаётся открытым. Поэтому эксперимент будет проводиться с применением линейчатого сепаратора.

 

Порядок проведения

 

1. Для начала просто посмотреть на экране с расстояния примерно 2.4м фотографию, разбитую на полосы с шагом 3 пикселя. Если изображение будет восприниматься допустимо слитным, то перейти к следующему шагу. В противном случае считать решение неприемлемым и на этом данный эксперимент закончить.

2. Удалить из фотографии каждую чётную 3-пиксельную полосу. Если изображение будет восприниматься допустимо слитным (расстояние между серединами полос составит 0.591мм), то уверенно перейти к следующему шагу. В противном случае перейти к следующему шагу менее уверенно.

3. Выбрать стереопару с крупноэлементным изображением. Правый компонент стереопары разбить на 3-пиксельные полосы-столбцы. Удалить полосы чётных порядковых номеров. Левый компонент можно оставить неизменным.

Будущие стереосборки разбить на две группы. Первую группу стереосборок собрать без зеркального переворачивания полос. Вторую - с переворачиванием каждой полосы.

4. Правый («полосатый») кадр наложить на левый.

5. Изготовить линейчатый сепаратор с параметрами:

 

Расстояние до экрана

 

 

Шаг

 

 

      Мой уже изготовленный сепаратор (через него я просматриваю все свои трёхмерные изображения) имеет шаг t = 0.3929мм. Это мало отличается от расчётного значения, что позволяет мне применить уже имеющийся сепаратор.

6. Просмотреть созданные стереосборки через сепаратор, установленный от экрана на расстояние примерно 4.73мм.

 

Результаты эксперимента

 

1. Был выбран (в данном случае – левый) компонент для стереосборки (рисунок 7)

 

 

Рис.7

 

2. Сформирована маска с 3-пиксельными столбцами и с такими же промежутками (в черновом варианте статьи маска тоже была показана на отдельном рисунке, но потом я почувствовал бесполезность этого действа и убрал её из статьи).

3. Маска была наложена на выбранный (правый) компонент. Добавлена общая яркость на 20 единиц.

 

      С нормального расстояния (примерно 40см) изображение на экране, конечно же, стало вертикально-полосатым. Однако с расстояния 2.4м мои глаза эту полосатость уже не видят (рисунок 8).

 

 

Рис. 8

 

4. Из цветных 3-пиксельных полос оставлены 1-пиксельные столбцы, и на 40 единиц добавлена общая яркость (рисунок 9).

 

 

Рис. 9

 

Лично мною изображение на рисунке 9 воспринимается более тёмным и более вялым, чем на рисунке 8 (это вполне естественно), но не более полосатым.

 

ПРИМЕЧАНИЯ

- Промежуток между 1-пиксельными столбцами в изображении составляет 5 пикселей.

- На рисунке 9 из-за несоответствия шага Вашего (читатель) экрана и шага в структуре изображения возникают муаровые полосы. На них можно пока не обращать внимания.

- Следует принять во внимание, что в действительности маска из 1-пиксельных столбцов НЕ будет накладываться на компонент. Компонент будет состоять из 3-пиксельных полос. И свет от одного столбца предполагается собирать и направлять в зрачок при помощи цилиндрической линзы растра. Предполагается, что при этом дополнительно осветлять изображение уже не придётся (смотреть статью ЧАСТЬ 6).

- В данный момент обсуждается параметр слитности, а не светопропускания.

- Я же надеюсь, что линзовый растр НЕ понадобится. Всё должно хорошо получиться и без него!

 

5. Изготовлена 3-пиксельная стереосборка (рисунок 10).

 

 

Рис. 10

 

6. К экрану приложен сепаратор с увеличенным расстоянием до экрана.

 

ПРИМЕЧАНИЕ

Рейки для прокладок склеены из плотной бумаги и приклеены к стеклу сепаратора.

 

РЕЗУЛЬТАТ

 

1. Как и следовало ожидать, комфортность восприятия отлично восстановленного трёхмерного изображения – просто превосходна!

      И рассматривал я его не с расстояния 2.4м, а с расстояния 1.7м!

      И объёмность букета (передний план относительно заднего) – даже лучше, чем при рассматривании через этот же сепаратор, но с расстояния 0.5м (естественно, с меньшим удалением сепаратора от экрана).

      Единственное (но существенное) неудобство – нет возможности (пока!) с такого расстояния листать изображения на экране компьютера. Придётся придумать дистанционное управление.

2. Зеркально оборачивать 3-пиксельные полосы НЕ понадобилось!

3. Если крупноразмерные изображения изначально рассчитывать для работы на просвет, то можно легко обойтись без цилиндро-линзового растра.


Просмотров: 3348

Комментарии к статье:

№ 199   Читатель   2010-12-12 18:47:14
Здравствуйте. Не совсем понятно, как производить пятый этап. Не могли бы вы расписать более подробно? Спасибо.
№ 200   Владимир Максимович   2010-12-12 19:40:23
На №199. Г-н Читатель, я, вероятно, не совсем понял суть Вашего вопроса. Дело в том, что формулы, использованные в пятом шаге, объяснены перед описанием эксперимента. Если всё-таки требуются пояснения, то приглашаю к общению по электронной почте.

Ваще сообщение:
 

 

Добавить комментарий

[B] [I] [u] [S] [2] [2]       [TAB] [∑] [∓] [≈] [≠] [≤] [≥] [π] [×] [√]       [RED] [GRE] [BLU]

[α] [β] [Γ] [γ] [Σ] [σ] [Δ] [δ] [Ω] [ω] [μ] [Λ] [λ]