[科普中国]-立体照相

立体照相技术起源于19世纪30年代，Wheatstone于1838年发明了立体镜。立体镜由两面彼此垂直的镜子所组成，左右照片分别放置在照片的夹具上，转动游戏杆将照片调整至适当位置即可看到立体影像。

简介立体相机是进行立体成像的关键组成部分。由于在日常生活中很难接触到，一般人可能会对立体相机感觉比较陌生，但事实上这项技术已经诞生很久了。早在古希腊时代，欧几里德就已经发现，人们左右眼所看到的景物是不同的，这也是人们能够洞察立体空间的主要原因，用现代术语就是双眼视差(binocular parallax)，这也是立体影像的基本原理。

早期的立体成像技术主要依靠传统照相机来拍取一组立体照片，并且透过立体镜来重现立体影像。由于传统立体照相制作繁琐、不易流通等因素，仅限于专业摄影及少数特殊的领域，无法像传统的平面照相一样深入各层面。随着科学技术的突飞猛进和CCD数码相机的出现，立体影像的技术与应用有了突破性发展。

近来，虚拟实境成为计算机界的热门话题之一。如众所皆知，拟实境里最重要的技术不外是立体影像制作与重现。跟据制作过程的不同，立体影像可大概分成绘图式的立体影像及实物式的立体影像两大类。绘图式的立体影像是利用计算机绘图来制作 3d 景物，而这计算机绘图的技术也就被称为 3d 绘图 (3d graphics)。3d 绘图技术的开山祖师是surtherland，1962 年当他还是麻省理工学院的研究生时，开创了这门影想响后来至巨的 3d 绘图技术。今天，我们能够带上头盔或 3d 眼镜来畅游绘图式的虚拟实境，都是拜 surtherland 之赐相对于只有三十多年历史的绘图式立体影像，实物式的立体影像的存在已超过一百五十年。历史虽然攸久，但却少为人所知甚是遗憾。基本上，早期的实物式的立体影像，是利用传统的照相机来拍取一组立体照片，并且透过立体镜来重现立体影像，此技术一直延用至今 ( 一般称为 传统立体照相 )。由于学习不易、制作繁琐、不易流通等因素，一百五十多年年来，传统立体照相的应用仅止于专业摄影及少数特殊的领域，无法如传统的平面照相深入各层面，普遍应用于日常生活当中，换句话说传统立体照相无法商业化。但随着计算机科技的飞跃进步，配合数字相机 (digital camera) 的使用，实物式立体影像的技术与应用有突破性的发展。今天，利用数字相机的任何使用者，无论有无拍摄立体照片的经验，皆可轻易地在数分钟之内完成一张立体照片，并在计算机银幕上观看到徐徐如生的立体影像 ( 敝公司称其为数字立体照相 )。更重要的是，这些立体影像可藉由光盘及因特网大量散播在世界各角落，其商业契机无可限量。1

历史立体照相的起源立体照相的技术起源于十九世纪的三十年代 ， 首先由英国的 wheatstone 着手研究人的视觉 ， 并于 1838 年发明了立体镜 (stereo scope， 图 1)。立体镜是由两面彼此垂直的镜子所组成 ， 左右照片个别放置在照片的夹具上 ， 转动游戏杆将照片调整至适当位置即可看到立体影像 。 1839 年 ， daguerre 发明银盐版照相法 ， 不但垫定了照相的基础 ， 同时也带动立体照相的蓬勃发展 。 1849 年 ， david brewster 以凸透镜取代立体镜中的镜子， 发明了改良型的立体镜 ， 此改良型的立体镜即成为今日的看片器 (viewer， 图 2) 的始祖 。2

图1

图2

发展历程1839年，Daguerre发明了银盐版照相法，不但奠定了照相的基础，同时也带动了立体照相的蓬勃发展。

1849年，David Brewster以凸透镜取代立体镜中的镜子，发明了改良型的立体镜。2

立体照相的拍摄简单地说，立体照片的拍摄和传统的照相无所差异，只不过对于一张的立体照片而言，必须拍摄一组两张具有视差效果 (binocular parallax effect) 的照片。

立体照相的拍摄可分为静态景物及动态景物的拍摄 。。对于静态景物的拍摄，你只要用一部照相机，先在某一个位置角度先拍一张照片，然后平行移动照相机数公分再拍一张，这样你就得到了一组具有视差的立体照片。对于动态景物的拍摄 ， 则须利用特殊的立体相机 ( 双镜头 )， 或者用两部照相机 ( 同时按快门 )， 一次同时拍摄两张照片 。1

立体相机的典型应用CCD（Charge-Coupled Device，电荷耦合器件）是可用于立体相机的一种重要组成部分。它一种光敏半导体器件，其上的感光单元将接收到的光线转换为电荷量，而且电荷量大小与入射光的强度成正比。这样，矩阵排列的感光单元构成的面阵CCD便可传感图像。CCD现在被广泛应用于数码相机和数码摄像机中，同时也在天文望远镜、扫描仪和条形码读取器中有应用。

嫦娥一号所使用的CCD立体相机在研制中采用了许多创新技术，如首次提出采用一个大视场光学系统和一片大面阵CCD芯片。它用一台相机取代三台相机，能够实现拍摄物的三维立体成像。立体相机在工作时，采集CCD的输出，分别获取前视、正视、后视图像，随后进行处理，形成立体图像。CCD立体相机以自推扫模式工作，为了重构月表立体影像的需要，在设计上做了特殊处理。

卫星在飞行时，CCD立体相机沿飞行方向对月表目标进行推扫，可以得到月表目标三个不同角度的图像。由于立体相机固定在卫星上不能自由转动，所以它只是随卫星与月球间的相对运动而移动，对月球表面进行扫描。这台CCD立体相机还以设备的小型化和轻量化提高了对空间环境的适应能力，它降低了有效载荷的重量，这使得火箭的发射能力、卫星的体积和重量及其他配套设施的改造等一系列技术问题的实现难度得以降低。2

立体相机的现代发展应用众邦3D立体实拍机是目前国际最先进的立体影像拍摄设备，运用3D立体实拍机连接普通数码相机加上一次拍摄多张角度不同的照片，经过专业的合成技术合成输出装裱后，就成了一幅栩栩如生的立体摄影像。它的特点是焦点物体圆润厚实、立体感强、活灵活现；与多镜头光学立体摄影比相，它具有成本低，效果好，操作简便，成品率高，减少了制作环节。影楼、运用摄影的朋友只要掌握了3D立体实拍摄影制作技术，就可以制作出栩栩如生的三维立体画面。3D立体实拍机摄影技术的引进，为立体婚纱摄影、景区留念立体摄影提供了最佳的技术解决方案，必将引起摄影业的技术性革命。掌握了这项技术，就掌握了立体婚纱摄影的真谛，可以在同行竞争中脱颖而出。3

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杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所