[科普中国]-立体照相机

历史起源

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。

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)。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。1

CCD立体相机2007年10月24日，嫦娥一号探月卫星在西昌卫星发射中心成功发射，奔向距离地球约38万公里外的月球。本次探月，普通人也有望看到月球的真实面貌，这都归功于——立体影像技术。中国首幅月图由嫦娥一号卫星搭载的CCD立体相机采用线阵推扫的方式获取，轨道高度约200公里，每一轨的月面幅宽60公里，像元分辨率120米。一般相机拍摄到的都是平面图像，月球表面有很大的起伏，平面图像不能获得视线深度方向上的影像数据。我国虽然是首次探月，但科学家们要求第一步就得到全月的立体图像，这给相机的研制带来很大的挑战。“嫦娥一号”所用的CCD立体相机在研制中采用了许多创新技术，并在国内外首次提出采用一个大视场光学系统加一片大面阵CCD芯片，用一台相机取代三台相机的功能，实现了拍摄物的三维立体成像。立体相机在工作时，只采集三行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。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，对月球表面进行扫描成像。假如没有这台先进的立体相机，按照传统的技术方案就需要在卫星上安装3台相机从3个角度对月球表面同一点拍照。但是，这样会造成有效载荷的重量的增加，由此对火箭的发射能力、卫星的体积和重量及其他配套设施的改造增加一系列技术难度，并使更多科学探测设备在卫星上搭载受到限制。同时这台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。全世界已拍摄的月球立体照片数量有限且不完整。这次探月如果顺利进行，我们就能看到由中国人拍摄的系列全月地形地貌立体照片。当然，对于科学家来说，月球的立体影像资料的价值远不仅仅是为了让大家能看到月球的地貌图片，科学家将根据这些立体画面划分月球表面的构造和地貌单位，制作月球断裂和环形影像纲要图，勾画月球地质构造演化史，研究月球、宇宙的起源。同时这些图像还将为我国后续的二期、三期探月工程服务，包括为下一步月球车以及宇航员登月选择着陆地点提供科学依据。

CCD（Charge-CoupledDevice，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。

世界上现存的月球立体照片数量有限且不完整，如果这次探月能够顺利完成，那么我们就能够得到栩栩如生的全月地形地貌的立体照片。2

单镜头立体照相机的研制单镜头立体照相机的实现方案单镜头立体照相机的实现方案包括立体光圈、聚焦物镜组件、相机机身及控制电路几大部份构成。立体光圈的左、右子光圈将镜头光路对称分割，镜头工作时，物镜组件通过子光圈将场景聚焦成像于CCD 上，单反相机连拍时输出的快门信号，通过控制电路控制立体光圈工作于不同方式，分时复用相机拍摄出左、右眼视差图像及红青互补色立体图像。3

立体图像的特点分析使用该立体镜头的照相机，所摄立体图像具有以下特点：

1）左、 右眼视差图像同时在一个显示平面上显示或用立体软件合成在一个画面上的合成图像， 不分离视差观看， 其效果等同于直径为D的镜头聚焦形成的图像，所得画面无重影。

2） 合成图像在分离视差情况下所形成的立体图像，景深为构成立体图像对的任一单眼视差图像的景深，其值远大于合成图像在不分离视差时的景深。

3）由于各视差图像焦点画面位置重合， 有效解决了由于立体显示端视差分离不完全而造成的立体图像的主观质量明显下降的问题，这是任何双机立体照相所无法比拟的。 实际观看时，无论分离是否完全，均能保证立体图像画面质量不下降。3