第二类医药品 [第二类立体电视的研究]

　　摘要：实验以前后视差实现第二类立体电视，实验结果不能产生立体效果。然后按照第二类立体电视的定义在Premiere Pro上交替播放左右视图，结果也不能产生立体感。实验证明了第二类立体电视不能产生立体感。
　　关键词：立体电视；第二类立体电视；视差序列
　　中图分类号：TN949.13文献标识码：A
　　
　　The Study of the Second Category of
　　Three-Dimensional Television
　　ZENG Xiong-bing, CHEN Yong, LU Xiao-ling, YANG Jian-jun
　　(School of Opto-Electronic Information, University of Electronic Science and
　　Technology of China, Chengdu 610054, China)
　　
　　Abstract: Experimented front and Behind Parallax Images to realize the second category three-dimensional television, The experimental results could not produce a three dimensional effect. Then According to the definition of the second category three-dimensional television played Left and right Parallax Images in Premiere Pro. The result could not have a three-dimensional sense. Experiments proved that the second category three-dimensional television can not produce three-dimensional feeling.
　　Keywords:stereoscopies television；the second category stereo television；parallax sequence
　　
　　1引言
　　
　　早在1956年，虚拟现实(virtual reality, VR)的原始构想出现在一份名为《终极显示》的报告中，而后在1989年，《可视化编程语言的研究》（Visual Programming Language Research，VPL Research）的作者Lanier正式提出“虚拟现实”(VR)一词，自此VR技术在20世纪90年代一些诸如军事和医学的前沿领域首先展开实践，并有一部分技术被引入电子游戏领域。
　　虚拟现实(VR)是由计算机软件、硬件和各种传感器构成三维信息的人工环境，3D立体显像则是它的一个子系统。这个虚拟环境可以真实地模拟现实世界中的事物和环境，而不管这些事物在现实世界中是否可以实现。用户投身到这种环境中，将产生“身临其境”的感觉，并可亲自操作实践与虚拟环境的互动。
　　
　　2立体电视的原理
　　立体电视又称为三维电视（3D-TV），准确的术语应为“stereoscopies television”,它与现行电视的主要区别是:现行电视只传送一个平面的信息，而立体电视传送的是物体的深度信息，立体电视与立体电影的原理大体相同，也是利用人眼的立体视觉特性来产生立体图像的。
　　人眼的立体视觉特性是立体电视与立体电影的共同基础。人类在观看周围世界时，不仅能看到物体的宽度和高度，而且能感知它们的深度，能判断物体之间或观看者与物体之间的距离。这种三维视觉特性产生的主要原因是：人们通常总是双目同时观看物体，而由于两只眼睛视轴的间距（约65mm），左眼和右眼在看一定距离的物体时，所接收到的视觉图像是不同的，因而大脑通过眼球的运动、调整，综合了这两幅图像的信息，产生立体感。在单用左眼和右眼观看物体时，所产生的图像移位感觉就叫视差。理论分析可知，在没有任何工具的情况下，人眼可看到立体物体的最远距离不超过1km。由经验得知，人的立体视觉还不是绝对靠视差，一只眼睛的人同样能判断物体深度和距离，他们主要是靠光线明暗、物体的相对尺寸、清晰程度、运动速度等来进行判断的，把眼球视线凝视于一点或一小区域后，利用眼睛上下左右转动来对物体上下、左右、前后扫描观察，以便使物体能在眼球运动、肌肉做功过程中，获得多幅稍有差别的物体图像信息，通过长期以来所积累的观察事物的经验进行判断就足可获得立体感。由此可见，两只眼睛观看同一物体的视觉信号，可以获得立体感，而用一个眼睛对同一物体从两个稍有差别的观察点来获得图像信息，也能使人获得立体感。
　　根据人眼产生立体感的机理，立体电视分为第一类立体电视合第二类立体电视。
　　
　　2.1第一类立体电视
　　第一类立体电视是在节目编制端用模拟人眼的两台摄像机获取一对视差图像，用户在节目接收端，必须使左眼看到左视图，右眼看到右视图，利用双眼视差产生立体感。第一类立体电视必须用两台摄像机拍摄节目。而且在接收端为了使左右眼分别看到不同的视图，观众必须配戴眼镜（分色镜，偏光镜或液晶快门眼镜）或者采用特殊结构的显示器件（光栅型或微透镜阵列型）。
　　
　　2.2第二类立体电视
　　第二类立体电视是在1982年由美国南卡罗莱纳大学最先提出的，南卡罗莱纳大学的专家根据一只眼睛也能获得立体感的特征，提出的一种新型的立体电视制式。第二类立体电视在发送端也是利用两部摄像机获得一对视差图像信号，用一条信道以适当速率顺序交替传送。在接收端使这一对视差信号所形成的两幅图像，按发送端传送的顺序，先后轮流地出现在屏幕上，人眼就能看到立体彩色图像。这种制式在接收端不需要附加任何装置，用普通彩色电视机就可以看到立体彩色图像。实现这种立体电视，只需要在电视台进行必要的改造和添置若干装置，与千家万户的电视机无关。
　　
　　3视差图像
　　
　　前后视差自由立体显示需用到视差图像，视差图像的种类有：
　　（1） 运动视差指由于被摄物体运动或者摄像机运动而导致摄像机所摄取的前后两帧图像略有差别的现象；
　　（2） 同时视差指使人的左右眼同时分别看到左右眼两个视差图像，经融合能够产生立体感，同时视差法立体显示类似于混色中的同时空间混色法，如图1所示；
　　
　　（3）时序视差指在显示器上交替轮流显示两个视点视差图像，由于人眼的视觉暂留而融合产生立体感。视差时序法立体显示类似于混色法中的色序法。时序视差和同时视差的区别在于：同时视差法中人的左右眼看到的是两幅不同的图像，而时序视差法中人的左右眼看到的则是相同的图像，如图2所示；
　　（4）视点视差指由于摄像机位于不同位置拍摄同一个景物，而导致被摄取的该景物略有区别的现象。视点视差又可进一步细分为左右视点视差及前后视点视差；
　　①左右视点视差指到被摄景物中心距离相等的左右并排放置的两台掇像机拍摄同一被摄景物而产生的两幅视差图像，如图3所示。
　　②前后视点视差指到被摄景物中心距离不等的前后放置的两台摄像机拍摄同一被摄景物而产生的两幅视差图像，如图4所示。
　　
　　
　　4实验
　　
　　虽然第二类立体电视具有很多优点，但该电视制式插放的节目源要求必须是利用两台左右并置的摄像机拍摄的视差图像，用普通方法摄制的节目不具有三维效果。目前正在研究利用电脑技术处理普通图像，以达到三维播放效果，但是要由一个视点的图像经计算机处理后产生左右两个视点图像非常困难，而且永远达不到两台摄像机同时拍摄所产生的效果。于是设想既然在同一屏幕上交替播放同一景物的左右两个视差图像时，人眼能获得立体感，那么是否在同一屏幕上交替播放同一景物的前后两个视差图像，人眼也能获得立体感呢？由一个视点的图像产生左右两个视点图像非常困难，而由一个视点图像产生前后两个视点图像则容易得多。前后两个视点图像生成的理论依据是距一个景物中心越远时，该景物在人眼视网膜上的成像会变得越小，而且亮度、对比度、清晰度也会相应的降低。
　　在同一显示屏幕上以一定速率交替轮流显示前后两个视点图像，用到了时序视差和前后视点视差。该方案能否使人眼获得立体感呢？用视频制作软件可以验证方案是否可行。Premiere Pro软件是Adobe公司一个强大的视频编辑软件，该软件能够做到播放频率离散可调，亮度、对比度和清晰度连续可调。用Premiere Pro软件制作不到一分钟的视频就可以验证方案的可行性。实验要求轮流交替播放一个近视图和一个远视图，实验中用一幅未经过任何处理的原始图片作为近视图，把该图片适当缩小幅度，降低亮度和对比度后作为远视图，如图5所示。
　　考虑到幅度、亮度和对比度降低的比例都有可能影响立体感的产生以及立体感的好坏，又考虑到前后两帧图像相差太大会产生由于整幅突变带来的闪烁现象，所以远视图和近视图的差别不应该太大。本实验将幅度、亮度和对比度降低比例依次取0.90到0.99之间的十个离散值，即：0.90，0.91，0.92，0.93，－0.94，0.95，0.96，0.97，0.98，0.99。这样，幅度、亮度和对比度的组合情况共有1000种。1000次实验得到的都是闪烁的视频，无立体感。分析结果后，我们认为视频切换的频率也有可能影响到立体感的产生以及立体感的好坏。从有关第二类立体电视的资料获知，当频率在10～30Hz范围内时，第二类立体电视能够使人获得立体感，不同的人有不同的最佳频率点。于是我们又取了：10Hz，15Hz，20Hz，25Hz，－30Hz，40Hz，50Hz，60Hz这8个离散频率点分别进行实验。和上面的1000种情况再进行组合，一共作了8000次实验，实验的结果仍然是闪烁的无立体感的视频。接着我们又从双眼视差立体显示得到启发，双眼视差立体显示依靠增加视点来增加观看范围，增加的视点来自平行于景物的左右方向。或许前后视差时序法自由立体显示也可以通过增加视点来获得立体感，当然这些增加的视点来自于垂直于景物的前后方向。于是我们又把一幅原始图片降低多个幅度、亮度和对比度以得到多个前后视点的图像，然后把它们依次轮流播放。实验的结果是：前后摇摆的视频，如同摄像机在不停的前后移动，并无立体感。最后我们完全按照美国南卡罗莱纳大学的方案对所谓的第二类立体电视进行了实验，我们从网上下载了一个景物的左右视图，用Premiere Pro软件交替轮流播放，结果得到的是左右摇摆的视频，同样不能获得立体感。
　　
　　5结论
　　
　　第二类立体电视自1982年由美国南卡罗莱纳大学提出已经20多年的历史了。第二类立体电视看似非常有前途，因为在接收端不需要附加任何装置，用普通彩色电视机就可以实现立体显示，为了实现这种立体电视，只需要在电视台进行必要的改造和添置若干装置，与千家万户的电视机无关。通过本实验证明了第二类立体电视并不能产生立体感，说明了继续研究第二类立体电视就如同对永动机的研究一样是对人力、财力和资源的浪费。对立体显示的研究应放在双眼视差自由立体显示、空间像立体显示和全息立体显示上。
　　
　　参考文献：
　　[1]扬然.浅谈立体电视及立体显示技术的发展[J],广播电视信息，2005:08.
　　[2]谷 千束（日）著,薛培鼎,译.高临场感显示[M].北京:科学出版社,2003：77-134.
　　[3]应根裕, 胡文波, 邱勇.平板显示技术[M],北京:人民邮电出版社,2002: 22-23.
　　[4]汪成为，高文等.灵境（虚拟显示）技术的理论、实现及应用[M].北京:清华大学出版社,1996.
　　[5]曾建超，愈志和.虚拟实现的技术及应用[M].北京:清华大学出版社,1996.省略。