10.1　三维立体成像技术概述

10.1.1　视觉生理学与心理学基础

位于眼球后部的视网膜是一个弯曲的球面，而参与视觉的主要区域是黄斑及中央凹区域，总体上是一个平面结构。因此，视网膜只能获取二维的图像信息，第三维的深度信息，不可能单纯从单眼的视网膜图像中恢复出来，也就是说，单眼没有立体视觉功能。好在几乎所有高等动物都拥有两只眼睛，人类也不例外。虽然某些昆虫的眼睛数量多于两只，如蚱蜢和蝉有三只眼睛，跳蜘蛛有八只眼睛等，但研究发现，这些眼睛中多数只是光线感受器或红外探测器，真正称得上眼睛的，实际上还是两只。三维视觉或立体视觉正是由双眼视觉来实现的。

人眼具有如下的生理特性:双眼的平均间距即瞳孔距为65mm；瞳孔直径从1.5mm到8mm可变；最小的角分辨率约为45″，广义上称为1分视角；双眼最大信息传输速率每秒430万比特，单神经速率每秒5比特；双眼视野有很大一部分区域相交重叠，即双眼具有共同的视野。此外，人眼晶状体具有十分完备的调节功能，而双眼视轴还可以会聚和散开。这些都是获得立体视觉的生理学基础。因为立体视觉的产生过程包括同时视、融像和立体视等步骤，只有在双眼具有共同视野的情况下，才能同时将同一目标清晰地成像于视网膜上，从中接收有视差的图像信息，再将信息快速传递到大脑视皮层，并在视皮层融合，最终获得完整的立体视觉。前文已经指出，只要双眼接收到的视网膜图像（图对）之间存在视差，视觉系统就能将它们融合而获得立体视。这种有视差的图对，既可以来自实际的目标，也可以是人为绘制或制作的平面图像，利用这一原理，就可以发展出各种不同的三维成像技术或立体显示技术。

虽然在毫无心理学暗示时也能获得很好的立体视觉，如对随机点立体图对的立体视觉，但心理学暗示的确可以增进立体视觉功能。这些暗示因素包括视网膜像的大小，线性透视，面积透视，重叠和遮挡，阴影，结构梯度等。而且，更高级的学习与经验等认知性因素，也在立体视觉中起着重要作用。比如，我们可以把一个画在纸面上的立方体看成是立体的，可以从投影在荧幕上的电影画面中感受到立体景深。实际上，到目前为止几乎所有的荧幕、电视屏、计算机屏等，都是二维的平面结构，而我们同样可以获得良好的立体感。这其中，视觉心理学的暗示显得更为重要。

10.1.2　三维成像与立体成像的区别及联系(www.daowen.com)

平时在讨论立体和三维两个名词时，我们往往将两者看作是一回事而不作区分。严格而言，它们是两个不同的概念。三维更注重于物理学上的含义，而立体则是一个更接近于视觉心理学的概念。三维的东西，必定是立体的，如一个木制的立方体，本身是三维的，看上去又是立体的；又如全息术等三维成像技术，在空间上是三维的，在视觉上又是立体的。而立体的东西不一定是三维的，如画在纸上的立方体，或者双眼从立体图对中看到的立体目标等，本身具有的物理刺激是二维而不是三维的，或者说是假三维的。尽管如此，三维和立体又是两个不可分割的概念。本章讨论的三维与立体成像技术，其最终的接收系统都是双眼，因此实际上是以双眼视觉或立体视觉为基础的。在这种情况下，在本章的各个小节中，我们仍倾向于将三维和立体作为通用的术语而不作严格区分，统称为三维立体成像技术或3D立体成像技术。

10.1.3　三维与立体成像技术的分类

基于上述讨论，可把三维与立体成像技术分为两大类:1）双眼体视成像技术；2）三维空间成像技术（自动体视术）。

这两种成像方法的基本差别，在于记录图片所需要的信息数量不同。双眼像的信息数量仅是平面像的两倍，由此获得的立体像信息往往不甚丰富和真实，比如采用立体镜观察立体图对时，得到的深度感好像是一个平面的目标浮在背景前面一样。而一个真正空间像所需要的信息数量则常常是惊人的，只能由三维空间成像技术来实现。例如全息图像，不论观察者在哪个方向观察，几乎都可以看到与原有景物基本一致的丰富的深度感和立体感。这个问题将在稍后讨论。

这两类成像技术，按其所依据的原理和技术，又可分为若干类，见表10‐1。双眼体视成像技术中的立体镜技术、立体照相技术、立体电影与立体电视技术等，我们将作进一步详述。而对于三维空间成像技术，限于篇幅，仅讨论三维投影显示技术和全息术等。此外，按照成像技术的用途分类，又分为静止三维成像技术和动态三维成像技术等。顾名思义，前者包括立体照片，体视镜，全息术等，后者如立体电影，立体电视等。