10.4　立体摄影及立体照片制作技术

10.4.1　立体照相机

拍摄双眼立体照片的方法可分为如下三类:由一架照相机相继拍摄两张照片；由两架分隔定置的照相机同时拍摄得到两张照片；由一架特制的照相机同时拍摄两张照片。其中第二和第三种方法采用的特种照相机称为立体照相机，但第二种方法也可采用普通照相机，第三种方法必定要采用特种照相机。

1.单镜头的立体照相机。如图10‐12所示。其特征在于用一个大的镜头来聚集必要的双眼信息。通常该镜头的直径大于75mm。这种方法的缺点是大镜头需要较长的焦距，从而也需要大的相纸或胶片，以确保合理的视角。为解决这一问题，后来发展了在镜头前分像镜系统，在适当的间距的两个位置上聚集双眼图像信息，并将它送到一架普通照相机内，把两个图像记录在正常尺寸的胶片的各半画幅上。

图10‐12　单镜头立体照相机

2.狭缝板式大镜头立体照相机。如图10‐13所示，由于镜头大于双眼瞳距，因此一个单独的镜头就可聚集从各个方向观察物体时所需要的图像信息。这种照相机拍摄得到的图像，是直接记录在狭缝板后面的胶片上的。不过，在照片的再现过程中，给出的是物体的一个假像，也就是一个在深度上完全相反的像。

图10‐13　狭缝板大镜头立体照相机

3.移动式立体照相机。这实际上是一架普通的照相机，只是可在横向移动。当从某一角度拍摄到目标的一幅照片后，将相机横向移动一定距离，再从另一角度拍摄另一幅照片。这样就与一架双镜头的照相机拍摄目标的立体照片等同。本相机的镜头是小直径的，但拍摄的照片仍记录在狭缝板后面的胶片上的。移动式立体照相的缺点是机械定位要求较高，而且只能拍摄静止的物体，一旦物体或景物运动变化，前后拍摄得到的照片显然无法制成立体图对或立体照片。

4.双镜头与多镜头立体照相机。为了克服移动式相机的局限性，发明了双镜头与多镜头立体照相机，见图10‐14。景物的照片是在N个方向用N架照相机同时拍摄的，或者是用一架多镜头相机从N个方向一次性拍摄N幅照片。这些原始的照片是负片或数码图像，需要将图片信息翻印到位于狭缝板或柱面透镜板后面的照相纸上。相纸经过显影和定影之后，再次放在狭缝板或柱面透镜板之后，即可获得具有立体感的景物照片。

图10‐14　双镜头与多镜头立体照相机

10.4.2　视差挡板式立体照片

视差挡板也称狭缝板，在上文已经提到过，现在简要介绍狭缝板视差立体照相法的原理。这一方法最早是由美国的艾夫斯（Ives）在1903年提出的。如图10‐15所示，在一块很薄的狭缝板后面，放置了一张特制的底片或相纸，将立体照相机拍摄得到的物体图片记录下来。根据立体视觉的产生机制，只要双眼单独而且同时看到两幅彼此存在双眼视差的图像，即可获得立体感。在这里，由于狭缝板的限制，使左眼只能看到记录在相纸上的左眼像，右眼只能看到右眼像，最终恢复获得景物的立体感。不过，也正因为狭缝板的遮挡，使来自照片的近一半的光线无法到达双眼，因此由这种方法获得的立体照片往往看起来比较暗淡。

图10‐15　视差挡板立体照片原理

10.4.3　针孔式立体照片(www.daowen.com)

针孔式立体照相法是由莫斯科大学的索科洛夫（Sokolov）在1911年发明的，当时使用一块上面有1200个锥形针孔的针孔板，板的长度、宽度、厚度为200×150×3mm³。据称拍摄过一张电灯灯丝的照片，获得了一定的立体感。不过，由于只有1200个针孔，或者说只有1200个像素点，因此所得到的深度感还很不充分。

10.4.4　柱镜板立体照片

在迄今为止的立体照片技术中，最为成功的要数柱镜板立体照片技术，目前市场上推广应用的立体照片，大多也是采用该方法制成的。柱镜板是圆柱面透镜板的简称，后表面为平面，前表面则加工成由无数平行的半圆柱面透镜组成，整个柱镜板是透明的，对立体照片的光亮度几乎没有损失。

柱镜板立体照片或图片应称为单向式立体图片，这是由柱面镜的单取向聚焦成像的特性决定的。人们只能在横向（柱镜取向为垂直方向时）观察到图片的深度，而如果将照片旋转90°角，即柱镜取向为水平时，立体感随之消失。因为在后一种情况下，左眼和右眼观察到的图片是完全一样的。只有在前一种情况下，双眼才能因柱镜的作用而观察到两幅有视差的图像，从而获得立体感。柱镜板立体照片的原理示于图10‐16。相纸面紧贴在柱镜板的后表面，这一位置实际上就是柱面镜的焦平面。与狭缝板的原理相似，柱镜板对光线的曲折作用，限制了记录在相纸面上的有视差图像的成像去向，使左眼像只能成像到左眼处被左眼接收，右眼像只能被右眼接收，在立体视觉机制作用下，人们就可以获得与原景物一样的立体感。

图10‐16　柱镜板立体照片原理

柱镜板立体照片的制作过程一般分为两个阶段。第一阶段，初级图片的拍摄，从N个方向用N架照相机或者一架有N个镜头的照相机同时拍摄物体的图像，记录在负底片上；第二步，次级图片拍摄，用与幻灯机相似的放映设备，即专用的立体照片扩印机，将N张底片上的信息投影到涂有照相乳剂的柱镜板后表面上，然后将乳剂显影，柱镜板立体照片就制作完成了。在上述过程中，照相机或投影机镜头之间的间距，镜头焦距，物体距离，照片投影距离等参数之间应满足一定关系。而柱镜板的焦距，节距（即相邻柱面透镜间的中心距）及柱面镜的疏密误差等因素，直接影响到立体照片的分辨率和深度景深，也即决定了立体照片的质量和观赏效果。一般而言，柱镜板的节距在几十到二百微米之间，节距太大时，照片看起来比较粗糙，节距太小，又会影响深度的景深，而且柱镜板的加工难度和成本将增加。目前国外市场上初步商品化的柱镜板立体照片，采用的柱镜板节距一般为150μm左右。这一技术在我国已开始推广，但还没有大面积应用。

10.4.5　蝇眼透镜板立体照片技术

为克服柱镜板立体照片只能在横向获得立体感的局限性，可以采用蝇眼透镜板代替柱镜板。其原理与柱镜板立体照片相同，不同的是蝇眼透镜既可以会聚横向的光线，又可以会聚纵向的光线，因此在任何方向都可以获得立体感。

10.4.6　全息照相技术

全息照相技术可称得上是真正的三维成像技术，特点是无论是用双眼还是用单眼观察均可获得三维的立体感。全息照相的一般原理简要讨论如下。用相干光激光照射物体时，如果观察者注视物体，看到的是来自物体表面的大量球面波，也就是说，看到的是照明波的散射分量。显然，这些散射光波也是相干的。现在在物体和观察者之间放置一块全息干板，并受来自物体的光波曝光，再加上来自同一光源的次级均匀照明波，称之为参考波。这样，被同时记录在照相干板上信息，实际上是来自物体表面的光波和参考波的干涉条纹信息，也即与三维物体结构对应的相位信息。最后，如果用同样波长的激光照射全息照相干板，观察者在另一方观察，即可获得反映物体的三维结构的立体像。

根据全息干板记录材料厚度的不同及记录条纹形式的不同等，可将全息照相技术分为如表10‐2所列出的各种类型。尽管全息照相技术获得的立体照片具有真实的三维深度感，它所记录和再现的立体信息比双眼体视成像技术丰富得多，但也存在诸如记录只能在暗室内进行，记录和再现的像一般是单色的，物体必须是静止的，以及所采用的全息干板价格昂贵等缺点。因此不适合于大面积的三维成像。

表10‐2　各种全息照相技术