 Всё о фотографии. Авторский сайт |
Добро пожаловать на сайт. Главной целью этого некоммерческого ресурса является размещение статей, рассказов и размышлений на темы, связанные с фотографией и непосредственно самих фотографий |
От Автора Про оптическую терминологию Объективы Canon и Sigma Выбор объектива Калькулятор ГРИП
Фотосъёмка - секреты мастерства
Размышления на тему фотографии
Меняем прошвку или новая прошивка для фотоаппарата.
Маленькие тайны бинокулярного зрения
Маленькие тайны бинокулярного зрения или почему Акелла промахнулся.
Автор (источник): © Александр Акилов
Первоисточник
Акелла – вожак волчьей стаи,
воспитавшей героя сказки
Редьярда Киплинга «Маугли».
(Примечание автора.)
Внимание!
Некоторые иллюстрации в этой статье следует рассматривать через светофильтры анаглифных стереоочков.
Мы, как и все млекопитающие, обладаем так называемым бинокулярным зрением. Это позволяет нам адекватно отслеживать расположение и форму окружающих предметов. Особенно хорошо развит этот механизм у хищников и обезьян. Если бы они не имели пространственного зрения, каждый промах мог стоить им обеда и даже жизни.
Процесс стереозрения очень сложен и до сих пор мало изучен. Наш глаз умеет определять размеры, форму и удаленность предметов различными способами. Эти механизмы отработаны длительной эволюцией нервной системы, но управлять ими мы учимся в течение первых трех лет жизни. В этом нам помогает анализ перспективных искажений предметов, истинные размеры которых заранее известны, язык рисунка светотени, эффекты воздушной перспективы, цветовые искажения и неравномерное смещение предметов во время движения наблюдателя. Перечисленные выше механизмы относятся к категории монокулярного пространственного зрения, которые позволяют нам уверенно ориентироваться в пространстве даже с одним глазом.
Благодаря монокулярному стереозрению каждый из нас способен адекватно оценить пространство на фотографии или картине художника,
но получить ощущения реальной глубины как на этом стереоснимке все-таки не удается. Поэтому самым точным и эффективным инструментом восприятия пространства является бинокулярное зрение.
Глаза, расположенные на некотором расстоянии друг от друга в горизонтальной плоскости, воспринимают изображение пространства таким образом, что два зрительных поля частично перекрываются, образуя зону стереовидения. Мозг, анализируя полученные из этих зон сигналы, удивительным образом восстанавливает в сознании пространственную картину наблюдаемой сцены.
Представим, что мы смотрим на группу предметов с угловым размером сцены (α) и некоторого расстояния до их центра - (Za).
Изображения проецируются хрусталиками в центральные ямки желтого пятна сетчаток правого и левого глаза (рис.4), где острота зрения имеет максимальное значение. Изображения, которые формируются правым и левым глазом несколько отличаются благодаря явлению параллакса. Расстояние между зрачками у различных наблюдателей (Вгл) при этом может врьироваться в небольших пределах (где-то от 55 до 70 мм).
(Это очень важный момент для возможности реализации стереодисплея, где эффект реалистичного трехмерного отображения сцены воспроизводился бы одинаково практически для любого зрителя).
В процессе бинокулярного восприятия оптические оси каждого глаза рефлекторно будут направлены в центр композиции. Угол (β) между этими осями называют углом конвергенции. (См. рис. 4)
Одновременно глаза фокусируются на группе предметов сцены, расположенных на расстоянии (Za). Этот процесс называют аккомодацией, а его величину определяют в диоптриях линзы хрусталика глаза.
Таким образом в процессе бинокулярного стереозрения глаза человека подсознательно отслеживают угол конвергенции оптических осей и аккомодацию хрусталика относительно выделенных взглядом предметов сцены. Эти два параметра мозг использует для довольно точного определения расстояний между объектами и наблюдателем. Подобным образом поступают геодезисты, измеряя угол (β) при известной стереобазе (В) наблюдения точки в пространстве.
Задачу определения расстояний путем измерения угла и стереобазы называют триангуляцией.
Но стереозрение – процесс более сложный, нежели триангуляция. Мозг прикидывает относительное положение сразу целого множества предметов и их деталей, выполняя эту операцию одновременно для всей сцены. Вероятнее всего аккомодация и конвергенция в процессе стереозрения – это лишь подготовка к решению задачи, некая настроечная функция, а определение глубины пространства происходит в процессе сравнения проекций изображений предметов на сетчатках обеих глаз.
(Обратите внимание на исчезновение стереовосприятия фона на приведенном выше стереоснимке.)
Эту гипотезу подтверждает приведенный выше снимок, когда компоненты стереопары, прецируются на несопряженные (не участвующих в процессе совместного анализа) участки сетчатки глаз. В этом случае стереоэффект исчезает и глаз воспринимает лишь две независимые картинки, а не единый зрительный образ.
Если межглазное расстояние выразить через (Вгл ≈ 65мм.), аккомодацию глаз (А) - в диоптриях, а расстояние до сцены (Za) в миллиметрах, то можно вывести формулу, которая выражает естественную связь угла конвергенции в радианах и аккомодацию глаз:
β = (Вгл)*(А)/1000 (1)
Напомню, что диоптрия – это физическая величина оптической силы линзы, используемая в оптических расчетах, равная 1/F. Где F – фокусное расстояние линзы, измеряемое в метрах.
На основании ряда экспериментов установлено, что стереоэффект имеет место при расхождении согласованности величин конвергенции и аккомодации в три диоптрии, но для снижения утомляемости глаз расхождение следует удерживать в диапазоне (±1) диоптрии. Это важное ограничение следует выполнять всегда и неукоснительно, если Вы хотите воспроизвести реалистическое впечатление от рассматривания изображения объемной сцены на стереодисплее (см. рис. 5). В свою очередь глубина воспроизводимого пространства на стероснимках всегда будет ограничена вышеприведенным соотношением (1), т.к. аккомодация глаза для всех объектов сцены будет определяться расстоянием от глаз зрителя до изображения. Следует отметить, что это один из самых важных факторов, влияющих на правильную передачу пространства на стереоснимке.
Кроме того, если угловые размеры сцены (α) во время регистрации и воспроизведения не будут совпадать, наблюдатель почувствует неприятное искажение глубины пространства.
Наглядно это можно видеть на стереопарах конца 19, начала 20 веков, где фотографы намеренно усиливали проявление стереоэффекта за счет увеличения размера стереобазы между объективами во время съемки. Надо отметить, что делалось это из соображений достижения стопроцентного успеха при рассматривании стереопар людьми с различной степенью стереовосприятия.
Продифференцировав формулу (1) по координате глубины (Z), получим выражение, позволяющее вычислить предельное количество различаемых глазом планов по глубине сцены.
dZ = -dα*Z²/(Bгл), (2)
Используя уравнение (2) и значения предельного углового разрешения глаза, стереобазы, а так же оптической силы хрусталика, обнаружим, что среднестатистический наблюдатель невооруженным глазом способен различить не более 210 планов. А если он будет рассматривать стереоснимок на экране монитора или с проблемами зрения, и того меньше - где-то около 30-ти.
В технологии стереофотографии предел пространственного разрешения ограничен качеством оцифровки, резкостью и зернистостью изображения, глубиной цвета и степенью отклонения угла наблюдения снимка от углового охвата объектива при съемке. Как видите, до идеальной эмуляции трехмерной действительности очень далеко. Для растровой стереофотографии эти значения будут еще скромнее. Только голографическое изображение, восстановленное лазерным светом может создать полную иллюзию реальности пространства.
«Но не так страшен черт, как его малюют»… Создавая свои стереофотоснимки, каждый должен понимать, какие ограничения ждут его на пути к достижению высокого качества и яркого впечатления от очередной работы.
Поэтому, планируя будущий стереоснимок, в первую очередь определитесь размером отпечатка или экрана, а так же дистанцией, с которой будут рассматривать будущее стереоизображение, обеспечьте границы регистрируемой сцены по глубине, оптимальную дистанцию до главного объекта и в точном соответствии с расчетом установите стереобазу фотосъемки. При этом используйте такую фототехнику, которая обеспечит оптимальное разрешение и широту цветовой палитры снимка.
О том, как получить приличные стереоснимки цифровым компактом, мы продолжим беседу в следующей главе заявленной темы.