立体摄影全解

立体摄影诞生于170年前，曾经流行一时之后又淡出人们的视野，随着数码技术的应用，立体摄影技术获得了新的生命， 3D电影《阿凡达》的热映，使得立体摄影再一次焕发青春，并引发了广大摄影爱好者拍摄制作立体照片的热潮，本文将系统地介绍数码化立体摄影的相关技术，以及如果使用立体摄影技术获取最佳的立体效果。

一、从平面到立体的奥秘：立体摄影的原理

人通过左右眼观看同样的对象，两眼所看的角度不同，左眼看到物体的左侧面较多，右眼看到物体的右侧面较多，从而在视网膜上形成不完全相同的影像，经过大脑综合分析以后就能区分物体的前后、远近，从而产生立体视觉，并且能判断物体的远近。

立体摄影的原理就是用两个镜头，像人的眼睛一样，从两个不同角度同时拍摄，在放映时通过技术手段的控制，使人左眼看到的是从左视角拍摄的画面、右眼看到的是从右视角拍摄的画面，从而获得立体效果，使观众看到的影像好像有的在照片后面，有的脱框而出，并且似乎触手可及，给人以强烈地身临其境的逼真感。

二、分离影像：立体影像的观看技术

为了达到使左眼只看到左机画面、右眼只看到右机画面的目的，目前已出现多种技术手段，分别介绍如下：

1.偏振眼镜及液晶快门眼镜技术：

偏振光光分法是在影院中普遍采用的手段。从两架放映机射出的光，通过偏振片后转换成偏振光。而且左右两投影机前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。两束偏振光投射到金属银幕上再反射到观众处，偏振光方向不改变。观众用偏振眼镜观看，每只眼睛只看到相应的偏振光图象，即左眼只能看到左机放映的画面，右眼只能看到右机放映的画面，这样就会像直接观看那样产生立体感觉。这时如果用眼睛直接观看，看到的画面是模糊不清的。

时分法是NVIDIA现在主推的一项应用，需要显示器或投影机和液晶快门眼镜的配合来实现3D立体效果。时分法需要显示器或投影机能够达到120Hz的刷新频率，也就是能够使画面每秒刷新120次，液晶快门眼镜将会根据显卡输出的同步指令将其中60次刷新用于左眼画面的显示，此时右眼处于遮挡状态，而与之交替刷新的另外60次刷新用于右眼画面的显示，此时左眼处于遮挡状态，这样就可以使左右眼分别看到不同的画面，达到立体成像的效果。这种立体眼镜两个镜片都采用电子控制，构造最为复杂，成本也较高。

偏振眼镜的成本非常低，样式简单的偏振眼镜仅需要几元钱，但如果使用液晶偏振显示器的话分辨率会降低一半，液晶快门眼镜成本较高，往往需要几百上千元，有效分辨率不会降低，但是其闪烁的特性往往会使人的眼睛容易感觉到疲劳。

以上两种方式多用于立体电影的观看，但也能用其观看立体摄影作品。

此外，一些高端投影机采用偏振与时分的结合技术实现单机偏振立体投影，如LG推出的全高清3D立体显示投影机CF3D就是这样的产品。

2.观屏镜及立体观片器技术：

观屏镜是一种专用于观看呈现在计算机屏幕上的左右并列立体图片对的设备，使用者通过调节可以使得左右眼分别只能看到左右两幅图片。相比于其他技术，影像的光线没有任何损失，因而画面会非常清晰。图片左右并列将导致显示载体的有效分辨率折半，即影像最大只能是屏幕的一半大小。

立体观片器的原理与观屏镜类似，但是它是将左右并列立体图片对印制出来放在片夹里，并且通过前面的两个镜片使左右眼分别只看到左右影像，从而实现立体效果，它的最大优点在于无需电子设备，也不需要电，实际上这也是立体摄影诞生初期最流行的立体摄影观看技术。

立体观片器与观屏镜的共同优点是画面清晰，立体效果好，缺点则在于画面利用率低，相当于损失了一半的分辨率。

观屏镜、立体图片观片器

3.裸眼看立体图片：

1）将一副左右并列立体图片对正对双眼。

2）左眼盯着左边的图，右眼盯着右边的图。

3）慢慢调适双眼，使左右图重叠，影像将在调适的过程中由2个变成3个。

4）这个时候在中间的重合影像就是立体效果。

注意视线的焦点不要盯到屏幕上去，而是盯到半空中，也就是所谓的斗鸡眼。

左右并列立体照片：桂林溶洞。 张燕翔  摄

4.互补色分色技术：

互补色分色技术是一种建立在数码影像处理基础之上的3D立体成像技术，有红蓝、红绿、蓝棕等多种模式。分色法会将两个不同视角上拍摄的影像分别以两种不同的颜色印制在同一幅画面中，这样仅凭肉眼观看模糊而杂乱的重影画面，通过红蓝立体眼镜等却能将左右视觉的画面分离开来分别呈现在左右眼中。

分色技术原理

红蓝立体眼镜、红绿立体眼镜、蓝棕立体眼镜

以红蓝眼镜为例，红色镜片下只能看到红色的影像，蓝色镜片只能看到蓝色的影像，两只眼睛看到的不同影像在大脑中重叠呈现出3D立体效果。

优点：眼镜价格低廉。

缺点：两眼存在色差，使得色觉不平衡，容易疲劳，而且色盲、色弱群体无法使用。

5.光栅技术与裸眼立体显示器：

光栅技术让我们用裸眼欣赏立体画面，为我们告别“眼镜时代”提供了可能。这种技术是将由无数个细小柱状透镜条构成的光栅材料直接贴在画面上，画面中彼此错开的影像会经过柱状透镜聚焦在左右眼中，呈现出立体画面。但是它的清晰度逊于前面所介绍的几种技术，所以“眼镜时代”还没有结束。由于可以裸眼观看的优势，多用于商业广告宣传和产品展示。为了制作光栅立体照片，我们往往需要使用多镜头照相机，这种照相机一次可以拍摄多张照片用于光栅影像的制作。使用光栅技术实现的立体影像的清晰度和立体影像的分辨率密切相关，分辨率越高，清晰度越高，但价格也越高。

目前裸眼立体显示器多数使用光栅技术或者视差障壁技术来实现数码影像的裸眼立体观看。

三、双眼的延伸：立体摄影的相关理论

前面提过，立体影像的拍摄实际上是对人眼成像原理的模拟，用两个镜头分别拍摄左右眼观看的影像，这两个镜头就好像是双眼的延伸。为了更好的模拟双眼的观看效果，我们可以选择专门的立体相机，也可以使用两台相同的相机组合拍摄，但是无论采用何种方式，为了拍摄出的画面有更好的立体效果，我们首先需要了解如下的理论。

1.拍摄可视点：12度夹角原理

据统计，亚洲人的双瞳距平均为65mm（欧美人的双瞳距平均为58mm），人们在观看与眼睛距离为0.3米的物体时，立体感最强，因为此时双眼所看到的物体表面最多，此时的双眼视线夹角为12度，这就是12度夹角原理。当然如果这个夹角小于12度，也能够产生立体感，只是随着物体与眼睛间距变远，夹角变小，立体感会变弱，反之，如果夹角大于12度，则大脑反而不能将左右画面判断为同一物体，产生不舒服的感觉。

在实际拍摄时，我们往往需要根据被拍摄物与镜头之间的距离来调节两个相机间的距离，以接近12度夹角，但是不能超过12度。另外相机焦距的变化，使得相机的视角也会随之变化，这给把握好相机间的距离增加了难度。

2.拍摄可视范围：多景深机距计算公式

然而，我们拍摄的对象往往不是单一物体的可视点，而是具有不同景深的多个物体的可视范围，根据经验，不同景深的物体越多，整体的立体效果就越好。但此时仅仅考虑12度夹角原理就不够用了，为了估算出拍摄多景深立体影像时两相机间的距离，就需要用新的公式。立体影像的成像区域不宜太大，一般情况下，立体成像有效区域在目标距离的1/2—2/3之间比较合适，超出有效成像区域之外的影像往往会给眼睛带来不适感。（见下图）

上图中，Lcamera表示两个镜头轴线之间的距离，LMax是可视范围中最远处距离相机成像平面的距离，LMin是可视范围中最近处距离相机成像平面的距离，并且假设镜头的焦距为f、相同物体在左右两机成的像在重叠之后的最大距离为k的话，则有：

借助上述公式，我们可以根据可视范围的最远处、最近处与镜头的距离，结合镜头的焦距以及适当的k值，来对两机之间的合理距离进行估算，这样便可以获得逼真自然的立体效果。

从上述公式中，我们可以直观地得出：

镜头的焦距越大，两镜头间的距离应该越小，反之，则越大；被拍摄的可视范围整体越远，两相机间的距离应该越大，反之，则越小。所以，一般拍人像时两镜头就需要紧密地靠在一起，如果拍摄的主体是远方的风景，两镜头就得分开得远一些。

k值与影像最终的呈现尺寸及其与眼睛的距离有关，成正比关系， k越大，立体感会越强，但同时有可能使人感到涨眼、不适。

四、立体摄影设备及拍摄

目前立体照片的拍摄主要有以下几种方法：双机同步拍摄、单机位移拍摄、使用专用立体相机、普通单反（数码）相机配合专用立体镜头、深度影像置换立体摄影技术。

1.单机位移拍摄、双机同步拍摄及注意事项：

对于静物来说可以用一个相机完成立体拍摄。双机拍摄一般使用双机云台将两个相机固定在一起使用快门同步装置实现同步拍摄。使用双机进行立体照片的同步拍摄最大的优势在于双机间距可调，因此灵活多变，适应性强，能够适合多种情形的拍摄。双机拍摄同时由于需要拍摄者自制拍摄装置，因此需要注意以下事项：

1）为了保证双机参数相同，最好是选择相同型号的机器进行拍摄，除此之外，还可以使用单机结合云台或者纯粹手动的方法，先用公式计算出两相机镜头轴线的距离，用相机在云台上平移拍摄两次，单机位移的拍摄方法适合于静物的拍摄。

2）双机要在同一水平线上，并且两个镜头要保持平行，拍摄时一定要用三脚架，不宜手持拍摄，因为一点点的摇晃就会导致相机无法保持在水平线，这种情况下拍摄出来的照片在后期合成立体影像时会很麻烦，有的相机如佳能7D等内置电子水平仪功能就很方便。

3）拍摄运动物体时，要先半按快门，进行对焦，然后释放，并且适合于选用对焦速度快的机器，否则容易导致两个相机没有在相同时刻释放快门而产生鬼影。

2.使用一体化的双镜头立体相机拍摄

专用的立体相机都具有左右两个镜头，用于捕获左右画面。有一些厂商生产的使用胶片的立体相机，如3Dworld、Holga等，它们每次拍摄使用两张胶片分别记录左右画面，而富士则推出的数码立体相机W3则可以直接获取数码化的立体照片。使用这类立体相机进行拍摄最大的好处在于使用操作简易方便，每次拍摄即可获取左右画面，但由于镜头间距是固定的，往往只适合于拍摄较近的景物。

3.普通单反(数码)相机配合专用立体镜头

英国的Loreo公司生产了几种适合于单反相机使用的专用立体摄影镜头，将这种镜头安装到单反相机上即可用于立体照片的拍摄，Loreo镜头是手动对焦方式，光圈也比较小。而松下也为其DMC-GH2可换镜头数码相机推出了一款专用立体镜头。

这种镜头的左右镜间距是固定的，往往只适合于拍摄较近的景物，它在拍摄时将左右画面并排成像在一张胶片或感光器平面上，因此实际上的画面的利用率降低了一半，同时由于左右画面的交界处有一个模糊的区域，实际画面利用率还不到一半，因此有一定的局限性，当然将其安装到数码单反上拍摄近景还是比较方便的。

松下立体镜头、Loreo微距立体镜头

Loreo全画幅立体镜头、Loreo APS画幅立体镜头

4.深度影像置换立体摄影技术

深度影像是一种反映对象与镜头距离远近的一种灰度图，它以亮色表示距离镜头较近，以深色表示距离镜头较远，由于它可以直观地反映远近关系，因此可以通过使用深度影像对原图进行置换产生左右影像。深度影像置换产生左右眼影像的方法常被用于将平面图片转换为立体画，只是对于普通平面图片尤其绘画作品来说，深度影像完全只能靠创作者自己凭感觉进行描绘，对于生物体而言有时可以使用Photoshop里面的“液化”滤镜进行模拟右眼透视效果的调整。（见下面三图）

对甲龙形象绘制的深度影像，以及基于深度影像对原图进行置换得到的左右影像

五、合二为一：立体影像的合成

1.互补色分色式立体影像的制作

在我们拍摄得到左右两个影像后，接下来就可以将它们合成为立体影像，一个简单易用的免费合成软件是Anaglyphmaker。用它打开的左右影像会出现在软件界面的左上角，而下面则是左右影像进行合成的位置叠加关系选项列表，我们选择选项“Anaglyph Color  (Red — Cyan)”，这时画面变成红蓝分色效果。这时预览窗口中恐龙有明显的红蓝重影，但有时红蓝重影太多影响效果，为了减少重影，使画面主体的色彩看起来比较舒服，可以调整软件界面下方的左右按钮“R”、“L”和上下按钮“U”、“D”，将重影减到最少，然后输出，执行“Save 3D Image”菜单，选择“3D Image”模式保存输出结果，然后就可以使用红蓝立体眼镜观看。如果拍摄时左右影像不在一水平线上则需要在Photoshop里旋转对齐。

2.并列图对立体影像的制作

制作这种立体影像时可以先在软件Photoshop里将左右两张影像上的被摄物体基本对齐，并裁切为相同尺寸（或者使用Anaglyphmaker调整好左右图片，然后执行“Save 3D Image”菜单，选择“Fixed 2 Images”模式输出影像对），左右并排然后保存。观看的时候可以使用观屏镜来直接观看或打印出来放在立体观片器里看，也可以裸眼观看。